用于检查样品的显微镜及操作这种显微镜的对应方法与流程

1.本发明构思涉及一种用于对样品进行显微检查的显微镜，特别是用于对位于显微镜的样品室中的样品进行检查，其中样品室利用适合样品的培养气氛而培养。本发明构思还涉及操作这种显微镜的方法。


背景技术：

2.尤其是在对例如细胞的活体样品进行显微检查的领域中，十分有益的是，将样品在有利的并且无压力的环境条件下保持得尽可能长久。为了这个目的，培养器用来建立适合于待检查样品的微型气候。现有的培养器可以分为在一方面的台顶式培养器和在另一方面的笼式培养器。
3.笼式培养器包括气候室，该气候室包围整个显微镜或至少包围显微镜的主要部件，使得需要对大的体积进行培养。由于显微镜本身位于笼式培养器内，因此有损于到工作区域的通路以放置或操纵样品。此外，几乎不可能以节省空间的方式为显微镜配备笼式培养器。另一方面，由于台顶式培养器仅包围样品本身，并且放置在显微镜台上，因此台顶式培养器提供了小的待培养体积。即便台顶式培养器的空间要求最低，但由于样品由密封箱体环绕，并且该密封箱体必须被打开从而破坏了箱体内的培养气氛，因此有损于到样品的通路。
4.us2005/0282268a1公开了一种培育显微镜，其具有用作培养器室的壳体区段，用于控制培养气氛，在该培养气氛中培育待检查的细胞。培养器室还包括显微镜台和物镜。照明单元和成像光学器件的其余部件定位成与该培养器室分离并在另一个壳体区段中。培养器室包括盖，可以打开该盖，以提供到样品的通路。虽然这种解决方案提供到样品的自由通路，但这种培养系统的缺点是，每次打开和关闭盖，培养气氛都很容易地从系统离开，并且每次打开和关闭盖后，几乎需要完全补充。


技术实现要素：

5.鉴于上述缺点，需要在显微镜中改进样品室的解决方案，特别是在包含培养样品室的显微镜中。
6.本发明构思的实施例提供了一种用于对样品进行显微检查的显微镜，该显微镜包括：用于照明样品的照明光学器件；用于对样品成像的成像光学器件；用于接收样品的样品室，样品室具有提供到样品室中的通路的门或盖；第一风扇组件，其布置在样品室的第一侧上，通过布置在第一侧上、在样品室的第一侧壁中的至少一个第一开口，在第一可替代方案中用于将气氛吹入样品室中，或在第二可替代方案中用于将气氛排出样品室；以及至少一个第二开口，其布置在第二侧上、在样品室的第二侧壁中，在第一可替代方案中用于允许气氛从样品室内离开样品室，或在第二可替代方案中用于允许气氛从样品室外进入样品室。
7.因此，本发明构思提供了一种显微镜，该显微镜包括相对较大的样品室，该样品室提供了到样品的自由通路，同时提供了通过样品室的气氛的流。在本文中，应注意，本发明
构思不限于培养样品室，还可以用于气氛的流、特别是层流会有利于样品的检查或样品本身的显微镜中。因此，在不丧失一般性的情况下，诸如“培养样品室”或“培养气氛”等术语的使用不应被视为限制本发明的范围。
8.本发明构思提供了气氛通过样品室的定向流的优点，该流优选为层流或基本上为层流。气氛的这种定向流有许多优点。首先，流会携带诸如灰尘、污垢和细菌的任何颗粒进入样品室并且把它们送到出口处。其次，定向流的作用类似于屏障或帷幕，该屏障或帷幕防止气氛从样品室离开，并且防止外部气氛进入样品室。这些效果允许围绕在样品室内的显微镜台上放置的样品形成(半)无菌工作环境。此外，在培养样品室的情况下，可以循环使用培养气氛。从样品室排出的培养气氛可以循环并且吹回样品室。培养气氛的一部分会更新或补充。这在打开和关闭样品室门后节省培养气氛体积和能量。
9.在本发明构思的第一可替代方案中，第一风扇组件可以包括一个或更多个风扇或鼓风机，用于将气氛吹动通过在样品室的第一侧壁中的至少一个第一开口。第一风扇组件优选地靠近至少一个第一开口布置或直接布置在至少一个第一开口处，并且优选地布置在样品室外，或布置在至少一个第一开口中。至少一个第一开口可以是覆盖第一风扇组件的该一个或更多个风扇/鼓风机的单个的开口，或可以包括两个或更多个开口，用于将由第一风扇组件吹动的气氛导入样品室的内部，每一个开口优选地分配给第一风扇组件的多个风扇/鼓风机中的一个。此外，在本发明构思的第一可替代方案中，至少一个第二开口布置在样品室的第二侧壁中，该第二侧壁与第一侧壁不同，用于允许气氛从样品室内离开样品室。类似地，可以在样品室的第二侧壁中提供一个或更多个第二开口。
10.在优选实施例中，至少一个第二开口的位置、几何形状和尺寸确定为，使得形成气氛的非湍流的流，优选形成层流或基本上为层流。层流的形成还会受到第一风扇组件的风扇的位置、数量和功率以及第一开口的数量、尺寸、几何形状和位置的影响。通常，为了形成气氛通过样品室的稳定流，优选的是样品室的第一侧与样品室的第二侧相对。此外，优选的是第一侧是样品室的顶侧，第二侧是样品室的底侧，并且优选的是第一侧壁是样品室的顶侧壁，第二侧壁是样品室的底侧壁。在大多数情况下，样品室为矩形的固体形状或基本上为矩形的固体形状，或立方形状或基本上为立方形状。
11.根据本发明构思的第二可替代方案，第一风扇组件构造为抽风机组件，用于将气氛通过至少一个第一开口排出样品室，使得至少一个第二开口允许气氛从样品室外进入样品室。关于第一风扇组件、至少一个第一开口和至少一个第二开口，相同的考虑在此处也适用，以便优选地形成气氛通过样品室的非湍流的流，更优选地形成层流或基本上层流。
12.在另一优选实施例中，第二风扇组件布置在样品室的第二侧上，在第一可替代方案中用于将气氛通过至少一个第二开口排出样品室，或在第二可替代方案中用于将气氛通过至少一个第二开口吹入样品室。因此，第二风扇组件可以视为用于形成附加的抽吸或吹动压力以便将气氛通过第二开口排出或将其吹动通过第二开口的支持。第二风扇组件可以包括单个风扇或多个风扇/鼓风机，这些风扇/鼓风机靠近至少一个第二开口布置或布置在至少一个第二开口处，且优选布置在样品室外，或甚至布置在至少一个第二开口中。根据这样的第二风扇组件的功率，可以仅使用单个的风扇以形成足够的抽吸功率，以便将气氛排出样品室。相比之下，在用作将气氛吹入样品室的鼓风机时，优选的是使用一个或更多个风扇/鼓风机作为第二风扇组件。
13.有利的是，第一风扇组件配置为将气氛吹动通过至少一个第一开口，并且布置在第一侧壁中或在第一侧壁处。此外，优选的是第一侧壁是样品室的顶侧壁的至少一部分。根据本实施例，气氛从样品室的顶侧向下至底侧产生流，优选在显微镜台和/或样品的方向上流。
14.也有利的是，第二风扇组件配置为将气氛通过至少一个第二开口排出，并且布置在第二侧壁外。还有利的是，仅使用少量风扇(如果不是仅使用一台风扇)以在第二侧壁外形成抽吸功率，以将气氛通过第二开口排出。
15.在优选实施例中，样品室的门横向于样品室的第一侧壁和第二侧壁布置，使得到样品室中的通路的主要方向(对应于在门关闭时门表面上的表面法线)垂直于或基本垂直于气氛流的方向。在样品室为基本上为矩形的固体形状的正常情况下，样品室优选包括至少一个侧门，作为提供到样品室中的通路的门。该至少一个侧门是在样品室的第三和/或第四侧壁中的门，第三/第四侧壁(基本上)垂直于第一/第二侧壁。通过这种布置，通过打开的门进入样品室的由用户带入的任何污染物都会由气氛的流携带，并且输送到出口。该设置允许为样品提供(半)无菌工作环境。同时，离开或进入样品室的气氛的量大幅减少，这是因为在侧门打开期间，气氛的流作为帷幕或屏障起作用，从而防止气氛从样品室内离开或防止气氛从样品室外进入样品室。
16.在优选实施例中，第二开口围绕和/或靠近布置在样品室内的底侧处的显微镜台布置。在本实施例中，气氛的流从至少一个第一开口指向围绕和/或靠近显微镜台布置的第二开口，样品待放置在该显微镜台上。因此，显微镜台的至少一部分可以由气氛的流环绕或保护。进一步优选地，第二开口布置为，使得形成屏障或帷幕，逆着从样品室的门的进入方向。
17.在优选实施例中，样品室布置在显微镜的显微镜壳体内，该显微镜壳体至少部分地包围样品室。优选的是单独的壳体区段形成样品室，尤其是将样品室用作培养样品室。提供到样品室中的通路的门优选是在显微镜壳体中的门，即样品室和显微镜壳体共用该门。
18.此外，有利的是，显微镜壳体为样品室外的气氛再循环提供空间，用于气氛在至少一个第一开口和至少一个第二开口之间进行再循环。在本实施例中，样品室由显微镜壳体环绕，例如以显微镜壳体区段的形式，从样品室排出的气氛吹到环绕的壳体区段中。在该壳体区段中，可以补充气氛和/或调节其温度和成分，然后将调节后的气氛重新引入样品室。
19.在本文中，优选的是，环绕样品室的显微镜壳体还包围第二风扇组件，特别是，将第二风扇组件配置为将气氛通过至少一个第二开口排出样品室。
20.有利的是，提供第一过滤器系统，该第一过滤器系统配置为过滤流经至少一个第一开口的气氛。过滤器系统可以布置在至少一个第一开口处或在至少一个第一开口中。在气氛通过至少一个第一开口吹入样品室内时，这种第一过滤器系统在本发明构思的第一可替代方案中尤其有用。第一过滤器系统可以有助于清除流入样品室的气氛中的如灰尘、污垢或细菌的任何颗粒。
21.应注意，提供另一(第二)过滤器系统也可以是有利的，该另一过滤器系统配置为过滤流经至少一个第二开口的气氛。这种附加的第二过滤器系统在本发明构思的第二可替代方案中尤其有用。关于其优点，请参考第一过滤器系统的描述。
22.此外，有利的是，提供至少一个第三过滤器系统，其配置为过滤通过环绕样品室的
显微镜壳体的一个或更多个开口或泄漏部流到所述壳体的内部中的空气。在显微镜壳体中的这种泄漏部的存在通常是不可避免的。所述开口也可以是小开口，用于利用来自显微镜壳体外的新鲜空气来更新在显微镜壳体内的气氛。同样，第三过滤器系统有助于清洁进入显微镜壳体内的任何气氛。
23.一般而言，为样品室和/或环绕的显微镜壳体的任何开口和/或泄漏部提供上述过滤器或过滤器系统是合理的。
24.如以上已经提及的，特别优选的是，根据本发明构思的显微镜的第一风扇组件、至少一个第一开口和至少一个第二开口配置为生成通过样品室内的层流。与湍流相反，层流可以最佳地用作帷幕或屏障，并且可以最有效地携带任何颗粒并且将它们输送至出口。
25.如同以上也讨论的，本发明构思可以特别用于含有培养气氛的培养样品室。这种显微镜可以提供用户定义的培养气氛，该培养气氛含有预定的h2o含量和co2含量。此外，可以引入n2以取代o2以便降低氧含量。通常，这种培养气氛的温度是受控的。
26.本发明构思的第二方面的实施例提供了一种操作用于对样品进行显微检查的显微镜的方法，该显微镜包括：用于照明样品的照明光学器件、用于对样品成像的成像光学器件、以及用于接收样品的样品室，所述方法包括以下步骤：通过布置在第一侧上、在样品室的第一侧壁中的至少一个第一开口在第一可替代方案中将气氛吹入样品室，或通过布置在第一侧上、在样品室的第一侧壁中的至少一个第一开口在第二可替代方案中将气氛排出样品室。该方法还包括以下步骤：通过布置在第二侧上、在样品室的第二侧壁中的至少一个第二开口在第一可替代方案中允许气氛从样品室内离开样品室，或通过布置在第二侧上、在样品室的第二侧壁中的至少一个第二开口在第二可替代方案中允许气氛从样品室外进入样品室，用于生成通过样品室内的流或层流或基本层流。
27.需要指出的是，上述与根据本发明构思的第一方面的显微镜有关的特征代表了根据本发明构思的第二方面的方法的对应特征的类似描述。
28.在本发明构思的方法的优选实施例中，生成流或层流或基本层流，更具体地说，持续地生成，同时打开提供到样品室中的通路的门，以进入样品室，例如，用于将样品插入样品室，用于从样品室移除样品，或用于操纵在样品室中的样品。
29.在另一优选实施例中，在对样品室中的样品进行显微检查期间，生成流或层流或基本层流。在本实施例中，气氛流开始生成可以通过启动显微镜本身来触发，或可以由用户在样品的显微检查的早期点开启。为了实现上述(半)无菌工作环境和节省培养气氛的优点，在打开显微镜时开始生成气氛的流，并且在每次打开和关闭用于提供到样品室中的通路的门/盖期间持续地生成气氛的流，则是有利的。
30.如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联列出的项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
31.尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但很明显，这些方面也代表了对应方法的描述，其中块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也代表对应装置的对应块、项目或特征的描述。
32.应当注意，上述示例以及下文解释的示例的特征可以全部或部分地结合到本文未明确提及的其它示例中，这些示例仍然是本公开的一部分。
附图说明
33.图1示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的实施例，
34.图2示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的另一实施例，
35.图3示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的又一实施例，
36.图4示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的又一实施例，
37.图5示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的又一实施例，
38.图6示意性地示出了根据本发明构思的显微镜的又一实施例，以及
39.图7示出了用于操作根据本发明构思的显微镜的方法步骤的流程图。
具体实施方式
40.在下文中，对附图进行全面描述，相同的附图标记表示相同或至少结构相同的部件。
41.图1示意性地示出了本发明构思的显微镜100的实施例，该显微镜100包括显微镜壳体102，该显微镜壳体至少部分地环绕样品室106。显微镜100包括用于照明样品的照明光学器件118和用于对样品成像的成像光学器件124。样品标记为120，并且放置在显微镜台122上。因此，在本实施例中，显微镜100是倒置透射光显微镜。样品室106形成单独的空间，并且优选由显微镜100的壳体区段形成。样品室106可以是包括培养气氛的培养样品室，该培养气氛例如适于活细胞的检查。在本实施例中，样品室106包括照明光学器件118、显微镜台122的上部以及包括样品120的样品载体的上部。成像光学器件124布置在显微镜台下方，并且包括显微镜物镜和其它光学部件，以及可选地包括用于生成/观察样品120的显微图像的摄像机等。这样的成像光学器件124从现有技术中是已知的，因此在此不再进一步描述。应当注意，成像光学器件124的零件也可以位于壳体102外。
42.由图1可以看出，第一风扇组件134布置在样品室106的第一上侧上，用于将气氛通过布置在样品室106的第一侧壁132中的第一开口138吹入样品室106。可以看出，第一开口138接收用于将气氛吹入样品室106的两个风扇。开口138形成为接收第一过滤器系统236，其可以是延伸穿过整个开口138的过滤器，如图2所示。然而，也可以为第一风扇组件134的每一个风扇提供单个的开口，并且可选地将过滤器布置在这些开口中。
43.多个第二开口148布置在样品室106的第二下侧上、在第二侧壁142中，用于允许气氛从样品室106内离开样品室(也称为“出口”)。在本实施例中，多个第二出口148沿着第二侧壁142的较长边缘和较短边缘布置，如图1所示。
44.在这样的实施例中，在第一风扇组件134激活时，生成从样品室的上侧向下到在下侧壁142中的出口148的气氛的定向流。优选地，气氛的定向流是层流，如以下将进一步描述的。
45.从样品室106内在其下侧离开的气氛穿过显微镜壳体102的内部，并且由第一风扇组件134吸入，并且再次吹入样品室106。因此，可以形成气氛的持续流。下面，结合另外的实施例描述进一步的特征、选项和优点。
46.图2示出了样品室106的与图1类似的实施例。图1是立体图，而图2示出了从前方观看的实施例。在本实施例中，第一开口138在上侧230上形成在样品室106的上侧壁132中。开口138接收第一过滤器系统236，该第一过滤器系统可以是延伸穿过开口138的过滤器，如图
2所示。同样包括两个风扇的第一风扇组件134布置在第一侧壁132的第一开口138中，使得吹入样品室106的气氛穿过过滤器系统236。过滤器系统236清除气氛中的任何颗粒，如灰尘、污垢和/或细菌。
47.第二开口(图2中未示出)与样品室106的第一侧230相对地布置在第二侧240上。通过这种布置，可以生成由箭头所表示的层流250。
48.下面，结合另外的实施例描述进一步的特征、选项和优点。
49.图3示出了与图1和图2的实施例类似的优选实施例，包括第二风扇组件344，该风扇组件布置在样品室106的第二侧240上，在这种情况下，布置在第二侧壁142下方。关于第一风扇组件134请参考图2。第二风扇组件344包括一个单个的风扇，用于抽吸流经至少一个第二开口148的气氛，该至少一个第二开口布置第二侧240上、在样品室106的第二侧壁142中。因此，第二风扇组件344支持气氛通过显微镜壳体102内和通过样品室106内的循环。控制单元360布置在壳体102内，用于调节第一风扇组件和第二风扇组件134、344的功率，用于生成通过样品室106的最佳的、特别是层流。控制单元360还可以执行附加任务，例如与显微镜100的操作有关的任务。
50.由图3可以看出，用于进入样品室106的前门308横向于样品室106的第一(上)侧壁132并且横向于样品室106的第二(下)侧壁142而布置。可以根据需要提供其它或附加的门。然而，如以下将结合图6进一步解释的，大多优选的是通过门308提供到样品室中106的通路，关闭的门308的表面的法线基本上垂直于通过样品室106的流250的方向。
51.图4示出了显微镜100的又一实施例，该显微镜具有培养样品室106。本实施例与上面结合图3描述的实施例非常相似，因此在下文中仅讨论区别或附加特征。应当注意，在不同实施例之间的区别和/或附加特征可以组合到的新实施例中，该新实施例仍然处于所附权利要求所限定的本发明构思的范围内。图4的实施例示出了培养控制单元480，用于控制和调节在显微镜壳体102内部、在样品室内和样品室外之间循环的培养气氛的参数，如箭头所表示。
52.合适的培养气氛包括具有预定h2o含量(相对湿度)和预定co2含量(二氧化碳)的空气。在气氛中缺氧的情况下实施缺氧实验也是所期望的。通常，培养气氛的温度可以设定在环境温度直到50℃之间的范围内，co2范围设定在0.5％至20％之间，o2范围设定在1％至18％之间。湿度必须平衡以确保避免潜在的冷凝，或至少不会损害显微镜部件以及样品120本身。优选的是至少控制温度、湿度和二氧化碳含量它们本身。在缺氧实验中，o2含量通过引入n2(氮气)来控制。培养气氛的这些参数可以由培养控制单元480来控制和调节。为了控制上述参数，优选的是将对应的传感器(未示出)布置在样品室106中和/或在显微镜壳体102内和/或在显微镜台122处，优选地靠近样品120。
53.如图4进一步示出的，第三过滤器系统446布置在显微镜壳体102的开口或泄漏部404处。这样的开口/泄漏部404可以允许新鲜空气从显微镜100外导入显微镜壳体102内。这样的空气由第三过滤器系统446过滤并且吸入第二风扇组件344，如箭头470所示。
54.如上面已经提及的，图3的实施例的控制单元360可以再次用于调节第二风扇组件344的功率，以控制其抽吸压力。控制单元360可以连接到培养控制单元480，以关于这方面获得最佳结果。
55.图5示出了主要对应于图4的实施例的又一实施例。在图5中，如以上已经讨论的控
制单元360与培养控制单元480一起布置在显微镜壳体102内。图5示出了立体图，该立体图示出第二(出口)开口148沿下侧壁142的两个边缘的分布。由图5可以看出，形成了层流250，层流250围绕显微镜台122的一侧(也参见图1)起到屏障或帷幕的作用，即气氛的屏障/帷幕防止包括细菌的颗粒侵入样品室，特别是侵入样品120本身上，同时防止样品室内的气氛从样品室离开，并且防止样品室外的气氛侵入样品室。
56.图6更清楚地说明了这种效果，图6示出了用户的手臂610通过打开的侧门308进入样品室106。由图6可以看出，层流250仅在围绕用户的手臂610的小区域内中断，使得气氛的剩余流250仍然作为保护屏障起作用。此外，由用户的手臂610带入的任何污染物可以由气氛的流250携带，并且输送至在样品室106下侧壁中的出口148。除此之外，图6的实施例对应于图1至图5的先前实施例中的任何一个，并且可以与这些实施例中的一个或更多个特征组合。
57.最后，图7示出了用于操作根据本发明构思的显微镜的方法步骤s1至s13的流程图。
58.在步骤s1中，启动显微镜100，同时，通过激活上述实施例中的第一风扇组件134和可选的第二风扇组件344，启动通过样品室106内的气氛的流的生成。然而，本实施例描述的方法不限于图1至6所示的实施例，而是可以应用于根据如所附权利要求限定的本发明构思的其它显微镜。在图7的实施例中，例如，样品室106为如图4和图5所示的培养样品室106。
59.在激活对应的风扇后，也通过激活(图4、图5的实施例的)培养控制单元480来启动培养过程(步骤s2)。在步骤s3期间，等待，直到达到培养设定点。对应的信号可以从培养控制单元480发送到控制单元360(如图5所示)。控制单元360可以向显微镜用户界面发送信号，表明显微镜已准备好被使用。然后，用户或自动机构(装载器)可以打开前门308(见图4)，将样品120放置到显微镜台122上(见图4)，或操纵样品120。在该步骤s4期间，继续生成气氛的流。这将产生如上所述结合图6所讨论的结果和优点。
60.在可选的步骤s5中，在继续在室106内生成层流250(见图5)的同时，样品室106的内表面可以例如通过酒精、紫外线辐射等进行消毒或清洁。
61.在步骤s5的情况下，在步骤s5之后在步骤s6中，优选的是将样品120(手动地或使用装载器)插入样品室中、到显微镜台122上。此后，在步骤s7中关闭门308。
62.在关闭门后，将培养气氛平衡至步骤s3的培养设定点。由于气氛的流250的保护屏障，培养气氛可以用最小的努力(体积、能量、气体)来达到平衡。在步骤s8中，在保持气氛的连续流的同时，还对样品120执行显微成像。
63.在检查样品120后，在步骤s9中，将门308打开，同时保持气氛的连续流。然后，在步骤s10中卸载样品，并且可选地，(手动地或使用自动装载器)装载另一个样品以进行进一步检查。
64.在后一种情况下，该方法返回至可选的步骤s7，其中，将门关闭，以继续执行步骤s8至s10。
65.如果不需要进一步检查，则该方法转到步骤s11，其中，在仍可以保持气氛的连续流的同时，可以再次对样品室的内表面进行消毒或清洁。
66.在接下来的步骤s12中，将门108关闭，并且用户可以关闭显微镜100，包括关掉由培养控制单元480对培养气氛的调节，并且通过第一风扇组件和第二风扇组件134、344停止
气氛的循环(见图5)(步骤s13)。
67.附图标记列表
68.100
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显微镜
69.102
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显微镜壳体
70.106
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样品室
71.118
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照明光学器件
72.120
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样品
73.122
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台阶
74.124
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成像光学器件
75.132
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第一侧壁
76.134
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第一风扇组件
77.138
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第一开口
78.142
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第二侧壁
79.148
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第二开口
80.230
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第一侧
81.236
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第一过滤器系统
82.240
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第二侧
83.250
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气氛的流
84.344
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第二风扇组件
85.352
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第三侧壁
86.360
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控制单元
87.404
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开口、泄露部
88.446
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第三过滤器组件
89.470
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过滤的空气
90.480
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培养控制单元
91.610
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用户手臂
92.s1-s13
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方法步骤