WO2009030398A2 - Verfahren und einrichtung zur automatischen probenzuführung - Google Patents

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WO2009030398A2
WO2009030398A2 PCT/EP2008/006968 EP2008006968W WO2009030398A2 WO 2009030398 A2 WO2009030398 A2 WO 2009030398A2 EP 2008006968 W EP2008006968 W EP 2008006968W WO 2009030398 A2 WO2009030398 A2 WO 2009030398A2
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slide
sample
gripper
microscope stage
sample gripper
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French (fr)
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WO2009030398A3 (de
Inventor
Peter Westphal
Uwe Wolf
Thomas Wollweber
Frank Eismann
Original Assignee
Carl Zeiss Microimaging Gmbh
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Publication date
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Publication of WO2009030398A3 publication Critical patent/WO2009030398A3/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/30—Staining; Impregnating ; Fixation; Dehydration; Multistep processes for preparing samples of tissue, cell or nucleic acid material and the like for analysis
    • G01N1/31—Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/34—Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for automatic Probenzuschreibung for microscope-like measuring ⁇ or Praparationsgerate or the like optical devices, as well as for optical and non-optical contrast method with which plate-shaped, is provided as a slide specimens automatically fed to a provided on a microscope stage mount and removed again after a surveying In order to measure especially slides with tissue sections or biochips in the object carrier format optically in transmitted light or by evaluation of fluorescence radiation.
  • Object slide feeds are known from the prior art.
  • DE 10 2004 056 677 A1 describes an automatic microscope system in which the import of a slide into a holding device is effected by means of a gripping device, by providing a movable stop which laterally engages in the direction of the slide during a movement of the gripping device and spring applied a force required for positioning, wherein the slides are horizontally or vertically stacked one above the other.
  • a device for collecting cassettes and / or slides is also known, in which a motor-driven lifting table is provided with stacked and on the lifting table Tarver constituen tableaus for collecting the slides that a slide of a from a Slider supplied to existing device with the slider having below the plate arranged forks on which the slide is to be stored both on the tableau, as well as to be moved by means of the fork ends for new slide to be recorded.
  • a slide scanner Vor ⁇ chtung and a method is known in which so many scanner elements are arranged orthogonal to the transport direction side by side or transversely offset to completely digitize the entire width of a slide during a pass in the transport direction.
  • US 2004/0114227 A1 describes a slide holder for an automated slide loader, in which horizontally juxtaposed slides are provided with special holders for automatic positioning, and in US Pat. No. 4,248,498 an automated biomedical object carrier examination system with a special magazine is vertical, the slides are horizontally flat over each other and are pushed m examination position.
  • US Pat. No. 5,331,458 also discloses a wafer inspection system in which the wafers are arranged vertically in the magazine and are held with a vacuum paddle and removed from the magazine by a rotational movement; US Pat. No.
  • 6,847,481 describes an object carrier handle System with its own magazine and an xy table, on which the slides are stacked horizontally one above the other and which has a z-drive, so that the slides are taken over a short rotational movement and m pulled the xy table
  • US No. 6,905,300 A1 discloses a specimen slide feed, in which a supply by means of air flow takes place
  • US Pat. No. 6,208,909 discloses a wafer transport device in which wafers lie horizontally a magazine by means of transfer arm and retracted.
  • the present invention seeks to provide a method and a device for automatic Probenzuchtung with which in particular plate-shaped, designed as a slide samples are automatically fed to a holder and removed again to optically in a microscope-like measuring device Transmitted light or by evaluation of fluorescence radiation to be measured or manipulated in a Praparationsvorraum.
  • the problem underlying the invention is solved by a method for automatic sample feeding by the features specified in the characterizing part of claim 1 by after positioning a m obj ekttragerbox provided slide by means of a driving device and transfer to a sample gripper this with the selected slide then to a preview position is moved m a recording of a Ubersichtstruckes by means of a digital camera as a preview and selection image for further processing of a sample to be examined is performed, then that the sample gripper moved to a provided on a microscope stage ptragerhalterung and after stripping the slide on this support m a waiting position remains and is measured on a particular motorized microscope stage of the slide and that after the performed optical measurement of the slide m a schsch Leaving process step again a recording of the slide through the sample gripper and a tray of the slide through the sample gripper into the slide box.
  • the slides arranged in the slide box are positioned and aligned by means of the controlled sample gripper and automatically fed by means of a displacement device provided on the microscope stage slide holder for surveying in the intended position positions by means of a driving device and a positioning.
  • a displacement device provided on the microscope stage slide holder for surveying in the intended position positions by means of a driving device and a positioning.
  • the advantages of the method according to the invention and of the device for automatic sample introduction for microscopic measuring or preparation devices are that the sample introduction is carried out in two orthogonal linear movements.
  • the first is the delivery movement for selecting or changing a slide in a slide box provided as a standard magazine.
  • the other is the feeding movement of the tweezer-type gripper formed on the sample gripper, perpendicular to the optical axis, for the object carrier to be grasped.
  • the storage of the slides in the slide box has the advantage that it is not necessary in the entire process chain from preparation to archiving or disposal, by resorting to a special recording, the slides manually or by other complicated mechanisms implement. This minimal contact with the sample also avoids unwanted contamination of the sample material.
  • the tweezer-shaped grippers of the sample gripper are designed so that, before the slide is taken by the forceps, a laterally attacking a stop fork-shaped positioning presses the slide in an ideal transfer position and is held in this until the tweezers have taken over the slide ,
  • the slides which are disordered in the slide box can be prepositioned.
  • the path of the slide from the slide box to the measuring position is also linear, so that thereby the path of the slide is minimized and the trajectory of the sample gripper is executed by simple mechanisms.
  • the tweezer-shaped gripping elements of the sample gripper are designed in a preferred embodiment so that they guarantee a secure hold during movement for all occurring slide geometries. They have a fixed stop, which is adjusted corresponding to the position of an axial stop for the slides on the microscope stage in the measuring position.
  • a moveable trained tweezer arm of the sample gripper has a working area which handles all occurring slide thicknesses generally from 0.9 to 1.2 mm guaranteed. Furthermore, slides with and without cover glass can be held securely.
  • the fixed stop of the tweezers corresponds with a 3-point system, so that the tolerances of the slide and the thickness of the existing cover glass are compensated by the movable side of the forceps and counter springs, since the two tweezers of the sample gripper preferably opened by actuators and be closed by springs and additionally controlled by a sensor, whether the tweezers are open or closed or whether a slide has been gripped or not.
  • a particularly advantageous embodiment can be seen in the fact that a preview is integrated between a magazine and a measuring position, so that the resulting Ubersichtstruck allows the evaluation of the position of the preparation and based on this template, a user can limit the measuring range. As a result, the evaluation time can be significantly reduced. Furthermore, a barcode detection contained in this step enables automatic unambiguous identification of the sample.
  • a particularly preferred development is seen in that the linear movement of the sample gripper in the Clamping position, removal position, Previewposition and waiting position by a displacement device takes place.
  • the tweezers of the sample gripper are parked near the later required transfer position. This eliminates long distances and the positioning of the slide are minimized.
  • the slide is sorted back to its original position in the slide box. This ensures the clarity and further use of the slides.
  • the separation of all movements in temporally successive individual movements has the advantage that the control of the actuators compared to combined multi-axis movements can be drastically simplified and monitored more secure.
  • Fig. 1 shows a sample delivery system in an overall view
  • FIG. 2 shows a sample gripper in different positions
  • Fig. 3 shows the sample gripper in side view in section.
  • a selected slide 2 is aligned vertically in a slide box 3 and at the same time via a driving device 4 on one side the retragerbox 3 pushed.
  • a sample gripper 5 is positioned over the slide 2 by means of a displacement device 6, for example by a spindle drive, so that two gripper elements of the sample gripper 5 designed as forceps 7 can grip the slide 2 in order to remove it from the slide frame 3.
  • the two tweezers 7 are each opened or closed with a lifting magnet 8.
  • the position of the tweezers 7 is kept stable by means of springs 9 according to FIG. 3, ie the lifting magnets 8 operate against the springs 9.
  • Em detected on a movably formed tweezer arm 11 detects whether the tweezers 7 are open or closed or whether one of the slides 2 has been grasped or not.
  • the inserted sensor 10 is formed for example as a Hall sensor or as light barriers.
  • the movable tweezer arm 11 is formed as a Festkorpergelenk 12, so that the slide 2 is held clamped.
  • the feeding of the slides 2 takes place in two orthogonal linear movements.
  • the first linear movement is the delivery movement for selecting or changing the slide 2 m of the retragerbox 3.
  • This type of storage of the slide 2 in the retragerbox 3 has the advantage that it m the entire process chain from the preparation to archiving or disposal not it is necessary, by resorting m a special recording, the slide 2 manually or by other complicated mechanisms implement.
  • the second linear movement is the perpendicular to the optical axis supply movement of the captured with the tweezers 7 of the sample gripper 5 slide 2 by means of the displacement device 6.
  • the laterally against a stop attacking fork-shaped positioning 1 prints the slide 2 in an ideal transfer position and in this he is held until the tweezers 7 have taken over the slide 2.
  • This has the advantage that the so m obj ekttragerbox 3 disordered slide 2 are prepositioned.
  • the path of the slide 2 is linear from the obj ekttragerbox 3 to the measuring position. This results in a short trajectory that can be executed by the simple displacement device 6.
  • the tweezers 7 are designed so that they guarantee a secure hold during movement for all occurring ptragergeometrien.
  • a movably provided tweezer arm 11 has a working area, which handles all occurring slide thicknesses generally from 0.9 to 1.2 mm and in addition slide 2 with and without coverslip safely stop.
  • the measuring position of the slide 2 is reproducible by the upper stop 13 and the lateral stop 14 of the tweezers 7, as well as by the defined axial contact of the slide 2 on the microscope stage 17.
  • This axial contact is in a clamping position 16 by arranged on the microscope stage 17 spring-loaded pinch rollers 18 realized.
  • a comparison of repeated measurements is possible and also measured values from other experimental arrangements can be interpreted by assigning the measured values.
  • the measuring position of the slide 2 exclusively by accordingly dimensioned resilient pinch rollers 18 is held and the tweezers 7 are decoupled from the movement of the microscope stage 17, one has on the microscope stage 17 a slide holder with minimal mass, whereby a large acceleration and traversing speed, ie a rapid scanning of samples is possible.
  • a preview is integrated.
  • the resulting overview image allows the evaluation of the position of the sample and with this template the user can limit the measuring range. As a result, the evaluation time can be significantly reduced. Furthermore, a barcode detection included in this step allows automatic, unambiguous identification of the sample.
  • Positioning device 1 the slide box 3 with the entrainment device 4, which may be a linear unit, a spindle drive or the like, moved into the removal position 18 of the sample gripper 5.
  • the fork-shaped positioning device 1 By means of the fork-shaped positioning device 1 is the Slide 2 simultaneously aligned vertically and pushed to the opposite side wall of the slide box 3.
  • the positioning device 1 can assume two positions, either a relaxed state or a positioning position.
  • the actuation of the positioning device 1 by means of a magnetic switch, solenoid, stepping motor or rotary magnet. After this alignment of the slide 2 to the sample gripper 5, the transfer to the sample gripper 5 is performed. For this purpose, the sample gripper 5 is moved vertically downwards.
  • the tweezers 7 are open.
  • the tweezers 7 are tensioned or relaxed in particular by an electromagnetic mechanism 8, 9.
  • sensors 10 are integrated on each side in the sample gripper, with which it is determined whether the object to be measured slide 2 was taken correctly, the tweezers 7 are correctly opened or closed and even a slide 2 was gripped.
  • the sample gripper 5 is moved vertically.
  • a preview position 20 the sample gripper 5 is stopped.
  • an overview image of the sample is taken with a digital camera 21.
  • the illumination for the overview image takes place in transmitted light or reflected light, in particular with a luminous foil or an LED illumination.
  • This overview screen acts as a preview and selection screen in the control software for further processing of the sample.
  • the sample gripper 5 After successful recording of the overview image with the digital camera 21, the sample gripper 5 is moved further vertically in alignment with the microscope stage 17.
  • recesses 22 are provided according to Figure 1, through which the sample gripper 5 with the tweezers 7 without collision can drive through.
  • the sprung pressure rollers 18 are arranged.
  • the slide 2 is guided behind these pressure rollers 18. This happens up to an upper stop arranged on the microscope stage 17.
  • the pinch rollers 18 now act as clamping elements, the stop as a position position.
  • the sample gripper system After removal of the slide 2, the sample gripper system vertically moves the waiting position 23 above the microscope stage 17.
  • the motorized microscope stage 17 with the slide 2 can now move freely independently of the sample gripper system. Subsequently, the actual measuring process, which consists in scanning the slide 2. To this end, the microscope stage 17 is moved by motor means in the x and y direction relative to the microscope objective (not shown), in which case the objective axis is the z axis. In the case of a surface detection by means of a 2D camera, the microscope stage is moved 17 m steps, which preferably correspond to the width of an optically detectable object field. In the case of limeniform detection by means of a cell camera, the microscope stage can be moved 17 m in accordance with small steps or also continuously.
  • the microscope stage 17 is m moved to a zero position m the transfer of the slide 2 to the sample gripper 5 can be done.
  • the sample gripper 5 moves vertically from the waiting position 23 to the clamping position 19 of the slide 2.
  • the tweezers 7 are open. As soon as the slide 2 is in the tweezers 7, the tweezers 7 grip. By moving on the sample gripper 5, the slide 2 is moved out of the sprung pressure rollers 18 and the clamping of the slide 2 on the microscope stage 17 solved.
  • the sample gripper 5 moves vertically downwards into the removal position 19 and transfers the object carrier 2 to the object carrier box 3, in that the tweezers 7 open. Subsequently, the sample gripper 5 is moved with the forceps 7 so far up that the underlying ptragerbox 3 can be moved horizontally in the next position.

Abstract

Um ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Probenzuführung für mikroskopartige Mess- oder Präparationsgeräte zu schaffen, mit denen insbesondere plattenförmige, als Objektträger ausgebildete Proben automatisch einer Halterung zugeführt und wieder entnommen werden, um sie in einem mikroskopartigen Messgerät optisch im Durchlicht oder durch Auswertung von Fluoreszenzstrahlung zu vermessen oder in einer Präparationsvorrichtung manipulieren zu können, wird vorgeschlagen, dass die in einer Objektträgerbox (3) angeordneten Objektträger (2) durch eine Mitnahmevorrichtung (4) bewegbar und durch eine Positioniervorrichtung (1) positionierbar sind sowie von einem steuerbaren Probengreifer (5) aufgenommen und anschließend mittels einer Verschiebevorrichtung (6) einer an einem Mikroskoptisch (17) vorgesehenen Objektträgerhalterung (18) zur Vermessung in festgelegten Lagepositionen zuführbar sind, wobei vor der Ablage der Objektträger (2) auf dem Mikroskoptisch (17) ein Übersichtsbild mittels einer Digitalkamera (21) vorgesehen ist. Zur Vermessung der Objektträger (2) ist der Mikroskoptisch (17) motorisch schrittweise und kontinuierlich in vorgegebene Sollpositionen verfahrbar. Nach der durchgeführten optischen Vermessung des Objektträgers (2) erfolgt abschließend wieder eine Aufnahme und eine Ablage des Objektträgers (2) durch den Probengreifer (5) in die Objektträgerbox (3).

Description

Verfahren und Einrichtung zur automatischen Probenzufuhrung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Probenzufuhrung für mikroskopartige Mess¬ oder Praparationsgerate oder dergleichen optische Gerate sowie für optische und nichtoptische Kontrastverfahren, mit denen plattenformige, als Objektträger vorgesehene Proben automatisch einer auf einem Mikroskoptisch vorgesehenen Halterung zugeführt und nach einer Vermessung wieder entnommen werden, um insbesondere Objektträger mit Gewebeschnitten oder Biochips im Objekttragerformat optisch im Durchlicht oder durch Auswertung von Fluoreszenzstrahlung zu vermessen.
Objekttragerzufuhrungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So wird m der DE 10 2004 056 677 Al ein automatisches Mikroskopiersystem beschrieben, bei dem das Einfuhren eines Objektträgers m eine Haltevorrichtung mittels einer Greifvorrichtung erfolgt, indem ein beweglicher Anschlag vorgesehen ist, der bei einer Bewegung der Greifvorrichtung in Richtung des Objektträgers an diesem seitlich angreifend und federbeaufschlagt eine zur Positionierung erforderliche Kraft aufbringt, wobei die Objektträger waagerecht oder senkrecht übereinander gestapelt liegen. Aus der DE 102 22 333 Al ist weiterhin eine Vorrichtung zum Sammeln von Kassetten und/oder Objektträgern bekannt, bei der ein motorisch angetriebener Hubtisch mit übereinander angeordneten und über den Hubtisch hohenverstellbaren Tableaus zum Sammeln der Objektträgern vorgesehen ist, die über eine Rutsche einer aus einem Schieber bestehenden Vorrichtung zugeführt werden, wobei der Schieber unterhalb der Platte angeordnete Gabeln aufweist, auf denen der Objektträger liegt, um sowohl auf das Tableaus abgelegt zu werden, als auch mittels der Gabelenden für neue aufzunehmende Objektträger verschoben zu werden. Aus der DE 102 36 417 Al ist eine Slide-Scanner-Vorπchtung und ein Verfahren bekannt, bei denen so viele Scannerelemente orthogonal zur Transportrichtung nebeneinander oder quer versetzt angeordnet sind, um die gesamte Breite eines Objektträgers wahrend eines Durchlaufs m Transportrichtung vollständig zu digitalisieren. In der US 2004/0114227 Al wird ein Slide Holder for an automated Slide Loader beschrieben, bei dem horizontal nebeneinander aufgereihte Objektträger m speziellen Haltern zur automatischen Positionierung vorgesehen sind und in der US 4 248 498 ein automatisiertes biomedizinisches Objekttrager-Untersuchungssystem mit einem Spezialmagazm, das senkrecht steht, die Objektträger liegen horizontal flach übereinander und werden m Untersuchungsposition geschoben. Aus der US 5 331 458 ist weiterhin ein Wafer-Inspektionssystem bekannt, bei dem die Wafer senkrecht im Magazin stehen und mit einem Vakuum- Paddle gehalten und durch eine Rotationsbewegung aus dem Magazin entnommen werden, aus der US 6 847 481 ist ein Objekttrager-Handlmg-System mit eigenem Magazin und einem x-y-Tisch, auf dem die Objektträger waagerecht liegend übereinander gestapelt sind und der einen z-Antrieb aufweist, so dass die Objektträger über eine kurze Drehbewegung aufgenommen und m den x-y-Tisch gezogen werden, sowie aus der US 6 905 300 Al eine Objekttragerzufuhrung, bei der eine Zufuhrung mittels Luftströmung erfolgt, sowie aus der US 6 208 909 ein Wafertransportgerat, bei dem horizontal liegende Wafer aus einem Magazin mittels Transferarm ein- und ausgefahren werden .
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Probenzufuhrung zu schaffen, mit denen insbesondere plattenformige, als Objektträger ausgebildete Proben automatisch einer Halterung zugeführt und wieder entnommen werden, um sie in einem mikroskopartigen Messgerat optisch im Durchlicht oder durch Auswertung von Fluoreszenzstrahlung zu vermessen oder in einer Praparationsvorrichtung manipulieren zu können.
Gelost wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Probenzufuhrung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale, indem nach einer Positionierung eines m einer Obj ekttragerbox vorgesehenen Objektträgers mittels einer Mitnahmevorrichtung und Übergabe an einen Probengreifer dieser mit dem ausgewählten Objektträger anschließend an eine Previewposition verfahren wird, m der eine Aufnahme eines Ubersichtsbildes mittels einer Digitalkamera als Vorschau- und Auswahlbild zur Weiterverarbeitung einer zu untersuchenden Probe durchgeführt wird, dass danach der Probengreifer zu einer auf einem Mikroskoptisch vorgesehenen Objekttragerhalterung verfahren und nach dem Abstreifen des Objektträgers an dieser Halterung m einer Warteposition verbleibt und auf einem insbesondere motorisierten Mikroskoptisch der Objektträger vermessen wird und dass nach der durchgeführten optischen Vermessung des Objektträgers m einem abschließenden Verfahrensschritt wieder eine Aufnahme des Objektträgers durch den Probengreifer und eine Ablage des Objektträgers durch den Probengreifer in die Objektträgerbox erfolgt.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur automatischen Probenzuführung werden gemäß Patentanspruch 3 mittels einer Mitnahmevorrichtung und einer Positioniervorrichtung die in der Objektträgerbox angeordneten Objektträger positioniert sowie ausgerichtet, mittels des gesteuerten Probengreifers aufgenommen und mittels einer Verschiebevorrichtung automatisch der auf dem Mikroskoptisch vorgesehenen Objektträgerhalterung zur Vermessung in vorgesehenen Lagepositionen zugeführt, wobei vor der Ablage der Objektträger auf dem Mikroskoptisch ein Übersichtsbild mittels einer Digitalkamera erstellt wird und wobei zur Vermessung der Objektträger der Mikroskoptisch motorisch schrittweise und/oder kontinuierlich verfahrbar vorgesehen ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung zur automatischen Probenzuführung für mikroskopartige Mess- oder Präparationsgeräte bestehen darin, dass die Probenzuführung in zwei orthogonal zueinander verlaufenden Linearbewegungen ausgeführt wird. Die erste ist die Zustellbewegung zur Auswahl bzw. zum Wechsel eines Objektträgers in einer als Standardmagazin vorgesehenen Objektträgerbox. Die andere ist die senkrecht zur optischen Achse verlaufende Zuführungsbewegung der an dem Probengreifer ausgebildeten pinzettenförmigen Greifer für den zu fassenden Objektträger. Es entsteht dadurch eine Entkopplung des Bewegungsablaufes durch zwei Einzelbewegungen . Die Lagerung der Objektträger in der Objektträgerbox hat den Vorteil, dass es in der gesamten Verfahrenskette von der Präparation bis zur Archivierung oder Entsorgung nicht notwendig ist, durch Umsortieren in eine spezielle Aufnahme, die Objektträger manuell oder durch weitere komplizierte Mechanismen umzusetzen. Dieser Minimalkontakt mit der Probe vermeidet außerdem ungewollte Verunreinigungen des Probenmaterials.
Vorteilhaft sind die pinzettenförmigen Greifer des Probengreifers so ausgebildet, dass, bevor der Objektträger durch die Pinzetten übernommen wird, eine seitlich gegen einen Anschlag angreifende gabelförmig ausgebildete Positioniervorrichtung den Objektträger in eine ideale Übergabeposition drückt und in dieser gehalten wird, bis die Pinzetten den Objektträger übernommen haben. Dadurch können die in der Objektträgerbox ungeordneten Objektträger vorpositioniert werden. Der Weg des Objektträgers von der Objektträgerbox bis zur Messposition ist ebenfalls linear, so dass dadurch der Weg des Objektträgers minimiert ist und die Bewegungsbahn des Probengreifers durch einfache Mechanismen ausführbar ist.
Die pinzettenförmigen Greifelemente des Probengreifers sind in einer bevorzugten Ausführung so gestaltet, dass sie für alle vorkommenden Objektträgergeometrien einen sicheren Halt während der Bewegung garantieren. Sie besitzen einen Festanschlag, der korrespondierend zur Position eines axialen Anschlages für die Objektträger auf dem Mikroskoptisch in Messposition justiert wird. Ein beweglich ausgebildeter Pinzettenarm des Probengreifers hat einen Arbeitsbereich, welcher die Handhabung aller vorkommenden Objektträgerdicken im allgemeinen von 0,9 bis 1,2 mm gewährleistet. Weiterhin können Objektträger mit und ohne Deckglas sicher gehalten werden. Der Festanschlag der Pinzetten korrespondiert dabei mit einer 3-Punkt-Anlage, so dass dadurch die Toleranzen des Objektträgers und die Dicke des evtl. vorhandenen Deckglases durch die bewegliche Seite der Pinzetten sowie Gegenfedern ausgeglichen werden, da die beiden Pinzetten des Probengreifers bevorzugt durch Aktoren geöffnet und durch Federn geschlossen werden und zusätzlich mittels eines Sensors kontrollierbar ist, ob die Pinzetten geöffnet oder geschlossen sind bzw. ob ein Objektträger gegriffen wurde oder nicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass zwischen einem Magazin und einer Messposition ein Preview integriert ist, so dass das daraus resultierende Ubersichtsbild die Bewertung der Lage des Präparates ermöglicht und anhand dieser Vorlage kann ein Benutzer den Messbereich einschränken. Dadurch kann die Auswertezeit maßgeblich reduziert werden. Weiterhin ermöglicht eine m diesem Schritt enthaltene Barcode- Erfassung die automatische eindeutige Identifizierung der Probe .
Weil m Messposition der Objektträger ausschließlich durch entsprechend dimensionierte gefederte Andruckrollen auf dem Mikroskoptisch gehalten wird und die Pinzetten des Probenhalters von der Bewegung des Mikroskoptisches entkoppelt sind, hat man auf dem Mikroskoptisch eine Obj ekttragerhalterung mit minimaler Masse, wodurch große Beschleunigungen und Verfahrgeschwindigkeiten ein schnelles Abrastern der Probe ermöglichen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die Linearbewegung des Probengreifers in die Einspannposition, Entnahmeposition, Previewposition und Warteposition durch eine Verschiebevorrichtung erfolgt. Die Pinzetten des Probengreifers werden nahe der später benötigten Übergabeposition geparkt. Dadurch entfallen lange Wege und die Positionierzeiten des Objektträgers werden minimiert. Nach dem Messvorgang wird der Objektträger wieder in die ursprüngliche Position in der Objektträgerbox zurücksortiert. Dadurch ist die Übersichtlichkeit und die weitere Verwendung der Objektträger gesichert. Die Trennung aller Bewegungen in zeitlich aufeinander folgende Einzelbewegungen hat den Vorteil, dass sich die Ansteuerung der Aktoren gegenüber kombinierten Mehrachsenbewegungen drastisch vereinfacht und sicherer überwacht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Probenzuführsystem in Gesamtansicht;
Fig. 2 einen Probengreifer in unterschiedlichen Positionen;
Fig. 3 den Probengreifer in Seitenansicht im Schnitt.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen das erfindungsgemäße
Probenzuführsystem. it einer gabelförmig ausgebildeten Positioniervorrichtung
1 gemäß Figur 1 wird ein ausgewählter Objektträger 2 in einer Objektträgerbox 3 senkrecht ausgerichtet und gleichzeitig über eine Mitnahmevorrichtung 4 an eine Seite der Objekttragerbox 3 geschoben. In einem nächsten Schritt wird ein Probengreifer 5 mittels einer Verschiebevorrichtung 6, beispielsweise durch einen Spindelantrieb, über den Objektträger 2 positioniert, so dass zwei als Pinzetten 7 ausgebildete Greiferelemente des Probengreifers 5 den Objektträger 2 greifen können, um ihn aus der Objekttragerbox 3 zu entnehmen. Die beiden Pinzetten 7 werden jeweils mit einem Hubmagneten 8 geöffnet bzw. geschlossen. Im stromlosen Zustand wird die Position der Pinzetten 7 mit Hilfe von Federn 9 entsprechend Figur 3 stabil gehalten, d.h. die Hubmagneten 8 arbeiten gegen die Federn 9. Em an einem beweglich ausgebildeten Pinzettenarm 11 angeordneter Sensor 10 erfasst, ob die Pinzetten 7 geöffnet oder geschlossen sind bzw. ob einer der Objektträger 2 gegriffen wurde oder nicht. Der eingesetzte Sensor 10 ist beispielsweise als Hallsensor oder als Lichtschranken ausgebildet. Der bewegliche Pinzettenarm 11 ist als ein Festkorpergelenk 12 ausgebildet, so dass der Objektträger 2 klemmbar gehalten ist.
Die Zufuhrung der Objektträger 2 erfolgt in zwei orthogonal zueinander verlaufenden Linearbewegungen. Die erste Linearbewegung ist die Zustellbewegung zur Auswahl bzw. zum Wechsel des Objektträgers 2 m der Objekttragerbox 3. Diese Art der Lagerung der Objektträger 2 in der Objekttragerbox 3 hat den Vorteil, dass es m der gesamten Verfahrenskette von der Praparation bis zur Archivierung oder Entsorgung nicht notwendig ist, durch Umsortieren m eine spezielle Aufnahme, die Objektträger 2 manuell oder durch weitere komplizierte Mechanismen umzusetzen. Die zweite Linearbewegung ist die senkrecht zur optischen Achse verlaufende Zufuhrbewegung des mit den Pinzetten 7 des Probengreifers 5 gefassten Objektträgers 2 mittels der Verschiebevorrichtung 6. Bevor der Objektträger 2 durch die Pinzetten 7 übernommen wird, druckt die seitlich gegen einen Anschlag angreifende gabelförmig ausgebildete Positioniervorrichtung 1 den Objektträger 2 in eine ideale Ubergabeposition und in dieser wird er gehalten bis die Pinzetten 7 den Objektträger 2 übernommen haben. Das hat den Vorteil, dass die so m der Obj ekttragerbox 3 ungeordneten Objektträger 2 vorpositioniert werden. Der Weg des Objektträgers 2 ist von der Obj ekttragerbox 3 bis zur Messposition linear. Damit ergibt sich eine kurze Bewegungsbahn, die durch die einfache Verschiebevorrichtung 6 ausfuhrbar ist. Die Pinzetten 7 sind so gestaltet, dass sie für alle vorkommenden Objekttragergeometrien einen sicheren Halt wahrend der Bewegung garantieren. Sie besitzen einen oberen Anschlag 13, der korrespondierend zur Position eines axialen Anschlages für die Objektträger 2 auf einem Mikroskoptisch 17 in Messposition justiert wird und einen seitlichen Anschlag 14 an einem festen Pinzettenarm 15. Ein beweglich vorgesehener Pinzettenarm 11 hat einen Arbeitsbereich, welcher die Handhabung aller vorkommenden Objekttragerdicken im Allgemeinen von 0,9 bis 1,2 mm gewährleistet und zusätzlich Objektträger 2 mit und ohne Deckglas sicher halt.
Die Messposition des Objektträgers 2 ist reproduzierbar durch den oberen Anschlag 13 und den seitlichen Anschlag 14 der Pinzette 7, sowie durch die definierte axiale Anlage des Objektträgers 2 auf dem Mikroskoptisch 17. Diese axiale Anlage wird in einer Einspannposition 16 durch am Mikroskoptisch 17 angeordnete gefederte Andruckrollen 18 realisiert. Dadurch ist ein Vergleich von wiederholten Messungen möglich und auch Messwerte aus anderen Versuchsanordnungen lassen sich durch Zuordenbarkeit der Messwerte interpretieren. Weil die Messposition des Objektträgers 2 ausschließlich durch entsprechend dimensionierte federnde Andruckrollen 18 gehalten wird und die Pinzetten 7 von der Bewegung des Mikroskoptisches 17 entkoppelt sind, hat man auf dem Mikroskoptisch 17 eine Objektträgerhalterung mit minimaler Masse, wodurch eine große Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit, also ein schnelles Abrastern von Proben ermöglicht wird. Da der Probengreifer 5 nahe einer Einspannposition 16 in einer Warteposition 23 oberhalb des Mikroskoptisches 17 während der Vermessung des Objektträgers 2 geparkt wird, entfallen lange Wege und die Positionierzeiten des Objektträgers 2 werden minimiert. Nach dem Messvorgang wird der Objektträger 2 wieder in die ursprüngliche Position in die Objektträgerbox 3 zurücksortiert. Somit ist eine Übersichtlichkeit und weitere Verwendung der Objektträger 2 gesichert. Die Trennung aller Bewegungen in zeitlich aufeinander folgende Einzelbewegungen hat den Vorteil, dass sich die Ansteuerung der Aktoren gegenüber kombinierten Mehrachsenbewegungen drastisch vereinfacht und sicherer überwacht werden kann.
Zwischen der Objektträgerbox 3 und einer Messposition ist ein Preview integriert. Das daraus resultierende Übersichtsbild ermöglicht die Bewertung der Lage der Probe und anhand dieser Vorlage kann der Benutzer den Messbereich einschränken. Dadurch kann die Auswertezeit maßgeblich reduziert werden. Weiterhin ermöglicht eine in diesem Schritt enthaltene Barcode-Erfassung die automatische, eindeutige Identifizierung der Probe. Nach dem Einlegen und Arretieren der Objektträgerbox 3 in die
Positioniervorrichtung 1 wird die Objektträgerbox 3 mit der Mitnahmevorrichtung 4, das kann eine Lineareinheit, ein Spindelantrieb oder dergleichen sein, in die Entnahmeposition 18 des Probengreifers 5 gefahren. Mittels der gabelförmigen Positioniervorrichtung 1 wird der Objektträger 2 gleichzeitig senkrecht ausgerichtet und an die gegenüberliegende Seitenwand der Objektträgerbox 3 geschoben. Die Positioniervorrichtung 1 kann zwei Positionen einnehmen, entweder einen entspannten Zustand oder eine Positionierlage. Die Betätigung der Positioniervorrichtung 1 erfolgt mittels Magnetschalter, Hubmagnet, Schrittmotor oder Drehmagnet. Nach dieser Ausrichtung des Objektträgers 2 zum Probengreifer 5 wird die Übergabe zum Probengreifer 5 durchgeführt. Dazu wird der Probengreifer 5 senkrecht nach unten gefahren. Die Pinzetten 7 sind geöffnet. Die Pinzetten 7 werden insbesondere durch einen elektromagnetischen Mechanismus 8,9 gespannt bzw. entspannt. Zur Kontrolle der Wirkmechanismen sind an jeder Seite im Probengreifer 5 Sensoren 10 integriert, mit denen festgestellt wird, ob der zu vermessende Objektträger 2 korrekt gefasst wurde, die Pinzetten 7 korrekt geöffnet bzw. geschlossen sind und überhaupt ein Objektträger 2 gegriffen wurde. Nach dem Greifen des Objektträgers 2 durch Schließen der Pinzetten 7 wird der Probengreifer 5 vertikal verfahren. Auf einer Previewposition 20 gemäß Figur 2 wird der Probengreifer 5 angehalten. An dieser Position wird ein Übersichtsbild der Probe mit einer Digitalkamera 21 aufgenommen. Die Beleuchtung für das Übersichtsbild erfolgt im Durchlicht oder Auflicht insbesondere mit einer Leuchtfolie oder einer LED-Beleuchtung. Dieses Übersichtsbild fungiert in der Steuerungssoftware als Vorschau- und Auswahlbild zur Weiterverarbeitung der Probe. Nach erfolgerter Aufnahme des Übersichtsbildes mit der Digitalkamera 21 wird der Probengreifer 5 weiter vertikal in einer Flucht zu dem Mikroskoptisch 17 verfahren. Am Mikroskoptisch 17 sind gemäß Figur 1 Aussparungen 22 vorgesehen, durch die der Probengreifer 5 mit den Pinzetten 7 ohne Kollision durchfahren kann. Am Mikroskoptisch 17 sind die gefederten Andruckrollen 18 angeordnet. Bei der vertikalen Fahrt des Probengreifers 5 wird der Objektträger 2 hinter diese Andruckrollen 18 gefuhrt. Das geschieht bis zu einem am Mikroskoptisch 17 angeordneten oberen Anschlag. Durch Weiterfahren des Probengreifers 5 und gleichzeitiges Offnen der Pinzetten 7 werden die Pinzetten 7 vom Objektträger 2 abgestreift. Die Andruckrollen 18 fungieren jetzt als Spannelemente, der Anschlag als Lageposition. Das Probengreifersystem fahrt nach Abstreifen des Objektträgers 2 vertikal m die Warteposition 23 oberhalb des Mikroskoptisches 17. Der motorisierte Mikroskoptisch 17 mit dem Objektträger 2 kann sich jetzt unabhängig vom Probengreifersystem frei bewegen. Anschließend erfolgt der eigentliche Messvorgang, der darin besteht, den Objektträger 2 abzurastern. Der Mikroskoptisch 17 wird dazu motorisch in x- und y-Richtung maanderformig relativ zum nicht dargestellten Mikroskopobjektiv verfahren, wobei hier die Objektivachse die z-Achse ist. Im Falle einer flächigen Detektion mittels einer 2D-Kamera wird der Mikroskoptisch 17 m Schritten verfahren, die vorzugsweise der Breite eines optisch erfassbaren Objektfeldes entsprechen. Im Falle einer limenformigen Detektion mittels einer Zellenkamera kann der Mikroskoptisch 17 m entsprechend kleinen Schritten oder auch kontinuierlich verfahren werden.
Nach durchgeführter Vermessung des Objektträgers 2 erfolgt die Rückführung des Objektträgers 2 m die Obj ekttragerbox 3. Der Mikroskoptisch 17 wird dazu m eine Nullposition gefahren, m der die Übergabe des Objektträgers 2 an den Probengreifer 5 erfolgen kann. Der Probengreifer 5 fahrt dazu vertikal aus der Warteposition 23 zur Einspannposition 19 des Objektträgers 2. Die Pinzetten 7 sind geöffnet. Sobald sich der Objektträger 2 in den Pinzetten 7 befindet, greifen die Pinzetten 7 zu. Durch das Weiterfahren des Probengreifers 5 wird der Objektträger 2 aus den gefederten Andruckrollen 18 herausgefahren und die Klemmung des Objektträgers 2 am Mikroskoptisch 17 gelost. Mit dem in den Pinzetten 7 des Probengreifers 5 geklemmten Objektträger 2 fahrt der Probengreifer 5 vertikal nach unten bis in die Entnahmeposition 19 und übergibt den Objektträger 2 an die Objekttragerbox 3, indem sich die Pinzetten 7 offnen. Anschließend wird der Probengreifer 5 mit den Pinzetten 7 so weit nach oben verfahren, dass die darunter befindliche Objekttragerbox 3 horizontal in die nächste Position gefahren werden kann.
Bezugs zeichenliste
1 Gabelförmige Positioniervorrichtung
2 Objektträger
3 Obj ekttragerbox
4 MitnähmeVorrichtung
5 Probengreifer
6 VerschiebeVorrichtung
7 Pinzette
8 Hubmagnet
9 Feder
10 Sensor
11 beweglicher Pinzettenarm
12 Festkörpergelenk
13 oberer Anschlag
14 seitlicher Anschlag
15 fester Pinzettenarm
16 Einspannposition
17 Mi kroskoptisch
18 gefederte Andruckrolle
19 Entnahmeposition
20 Previewposition
21 Digitalkamera
22 Aussparung im Mikroskoptisch
23 Warteposition

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Probenzuführung für mikroskopartige Mess- oder Präparationsgeräte oder dergleichen optische Geräte sowie für optische und nichtoptische Kontrastverfahren, bei dem plattenförmige, insbesondere als Objektträger in einer Objektträgerbox vorgesehene Proben automatisch einer an einem Mikroskoptisch vorgesehenen Halterung zugeführt werden, um die Objektträger optisch im Durchlicht oder durch Auswertung von Fluoreszenzstrahlung zu vermessen und nach einer Vermessung wieder in einer Objektträgerbox abzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine Positionierung der in einer Objektträgerbox (3) angeordneten Objektträger (2) mittels einer Mitnahmevorrichtung (4) durchgeführt wird, um die Objektträger (2) in die gewünschte Position für eine Übergabe an einen Probengreifer (5) zu bringen, dass nach dem Greifen des ausgewählten Objektträgers (2) der Probengreifer (5) an eine Previewposition (20) verfahren wird, in der eine Aufnahme eines Übersichtsbildes mittels einer Digitalkamera (21) als Vorschau- und Auswahlbild zur Weiterverarbeitung einer zu untersuchenden Probe durchgeführt wird, dass anschließend der Probengreifer (5) zu einer auf einem Mikroskoptisch (17) vorgesehenen
Objektträgerhalterung (18) verfahren wird und nach dem Abstreifen des Objektträgers (2) an dieser Objektträgerhalterung (18) in einer Warteposition (23) oberhalb des Mikroskoptisches (17) verbleibt, so dass der Mikroskoptisch (17) mit dem Objektträger (2) zur optischen Vermessung frei bewegbar ist, dass in einem weiteren Verfahrensschritt der Mikroskoptisch (17) in unterschiedliche Richtungen verfahren wird, um durch Abrastern des Objektträgers (2) die optische Vermessung vorzunehmen und dass nach der durchgeführten optischen Vermessung des Objektträgers (2) eine Übergabe des Objektträgers (2) an den Probengreifer (5) in einer Einspannposition (16) erfolgt, so dass der Probengreifer (5) den Objektträger (2) in einem abschließenden Verfahrensschritt zur Wiederablage in die Objektträgerbox (3) zurückfährt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Objektträger (2) in zwei orthogonal zueinander verlaufenden Linearbewegungen erfolgt, wobei die erste Linearbewegung die Zustellbewegung zur Auswahl bzw. zum Wechsel eines Objektträgers (2) in der Objektträgerbox (3) und die zweite Linearbewegung die senkrecht zur optischen Achse verlaufende Zuführungsbewegung zu den als Pinzetten (7) ausgebildeten Greiferelementen des Probengreifers (5) zum Fassen des Objektträgers (2) ist.
3. Einrichtung zur automatischen Probenzuführung für mikroskopartige Mess- oder Präparationsgeräte oder dergleichen optische Geräte, umfassend plattenförmige als Objektträger (2) ausgebildete und in einer Objektträgerbox (3) vorgesehene Proben und Mittel mit denen die Objektträger (2) automatisch positioniert und ausgerichtet, von dem Probengreifer (5) aufgenommen und der auf dem Mikroskoptisch (17) vorgesehenen Halterung zur Vermessung zugeführt und nach einer Vermessung wieder entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Objektträgerbox (3) angeordneten Objektträger (2) durch die Mitnahmevorrichtung (4) bewegbar und durch eine Positioniervorrichtung (1) positionierbar vorgesehen sind, wobei die Objektträger (2) von dem steuerbaren Probengreifer (5) aufgenommenen und mittels einer Verschiebevorrichtung (6) der an dem Mikroskoptisch (17) vorgesehenen Objektträgerhalterung (18) zur Vermessung in festgelegten Lagepositionen zuführbar sind, wobei vor der Ablage der Objektträger (2) auf dem Mikroskoptisch (17) ein Übersichtsbild mittels einer Digitalkamera (21) vorgesehen ist und wobei zur Vermessung der Objektträger (2) der Mikroskoptisch (17) motorisch schrittweise und kontinuierlich in vorgegebene Sollpositionen verfahrbar vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einlegen und Arretieren der Objektträgerbox (3) in ein Positioniersystem, das insbesondere als eine Lineareinheit oder als die Mitnahmevorrichtung (4) ausgebildet ist, die Objektträgerbox (3) mit der Mitnahmevorrichtung (4) in eine Entnahmeposition (19) des Probengreifers (5) verfahrbar vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (2) mittels der insbesondere gabelförmig ausgebildeten Positioniervorrichtung (1) vor der Aufnahme durch den Probengreifer (5) in der Objektträgerbox (3) positionierbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Positioniervorrichtung (1) mittels eines Hub- oder Drehmagneten oder eines Magnetschalters vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (2) bei der Aufnahme durch den Probengreifer (5) senkrecht in der Objektträgerbox (3) stehend vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (2) bei der Aufnahme durch den Probengreifer (5) waagerecht in der Objektträgerbox (3) liegend vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Probengreifer (5) insbesondere zwei als Pinzetten (7) ausgebildete Greiferelemente aufweist, wobei insbesondere ein Pinzettenarm (11) beweglich und ein Pinzettenarm (15) fest ausgebildet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pinzettenarm (11) des Probengreifers (5) mittels eines Festkörpergelenks (12) beweglich ausgebildet ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die pinzettenförmig ausgebildeten Greiferelemente des Probengreifers (5) insbesondere durch Aktoren (8) zu öffnen und insbesondere mittels Federn (9) verschließbar vorgesehen sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (10) an jeder Seite im Probengreifer (5) zur Kontrolle der Öffnungs- und Schließfunktion der Pinzetten (7) und für die Aufnahme der Objektträger (2) vorgesehen ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (2) in dem Probengreifer (5) mittels eines an der Pinzette (7) angeordneten oberen justierbaren Anschlages (13) und eines seitlich angeordneten Anschlages (14) positionierbar vorgesehen ist .
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte axiale Anlage des Objektträgers (2) in der Einspannposition (16) auf dem Mikroskoptisch (17) durch an dem Mikroskoptisch (17) angeordnete, gefedert ausgebildete Andruckrollen (18) und einen Anschlag vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearbewegung des Probengreifers (5) in die Einspannposition (16), die Entnahmeposition (19), die Previewposition (20) und in die Warteposition (23) mittels der Verschiebevorrichtung (6) erfolgt.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroskoptisch (17) Aussparungen (22) zum Durchfahren des Probengreifers (5) aufweist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Beleuchtung für das Übersichtsbild im Durch¬ oder Auflicht insbesondere eine Leuchtfolie oder eine LED vorgesehen ist.
18. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte automatisierte Probenzuführung als Bestandteil eines Messgerätes zur Erfassung von Gewebeschnitten oder Biochips ausgebildet ist.
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