CN109115685A - 电镜超薄切片辅助定位*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电镜超薄切片辅助定位***，包括机械支撑模块、光学成像模块和图像处理模块，光学成像模块设置在机械支撑模块上，图像处理模块与光学成像模块相连，光学成像模块包括连续变倍显微镜筒、物镜和自动对焦CCD，其特征在于，机械支撑模块包括防震底板、升降台、第一平移台和第二平移台；升降台设置在防震底板上且可在防震底板上垂直移动；第一平移台和第二平移台呈90度交叉设置在升降台上且可在升降台上平行移动。该发明可实时原位观测超薄切片样品侧切面，精准测量样品定位偏离角度，无需从切片机上频繁取下样品夹观测，解决了传统方法中手持样品夹观测切面时的抖动问题，促进实践教学工作。

Description

电镜超薄切片辅助定位***

技术领域

本发明涉及超薄切片机领域，尤其涉及一种电镜超薄切片辅助定位***。

背景技术

超薄切片是电镜样品制备的重要技术之一。随着科学研究的发展，需对样品的特定部位进行精准超薄切片的领域也越来越多，如蝶翅、昆虫甲壳鞘翅、动物组织复合材料及植物根茎等，涉及仿生学、医学、材料学及植物学等多个科研或产业方向。超薄切片定位技术是依据样品的特定需求，选取样品的特定部位进行精准切片，定位技术也是超薄切片技术中的难点。传统的超薄切片定位技术，通常需靠肉眼在显微镜下观察包埋块中的样品切面，然后预估设定样品夹的偏转角度后，用修块刀连续切片，再从样品臂上取下样品夹，手持样品在物镜下检查切面是否达到定位要求。上述过程需反复多次，方可完成切片定位，非常繁琐耗时。超薄切片定位技术方面的前期研究非常少。目前，尚无涉及硬件的超薄切片定位技术方面的研究。已有的超薄切片定位研究，也仅针对特定的细胞或组织样品，且未能解决切片定位操作流程繁琐的问题。目前，市面上所有的超薄切片机，自身硬件无法满足高效便捷地进行超薄切片定位的需求。

本发明要解决的问题是如何实时原位观测超薄切片样品侧切面，精准测量样品定位偏离角度，解决传统方法中手持样品夹观测切面时的抖动问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种电镜超薄切片辅助定位***，可实时原位观测超薄切面样品侧切面，精准测量样品的定位偏离角度，无需从切片机上取下样品夹观测，简化操作流程，大幅提高定位效率，促进超薄切片技术的实践教学。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实时原位观测超薄切片样品侧切面，精准测量样品定位偏离角度，解决传统方法中手持样品夹观测切面时的抖动问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电镜超薄切片辅助定位***，包括机械支撑模块、光学成像模块和图像处理模块，光学成像模块设置在机械支撑模块上，图像处理模块与光学成像模块相连，光学成像模块包括连续变倍显微镜筒、物镜和自动对焦CCD，其特征在于，机械支撑模块包括防震底板、升降台、第一平移台和第二平移台；升降台设置在防震底板上且可在防震底板上垂直移动；第一平移台和第二平移台呈90度交叉设置在升降台上且可在升降台上平行移动。

进一步地，防震底板包括光学平板，以及分设在光学平板的两侧边缘的第一把手和第二把手；光学平板是正方形，边长为300～800mm，优选为400mm。

进一步地，升降台固定设置在防震底板上。

进一步地，升降台通过升降调节旋钮和锁紧螺丝进行升降调节；升降台的垂直移动行程范围是0～200mm，优选为0～120mm。

进一步地，第一平移台和第二平移台通过沉孔和螺丝固定设置在升降台上。

进一步地，第一平移台上设置有第一位移调节手柄；第二平移台上设置有第二位移调节手柄；第一平移台和第二平移台的平行移动行程范围均是0～100mm，优选为0～50mm。

进一步地，物镜和自动对焦CCD分设在连续变倍显微镜筒的两端，物镜和连续变倍显微镜筒呈水平放置。

进一步地，连续变倍显微镜筒的变倍范围是0.5～10倍，优选为0.75～5倍；物镜的变倍范围是0.5～10倍，优选为0.5～2倍；光学成像模块通过圆形固定环、长方形固定块与直角固定块水平固定于机械支撑模块上方。

进一步地，光学成像模块还包括万向光纤，待测样品处于万向光纤和物镜之间或一侧。

进一步地，图像处理模块包括主机和显示屏，主机上安装有图像处理软件，光学成像模块采集到的图像可传输至图像处理模块并在显示屏上进行显示，图像处理软件测量夹角功能可测量样品切面与样品定位面的实际偏离夹角。图像处理软件是ImageView。

该发明可实时原位观测超薄切面样品侧切面，精准测量样品的定位偏离角度，无需从切片机上取下样品夹观测，简化操作流程，大幅提高定位效率，促进超薄切片技术的实践教学。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的电镜超薄切片辅助定位***结构示意图；

图2是固定于样品夹上的蝶翅样品实体图；

图3是电镜超薄切片辅助定位***的实时蝶翅切面采集图；

图4是图像处理软件ImageView应用于蝶翅超薄切片定位偏离角度测量效果图；

其中，1-光学平板，2-第一把手，3-升降台，4-第二位移调节手柄，5-第一平移台，6-主机，7-显示屏，8-第一位移调节手柄，9-数据传输线，10-第二把手，11-升降调节旋钮，12-锁紧螺丝，13-第二平移台，14-直角固定块，15-长方形固定块，16-物镜，17-连续变倍显微镜筒，18-固定螺丝，19-固定环，20-自动变焦CCD。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，超薄切片辅助定位***，共包括机械支撑模块、光学成像模块和图像处理模块三部分。

机械支撑模块主要实现防震支撑和前后左右(XY轴)平移和垂直方向(Z轴)升降。显微成像设备对于防震的要求较高，为避免环境震动影响装置的光学成像效果，机械支撑模块的防震底板由带第一把手2和第二把手10的光学平板1构成，光学平板1是正方形，边长是400mm(也可以是300～800mm)，重量约5kg。在光学平板1上固定可垂直升降的升降台3，升降行程是120mm(也可以是200mm)，通过升降调节旋钮11和锁紧螺丝12进行升降调节。将两块呈90°交叉放置的高精度的第一平移台5和第二平移台13通过沉孔和四枚内六角螺丝固定于升降台3上，第一平移台5和第二平移台13的平移行程均是50mm(也可以是100mm)。第一平移台5上设有第一位移调节手柄8，第二平移台13上设有第二位移调节手柄4。此设计保证了可根据样品的实际位置通过调节XYZ轴向来精确调节样品的成像焦距或高度。

光学成像模块主要实现对超薄切片样品切面的实时聚焦与显微放大成像功能。该模块通过定制的圆形固定环19、长方形固定块15与直角固定块14水平固定于机械支撑模块上方，固定环19上设有固定螺丝18。光学成像模块的主体由变倍范围0.75-5倍(也可以是0.5～10倍)的连续变倍显微镜筒17、变倍范围0.5-2倍(也可以是0.5～10倍)的物镜16和具有200万像素且带有CMOS图像传感器的自动对焦CCD 20构成。物镜16与自动对焦CCD 20分别通过螺纹对接安装于连续变倍显微镜筒17的两端，其中物镜16靠近样品块侧切面。由于样品块是半透明的环氧树脂，因此在样品夹的侧面可采用万向光纤作为光源，可以根据样品的位置任意调节光源方向，为样品块提供照明，从而提高样品块的光线通透度，有助于提高所采集图像的成像效果。

图像处理模块的主要功能是对实时采集的超薄切片的切面进行图像处理分析。该模块通过数据传输线9与光学成像模块相连接，硬件为主机6与显示屏7，图像处理软件为ImageView。通过HDMI双向数据线或自动变焦CCD 20自带的无线热点功能，将自动变焦CCD20采集的样品侧切面图像实时传输并投影在显示屏7上。使用图像处理软件ImageView中的测量夹角功能，可实时精确测量样品切面与样品定位面的实际偏离夹角。

实际使用时，将装有超薄切片辅助定位装置的防震底板置于切片机样品臂的一侧，物镜16靠近样品块，调节物镜16的高度至与样品块相同。在切片机的样品臂侧面，放置一台双支万向光纤作为光源。将自动变焦CCD 20与主机6连接，在显示屏7上观察所采集的图像。分别通过第一平移台5和第二平移台13的第二位移调节手柄8和第一位移调节手柄4调节X轴和Y轴的距离，使图像聚焦至最清晰状态。打开图像处理软件ImageView，选取“夹角测量”工具，即可精确测量切面与样品定位面的偏离夹角。

如图2所示，箭头处是蝶翅样品。蝶翅复合材料是仿生学研究的热点之一，也是需使用超薄切片定位技术的常规样品。以蝶翅复合材料为例，介绍该装置的实际应用效果。蝶翅表面的鳞片呈平行的条纹状纹理，研究人员通常需对其特定截面的精细微观结构与形貌进行表征，这也是后续开展相关仿生学研究的基础。

如图3和图4所示，在制作蝶翅复合材料的超薄切片时，一般需使超薄切片的切面与鳞片的条纹保持平行，以满足测试需求。采用该装置后，可快速直观地获取定位切面的实时图像，并可精准测量切面的偏离角度。超薄切片辅助定位装置可在切片过程中，实时清晰地反映包埋块中蝶翅的切面偏离情况，避免了传统方法中需频繁取下样品块进行观测的重复劳动，大幅提高切片效率。在一个实际测量示例中，该实际偏离夹角为4.62°，如图4所示。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电镜超薄切片辅助定位***，包括机械支撑模块、光学成像模块和图像处理模块，所述光学成像模块设置在所述机械支撑模块上，所述图像处理模块与所述光学成像模块相连，所述光学成像模块包括连续变倍显微镜筒、物镜和自动对焦CCD，其特征在于，所述机械支撑模块包括防震底板、升降台、第一平移台和第二平移台；所述升降台设置在所述防震底板上且可在所述防震底板上垂直移动；所述第一平移台和所述第二平移台呈90度交叉设置在所述升降台上且可在所述升降台上平行移动。

2.如权利要求1所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述防震底板包括光学平板，以及分设在所述光学平板的两侧边缘的第一把手和第二把手；所述光学平板是正方形，边长为300～800mm。

3.如权利要求1所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述升降台固定设置在所述防震底板上。

4.如权利要求3所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述升降台通过升降调节旋钮和锁紧螺丝进行升降调节；所述升降台的垂直移动行程范围是0～200mm。

5.如权利要求1所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述第一平移台和所述第二平移台通过沉孔和螺丝固定设置在所述升降台上。

6.如权利要求5所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述第一平移台上设置有第一位移调节手柄；所述第二平移台上设置有第二位移调节手柄；所述第一平移台和所述第二平移台的平行移动行程范围均是0～100mm。

7.如权利要求1所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述物镜和所述自动对焦CCD分设在所述连续变倍显微镜筒的两端，所述物镜和所述连续变倍显微镜筒呈水平放置。

8.如权利要求7所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述连续变倍显微镜筒的变倍范围是0.5～10倍，所述物镜的变倍范围是0.5～10倍；所述光学成像模块通过圆形固定环、长方形固定块与直角固定块水平固定于所述机械支撑模块上方。

9.如权利要求1或7所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述光学成像模块还包括万向光纤，待测样品处于所述万向光纤和所述物镜之间或一侧。

10.如权利要求1所述的电镜超薄切片辅助定位***，其特征在于，所述图像处理模块包括主机和显示屏，所述主机上安装有图像处理软件，所述光学成像模块采集到的图像可传输至所述图像处理模块并在所述显示屏上进行显示，所述图像处理软件测量夹角功能可测量样品切面与样品定位面的实际偏离夹角。