专利名称：用于借助于微波激励的加速的组织渗透的装置和方法
用于借助于微波激励的加速的组织渗透的装置和方法本发明涉及一种用于借助于微波激励的加速的组织渗透的装置和方法，正如微波激励特别是例如在组织学诊断领域中应用于切片机或分析组织试样的其它装置那样。为此，组织试样经过用于制备组织试样的一个或多个步骤来处理以用于显微镜和/或保藏。 可以在将组织试样切成适于在显微镜下观察的薄片之前进行这种处理。典型的步骤是固定、脱水、例如借助于用于荧光显微镜法的荧光染色剂来染色、涂石蜡等。这些步骤要求对应的试剂流体渗透组织试样。从现有技术中已知在渗透过程中控制试剂流体的温度，在与组织交接处发生试剂交换，并因此组织渗透的速率(主要)通过用热照射、加热元件和/或微波来加热试剂而加速。渗透的增加被称为RRT(反应-速率-温度)准则。根据经验，对于温度上升10° K， 渗透到组织中的分子在这种情况下加倍。例如，德国专利申请DE 102007008713和DE 102007044116总地提及了将微波用作加速的试剂加热用的有效热源。然而，在现有技术中， 微波激励仅用作热源。通常，大多数组织试样位于组织盒内。这些盒被集成到盒架内。在处理过程中，盒架与对应的试剂(=电介质)一起位于反应室内。试剂通过微波激励加热，但这些盒设置在电磁场的任何有意义的吸收区域之外。换言之，没有利用微波照射至电介质内的特定渗透深度PD来加速组织渗透，这是因为组织在室内位于比特定渗透深度更深的位置。甚至在一些组织可能暴露于较小强度的杂散照射的情况下，这是无意义的且不期望的副作用，并且如果仅施加于对应批量试样中非常少的组织试样则该作用不会计算在整批的处理时间之内。本发明的目的是用多种试剂流体来加速组织试样的渗透。另一目的是实现在包括若干不同组织试样的一批中均勻的渗透结果。这通过根据权利要求1的组织渗透设备、根据权利要求10的用于将第一电介质流体渗透到组织试样内的方法以及根据权利要求15的组织渗透系统来实现。特别是，这通过组织渗透设备来实现，该组织渗透设备包括适于接纳组织试样的反应室和将渗透到组织试样内的电介质流体，所述反应室包括底部和具有透过微波照射的窗部的周向壁；保持元件，该保持元件用于使组织试样以离开窗部电介质流体3PD的距离保持一预定时间段，其中PD是微波渗透到电介质流体内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到Ι/e的深度；以及微波系统，该微波系统将微波照射经由窗部照射到反应室内。这还通过一种组织渗透系统来实现，该系统包括适于依次接纳一个且同一个组织试样的至少一个第一反应室和第二反应室，第一反应室适于接纳将渗透到组织试样内的第一电介质流体，而第二反应室适于接纳将渗透到组织试样内的第二电介质流体，所述第一反应室和第二反应室包括底部和具有能透过微波照射的窗部的周向壁；保持元件，该保持元件用于使组织试样以离开窗部第一电介质流体和第二电介质流体3PD的距离依次保持一预定时间段，其中PD是微波渗透到电介质流体内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到Ι/e的深度；以及微波系统，该微波系统使微波照射依次经由窗部照射到第一反应室和第二反应室内。在这方面，数字e是欧拉数字，即2. 718281828459,因而倒数值
41/2. 718281828459 接近 37%。这通过一种用于将第一电介质流体渗透到组织试样的方法来实现，该方法包括如下步骤提供第一反应室，该第一反应室包括底部和具有透过微波照射的窗部的周向壁； 用第一电介质流体来填充第一反应室；将组织试样插入第一反应室并插入第一电介质流体；使组织试样电介质以离开窗部第一电介质流体3PD的距离保持浸没于第一电介质流体中，其中PD是微波渗透到第一电介质流体内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到1/e 的深度；以及将微波照射经由窗部照射到第一反应室内。较佳地，保持元件和反应室可相对于彼此转动，因而组织试样每转一圈以小于3PD 的距离经过窗部。替代地，保持元件还可以被固定，而反应容器与微波系统一起绕保持元件转动或者反应容器和保持元件都转动。然而，为了限制转动元件的数目，最好使保持元件转动而反应室固定。较佳地，底部是圆的，而壁是具有中心对称轴线的规则圆筒体。虽然说任何形状， 例如从顶部看为方形或矩形都可用于反应容器，但圆形和规则圆筒体可良好地工作并易于制造。较佳地，窗部是具有长边和短边的矩形，长边平行于对称轴线基本上垂直延伸，而短边基本上沿周向延伸。同样，窗部的任何形状都可工作。一种特别有利的替代方案是将窗部设计成规则圆筒体部。然而，为了更简单地制造，可能较佳地具有矩形并将此形状嵌入圆筒形壁。即使窗部的矩形形状可能并不完美地与圆筒形侧壁配合，但对于使微波穿过窗部渗入反应容器的内部及反应室内来说，窗部形状的影响很小。较佳地，保持装置具有中心转动轴并适于插入反应室，因而中心转动轴基本上绕反应室的对称轴线转动，且当渗透组织试样时，中心转动轴连接到使保持装置在反应室内转动的驱动机构。替代地，可以增量式和间歇地、甚至通过操作员手动地来转动保持装置。 然而，为了使照射更均勻，恒定的转动是有益的。用于实现在一定程度上的均勻的照射而无须驱动和转动机构的另一替代方式将是，在反应容器的周向上设置若干窗部并例如同时或依次使微波照射经过所有这些窗部。例如，设置六个或更多个窗部已实现在一定程度上的均勻的照射。另一可变的替代方式将是制造由相对能透过微波的材料制成的整个反应容器，该材料理想地是石英，但出于成本原因玻璃也是在一定强度范围内可接受的一种替代材料。另一非常有益的材料是特氟隆 ，即聚四氟乙烯(PTFE)或具有负电性的其它材料来作为能透微波的材料。特氟隆具有耐热和同时抗破裂的优点。从反应容器的周向上的各种位置照射微波的复杂性必须与使保持装置和/或反应容器转动的机构的复杂性相权衡。同时沿径向从各种位置照射的一个主要优点是，这将消除所有机械运动并因此消除任何机械摩擦、磨损和失效风险。它的缺点是，将有更少的流体运动及因此没有实际上有助于渗透的绕组织试样的相同量的流动。然而，这种流体运动可以在输送筐不转动的静止系统内由诸如泵或搅动元件的单独流体运动装置产生。较佳地，微波照射具有2. 45GHz的频率。但其它频率也是可以的并且取决于对应的电介质可能更为有效，2. 45GHz是可得到的并在大多数国家作为标准微波频率容许的标准家用频率。因此，该频率还提供商业上可购得的微波系统的最大选择。通过使组织试样暴露于直接微波照射，电磁场以每秒24. 5亿次在组织内反转方向。这产生了组织分子的微振动。令人惊奇的是，取决于渗透到组织内的电介质，这大幅增强了渗透速度。在甲醛的情况下，这会导致甚至20倍的加速。加速可根据电介质由所述微振动来进行，根据将渗透的电介质，电介质的加热可能实际上是不期望的副作用。在此情况下，必须例如通过电冷却元件或通过在反应容器的壁内引导冷却剂的通道或通过与反应容器接触的电冷却元件来提供冷却以补偿电介质的意外加热替代地，在不易由微波来加热的电介质(例如石蜡)的情况下，较佳地提供附加的加热元件，例如提供对流加热器来将电介质加热到预定温度。为了使处理速度优化到最大可能的速度，同样重要的是将电介质非常确切地选择成使处理参数(主要是组织的直接微波照射的强度和在渗透过程中电解质的温度)完全适于这种特定的电介质。为此，该系统可能设计成用特定的电介质预先填充的闭合系统或包括具有对应的电介质的若干反应容器。根据一个实施例，可以仅提供一个反应容器，并提供保持各种电介质的一个或多个储罐。然后，反应容器可在渗透的特定处理步骤完成之后通过导管来排空，然后可为了渗透的下一个处理步骤而用不同的电介质来从储罐中的一个再填充。替代地，可提供用各种电介质预先填充的多个反应容器，为了按顺序的下一个处理步骤而可将渗透的试样从一个反应容器移到另一个反应容器。在下文中，参见附图来更详细地描述本发明。
图1示出根据本发明的组织渗透设备的分解立体图；图2示出根据本发明的已组装的组织渗透设备的立体图；图3示出根据本发明的组织渗透系统的示意图；图4示出将若干试样保持在多个盒和部段内的输送筐。如图1和2中所示的根据本发明的组织渗透设备包括反应容器1，该反应容器1 一般可呈任何形状，但较佳地如在此具体实施例中那样设计成具有侧壁2和底部3的规则圆筒体。底部3可由能透过微波的材料制成，或者材料可不透微波，这取决于是否要将任何附加的微波或像红外照射的发热照射沿反应容器1的轴向透入底部。侧壁2设有透明的窗部5，该窗部能透过由箭头示意示出的微波6。这些微波可通过微波系统7产生并照射，并经由可透过的窗部5透入反应室4。可透过的窗部5是矩形的并通常由石英制成，这是因为石英可透过微波。反应容器1整个或部分地由与反应容器1的侧壁2导热接触的筒形加热和冷却单元8封闭。反应容器1的侧壁2也由导热材料制成。这样，位于反应容器1内又包含于反应室4中的电介质19可被加热或冷却，因而可实现并维持电介质19的预定温度。电介质 19的上液位由通过石英窗部5可见的流体表面液位线9来表示。组织试样保持于一个或多个输送筐18中，当浸没于电介质19中时，这些输送筐可通过驱动机构30经由转动轴11转动筐。输送筐由可透过微波的材料制成。可以使用任何可透过微波的材料。作为透过微波的材料的、具有负电性的特氟隆 (聚四氟乙烯(PTFE))由于能防破裂并耐热而特别适合。图3示出包括若干反应容器1的整个闭合的组织渗透系统的示意图。组织试样21 保持于在图4中更为详细示出的输送筐18中。在此实施例中，多达六十个试样可保持在一个输送筐18中。在输送筐18内，试样21保持于在图4中更详细示出的盒10中。一个或多个输送筐18保持在具有可转动轴线的轴11上。盒10保持在若干部段12内，且有若干层13可保持在可转动轴11上。可从德国专利申请DE 102007044116中收集到更多细节，该专利申请的全部内容以参见的方式纳入本文。特别在专利公报DE 102007044116的图5-7
中示出输送筐。图3示意地示出整个输送筐18浸没于各种电介质19内，即整个浸没在各种电介质表面液位9以下。图3中所示实施例的整个系统如其通过示意示出的壳体14表示的那样是闭合的。提供输送机构15，特别是可紧抓各种输送筐18的输送臂16。这些输送筐18 中的几个可保持在圆盘传送器17内并一个接一个地被输送到各种包含电介质的反应容器 1中。电介质流体19可以是为用户定制的并且被预先填充到各种反应容器1内。这使测试结果更为恒定并且是能更好地控制每种电介质内所需处理时间的另一措施。替代具有输送机构和保持不同电介质的多个反应容器1的闭合系统，还可以具有如例如在图1中那样的独立的解决方案。在此情况下，输送筐18可手动地或通过输送机构 15自动地插入反应室4内。在此情况下，还可以在加入电介质19之前插入输送筐18。还可以经由导管22移除电介质19并通过将不同的电介质19馈送到同一反应容器1内来替代该电介质19。在单个反应容器的解决方案中，闭合系统也是可以的，其中各种电介质保持在不同的存储容器20内，且这些电介质可从所述存储容器20被泵送到反应容器1内以及反之经由所述导管22从反应容器1中泵出，以有可能在清洁过程之后处理掉电介质流体 19或通过泵送电介质流体返回存储容器20。在系统的所有三种变型中，即如图3中所示的具有若干反应容器1和将输送筐18 输送到各种反应容器1内的输送机构15的完全闭合系统，或者如图1中所示具有用于存储多种不同电介质的各种存储容器20的闭合系统，或者与图1中所示相同的系统，但设计成开放系统，根据本发明的渗透方法遵循如下流程1.试样在各种盒10内制备并放置于盒中，这些盒由输送筐18的各部段12保持并固定到输送轴11。这样，输送筐18装满试样，例如六十种不同的试样分别保持在六十个盒 10内。2.在输送筐18被装载之后，这些输送筐移动到用电介质预先填充的或在输送筐 18插入反应容器1的反应室4之后填充的反应容器1内。3.输送筐18通过使输送筐进而是电介质19内的试样转动的驱动机构来转动。此时，输送筐18及因此所有试样完全浸没于电介质内，即浸没在电介质表面液位9之下。4.微波照射5通过微波系统7经由石英窗部5照射到反应室4内。试样每转一圈以小于3xPD的距离经过所设的石英窗部5，其中PD是微波渗透到电介质中的渗透深度并定义为微波照射强度从起始强度减小到Ι/e，即约37%的值时的距离。下面讨论用于各种电介质及它们相关渗透深度PD的列表。试样暴露于直接微波照射，从而对加速渗透有直接影响。5.选择性地，即如有必要，电介质可通过筒形加热和冷却单元8来加热或冷却。如果电介质的量大到微波将耗过多的时间段来加热电介质或者如果电介质(例如石蜡)难以通过微波来加热，则应采用加热。替代地，如果相反地量小到电介质非常快地被加热，和/ 或如果电介质(例如像水的强偶极流体)一般具有被微波快速加热的特性，则进行冷却过程。即使微波直接照射试剂并因此使用直接渗透作用，还是可以维持试样的某种最佳处理温度以避免试样例如由于过热造成的任何损坏，或者相反由于具有太低的电介质温度而危及处理速度。
6.在用特定的电介质渗透适当地处理一段时间之后(其中用微波以受控的强度来直接照射试样同时通过与加热和冷却单元8结合的同一微波照射来控制电介质的温度)，将输送筐18与试样一起从反应容器1中移出，或替代地从反应容器1中移除电介质。7.只要有必要，可以用各种电介质和各种参数来重复步骤1至6，所述参数例如是微波照射6的强度、电介质温度以及引导试样反复经过将它们暴露于直接微波照射6的石英窗部5的距离。可通过在单一电介质内处理试样，即仅将一种电介质渗透到组织试样中来使用根据本发明的方法。然而，通常依次使用若干不同电介质，从而产生各种后续渗透步骤。“电介质”是指具有极小导电性或无导电性的任何非金属物质，它们的电荷载体无法自由运动。 这些材料具有施加于它们的电场或电磁场。当渗透到电介质中时，微波照射导致电介质加热。这是由于吸收能量所致。同时，产生每秒钟反向对.5亿次的电磁场。水性福尔马林溶液以及诸如甲醇、乙醇和异丙醇的多种醇是通常在用微波照射来处理组织时所采用的电介质。渗透深度PD定义为初始场强减小到Ι/e (约37%)时的深度。这意味着超出渗透深度，微波加热仍进行，但此时用于加热的能量却小得多。
权利要求
1.一种组织渗透设备，包括-适于接纳组织试样的反应室(4)和将渗透到组织试样内的电介质流体 (19)，所述反应室(4)包括底部(3)和具有可透过微波照射的窗部(5)的周向壁；-保持元件，所述保持元件用于使所述组织试样以离开所述窗部(5)所述电介质流体(19)3PD的距离保持一预定时间段，其中PD是微波渗透到所述电介质流体(19)内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到Ι/e的深度；-微波系统(7)，所述微波系统使微波照射经由所述窗部(5)照射到所述反应室内。
2.如权利要求1所述的组织渗透设备，其特征在于，所述保持元件和所述反应室(4)能相对于彼此转动，因而所述组织试样每转一圈以比3PD短的距离经过所述窗部(5)。
3.如权利要求2所述的组织渗透设备，其特征在于，所述底部C3)是圆的，且所述壁 (2)是具有中心对称轴线的规则圆筒体。
4.如权利要求2或3所述的组织渗透设备，其特征在于，所述窗部( 是具有长边和短边的矩形，所述长边平行于所述对称轴线基本上垂直延伸，而所述短边基本上沿周向延伸。
5.如权利要求2或3所述的组织渗透设备，其特征在于，所述窗部(5)整个围绕所述周向壁⑵延伸。
6.如权利要求5所述的组织渗透设备，其特征在于，所述整个反应室(4)由能透过微波的材料制成。
7.如前述权利要求中任一项所述的组织渗透设备，其特征在于，所述保持元件具有中心转动轴(11)并适于插入所述反应室G)，因而所述中心转动轴(11)基本上绕所述反应室的对称轴线转动，且所述中心转动轴(11)连接到驱动机构，所述驱动机构在渗透所述组织试样时使所述保持装置在所述反应室(4)内转动。
8.如前述权利要求中任一项所述的组织渗透设备，其特征在于，用于将电介质加热或冷却到预定温度的对流加热器09)和/或对流冷却ο
9.如前述权利要求中任一项所述的组织渗透设备，其特征在于，容纳所述组织试样的输送筐(18)，所述输送筐(18)包括作为能透过微波材料的聚四氟乙烯。
10.一种用于将第一电介质流体(19)渗透到组织试样的方法，所述方法包括如下步骤-提供第一反应室G)，所述第一反应室包括底部C3)和具有能透过微波照射的窗部(5)的周向壁(2)；-用第一电介质流体(19)来填充所述第一反应室；-将组织试样插入所述第一反应室(4)并插入所述第一电介质流体(19)； -使所述组织试样以离开所述窗部(5)所述第一电介质流体(19)的3PD之内的距离保持浸没于所述第一电介质流体(19)中，其中PD是微波渗透到所述第一电介质流体(19) 内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到Ι/e的深度；以及-将微波照射经由所述窗部(5)照射到所述第一反应室内。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述保持元件在所述第一反应室(4)内并相对于所述反应室(4)转动，因而所述组织试样每转一圈以3PD或以下距离经过所述窗部(5)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，将所述保持元件从用所述第一电介质填充的所述第一反应室内输送到用第二电介质流体(19)填充的第二反应室内。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，用对流加热器09)将电介质加热到预定温度。
14.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，提供对流冷却系统并将电介质冷却到预定温度。
15.一种组织渗透系统，包括-适于依次接纳一个且同一个组织试样(21)的至少一个第一反应室和第二反应室 ，所述第一反应室(4)适于接纳将渗透到所述组织试样内的第一电介质流体(19)， 而所述第二反应室(4)适于接纳将渗透到所述组织试样内的第二电介质流体(19)，所述第一反应室和第二反应室(4)包括底部C3)和具有能透过微波照射的窗部( 的周向壁 (2)；-保持元件，所述保持元件用于使所述组织试样以离开所述窗部(5)所述第一电介质流体和第二电介质流体(19) 3PD的距离依次保持一预定时间段，其中PD是微波渗透到电介质流体(19)内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到Ι/e的深度；-微波系统(7)，所述微波系统使微波照射依次经由所述窗部(5)照射到所述第一反应室和第二反应室内，以及-输送机构，所述输送机构适于产生所述第一反应室与所述保持装置以及所述第二反应室与所述保持装置之间的相对运动，因而保持所述组织试样的所述保持装置从所述第一反应室内运动到所述第二反应室内部，其中所述系统是闭合系统并且所述第一电介质和第二电介质分别预先填充到第一反应室和第二反应室内。
全文摘要
描述了一种组织渗透设备、系统和方法，从而允许用多种试剂流体来加速组织试样(21)的渗透。该设备包括适于接纳组织试样(21)的反应室(4)和将渗透到组织试样内的电介质流体(19)。反应室包括底部(3)和具有能透过微波照射的窗部(5)的周向壁(2)。提供一种使组织试样(21)以离窗部(5)电介质流体(19)3PD的距离保持一预定时间段的保持元件。PD是微波渗透到电介质流体(19)内的渗透深度并定义为初始微波场强减小到1/e的深度。微波系统(7)使微波照射经由窗部(5)照射到反应室(4)内。
文档编号G01N1/44GK102483371SQ201080037051
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月18日
发明者H·乌尔布里希, M·桑德逊 申请人:徕卡生物系统努斯洛克有限公司