利用静电力来操纵样品切片的切片系统和工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及能手动、半自动或自动操作的切片机，更特别地，涉及利用静电力来收集和分发样品切片以用于各种显微镜检查的切片系统和工艺。
【背景技术】
[0002]切片机是用于从块体样品(也称为样品块)切割很薄的片(本领域也称为切片)的设备。一般在各种光学显微镜(LM)和电子显微镜(EM)下审视和检查这些切片，以更好地理解它们的结构细节。常规的切片机能产生厚度为I微米左右的切片。与此对照，超薄切片机能产生薄至5nm的切片。
[0003]由于薄的切片可能脆弱易碎，难以完全展开(例如扭曲、折叠和卷曲)，并且粘附到切割刀片上，所以对于切片机用户而言，很难操纵这些切片，例如将它们从切割刀片移除，并且将它们转移到格栅(grid)或网格(mesh)以用于进一步研究。为了解决该问题，常规做法是通过将切片浮于诸如水、酒精、丙酮和二甲基亚砜之类的适当液体上来收集它们。通常，切片将要脱离的切割刀片的侧面被装有液体的小槽或舟皿包围，所述液体的密度大于切片的密度。当从样品块切出切片时，由于浮力或表面张力，切片浮于所述液体上。例如，授予给Martinelli的美国专利N0.3，225，639公开了这种设计，如图1所示。参照图1，具有切割刃7的玻璃刀具3位于切片机(未示出)内。切割刃7通过如下步骤形成:取黑卡拉拉(Cararra)玻璃的长方形板材，并且使板材沿边缘8断裂，以形成切割刃7。切片机刀具3具有固定到其上的舟皿，其在截面图中由舟皿的壁I表示。实线位置处的样本座5可以在切片机3的刀刃7上方下冲，如箭头A所指示的那样。当座5如此移动时，从样品切削出样品的薄切片。容留在舟皿壁I和切割机刀具3之间的液体4给出液体表面，在样品被切片之后，来自样本座5的薄切片2浮于该液体表面上。然后样本座5可以水平移动，如箭头B所示，移至6处的虚线所示的位置。样本座5可以通过垂直移动而回归原位，如箭头C所示。回归原位之后，样本座5可以如箭头D所表示的那样进给，以再次准备切割另一切片。
[0004]上述液体漂浮方案至少有两个问题。第一，切片的某些物理、化学和生物微结构和属性可能被它们与支承流体的相互作用而不利地改变，所述相互作用例如为离子交换、分解和部分溶解。这种相互作用可能使得样品切片的检查和分析复杂化。第二，切片可能黏附到切割刃或先前的切片上，形成漂浮链，从而切片机操作者必须用精细刷手工移除切片，或者直接将其拾取到适于显微镜观察的格栅或网格上。这样，当制作各个切片时，用户必须连续不断地操作和监视切片机。
[0005]因此，现有技术中的切片工艺不仅涉及漂浮液体和样品切片之间的不期望的相互作用，而且还重复乏味费力，难以自动化，并且因此产率低下。有利的是，本发明通过提供一种利用静电力来收集和分发样品切片的切片系统和工艺而解决了上述问题中的至少一个，并且展现出诸多技术优点，例如可自动化、改善的效率和产率、以及样品整体性等。
【发明内容】
[0006]本发明一方面提供一种切片系统，用于制备用于显微镜检查的至少一个切片。所述系统包括保持(或用于保持)具有切割刃的刀片的刀片座；保持(或用于保持)样品块的样本座；保持(或用于保持)切片接收器的接收器座，以及电压生成器。运行时，所述切割刃可以切入所述样品块以制成至少一个切片，所述至少一个切片的一端保持附连到所述切割刃；所述电压生成器可以生成电压并且将该电压施加在所述切割刃和所述切片接收器之间；所述至少一个切片的另一端(自由端)可以通过由所述电压产生的静电力而锚定到所述切片接收器。
[0007]本发明另一方面提供一种利用上述切片系统来制备用于显微镜检查的至少一个切片的工艺。所述工艺包括:
[0008](I)将所述刀片座、所述样本座和所述接收器座设置为准备状态，在准备状态下，所述刀片座和所述样本座操作上定位以便所述切割刃切入所述样品块从而制成新的切片，并且所述接收器座操作上定位以便将所述切片接收器移动到接收所述新的切片的接收位置；
[0009](2)改变所述切割刃和所述样品块之间的空间关系，以便切片从所述样品块切离，其中所述切片的最后切离部分附连到所述切割刃，并且构成相对于所述切割刃的所述切片的近端；
[0010](3)将所述电压生成器生成的电压施加在所述切片接收器和所述切割刃之间，使得所述切片通过静电力而以完全展开形式从所述切割刃朝向所述切片接收器伸长；
[0011](4)在施加所述电压之前和/或期间，改变所述切片接收器和所述切割刃之间的空间关系，使得所述切片接收器移动到所述接收位置，在所述接收位置处所述伸长的切片的远端锚定到所述切片接收器上的预定位置；
[0012](5)当所述伸长的切片的远端保持锚定到所述预定位置时，去除或降低所述电压；
[0013](6)在所述切片的远端保持锚定到所述预定位置并且所述切片的近端保持附连到所述切割刃的同时，改变所述切片接收器和所述切割刃之间的空间关系，直到完全展开形式的整个切片平铺在所述切片接收器上；以及
[0014](7)在完全展开形式的整个切片保持平铺在所述切片接收器上的同时，改变所述切片接收器和所述切割刃之间的空间关系，以使所述切片的近端脱离所述切割刃。
[0015]通过对实施本发明的最佳实施例的下述详细描述，并结合附图，上述特征和优点以及本发明的其他特征和优点将显而易见。
【附图说明】
[0016]本发明以示范而非限制的方式示于附图中，附图中相似的附图标记指示类似的元件。为了图示的简洁清楚，图中所示并且下面论述的元件不一定是按比例绘制的。公知结构和器件被以诸如框图之类的简单形式示出以避免不必要地模糊本发明。
[0017]图1示出现有技术的切片机，其使用装有水的舟皿来漂浮样品切片。
[0018]图2是根据本发明一实施例的切片系统的示意图。
[0019]图3示意性示出了根据本发明一实施例的刀片座的设计。
[0020]图4是图3的刀片座的仰视图。
[0021]图5示出根据本发明一实施例的切片工艺中的准备状态(steady-by)。
[0022]图6示出切片工艺中的切片操作的早期阶段。
[0023]图7示出根据本发明一实施例的切片工艺中的切片操作的近乎完成阶段。
[0024]图8示出根据本发明一实施例的切片工艺中的切片操作的完成后阶段。
[0025]图9示出切片工艺中的切片取向操作。
[0026]图10演示了根据本发明一实施例的切片工艺中的切片锚定操作。
[0027]图11展示了根据本发明一实施例的切片工艺中的切片平铺(spreading)操作。
[0028]图12示出切片工艺中的切片释放操作。
[0029]图13示出根据本发明一实施例的切片工艺中的复位或恢复操作。
[0030]图14示意性示出根据本发明一实施例的具有排成阵列的窗口的半导体芯片格栅。
[0031]图15示出图14的芯片格栅的沿线A-A的横截面。
[0032]图16示意性示出图14的半导体芯片格栅，其中窗口装载有根据本发明一实施例的样品切片。
[0033]图17示出图14的装载了的半导体芯片格栅的沿线A-A的横截面。
[0034]图18示出根据本发明的原理配置的控制电路的功能框图。
【具体实施方式】
[0035]在下面的描述中，为了说明，阐述了许多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言显然的是，可以在没有这些特定细节的情况下或者用等效布置来实践本发明。
[0036]图2示意性示出切片系统的示例。参照图2，刀片座52保持刀片50，刀片50具有切割刃51，样本座62保持样品块60。刀片50可以由任意合适的材料制成，诸如金刚石、蓝宝石、玻璃、金属(例如钢)、合金、或者它们的任何组合。尽管图2和其他附图显示了刀片50具有凿子形状的轮廓，但是应理解，刀片的轮廓可以选自平面凹陷(planar concave)、楔形、凿子形状、或者它们的任何组合。
[0037]参照图2，切割刃51可以切入到样品块60中以从样品块60切下一切片(未示出)。接收器座72保持切片接收器70，其被设计来接收切片。切片和切片接收器70 —起可以被传递到显微镜实验室以供检查。虽然图2和其他附图示出了滑动切片机，但是应理解的是，本发明亦可涉及其他切片机，诸如振动切片机、旋转切片机、盘式切片机、锯式切片机、或者它们的任何组合。
[0038]样品块60可以是适于显微镜检查的任何材料，例如，它可以是半导体产品或生物材料，诸如来自阿尔茨海默病人的神经组织。在一实施例中，样品块60首先被埋入在支承基质中，用诸如硬塑料之类的支承材料浸注，以使得切片更加易于进行。
[0039]所产生的切片可具有任何形状和尺寸，例如，所产生的切片可具有从1nm至2000nm范围内的厚度，优选地从30nm至200nm，更优选地从40nm至10nm ;所产生的切片可具有从Imm至1mm范围内的长度，优选地从2mm至6mm，更优选地从2mm至4mm ;所产生的切片可具有从0.2mm至Imm范围内的宽度，优选地从0.3mm至0.8mm,更优选地从0.4mm至0.6mm。切片可以在任何可适用的显微镜下受到检查，诸如光学显微镜(LM)、扫描电子显微镜(SEM)