、透射电子显微镜(TEM)、以及扫描透射电子显微镜(STEM)。在一优选实施例中，本发明的切片系统用作超薄切片机，利用其制备大约40nm厚0.5mm宽的薄切片以供电子显微镜使用。这样的薄切片的一个优点在于，在TEM检查中，它允许足够的电子通量透射穿过样品以形成图像。一切片或一系列切片可用于揭示样品的内部结构，例如阿尔茨海默病人的脑组织的内部结构。在另一实施例中，本发明提供一种自动化的超薄切片系统，其可以产生此类薄切片并且将它们依次放置到诸如半导体芯片格栅之类的切片接收器70上。然后，切片接收器70可以用于超高速STEM，超高速STEM是用于样品块内部结构的3D重构的强有力工具，尤其是在纳米技术、生物医疗研究、癌症研究、病毒学、以及临床实践领域。
[0040]再次参照图2，电压生成器80电连接到切割刃51和切片接收器70。电压生成器80可以生成电压并且将该电压施加在切割刃51和切片接收器70之间，从而在二者之间建立静电场。电压可以是上至+1kV或下至-1OkV的DC电压，优选地上至+7kV或下至-7kV，更优选地上至+5kV或下至_5kV。示例性电压范围可以是4kV至6kV或_4kV至_6kV。如下面将描述和示出的那样，在切割操作刚完成之后切片的一端仍附连到切割刃51，切片的另一端可以通过由所述电压导致的静电力而锚定到切片接收器70。
[0041 ] 尽管图2示出了刀片50、样品块60和切片接收器70在固定位置固定到刀片座52、样本座62和接收器座72，但是它们可以用一个或多个接合(engagement)元件连接，优选地可移除地连接，到彼此。接合元件可以包括任何适合的接合和连接结构，包括粘合剂、卡件、钩件、拉件(tab)、按钮、压配合、过盈配合、卡扣配合、插槽(slot)、沟槽(groove)、螺杆、铆钉等等。样品块60可以利用缝线、缝合、组织粘合剂(例如氰基丙烯酸酯等)、或者已知的用于将诸如组织样品之类的样品块附连到用于组织样本座62或中间结构的塑料或其他材料的任何合适的方法或结构，附连到样本座62或中间结构(图2未示出)。
[0042]应理解的是，刀片50、样品块60和切片接收器70也可以按可调节的方式固定到座52、60和72。例如，切割刃51可以沿刃的长度分为η段，每段的尺寸与将要切下的切片的尺寸相当。在切片操作中，η段可以轮流切割样品块60，从而它们将基本均匀地磨蚀，这最大化了刀片被更换或磨快前的使用寿命。为此，刀片50可以是可调节的且被设计为相对于刀片座52沿切割刃51的长度来回移动。或者，刀片50可以固定到刀片座52上，他们二者一起相对于样品块60来回移动。例如，在生产多个切片的自动化切片工艺中，切割刃51的η段可以按带有或不带有一模板(pattern)的预设顺序使用，例如1、2、3、4…n、n...4、3、2、
1、1、2、3、4…η、η...4、3、2、1、…，等等，一直到整个切割刃51磨蚀而不适于进一步切割。
[0043]如果需要自动化或半自动化操作，切片系统可以包括控制电路100。控制电路100可基于硬件电路系统、软件指令或它们的任何组合来实现。参照图2，可选的控制电路100可链接到刀片座52 (进而刀片50)、样本座62 (进而样品块60)、接收器座72 (进而切片接收器70)和电压生成器80，并能控制它们的动作。
[0044]如稍后将详细示出和描述的那样，切割操作下的切片有时可能碰到并且粘附到刀片座52的表面，例如与切割刃51相邻的表面45，如图2所示。为了解决这个问题，切片系统可包括两个可选结构，抗粘附气源40和抗粘附气体传输组件48。气体可通过表面45上的多个孔11以可控的方式输送到表面45上以防止切片(未示出)碰到或粘附到表面45，尤其是在施加电压前。类似地，控制电路100可链接到抗粘附气体传输组件48，并能控制其动作。
[0045]如稍后将详细示出和描述的那样，所切割的切片的一端可能附连到切割刃51上，需要在工艺的某一时刻从其分离。本发明的切片系统还可包括两个可选结构，分离气源41和分离气体传输组件49。气体流可以按可控的方式输送到切割刃51和切片(未示出)之间的接合点(joint)处或其上，用于促进切片从切割刃51分离。类似地，控制电路100可以链接到分离气体传输组件49，并能控制其动作。应理解的是，在适当的时候，抗粘附气源40和分离气源41可组合成一个源，用于组件48和49 二者。
[0046]在示范性实施例中，刀片座52、样本座62、接收器座72、电压生成器80、抗粘附气体传输组件48和分离气体传输组件49可以可选地包括相同或不同的致动单元(分别为54、64、74、84、42和43，如图2所示)，它们全部都由控制电路100控制。致动单元的示例包括但不限于电动机、压电致动器、梳驱动器、液压活塞、气动致动器、电活性聚合物、热膨胀材料、双压电晶片、或它们的任何组合。对于抗粘附气体传输组件48和分离气体传输组件49而言，它们可以包括流量控制器，诸如安装件、喷口、喷嘴、管道、阀、流量控制器、栗、以及压力调节器。
[0047]图2所示的切片系统可采用开环或闭环控制框架。在开环控制系统中，不存在返回信号以修正或优化六个元件的动作，即刀片座52、样本座62、接收器座72、电压生成器80、抗粘附气体传输组件48和分离气体传输组件49。在这种情况下，将切片加工参数作为输入信号提供给数学算法，该数学算法调整控制六个元件的物理性能的信号。因此，确定最佳条件而没有考虑来自六个元件的实际动作的结果。这将与闭环控制系统形成对照，在闭环控制系统中，反馈信号可用于调整或优化切片处理条件或参数以实现有效状态。
[0048]任选地，本发明的切片系统可以包括一个或多个传感器，如图2所示的91、93、95和97。传感器的示例可包括但不限于感应换能器、电容式换能器、线性可变换能器和能执行高速光学图像分析的图像分析仪。传感器可以用来测量运行参数，诸如切割刃51的位移、气压、位置和接近度等。利用这些传感器，控制电路100可以配置为闭环电路，所述闭环回路可以利用所测量的运行参数来调整其对刀片座52、样本座62、接收器座72、电压生成器80、抗粘附气体传输组件48和分离气体传输组件49的控制。控制致动单元54、64、74、84、42和43的信号可以是电流、电压或其他信号。用于闭环控制的测量系统和数据采集方法可能需要模拟或数字数据信号的信号处理或转换，以便在反馈回路中得到有效利用。
[0049]图3示出刀片座52的特定设计，其包含用于从抗粘附气体传输组件48和分离气体传输组件49传输的气体的通道。关于图3，刀片座52具有与刀片50相邻的部件10。抗粘附气体传输组件48将气体通过气体入口 8送入腔室A。在腔室A的底部，有许多孔11，孔11用于在表面45上吹气以防止切片(未示出)触碰和粘附到表面45。分离气体传输组件49将气体通过气体入口 9送入腔室B。腔室B有孔13并且引导气体进入气体出口缝隙17。图4示出刀片座52的仰视图。当需要时，来自缝隙17的气体可以吹到切片和切割刃51的接合点处以便将切片从切割刃51处分离。
[0050]图5-13逐步示出示范性切片工艺。为了描述方便，图5(及其他图，如果需要的话)包括XYZ笛卡尔坐标系以助于对工艺的理解。Z轴方向定义为垂直(或上下)方向，X轴方向定义为水平(或左右)方向，Y轴方向定义为深度(朝向/远离读者)方向。在描述移动方向时，+z、-Z、+X、-X、+Y和-Y分别用于表示垂直向上、垂直向下、水平向左、水平向右、远离读者和靠近读者。
[0051]尽管图5-13将示出刀片50仅沿垂直方向移动，样品块14仅沿水平方向移动，但应该理解的是，只要能正确实现预期目的(如，切割切片)，它们可以沿任何方向移动。例如，刀片50可以沿第一方向(不一定是垂直方向)移动，然后样品块14可以沿第二方向移动，其中第一方向垂直于第二方向。
[0052]在新切片制成之前，切片系统中的各类组件可以设为准备(stand-by)状态，如图5所示。参照图5，刀片座50和样本座62 (这里未示出)操作上定位以便切割刃51切入样品块14(图2的样品块60的特定示例)中，制成新切片。举个简单的例子，切割刃51可以简化为从点(0，Yl, Zl)到点(0，-Yl, Zl)的线段，在图5的横截面视图中示出中点(0，0，Z1)，其中Yl和Zl都为正值。应理解的是，在实际应用中，切割刃51不必是完美直线，而是可以稍微弯曲或参差不齐。样品块14的前表面可以为矩形(长方形)，具有四个顶点(-XI，-Y2，Z2)、(-XI，Y2，Z2)、(-XI，-Y2，Z3)和(-XI，Y2，Z3)，其中 Π、Y2、Z2 和 Z3 都为正值，Z1>Z2>Z3，且Yl多Y2。在图5所示的横截面视图中，样品块14的前表面可以表示为从点(_X1，0，Z2)到点(_X1，0，Z3)的线段，或者简单表示为(-Χ1，0，Ζ2)-(-Χ1，0，Ζ3)。另一方面，接收器座72 (未示出)操作上定位，用于将切片接收器16 (其是图2中的切片接收器70的特定示例)移动到适当的接收位置以接收新的切片。简单起见，我们让切割刃51从点(0，0，Zl)沿-Z方向移动，切割样品块14( S卩，经过点(0，0，Z2)和点(0，0，Z3))，在原点(0，0，0)停止。可以容易地理解，由此制成的新切片将具有Xl的厚度、2Y2的宽度和(Z2-Z3)的长度。如前所述，1nm ^ Xl ^ 2000nm,优选地30nm ^