DE3332741C2 - Vorrichtung zur Beleuchtung der Probe und Probenhalterung sowie des Kühlbads an einer Einrichtung zur Immersions-Kryofixation - Google Patents

Abstract

Eine Beleuchtungsanordnung für eine Vorrichtung zur Immersions-Kryofixation, insbesondere zur Beleuchtung der Probenhalterung (7, 8) mittels einer Lichtquelle (15/16, 19/20), deren Strahlen von unten durch ein Fenster (14) in die Kühlflüssigkeit (6) eintreten, die sich in einem Metallkörper (5) befindet. Hierfür kann ein Umlenkprisma (22) das seitlich eingeführte Strahlenbündel (21) in die vertikale Richtung umlenken. Der Austritt des Strahlenbündels aus dem Kühlraum (3, 4, 5, 6) erfolgt bei geschlossenem Deckel (12') durch die Austrittsöffnung (18) auf die darüber befindliche Probe (7) und den am Injektorstab (9) befestigten Probenhalter (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung der Probe bzw. Probenhalterung und des KUhlbads für eine Immersions-Kryofixation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vor einer Immersions-Kryofixation ist es in vielen Fällen erforderlich, ein kleines Objekt oder einen kleinen Tropfen einer Suspension oder die dünne Schicht einer Gewebekultur auf eine Halterung aufzubringen. Hierbei spielt die räumliche Anordnung auf dem Halter, gegebenenfalls auch der Anschluß von Mikroelektroden oder eine besondere justierung auf dem Halter die für das Gelingen oder Mißlingen der Kryofixation entscheidende Rolle. Man benötigt daher häufig ein Stereomikroskop und führt die Präparation unter mikroskopischer Kontrolle aus. Ebenso muß nach der Kryofixation das Objekt vorsichtig aus dem Kühlbad entfernt werden, was ohne Sichtkontrolle oft nicht oder nur schwer möglich ist. Sämtliche Arbeitsgänge erfordern aus den genannten Gründen eine gute Beleuchtung der Objekthalterung bzw. des Kühlbads, das aus Gründen einer einwandfreien thermostatischen Regelung der Temperatur wie im Hinblick auf andere zwingende Erfordcrnisse in der Regel aus einem Metallgefäß besteht, das eine zylindrische Ausnehmung vor etwa 20 mm Durchmesser und 100 mm Höhe für die Kühlflüssigkeit aufweist te Hinblick auf die notwendige beidhändige Präparation, den Platzbedarf des Injektionssysteuis und dos

ίο Stereomikroskops sowie die Anordnung der Kryogenzuleitung ist es im vorliegenden Fall äußerst schwierig, die erforderliche Beleuchtung zu realisieren, insbesondere aber eine Beleuchtung der Probenhalterung mit einer Ausleuchtung des zylindrischen Kühlbads zu kom-

i." binieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, das heißt eine Vorrichtung zu schaffen, welche sowohl die Probenhalterung beleuchtet als auch das Innere des Kühlbads ausleuchtet und damit auf einfache und universelle Weise dem gegebenen Bedarf Rechnung trägt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Ausgestaltung mit den Merkmalen nach den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 vor.

Die Erfindung sieht also vor, daß das erforderliche Lichtstrahlen-Bündel durch ein Fenster aus Glas oder einem anderen käixz- und kryogenresistenten Stoff von unten in das Kühlbad eintritt wobei das Fenster gleichzeitig den Boden des Kühlbads darstellt und einen Austritt der Kühlflüssigkeit verhindert Da sich die Probenhalterung stets exakt oberhalb des Kühlbads befindet, in das die Probe injiziert werden soll, wird damit durch die eintretende Strahlung nicht nur der gesamte Innenraum des Kühlbads, sondern darüber hinaus in einem und ohne weitere Vorrichtungen die Probenhalterung und die Probe von unten angestrahlt. Hierdurch wird eine mikroskopische Darstellung der Probenhalterung bei der Probenmontage gewährleistet, durch welche die Manipulation mit beiden Händep in keiner wie immer gearteten Weise eingeschränkt wird.

Von Mikroskopen her ist es zwar bereits bekannt, eine Beleuchtung der zu betrachtenden Objekte von unten her vorzunehmen (vgl. z. B. Bergmann-Schacfcr »Lehrbuch der Experimentalphysik« Band III, Optik.

New York 1978, S. 441).

Jedoch sind bei Mikroskopen unterhalb des Objekts keine Einrichtungsteile oder Vorrichtungen vorhanden, und das Objekt selbst ist regelmäßig auf einer Glasplatte zur Beobachtung angeordnet, so daß sich dort die Beleuchtung von unten anbietet. Eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art hingegen ist von unten her völlig geschlossen und weist einen massiven metallischen Kühlbadbehälter, sowie einen weiteren thermisch isolierten Behälter zur Aufnahme des Kryogens auf, und enthält außerdem das zur Kühlung des Kühlb'udcs herangezogene Kryogen, z. B. flüssigen Stickstoff.

Eine sinnvolle Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Lichtquelle unterhalb des beschriebenen Eintrittsfensters angeordnet ist, wobei ein Wärmesperrfilter die Infrarotkomponente vor dem Eintritt des Strahlenbündels in das Kühlbad ausfilicrn kann. Vereinfachend kann das durchsichtige, durch das Kühlmedium gekühlte Fenster selbst den Wärmesperrfilter bilden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Lichtquelle seitlich des Kühlbads angeordnet ist, so daß ein besonders einfacher Austausch der Glühbirne möglich wird. In diesem Fall kann das

Stnihlcnbflndel in technisch bekannter Weise mittels eines Prismas oder eines Spiegels oder mittels eines Lichtleiters von unten durch das beschriebene Fenster in das Kühlbad eingeleitet werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz von Reflektorlampen mit ultrarotarmem Reflektorlicht oder die Zwischenschaltung eines Faserlichtleiters, der ebenfalls die Ultrarotkomponente großteils aus dem Strahlenbündel eliminiert

Eine weitere Ausgestaltang der Erfindung kann schließlich darin bestehen, daß ein über dem Kühlbad angeordneter thermisch isolierender Schutzdeckel eine geeignete Durchtrittsöffnung für das Strahlenbündel aufweist, welches sowohi eine Inspektion des Kühlbads wie eine Präparation an der Probenhalterung bei bedecktem Kühlbad gewährleistet.

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

F i g. 1 eine rein schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Immersions-Kryofixation nach dem Stand der Technik im Querschnitt;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Kühlbads mit einer unmittelbar unterhalb des Kühlbads angeordneten Lichtquelle, und

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform im Querschnitt

Das in F i g. 1 rein schematisch in einem Querschnitt dargestellte System zur Immersions-Kryofixation entspricht dem heutigen Stand der Technik. In einem geeigneten Gehäuse 1 befindet sich der von einer Isolation 2 umgebene topfförmige Behälter 3 für den als Kryogen verwendeten flüssigen Stickstoff 4. Durch den flüssigen Stickstoff 4 wird der Metallzylinder 5 direkt oder in dem dargestellten Standby-Betrieb indirekt gekühlt Im Metallkörper 5 befindet sich das in technisch bekannter Weise thermostatisch auf der jeweils gewünschten Temperatur gehaltene Kühlmedium 6, in das das Objekt 7 zur Immersions-Kryofixation eingebracht wird. Die Probe 7 befindet sich hierzu auf einer Probenhalterung 8. die ihrerseits mit dem Injektorstab .9 verbunden ist Der Injektorrtab kann mittels.des Hebels 10 in nicht näher zu beschreibender Weise auf einer vertikal abwärts gerichteten Bahn in die Kühlflüssigkeit 6 abgesenkt werden. Eine Beobachtung der oftmals äußerst schwierigen Montage der Probe 7 am Probenhalter 8 erfolgt mit einem Stereomikroskop It. Während dieser Probenmontage sowie während des ,Standby-Betriebs der Anordnung bleibt der Stickstoffbehälter 3/4 mit dem Kühlbad 5/6 durch einen thermisch isolierenden Deckel 12 verschlossen, welcher eine schädliche Vorkühlung der Probe 7 auf ihser Halterung 8 sowie einen unnötig hohen Stickstoffverbrauch verhindert

Die anhand von F i g. 1 erläuterte technisch bekannte Lösung hat den Nachteil, daß man die Probenmontage ohne die erforderliche Beleuchtung durchführen muß, nachdem die dem Benutzer zugewandte Seite der Anordnung durch das Stereomikroskop 11, die gegenüberliegende Rückseite durch den Träger 13 mit der Injeklionsanordnung 8/9/10 besetzt ist Da man in der Regel gezwungen ist, beidhändig zu präparieren, scheiden auch die beiden Seiten für die Montage einer Lichtquelle aus. Ebenso störend wird nach der Injektion empfunden, daß man die in das Kühlbad 5/6 ausgestoßene Probe 7 in dem zylindrischen, mit der Kühlflüssigkeit 6 gefüllten Raum nur schwer erkennen und handhaben kann.

Die anhand der F i g. 1 erläuerten Unzulänglichkeiten technisch bekannter Lösiv-gen lassen durch das in den F i g. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße System auf einfache Weise eliminieren. Bei einer ansonsten unveränderten Anordnung des Kühlbads und Injektionssystems bildet ein Glasfenster 14 den Boden des Kühlbads, in dem sich die Kühlflüssigkeit 6 befindet Die Beleuchtung erfolgt durch eine unmittelbar unterhalb der Kühlflüssigkeit 6 angeordnete leistungsstarke Lampe 15, beispielsweise eine Jodquarzlampe in einer Fassung 16, die nach Kippen des Geräts auf einfache Weise nach unten herausgezogen werden kann und dadurch einen einfachen Wechsel der Glühbirne ermöglicht Eine Ausgestaltung der Erfindung kann nach F i g. 2 darin bestehen, daß eine Kollektorünse 17 die austretenden Strahlen bündelt und daß an geeigneter Stelle eine Wärmesperr filter angeordnet ist Als einfachste Lösung kann die Ultrarotkomponente durch das Fenster 14 selbst ausgefiltert werden, das bei dieser Anordnung gleichzeitig durch die Kühlflüssigkeit 6 optimal gekühlt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann nach

F i g. 2 darin bestehen, daß ein durchsichtiger Einsatz 18 einen Durchtritt des Strahlenbündels durch den isolierenden Deckel 12' ermöglicht und danvt die gewünschte Beleuchtung der Probenhalterung 7/8 ^uch bei geschlossenem Deckel ermöglicht

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann schließlich nach F i g. 3 darin bestehen, daß eine Reflektorlampe 19 in einer entsprechenden Halterung 20 außerhalb, beispielsweise an der Rückwand oder an einer der beiden Seitenwände montiert ist und daß .das aus dem Reflektor heraustretende Strahleilbündel 21 durch das Umlenkprisma 22 oder einen Spiegel reflektiert oder durch einen gebogenen Lichtleiter bzw. einen Faserlichtleiter von unten in das Kühlbad eingeleitet wird. Im Rahmen der Erfindung können gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nach F i g. 2 und 3 Abänderungen getroffen werden, ohne daß hiervon der erfindungsgernäße Charakter der Anordnung berührt wird So ist es denkbar, das erfindungsgemäße System in verschiedenen technisch vorteilhaften Varianten zu fertigen, indem man mehrere Elemente in technisch bekannter Weise integriert oder in anderer Weise verbindet als dies in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist Gleiches gilt für den Einsatz technisch unterschiedlicher, jedoch bekannter Bauelemente. So ist es für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens beispielsweise unerheblich, welche optische:» Elemente in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Probenhalterung eingeschaltet werden, sowie welche speziellen Lichtquellen verwendet, wie sie gehaltert und angeschlossen werden. Der Lichtdurchtritt 18 durch den Deckel 12' kann in verschiedenster Weise als massiver durchsichtiger Festkörper, als Tubus mit zwei durchsichtigen Deckplatten, als Linse zum weiteren Bündeln der Strahlen sowie als Wärmeschutzglas ausgeführt werden. Gleiches gilt für die Verwendung von massiven sowie aus Fasern zusammengesetzten Lichtleitern zwischen Lichtquelle und Fenster 14.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Beleuchtung von Probe und Probenhalterung sowie des Kühlbades an einer Einrichtung zur Immersions-Kryofixation insbesondere biologischer Proben unter Verwendung von verflüssigtem Propan, Äthan, halogenierten Kohlenwasserstoffen oder ähnlichen Kühlmitteln mit einer Temperatur zwischen — 100⁰C und -19O⁰C, insbesondere mit Hilfsmitteln zur vergrößernden Darstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der zunächst über dem Kühlbad (6) befindlichen Probenhalterung (8) durch ein vertikal nach oben gerichtetes Strahlenbündel (21) mit niedrigem Infrarotanteil aus einer Lichtquelle (15 bzw. 19) erfolgt, das ein Fenster (14) im Boden des Kühlbadbehälters (5) sowie das Kühlbad (6) durchsetzt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -daß die Lichtquelle (15) unmittelbar unter dem Kühiead (6) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (19, 20) seitlich oder hinter dem Kühlbad (3,4,6) angeordnet ist, und daß das Licht in bekannter Weise durch einen Spiegel oder ein Prisma (22) oder einen Lichtleiter so umgelenkt wird, daß es durch das Fenster (14) von unten in das Kühlbad (6) eintritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht von einer an einer beliebigen zweckmäßigen Stelle angeordneten Lichtquelle zum Eintrittsfenster (14) in das Kühlbad (14) zur Gänze oder auf einer Teilstrecke seines Weges durch einen Faserfiehileiter verläuft

5. Vorrichtung nach einem ^er Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Projektorlampe (19,20) mit selektiv wirkendem Reflektor und einem geringen Infrarotanteil in der Strahlung vorgesehen ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Abdecken des Kühlbades (3, 4, 5, 6) als mechanischer oder thermisch isolierender Schutz vorgesehener Deckel (12') mit einer Durchtrittsöffnung (18) für das aus dem Kühlbad vertikal nach oben austretende Strahlenbündel versehen ist.