JPS6086444A - 標本浸漬装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、顕微鏡、特に電子顕微鏡による検査に供する
ための低温固定液中に標本を浸漬するための装置に関す
る。

〔技術的背景〕

種々の標本調製作業のため一１００°Ｃ〜−１９０’Ｃ
までの間の温度の冷却液が使用される。

特にこれら液体は標本を顕微鏡、特に電子顕微鏡による
検査に供するための生物学的又は医学的標本をショック
凍結すなわち低温固定するのに使用される。この種の冷
却作業の目的は、できるだけ短時間のうちに標本から多
量の熱を抽出することにあり、この目的は特に予処理さ
れていない（すいない）生物学的又は医学的標本の場合
重要である。その理由は、これら標本にとって冷却速度
のみが水分に富んだ原形質相の人工的分離が生じるか否
を決定する要因であり、このような分離が生じると、重
要な顕微鏡的すなわち組織化学的検査を不可能にするか
らである。この冷却速度は標本が実際のガラス質状態（
ガラス化は毎秒１００００°Ｃよりも速い冷却速度で生
じる）まで凍結するかどうかを決定する。

〔従来の技術〕

公知の挿入操作によれば、最初組織を良好に保存し、−
８０°Ｃよりも低温に冷却した標本の極く薄いエツジ（
周辺）領域に限り、必要な高冷却速度が得られる。この
部分と対照的に氷の熱伝導特性は悪いので、標本の内部
、特に径が３　ｍ　ｍを越えると比較的大きな標本の内
部の深くに位置する領域は、−８０’０の臨界制限値を
大幅に上まわる温度に一般に留まる。従って、これら標
本の微細構造および低分子成分の完全な安定化は、得ら
れない。一般に金属から構成される装置 同様に比較的高温に留まる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

標本を５０〜１００ｃｍの距離にわたって一般に垂直方
向に移動できる十分な高さの液体力ラムを含む冷却浴を
使用すれば、標本を充分に冷却できるはずである、この
ような装置を使用すれば、毎秒５〜１５ｍの速度の標本
挿入は、３００ｍ秒〜２秒の時間に延長でき、これは一
般に標本を完全冷却し、安定化するのに充分な値である
。しかしなから挿入装置の取扱いの容易性および安全操
作等の実際上の理由から現実に冷却浴の深さは約１　０
　’ｃ　ｍに制限されている。平均的挿入速度ではｌＯ
Ｃｍの冷却浴への挿入は１００ｍｍ秒だけで完了する。

この時間は、薄いエツジ領域のガラス化に充分であるが
、比較的大きな標本が完全に凍結するには不充分である
。

公知の挿入操作が完了した後櫟本は静止しなければなら
ない。この操作により、エツジ領域が冷却浴の最初の温
度近くの温度まで冷却された後極めて急速に標本のエツ
ジ領域の温度上昇が生ずる。この温度上昇は、冷却液内
の温度勾配が発生することにより生じる。この温度上昇
の間、−８０゜Ｃの制限値を越えたとき凍結標本に２次
変化が生じ、この変化は先の安定条件を変えてしまう。

低温ミクロトームおよび特に低温超ミクロ｝−ム上の非
晶質／ガラス状態の標本を切断したい場合、エツジ領域
は一１４０℃の温度を越えてはならないが、挿入操作開
始後１００ｍ秒で標本を静【ヒするとこの温度は保証で
きない。

本発明は上述の問題点を解決することを基本目的とし、
挿入操作に次いで標本が冷却液中に静１１−した後の有
害な温度勾配の発生を防止又は制限する装置を提供する
ことを具体的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

急速挿入運動中に最初に得られる実際のガラス質状ＩＥ
を保存するには、標本の露出面に直接に隣接する冷却液
中に標本が静止した直後の第２次効果として生じる温度
勾配をできるだけ制限する適当な対策を取らなければな
らない。温度勾配の発生を十分に制限すれば、標本内で
の２次人工的変化は生しない。このような２次変化が生
じるとすれば、標本の保存状態の質が低下し、これによ
りその後顕微鏡により行う検査が疑わしくなる。

本発明によれば、標本を担持する挿入器（部材）と、挿
入器を液体内の垂直方向に所定速度まで加速する手段と
、垂直運動が終了する前又はその運動終了時に挿入器を
回転して標本からの熱伝達を促進する手段とから成る低
温冷却液内への標本を浸漬するための装置が提供される
。

〔作用・効果〕

本装置は、最初非晶質状態又は微細結晶として凍結した
標本のエツジ領域での再結晶化が防止される程度に標本
から冷却液への熱移動が連続するよう保証するための簡
単な装置であり、これにより従来法の問題点は容易に解
決される。

本発明の第１の実施例では回転手段は回転スリーブから
成り、このスリーブは挿入器上の対応する円筒体と回転
上に配置され、スリーブの内径は円筒体の外径よりも若
干大きく、このためスリーブと円筒体との間の空気の摩
擦により回転力が伝えられる。この実施例では、挿入運
動により円筒体がスリーブで構成される空間へ進入する
。

挿入器は自由に回転でき、対向する円筒面の間の空隙は
適当に狭いので、２つの円筒面の間の空気摩擦により挿
入器が回転される。

挿入器および冷却浴内の標本の回転により冷却液内で対
流を生じさせるが、この対流は一般に標本面に隣接し、
冷却浴中にある。この結果、標本面に直接接近する冷却
液領域での温度勾配の形成が防止される。冷却浴中の冷
却液の流れにより、挿入器と冷却浴のクーラー壁（これ
らは金属により適当に構成される）との間の温度が均一
にされる。

本発明の第２実施例では１回転手段は回転自在な駆動デ
ィスクと、被動ディスクと、駆動ディスクを押圧して被
動ディスクに駆動係合させる手段とから成る。これらデ
ィスクの構造は、摩擦結合するような平面又は円錐面で
よい。

本発明の第３実施例では回転手段はガスジェットおよび
タービンホイールから成る。

好ましくは対流発生機素は、挿入器が回転されたとき冷
却液内に対流を生じさせるよう標本の近ぐの挿入器に取
付けられる。

本発明の別の実施例によれば、標本ホルダに標本を取付
けることができ、挿入器が回転するときこの標本ホルダ
が冷却液内で対流を生じさせるようホルダ軸は挿入蓋軸
より離間している。

好ましくは、挿入器が所定時間で回転するよう挿入器を
回転させる手段を制御するようタイミング装置が配置さ
れる。

この時間は異なる条件に合致するよう調節でき、アナロ
グ又はデジタル式の適当なセツティング手段により調節
がなされる。

次に添付図面を参照して実施例について説明する。

〔従来例〕

第４図に示す装置は、従来の技術状態を示すものであり
、断熱材ｌに囲まれたタンク２の中に金属円筒体４を冷
却するための低温媒体として作用する液体窒素３が含ま
れている。金属円筒体４の中には、冷却媒体５（例えば
液体ハロゲン化炭化水素すなわち液体エタン、プロパン
又はイソペンクン）が含まれている。スリルプロは、液
体窒素３と金属円筒体４とが直接に接触しないようにし
、このためヒーターカートリッジ７により円筒体４を最
小温度まで逆加熱できるようにしている。この最小温度
は、冷却液の凍結点により決定され、温度センサ８によ
り測定される。

標本ホルダ９に固定された生物学的又は医学的標本の挿
入は、挿入器１２によって実施されるが、挿入器１２は
部分１１に垂直方向にカイトされ、一旦トリガが操作さ
れると垂直下方運動を行なうようになっている。この下
方運動は、圧縮スプリング１４又はガススプリング等の
他の等価手段により生じ、毎秒５〜１５ｍの速度を与え
るが、経験から満足できるガラス化又は低温固定をする
にはこの程度の速度が必要であることか判っている。

ホルタ９上に標本１０を有する挿入器１２は長さ「Ｌ」
だけ移動した後、静止する。正常な条件下では、この静
止状態により冷却液５と標本１０の露出面の相対運動が
防止され、これにより隣接する冷却液内に温度勾配が生
じる。この温度勾配の結果、完全に溶化した境界層内の
温度は数ミリ秒の市打昇し始める。特に大径が、例えば
３ｍｍを越える標本でも顕著である。

この領域中の温度が一１３５°Ｃを越える限り、最初非
晶質体にガラス化していた標本の水分の多い原形質組織
が結晶化する。その結果、電子顕微鏡内での比較的高分
解能の検査が不可能となる。

温度が一８０°Ｃを中心とするレンジを越えると、小分
子およびイオンが再分散し始め、この再分散により元素
分析（ＥＯＸまたはＬＡＭＭＡ）又はオートラジオグラ
フィーに基づく組織化学上の結論を引出すことが不可能
となる。

これまで攪拌装置により冷却液を攪拌するための種々の
試みがなされており、この攪拌装置としては、例えば駆
動モータと、このモータの駆動シャフト１６に固定され
た磁石１７と、冷却浴の底部に載置された攪拌磁石１８
とから成る（ｍ気攪拌器がある。しかしながらこのよう
な装置では、冷却液５に低流速しか与えず、このような
低流速では必要な効果を得るには不充分である。注入チ
ャンネルの長さＬを従来使用されている約１０ｃｍの長
さから約５〜１０倍の長さに延ばす方法によれば満足で
きる低温固定が保証される。しかしながらこの方法は、
挿入器に関連した問題のみならず、冷却媒体の高カラム
の冷却およびその温度の等温制御に関連する問題を生じ
させる。この問題を別にしても、注入器の移動距離を長
くすればこのタイプの装置の製造コストも増大し、操作
コストもかなり増加し、かつその操作もかなり複雑とな
る。

〔実施例〕

径が３ｍｍを越える比較的大きい標本を冷却液に急速浸
漬して低温固定する公知の装置の欠点は、第１図〜第３
図に示す本発明に係、る装置により簡単に除去される。

このため、第１図は、第４図に示した挿入装置の代わり
に挿入器１２′がガイド機素が１１′内に垂直変位石き
るよう設けられ、円筒体１９が挿入器に同軸状に固定さ
れている。この円筒体１９の外径はスリーブ２０の内径
ｄよりも若干小さく、このスリーブ２０を挿入器１２′
が適当な隙間を残して通過するので、スリーブが電気モ
ータ２２およびトランスミッション２３／２４によりホ
ールベアリング２１内で高速回転されると、シリンダ１
９も部品１９と２０との応対面の間で連行された空気内
の摩擦により駆動される。同時に円筒体１９およびスリ
ーブ２０は挿入運動を空気作用で緩衝し、この結果この
運動は　急に終了しない。すなわち徐々に減速されて終
了する。

第１図に示すようにこの装置の更なる改良点は、アセン
ブリ機素２５に小プロペラブレードを対称に固定したこ
とにあり、アセンブリ機素２５はとりわけ標本ホルダ９
を挿入器１２′に取付けるよう作動する。この実施例は
回転対称な標本ホルダ９と標本１０を挿入する場合特に
好適である。同時に本発明の範囲内ではこのタイプ（側
面図および平面図を比較のこと）ブレード２６を４つ、
このタイプのブレード２７を３つ又はこのタイプのブレ
ード２８をそれ以上の個数だけ取付けることができ、い
ずれの場合でも中間部品２５又は２５′上の挿入ロッド
１２′のまわりに対称に配置される。これらプロペラ−
ブレード２６゜２７．２８は標本の表面で適当な対流が
生じるよう冷却媒体を毎秒１０回転の速度で循環させる
。

第２ａ、２ｂ図に示すように本発明の別の改良点は、円
筒体の代わりに円錐体２９又はプレート３０を挿入器１
２’へ取付けたことにある。この円錐体又はプレートは
、スプリング１４の力により部品３２又は３３の回転対
抗面に押圧され、このためクラッチプレートのような駆
動力を生じさせる。必要であれば、駆動効果を促進する
かおよび／又は垂直注入運動を弾性的に緩衝するコーテ
ィング３４を設けてもよい。

ｆｉ’ｒ　２　ａ　、　２　ｂ図に示すように別の改良
点は、標本が挿入器１２’の長手方向軸に対して偏心し
た位置を取るように中間部品３５／３５’を介して挿入
器１２’に回転対称標本ホルダ９又はほぼ回転対称標本
１０を取付けたことにある。挿入器が回転すると、挿入
器は標本１０を冷却液５に対して移動し、中間部品３５
は同時に挿入器１２’の軸Ａに対して長さｒｒＪだけ標
本キャリア９の長手方向軸をオフセットする。このオフ
セ・ント長さは、偏心半径に対応する。これとは別に標
本ホルダ９の軸Ｐが挿入器１２′の軸Ａに対して所定角
傾くように取付け、標本１０を任意に偏心させてもよい
。いずれの場合でも、ホルダ９上の標本ｌＯはドライブ
２２．２３．２４が回転するとき冷却液５内で回転運動
する。

最後に第３ａ、３ｂ図に示すように本発明の別の改良点
は、モータおよびトランスミ・ンシュンにより注入ロッ
ド１２′の回転を行なわず、ガスタービンのようなパケ
ットホイール３６によって回転するようにできることに
ある。このバケントホイール３６は挿入器１２′に取付
けられ、ジェットノズル３７を介して部品３８に進入す
るガス流によりタービンが回転される。挿入器１２′を
回転する前に始動する回転運動は２つの対応する円筒面
３９／４０により生じる空気制動により静止される。

本発明の範囲内では、第１図〜第３図を参照して説明し
た図示実施例に関して改変をすることも可能である。従
って、個々に説明した数種の機素を図示実施例中の表示
◆記載とは異なるように互いに一つに統合したり結合す
る種々の技術的に好適な改良を加えて本発明に係る装置
を製造できる。例えば、このことは挿入器の回転運動の
伝達又は発生に関して適用できる。すなわちこの伝達又
は発生は多数の方法、例えば磁気カップリング、又は挿
入ロッドをモータの電機子として設計し挿入器のハウジ
ングにモータ巻線を取付けたり、渦電流ユニット、直接
ギアカップリング等により実施できる。

同様にして冷却液を充分に対流させる機素は第１図〜第
３図に示した実施例以外の種々の形状に製造できる。挿
入器は垂直挿入運動終了前すなわち垂直注入運動終了時
に強力な回転運動をしていることが重要で、この回転運
動は適当な手段によ５り発生できる。更に標本１０の注
入は、スプリング機素１４により、又はガス圧により空
気作用１により又は同等の手段により実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却浴内で対流を生じさせるプロペラおよび駆
動スリーブを有する装置の横断面略図、ｍ　２　ａおよ
びｉＺｂ図は、挿入器用の２つの回転手段の部分の横断
面略図、第３ａおよび３ｂ図は、挿入器に回転運動を生
じさせる別の手段の長手方向横断面略図１、第４図は、
冷却浴を含む挿入器；δの横断面略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｂ標本を担持するホルダと、該ホルダを所定速度で下
   方に向けて液体内へ挿入するための手段と、ホルダが前
   記液体中にある間ホルダを回転させる手段とから成る低
   温冷却液内に標本を浸漬するための装置。 （２）前記挿入手段が軸方向に変位可能なシャフトを含
   み、前記ホルダは前記シャフトの一端に取付けられ、前
   記回転手段はボアを有する回転部材を含み、前記ボアは
   前記シャフトを受け、前記回転部材は部材の回転運動を
   前記シャフトと駆動手段へ伝達し、前記回転部材を回転
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 （３）前記回転部材およびシャフトは摩擦結合されてい
   る特許請求の範囲第２項記載の装置。 （４）前記挿入手段は、前記シャフトを毎秒５ｍの速度
   まで加速するのに充分なエネルギーを貯えるようになっ
   ている抑圧付勢手段と該抑圧付勢手段のエネルギーを解
   放するトリガ手段とを含む特許請求の範囲第３項記載の
   装置。 （５）前記抑圧付勢手段は１１ｕ記シヤフトと前記回転
   部材を押圧して摩擦係合する特許請求の範囲第４項記載
   の装置。 （６）前記抑圧付勢手段はスプリングを含む特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 （７）前記駆動手段はタイミング制御装置を含む特許請
   求の範囲第４項記載の装置。 （８）前記シャフト上に複数の流体インペラーが取付け
   られている特許請求の範囲第４項記載の装置。 （９）前記駆動手段は流体ジェットと、これと連動する
   タービンを含む特許請求の範囲第８項記載の装置。 （１０）前記駆動手段は前記シャフトに連動するよう接
   続された電気モータを含む特許請求の範囲第８項記載の
   装置。 （ｌ　ｌ）前記回転部材は、これより延長する中空円筒
   スリーブを有し、前記シャフトは、その上に取付けられ
   た円筒体を有し、前記円筒体は前記スリーブの内壁と協
   働する外面を有し、このため前記スリーブと前記円筒体
   との間の空気により摩擦係合がなされる特許請求の範囲
   第４項記載の装置。