DE202004007658U1

DE202004007658U1 - Vibrationsmikrotom mit auswechselbarem Messerhalter

Info

Publication number: DE202004007658U1
Application number: DE200420007658
Authority: DE
Original assignee: Leica Microsystems Nussloch GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Biosystems Nussloch GmbH
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2014-05-14

Abstract

1) Vibrationsmikrotom mit Schwingplatte (1) zur Aufnahme der Tragplatte (3) eines Messerhalters (10), wobei der Schwingplatte (1) und der Tragplatte (3) gegenseitig ausgerichtete Passelemente (4, 11) zugeordnet sind, die auf einer Geraden liegen, die einerseits parallel zur Schwingrichtung (3) und andererseits parallel zur Messerspannkante (16) ausgerichtet sind und wobei die Tragplatte (3) auf der Schwingplatte (1) durch eine zentrale Schraubverbindung (8) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Passelemente zwei einander zugeordnete erhaben ballig und vertieft prismatisch geformte Auflagepaare (4, 11; 5, 12) vorgesehen sind, von denen ein erstes Auflagepaar (4, 11) eine Längserstreckung parallel zur Schwingungsrichtung (3) und zur Messerspannkante (16) aufweist und ein zweites Auflagepaar (5, 12) auf einer zu der Längserstreckung senkrechten Geraden angeordnet ist, die die Achse der Schraubverbindung (8) schneidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsmikrotom mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die Funktionsweise und der Aufbau von Mikrotomen ist hinlänglich bekannt. Sie werden zur Herstellung dünner Schnitte von Proben für Mikroskope verwendet. Die Proben werden üblicherweise eingefroren oder z.B. in Paraffin eingebettet. Anschließend werden mit Hilfe eines speziellen Mikrotommessers dünne Scheiben der Gewebeprobe abgezogen. Zur Herstellung von extrem dünnen Schnitten im Bereich von Mikrometern bis einigen 10 Mikrometern und beim Schneiden von weichen biologischen Proben ist es jedoch wünschenswert, diese vor der Schnitterzeugung nicht aufwändig präparieren und fixieren zu müssen. Insbesondere im Bereich der Neurophysiologie, der Neuropathologie und der experimentellen Pathologie werden zum Teil an noch lebenden Zellen der Proben während der Schnitterzeugung elektrophysiologische Ableitungen vorgenommen, so dass eine vorherige Präparation nicht möglich ist. In diesen Fällen wird die Probe beispielsweise unbehandelt durch einen Vakuumhalter fixiert oder einfach in einer wässrigen Lösung eingelagert.
Das hochgenaue Schneiden von solchen unfixierten oder lediglich anfixierten weichen biologischen Gewebeproben ist jedoch mit herkömmlichen Mikrotomen, bei denen das Schneidmesser meist in einer lateralen Schubbewegung, ähnlich einem Hobelmesser durch die Probe getrieben wird, außerordentlich schwierig. Eine reproduzierbare Wiederholung eines Schnitts ist nahezu unmöglich, da der Eindringdruck der Schneide des Messers beim Schneiden eine elastische Verformung des Probenmaterials hervorruft, wodurch dieses meist unkontrolliert verzogen wird. Der erzeugte Gewebeschnitt weist dann Welligkeiten auf und oft werden sogar Zellen zerstört.
Zur Verbesserung der Schneidresultate insbesondere von weichen Proben wurden deshalb so genannte Vibrationsmikrotome entwickelt, bei denen das Messer durch einen Schwingerzeuger in eine Schwingung quer zur Schnittvorschubrichtung versetzt wird.
Es ist ersichtlich, dass bei dieser Art von Mikrotomen an die Lagerung und Ausrichtung aller Anbauteile, die relativ zueinander bewegt werden, erhöhte Anforderungen zu stellen sind. So wird zum Teil aufgrund der Schwingungsamplitude des Messers und der dabei bewegten Massen des Messerhalters das gesamte Mikrotom in Schwingungen versetzt. Besonders kritisch ist deshalb die exakte parallele Ausrichtung der Messerschneide des schwingenden Messers zur Schwingbewegungsrichtung. Aus diesem Grund wird der Messerhalter bei der Fertigung des Mikrotoms exakt zur Schwingbewegungsrichtung justiert und dann starr mit dem Schwingerzeuger verbunden. Eine Demontage des Messerhalters zum vereinfachten Austausch verschlissener Schneidmesser ist nicht vorgesehen.
In der DE-AS 1 267 873 wird ein Vibrationsmikrotom beschrieben, bei dem sich die Messerschneide auf einem Teil eines Kreisbogens bewegt, um den Druck auf die Probe beim Schneiden herabzusetzen und dennoch die Eindringkraft des Messers zu erhöhen. Zur Erzeugung eines Dünnschnitts wird eine Probe, die sich in einem Probenhalter auf einem verschiebbar gelagerten Schlitten befindet, in senkrechter Richtung zur Schwingbewegung der vibrierenden Klinge an deren Messerschneide vorbeigeführt. So werden weiche Proben mit einem Minimum an unmittelbarem Druck geschnitten und so Schnitte erzeugt, die durch die Messerbewegung nicht zerrissen oder beschädigt werden. Der Messerhalter ist zwar einstellbar auf einer Welle montiert und kann winkelmäßig um dessen Längsachse verdreht werden, um den Schnittwinkel der Messerschneide oder Klinge zu verändern, er ist jedoch nicht auswechselbar. Ein Austausch des Schneidmessers Iosgelöst vom Mikrotom ist nicht möglich.
Die DE-PS 913 112 offenbart ein Vibrationsmikrotom, bei dem das Schneidmesser mit seiner Messerschneide entlang seiner Längsachse vibriert, wodurch unerwünschte und unkontrollierte Querschwingungen vermieden werden. Dazu wird der Messerhalter an zwei symmetrisch angeordneten Flachfedern befestigt und durch einen Schwingerzeuger kontrolliert in Querschwingung versetzt. Durch die Flachfederbefestigung kann der Messerhalter nur entlang seiner Längsachse in Schwingung versetzt werden. Im Bedarfsfall wird das Messer direkt am Messerhalter gewechselt. Auch hier ist eine Austauschbarkeit des Messerhalters nicht erkennbar.
Trotz der hohen Anforderungen an die Justage und Ausrichtung der Schneidmesser zur Schwingungsrichtung wurden, um die Verletzungsgefahr beim Austausch der Schneidmesser zu reduzieren und die Handhabbarkeit zu verbessern, im Stand der Technik bereits Vibrationsmikrotome mit austauschbaren bzw. demontierbaren Messerhaltern vorgeschlagen. Für saubere und reproduzierbare Dünnschnitte ist jedoch, wie bereits dargelegt die exakte Ausrichtung der Schneidmesserkante bzw. der Messerspannkante parallel zur Schwingbewegungsrichtung von größter Bedeutung.
Aus dem Stand der Technik sind daher Versuche bekannt, die exakte Ausrichtung der Messerschneide zur Schwingbewegungsrichtung trotz Auswechselbarkeit des Messerhalters sicherzustellen. Dazu wurde z.B. eine Tragplatte am Messerhalter vorgesehen, die über eine Stift- / Lochverbindung gegenüber einer Schwingplatte am Vibrationsmikrotom ausgerichtet befestigbar ist.
Die Stifte werden dazu auf einer Geraden, die parallel zur Schwingbewegungsrichtung ausgerichtet ist, auf der Schwingplatte befestigt. In der Tragplatte des Messerhalters befinden sich auf einer zur Messerschneide parallel ausgerichteten Geraden Löcher. Über eine zentrale Schraubverbindung wird zwischen der Schwingplatte des Mikrotoms und der Tragplatte des Messerhalters eine Flächenpressung hergestellt. Durch die Stift- / Lochverbindung erfolgt die Sicherung der Ausrichtung der Messerschneide zur Schwingbewegungsrichtung. Vibrationsmikrotome erreichen Schwingungsamplituden von etwa 2 Millimetern wobei die Angriffsfläche des Messers an der Probe Idealerweise gleich der Dicke der Messerschneide sein soll. Proportional zu einem Höhenschlag der Messerschneide wird die effektive Angriffsfläche der Messerschneide an der Probe vergrößert. Dies führt zu einer schlechteren Schnittqualität. Werden z.B. Dünnschnitte mit einer Dicke von 10 – 15 Mikrometern oder manchmal sogar 5 Mikrometern gewünscht, ist ein Höhenschlag der Messerschneide von 3 – 4 Mikrometern nicht mehr tolerierbar.
Ungenauigkeiten bei der Führung des Schneidmessers mussten bei den bekannten Vibrationsmikrotomen jedoch hingenommen werden, da ein verbleibendes Spiel in der Stift- / Lochverbindung nicht beseitigt werden kann. Die Stift- / Lochverbindung würde sich bei zu enger Tolerierung der Passverbindung sonst verkeilen und wäre nicht mehr lösbar. Die Flächenpressung der Schraubverbindung zusammen mit dem Spiel der Stift- / Lochverbindung erlaubt daher keine reproduzierbare Ausrichtung in der Drehlage der beiden Teile zueinander. Eine Verdrehung von wenigen Winkelsekunden bewirkt jedoch eine Schrägstellung der Messerschneide, aus der bei der Schwingbewegung eine entsprechend vergrößerte Angriffsfläche der Messerschneide an der Probe resultiert. Oft werden durch die vergrößerte Angriffsfläche der Messerschneide sehr dünne Schnitte regelrecht zerrissen. Unterschiedliche Kraftausübung verschiedener Bedienpersonen wirken sich zusätzlich nachteilig auf die Flächenpressung und damit eine drehsichere Verbindung zwischen Schwingplatte und Tragplatte aus.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Vibrationsmikrotom mit auswechselbarem Messerhalter eine spielfreie und verdrehsichere Ausrichtung der Schneide des Messers zur Schwingbewegungsrichtung sicherzustellen, damit die Schnittqualität zu verbessern und insbesondere Welligkeiten und zerstörte Zellen beim Schnitt wirksam zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Vibrationsmikrotom ist mit einer Schwingplatte zur Aufnahme eines Messerhalters ausgestattet. Der Messerhalter selber verfügt über eine Tragplatte mit zentraler Bohrung, welche mittels Schraubverbindung an der Schwingplatte befestigt wird. Zur exakten und reproduzierbaren Ausrichtung des Messerhalters bei der Befestigung an der Schwingplatte sind auf dieser und der Tragplatte des Messerhalters gegenseitig ausgerichtete Passelemente einander zugeordnet. Die Passelemente sind einerseits parallel zur Schwingungsrichtung und andererseits parallel zur Messerspannkante ausgerichtet. Als Passelemente sind erfindungsgemäß zwei erhaben ballig und vertieft prismatisch geformte Auflagenpaare vorgesehen. Ein erstes Auflagenpaar weist eine Längserstreckung parallel zur Schwingbewegungsrichtung und zur Messerspannkante auf und ein zweites Auflagenpaar ist auf einer zu der Längserstreckung senkrechten Geraden angeordnet, die die Achse der zentralen Schraubverbindung schneidet.
In besonders vorteilhafter Weise besteht dabei das erste Auflagenpaar aus einem an der Schwingplatte angeformten vorstehenden Halbzylinder und einer dazu korrespondierenden trapezförmig offenen Nut in der Tragplatte. Wird der Messerhalter über die Tragplatte auf der Schwingplatte befestigt, kommen der Halbzylinder und die trapezförmige Nut in Eingriff. Entlang einer Linie, die parallel zur Schwingungsrichtung verläuft, wird eine formschlüssige Verbindung erzeugt. Der Halbzylinder wird bei der Fertigung des Vibrationsmikrotoms exakt parallel zur Schwingungsrichtung justiert und unveränderbar fixiert. Bei entsprechend sorgfältiger und genauer Fertigung der Messerhalter mit exakt paralleler Ausrichtung der trapezförmigen Nut des ersten Auflagenpaares zur Messerspannkannte wird eine reproduzierbare Befestigung und damit eine exakt parallele Ausrichtung der schwingenden Messerschneide zur Schwingungsrichtung sichergestellt.
Die verdrehsichere Ausrichtung erfolgt einerseits durch formschlüssige Auflage entlang einer Linie durch das erste Auflagenpaar und andererseits durch ein gleich gestaltetes, jedoch dazu senkrecht stehend und in seiner Längsausdehnung wesentlich kürzer ausgebildetes zweites Auflagepaar.
Eine vereinfachte Fertigung des zweiten Auflagepaares wird erreicht, wenn das zweite Auflagepaar als erhabene Halbkugel auf der Schwingplatte mit korrespondierender Kegelbohrung in der Tragplatte des Messerhalters ausgebildet ist. Das zweite Auflagepaar bildet quasi eine Punktauflage, die zusammen mit der Achse der zentralen Schraubverbindung eine Linie bildet, die senkrecht zum ersten Auflagenpaar steht. Die Zuordnung der erhabenen und vertieften Passelemente zur Schwingplatte oder zur Tragplatte ist beliebig.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vibrationsmikrotoms ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben, wobei weitere Vorteile herausgestellt werden. Dabei zeigen
1 eine Ansicht der Schwingplatte mit Messerhalter und
2 die Rückansicht des Messerhalters mit Tragplatte.
In 1 ist eine Schwingplatte 1 zu sehen, die über ein Flachfederpaar 2 am nicht weiter dargestellten Vibrationsmikrotom befestigt ist und durch einen ebenfalls nicht weiter dargestellten Schwingerzeuger in an sich bekannter Weise in Querschwingung versetzt wird. Der Doppelpfeil auf der Schwingplatte 1 zeigt die Schwingbewegungsrichtung an.
Die Schwingplatte 1 weist an ihrer zur Tragplatte 3 gerichteten Seite einen ersten und einen zweiten erhaben angeformten Halbzylinder 4, 5 auf. Zwischen dem ersten, mit seiner Längserstreckung parallel zur Schwingbewegungsrichtung ausgerichteten Halbzylinder 4 und dem gegenüber dem ersten Halbzylinder 4 wesentlich kürzer ausgebildeten zweiten Halbzylinder 5 befindet sich ein Gewindeloch 6 zur Aufnahme des Gewindes 7 der zentralen Schraubverbindung 8. Das Gewindeloch 6 und der zweite Halbzylinder 5 befinden sich auf einer Linie, die senkrecht zur Achse des ersten Halbzylinders 4 steht.
Das Gewinde 7 der zentralen Schraubverbindung 8 wird durch ein Durchgangsloch 9 in der Tragplatte 3 des Messerhalters 10 geführt und in das Gewindeloch 6 in der Schwingplatte 1 geschraubt. An der Rückseite der Tragplatte 3 befinden sich trapezförmig offene Nuten 11, 12 (s. 2) die durch die Verschraubung mit den Halbzylindern 4, 5 auf der Schwingplatte 1 in Eingriff kommen und so eine spielfreie und verdrehsichere Ausrichtung des auswechselbaren Messerhalters 10 sicherstellen.
Ein durch die Hälfte einer handelsüblichen Rasiermesserklinge gebildetes Schneidmesser 13 wird durch eine Klemmbacke 14 und eine Klemmschraube 15 zur Messerspannkante 16 fixiert. Vorzugsweise soll dabei die Schneide 17 exakt parallel zur Messerspannkante 16 liegen. Ein kleiner Winkel zwischen der Schneide 17 und der Messerspannkante 16 ist im allgemeinen tolerierbar.
Eine genau parallele Ausrichtung der Messerspannkante 16 zur ersten Nut 11 in der Tragplatte 3 (s. 2) wird durch geeignete Maßnahmen bei der Fertigung des Messerhaltes 10 sichergestellt. Der Freiwinkel des Schneidmessers 13 lässt sich durch Lösen der Schrauben 18 einstellen und durch eine Neigungswinkelanzeige 19 kenntlich machen.
In 2 ist die Rückansicht des Messerhalters 10 zu sehen. Das Schneidmesser 13 ist zwischen Klemmbacke 14 und Messerspannkante 16 eingeklemmt. Die Schraubverbindung 8 ist mit ihrem Gewinde 7 durch das Durchgangsloch 9 geführt, welches sich zentral in der zweiten Nut 12 befindet. Die zweite Nut 12 steht senkrecht zur ersten Nut 11. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Nut 12 durchgängig im oberen Teil der Tragplatte 3 ausgeführt, obwohl nur der oberhalb des Durchgangslochs 9 liegende Teil zur Aufnahme des zweiten Halbzylinders 5 benötigt wird.

1: Schwingplatte
2: Flachfederpaar
3: Tragplatte
4: erster Halbzylinder
5: zweiter Halbzylinder
6: Gewindeloch
7: Gewinde
8: zentrale Schraubverbindung
9: Durchgangsloch
10: Messerhalter
11: erste Nut
12: zweite Nut
13: Schneidmesser
14: Klemmbacke
15: Klemmschraube
16: Messerspannkante
17: Messerschneide
18: Schrauben
19: Neigungswinkelanzeige

Claims

1) Vibrationsmikrotom mit Schwingplatte (1) zur Aufnahme der Tragplatte (3) eines Messerhalters (10), wobei der Schwingplatte (1) und der Tragplatte (3) gegenseitig ausgerichtete Passelemente (4, 11) zugeordnet sind, die auf einer Geraden liegen, die einerseits parallel zur Schwingrichtung (3) und andererseits parallel zur Messerspannkante (16) ausgerichtet sind und wobei die Tragplatte (3) auf der Schwingplatte (1) durch eine zentrale Schraubverbindung (8) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Passelemente zwei einander zugeordnete erhaben ballig und vertieft prismatisch geformte Auflagepaare (4, 11; 5, 12) vorgesehen sind, von denen ein erstes Auflagepaar (4, 11) eine Längserstreckung parallel zur Schwingungsrichtung (3) und zur Messerspannkante (16) aufweist und ein zweites Auflagepaar (5, 12) auf einer zu der Längserstreckung senkrechten Geraden angeordnet ist, die die Achse der Schraubverbindung (8) schneidet.

Vibrationsmikrotom nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erhaben ballige Form des ersten Auflagepaares einen Halbzylinder (4) bildet und die vertieft prismatische Form als trapezförmig offene Nut (11) ausgebildet ist.

Vibrationsmikrotom nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auflagepaar (5, 12) wie das erste (4, 11), aber mit wesentlich verkürzter Längsausdehnung ausgebildet ist.

Vibrationsmikrotom nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auflagepaar als Halbkugel und Kegelbohrung ausgebildet ist.