DE1279368B - Mikromanipulator zum Bewegen und zum Herstellen sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop - Google Patents

Mikromanipulator zum Bewegen und zum Herstellen sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop

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DE1279368B
DE1279368B DE1966U0013265 DEU0013265A DE1279368B DE 1279368 B DE1279368 B DE 1279368B DE 1966U0013265 DE1966U0013265 DE 1966U0013265 DE U0013265 A DEU0013265 A DE U0013265A DE 1279368 B DE1279368 B DE 1279368B
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DE1966U0013265
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Victor Bruce Darlingto Skerman
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University of Queensland UQ
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University of Queensland UQ
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/32Micromanipulators structurally combined with microscopes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

  • Mikromanipulator zum Bewegen und zum Herstellen sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop Die Erfindung bezieht sich auf Mikromanipulatoren zum Bewegen sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop unter Verwendung eines Werkzeughalters bei der Handhabung einzelner Zellen oder anderer mikroskopischer Objekte. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auch auf Mikromanipulatoren zum Herstellen solcher Werkzeuge unter dem Mikroskop.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung eines Mikromanipulators, mit dem eine besonders einfache Handhabung des Werkzeuges ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Mikromanipulator zu erhalten, der einfach konstruiert und billig herzustellen ist, so daß er besonders für den individuellen Gebrauch bei Studentengruppen geeignet ist. Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist ein Werkzeughalter, durch den das Arbeitsbesteck ständig im Fokus des Mikroskopfeldes gehalten wird.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkzeughalter als Magnet ausgebildet und über einen Objektträger mit einem Auflager verbunden ist, welches am unteren Objektivende des Mikroskops angeordnet und in axialer Richtung in gerader Linie beweglich ausgebildet ist.
  • Gemäß der Erfindung kann das Auflager dadurch mit einem geraden Werkzeug im Werkzeughalter auf die Objektivachse eingestellt werden, um jedes Werkzeugteil in den Fokus zu bringen. Dann kann das Werkzeug zurückgeschoben werden, wobei es im oder nahe beim Fokus verbleibt, bis die Spitze des Werkzeuges in die für die erforderliche Handhabung richtige Lage gebracht ist.
  • Mit der Erfindung ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, ein Mikro-Werkzeug mit Hilfe eines Formgebungselementes herzustellen. Dieses ist zweckmäßigerweise mit dem mechanischen Teil des Mikroskops bewegbar und weist einen verschiebbar eingebauten Werkzeughalter auf einem Auflager auf, das zur Axialbewegung am Objektiv des Mikroskops befestigt und um eine Achse drehbar ist, die durch die Achse der Mikroskop-Optik führt.
  • Die Erfindung ist in je einem Ausführungsbeispiel für das Bewegen und das Herstellen derartiger Werkzeuge unter dem Mikroskop in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
  • F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Mikromanipulator zum Bewegen von Mikrowerkzeugen und das Objektivende des Mikroskops; F i g. 2, 3 und 4 zeigen Teile des Mikromanipulators von F i g. 1 in Rück-, Seiten- und Endansicht; F i g. 5 zeigt einen Grundriß des im Mikromanipulator von F i g. 1 verwendeten Auflagers; F i g. 6 zeigt eine Zerfallperspektive von Teilen des zum Herstellen von Mikrowerkzeugen verwendeten Auflagers; F i g. 7 zeigt einen Teil-Schnitt der Anordnung zum Herstellen von Mikrowerkzeugen und F i g. 8 zeigt einen Grundriß eines Formgebungselementes.
  • Der Mikromanipulator zum Bewegen von sehr kleinen Werkzeugen unter dem Mikroskop arbeitet wie folgt: Ein Ring 10, vorzugsweise aus Messing, wird außen um das Objektivende 11 des Mikroskops mit einem Zusatzwerkzeug angebracht. Eine Fixierschraube 12 aus Kunststoff ermöglicht es, daß der Ring 10 in einer gewünschten Position im Kreisumfang oder axial festgehalten wird. Ein Paar Stahl-Objektträger 13, deren Unterseiten 14 plan und parallel gearbeitet sind, werden am Ring 10 mit Abwärtsneigung befestigt, so daß die Mittellinie dieser Flächen auf die optische Achse 15 des Mikroskops trifft.
  • Ein C-förmiger Permanent-Magnet 16 ist der Länge nach über die beiden Flächen mit einem Werkzeughalterohr 17 versehen, welches in einer Nut 18 befestigt ist. Die Achse des Halterohrs 17 liegt in der Ebene der Flächen 14, und der überstehende Teil des Halterohrs 17 liegt zwischen den Stahl-Objektträgern 13, wobei das Halterohr 17 mit Hilfe des Magneten 16 auf den Objektträgern 13 festgehalten wird.
  • Das zu verwendende Werkzeug 20 aus Glas oder Metall wird mit Wachs oder ähnlichen Mitteln in das Halterohr 17 eingesetzt und befestigt und steht in Arbeitsposition abwärts, um sich mit der optischen Achse 15 zu kreuzen.
  • Bei der praktischen Anwendung werden der Ring 10 und die Objektträger 13 am Objektiv 11 in niedrigster Position gesichert. Der Magnet 16 und das Werkzeug 20 werden an den Objektträgern 13 angebracht und abwärts geschoben, bis die Werkzeugspitze die optische Achse 15 kreuzt. Der Ring 10 wird dann langsam angehoben, bis der gewünschte Teil des Werkzeuges 20 im Fokus des Feldzentrums ist. Das Rohr 17 ist so beschaffen, daß es einen kleinen Spielraum zwischen den Objektträgern 13 erhält, um leichte seitliche Bewegungen des Werkzeuges 20 zum Zentrieren zu ermöglichen.
  • Der Magnet 16 wird dann auf den Objektträgern 13 zurückbewegt, bis sich die Spitze des Werkzeuges 20 im Brennpunkt 21 befindet, wenn eine endgültige Fokuseinstellung des Ringes 10 erforderlich sein sollte. Das Werkzeug 20 wird dann weiter zurückgezogen und das Versuchsstück nach Bedarf zentriert. Darauf wird das Mikroskoprohr angehoben, die Spitze des Werkzeuges 20 in Zentrum-Position zurückgebracht und das Versuchsstück neu fokussiert, wobei das Versuchsstück mit der Spitze des Werkzeuges 20 berührt wird.
  • Der wichtigste Vorteil der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen, daß das Werkzeug 20 immer zur Fokussierung ausgerichtet ist, sobald es sich im Mittelpunkt des Feldes befindet und trotzdem ohne Schwierigkeit herausgenommen werden kann. Der steuerbare Magnet 16 -ermöglicht eine besonders leichte Kontrolle. -..- Das Herstellen von Werkzeugen mit Hilfe des in den F i g. 6, 7 und 8 dargestellten Mikromanipulators geht im Prinzip so vor sich, daß die Fertigung des Werkzeuges erfolgt,' während es im Magnetsockel befestigt ist, um dann später mit diesem Werkzeug benutzt zu werden. Zu diesem Zweck wird der Werkzeugrohling magnetisch festgehalten und der Magnet an einem Objektträger angebracht, der als Ganzes um seine Mittelachse in einem Auflager drehbar ist, das so eingebaut ist, daß diese Mittelachse die optische Achse des Mikroskops kreuzt. Das Auflager ist axial verschiebbar und auf dem Objektiv des Mikroskops, wie oben beschrieben, drehbar.
  • Im einzelnen enthält das Auflager 60 gemäß Fig. 7 einen Innenring 61, der auf dem Objektiv 62 schieb-und drehbar befestigt und mit einer Fixierschraube 63 gesichert ist. Dieser Innenring 61 hat einen unteren außenseitigen Ansatz 64, auf dem sich, durch eine Fixierschraube 66 gehalten, ein äußerer Ring 65 auf dem Innenring 61 drehe. läßt. Eine vertikale Auflagerplatte 67 reicht abwärts über die Außenseite des Außenringes 65 und weist eine Öffnung 68 und eine Abdeckplatte 69 auf, - die eine koaxiale etwas größere Öffnung 70 hat und an der Außenseite gesichert ist. Entsprechende runde Aussparungen 71 und 72 (siehe F i g. 6) befinden sich in den Auflageflächen der Platte 67 und der Deckplatte 69 und bilden eine Ringnut. - - - -Eine Ringscheibe 73 mit je einem Ring 74 aus Poly-Tetrafluoräthylen an jeder Seite ist in dieser Ringnut befestigt, und ein Stahl-Objektträger 75 führt von der Ringscheibe 73 durch die Öffnung 70 in der Deckplatte 69. Der Objektträger 75 ist im Schnitt halbkreisförmig und trifft im rechten Winkel auf die Ringscheibe 73, wobei seine Oberkanten 76 genau plan und parallel verlaufen. Ein Magnet-Werkzeughalter 77, der mit dem bereits beschriebenen Magneten 16 gemäß F i g. 1 und 3 identisch ist und einen Glasstab-Werkzeugrohling 78 aufgenommen hat, wird auf den Objektträger 75 gebracht, wobei der Werkzeugrohling 78 auf die Mitte der Ringscheibe 73 und auf die optische Achse des Mikroskops gerichtet ist.
  • Eine Aufheizvorrichtung 80 in F i g. 7 zur Formung von Glas-Werkzeugen ist mit dem mechanischen Teil des Mikroskops beweglich verbunden. Wie in F i g. 8 gezeigt, enthält diese Aufheizvorrichtung 80 einen Heizdraht 82 aus Platin-Iridium, der durch die Isolatoren 83 auf dem Isolierblock 84 mit Elektroanschlüssen 85 im Isolierblock 84 verbunden ist. Um den Heizdraht 82 kontrollierbar aufzuheizen, sind die Anschlüsse 85 an einen nicht abgebildeten Umformer über einen Rheostat-Wärmeregler und einen Widerstand angeschlossen, um ein überheizen zu verhindern.
  • In Betrieb wird der Werkzeughalter 77 auf dem Objektträger 75 vorwärts geschoben, bis der Werkzeugrohling 78 über die optische Achse 79 reicht und der Innenring 61 axial mit dem Objektiv 62 ausgerichtet ist, um den Werkzeugrohling 78 zu fokussieren, worauf dieser dann gesichert wird. Der Werkzeughalter 77 wird dann zurückgezogen, bis die Spitze des Werkzeugrohlings 78 im Feld zentriert ist. Der Fokus wird bei einer Drehung des Objektträgers 75 auf der Ringscheibe 73 beibehalten oder annähernd beibehalten (d. h. bei einer Drehung um die Achse des Werkzeugrohlings) und ebenso bei einer Drehung des Außenringes 65 auf dem Ansatz 64 um den Innenring 61 (d. h. bei einer Drehung des ganzen Gerätes um die optische Achse).
  • Der Heizdraht 82 wird mit dem mechanischen Teil 81 herangebracht und das Mikroskoprohr eingestellt, um es gegenüber der Spitze des Werkzeugrohlings 78 zu fokussieren. Beim Aufheizen des Heizdrahtes 82 schmilzt das Ende des Werkzeugrohlings 78, der dann durch Zurückführen des mechanischen Teils 81 oder des Werkzeughalters 77 herausgenommen werden kann. Durch Bewegen des Heizdrahtes 82 kann eine- Mikro-Schleife am Werkzeug (etwa 5/1000 Zoll) geformt werden. Die Wölbung einer solchen Schleife kann durch Drehen des Objektträgers 75 um 90° auf der Ringscheibe 73 bestimmt werden. Der Winkel an den Schleifenenden ist durch Drehen des Gerätes um 90° auf dem Außenring 65 und durch Andrücken der Schleife an den Enden mit dem aufgeheizten Draht 82 zu berichtigen. Selbstverständlich sind auch andere Werkzeugformungselemente als der Heizdraht 82, wie z. B. Mikroschweißelektroden oder mechanische Schneidvorrichtungen, verwendbar.
  • Zur Formgebung verschiedener Werkzeuge kann eine vollständige Kontrolle aller notwendigen Arbeitsgänge in einfachster Weise erreicht werden. Das einmal geformte Werkzeug ist bereits im Werkzeughalter zur Verwendung im oben beschriebenen Mikromanipulator vorbereitet.
  • Das Gerät ist in seiner Gesamtheit einfach, klein und für den Gebrauch in jedem beliebigen Mikroskop geeignet. Während die Kontrolle des Werkzeughalters und der Ringe von Hand für den üblichen Gebrauch als geeignet anzusehen ist, könnten Mikrometer- oder Vernier-Ausrichtungen für äußerst genaue Arbeiten verwendet werden.

Claims (12)

  1. Patentansprüche: 1. Mikromanipulator zum Bewegen und zum Herstellen sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop unter Verwendung eines Werkzeughalters, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (16 bzw. 77) als Magnet ausgebildet und über einen Objektträger (13 bzw. 75) mit einem Auflager (10 bzw. 60) verbunden ist, welches am unteren Objektivende (11) des Mikroskops angeordnet und in axialer Richtung in gerader Linie beweglich ausgebildet ist.
  2. 2. Mikromanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Linie durch die optische Achse des Mikroskops führt.
  3. 3. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektträger (13 bzw. 75) und dem Werkzeughalter (16 bzw. 77) ein Werkzeug (20) bzw. ein Werkzeugrohling (78) angeordnet ist.
  4. 4. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (20) bzw. der Werkzeugrohling (78) so angeordnet sind, daß sie die optische Achse des Mikroskops kreuzen.
  5. 5. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkzeughalter (16 bzw. 77) ein Werkzeughalterohr (17) in eine Nut (18) des Werkzeughalters (16 bzw. 77) fest eingelassen ist.
  6. 6. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (13 bzw. 75) mit dem Werkzeughalter (16 bzw. 77) magnetisch verbunden ist.
  7. 7. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (13) in Richtung der optischen Achse des Mikroskops geneigt angeordnet ist. B.
  8. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (60) aus einem Innenring (61), der an der Unterkante einen Ansatz (64) aufweist und an dem Objektiv (62) drehbar angeordnet ist, und einem Außenring (65) besteht, der auf dem Ansatz (64) aufsitzt und um den Innenring (61) drehbar ist.
  9. 9. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (65) eine vertikale Auflagerplatte (67) aufweist, mit der der Objektträger (75) verbunden ist.
  10. 10. Mikromanipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (75) in der runden Öffnung (70) einer Abdeckplatte (69) drehbar angeordnet ist, die wiederum am Außenring (67) befestigt ist.
  11. 11. Mikromanipulator nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formgebungselement, beispielsweise eine Aufheizvorrichtung (80), zur Formung von Werkzeugen aus Werkzeugrohlingen (78) mit dem mechanischen Teil des Mikroskops beweglich verbunden ist.
  12. 12. Mikromanipulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizvorrichtung (80) aus einem Isolierblock (84), zwei Isolatoren (83) und einem Heizdraht (82) aus Platin-Iridium besteht.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027409B4 (de) * 2003-06-04 2008-04-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Magnetischer Werkzeughalter
DE102008059284A1 (de) 2008-01-18 2009-07-30 Leica Mikrosysteme Gmbh Mikromanipulator für ein Kryomikrotom

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004027409B4 (de) * 2003-06-04 2008-04-17 Leica Microsystems Cms Gmbh Magnetischer Werkzeughalter
DE102008059284A1 (de) 2008-01-18 2009-07-30 Leica Mikrosysteme Gmbh Mikromanipulator für ein Kryomikrotom
US10520398B2 (en) 2008-01-18 2019-12-31 Leica Mikrosysteme Gmbh Micromanipulator for a cryomicrotome

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