JP6679590B2 - 凍結された試料に用いられる容器を備える凍結機械 - Google Patents

Description

本発明は、凍結された試料を収容する容器を備える凍結機械、特に高圧凍結機械に関する。また本発明は、そのような容器内へ凍結された試料を移送する方法に関する。

背景技術
特に高圧下での試料の凍結は、たとえば電子顕微鏡を用いて観察を行うために多く用いられる、試料を準備する方法である。この高圧凍結は、生物学的な含水試料や産業上の含水試料をそれ自体の元来の状態に近い状態で観察することを可能にする。約２０００ｂａｒの圧力での凍結により、たとえば氷晶形成が抑制され、試料の構造的な損傷が回避される。このプロセスは、ガラス化と称され、つまり冷却中の粘性の増加による液体の凝固であり、この場合、結晶化が生じず、したがって非晶質材料が形成される。これは、たいてい結晶化を阻止する添加物（いわゆる凍結保護剤）と相俟って、極めて素早い冷却（たとえば液体窒素内で）により達成される。

上述の試料の凍結に使用される凍結機械、特に高圧凍結機械は、入手可能である。この凍結機械は、試料を凍結することを可能にするが、しかしコールドチェーンができるだけ途切れないようにすべきであるので、これに続くその後の取扱いの問題が生じる。

出願人により、Ｌｅｉｃａ ＥＭ ＨＰＭ１００の名称で凍結機械が利用可能であり、この凍結機械は、そのために、液体窒素により冷却された容器を有し、容器内に、凍結プロセス後に試料が自動的に導入される。これは、差しあたりコールドチェーンの確保を達成するが、容器内に導入された試料を選別するまたは追跡することができない。したがって、一連の様々な試料の凍結が、不可能である、または追加的な手間を掛けてのみ可能である。

さらに、一連の凍結に際して、容器内に存在する液体窒素の貯蔵量が場合により一連の凍結の最後に至るには十分ではないという問題が生じる。したがって、この一連の凍結を、容器に再び液体窒素を充填するために、場合により中断しなければならない。

したがって、課題は、特に様々な試料であっても、試料のより長い一連の凍結プロセスも容易に実施できるものを提供することである。

発明の開示
本発明によれば、独立請求項の特徴を有する凍結機械および方法が提案される。好適な態様は、従属請求項および以下の記述の対象である。

発明の利点
本発明に係る凍結機械は、試料を凍結するのに用いられる。そのために、凍結機械は、凍結機械に収容された試料を凍結する凍結装置と、液体窒素用のリザーバを有する、凍結された試料を収容する容器と、凍結装置から容器内へ凍結された試料を移送する移送装置と、を備える。容器は、それぞれ少なくとも１種類の凍結された試料のための互いに別々の少なくとも２つの収容装置を有し、容器内へ移送されるべき１種類の凍結された試料のために、複数の収容装置のうちの１つの収容装置を選択する選択装置が設けられている。そこで、凍結機械は、容器の、それぞれ選択された収容装置内へ移送装置を用いて凍結された試料の移送を行うように構成されている。

特に高圧凍結機械であるそのような凍結機械は、様々な試料を、その都度の凍結プロセス後、容易に素早く別々に冷却された容器内へ導入することができ、たとえば１種類の試料から別の種類の試料へと交換する際に、たとえば容器を交換するために一連の凍結プロセスを中断しなくてもよい。その都度の凍結プロセスに対する試料の対応付けは、容器内に設けられた少なくとも２つの別々の収容装置に基づき維持される。

好適には、少なくとも２つの収容装置がスライド可能にかつ／または回動可能に容器内に配置されている。一方では、これにより収容装置は、たとえば凍結機械から放出されるとともに、容易に容器内で位置変更することができ、他方では、少なくとも従来慣用の凍結装置と移送装置とを有する従来慣用の凍結機械を引き続き使用することができ、構造的な変更は、試料放出後の範囲に限定的に留めることができる。

好適には、選択装置は、駆動手段を有し、駆動手段により、少なくとも２つの収容装置がスライド可能であるかつ／または回動可能である。特に、駆動手段は、機械式の駆動装置を有してもよい。これにより、特に容易で快適な位置決めが可能になる。

凍結機械が、移送されるべき試料に対して選択された収容装置を自動的に位置決めして、試料が収容装置に移送されるように構成されていると有利である。これにより、様々な試料を用いた一連の凍結プロセスを特に容易に素早く実施することができる。

少なくとも２つの収容装置が容器から取出し可能であると有利である。これにより、たとえば凍結機械からの容器の取出し後、個々の試料の容易な後続処理が可能になる。対応付けを維持するために、収容装置は、好適には区別可能に、たとえばナンバリングされているまたは別の形で印付けされている。

凍結機械が、試料が充填された収容装置を試料の凍結プロセスに対応付けし、対応関係を記憶するかつ／または出力するように構成されているとさらに有利である。これにより、対応関係の即座のかつ／または後の追跡が可能となる。特に収容装置の既述の印付けと組み合わせると、様々な試料の凍結プロセスの素早く確実な実施が可能となる。

好適には、凍結機械は、液体窒素をリザーバに自動的に充填するように構成されている。これにより、より長い一連の凍結プロセスを実施することができ、場合により手動で液体窒素を補充する必要はない。たとえば追加的な検査のために、液体窒素の充填状態をチェックする手段を容器に設けてもよい。

本発明に係る方法は、試料のために設けられた、互いに別々の少なくとも２つの収容装置を有する容器の選択された１つの収容装置内へ凍結された試料を移送するのに用いられる。この場合、複数の収容装置のうちの１つの収容装置が選択され、試料が、対応する凍結プロセス後に選択された収容装置内へ移送される。好適には、選択された収容装置は、試料を移送するためにスライドおよび／または回動により位置決めされる。選択された収容装置が試料にかつ／または試料に対応する凍結過程に対応付けされ、対応関係が記憶されるかつ／または出力されると好適である。

本発明に係る方法の利点については、繰り返しを避けるために、本発明に係る凍結機械に関する上述の説明を参照されたい。

本発明のその他の利点および構成は、以下の記述および添付の図面から明らかである。

前述の特徴および後述の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ記述された組合わせだけではなく、他の組合わせでも、または単独でも適用できることが明らかである。

１つの実施の態様に基づいて本発明を図面に略示し、以下に図面に関して詳説する。

好適な態様で容器を備えた本発明に係る凍結機械の一部を示す図である。 別の作業位置で図１の一部を示す図である。 さらに別の作業位置で図１または図２の一部を示す図である。 好適な態様で本発明に係る凍結機械の容器を示す図である。 別の作業位置で図４の容器を示す図である。 液体窒素用のリザーバから収容装置が分離された、図４または図５の容器を示す図である。 本発明に係る凍結機械に使用するための、スライドガラスを備えた試料カセットを例示する図である。

以下の図面に関する記述では、同一の符号は、同一の部分を表しており、分かりやすくするために、全ての図面に全ての符号を付すことはしていない。

図１には、高圧凍結機械として構成された凍結機械１５０の一部が示されている。高圧凍結機械１５０は、引出し装置１３０の態様の装填／取出し装置を有する。引出し装置１３０に、本態様では３つの収容装置１０４を有する容器１００が配置されている。これについて、収容装置の数は、本発明では単に例示したものでしかないことに留意されたい。２つだけの収容装置や４つまたは５つ以上の収容装置も同様に考えられる。

高圧凍結機械１５０は、さらに高圧室１０１を有する凍結装置１４０を備え、この場合、液体窒素を使用して圧力を形成する構成要素は、分かりやすくするために図示されていない。高圧下で凍結されるべき試料は、グリッパ１０２において保持装置（特に試料カセット）に位置決めされる。グリッパにおける試料の位置決めに関する詳細な記述は、ここでは図３を参照されたい。空圧式のプランジャを介して、グリッパを、高圧室１０１に押し込むことができる。

図１には、グリッパ１０２は、放出位置で示されている。これは、凍結プロセス後の作業位置である。試料を取り出す機構、たとえばグリッパから試料をスライドさせる可動のピンは、分かりやすくするためにここでは示されていない。捕集ホッパ１０３は、落下する試料を複数の収容装置１０４のうちの１つの収容装置内へ導く。この場合、収容装置１０４は、図示の構成では、自動的に回動することができるので、容器内へ移送されるべき試料に対して複数の収容装置１０４のうちの１つの収容装置を選択することができる。容器１００のさらなる記述については、図４〜図６を参照されたい。

さらに、凍結機械１５０は、試料が移送される収容装置に試料および／または対応する凍結プロセスを関連付けるように構成されている。これにより、対応付けおよび追跡が保証される。このような関連付けは、たとえば計算ユニットにより行ってもよく、計算ユニットには、たとえばどの収容装置にどの試料が位置するのかという対応関係を含むリストが記憶されている。同様に、たとえばディスプレイおよび／またはプリンタを介して関連付けを出力することができる。この場合もちろん、２種類以上の試料を１つの収容装置に導入することも考えられる。そのために、また複数の収容装置内へ移送する（場合により凍結プロセスを含む）ために、たとえば対応するシーケンスを凍結機械１５０にプログラミングすることができる。

図２には、図１と同様の高圧凍結機械１５０の一部が示されている。しかし、グリッパ１０２は、別の作業位置にあり、グリッパ１０２は、高圧室１０１内に押し込まれている。凍結プロセスでは、供給路１１０を介して、弁１１１の開放後、高圧（約２０００ｂａｒ）下で液体窒素が高圧室１０１内に圧入され、高圧室内に位置する試料を凍結する。

図３には、図１と同様の高圧凍結機械１５０の一部が新たに示されている。ただし、グリッパ１０２は、ここでは、新たな試料を収容するための装填位置に位置する。そのために、試料が手前から供給され、特にこれは高圧凍結機械のユーザにより手動で行われる。通常は、凍結機械は、そのために作業プレート（台）を有し、作業プレート上で、ユーザは、試料を用意し、試料キャリア（たとえばスライドガラス「スライド（slide）」）上に取り付けることができる。そのために、高圧凍結機械に、たとえば顕微鏡が設けられてもよく、顕微鏡により、ユーザによる試料の加工、準備処理およびスライドガラスへの移送が容易になる。しかし、試料の自動的な供給も考えられる。この場合、試料を備えたスライドガラスは、通常は試料カセットに導入される。試料カセットは、グリッパの一部であってもよいまたはグリッパにより把持されてもよい。例示的な試料カセットは、液体窒素のための通路を有する２つのシリンダ半部から形成されており、この場合、スライドガラスは、２つのシリンダ半部の間で固定される。試料カセットのより詳細な記述については、図７を参照されたい。

そこで試料を凍結するために、試料カセットを備えたグリッパ１０２は、ここで図１〜図３に示された高圧凍結機械において、時計回り方向に約９０°鉛直軸線回りに回動させられ、続いて、空圧式のプランジャを用いて、高圧室１０１の方へスライドされる。この場合、試料を備えた試料カセットは、高圧室１０１内へ押し込まれ、この場合、グリッパ１０２は、高圧室を、圧密に閉鎖する。様々な作業位置の間を切り換えるために、グリッパ１０２は、たとえば電気式の駆動装置を備えており、駆動装置により、グリッパ１０２は、鉛直軸線回りに回動可能である。

そこで高圧室１０１内に、液体窒素が、上述のように高圧下で充填され、試料カセットの通路を通って試料に達し、試料は、これにより凍結される。続いて、試料カセットは、グリッパ１０２により、空圧式のプランジャを用いて、再び高圧室１０１から外へもたらされる。グリッパ１０２は、次いで、図２に示された放出位置へ移動し、試料を備えた試料カセットは、容器１００内へまたは容器１００の複数の収容装置１０４のうちの１つの収容装置内へ移送される。本態様では、試料の移送は、容易に、試料カセットがグリッパから放出されて、続いて、上述のように落下し、ホッパ１０３を介して容器１００内へまたは相応に位置決めされた収容装置１０４内へ導かれることにより、行われる。

図４には、容器１００を備えた装填／取出し装置または引出し装置１３０が示されている。装填／取出し装置または引出し装置１３０は、凍結機械から外へ移動するかつ凍結機械内へ移動することができる、機械化された挿入部として構成されている。

モータ１０８が、ベルトを用いて、プレート１２０を介して収容装置１０４と結合された外輪１０９を回動させるために設けられている。外輪とプレート１２０との間の結合は、外輪から突出するねじを介して形成される。ねじは、プレート１２０の縁に設けられた対応する凹部に係合する。液体窒素を収容するためのリザーバまたはいわゆるデュワー１０５は、回動中、固定の位置に留まる。

収容装置１０４は、液体窒素が充填されたデュワー１０５内に配置されている。液体窒素によるデュワー１０５の充填は、本態様では、自動的に、図示されていない充填装置により行われる。既述のように、デュワー１０５のそのような自動的な充填により、連続的に凍結することができる試料の数が増加される。自動の充填に基づき、従来使用された容器ではたいていデュワー１０５とともに設けられる、液体窒素の充填状態の表示部を省略することができる。しかし、安全性の理由から、そのような表示部は、引き続き設けられてもよい。

図５には、容器１００とともに引出し装置１３０が新たに示されているが、デュワー１０５と、収容小管１１４、底部１０６およびプレート１２０から成る収容装置１０４とを備えた容器１００は、持ち上げられた位置で、つまり取出し位置で示されている。取り出すために、たとえばデュワー１０５に取付け可能なグリップ１１５を用いることができる。容器１００を備えた引出し装置１３０は、取り出すために、試料の移送に対して凍結機械から外へ移動した位置を占めなければならないことが明らかである。

図６には、デュワー１０５が取出し用のグリップ１１５とともに、収容小管１１４と対応する底部１０６とを有する挿入部とは別々に示されている。底部１０６は、ねじ１０７を介して取外し可能に収容小管１１４と結合されている。この場合、収容小管１１４は、収容小管１１４に対応するセグメントを有する底部１０６と相俟って、収容装置１０４を形成する。

収容装置１０４から試料を取り出すために、デュワー１０５が持ち上げられ、たとえば外部の操作容器（たとえば液体窒素が充填された発泡スチロール箱）に入れられる。続いて、ねじ１０７が取り外される。試料は、底部１０６またはその個々のセグメントから取り出される。収容装置１０４の一部としての底部１０６のセグメントは、内側でナンバリングされていて、プレート１２０に対して明確な機械結合を有する。したがって、収容装置に対する試料または試料の凍結プロセスの明確な対応関係は、特に凍結機械により行われる対応付けとともに、維持される。

図７には、上側のシリンダ半部１６０ａと下側のシリンダ半部１０６ｂとから形成される試料カセットが例示されている。スライドガラス１６１が、スライドガラスの中央に配置された試料とともに、試料カセット１６０ａ，１６０ｂ内へ、つまり両方のシリンダ半部の間に導入される。

試料カセット１６０ａ，１６０ｂは、続いて、グリッパ１０２により把持され、高圧室１０１内に導入されてもよい。両方のシリンダ半部１６０ａ，１６０ｂは、通路１６２を有し、通路１６２を介して、液体窒素が、スライドガラス１６１上に配置された試料に達することができる。

Claims (10)

1. 試料を凍結する凍結機械（１５０）であって、
   前記凍結機械（１５０）に収容された試料を凍結する凍結装置（１４０）と、
   液体窒素用のリザーバ（１０５）を有する、凍結された試料を収容する容器（１００）と、
   前記凍結装置（１４０）から前記容器（１００）内へ凍結された試料を移送する移送装置と、
   を備える、凍結機械（１５０）において、
   前記容器（１００）は、それぞれ少なくとも１種類の凍結された試料に対して、互いに別々の少なくとも２つの収容装置（１０４）を有し、前記少なくとも２つの収容装置（１０４）は、液体窒素が充填されるべき前記リザーバ（１０５）内に配置され、かつ、前記容器（１００）から取出し可能であり、
   前記容器（１００）内へ移送されるべき１種類の凍結された試料のために、前記少なくとも２つの収容装置（１０４）のうちの１つの収容装置を選択する選択装置が設けられており、
   前記凍結機械（１５０）は、前記容器（１００）の、選択された前記収容装置（１０４）内へ移送装置を用いて凍結された試料の移送を行うように構成されている、
   ことを特徴とする、凍結機械（１５０）。
2. 前記少なくとも２つの前記収容装置（１０４）は、スライド可能にかつ／または回動可能に前記容器（１００）内に配置されている、請求項１記載の凍結機械（１５０）。
3. 前記選択装置は、駆動手段（１０８，１０９）を有し、該駆動手段（１０８，１０９）により、前記少なくとも２つの前記収容装置（１０４）がスライド可能であるかつ／または回動可能である、請求項２記載の凍結機械（１５０）。
4. 前記凍結機械（１５０）は、移送されるべき試料に対して選択された前記収容装置（１０４）を自動的に位置決めして、試料が前記収容装置内へ移送されるように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の凍結機械（１５０）。
5. 前記凍結機械（１５０）は、移送されるべき試料に対して選択された前記収容装置（１０４）を試料にかつ／または試料に対応する凍結プロセスに対応付けして、対応関係を記憶するかつ／または出力するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の凍結機械（１５０）。
6. 前記凍結機械（１５０）は、液体窒素を前記リザーバ（１０５）に自動的に充填するように構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の凍結機械（１５０）。
7. 凍結機械（１５０）の、凍結された試料の収容のために設けられた、互いに別々の少なくとも２つの収容装置（１０４）と、液体窒素用のリザーバ（１０５）とを有する容器（１００）の選択された１つの収容装置（１０４）内へ前記凍結機械（１５０）において凍結された試料を移送する方法において、
   前記少なくとも２つの収容装置（１０４）は、液体窒素が充填されるべき前記リザーバ（１０５）内に配置され、かつ、前記容器（１００）から取出し可能であり、
   前記少なくとも２つの前記収容装置（１０４）のうちの１つの収容装置を選択し、
   試料を、対応する凍結プロセス後に選択された前記収容装置（１０４）内へ自動的に移送する、方法。
8. 選択された前記収容装置（１０４）を、試料を移送するためにスライドおよび／または回動により自動的に位置決めする、請求項７記載の方法。
9. 選択された前記収容装置（１０４）を、試料にかつ／または試料に対応する凍結過程に自動的に対応付けして、対応関係を記憶するかつ／または出力する、請求項７または８記載の方法。
10. 請求項１から６までのいずれか１項記載の凍結機械（１５０）において凍結された試料を移送する、請求項７、８、または９記載の方法。

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