(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内部に冷媒用配管が設けられて包埋材と共に切断される試料を凍結させる冷却容器と、前記凍結した試料と包埋材とからなる凍結体を前記本体上面から押し出す押し出し部材と、上面に押し出された前記凍結体を微小厚さでスライスするカッタとを有するマイクロスライサにおいて、
前記冷却容器とは別個に設けられて冷媒用配管が配されたダミー用冷却容器で、包埋材と共にダミー用試料を凍結させてダミー凍結体を形成し、該ダミー凍結体の検知温度に基づいて、少なくとも前記冷却容器に導入される冷媒の流量もしくは圧力を制御して前記凍結体の温度を一定に保ちながらスライスできるようにしたことを特徴とするマイクロスライサ。
【請求項２】
前記試料及びダミー用試料と包埋材とを、切削可能な常温で固体の試料容器に収容して前記冷却容器及びダミー用冷却容器で冷却することを特徴とする請求項１に記載したマイクロスライサ。
【請求項３】
前記固体の試料容器とダミー用試料容器とは金属製の前記冷却容器とダミー用冷却容器のそれぞれ上面に載置され、前記本体上面には、前記試料容器とダミー用試料容器とをガイドするガイド穴が設けられて、前記押し出し部材は前記金属製の冷却容器と共に固体の試料容器を前記ガイド穴から本体上面に押し出してスライスできるようにしたことを特徴とする請求項２に記載したマイクロスライサ。
【請求項４】
前記ダミー凍結体と前記それぞれの冷却用容器内の温度を検知し、その温度偏差に基づいて少なくとも前記冷却容器に導入される冷媒の流量もしくは圧力を制御し、前記凍結体の温度を一定に保ちながらスライスできるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したマイクロスライサ。
【請求項５】
前記冷却用配管の冷却容器とダミー用冷却容器のそれぞれにおける少なくとも後流側に、対応した圧力で開閉する圧力弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載したマイクロスライサ。
【請求項６】
前記冷媒が、液体窒素、低温用ブラインを含む極低温液体冷媒であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載したマイクロスライサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体等の試料を冷凍して例えば１μｍ程度の微小厚さでスライスするマイクロスライサに係り、特に、例えば−１６０℃という低温を保ちながら試料を微小厚さでスライスできるマイクロスライサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体試料等を顕微鏡観察用として例えば１μｍ程度に薄くスライスする装置は、従来、ミクロトームと称して回転するカッターを有し、パラフィンなどで固めた試料をスライスする装置が知られている。また、パラフィンなどで固めることが困難な試料は、凍結可能な流体と共に凍結させてスライスすることも行われている。
【０００３】
そしてこのように試料を凍結してスライスする場合、凍結とスライスを別な場所で行うと、凍結した流体や試料が融けたり、流体と共に凍結した試料の保持を的確に行うことが困難という問題が生じる。また、研究者が用いる試料の中には、例えば−１６０℃という低温を保ちながらスライスと観察まで実施でき、かつ、試料内部の凍結部の結晶軸が１方向であるようにしたい、というような要求もある。
【０００４】
そのため例えば特許文献１には、流体に浸した状態で入れた試料を一体的に凍結させることのできる、上端が開放されて、冷却部と、試料のスライスに際して試料を容易に押し出すことができるよう、凍結した試料の周囲を解凍するための面状ヒータとを備えた筒状の容器を冷凍ユニットとして設け、さらに、先端がこの筒状の容器の底部を貫通して内部に伸びる送り軸を設けて、流体と共に凍結した試料を少しずつ送り出してカッターでスライスするようにした装置が提案されている。
【０００５】
また、このように試料をスライスする装置を構成しても、冷却されていない空間に試料が押し出されると試料温度は当然上昇し、かつ、スライスすることによるカッターとの摩擦で更に温度が上昇する可能性がある。そのため特許文献２には、試料を凍結させたままスライスできるようにするため、クライオチャンバ内にミクロトームを収容し、温度変化に関して高いダイナミクスを実現できるよう、互いの温度に無関係に調整自在とした冷却可能な標本（試料）ホルダと冷却可能なカッタホルダとを設け、それぞれ温度制御してきわめて高品質のスライスが得られるようにしたクライオスタットミクロトームが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１８６７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１１１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された装置は、前記したように凍結した試料の周囲を面状ヒータで解凍しているためその解凍時に試料に温度勾配が生じ、かつ、冷却されていない空間に試料が押し出された場合、試料温度は当然上昇する。また、スライスすることによるカッターとの摩擦で更に温度が上昇する可能性があり、さらに、試料を側面から冷却しているため、試料内部の凍結部の結晶軸がランダムとなる。また特許文献２に示されたクライオスタットミクロトームは、標本（試料）ホルダとカッタホルダの両者が冷却可能な大きさであることが必要で、大きな試料の場合はそれだけ装置が大がかりになり、コストも上昇してしまう。
【０００８】
そのため本発明においては、凍結した際に内部の結晶軸が１方向となるようにし、かつ、試料内部に温度勾配を生じさせずに例えば−１６０℃という低温を保ちながらスライスできる、簡単な構成のマイクロスライサを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明におけるマイクロスライサは、
本体内部に冷媒用配管が設けられて包埋材と共に切断される試料を凍結させる冷却容器と、前記凍結した試料と包埋材とからなる凍結体を前記本体上面から押し出す押し出し部材と、上面に押し出された前記凍結体を微小厚さでスライスするカッタとを有するマイクロスライサにおいて、
前記冷却容器とは別個に設けられて冷媒用配管が配されたダミー用冷却容器で、包埋材と共にダミー用試料を凍結させてダミー凍結体を形成し、該ダミー凍結体の検知温度に基づいて、少なくとも前記冷却容器に導入される冷媒の流量もしくは圧力を制御して前記凍結体の温度を一定に保ちながらスライスできるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
このように、スライスする試料と略同じ条件でダミー用試料を凍結させるダミーの冷却容器を用意すると共に、ダミー用試料の温度を検知して少なくとも冷却容器に導入される冷媒の流量もしくは圧力を制御し、スライスする試料を常に一定の温度に保ちながらスライスできるようにしたことで、非常に簡単な構成で試料を常に一定の温度に保ちながらスライスすることが可能となり、研究者の望むような顕微鏡観察用試料を容易に提供することができる。
【００１１】
また、前記試料及びダミー用試料と包埋材とを、切削可能な常温で固体の試料容器に収容して前記冷却容器及びダミー用冷却容器で冷却することで、試料を研究者の望む姿勢で凍結させることができるマイクロスライサとすることができる。
【００１２】
そして、前記固体の試料容器とダミー用試料容器とは金属製の前記冷却容器とダミー用冷却容器のそれぞれ上面に載置され、前記本体上面には、前記試料容器とダミー用試料容器とをガイドするガイド穴が設けられて、前記押し出し部材は前記金属製の冷却容器と共に固体の試料容器を前記ガイド穴から本体上面に押し出してスライスできるようにしたことで、固体の試料容器とダミー用試料容器とは、それぞれ金属製の冷却容器とダミー用冷却容器によってその底面から冷却されるから、凍結体は結晶軸が１方向となる。
【００１３】
そして、前記ダミー凍結体と前記それぞれの冷却用容器内の温度を検知し、その温度偏差に基づいて少なくとも前記冷却容器に導入される冷媒の流量もしくは圧力を制御し、前記凍結体の温度を一定に保ちながらスライスできるようにしたことで、さらに正確な温度制御が可能となる。
【００１４】
また、前記冷却用配管の冷却容器とダミー用冷却容器のそれぞれにおける少なくとも後流側に、対応した圧力で開閉する圧力弁を設けたことで、冷却容器とダミー用冷却容器それぞれの温度制御が容易になり、さらに、前記冷媒が、液体窒素、低温用ブラインを含む極低温液体冷媒とすることが本発明の好適な実施形態である。
【発明の効果】
【００１５】
以上記載のごとく本発明になるマイクロスライサは、非常に簡単な構成で例えば−１６０℃という低温に冷却したまま試料内部に温度勾配を生じさせずに、かつ、凍結した際に内部の結晶軸が１方向となるようにして試料を微小厚さにスライスすることが可能であり、研究者の望むような顕微鏡観察用試料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明になる実施例１のマイクロスライサの概略ブロック図、図２は図１に示したマイクロスライサにおける冷却容器内部の概略説明図、図３は本発明になる実施例２のマイクロスライサの概略ブロック図である。
【００１８】
図１に示した本発明の実施例１のマイクロスライサ１０は、生体等の試料と、凍結したときにこの試料を一定の姿勢でスライスできるよう液体の包埋材とを収容し、例えばパラフィンなどの切削可能な材料で形成した固体容器２８１を載置して、液体窒素タンク１７からの配管１８が接続された冷却用金属製容器１１と、この冷却用金属製容器１１の底部を押して、凍結した試料と包埋材とを収容した固体容器２８１をマイクロスライサ本体上壁２９上に押し出す押し出し部材１３と、押し出された固体容器２８１内の凍結された試料が、カッター駆動装置１５によって回転するカッター１４で固体容器２８１ごと、正確にスライスされるようガイドする、マイクロスライサ本体上壁２９に設けられた第１のガイド１２を有している。
【００１９】
また、本発明の実施例１のマイクロスライサ１０は、冷却用金属製容器１１と同様液体窒素タンク１７からの配管１８が接続され、冷却用金属製容器１１に設けられた第１のガイド１２と同様、マイクロスライサ本体上壁２９に設けられた第２のガイド２２が取り付けられて、ダミー用試料と包埋材とを収容したダミー固体容器２８２を凍結させるダミーの冷却用金属製容器２１が用意されている。
【００２０】
この冷却用金属製容器１１とダミーの冷却用金属製容器２１の内部の概略を示したのが図２である。なお、説明を簡略化するため、この図２では冷却用金属製容器１１の内部のみを示したが、ダミーの冷却用金属製容器２１内部も全く同様に構成されている。
【００２１】
図２において破線で示した１１は冷却用金属製容器であり、その内部には、液体窒素タンク１７から送られる液体窒素１７１を気化させて冷却用金属製容器１１を冷却する円柱型容器１１１が設けられ、ここで気化した液体窒素１７１は気体窒素１７２として図１における第１圧力バルブ１９へ送られる。
【００２２】
そして固体容器２８１はこの冷却用金属製容器１１の上に載置され、円柱型容器１１１が冷却されることで冷却された冷却用金属製容器１１によって下面から冷却される。そのため、固体容器２８１内に収容された試料と包埋材とが凍結した凍結体は、結晶軸が１方向となり、かつ、ヒータを用いないから凍結体に温度勾配が生じる心配がない。
【００２３】
そして液体窒素タンク１７から送り出される液体窒素の流量を調整できるよう、冷却用金属製容器１１、ダミー冷却用金属製容器２１の後流に、第１圧力バルブ１９、第１圧力センサ２０、第２圧力バルブ２５、第２圧力センサ２６が用意され、また、温度制御のため冷却用金属製容器１１には、例えば熱電対などの第１温度センサをその内部の１６で示した部位に設置し、ダミーの冷却用金属製容器２１にはその内部の２３で示した部位に第２温度センサが、スライスされる試料の代わりに温度履歴を調べるため、包埋材と共に凍結してダミー凍結体となるダミー用試料に２４で示した第３温度センサが設置されている。
【００２４】
そして、スライスされる包埋材と共に凍結して凍結体となった試料を収容した固体容器２８１が、押し出し部材１３によって冷却用金属製容器１１と共に押し上げられ、固体容器２８１がマイクロスライサ本体上壁２９から押し出され、さらにカッター１４でスライスされることで温度が変化することを防止するため、これら１６で示した第１温度センサ設置部位、２３で示した第２温度センサ設置部位、２４で示した第３温度センサを設置されたダミー凍結体などからの温度情報と、第１圧力センサ２０、第２圧力センサ２６からの液体窒素の圧力情報を元に、温度履歴による偏差を見ながら、例えば、第３温度センサと第２温度センサからの温度差を見て第１温度センサからの温度で凍結体の温度を、ＰＩＤ動作などを用いて予測制御し、少なくとも第１圧力バルブ１９を調節して、ダミー凍結体とは異なった温度となる、スライスする試料を含む凍結体の温度が常時一定となるよう、液体窒素タンク１７から送られる液体窒素の流量を制御し、試料の温度を一定に保つ制御装置２７が設けられている。
【００２５】
このように構成した本発明のマイクロスライサ１０は、前記したように生体等の試料と液体の包埋材とを収容し、凍結したときにこの試料を一定の姿勢でスライスできるよう、例えばパラフィンなどの切削可能な材料で形成した固体容器２８１を冷却用金属製容器１１上に載置する。そして、スライスされる試料の代わりとして温度を測定するためのダミーの試料と包埋材とを収容した、ダミーの固体容器２８２をダミーの冷却用金属製容器２１上に載置して試料と同一条件で凍結させ、制御手段２７により、１６で示した第１温度センサ設置部位、２３で示した第２温度センサ設置部位、２４で示した第３温度センサを設置されたダミー用試料などからの温度情報と、第１圧力センサ２０、第２圧力センサ２６の値を観察しながら、第１圧力バルブ１９、第２圧力バルブ２５の開度を調節して液体窒素タンク１７から液体窒素を冷却用金属製容器１１、ダミー冷却用金属製容器２１に導入し、それぞれに収容した試料とダミー用試料を包埋材と共に冷却する。
【００２６】
そして、試料とダミー用試料とが包埋材と共に凍結したら制御装置２７は、押し出し部材１３の図示していない駆動装置に指示し、凍結した試料を収容した固体容器２８１を冷却用金属製容器１１と共に押し上げ、固体容器２８１をマイクロスライサ本体上壁２９から所定量ずつ押し出されるよう指示し、そのため、固体容器２８１は第１のガイド１２にガイドされて上昇してゆく。また制御装置２７は、同時にカッター駆動装置１５によりカッター１４を回転させ、スライス位置に到達した凍結した試料が、所定厚さでスライスされるよう押し出し部材１３の図示していない駆動装置により押し出し量を調節する。
【００２７】
また制御装置２７は、この間も前記したように、１６で示した第１温度センサ設置部位、２３で示した第２温度センサ設置部位、２４で示した第３温度センサを設置されたダミー凍結体などからの温度情報と、第１圧力センサ２０、第２圧力センサ２６の値を観察しながら、スライスによって上昇してゆく試料を含む凍結体側温度を、少なくとも第１圧力バルブ１９を調節することで、液体窒素タンク１７から冷却用金属製容器１１、ダミー冷却用金属製容器２１に送られる液体窒素の量を調節して、試料（凍結体）の温度が一定に保たれるようにする。なおこのとき、ダミー凍結体の温度が変化した場合は、当然のことながら、第２圧力バルブ２５も調節してダミー冷却用金属製容器２１側の温度も調節する。
【００２８】
そのため、スライスする試料を含む凍結体は、このスライスする試料と略同じ条件で凍結されたダミー用試料を含むダミー凍結体とダミー冷却用金属製容器２１の内部、及び冷却用金属製容器１１の内部のそれぞれに設けられた温度センサで、スライスされる直前の試料と対応するダミー凍結体の温度を監視しながらスライスされるから、例え凍結した試料がマイクロスライサ本体２９外部に押し出されても常に一定の温度に保つことができ、研究者の望むような顕微鏡観察用試料を提供することができる。
【実施例２】
【００２９】
以上が本発明になる実施例１のマイクロスライサ１０であるが、この実施例１では、冷媒として液体窒素を用いる場合を例に説明してきた。しかし、冷却用冷媒としては液体窒素だけでなく、前記したように例えば−１６０℃程度に冷却できるものであればこれらに限定されないことは自明であり、次に本発明になる実施例２として、低温用ブラインを用いて構成したマイクロスライサ３０について、図２に基づいて説明する。
【００３０】
この図２に示した本発明になる実施例２のマイクロスライサ３０は、図１に示した実施例１のマイクロスライサ１０と同様、生体等の試料と、凍結したときにこの試料を一定の姿勢でスライスできるよう液体の包埋材とを収容し、例えばパラフィンなどの切削可能な材料で形成した固体容器４８１を載置して、低温用ブラインタンク３７からの配管３８が接続された冷却用金属製容器３１と、この冷却用金属製容器３１の底部を押して、凍結した試料と包埋材とを収容した固体容器４８１をマイクロスライサ本体上壁２９上に押し出す押し出し部材３３と、押し出された固体容器４８１内の凍結された試料が、カッター駆動装置３５によって回転するカッター３４で固体容器ごと、正確にスライスされるようガイドする、マイクロスライサ本体上壁２９に設けられた第１のガイド３２を有している。
【００３１】
また、本発明の実施例１のマイクロスライサ１０と同様、低温用ブラインタンク３７からの配管３８が接続され、冷却用金属製容器３１に設けられた第１のガイド３２と同様、マイクロスライサ本体上壁２９に設けられた第２のガイド４２が取り付けられて、ダミー用試料と包埋材とを収容したダミー固体容器４８２を凍結させるダミーの冷却用金属製容器４１が用意されている。
【００３２】
なお、冷却用金属製容器３１とダミーの冷却用金属製容器４１の内部には、前記図２で説明した円柱型容器１１１と同様な、低温用ブラインでこれら冷却用金属製容器１１やダミーの冷却用金属製容器２１を冷却する部材が含まれるが、これは一般的な低温用ブラインによる冷却機構なので説明は省略する。
【００３３】
そして低温用ブラインタンク３７から低温用ブラインを送り出すため、ブライン用ポンプ４０が設けられ、さらにこの低温用ブラインの流量を調整できるよう、冷却用金属製容器３１、ダミー冷却用金属製容器４１の後流に、第１圧力バルブ３９、第２圧力バルブ４５が用意され、また、温度制御のため冷却用金属製容器３１には、例えば熱電対などの第１温度センサをその内部の３６で示した部位に設置し、ダミーの冷却用金属製容器４１にはその内部の４３で示した部位に第２温度センサが、スライスされる試料の代わりに温度履歴を調べるため、包埋材と共に凍結してダミー凍結体となるダミー用試料に４４で示した第３温度センサが設置されている。
【００３４】
そして、スライスされる包埋材と共に凍結して凍結体となった試料を収容した固体容器４８１が、押し出し部材３３によって冷却用金属製容器３１と共に押し上げられ、固体容器４８１がマイクロスライサ本体上壁２９から押し出され、さらにカッター３４でスライスされることで温度が変化することを防止するため、これら３６で示した第１温度センサ設置部位、４３で示した第２温度センサ設置部位、４４で示した第３温度センサを設置されたダミー凍結体などからの温度情報を元に、前記したように温度履歴による偏差を見ながら例えばＰＩＤ動作を用いて予測制御制御し、ブライン用ポンプ４０、少なくとも第１圧力バルブ３９を調節して、ダミー凍結体とは異なった温度となる、スライスする試料を含む凍結体の温度が常時一定となるよう、低温用ブラインタンク３７から送られる低温用ブラインの流量を制御し、試料の温度を一定に保つ制御装置４６が設けられている。
【００３５】
このように構成した本発明のマイクロスライサ３０は、前記したように生体等の試料と、凍結したときにこの試料を一定の姿勢でスライスできるよう液体の包埋材とを収容し、例えばパラフィンなどの切削可能な材料で形成した固体容器４８１を冷却用金属製容器３１上に載置する。そして、スライスされる試料の代わりに温度を測定するためのダミーの試料と包埋材とを収容した、ダミーの固体容器４８２をダミーの冷却用金属製容器４１上に載置し、制御手段４６により、３６で示した第１温度センサ設置部位、４３で示した第２温度センサ設置部位、４４で示した第３温度センサを設置されたダミー用試料などからの温度情報を観察しながら、ブライン用ポンプ４０、第１圧力バルブ３９、第２圧力バルブ４５を調節して低温用ブラインタンク３７から低温用ブラインを冷却用金属製容器３１、ダミー冷却用金属製容器４１に導入し、それぞれに収容した試料とダミー用試料を包埋材と共に冷却する。
【００３６】
そして、試料とダミー用試料とが包埋材と共に凍結したら制御装置４６は、押し出し部材３３の図示していない駆動装置に指示し、凍結した試料を収容した固体容器４８１を冷却用金属製容器３１と共に押し上げ、固体容器４８１をマイクロスライサ本体上壁２９から所定量ずつ押し出されるよう指示し、そのため、固体容器４８１は第１のガイド３２にガイドされて上昇してゆく。また制御装置４６は、同時にカッター駆動装置３５によりカッター３４を回転させ、スライス位置に到達した凍結した試料が、所定厚さでスライスされるよう押し出し部材３３の図示していない駆動装置により押し出し量を調節する。
【００３７】
また制御装置２７は、この間も前記したように、３６で示した第１温度センサ設置部位、４３で示した第２温度センサ設置部位、４４で示した第３温度センサを設置されたダミー凍結体などからの温度情報を観察しながら、スライスによって上昇してゆく試料を含む凍結体側温度を、ブライン用ポンプ４０、少なくとも第１圧力バルブ３９を調節し、低温用ブラインタンク３７から冷却用金属製容器３１に送られる低温用ブラインの量を調節して、試料（凍結体）の温度が一定に保たれるようにする。なおこのとき、ダミー凍結体の温度が変化した場合は、第２圧力バルブ４５も調節して、ダミー冷却用金属製容器４１側の温度も調節する。
【００３８】
そのため、スライスする試料を含む凍結体は、このスライスする試料と略同じ条件で凍結されたダミー用試料を含むダミー凍結体とダミー冷却用金属製容器４１の内部、及び冷却用金属製容器４１の内部のそれぞれに設けられた温度センサで、スライスされる直前の試料と対応するダミー凍結体で温度を監視しながらスライスされるから、例え凍結した試料がマイクロスライサ本体２９外部に押し出されても常に一定の温度に保つことができ、研究者の望むような顕微鏡観察用試料を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、例えば−１６０℃という低温を保ちながら、試料内部に温度勾配を生じさせずに、かつ、凍結した際に内部の結晶軸が１方向となるようにして例えば顕微鏡観察用試料を研究者の望むように冷却しながらスライスして製作できる、簡単な構成のマイクロスライサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明になる実施例１のマイクロスライサの概略ブロック図である。
【図２】本発明のマイクロスライサにおける冷却容器内部の概略説明図である。
【図３】本発明になる実施例２のマイクロスライサの概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  マイクロスライサ
１１  冷却用金属製容器
１１１  円柱型容器
１２  第１のガイド
１３  押し出し部材
１４  カッター
１５  カッター駆動装置
１６  第１温度センサ設置部位
１７  液体窒素タンク
１７１  液体窒素
１８  配管
１９  第１圧力バルブ
２０  第１圧力センサ
２１  ダミー冷却用金属製容器
２２  第２のガイド
２３  第２温度センサ設置部位
２４  第３温度センサ設置部位
２５  第２圧力バルブ
２６  第２圧力センサ
２７  制御装置
２８１  固体容器
２８２  ダミー用固体容器
２９  マイクロスライサ本体上壁
【図１】
0004668845.tif 000002
【図２】
0004668845.tif 000003
【図３】
0004668845.tif 000004