DE3332739C2 - Vorrichtung zur Immersions-Kryofixation biologischer oder medizinischer Objekte - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Rotation einer Probe (10) auf einem Probenhalter (9), welche durch eine Rotation des hiermit mechanisch verbundenen Injektorstabs (12') auf eine Weise realisiert wird, daß die Probe (10) in einer Kühlflüssigkeit (5) vor Abschluß oder unmittelbar beim Abschluß der vertikalen Injektionsbewegung mit dem Injektor (12') und der Probenhalterung (25, 35, 35') in eine Rotation versetzt wird. Die Rotation wird durch geeignete Elemente (20, 21, 22, 23, 24 oder 36, 37) bewirkt. Ein Propeller (25, 25', 26, 27, 28) oder eine asymmetrische Montage des Objekts (10) auf dem Injektor (12') bewirkt eine Relativbewegung zwischen der Kühlflüssigkeit (5) und der freien Oberfläche der Probe (10) sowie in weiterer Folge eine Konvektion der Kühlflüssigkeit (5) im Kühlbadbehälter (4) und damit einen Temperaturausgleich zwischen der Flüssigkeit (5) und der Wandung des Behälters (4). Auf diese Weise wird der Aufbau schädlicher Temperaturgradienten in der Kühlflüssigkeit (5) sowie eine sekundäre artifizielle Veränderung der Probe (10) verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Immersions-Kryofixation biologischer oder medizinischer Objekte mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für zahlreiche Präparationsarbeiten, insbesondere zum Schockgefrieren (Kryofixation) biologischer oder medizinischer Proben für nachfolgende mikroskopische, insbesondere elektrcaenmikroskopische Untersuchungen verwendet man Kühlflüssigkeiten mit Temperaturen zwischen -100° C und — 190° C. Das Ziel einer derartigen Abkühlung geht dahin, der Probe binnen kürzester Zeit möglichst viel Wärme zu entziehen. Dies gilt vor allem für biologische oder medizinische Objekte ohne Vorbehandlung, d. h. ohne vorangehende Fixation und/oder Gefrierschutzbehandlung, da in diesem Fall ausschließlich die Geschwindigkeit der Abkühlung (Abkühlrate) darüber entscheidet, ob eine artefizielle Entmischung der wasserreichen piasmatischen Phasen stattfindet, welche eine sinnvolle mikroskopische oder histochemische Untersuchung unmöglich macht, oder ob das Objekt lebensgetreu glasig erstarrt (Vitrifikation bei Abkühlraten > 10 000° C/sec). Die erforderlichen hohen Abkühlraten werden nur in einer äußerst dünnen Randzone des Objekts erreicht und bewirken dort initial sowohl eine gute Strukturerhaltung wie eine Abkühlung unter — 80°C. Bedingt durch das schlechte Wärmeleitvermögen von Eis bleiben demgegenüber weiter innen gelegene Zonen insbesondere größerer Objekte mit Durchmessern über 3 mm während der Injektion zumeist auf einer Tempzratur. die erheblich über dem kritischen Grenzwert von —80°C liegt und damit keine endgültige Stabilisierung der Feinstrukturen und niedermolekularen Bestandteile dieser Objekte bewirkt Desgleichen bleiben Teile des meist metallischen Injektionssystems auf höherer Temperatur. Diesem Umstand währe dadurch zu begegnen, daß man Kühlbäder mit einer Flüssigkeitssäule einer Höhe verwendet, welche vertikale Objektbewegungen von einer Länge zwischen 50 und 100 cm ermöglicht. Eine Injektion mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 15 m/sec würde hierdurch auf eine Zeitspanne von 300 msec bis 2 see verlängert, welehe für eine komplette Abkühlung und Stabilisierung der Proben in der Regel ausreicht. Praktische Erwägungen bezüglich der Handlichkeit sowie der risikofreien Bedienung derartiger Apparaturen legen jedoch nahe, die Höhe der Kühlbäder auf etwa 10 cm zu beschrän-

«5 ken. Die Injektion in ein derartiges Kühlbad ist bei einer mittleren Injektionsgeschwindigkeit bereits nach 100 msec abgeschlossen. Diese Zeitspanne reicht zwar zur einwandfreien Vitrifizierung einer dünnen Randzo-

ne, nicht aber zum Durchfrieren größerer Proben aus. Der zwangsläufig nach dem Abschluß des Injektionsvorgangs eintretende Stillstand der Probe führt nach der initialen Abkühlung sehr rasch durch Aufbau ein-.s Temperaturgradienten in der Kühlflüssigkeit zu einer s neuerlichen Erwärmung des soeben auf Temperaturen nahe der ursprünglichen Kühlbadtemperatur abgekühlten Probenrandes. Hierbei tritt bei Überschreiten des Grenzwertes von —80⁰C augenblicklich ein? sekundäre Veränderung der erstarrten Probe ein, weiche den zunächst lebensgetreu stabilisierten Zustand artefiziell verändert. Soweit man Proben im amorph-vitrifizierten Zustand am Kryo-Mikrotom, insbesondere am Kryo-Ultramikrotom, schneiden möchte, darf sogar eine Temperatur von — 140⁰C in der Probenrandzone nicht überschritten werden, was bei dem plötzlichen Stillstand der Probe 100 msec nach Injektionsbeginn in keinem Fall gewährleistet werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Vorrichtung zu schaffen, durch die auch nach dem Anhalten der Injektionsbewegung der Aufbau schädlicher Temperaturgradienten unterbleibt oder zumindest soweit eingeschränkt wird, daß sekundäre artefizielle Veränderungen in der Probe unterbleiben, welche die Qualität des Erhaltungszustandes mindern und dadurch den Wert der nachfolgenden mikroskopischen, insbesondere elektronenmikroskopischen Untersuchung in Frage stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung gemäß den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist also, daß die aus dem raschen Einbringen der Probe in die Kühlflüssigkeit zunächst resultierende Vitrifikation dadurch mit Sicherheit erhalten wird, daß der Injektor und die daran angebrachte Probe vor dem Abschluß oder unmittelbar bei Abschluß der vertikalen Injektionsbewegung in eine rotierende Bewegung um seine Längsachse versetzt wird, welche den Aufbau eines Temperaturgradienten im unmittelbar an die freie Probenoberfläche angrenzenden Bereich der Kühlflüssigkeit verhindert. Es wird dadurch auf einfache Weise gewährleistet, daß der aus der Probe in die Kühlflüssigkeit stattfindende Wärmefluß weiterhin in einem solchen Ausmaß erfolgt, das eine Rekriitallisstion der zunächst amorph oder mikrokristallin erstarrten Randzone der Probe mit Sicherheit ausschließt.

Zwar ist es von einer Vorrichtung zur Metallspiegel-Kryofixation her bereits bekannt, die Injektion einer Probe in eine den Metallspiegel enthaltende Kühlkammer mittels "ines Injektors auszuführen, der als eine um ihre Längsachse reversierend drehbare Bohrhülse gebildet ist (AT-PS 3 43 941). Jedoch dient die Drehbarkeit der Bohrhülse ausschließlich dazu, die zylindrische Probe vor der Kryofixation aus einem größeren nativen Objekt, z. B. einer Niere, auszuschneiden und am Ende der Bohrhülse zu halten. Bei der Kryofixation selbst spielt die Drehbarkeit keinerlei Rolle und wäre für die Qualität der Kryofixation am Metallspiegel sogar von Nachteil. Anschließend an die Metällspiegel-K.ryöfixätion wird die Probe zur Bewahrung des kryofixierten Zustandes in flüssigen Stickstoff getaucht.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann in einfachster Ausbildung darin bestehen, daß ein am Injektor angebrachter Zylinder durch die vertikale Injektionsbewegung in eine rotierend Hülse eintritt. Soweit der Luftspalt zwischen den korrespondierenden Zylinderflächen entsprechend gering gehalten ist, bewirkt die Luftreibung zwischen den beiden Zylindern eine Mitnahme des Injektors, wenn der Injektor in seiner Führung frei rotieren kann. Durch die Rotation des Injektors wird die am Injektor befestigte Probenhalterung mit der Probe im Kühlbad ebenfalls in eine rotierende Bewegung versetzt, welche an der Oberfläche der Probe sowie im gesamten Kühlbad eine Konvektion der Kühlflüssigkeit bewirkt Hierdurch wird nicht nur eine Ausbildung von Temperaturgradienten in den Bereichen der Kühlflüssigkeit vermieden, die unmittelbar an die freie Probenoberfläche angrenzen. Es wird vielmehr im gesamten Kühlbad eine Bewegung der Kühlflüssigkeit bewirkt, welche letztlich den Wärmefluß und Temperaturausgleich zwischen dem Injektionssystem mit der Probenhalterung und den kälteren, in der Regel metallischen Wandungen des Kühlbades bewirkt

Sinnvolle Ausgestaltungen oder Variationen der Erfindung können darin bestehen, daß die Rotation entweder durch eine Platte oder eine rotierende Scheibe oder eine rotierende Kegelfläche erzeugt «ird. die beim Abschluß der vertikalen Injektionsbewegung mit einer korrespondierenden Fläche des Injektors in Kontakt treten, so daß durch die entstehende Reibung irfindungsgemäß eine Kupplung zwischen dem rotierenden Element and dem Injektor bewirkt und eine Rotation des Injektors realisiert wird. In technisch ebenfalls beikannter Weise kann die Rotation des Injektors durch ein an ihm montiertes Schaufelrad in der Art einer Gasiturbine mittels eines Gasstromes erzeugt werden, der aus einer Düse austritt, welche ihrerseits so angebracht ist, daß die Rotation des Injektors vor Abschluß der vertikalen Injektionsbewegung eingeleitet wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können die gewünschte Konvektion der Kühlflüssigkeit dadurch verstärken, daß am unteren Ende des Injektors nahe der Probe Elemente, beispielsweise flügelartige Elemente aus Blech vorgesehen sind, welche in der Art einer Schiffsschraube oder eines Venlilators wirken. In gleicher Weise wirkt eine Probenhalterung, bei der ein rotation^ymmetrischer Probenträger so am Injektor befestigt wird, daß seine eigene Rotationsachse nicht mit der Längsachse übereinstimmt, um die der Injektorstab rotiert In beiden Fällen wird die schwache Konvektion der Kühlflüssigkeit, welche bei der Rotatijn eines rotationssymmetrischen oder annähernd rotationssymmetrischen Gebildes um seine Längsachse im Kühlbad erzeugt wird, wirkungsvoll verstärk!.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann schließlich darin bestehen, daß derjenige Vorgang, welcher die Rotation des Injektors bewirkt, mittels einer geeigneten Wirkverbindung durch den Injektionsvorgang selbst ausgelöst wird. Dies kann beispielsweise in technisch bekannter mechanischer oder elektrischer Weise direkt durch dasjenige Element geschehen, das die Injektion auslöst. Darüber hinaus kann eine Ausgestaltung vorsehen, daß die Rotation nach jener Zeitspanne automatisch beendet wird, welche nach den vorliegenden Erfahrungen zum endgültigen Stabilisieren der Probe im Kühlbad erforderlich ist Schließlich kann vorgesehen werden, daß man die Laufzeit der Rotationsvorrichtung durch ein geeignetes analcgeä¹ oder digitales Einstellelement innerhalb der technisch und methodisch vorgegebenen Grenzwerte vorwählen und damit unterschiedlichen Anforderungen anpassen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine rein schematische Ansicht einer Injektionsvorrichtung mit Kühlbad nach dem Stand der Technik im Querschnitt;

Fig.2 eine schematische Schnitt-Darstellung des erfindungsgemäßen Systems im Querschnitt mit einer Mitnehmerhülse sowie einem am Injektor befestigten Propeller zum Erzeugen einer Konvektion der Kühlflüssigkeit in der Art eines Rührwerks;

Fig.3a eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Ausführungsform mit einem kegelförmigen Kupplungselement zwischen dem Injektorstab und einem rotierenden Element mit einer entsprechend kegelförmigen Ausnehmung sowie mit einer exzentrischen Montage des Objektträgers;

Fig.3b eine zu Fig.3a analoge Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit einem Kupplungselement in Form einer planen Scheibe zwischen dem Injektorstab und einem rotierenden ebenfalls scheibenförmigen Element sowie mit einer schrägen Montage des Objektträgers;

F i g. 4a eine zu den F i g. 3a, b analoge schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform, und

Fig.4b einen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäß F i g. 4a mit einem am Injektor befestigten Schaufelrad zur Realisierung einer Rotationsbewegung des Injektors mittels eines gerichteten Gasstromes in der Art einer Gasturbine.

Das in Fig. 1 rein schematisch in einem Querschnitt vereinfacht dargestellte System entspricht dem heutigen Stand der Technik. In einem mit einer Isolation 1 umgebenen Behälter 2 befindet sich flüssiger Stickstoff 3 als Kryogen zum Abkühlen des Metallzylinders 4. Im Metallzylinder 4 befindet sich ein auf geeignete Weise verflüssigtes Kühlmedium 5 (z. B. verflüssigter halogenierter Kohlenwasserstoff oder verflüssigtes Äthan, Propan oder isopentan). Die Hüise 6 verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem flüssigen Stickstoff 3 und dem Metallzylinder 4, so daß eine Gegenheizung dieses Zylinders durch die Heizpatrone 7 auf eine durch den Gefrierpunkt der Kühlflüssigkeit 5 vorgegebene und durch den Temperaturfühler 8 gemessene Minimaltemperatur möglich ist Die Injektion des auf einem Träger 9 angebrachten biologischen oder medizinischen Objektes 10 erfolgt mittels eines vertikal im Teil 11 geführten Injekiorstabes 12, der nach Betätigen des Auslösers 13 (—·) eine vertikale Abwärtsbewegung ausführt, weiche in der Regel durch eine Druckfeder 14 oder in einer anderen technischen Weise (z. B. Gasdruck) auf jene Werte zwischen 5 und 15m/sec beschleunigt wird, weiche erfahrungsgemäß für eine zufriedenstellende Vitrifizierung (»Kryofixation«) erforderlich sind. Nach einer Weglänge »1« kommt der Injektor 12 mit dem Objekt 10 auf dem Halter 9 zum Stillstand. Durch diesen Stillstand erlischt normalerweise auch die Relativbewegung zwischen der Kühlflüssigkeit 5 und der freien Oberfläche des Objektes 10, was unmittelbar den Aufbau eines Temperaturgradienten in der direkt angrenzenden Kühlflüssigkeit zui Folge hat Hierdurch tritt, insbesondere bei Objekten mit größeren Durchmessern über 3 mm binnen weniger Millisekunden ein Temperaturanstieg in der einwandfrei vitrifizierten Randschicht ein. Soweit die Temperatur in diesem Bereich über —135° C ansteigt kristallisiert die zutiäcnsi amorph vitrifizierte wäßrige piasmatische Matrix des Objektes und ist damit einer höher auflösenden Untersuchung im Elektronenmikroskop nicht mehr zugänglich. Oberschreitet die Temperatur den Bereich um —80⁰C, so beginnt darüber hinaus eine Umverteilung kleiner Molekel und Ionen, die histochemische Aussagen auf der Basis einer Elementanalyse (EDX oder LAMMA) bzw. Autoradiographie unmöglich macht. Es wurde daher verschiedentlich der Versuch unternommen, die Kühlflüssigkeit durch ein Rührwerk in Bewegung zu setzen. Dies kann beispielsweise durch einen Magnetführer geschehen, der aus einem Antriebsmotor 15, einem an die Antriebswelle 16 dieses Motors befestigten Magneten 17 sowie ein am Boden des Kühlbades liegenden Rührmagneten 18 besteht. Indessen bewirkt diese Anordnung nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlflüssigkeit 5, welche für den geforderten Effekt nicht ausreichen, ist im tiefen Temperaturbereich unter — 150⁰C nur mit einem erheblichen Aufwand zu installieren und auf Dauer zu betreiben und verhindert zudem andere wünschenswerte Ausgestaltungen des Kühlbadsystems. Auf der anderen Seite ist eine zufriedenstellende Kryofixation in technisch bekannter Weise dadurch zu gewährleisten, daß man die Länge »1« des Injektionsweges von dem üblicherweise angewandten Bereichs von rd. 10cm auf den etwa 5 bis lOfachen Betrag steigert. Hierdurch entstehen jedoch wiederum Probleme beim Abkühlen und beim thermostatischen Einstellen der Temperatur der hohen Kühlmittelsäule und bei der Ausführung des Injektors. Abgesehen davon werden hierdurch die Herstellung derartiger Systeme verteuert, die Betriebskosten wesentlich erhöht und die Bedienung erheblich kompliziert.

Die anhand von F i g. 1 erläuterten Unzukömmlichkeiten aller technisch bekannten Lösungen zur Kryofixation größerer Proben mit Durchmessern über 3 mm durch eine rasche Immersion in eine Kühlflüssigkeit (»Immersions-Kryofixation« mit einer Weglänge »1« von etwa 10 cm) lassen sich durch das in der F i g. 2 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße System auf einfache Weise ausschalten. Nach F i g. 2 wird hierfür ansteiie der in Fig. 1 dargestellten Injektoranordnung ein Injektor 12' verwendet, der in einem Führungselement 11' vertikai verschiebbar angeordnet ist wobei am Injektor koaxial ein zylindrischer Körper 19 befestigt ist, dessen äußerer Durchmesser nur geringfügig unter dem lichten Durchmesser »d« der von dem Injektor 12' mit ausreichend Spiel durchsetzten Hülse 20 liegt, so daß bei einer raschen Drehung der Hülse im Kugellager 21, die in technisch bekannter Weise durch einen Elektromotor 22 sowie eine Transmission 23/24 erfolgen kann, der Zylinder 19 durch die Reibung der zwischen den korrespondierenden Flächen der Teile 19 und 20 eingeschlossenen Luft mitgenommen wird. Gleichzeitig bewi \en die Zylinder 19 und die Hülse 20 eine pneumatische Dämpfung der Injektionsbewegung, deren Abschluß hierdurch nicht abrupt, sondern im Rahmen einer stetigen Verzögerung erfolgt

Eine insbesondere für die Injektion rotations-symmetrischer Probenhalter 9 und Proben 10 vorteilhafte Ausgestaltung des Systems besteht nach F i g. 2 darin, daß am Montageelement 25, das unter anderem zum Anbringen des Probenhalters 9 am Injektor 12' dient, kleine Propellerflügel in einer symmetrischen Anordnung befestigt sind. Es ist dabei im Rahmen der Erfindung möglich, vier derartige Flügel 26 (vgl. Querschnitt Seitenansicht sowie Aufsicht), drei derartige Flügel 27, zwei derartige Flügel 28 oder eine höhere Anzahl von FIügein dieser Art zu montieren, weiche stets symmetrisch um den Injektorstab 12' am Zwischenstück 25 bzw. 25' angeordnet sind. Die Propellerflügel 26/27/28 bewirken in bekannter Weise einen Umlauf des Kühlmediums in

,der Art eines Rührwerkes, der bei den angewandten Tourenzahlen (über 10 Umdrehungen/sec) eine ausreichende Konvektion an der Oberfläche der Probe gewährleistet.

Eine andersartige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß an stelle eines Zylinders ein Kegel 29 (F i ζ. 3a) oder ein Teller 30 (F i g. 3b) am Injektor 12' befestigt sind, die in der Art einer Kupplungsscheibe durch die Kraft der Feder 14 auf die rotierende Gegenfläche der Teile 32 oder 33 gepreßt werden und dadurch eine Mitnahme bewirken. Hierbei können Auflagen 34 vorgesehen werden, welche die Mitnahme begünstigen und/oder die vertikale Injektionsbewegung elastisch abpuffern.

Weitere Ausgestaltungen können nach Fig. 3a darin bestehen, daß rotationssymmetrische Präparathalter 9 oder annähernd rotationssymmetrische Proben 10 über ein Zwischenstück 35/35' am Injektor 12' in einer Weise montiert sind, daß das Objekt eine zur Längsachse A des Injektors 12' exzentrische Position einnimmt, so daß aus der vorgesehenen Rotation des Injektors hierdurch eine Translation der Probe 10 zur Kühlflüssigkeit 5 resultiert. Hierbei kann das Zwischenstück 35 bewirken, daß die Längsachse P des Probenträgers 9 gegen die Achse A des injektors 12' um einen Betrag r versetzt ist, der dem Exzenterradius bei der Bewegung entspricht. Gemäß F i g. 3b kann die Achse Pdes Probenträgers 9 gegen die Achse A des Injektors 12' aber auch um den Winkel ex geschwenkt angeordnet sein und hierdurch die gewünschte exzentrische Lage der Probe 10 bewirken. In beiden Fällen führt die Probe 10 auf dem Halter 9 bei der Drehung des Antriebs 22/23/24 eine rotierende Bewegung in der Kühlflüssigkeit 5 aus.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann schließlich nach den Fig.4a, b darin bestehen, daß die Rotation des Injektorstabes 12' nicht durch einen Motor iiriu ciTic t ΓαΠ5ϊπϊ55ΐΰΠ, SOndcm iuittciS ciiicä αϊΏ injciC-lorstab 12' befestigten Schaufelrades 36 in der Art einer Gasturbine bewirkt wird, die durch einen über eine Jet-Düse 37 in den Führungsteil 38 eintretenden Gasstrom in eine dreheifde Bewegung versetzt wird, wobei die Rotation vor dem durch eine pneumatische Dämpfung von zwei korrespondierenden Zylinderflächen 39/40 bewirkten Stillstand des Injektors 12' einsetzt.

Im Rahmen der Erfindung können gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nach F i g. 2 bis 4 Abänderungen getroffen werden, ohne daß hiervon der erfindungsgemäße Charakter der Anordnung berührt wird. So ist es möglich, das erfindungsgemäße System in verschiedenen technisch vorteilhaften Varianten zu fertigen, indem man mehrere einzeln beschriebene Elemente zusammenfaßt oder in anderer Weise kombiniert, als dies in den Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben ist. Dies gilt beispielsweise für die Übertragung oder Erzeugung der Drehbewegung des Injektors, die technisch in so mannigfacher Weise realisiert werden kann (z. B. durch eine Magnetkupplung, durch die Ausbildung des Injektorstabes als Motoranker bei gleichzeitiger Montage der Motorwicklung am Injektorgehäuse, durch eine Wirbelstromeinheit, über eine direkte Zahnradkoppelung usf.), daß eine auch nur annähernd erschöpfende Darstellung aller gegebenen und technisch realisierbaren Möglichkeiten unmöglich und daher sinnlos erscheint Ebenso können Elemente, welche eine effiziente Konvektion der Kühl- es flüssigkeit bewirken, in äußerst unterschiedlichen und daher von den gegebenen Beispielen in Fig. 2 bis 4 abweichenden Anordnungen realisiert werden. Entscheidend bleibt vielmehr, daß der Injektor vor der unmittelbar bei Abschluß seiner vertikalen Injektionsbewegung in eine starke rotierende Bewegung versetzt wird, welche in geeigneter Weise erzeugt wird und ggf. zusätzlich durch geeignete, mit dem Injektor fest verbundene Konstruktionselemente gleichzeitig eine Konvektion der Kühlflüssigkeit bewirken. Es ist weiterhin unerheblich, ob die Injektion der Probe 10 durch ein Federelement 14 oder auf eine nicht näher darzustellende, weil technisch bekannte Weise durch Gasdruck pneumatisch bewirkt wird. Gleiches gilt für den Kontakt zwischen den Kupplungselementen (30, 34) und (33) bzw. (29) und (32). Schließlich betrifft die spezielle Art der Wirkverbindung zwischen dem Injektionsvorgang und dem Start der Rotation hierbei nicht den Erfindungsgedanken, so lange der geschilderte Funktionsablauf erhalten bleibt und in der geschilderten Weise den Aufbau störender Temperaturgradienten in der Kühlflüssigkeit 5 unterbindet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Immersions-Kryofixation biologischer oder medizinischer Objekte (10) durch rasches vertikales Einbringen des an einem Injektor (12') befestigten und mittels dieses Injektors auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit von 5 bis 15 m/sec beschleunigten Objekts (10) in eine auf eine Temperatur unter —100° C abgekühlte Kühlflüssigkeit (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (10) vor dem Abschluß oder zum Zeitpunkt des Abschlusses der vertikalen Injektionsbewegung mit dem Injektor (12') in eine Rotation versetzt wird und daß durch die hiermit verbundene Konvektion der Kühlflüssigkeit (5) der weitere rasche Wärmeentzug aus der Probe (10) gewährleistet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Injektors (12') durch eine rotierende Hülse (20, 21, 22, 23, 24) erzeugt wird, welche konzentrisch zu einem korrespondierenden Zylinder (19) am Injektor (12') angeordnet ist, wobei der lichte Durchmesser der Hülse (19) nur geringfügig größer ist als der äußere Durchmesser des Zylinders (19), so daß die Reibung der zwischen beiden Zylinderelementen befindlichen Luft eine Mitnahme und Rotation des Injektors (12') bewirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Injektors (12') durch eine rotierende plane Scheibe (33) oder einen rotierenden Teil ni.t einer kegeiförmigen Vertiefung (32) erzeugt wird, gegen die ein geometrisch jeweils gleichartig geformtes, air Injektor (12') befestigtes Element (29, 30/34) mitteis Fc 'srkraft (14) oder Gasdruck angepreßt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation des Injektors (12') durch einen mit hinreichender Geschwindigkeit aus einer Jet-Düse (37) austretenden Gasstrahl bewirkt wird, der auf ein am Injektor (12') befindliches Schaufelrad (»Gasturbine«, 36) auftrifft und hierdurch den Injektor (12') in eine drehende Bewegung versetzt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Injektor (12') in unmittelbarer Nähe der Probe (10) Elemente (25, 25', 26, 27, 28) angebracht sind, welche bei der vorgesehenen Rotation des Injektors (12') in der Art eines Propellers auch bei rotationssymmetrischer Ausbildung des Probenträgers (9) und der Probe (10) eine Konvektion der Kühlflüssigkeit (5) erzeugen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf einem rotationssymmetrischen Träger (9) aufgebrachte Objekt (10) mit diesem Träger (9) am Injektor (12') derart montiert ist (35, 35'). daß die Achse des rotationssymmetrischen Trägers (9) nicht mit der Achse des Injektors (12') übereinstimmt, so daß durch den Probenträger (9) bei der vorgesehenen Rotation des Injektors (12') eine Konvektion der Kühlflüssigkeit (5) erzeugt wird

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, welche die vorgesehene Rotation des Injektors bewirkt (22, 23, 24, 36/37), durch eine Wirkverbindung mit dem Injektionsvorgang automatisch in Gang gesetzt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Vor-

richtung (22, 23,24.36/37), welche die vorgesehene Rotation des Injektors (12') bewirkt, durch einen Zeitschalter oder ein ähnliches Element in technisch bekannter Weise auf jene Zeitspanne begrenzt wird, die zur einwandfreien Stabilisierung der gefrorenen Probe (10) erforderlich ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Vorrichtung '22, 23, 24,36/37), welche die vorgesehene Rotation des Injektors (12') bewirkt, mittels eines entsprechenden Elements digital oder analog vorgewählt werden kann, so daß die Zeitspanne unterschiedlichen Objekten (10) und/oder methodischen Erfordernissen angepaßt werden kann.