专利名称：具有冷却腔室的分离冷却回路和样品保持器的低温恒温器的制作方法
技术领域：
本发明各方面涉及低温恒温器与显微镜用薄片切片机，特别是低温恒温显微镜用薄片切片机，有时也称为恒温冷冻切片机或冷冻切片机。
背景技术：
低温恒温器是用于保持一个0℃以下持续低温的设备。它们有益于样品例如生物组织样品的冷冻和切片，以为随后的分析所用。一种类型的低温恒温器包含有容纳样品和设备的腔室，腔室中的温度通过蒸发盘管对空气的冷却来调节。
显微镜用薄片切片机是用于为随后进行的分析而对样品进行切片的器械。通常是将固体样品固定在样品台上，样品台上下移动经过一个固定的切削刀片以实现样品的切片。
低温恒温显微镜用薄片切片机设计用于切削冷却到预定温度的目标体。该温度通常处在-10℃到-50℃的范围内。
低温恒温显微镜用薄片切片机包括一个被冷却的样品台，其上安放待切片的样品。通常，切削刀片固定安装，只有样品台及其相关联的机构移动。
样品台和切削装置一般装在低温恒温器的冷却腔室内。冷却腔室内的温度可以控制，例如，将温度控制低至-50℃。
在-50℃的低温下，样品例如生物组织样品被冻实从而可以被固定的切削刀片切削。因此，冷却腔室内温度的调节对于确保精确切削并防止损害样品而言是很重要的。
在样品台上放置样品(例如生物组织样品)之前需要对样品进行冷冻。通常的做法是将样品置于样品保持器(有时称作低温盒)上，再将样品保持器置于称为冷冻板或低温栅的样品冷却装置上。
低温栅一般是有一个或更多制冷管从中经过的金属块。从管中流过的制冷剂冷却该金属块，而该金属块继而冷却置于其上表面的任意样品。
在将样品和样品保持器放置在冷冻板上时，经常会为其加入支撑介质(有时称为低温基质)。该支撑介质是用于支撑样本的嵌入树脂，在冷冻时将样品与样品保持器结合在一起。
传统上，低温恒温显微镜用薄片切片机使用单一的压缩机来控制冷却腔室和冷冻板的温度。一般使用一个蒸发器系统。通常，冷却腔室中的空气温度可达到0到-35℃。由于冷冻板是控制冷却腔室温度的制冷系统的一部分，所以它自己的温度无法独立控制。
除了将样品或样品保持器放置于冷冻板以进行冷冻的技术外，使用冷冻喷雾和/或珀耳帖制冷单元给样品以额外的“推进”也是人们所熟知的。例如，使用珀耳帖制冷单元使得多到-20℃的冷却成为可能。但是，所有这些技术在额外的冷却能力方面都存在一定局限，并且在使用珀耳帖制冷器的情况下，如果同时冷却多个样品，则每个样品位置上都需要单独的珀耳帖制冷器。
本发明者注意到了冷冻板在暴露于空气时易于结霜，例如当打开冷却腔室装入样品时。这是由于空气中的湿气在冷的冷冻板上凝缩并形成了冰层。这样会显著减小冷冻板的效率，也就意味着当结霜状况出现时，冷却样品需要更长的时间。本发明者同样注意到了，由于冷冻板表面的不完整性和/或由于样品保持器的接触表面减小了整个接触面积，所以从样品保持器(低温盒)到冷冻板的传热效率将会比在采用其他方式的情况下低。
在传统的显微镜用薄片切片机中，当样品在切削刀片上移动时，从样品上切下的非常薄的切片借助刀片从样品中经过的动作被导向切削刀片的后表面。
那么，切片就可被使用者移除用于下一步的分析。但是，刀片从样品中经过对切片的影响伴随着以下事实，切片太薄以至于导致其在切削刀片的后表面上卷曲或卷起来。这样会使对切片的分析变得困难或者是不可能。
因此，包括有设置在切削刀片后表面的防卷板的切片机也是大家熟知的。一些防卷板在切削刀片后表面与防卷板相对下表面间提供一个可变的间隙，使得切片可以从该间隙通过，但一旦通过该间隙，防卷板就会阻止切片卷起来。该可变空间通常由防卷板角落处的线状调节器提供。该空间常常在不同的使用者间调节。
显微镜用薄片切片机经常是手动操作的。通常使用一个摇把，该摇把的旋转驱动曲柄轴，该曲柄轴是显微镜用薄片切片机驱动机构的一部分。该驱动机构将曲柄轴的旋转转换为样品台的振荡(上和下)运动。样品台非常重(至少由于其通常包含有冷却装置)，因而它在静止时，具有下降到最低位置的趋势。这意味着在释放摇把后，它将在显微镜用薄片切片机头部重量的作用下趋向继续旋转，直到达到自然静止位置。为了应对这一特性，人们知道显微镜用薄片切片机可包括一个平衡力用来试图抵消样品台的重量。但是，该头部可能会在上下运动的同时在水平方向上移动(例如朝向切削刀)，该机构重心的改变可能足以打破该平衡。
因此，使用具有绕两个滑轮运转的正时带的摩擦装置也是人们所熟知的，其中一个滑轮固定在驱动曲柄轴上，一个固定在自由运转轴上，该自由运转轴安装在固定于显微镜用薄片切片机机架或铸件上的两个衬套之间。通过一个弹簧加载辊为系统增加摩擦，该弹簧加载辊挤压正时带以在该系统中产生负载，帮助平衡显微镜用薄片切片机的头部。
发明内容
压缩机在其最一般的意义上，我们的第一个建议是通过给冷却腔室和样品冷却台分别提供单独的冷却装置对低温恒温器中冷却腔室和样品冷却台的温度分别进行控制。可以看到，这将包括为冷却腔室和样品冷却台中的每一个提供单独的压缩机。
因此，本发明的第一方面是提供一种包含冷却腔室和样品冷却装置的低温恒温器，该冷却腔室包括腔室冷却流体供应装置用以降低冷却腔室的温度，该样品冷却装置包括样品冷却流体供应装置用以降低样品冷却装置的温度，其中，该样品冷却流体供应装置是与该腔室冷却流体供应装置分开的。
优选地，该样品冷却装置设置在冷却腔室内部。
优选地，为冷却腔室和样品冷却装置中的每一个提供单独的冷却流体供应的优势是腔室和样品冷却装置的温度可以独立控制。
而且，单独的样品冷却流体供应装置优选相对简单的，例如可以仅仅具有短的冷却流体路径。这样在制造以及维护方面都具有成本优势。
相比冷却腔室供应装置，单独的样品冷却流体供应装置可以获得较低的冷却温度。例如，样品冷却流体供应装置优选冷却能力在-30℃到-70℃温度范围内的，更优的是在-45℃到-65℃范围内，最优的是-55℃到-60℃范围内。
单独的样品冷却流体供应装置更适于提供样品冷却装置的快速冷却。适宜的是，与冷却腔室和样品冷却装置使用单一共用的冷却流体供应装置相比，获得更快速的冷却是可能的。单独的样品冷却流体供应装置更适宜允许温度的快速改变；更适于升降。
由于如果样品(例如生物组织样品)不能足够快速的冷冻，就会在样品内形成人为制造的冰，使得对随后产生的切片的分析变得困难，所以，快速的冷却是有益的。
样品冷却装置优选为冷冻板。冷冻板为本领域技术人员所熟知且已经描述过。优选的冷冻板包括一块与样品冷却流体供应装置热接触的热传导材料。该热传导材料适宜为金属，例如铝或铝合金。
所述低温栅优选具有样品接触表面，通常是上表面，在该上表面上可放置样品(或样品保持器或基片)并对其进行冷却。
样品冷却表面可具有任何适合其有意的应用的尺寸。其优选具有足够的面积以容纳多个样品、样品保持器(样品保持器)或样品基片。例如，样品接触表面的长度和宽度优选从5到50cm范围内独立选择，更优的是从5到30cm中选择。长度优选在10-30cm的范围内。另外或者替代地，宽度优选从5到20cm的范围内选择，更优的是5到10cm。
这样，同时冷冻的样本的数量较优地是仅受样品接触表面大小的限制。
冷却腔室流体供应装置和样品冷却流体供应装置优选包括压缩系统。另外或者替代地，它们可包括冷却流体供应管道，例如，用于将冷却流体(制冷剂)输送到冷却腔室和/或样品冷却装置的管子或导管。
压缩系统较适宜的是包括压缩机。任何本领域技术人员熟知的压缩机均可使用。尤其优选的是冷却腔室流体供应装置与样品冷却流体供应装置分别具有单独的压缩机。
在优选的实施例中，低温恒温显微镜用薄片切片机的冷却腔室被包括第一压缩机的冷却系统冷却，而样品冷却装置被包括第二压缩机的冷却系统冷却。
冷却腔室流体供应装置与样品冷却流体供应装置中的每一个可以分别具有两个或更多的压缩机以进一步改进温度控制和冗余。
样品冷却装置，其可为冷冻板，可以包括一个或更多珀耳帖制冷器以提供进一步的温度控制和改进可达到的温度变化速率。
低温恒温器还可包括一个或更多其他的冷却流体供应装置，例如包括一个或更多压缩机，用于冷却或调节低温恒温器其他部分(也即不是冷却腔室或样品冷却装置)的温度。
例如，在低温恒温显微镜用薄片切片机中，可有一个单独的压缩机用于冷却该显微镜用薄片切片机的样品安装台。
较好的是，低温恒温器包括单独的温度调节控制装置用以控制冷却腔室和样品冷却装置中的每一个。优选地，这种温度调节控制装置独立地控制冷却腔室流体供应装置和样品冷却流体供应装置。
我们的建议还包括一种具有冷却腔室和样品冷却装置的低温恒温器的操作方法，其中冷却腔室的温度和样品冷却装置的温度分别单独进行控制。
在前披露的最佳和优选的特征也可应用于这种方法。
冷却盘在其最一般的意义上，我们的第二个建议是在冷却期间使用一种低冻结点的液体覆在样品冷却表面上，以改进热传递和/或减少样品冷却表面的结霜状况。
因此，本发明第二方面是提供一种具有样品冷却表面的样品冷却装置，其中该样品冷却装置包括液体保持装置以保持一种低冻结点的液体，使得该液体至少部分覆盖该样品冷却表面。
该样品冷却装置优选为冷冻板。
该保持装置优选包括一个凸起的唇缘。该唇缘适宜绕至少部分、优选全部的样品冷却表面的外围延伸。可加入由该唇缘限定的体积的低冻结点液体，使得至少部分，优选全部的样品冷却表面为该液体所覆盖。该唇缘的深度优选在0.5到5mm的范围内，更优的是0.5到2mm。尤其优选1mm的深度。
替代地或另外地，该液体保持装置可包括样品冷却表面上的一个或更多的凹陷或盲孔。这些凹陷则可充满或部分充满低冻结点液体。
该低冻结点液体可为任何具有低于大约-20℃的冻结点的液体。该液体适宜具有低于大约-40℃的冻结点，优选低于大约-60℃，更优的是低于大约-80℃，最优的是低于大约-100℃。
实际上，任何冻结点低于冷冻板温度的液体均可用在冻结盘的表面上以加速样品的冻结和/或减缓结霜过程。
该液体可是单一的物质或者是混合物。在混合物的情况下，混合物的冻结点是很重要的。
适宜地，该液体易与水混合。优选地，该液体能与水形成水浓度高达约10％重量百分比，更优的是20％重量百分比的混合物。这些百分数基于室温测量。
在一些实施例中，该液体可包括添加剂，例如冻结点调整添加剂。这种添加剂的例子包括食盐和低分子量的烃。
优选地，该液体包括作为主要成分的一种无毒有机化合物。优选地，它是一种低分子量的有机化合物。优选地，该液体从醇、醚、酯、酮、醛和羧酸中选择。醇是最优的，尤其是乙醇。该低冻结点液体适于用作防冻剂。替代地或另外地，该低冻结点液体适于用作热导体或热传递介质。
该液体优选在例如冷冻板顶部形成薄层以防止霜(冻结水)的产生。该液体可用作防冻剂是由于空气中的周围环境的水将与该液体混合，而不是在样品冷却装置的暴露的表面上冷凝。
该液体可用作热导体或热传递介质是由于它增加了样品(或样品保持器)与样品冷却装置之间的表面接触面积。例如，得到完全平坦的样品冷却表面是非常困难的。而且，样品或样品保持器的平坦是不太可能的，因而在样品冷却表面直接放置样品的传统方法会导致相对较低水平的相互接触。样品冷却表面上的该液体可“填充”样品冷却表面的不完整并增加接触面积。
所以，当样品或样品保持器(例如样品保持器)放置在例如冷冻板上时，该液体可以帮助优化样品和冷冻板之间的接触。更适宜地，这样会导致更快的冻结。
优选地，该样品冷却装置是低温恒温器的一部分，较适宜的是低温恒温显微镜用薄片切片机的一部分。但是，该样品冷却装置也可是用于开放空气中的“半敞开”样品冷却装置。
优选地，该样品冷却装置包括用于降低样品冷却装置温度的样品冷却流体供应装置。例如，该样品冷却流体供应装置可输送制冷剂到样品冷却装置。
在一个试验中，该液体层的效力得到测试。使用了一种冷冻板，该冷冻板具有绕其上表面外围延伸的1mm唇缘。将乙醇添加到由唇缘所包围的体积以提供具有约1mm深度的醇层。该测试是在开放空气中完成的(周围环境温度大约是22℃)。所述低温栅被冷却到大约-56℃，并对结霜的程度进行观测。冷冻板保持了大约四个小时的未结霜状态。相反，在省去醇层的地方，在30分钟内冷冻板的上表面结了大约5mm的霜。
在一个单独的测试中，对放置在冷冻板上的样品结霜速度进行了观测。对存在1mm乙醇层时和省去醇时的冷却速度进行了对比。
作为该测试的模型，一个覆有低温基质的样品保持器用于替代实际的样品。对该低温基质在样品保持器上冻结所需的时间进行了测量。当使用了乙醇层的时候，该低温基质的冻结大约快了三倍。实际上，当醇存在时，大约1ml的低温基质在约20秒的时间内冻结，相反，当冷冻板表面没有醇时，大约用了1分钟的时间。
我们的建议还包括一种样品或样品保持器的冷却方法，该样品或样品保持器使用了具有样品冷却表面的样品冷却装置，其中一种低冻结点液体用于覆盖至少部分样品冷却表面，而样品或样品保持器与该低冻结点液体热接触。优选地，样品或样品保持器与样品冷却表面间的接触面为该低冻结点液体所覆盖。前述最佳和优选的特征也可应用于该方法。
摩擦产生装置在其最一般的意义上，我们的第三个建议是提供一种显微镜用薄片切片机头部，该显微镜用薄片切片机头部可通过提供一种摩擦产生装置而得到平衡，该摩擦产生装置具有围绕一个轴的轴线旋转的第一摩擦产生表面和不围绕该轴轴线旋转的第二摩擦产生表面。
因而，本发明的第三个方面是提供一种显微镜用薄片切片机，该显微镜用薄片切片机具有显微镜用薄片切片机头部、驱动该头部的驱动机构以及平衡该显微镜用薄片切片机头部的摩擦产生装置，该摩擦产生装置与该驱动机构的可旋转轴相关联，其中当该可旋转轴旋转时，该摩擦产生装置可围绕该轴的轴线旋转以抵靠着一个表面运动以为该轴的旋转提供阻力。
优选地，该摩擦产生装置与该轴相连使得其与该轴一起旋转。
优选地，该摩擦产生装置与该轴相连使得其与该轴共轴。
在优选的实施例中，该摩擦产生装置包括与该轴同轴定位的轴环。该轴环适宜安装在该轴上，合适的安装方式包括使用销或螺钉。该轴通常会具有与摩擦产生装置接合的接合装置，例如接收销或螺钉的孔或凹陷。
优选地，该摩擦产生装置，例如轴环，具有摩擦产生表面，该摩擦产生表面与不同该轴一起旋转的部件的摩擦产生表面相接触。优选在该轴的旋转是作为该摩擦产生表面靠着不旋转的部件运动的结果时产生摩擦。
在优选的实施例中，该摩擦产生装置运动所靠着的表面是该显微镜用薄片切片机机架的一部分。优选地，它包括定位于该机架的轴承和衬套。
用在这里的术语机架是指包括了为该显微镜用薄片切片机提供刚度的结构特征，并且与该显微镜用薄片切片机的各种移动部分相连。该显微镜用薄片切片机的机架通常由金属或金属合金铸造而成，所以也被认为是铸件。
该摩擦产生装置优选包括与该轴可轴向滑动地连接的第一部件以及促使该第一部件抵靠着所述表面的弹性装置。
优选地，该摩擦产生装置包括安装在该轴上的第二部件，从而使得该弹性装置位于第一和第二部件之间。第二部件适宜不与显微镜用薄片切片机的机架接触。
该第二部件优选用作该弹性装置的“锚”，从而使得该弹性装置的力指向该第一部件(其优选可沿该轴轴向滑动)。
优选地，这种安排促使第一部件被推靠该表面，例如该机架(铸件)局部上的表面，或者位于该机架的轴承或衬套。
弹性装置优选弹簧，更适宜的是螺旋弹簧。
该第一部件可通过，例如，销和相应的槽与该轴可轴向滑动地连接。该销可在该第一部件和该轴的任一个上，而该相应的槽可在另一个组分上。
该第一部件可是与该轴同轴定位的轴环。替代地或另外地，该第二部件可是与该轴同轴定位的轴环。
这样安排的优势在于机械结构简单，因而制造及维护都是便宜的。另一个优势在于还有可能改装现有的显微镜用薄片切片机以与在此描述的该摩擦产生装置共同工作。
因此，这一方面还包括一种改装显微镜用薄片切片机的方法，该方法提供与该显微镜用薄片切片机的驱动机构的可旋转轴协同工作的摩擦产生装置，其中当该可旋转轴旋转时，该摩擦产生装置可围绕该轴的轴线旋转以抵靠着一个表面运动以为该轴的旋转提供阻力。
在一个替代的安排中，该摩擦产生装置可是该轴的外表面。既然这样，该摩擦产生装置运动所抵靠着的表面优选是与该轴同轴定位的轴环的内表面。
优选地，该显微镜用薄片切片机是低温恒温显微镜用薄片切片机(恒温冷冻切片机)。
优选地，该显微镜用薄片切片机不包括用于产生摩擦来平衡显微镜用薄片切片机头部的弹簧加载辊和正时带。这一方面的优势在于传统的平衡装置是非必要的。不过，也可存在另外的摩擦产生装置和其他的平衡装置。
触摸显示屏根据本发明第四方面的低温恒温器也可包括一个控制单元，其具有可让使用者为控制该低温恒温器而输入控制命令的输入装置。为了将所需的输入功能与一个或更多的显示功能结合在一起，这样的一种输入装置可包括一个触摸显示屏。可包括的控制函数通常包括如下任何一种或全部该低温恒温器内部一个或更多区域的测量温度；样品切削厚度；样本温度；以及冷冻板温度。
优选地，可安排该显示屏在不同的时期显示不同的信息，也就是说，包括不同的可用“屏幕”。例如，使用者看到的第一屏幕可包括相对基本的信息，而进一步显示的屏幕则可被选作提供更详细的信息和/或不同的控制功能。优选地，该控制装置包括允许使用者为了操作该低温恒温器经由该显示屏输入安全代码的安全装置。该控制装置也可包括设定该显示屏使用不同语言的能力。
该触摸屏的一个主要的优势是允许通过一个屏幕控制该器械的基本操作，而更复杂的选项和详细的结构隐藏在其他屏幕中。这样就会让任何人轻易地控制其基本功能，而不会因为配置选项的总数量感到不知所措。
主屏幕的控制操作优选通过一套通用的按钮来实现，调整温度设定点(包括腔室温度)和切削厚度的方法也是一样的，允许新的使用者可轻易地控制该器械。当所显示的信息类型变化时，例如，当不同的“屏幕”显示时，该套通用按钮的大小、形状和/或位置可以改变。
防卷板-部分1在其最一般的意义上，我们的第五个建议是与显微镜用薄片切片机一起使用的切削刀片保持器具有防卷板保持器，该防卷板保持器包括可释放地、弹性地接合防卷板的装置。例如，该防卷板保持器可包括持有防卷板的棘爪。
因此，本发明的第五方面是提供一种具有防卷板接收装置和防卷板接合装置的防卷板保持器，其中该防卷板接合装置可在能够将防卷板保持在防卷板接收装置中的第一位置和不能将防卷板保持在防卷板接收装置中的第二位置间弹性移动。
优选地，当防卷板接合装置处于第二位置时，该防卷板能够从防卷板接收装置中移走。这样使防卷板容易更换。
防卷板通常是矩形的。优选为透明的。可由玻璃或塑性材料制成。
适宜地，防卷板接合装置和防卷板接收装置相协作将防卷板固定在防卷板接收装置中。
防卷板接合装置优选包括弹性接合部件。优选地，该接合部件与防卷板接收装置是可分离的。
优选地，该接合部件包括一个或更多用于弹性接合该防卷板的弹性臂。在特别优选的实施例中，该接合部件具有两个弹性臂。适宜地，第一弹性臂能够在第一方向上施加弹力而第二弹性臂能够在第二方向上施加弹力。优选地，该第二方向与该第一方向近似正交。这样的安排更适宜通过对防卷板施加近似正交方向的力而将防卷板保持在防卷板接收装置中。
优选地，该接合部件由金属制成。替代地，它也可由塑性材料制成。
优选地，该接合部件包括能够使其可靠紧固到防卷板接收装置上的装置。例如，所述装置可以是用于接收固定螺钉的孔或穴。
防卷板接合装置可包括两个或更多个弹性接合部件。
防卷板接收装置优选包括具有前部和后部的主体，在使用中该前部最接近于该显微镜用薄片切片机切削刀片的切削刀刃。接下来，当防卷板在使用中时，该主体的上端部是最高的部分，而低端部是最低的部分，也就是说，最靠近切削刀片后表面上的样本。
优选地，该主体包括一个或更多停止表面，供使用中的防卷板停靠。适宜地，该停止表面包括前部和/或后部停止表面。优选地，该前部包括在使用期间毗邻防卷板的前部停止表面。
优选地，在使用期间，防卷板接合装置抵靠着该前部停止表面保持防卷板。例如，可在该防卷板接收装置主体的后部设置一个接合部件，在这里，该接合部件可在该主体前部的方向上对防卷板后部施加弹力。由此产生的夹持效果更适宜于在适当的位置保持防卷板。
替代地或另外地，该主体的后部可包括后部停止表面。该前部停止表面的可选特征也可应用于该后部停止表面。
优选地，该主体包括一个或更多侧面部分，适宜在该前部和后部之间延伸。优选有两个侧面部分。
优选地，部分或全部的侧面部分包括一个或更多停止表面来固定防卷板。适宜地，该停止表面包括一个或更多在使用期间更适于支撑防卷板的下停止表面。替代地或另外地，该侧面部分包括一个或更多可在使用期间固定防卷板的上停止表面。
适宜地，在使用期间通过防卷板接合装置对防卷板施加一个反向力，以使防卷板靠着该上和/或下停止表面保持。优选地，该反向力由前面讨论过的弹性接合部件提供，例如偏置一个弹性臂以使其抵靠所述停止表面推压该防卷板。优选每个侧面部分包括一个下停止表面。该接合部件还优选包括在使用中接合防卷板以将其推靠着该下停止表面的弹性臂。
优选地，该防卷板接收装置由金属制成。
防卷板 部分2在其最一般的意义上，我们的第六个建议是采用一种防卷板保持器用于在与切削刀片的背面具有固定距离的位置处保持防卷板，并且该防卷板保持器没有任何改变该距离的调节装置。
因此，本发明的第六方面是提供一种具有固定间隔部件的防卷板保持器，所述固定间隔部件可与切削刀片的背面接合，以致将防卷板与该背面以一个固定的距离隔开。
该切削刀片的背面可以是任何表面，切片从样本切下后在其上停靠。
优选地，第五方面可选的和优选的特征同样应用于这一方面。
优选地，该防卷板保持器包括一个主体，该主体具有一个或更多的下停止表面，用于支撑防卷板。优选地，该间隔部件位于该主体的下部上。尤其优选的是该间隔部件与该主体是一个整体。
在一个优选的实施例中，该下停止表面是该固定间隔部件。
优选地，当该防卷板位于防卷板保持器中时，该固定间隔部件在防卷板下方延伸以提供该固定的间隔。
优选大约0.05到0.5mm的间隔。更优选0.05到0.3mm的间隔，尤其优选0.15到0.25的间隔。
本发明者发现这种大小的固定间隔适用于许多应用。
具有固定间隔的优势在于该间隔不会在使用期间或前后使用之间被无意中改变。例如，由于间隔设置可被不同的使用者改变并且很难重复同样的设置，所以具有调节该间隔的调节装置的防卷板保持器可能是存在问题的。
样品保持器正如前面已经描述过的，低温恒温器通常可包括样品冷却装置(例如冷冻板)，可在切削前在其上冷冻样品。通常，将每个样品定位在一个样品保持器上(认为是一个样品保持器)。
本发明的又一方面是提供一种包括多个冷却区域的样品冷却装置，每个区域接收各自的样品保持器。优选地，将每个冷却区域制作成合适的形状(例如凹陷)，使其接收各自的样品保持器。优选地，该冷却装置还包括识别或标识每个冷却区域的装置。例如，这种装置可包括放置在该冷却装置顶部的覆盖层，覆盖层包括多个凹穴，每个冷却区域一个，使得样品保持器可通过这些凹穴稳定地放置在该冷却装置的冷却区域中。该覆盖层则可包括适当的色彩、记号或标识，使每个样品保持器可容易地辨别出。
本发明的又一方面是提供一种样品冷却装置，其上可放置样品保持器，其中该冷却装置包括可在使用中定位于样品保持器顶部的附加冷却装置(也就是说，在样品保持器的上表面上，在这里该样品保持器的下表面停靠在该冷却装置上)。这种附加冷却装置可由在使用中可定位在样品保持器顶部的某些形式的热沉器件(例如合适大小的金属物体)提供。通常，该附加冷却装置在使用前会已在该冷却装置上放置了一些时间，使其被冷却到适当的温度。在这里该冷却装置将与多个样品保持器一起使用，可以提供多个附加冷却装置，优选每个样品保持器一个。
优选地，该冷却装置包括支撑每个附加冷却装置的支撑装置，使该附加冷却装置可以容易地保持在各自的样品保持器上方，与该样品保持器隔开。这样使样品保持器能够容易地放进它的位置。该附加冷却装置的重量和/或形状优选那些当使用者将附加冷却装置从样品盘提起离开时，如果使用者将其释放，该支撑装置能够将附加冷却装置自动保持成悬在样品盘上。对支撑装置而言，实现这一点的一个途径是包括一个其中有臂状物可上下滑动的沟槽。该臂状物连在附加冷却装置上。如果该臂状物和该沟槽的尺寸匹配从而该冷却装置的重量会改变臂状物在沟槽中的位置，直到臂状物和沟槽间的摩擦力阻止臂状物在沟槽中的进一步移动，那么该附加冷却装置会保持悬挂状态直到该臂状物由使用者手动移动。该臂状物优选包括圆柱部分，而这个圆柱部分在与该沟槽连接的圆柱孔内滑动。
可以为每个所需的附加冷却装置提供单独的沟槽和/或单独的臂状物。
低温恒温器前面描述的每一方面可与一个、多于一个或者全部的其他方面组合，每一方面中的特征可与其他方面中的特征组合。因此，本发明的又一方面是提供包括一个、多于一个或全部的在前各方面的低温恒温器。
现在将参照附图描述本发明的实施例。
图1是结合本发明各方面的低温恒温器的透视图；图2是图1所示低温恒温器冷却腔室的顶部视图；图3是结合本发明各方面的冷冻板的透视图；图4是结合本发明各方面的冷冻板的又一透视图；图5是结合本发明各方面的防卷板的透视图；图6是用于图5所示防卷板中的弹簧的视图；图7和8是依照本发明一个方面的触摸屏的显示视图；图9是依照本发明一个方面的用在图1所示低温恒温器中的摩擦装置的示意图。
具体实施例方式
图1示出一种包括冷却腔室2的低温恒温器。该低温恒温器的冷却腔室2大体包括切削刀片保持器4和可移动样品保持器6(图1未标识，在图2中标识)。在使用中，刀片保持器4固定刀片5，样品保持器6相对于刀片5上下移动以从样品7上切片。使用者使用手柄9移动样品保持器6。通常冷却腔室2中也是样品存储区，在这种情况下是可在其上定位一个或更多样品保持器10的冷冻板8。
依照本发明的一个方面，该低温恒温器包括两个单独的冷却装置，所述冷却装置未在这些图中示出。冷却装置中的一个安排用于冷却该冷却腔室2，而另一个安排用于冷却该冷冻板8。在一个实施例中，可有单一的冷却回路，具有例如单一的制冷剂蓄液池，但具有为每个冷却装置提供的单独的压缩机，也就是说，一个压缩机控制冷却腔室2内的温度，而分开的另一个压缩机用于与冷冻板8相关联的冷却回路。通过使用双压缩机，完全独立地控制该腔室和该冷冻板成为可能的，例如，该腔室通常可被保持在-15℃到-25℃的温度范围内，而冷冻板可被保持在更低的温度范围内，通常是-55℃到-60℃。
包括本发明各个方面的冷冻板8的实施例可在图3和4中清楚地看到。
根据本发明的一个方面，冷冻板8包括在冷冻板表面保存某些液体的装置。在这个例子中，这些装置由唇缘12提供，该唇缘升起在冷冻板上表面14的上面，并围着上表面14的周边延伸。在其他实施例中，依靠该冷冻板的设计，该唇缘可仅沿部分周边延伸，或可以仅包围上表面14的一部分。在使用中，将一种具有低冻结点的液体(象醇一类的，例如甲醇或乙醇)放置在冷冻板上表面上。这个液体会在冷冻板顶部上形成薄层，在这里它会阻止或减少霜的形成。而且，当将样品保持器放置在冷冻板顶部时，它会有助于确保样品保持器与冷冻板的最佳接触，并增强样品在样品保持器上的冷却/冷冻。
在这个实施例中，该唇缘在冷冻板其他表面上方的高度大约是1mm，但唇缘深度和液体深度的选择可随所需的应用而变化。
本发明的又一方面可提供一种减少冷冻板上霜的形成的方法和/或一种改进冷冻板冷却性能的方法，其中该方法包括为冷冻板表面供给一种液体，该液体具有低于冷冻板操作温度的冻结点。
如图3所示冷冻板的实施例结合了本发明的另外至少两个方面。首先，放在冷冻板上表面上的是许多(在这个情形中是6个)样品保持器16。同时放置或定位在该冷冻板上表面上的是定位片18。该定位片18包括许多合适大小的凹穴(在这个情形中是6个)，每个样品保持器16一个。因而每个样品保持器16可以通过定位片18上的一个凹穴放置并直接稳定地立在冷冻板上(或者如前所述，是在全部或部分冷冻板上表面的液体层上)。该定位片结合辨别每个样品保持器的装置。在这个情形中，该辨别装置通过给每个凹穴编号(1到6)来提供，但另外地或替代地，该辨别装置可以是字母或颜色或任何其他合适装置。这样能够让使用者避免混淆样品保持器及相关联的样品，弄混淆当然是不愉快的。该定位片可由任何适当的材料制成，例如聚酯。
样品保持器还可包括一个或更多的附加冷却装置，在这个例子中，显示的是两个热沉器件20。优选每个样品保持器的位置处有一个热沉器件20，也就是说，在这个情形中是6个。该热沉器件20实质上正是一种的大小适当的物体，它可被冷却(例如通过将其停靠在冷冻板或其他装置上)并且放置在样品上表面上，也就是说它立在远离样品保持器的那部分样品上。这样有助于加速样品的冷却/冷冻，减少产生前述问题的可能性，例如在样品薄片上形成冰。每个热沉器件20可由适合的材料制成，并给定所需的大小和质量以适应特殊的样品冷冻需要。在这个情形中，每个热沉器件近似圆柱形，由金属制成。每个热沉器件包括手柄22(在这个情形中是球形钮)，通过该手柄，使用者可更容易地将该热沉器件从冷冻板上表面提起。
冷冻板还包括支撑热沉器件离开冷冻板上表面的装置，以方便样品保持器的放置和移除。在这个例子中，该装置包括侧面安装板24，该安装板可由绝缘材料制成。该侧面安装板24包括一个或更多个沟槽26(在这个情形中是6个沟槽，也即每个热沉器件20一个)。每个沟槽垂直于冷冻板上表面延伸并邻近各自的样品保持器定位，或者定位在样品保持器在使用中要放置的位置。那么每个热沉器件20包括一个臂状物28，该臂状物在沟槽26中延伸并可沿沟槽上下移动，也就是说，朝向和离开冷冻板的上表面。沟槽26和臂状物28可以是相互匹配的适当尺寸，以致当使用者将该热沉器件20松开时，热沉器件的重量导致该臂状物28“挤入”沟槽26，从而将该热沉器件20悬在它们各自的样品保持器上面。通过移动该散热器20(从而移动该臂状物28)，使用者可将该臂状物从该沟槽中“拔出”，让使用者能够如其所愿地移动该热沉器件朝向或离开冷冻板。在这个例子中，该臂状物28的末端结合一个圆柱部分30，该圆柱部分定位于各自的沟槽26的圆柱部分32中。
沟槽26的上端34可以形成适当的形状，以促使该臂状物28容易地进入该沟槽26。在这个例子中，该沟槽圆柱部分32的上端(也即离冷冻板最远的一端)是埋头孔。
如前所述，冷却腔室包括刀片保持器，可在该刀片保持器中安装刀片。提供带有“防卷板”的刀片保持器是大家已知的，其目的是防止从样品切下的切片卷曲或卷起来，切片卷曲或卷起来会使将该样品切片装在幻灯片上用于分析变得困难或者不可能。当前防卷板的装配非常困难，要求的精度很高，这是由于为了确保防卷板的有效操作，需要调节防卷板相对于刀片的角度和防卷板与刀片的距离。图5示出了本发明为了减少这些问题中的一些或者全部而提供的防卷板保持器的具体形态。
正如能够看到的，该防卷板保持器通常是三面形结构40，防卷板42可拆卸地位于其中。防卷板42通常由玻璃制成。防卷板保持器40包括轴44，在使用中通过该轴与刀片保持器(未示出)连接。使之与刀片保持器连接的这一装置能够使防卷板保持器相对于刀片定位在恰当的位置。
防卷板保持器包括将防卷板自动地定位在该保持器中的恰当位置的装置，这样在使用中，它帮助确保防卷板相对于刀片处于恰当的位置以实现预期的防卷功能。在这个例子中，将防卷板自动地定位在恰当位置的装置由一个偏置装置提供，该偏置装置将防卷板推进到保持器中的预期位置。这些偏置装置可由一个或更多弹簧装置提供，例如(在这种情形中)两个弹簧46。图6示出了弹簧46之一的视图，在这种情形中左侧弹簧显示在图5中。
每个弹簧46使防卷板在两个分开的方向偏置，在这个例子中是借助具有两个臂47和48的每个弹簧的作用。在使用中，臂47在刀片的方向上挤压防卷板的外表面(也就是离刀片最远的那个表面)。这意味着通过恰当地确定防卷板保持器的尺寸，当防卷板保持器定位在刀片保持器上时，防卷板将总是与刀片保持固定的距离。
在这个例子中，每个弹簧46的第二偏置功能由弹簧臂48提供，该弹簧臂向着一个或更多(在这种情形中是两个)停止件50挤压防卷板的下边缘。此外，它帮助将防卷板固定在保持器中的恰当位置处。这些弹簧的使用能够使该玻璃防卷板移开或调换而不需要解除任何机械固定，甚至不需要使用工具。该玻璃防卷板很容易夹入到位并可靠地保持在恰当的操作位置中。
图7和8示出了触摸显示屏的例子，通过该触摸显示屏可操作依据本发明的低温恒温器。在这个特殊的例子中，该显示屏显示四项信息切削厚度(单位为微米)、单位全部是摄氏温度的冷冻板温度、腔室温度和样品温度。还有一对箭头键60，使用者可用于调节任意需要的测量参数。在这种情形中，图7中的腔室温度被选定，则该箭头键将行使其调节腔室温度的功能。图8中，切削厚度被选择，则该箭头键又将用于对切削厚度的调节。该显示屏还显示“选项”键，可用于进入该低温恒温器或该显示屏的更多的功能，正如前面已经说明过的。
图9示出了本发明又一方面的例子，其目标在于帮助平衡该显微镜用薄片切片机头部的重量。正如前面已经说明的，该显微镜用薄片切片机头部6保持样品7并且可通过操作者对该低温恒温器使用，例如，旋转手柄9而相对于刀片5上下移动。由于该头部需要上下移动，其重量就意味着其趋向于返回停靠在它的最低位置处。这会影响操作者对该机器的“感觉”，所以本发明的这一方面的目标是在移动该显微镜用薄片切片机头部的驱动机构中提供适当量的摩擦，以抵制该显微镜用薄片切片机头部返回其最低位置的趋势。该头部的重量也可通过安装于该驱动机构的平衡重量来近似地平衡，正如现有技术中所熟知的。
图9示出了用于旋转轴70的手柄9。该轴70穿过该低温恒温器的机架的不同壁，在这种情形中是壁71和72，它们支撑轴70。在轴70相反的端部(尽管它也可以位于任何其他合适的位置)是用于驱动带(未示出)的滑轮73，该驱动带用于驱动该显微镜用薄片切片机头部的移动机构。
当轴70穿过壁71、72时，轴70还被衬套74所支撑。
在这个例子中，所需的摩擦量可由摩擦部件(在这种情形中是轴环76)提供，该摩擦部件借助或者随同所述轴旋转，并且压靠一个固定表面。在这种情形中，该固定表面是壁71的一部分。在这个例子中，轴环76与轴70同轴，也就是说围绕该轴70安装，在使用中摩擦抵靠壁71。
该轴环76可通过任何合适的装置固定在所述轴上。在这个例子中，使用一个或更多的销(未示出)将轴环76安装在所述轴上。优选地，将轴环76安装在轴70上的所述一个或更多的销可以在轴70上提供的相应的凹槽中滑动。这一个或多个凹槽在该轴的主轴线方向上也就是沿着该轴长度的方向上延伸，因而能够使轴环76沿该轴移动。这样能够调节轴环76相对于轴70(从而相对于壁71的摩擦表面)的位置，从而调节本发明这一方面提供的摩擦量。
如图9所示，在这个例子中，轴环76在所述轴上的位置借助安装在该轴上且通过偏置装置与轴环76连接的另一轴环78来确定，在这种情形中所述偏置装置采用弹簧80。弹簧80促使轴环76抵靠着壁71，以提供所需数量的摩擦。该摩擦量可通过选择带有所需偏置量的偏置装置(例如弹簧)来调节。
本发明可包括上述实施例的任何变化、修饰和替代应用而不脱离本发明任一方面的范围，这对本领域技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种低温恒温器，包括冷却腔室和样品冷却装置，该冷却腔室具有用于降低该冷却腔室内的温度的冷却腔室流体供应装置，该样品冷却装置具有用于降低该样品冷却装置温度的样品冷却流体供应装置，其中该样品冷却流体供应装置与该冷却腔室流体供应装置是分开的。
2.如权利要求1所述的低温恒温器，其中该样品冷却装置位于该冷却腔室内。
3.如权利要求1或2所述的低温恒温器，其中该样品冷却流体供应装置包括第一压缩机，而该冷却腔室流体供应装置包括与该第一压缩机分开的第二压缩机。
4.如权利要求3所述的低温恒温器，其中该冷却腔室流体供应装置和该样品冷却流体供应装置的任一个或二者均包括两个或更多个压缩机。
5.如权利要求1-4任一所述的低温恒温器，其中该样品冷却流体供应装置的冷却能力在-30℃到-70℃的温度范围内。
6.如权利要求5所述的低温恒温器，其中该样品冷却流体供应装置的冷却能力在-45℃到-65℃的温度范围内。
7.如上述任一权利要求所述的低温恒温器，其中该样品冷却装置是冷冻板，该冷冻板包括一块与该样品冷却流体供应装置热接触的热传导材料。
8.如上述任一权利要求所述的低温恒温器，其中该低温恒温器是低温恒温显微镜用薄片切片机，该低温恒温显微镜用薄片切片机包括样品安装台、用于冷却该显微镜用薄片切片机的该样品安装台的样品安装台流体供应装置，其中该样品安装台流体供应装置与该样品冷却流体供应装置和该冷却腔室流体供应装置是分开的。
9.如上述任一权利要求所述的低温恒温器，其中该低温恒温器包括用于控制该冷却腔室温度的冷却腔室温度调节控制装置和用于控制该样品冷却装置温度的样品冷却温度调节控制装置，其中该冷却腔室和该样品冷却装置的温度可以分开控制。
10.一种操作低温恒温器的方法，该低温恒温器具有冷却腔室和样品冷却装置，其中对该冷却腔室的温度和该样品冷却装置的温度分开进行控制。
11.如权利要求10所述的方法，其中该低温恒温器是权利要求1-9中任一项所限定的低温恒温器。
12.一种使用具有样品冷却表面的样品冷却装置的冷却样品或样品保持器的方法，其中为该样品冷却表面提供低冻结点液体以覆盖该样品冷却表面的至少一部分，并将该样品或样品保持器设置成与该低冻结点液体热接触。
13.如权利要求12所述的方法，其中该低冻结点液体具有低于约-20℃的冻结点。
14.如权利要求13所述的方法，其中该低冻结点液体具有低于约-40℃的冻结点。
15.如权利要求14所述的方法，其中该低冻结点液体具有低于约-60℃的冻结点。
16.如权利要求12-15任一所述的方法，其中该低冻结点液体可与水混合。
17.如权利要求16所述的方法，其中在室温下，该低冻结点液体将与水形成水的浓度高达约10％重量百分比的混合物。
18.如权利要求12-17任一所述的方法，其中该低冻结点液体包括作为主要组分的无毒有机化合物。
19.如权利要求12-18任一所述的方法，其中该低冻结点液体是低分子量有机化合物。
20.如权利要求12-19任一所述的方法，其中该低冻结点液体从醇、醚、酯、酮、醛、羧酸及其混合物中选择。
21.一种具有样品冷却表面的样品冷却装置，其中该样品冷却装置包括液体保持装置以保持低冻结点液体从而覆盖该样品冷却表面的至少一部分。
22.如权利要求21所述的样品冷却装置，其中该样品冷却装置是冷冻板。
23.如权利要求22所述的样品冷却装置，其中该保持装置包括凸起的唇缘。
24.如权利要求23所述的样品冷却装置，其中该凸起的唇缘具有0.5到5mm范围内的深度。
25.如权利要求24所述的样品冷却装置，其中该凸起的唇缘具有0.5到2mm范围内深度。
26.如权利要求21-25任一所述的样品冷却装置，其中该保持装置包括该样品冷却表面上的一个或更多的凹陷或盲孔。
27.如权利要求21-26任一所述的样品冷却装置，其中该样品冷却装置包括用以降低该样品冷却装置温度的样品冷却流体供应装置。
28.如权利要求21-26任一所述的样品冷却装置，其中该样品冷却装置是低温恒温器的一部分。
29.如权利要求28所述的样品冷却装置，其中该低温恒温器是低温恒温显微镜用薄片切片机。
30.一种显微镜用薄片切片机，具有显微镜用薄片切片机头部、用于移动该头部的驱动机构和用于平衡该显微镜用薄片切片机头部的摩擦产生装置，该摩擦产生装置与该驱动机构的可旋转轴协同工作，其中当该可旋转轴旋转时，该摩擦产生装置可围绕该轴的轴线旋转以抵靠着一个表面运动而为该轴的旋转提供阻力。
31.如权利要求30所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置与该轴连接以与该轴一同旋转。
32.如权利要求30或31所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置与该轴连接以与该轴同轴。
33.如权利要求30-32任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置包括围绕该轴同轴定位的轴环。
34.如权利要求33所述的显微镜用薄片切片机，其中该轴环利用固定装置固定在该轴上，该固定装置从销和螺钉中选择。
35.如权利要求30-34任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置包括与该轴可轴向滑动地连接的第一部件以及促使该第一部件抵靠着所述表面的弹性装置。
36.如权利要求35所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置包括固定在该轴上的第二部件，使得该弹性装置位于第一和第二部件之间。
37.如权利要求35或36所述的显微镜用薄片切片机，其中该弹性装置是弹簧。
38.如权利要求35-37任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该第一部件通过销和相应的槽与该轴可轴向滑动地连接。
39.如权利要求29-33任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置具有一个与不同该轴一起旋转的部件的摩擦产生表面相接触的摩擦产生表面。
40.如权利要求39所述的显微镜用薄片切片机，其中该部件相对于该显微镜用薄片切片机的机架固定。
41.如权利要求29-34任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该摩擦产生装置所抵靠着运动的表面是该显微镜用薄片切片机机架的一部分。
42.如权利要求41所述的显微镜用薄片切片机，其中该表面是该显微镜用薄片切片机机架壁的表面。
43.如权利要求30-42任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该显微镜用薄片切片机是低温恒温显微镜用薄片切片机。
44.如权利要求30-43任一所述的显微镜用薄片切片机，其中该显微镜用薄片切片机不包括用于产生摩擦以平衡该显微镜用薄片切片机头部的弹簧加载辊和正时带。
45.一种改装显微镜用薄片切片机的方法，用于提供与该显微镜用薄片切片机驱动机构的可旋转轴协同工作的摩擦产生装置，其中当该可旋转轴旋转时，该摩擦产生装置可围绕该轴的轴线旋转以抵靠一个表面运动而对该轴的旋转提供阻力。
46.如权利要求45所述的方法，其中该摩擦产生装置是权利要求30-42中任一项所限定的摩擦产生装置。
47.一种低温恒温器，具有控制单元，该控制单元带有输入装置，为了控制该低温恒温器，使用者可通过该输入装置输入控制命令，其中该输入装置包括触摸显示屏，该触摸显示屏结合了输入功能和一个或更多的显示功能。
48.如权利要求47所述的低温恒温器，其中可经过该触摸显示屏输入的该输入控制命令包括从该低温恒温器内一个或更多区域内的测量温度、样品切削厚度、样品温度、冷冻板温度和腔室温度中选择的一个或多个。
49.如权利要求47或48所述的低温恒温器，其中该触摸显示屏设置成响应使用者的输入而在不同的时间显示不同类型的信息。
50.如权利要求47-49任一所述的低温恒温器，其中该控制单元包括为了操作该低温恒温器，要求使用者经过该触摸显示屏输入安全代码的安全装置。
51.如权利要求47-50任一所述的低温恒温器，其中该控制单元设定该触摸显示屏响应使用者的输入而显示不同的语言。
52.如权利要求47-51任一所述的低温恒温器，其中该触摸显示屏提供一套能够用作调节多种不同的设定的通用按钮。
53.如权利要求52所述的低温恒温器，其中该套通用按钮包括向上的箭头键和向下的箭头键。
54.如权利要求52或53所述的低温恒温器，其中当不同的信息显示在该触摸显示屏上时，该套通用按钮的尺寸、形状和位置中的一个或多个发生改变。
55.如权利要求47-54任一所述的低温恒温器，其中该低温恒温器是低温恒温显微镜用薄片切片机。
全文摘要
根据本发明的一个方面，低温恒温器包括两个单独的冷却装置，用于降低冷却腔室(2)的温度而另一个设置用于冷却冷冻板(8)。在一个实施例中，可有单一的冷却回路，带有例如单一的制冷剂存储器，但具有为每个冷却装置提供的单独的压缩机。也就是说，一个压缩机控制该冷却腔室(2)内的温度而一个分开的压缩机用于与冷冻板(8)协同工作的冷却回路。依照本发明的另一方面，冷冻板(8)包括用于在冷冻板表面保存一些液体的装置。在一个实施例中，这些装置由唇缘(12)提供。在又一方面中，摩擦产生装置为所述显微镜用薄片切片机头部的移动提供阻力，例如通过在可旋转轴上提供弹簧加载轴环。在又一方面中，为低温恒温器提供一个触摸显示屏。
文档编号G01N1/42GK101044388SQ200580036229
公开日2007年9月26日 申请日期2005年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者D·M·韦加, G·R·道森, M·S·巴拉特, J·B·考克斯 申请人:热能山顿有限公司