(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオスタットチャンバ（１）と、
標本ホルダ（４）とカッタホルダ（８）を含むミクロトーム（２）とを有し、
少なくとも前記標本ホルダ（４）とカッタホルダ（８）が前記クライオスタットチャンバ内に配置され、前記標本ホルダ内に第１冷却手段を有すると共に前記カッタホルダ内に第２冷却手段を有し、前記前記標本ホルダ（４）とカッタホルダ（８）がそれぞれ直接的にかつ互いに無関係に調節可能に冷却されることを特徴とするクライオスタットミクロトーム。
【請求項２】
温度を調整するために、カッタホルダ（８）と標本ホルダ（４）は互いに無関係に冷却／加熱可能である請求項１記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項３】
カッタホルダ及び標本ホルダはそれぞれの冷却手段に接続する小型の蒸発器（７，１０）を有する請求項２記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項４】
カッタホルダに加熱素子（１１）が設けられている請求項３記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項５】
クライオスタットチャンバの中にさらに蒸発器（２９）が設けられている請求項３記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項６】
ミクロトーム（２）の一部はクライオスタットチャンバ（１）の内部に、残る部分はクライオスタットチャンバ（１）の外側に配置されており、ミクロトームのクライオスタットチャンバの内側に配置された構成要素と、外側に配置された構成要素との間の移行領域に専らＶＡ鋼が使用されている請求項１記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項７】
蒸発器（７，１０，２９）は、同軸熱交換器（３８）を有する冷却サイクル（４３，４４）の構成要素である請求項３から５のいずれか１項に記載のクライオスタットミクロトーム。
【請求項８】
標本ホルダ（４）の蒸発器（７）と、カッタホルダ（８）の蒸発器（１０）は、それぞれ独自のスロットル（４０，４１）を有する別個の部分冷却サイクルに配置されている請求項３から５のいずれか１項又は請求項７記載のクライオスタットミクロトーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクライオスタットミクロトーム、すなわち、クライオスタットチャンバと、クライオスタットチャンバの中に配置され、標本ホルダと、それと協働するカッタホルダとを含むミクロトームとを有するミクロトームクライオスタットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の種類のクライオスタットミクロトームは既に以前から知られており、通常は、後に顕微鏡で解析すべき薄いスライスを標本から切取るために使用される。この目的のために、クライオスタットミクロトームは冷却されるクライオスタットチャンバを有し、そのチャンバの中に、切断すべき標本を保持する標本ホルダと、標本ホルダに対して移動自在であり、標本から前述のスライスを切取るカッタが装着されているカッタホルダとが設けられている。この場合、凍結させることにより、準備された標本を切断するために、冷却が必要である。切断すべき標本の最適温度を実験により検出するが、この温度は標本のコンシステンシーに応じて標本ごとに異なる。クライオスタットチャンバを有する従来のクライオスタットミクロトームの冷却は、様々に異なる態様と方式で行われていた。
【０００３】
米国特許第４，５４８，０５１号に示されたクライオスタットミクロトームにおいては、先に説明したのと同様の構成であり、切断すべき標本が適切な温度となるまでクライオスタットチャンバ内部の空気を冷却する中央冷却手段により冷却される。
ＷＯ  ８７／０２１３０号も先に説明したクライオスタットミクロトームを示している。この場合には、冷却はクライオスタットチャンバの空気温度を冷却する中央冷却手段と、ペルチエ素子の形態をとり、切断すべき標本の温度の精密調整を行うことができる標本ホルダの追加冷却とを介して行われる。
さらに、従来の技術においては、周囲空気中で動作し、クライオスタットチャンバの中にはないミクロトームも知られている。この場合、カッタと標本を密閉形クライオスタットチャンバ内のように中央冷却によって冷却することはできないので、標本ホルダとカッタホルダの双方にそれぞれ冷却手段が設けられており、それらの冷却手段を介して標本ホルダとカッタホルダを冷却できる。このようなミクロトームの場合、カッタホルダとカッタは所定の一定の温度に冷却されるが、標本ホルダにある標本の温度は調整自在である。周囲に温かい空気がミクロトームを余りに高い温度まで温めてしまうので、このようなクライオスタットミクロトームは通常は特に低い温度には達しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、改善された特性を備えたクライオスタットチャンバを有する冒頭に提示したクライオスタットミクロトームを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本思想は、標本ホルダの温度と、カッタホルダの温度が互いに無関係に調整自在であることに見られる。「調整自在である」ということは、本発明によれば、ユーザによりある温度範囲内で温度を選択でき、選択された温度に従って調整機構により温度を制御することであると理解すべきである。
このような構成により一連の特別の利点が得られる。すなわち、スライスの品質は標本の温度に加えてカッタの温度によっても著しく左右されることがわかっている。従って、カッタホルダと、それに固定されたカッタの温度を別個に調整自在とすることにより、標本ホルダとカッタホルダとについて、カッタと標本とに関してそれぞれ異なっていても良い最適の温度が設定されるため、標本のスライスを著しく改善することができる。さらに、クライオスタットチャンバを有するクライオスタットミクロトームではこれまで知られていなかった特徴として、冷却手段がカッタホルダに直接に設けられているので、クライオスタットチャンバ内の室温をクライオスタットチャンバを有する従来のクライオスタットミクロトームで必要であったようにごく低い値に保持する必要はもはやない。これにより、特に、チャンバを冷却するために必要とされるエネルギーが少なくてすむと共に、冷却手段の寸法を非常に小さくでき、そのために、ミクロトームクライオスタット全体の大きさを縮小できるという利点が得られる。また、カッタと標本を、まず、室温を経て冷却する必要がなくなり、それら２つは直接に冷却されているので、ミクロトームクライオスタットを従来のクライオスタットチャンバを有するミクロトームクライオスタットと比べて著しく急速に稼動させることができる。
【０００６】
標本ホルダ及びカッタホルダの温度調整のための手段として、様々な可能性が考えられる。たとえば、良く知られている２点調整装置の形態で冷却制御を行うことができる。その場合、設定温度を下回ったときは冷却をオフし、設定温度を越えたときには再び冷却をオンすることになる。しかしながら、カッタホルダと標本ホルダを互いに無関係に冷却，加熱可能にすることによっても、温度調整を実行できる。
たとえば、１つの可能性として、標本ホルダ又はカッタホルダにおける冷却及び加熱のためにペルチエ素子を設け、ペルチエ素子に印加される電圧の技術的電流方向に従ってペルチエ素子を加熱又は冷却することも考えられる。さらに、ペルチエ素子の冷却のために、カッタホルダ及び標本ホルダに、冷却手段に接続する小型の蒸発器を設けるべきであろう。
【０００７】
カッタの温度と、切断すべき標本の温度を通常はそれほど低く設定しなくても良いので、カッタホルダにペルチエ素子の代わりに、ペルチエ素子と比較して低コストであり、カッタホルダの温度の調整及び／又は制御のために蒸発器の温度に対して規定される通りに発熱する電気加熱素子を組込むことも可能である。
標本ホルダ及びカッタホルダの冷却は主にそれらのホルダに装着された蒸発器によって行われるが、クライオスタットチャンバの中に、クライオスタットチャンバ内部の空気温度を下げる追加の蒸発器を設けるとさらに有利である。ただし、この場合に設定すべきクライオスタットチャンバの空気温度は、従来のクライオスタットチャンバを有するクライオスタットとは異なり、切断すべき標本又はカッタの温度を大幅に上回っていて良い。
【０００８】
ミクロトームを冷却するためのエネルギー需要をできる限り少なく保ち、それに伴って冷却手段をできる限り小型にするために、冷却すべき部品の数を少なくし、且つクライオスタットチャンバも小さいままに保持できるように、クライオスタットチャンバの中に設けられるミクロトームの部品の数をできる限り少なくすべきであろう。さらに、クライオスタットチャンバを温めてしまう可能性がある、たとえば、電動機などの電子素子もクライオスタットチャンバの外に配置すべきであろう。すなわち、ミクロトームの一部はクライオスタットチャンバの内部に配置され、残る部分はクライオスタットチャンバの外に配置されていることになる。クライオスタットチャンバの内部に位置する部分と、クライオスタットチャンバの外側に位置する部分との間から漏れ出る冷気を少なくし、同時にミクロトームのできる限り高い安定性を確保するために、ミクロトームのクライオスタットチャンバの内部に位置する部分と、ミクロトームのクライオスタットチャンバの外側に位置する部分との間の移行領域では、専らＶＡ鋼製の構成要素のみを使用すべきであろう。
【０００９】
標本ホルダとカッタホルダを非常に短い時間の中で設定された動作温度まで冷却させる場合には、クライオスタットミクロトームを使用できると特に有利である。これは、冷却手段に２つの冷却サイクルが設けられていると特に十分な冷却を可能にする。その場合、第２の冷却サイクルは、標本ホルダ及びカッタホルダの蒸発器に接続しており、同軸熱交換器を解して第１の冷却サイクルにより既に予備冷却されている。
本発明のその他の利点及び発展形態は図面から明らかになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるクライオスタットミクロトームのごく概略的な側面図であり、クライオスタットミクロトームの輪郭と共に、クライオスタットミクロトームの区分のみを示す。図１において、図中符号１はクライオスタットチャンバであり、５７は電子制御・調整素子を収容するためのチャンバであり、５６は冷却手段の重要な構成要素を収容するためのチャンバである。
【００１１】
図２は、図１に示す本発明によるクライオスタットミクロトームのミクロトーム２が内蔵されているクライオスタットチャンバ１の部分図であるが、これは一定の縮尺に従って示されたものではない。また、一般に、ミクロトーム２の真に機械的な構成要素に限って図示してあり、たとえば、電気導線，冷却手段の接続部などの詳細は省略されている。ミクロトーム２は、切断すべき標本５を固定する冷却可能な標本ホルダ４を含む。この標本ホルダ４を冷却するために、コネクタ５０，５１を介して後述する冷却手段に接続される小型蒸発器７が標本ホルダ４に設けられている。小型蒸発器７が発生する温度は蒸発器によっては調整不可能であるので、印加される電流の流れる方向に従って冷却又は加熱することができるペルチエ素子６が蒸発器７にさらに装着されている。これにより、切断すべき標本５の条件に応じて、標本ホルダの温度を非常に精密に調整できる。
【００１２】
ミクロトーム２は冷却可能なカッタホルダ８をさらに有する。カッタホルダ８はカッタ９又は使い捨てブレードを保持するもので、標本５を固定した標本ホルダ４をカッタ又は使い捨てブレードの切断エッジに沿って移動させることにより、標本５から円板状の薄片を切取る。この切取り過程を実施するための精密な機構については、以下にさらに詳細に説明する。
【００１３】
カッタホルダ８を冷却するために、カッタホルダ８の下部領域にも、コネクタ１２，１３を介して冷却手段に接続する蒸発器１０が設けられており、この蒸発器１０も同様にカッタホルダ８をカッタ９を含めて十分に長い時間にわたりできる限り一定の値の温度に冷却する。これにより得られる温度はカッタ９又はブレード全体の設定自在の温度には十分であるので、この温度を調整するために、カッタホルダ８の蒸発器の下方にのみ電気加熱素子１１が設けられている。カッタホルダ８の温度を調整するときには、カッタホルダ８が所望の温度に達するまでの時間，加熱素子１１の加熱パワーを単純に増加させる。
【００１４】
従って、標本ホルダ４の温度と、カッタホルダ８の温度とは互いに無関係に調整自在である。温度を調整するために、カッタホルダ８と標本ホルダ４は互いに無関係に蒸発器７，１０又はペルチエ素子６を介して冷却可能であると共に、ペルチエ素子６及び加熱素子１１を介して加熱可能である。カッタホルダ８と、標本ホルダ４には共に温度センサ３６，３７が設けられており、それらの温度センサは標本の領域の標本ホルダ４の実際の温度と、カッタの領域のカッタホルダ８の実際の温度を測定する。温度センサ３６，３７により得られる温度測定値が一般に標本ホルダ４と、カッタホルダ８とについて異なる目標温度に相応するように、図示しない制御手段によって、標本ホルダ４とカッタホルダ８の温度をそれぞれ事前に設定された目標温度に制御する。クライオスタットチャンバ自体の温度は、これとは逆に別個には制御されない。
【００１５】
次に、図２を参照して、標本ホルダ４をそれに固定された標本５と共にカッタホルダ８のカッタ９に沿って移動させるためのミクロトームの精密な機構を説明する。このとき、標本５を切取るために、標本ホルダ４を両方向矢印１４に従って往復運動させる。この運動を得るために、標本ホルダ４はシャシを形成する２つの側方部材１５（一方のみを図示する）の間で矢印１４の方向に移動自在に案内される。この目的のために、側方部材１５の内壁にはそれぞれＶ字形の溝１７があり、詳細には図示されていないが、標本ホルダ４に固定されたローラがそれらの溝１７に係合している。この場合、ローラは、それぞれ１つのローラがＶ溝の一方の辺に沿って走り、その下方に位置するローラはＶ溝の他方の辺に沿って走るという動作を交互に行うように標本ホルダ４に配設されている。このような案内構造は当業者には十字ローラ案内構造の概念の下で知られているので、ここでは詳細には説明しない。標本ホルダ４の背面には、標本ホルダ４を上下に往復運動させる働きをする水平の溝１９がある。この溝１９に沿って溝石が水平方向に摺動自在に案内されている。回転自在の軸２１のレバー２２にある突起２０は溝石を貫通する穴に係合する。軸２１が回転すると、レバー２２の水平方向運動成分によって溝石は溝１９の中で水平に動き、また、レバーの垂直方向運動成分によって標本ホルダ４は上下に動く。
【００１６】
図２から明らかであるように、軸２１はクライオスタットチャンバ１の外にある駆動装置２５を介して回転される。このために、軸２１はクライオスタットチャンバ１の断熱壁２４を貫通するスリーブ２３の中を回転自在に案内される。上記の駆動装置２５は、図１に示すとおり、電動機の形態で構成されていても良いが、クライオスタットミクロトームの側方に装着されたハンドル車によって駆動されるハンドル車伝動装置の形態をとっていても良い。
カッタ９を矢印１６の方向に送り出すときには、次のような操作が行われる。すなわち、カッタホルダ８は２つの相前後して位置する管２６（図２にはその一方のみを示す）に装着されており、適切な案内部材を介してカッタホルダ８をスリーブ２７の中へ矢印１６の方向に移動自在に通してある。図２からも明らかであるように、カッタホルダはクライオスタットチャンバ１の内部にあるが、管２６の他方の端部はクライオスタットチャンバ１の外にある。カッタホルダ８を矢印１６の方向に移動させるために、ブリッジ２８が管２６を連結しており、ブリッジの中心には、ここでは詳細には説明しないナットが設けられている。このナットは、ステップモータ４７により駆動されるねじスピンドル５２と連結している。この場合、カッタホルダ８を矢印１６の方向に摺動させるべきときには、単純にステップモータ４７により上記のねじスピンドル５２を回転させ、その結果、ねじスピンドルに螺合されたブリッジ２８のナットは矢印１６の方向に往復運動する。言うまでもなく、ステップモータ４７とナットの位置を置き換えることも可能である。その場合、ステップモータ４７はブリッジ２８にあり、ナットは図２でステップモータ４７が配置されている場所にある。
【００１７】
ミクロトーム自体は、カッタホルダの送出し運動の運動方向が斜め上又は斜め下となるように、クライオスタットチャンバの傾斜した後壁に配置されている。同時に、組込み高さも、ミクロトームの最も下方の位置にある構成要素とクライオスタットチャンバの底面との間に５cmから１０cmの自由空間が残り、そのため、クライオスタットチャンバ内部に落下したスライスくずを容易に清掃できるように選択されている。
【００１８】
さらに、クライオスタットチャンバ１の中にはフィン付蒸発器２９があることを指摘しておく。このフィン付蒸発器２９はカッタホルダ８に配置された蒸発器及び標本ホルダ４に配置された蒸発器に加えてクライオスタットチャンバ１の空気温度を冷却する。カッタホルダ８と標本ホルダ４は別個に冷却されるので、クライオスタットチャンバ１の空気温度を標本ホルダ４又はカッタホルダ８の温度にそれ以上相応させる必要がないため、フィン付蒸着器２９を相対的に小型にすることができる。従来のクライオスタットミクロトームではクライオスタットチャンバの空気温度を−５５°、さらには−６０°まで冷却しなければならなかったが、本発明によるクライオスタットミクロトームの場合には、空気温度を−２０°に冷却すれば十分である。空気温度が−２０°であるとき、カッタホルダは−３５°の温度になり、標本ホルダ４はペルチエ素子６によりさらに−５５°まで冷却可能である。先に述べた通り、これによりエネルギーを節約でき、このことは冷却手段を著しく小型にでき、それに伴って言うまでもなくクライオスタットミクロトーム自体も著しく小型にできることによってもわかる。標本ホルダ４及びカッタホルダ８の直接冷却のもう１つの利点として、クライオスタットチャンバ１の空気温度のほうが高いことが生じさせるスライス品質の劣化が少なくなるという点が挙げられる。従って、ミクロトームからクライオスタットチャンバの上端部までの距離もきわめて短く構成することもでき、それも人間工学の観点から有効である。
【００１９】
必要な冷却パワーをさらに減少させるために、クライオスタットチャンバ１はクライオスタット壁２４を介して十分に断熱されている。この場合、クライオスタット壁２４は、十分な断熱特性をもつフォーム材料層３２により包囲されたＶＡ鋼板容器３０から構成されている。さらに、クライオスタットチャンバ１は図には詳細に示されていないプラスチック板又はガラス板によって覆われている。加えて、ミクロトーム２の大きな部品はクライオスタットチャンバ１の外側に配置されているため、クライオスタットチャンバ１はできる限り小型になると共に、共に冷却すべきミクロトームの部品は少なくてすむ。また、たとえば、ステップモータ４７又は駆動装置２５などの、特に電子部品から発する排熱に起因する加熱を回避するために、それらの電子部品はクライオスタットチャンバ１の外に配置されている。ミクロトーム２の一部はクライオスタットチャンバ１の内部にあり、残る部分はクライオスタットチャンバ１の外に配置されているので、クライオスタットチャンバ１の内部に配置されている構成要素と、クライオスタットチャンバ１の外側に配置されている構成要素との間の移行領域には専らＶＡ鋼が使用されている。従って、管２６，スリーブ２７，軸２１及びスリーブ２３はＶＡ鋼から製造されている。この材料を選択すると、熱伝導率の非常に低い材料が使用される一方で、剛性は非常に高くなるという点で特に有利である。
ミクロトーム２全体の剛性をさらに向上させるために、スリーブ２７とスリーブ２３はブリッジ（３３，３４，３５）を介して一層補強されている。
【００２０】
次に、図３を参照してクライオスタットミクロトームの冷却手段を説明する。冷却手段の一部はクライオスタットチャンバ１の内部にあり、他の部分はクライオスタットミクロトームのチャンバ５６の中にある（図１を参照）。正確にいえば、図示した冷却手段の場合、２つの冷却サイクル４３，４４が互いに直列に接続されており、そのうち第１の冷却サイクル４３は予備冷却に使用され、第２の冷却サイクル４４は標本ホルダ４及びカッタホルダ８にある蒸発器７，１０と、フィン付蒸発器２９とを介して流れる。第１の冷却サイクル４３は液化器３９を有し、スロットル４２又は毛管を経て同軸熱交換器３８に至り、圧縮機３７を経て再び液化器３９に戻る。この場合、同軸熱交換器３８では、第１の冷却サイクル４３により後述する第２の冷却サイクル４４のための冷却剤を予備冷却する。そこで、同軸熱交換器３８は第１の冷却サイクルに対しては、気化する冷却剤によって第２の冷却サイクル４４を冷却する蒸発器のように作用する。第２の冷却サイクル４４は第１の冷却サイクルと同じように構成されている。この場合にも、冷却装置で通常見られるようなスロットル４０，４１又は毛管が設けられており、スロットルの出口端はフィン付蒸発器２９及びカッタホルダ８の蒸発器１０又は標本ホルダ４の蒸発器７と接続している。蒸発器７，１０の出口端は、圧縮された蒸気状の冷却剤を再び液化器３９へ供給する圧縮機３６と同様に接続している。以上説明した二分割構造の冷却サイクルは、第２の冷却サイクル４４が既に予備冷却されているという利点を有する。これにより、クライオスタットチャンバ１又はクライオスタットミクロトーム２を相対的に短い時間の中で動作温度まで冷却することができる。さらに、クライオスタットミクロトーム２を冷却サイクル４３のみを同軸熱交換器３８の予備冷却のために動作させる待機モードに相対的に容易に切り換えることができる。待機モードでは、冷却サイクル４４をオフできる。
【００２１】
従って、蒸発器（７，１０，２９）は、同軸熱交換器３８を有する冷却サイクルの構成要素である。さらに、冷却サイクルは、液化器３９と、圧縮機（３６，３７）の少なくとも一方はクライオスタットチャンバ１の背後の、クライオスタットチャンバ１と同じ高さに位置するように構成されている。これは、持ち運びしやすく且つ問題なくテーブルに載せることができる相対的に小型のクライオスタットミクロトームを提供できるという点で特に有利である。
【００２２】
さらに、標本ホルダの蒸発器７及びカッタホルダの蒸発器１０並びにフィン付蒸発器２９は、それぞれ独自のスロットル４０，４１を有する第２の冷却サイクル４４の２つの並列に接続する部分サイクルにそれぞれ配置されていることを指摘しておく。この構造により、全ての蒸発器が直列に接続している１サイクルの冷却サイクルと比べて、圧力の問題は起こりにくくなる。また、標本ホルダの蒸発器７に対して別個の部分サイクルを設けることにより、最低温度はより低くなる。カッタとクライオスタットチャンバの温度は原則として標本温度より高いと考えられるので、付属するする蒸発器（１０，２９）は直列に接続されている。ただし、コストがやや高くなるという欠点はあるが、３つの蒸発器の全てに対して部分サイクルを分離し、それらのサイクルにそれぞれ独自のスロットルを設けることも可能である。
【００２３】
クライオスタットミクロトームは、外部付属装置への接続を可能にするコネクタをさらに有していると有利である。たとえば、カッタホルダは一部のみ図示されている吸込み手段５５を有し、切取るべき標本５の切断時に落下したスライスくずをこの吸込み手段を介して吸取る。この手段を利用したいときには、クライオスタットミクロトームの背面に、吸込み手段５５と接続する、詳細には図示されていないコネクタなどを設けることができ、低圧を発生させる装置をそのコネクタに接続し、その低圧によってスライスくずをカッタホルダ８の吸込み手段５５を介して吸取る。同様に、クライオスタットミクロトームの背面に、クライオスタットミクロトームのクライオスタットチャンバを殺菌する殺菌装置に対応するコネクタを設けることも考えられる。
【００２４】
続いて、本発明がここで示した実施形態に全く限定されないことを述べておくべきである。この実施形態を展開させた全ての実施形態は本発明に含まれると認識すべきである。たとえば、冷却サイクルを一つの冷却サイクルとして構成し、同軸熱交換器３８のスロットル４２と圧縮機３７を省略することもできる。同様に、たとえば、切断動作を実行させるために、ミクロトーム２の機構を全く別の構成にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  クライオスタットミクロトームのごく概略的な側面図。
【図２】  図１に示すクライオスタットミクロトームの部分断面図。
【図３】  図１に示すクライオスタットミクロトームの冷却手段のブロック接続図。
【符号の説明】
１…クライオスタットチャンバ、２…クライオスタットミクロトーム、４…標本ホルダ、７…蒸発器、８…カッタホルダ、１０…蒸発器、１１…加熱素子、２９…フィン付蒸発器、３８…同軸熱交換器、４０，４１…スロットル、４３…第１の冷却サイクル、４３…第２の冷却サイクル。
【図１】
0003950207.tif 000002
【図２】
0003950207.tif 000003
【図３】
0003950207.tif 000004