Mikrotom - Microtome

A mikrotom (a görög Mikros , ami azt jelenti, „kis”, és temnein , jelentése „cut”) egy vágószerszám előállításához használt rendkívül vékony szeletekre anyag ismert szakaszok . A tudomány szempontjából fontos , hogy a mikrotómákat a mikroszkópiában használják , lehetővé téve a minták előkészítését megfigyelésre áteresztő fény vagy elektron sugárzás alatt.

A mikrotómák acél , üveg vagy gyémánt pengéket használnak a szeletelt minta és a vágott szakaszok kívánt vastagsága függvényében. Az acél pengéket állati vagy növényi szövetek szövettani metszeteinek előkészítésére használják fénymikroszkópiához . Az üvegkéseket a fénymikroszkópos részek szeletelésére és az elektronmikroszkópia során a nagyon vékony részek szeletelésére használják . Az ipari minőségű gyémánt késeket kemény anyagok, például csont , fogak és kemény növényi anyagok szeletelésére használják mind fénymikroszkópiában, mind elektronmikroszkópiában. Drágakő minőségű gyémánt késeket is használnak vékony metszetek szeleteléséhez elektronmikroszkópos vizsgálathoz .

A mikrotómia olyan módszer, amellyel vékony metszeteket készítenek olyan anyagokhoz, mint a csontok, ásványi anyagok és fogak, valamint az elektropolírozás és az ionmarás alternatívája . A mikrotóma metszetek elég vékonyak lehetnek, hogy szélességükben metszhessék az emberi hajat, a metszetvastagság 50  nm és 100  μm között legyen .

Történelem

A Cummings által 1770 -ben rajzolt mikrotóma diagramja.

A fénymikroszkóp kifejlesztésének kezdetén a növényekből és állatokból származó metszeteket kézzel készítették el borotvapengével. Megállapítást nyert, hogy a megfigyelés alatt álló minta szerkezetének megfigyeléséhez fontos, hogy tiszta, reprodukálható, 100 μm nagyságú vágásokat végezzünk, amelyeken keresztül a fény továbbítható. Ez lehetővé tette a minták megfigyelését fénymikroszkópok segítségével átviteli módban.

Az ilyen vágások előkészítésének egyik első eszközét 1770 -ben ifjabb George Adams (1750–1795) találta ki, és Alexander Cummings fejlesztette tovább . Az eszközt kézzel működtették, és a mintát hengerben tartották, és kézi forgattyú segítségével a minta tetejéről készített részeket hoztak létre.

1835 -ben Andrew Prichard kifejlesztett egy asztalra épülő modellt, amely lehetővé tette a rezgés elszigetelését az eszköz asztalra helyezésével, elválasztva a kezelőt a késtől.

Időnként a mikrotóma feltalálásáért Wilhelm His, anatómus , Sr. (1865) tulajdonít, Wilhelm a Beschreibung eines Mikrotoms (németül a mikrotóma leírása ) című írásában ezt írta:

A készülék lehetővé tette a munka olyan pontosságát, amellyel olyan részeket érhetek el, amelyeket kézzel nem tudok létrehozni. Nevezetesen lehetővé tette a tárgyak töretlen szakaszainak elérését a kutatás során.

Más források a fejlődést Jan Evangelista Purkyně cseh fiziológusnak tulajdonítják . Számos forrás írja le a Purkyne modellt a gyakorlatban elsőként.

A mikrotóma eredetének homálya annak köszönhető, hogy az első mikrotómák egyszerűen vágóeszközök voltak, és a korai eszközök fejlesztési szakasza széles körben dokumentálatlan.

Az 1800 -as évek végén a nagyon vékony és következetesen vékony minták mikrotómiával történő kifejlesztése, valamint a fontos sejtkomponensek vagy molekulák szelektív festése lehetővé tette a mikroszkóp részleteinek megjelenítését.

Manapság a mikrotomák többsége késblokk kialakítású, cserélhető késsel, mintatartóval és előrelépési mechanizmussal. A legtöbb eszközben a minta levágása a minta kés fölött történő mozgatásával kezdődik, ahol az előrelépési mechanizmus automatikusan előre mozog, így a következő vágás elvégezhető a kiválasztott vastagsághoz. A szakasz vastagságát egy beállító mechanizmus szabályozza, amely lehetővé teszi a pontos szabályozást.

Alkalmazások

Microtome (C. Reichert, Bécs, 1905–1915).

A mikrotomák leggyakoribb alkalmazási területei:

  • Hagyományos szövettani technika: a szöveteket rögzítik, dehidratálják, megtisztítják és beolvasztott paraffinba ágyazzák , amely lehűtve szilárd tömböt képez. A szövetet ezután 2-50 μm vastagságban vágjuk a mikrotómba. Innen a szövetet mikroszkóp tárgylemezre lehet szerelni, a paraffin eltávolítása után megfelelő vizes festék (eke) vel megfesteni, és fénymikroszkóppal vizsgálni.
  • Fagyasztott metszeti eljárás : a vízben gazdag szöveteket fagyasztással keményítik, és fagyasztott állapotban fagyasztó mikrotóm vagy mikrotom- kriosztát segítségével vágják le ; a metszeteket megfestjük és fénymikroszkóppal megvizsgáljuk. Ez a technika sokkal gyorsabb, mint a hagyományos szövettan (5 perc vs 16 óra), és orvosi eljárásokkal együtt használják a gyors diagnózis eléréséhez. A krioszekciók az immunhisztokémiában is alkalmazhatók, mivel a fagyasztó szövet gyorsabban megállítja a szövetek lebomlását, mint a fixáló, és nem változtatja meg vagy maszkolja annyira a kémiai összetételét.
  • Elektronmikroszkópos technika: a szövetek epoxigyantába ágyazása után egy üvegből vagy drágakőből készült gyémántkéssel ellátott mikrotómot használnak nagyon vékony (általában 60-100 nanométeres) részek vágására. A metszeteket megfelelő nehézfémsó vizes oldatával festjük, és transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgáljuk . Ezt a műszert gyakran ultramikrotómnak nevezik . Az ultramikrotomot üvegkéssel vagy ipari minőségű gyémánt késsel is használják a felmérési szakaszok vágására a vékony metszés előtt. Ezek a felmérési szakaszok általában 0,5–1 μm vastagságúak, és üveglapra vannak szerelve, és a TEM vékony metszése előtt megfestve fénymikroszkóp alatt megtalálják az érdekes területeket. A TEM vékony metszése gyakran drágakő minőségű gyémánt késsel történik. A hagyományos TEM technikákat kiegészítve az ultramikrotómákat egyre gyakrabban találják a SEM kamrába szerelve, így a blokkfelület felülete leképezhető, majd eltávolítható a mikrotom segítségével, hogy feltárja a következő felületet a képalkotáshoz. Ezt a technikát soros blokk- arcpásztázó elektronmikroszkópiának (SBFSEM) nevezik.
  • Botanikai mikrotómia technika: a kemény anyagokhoz, mint a fa, a csont és a bőr, szánkós mikrotóma szükséges . Ezek a mikrotómák nehezebb pengékkel rendelkeznek, és nem tudnak olyan vékonyra vágni, mint egy rendes mikrotóma.
  • Spektroszkópia (különösen FTIR vagy infravörös spektroszkópia ) Technika: vékony polimer szakaszokra van szükség ahhoz, hogy az infravörös sugár behatoljon a vizsgált mintába. Normális, ha a mintákat 20 és 100 μm közötti vastagságúra vágjuk. A vékony szakaszon lévő sokkal kisebb területek részletesebb elemzéséhez FTIR mikroszkóp használható a minta ellenőrzéséhez.

Újabb fejlesztés a lézermikrotom , amely mechanikus kés helyett femtoszekundumos lézerrel vágja le a célmintát . Ez a módszer érintésmentes, és nem igényel minta-előkészítési technikákat. A lézermikrotóm szinte minden szövetet fel tud szeletelni natív állapotában. A feldolgozandó anyagtól függően 10–100 μm vastagságú szeletek is megvalósíthatók.

A szakaszolási intervallumok főként a következőkre oszthatók:

  • Soros metszés: a szakaszok folyamatos szalagjának beszerzése egy paraffinblokkból, és az összes felhasználása a diákhoz.
  • Lépésszakaszok: a blokk meghatározott mélységeiben gyűjtötték össze.

Típusok

Szánkó

Szán mikrotom

A szánkó -mikrotóma olyan eszköz, amelyben a mintát rögzített tartóba (transzfer) helyezik, amely aztán késsel hátra és előre mozog. A modern szán mikrotomák szánja lineáris csapágyra van helyezve, ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a mikrotom könnyen vághasson sok durva részt. A minta és a mikrotom kés közötti szögek beállításával csökkenthető a vágás során a mintára gyakorolt ​​nyomás. A mikrotóma ezen kialakításának tipikus alkalmazási területei a nagy minták, például a biológiai készítményekhez paraffinba ágyazott minták előkészítése. A szán -mikrotomon elérhető tipikus vágási vastagság 1 és 60 μm között van.

Forgó

Régebbi felépítésű forgó mikrotóma

Ez a műszer egy közös mikrotóma -kialakítás. Ez az eszköz fokozatosan forgatható, így a tényleges vágás a forgó mozgás része. Egy forgó mikrotómban a kés jellemzően vízszintes helyzetben van rögzítve.

A minta mozgásának elve forgó mikrotóm vágásához

A bal oldali ábrán a vágás elve látható. A mintatartó mozgása révén a mintát a kés 1 -es pozíciója a 2 -es pozícióba vágja, ekkor a friss rész a késen marad. A forgómozgás legmagasabb pontján a mintatartót ugyanolyan vastagsággal tolják előre, mint az elkészítendő részt, lehetővé téve a következő szakasz elkészítését.

A lendkerék sok mikrotómban kézzel működtethető. Ennek az az előnye, hogy tiszta vágást lehet végezni, mivel a lendkerék viszonylag nagy tömege megakadályozza a minta leállítását a minta vágása során. Az újabb modellek lendkerékét gyakran beépítik a mikrotom burkolatába. A forgó mikrotómák tipikus vágási vastagsága 1 és 60 μm között van. Kemény anyagok, például szintetikus gyantába ágyazott minta esetében ez a mikrotom kialakítás lehetővé teszi a jó "félvékony" metszeteket, amelyek vastagsága akár 0,5 μm.

Cryomicrotome

Kriomikrotóm

A fagyasztott minták vágásához sok forgó mikrotóma alkalmazható folyékony-nitrogén kamrában történő vágásra, úgynevezett kriomikrotóm elrendezésben. A csökkentett hőmérséklet lehetővé teszi a minta keménységének növelését, például üveges átmeneten keresztül, amely lehetővé teszi a félvékony minták előkészítését. A minta és a kés hőmérsékletét azonban ellenőrizni kell a minta vastagságának optimalizálása érdekében.

Ultramikrotóm

Szalag ultravékony szakaszokból, szobahőmérsékletű ultramikrotómiával elkészítve, vízen lebegve a metszetek vágásához használt gyémánt kés csónakjában. A kés penge a vízvályú felső végénél.

Ultramikrotómmal egyik fő eszköze ultramicrotomy . Lehetővé teszi rendkívül vékony szakaszok elkészítését, a készülék ugyanúgy működik, mint egy forgó mikrotóma, de nagyon szűk tűrésekkel rendelkezik a mechanikai felépítéssel szemben. A gondos mechanikai felépítés eredményeként a rögzítés lineáris hőtágulását használják a vastagság nagyon finom szabályozására.

Ezek a rendkívül vékony vágások fontosak a transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) és a soros blokkoldali pásztázó elektronmikroszkóppal (SBFSEM) való használatra, és néha fontosak a fényoptikai mikroszkópia során is. Ezeknek a vágásoknak a vastagsága jellemzően 40 és 100 nm között van az átviteli elektronmikroszkópia esetében, és gyakran 30 és 50 nm között van az SBFSEM esetében. Az 500 nm-es vastagabb szakaszokat speciális TEM alkalmazásokhoz vagy fénymikroszkópos felmérési szakaszokhoz is használják, hogy kiválasszanak egy területet az utolsó vékony szakaszokhoz. Gyémántkést (lehetőleg) és üvegkést használnak ultramikrotómákkal. A metszetek összegyűjtéséhez vágás közben egy folyadék tetejére úsztatják, és gondosan felveszik a TEM -minta megtekintésére alkalmas rácsokra. A metszet vastagsága becsülhető a visszavert fény vékonyrétegű interferencia színei alapján, amelyek a rendkívül alacsony mintavastagság eredményeként láthatók.

Rezgő

A vibráló mikrotom rezgőpengével történő vágással működik, lehetővé téve a kapott vágást kisebb nyomással, mint egy álló pengéhez. A vibráló mikrotómot általában nehéz biológiai mintákhoz használják. A vágásvastagság általában 30–500 μm körüli az élő szöveteknél és 10–500 μm a rögzített szöveteknél.

A vibráló mikrotóma egyik változata a Compresstome mikrotóma. A Compresstome fecskendőt vagy "rúzsszerű" csövet használ a szövet rögzítésére. A szövetminta teljesen bele van ágyazva agarózba ( poliszacharidba ), és a szövetet lassan és óvatosan kinyomják a csőből, hogy a vibráló penge levághassa. A készülék a következőképpen működik: a mintacsőnek az a vége, ahol a szövet megjelenik, valamivel keskenyebb, mint a betöltő vég, ami lehetővé teszi a szövet kíméletes "összenyomását" a csőből kilépve. Az enyhe összenyomódás megakadályozza a nyírást, az egyenetlen vágást és a rezgések kialakulását. Vegye figyelembe, hogy a tömörítési technológia nem károsítja vagy befolyásolja a metszett szövetet.

A Compresstome mikrotómnak számos előnye van: 1) az agaróz beágyazása minden oldalon stabilitást biztosít a teljes minta számára, ami megakadályozza a szövetek egyenetlen szeletelését vagy nyírását; 2) a tömörítési technológia finoman összenyomja a szövetet az egyenletes vágás érdekében, hogy a penge ne nyomja a szövetet; 3) gyorsabb metszés, mint a legtöbb vibráló mikrotóma; és 4) jól vágja az idősebb vagy érettebb állatok szöveteit, hogy egészségesebb szöveteket biztosítson.

Fűrész

A fűrész mikrotóma különösen kemény anyagokhoz, például fogakhoz vagy csontokhoz készült. Az ilyen típusú mikrotómnak van egy süllyesztett forgó fűrésze, amely átvágja a mintát. A minimális vágási vastagság körülbelül 30 μm, és viszonylag nagy mintákhoz készíthető.

Lézer

A lézermikrotóm működésének fogalmi diagramja

A lézer mikrotomot eszköze érintésmentes szeletelés. A minta előzetes előkészítése beágyazással, fagyasztással vagy kémiai rögzítéssel nem szükséges, ezáltal minimalizálva az előkészítési módszerekből származó melléktermékeket. Alternatívaként ez a mikrotom kialakítás nagyon kemény anyagokhoz is használható, például csontokhoz vagy fogakhoz, valamint egyes kerámiákhoz. A mintaanyag tulajdonságaitól függően az elérhető vastagság 10 és 100 μm között van.

A készülék infravörös lézer vágási műveletével működik. Mivel a lézer sugárzást bocsát ki a közeli infravörös sugárzásban, ebben a hullámhosszú rendszerben a lézer kölcsönhatásba léphet a biológiai anyagokkal. A mintán belüli éles fókuszálással nagyon nagy intenzitású, akár TW /cm 2 fókuszpont érhető el. A fókusztáji optikai behatolás nem-lineáris kölcsönhatása révén az anyag szétválasztása egy foto-megszakítás néven ismert folyamatban történik. Ha a lézerimpulzus időtartamát a femtoszekundumos tartományra korlátozza, a célterületen elköltött energia pontosan szabályozható, ezáltal a vágás interakciós zónája mikrométer alá korlátozódik. Ezen a zónán kívül az ultra-rövid sugárzási idő minimális vagy semmilyen hőveszteséget nem okoz a minta többi részében.

A lézersugárzás egy gyorsan pásztázó tükör alapú optikai rendszerre irányul, amely lehetővé teszi a sugárkereszt háromdimenziós elhelyezését, miközben lehetővé teszi a sugár áthaladását a kívánt érdeklődési területre. A nagy teljesítmény és a nagy rasztersebesség kombinációja lehetővé teszi, hogy a szkenner rövid idő alatt nagyméretű mintákat vágjon le. A lézermikrotómban a szövetek, sejtszerkezetek és egyéb apró jellemzők belső területeinek lézeres mikrodiszekciója is lehetséges.

Kések

Gyémántkéses penge ultravékony (jellemzően 70-350 nm) szakaszok vágására, transzmissziós elektronmikroszkópiához.
Az eldobható penge vágóélete mikroszkóp alatti mikrotomhoz.

A mikrotóm késkésprofil kiválasztása a minták anyagától és előkészítésétől, valamint a végső mintakövetelményektől (pl. Vágásvastagság és minőség) függ.

Tervezési és vágási típusok

Mikrotóm kések profiljai.

A késeket általában a kés penge profilja jellemzi, amely a sík homorú, ék alakú vagy véső formájú kategóriákba tartozik.

A sík homorú mikrotóm kések rendkívül élesek, de nagyon finomak is, ezért csak nagyon lágy mintákkal használhatók. Az ékprofilú kések valamivel stabilabbak, és mérsékelten kemény anyagokban, például epoxi vagy kriogén mintavágásban használhatók. Végül a tompa élű vésőprofil növeli a kés stabilitását, miközben lényegesen több erőt igényel a vágás eléréséhez.

Az ultramikrotomákhoz üveg- és gyémántkésekre van szükség, ezért a penge vágott szélessége néhány milliméter nagyságrendű, és ezért lényegesen kisebb, mint a klasszikus mikrotóm késeknél. Az üvegkéseket általában üvegrudak törésével állítják elő speciális "késkészítő" törőeszközökkel. Üvegkések használhatók a kezdeti mintakészítéshez, még akkor is, ha gyémántkések használhatók a végső metszéshez. Az üvegkéseknek általában kis vályúik vannak, műanyag szalaggal, amelyeket vízzel töltenek meg, hogy a minta lebeghessen a későbbi gyűjtéshez. A gyémántlapátok beépíthetők egy ilyen meglévő vályúba, lehetővé téve ugyanazt a gyűjtési módszert.

Metszés

A mikrotom segítségével történő vágás előtt a biológiai anyagokat általában merevebb rögzítőanyagba helyezik, a beágyazás néven ismert eljárásban. Ezt úgy érik el, hogy folyékony anyagot, például paraffint (viaszt) vagy epoxit öntenek be a minta köré, amelyet egy formába helyeznek, majd megkeményítenek, hogy könnyen blokkolható "tömböt" hozzanak létre.

A deklináció a minta függőleges és a kés penge közötti érintkezési szög. Ha a kés penge derékszögben van (deklináció = 90), a vágás közvetlenül nyomás alapú módban történik, és ezért az erők arányosan nagyobbak. Ha azonban a kést megdöntik, akkor a kés relatív mozgása egyre inkább párhuzamos a minta mozgásával, lehetővé téve a szeletelést. Ez a viselkedés nagyon fontos nagy vagy kemény minták esetén

A kés dőlése a késlap és a minta közötti szög. Az optimális eredmény érdekében ezt a szöget megfelelően kell megválasztani. Az optimális szög a kés geometriájától, a vágási sebességtől és sok más paramétertől függ. Ha a szöget nullára állítja, a kés vágása gyakran válhat szabálytalanná, és a kés új helyét kell használni ennek kiegyenlítésére.

Ha a szög túl nagy, a minta gyűrődhet, és a kés időszakos vastagságváltozásokat idézhet elő a vágásban. Ha tovább növeli a szöget úgy, hogy túl nagy, akkor a kés penge megsérülhet.

Lásd még

Hivatkozások

  1. ^ a b Hill, János (1770). A fa építése, korai növekedése óta; Mikroszkóp magyarázza, és kísérletekből bizonyított, sokféle formában . London: A szerző. pp.  5 -11, Plate I.
  2. ^ Quekett, János (1848). Gyakorlati értekezés a mikroszkóp használatáról . London: Hippolyte Bailliere. 306. o. , XII .  fejezet (Mikrotómák és mikrotóm kések).
  3. ^ Névtelen (1910). "Egy tizennyolcadik századi mikrotóma" . A Royal Microscopical Society folyóirata . Oxford, Anglia: The Royal Microscopical Society: 779–782.
  4. ^ Gilbert Morgan Smith: A botanikai mikrotechnika fejlődése. In: Transactions of the American Microscopical Society 34, Nr. 2. 1915, S. 71–129, ( a cikk PDF-verziója) JSTOR  3221940 doi : 10.2307/3221940 Szabadon olvasható
  5. ^ "Wilhelm övé" . Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica . Lap 24-March 2009-es .
  6. ^ Loukas M, Clarke P, Tubbs RS, Kapos T, Trotz M (2008). "Az Ő családja és hozzájárulásuk a kardiológiához". International Journal of Cardiology . 123 (2): 75–78. doi : 10.1016/j.ijcard.2006.12.070 . ISSN  0167-5273 . PMID  17433467 .
  7. ^ "Szövettan" . msn Encarta . 2009. április 25 -én archiválva az eredetiből . Lap 18-March 2009-es .
  8. ^ Detlev Ganten: Handbuch der molekularen Medizin (Handbook of molecular medicine) , Springer, ISBN  3-540-64552-7 , ( Google-Books )
  9. ^ Werner Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (2005): Enzyklopädie Medizingeschichte ( Orvostörténeti enciklopédia), Walter de Gruyter, ISBN  3-11-015714-4 , ( Google-Books )
  10. ^ Ernst Mayr (2002).Die Entwicklung der biologischen Gedankenwelt. (A biológiai gondolkodás evolúciója) . Springer. ISBN 978-3-540-43213-5.
  11. ^ Werner Linß, Werner Linb, Jochen Fanghänel: Histologie: Zytologie, allgemeine Histologie, mikroskopische Anatomie. (Szövettan: citológia, általános szövettan, mikroszkopikus anatómia) Walter de Gruyter, 1998, ISBN  3-11-014032-2 ( Google-Books )
  12. ^ Bancroft, János; Stevens, Alan, szerk. (1982). A szövettani technikák elmélete és gyakorlata (2. kiadás). Longman Group Limited.
  13. ^ a b c d e f g Gudrun Lang (2006).Histotechnik. Praxislehrbuch für die Biomedizinische Analytik. (Szövettan: gyakorlati tankönyv az analitikus biomedicina számára) . Springer, Wien/New York. ISBN 978-3-211-33141-5.
  14. ^ a b c Klaus Henkel: Das Schneiden mit dem Mikrotom Archivált 2009. november 10 -én a Wayback Machine -ben . Mikrobiologische Vereinigung München e. V., 2006, hozzáférés: 2009. február 15.
  15. ^ Peachey Lee D. (1958). "Vékony metszetek: A metszetvastagság és a mikrotómia során keletkezett fizikai torzítás tanulmányozása" (PDF) . J Biophys Biochem . Cytol . 4 (3): 233–242. doi : 10.1083/jcb.4.3.233 . PMC  2224471 . PMID  13549493 .
  16. ^ Krumdieck, Carlos L. (2013. január). "Élő szöveti mikrotóma kifejlesztése: egy amatőr gépész tükröződései" . Xenobiotica . 43. (1): 2–7. doi : 10.3109/00498254.2012.724727 . ISSN  0049-8254 . PMID  23009272 . S2CID  6108637 .
  17. ^ Abdelaal, Hadia M .; Kim, Hyeon O .; Wagstaff, Reece; Sawahata, Ryoko; Dél, Peter J .; Skinner, Pamela J. (2015. január 1.). "Friss főemlős limfoid és genitális szövetek vibratom és Compresstome metszeteinek összehasonlítása in situ MHC-tetramer és immunfluoreszcens festéshez" . Biológiai eljárások online . 17. cikk (1) bekezdés: 2. doi : 10.1186/s12575-014-0012-4 . ISSN  1480-9222 . PMC  4318225 . PMID  25657614 .
  18. ^ "index" . www.precisionary.com . Letöltve: 2016. szeptember 6 .
  19. ^ "Javított módszerek akut agyszelet előkészítésére felnőtt és idős állatokból" .
  20. ^ Holger Lubatschowski 2007: Laser Microtomy , Wiley-VCH Verlag GmbH, Biophotonics, S. 49-51 ( PDF archivált július 19, 2011 at a Wayback Machine ). doi : 10.1002/opph.201190252 Szabadon olvasható

Külső linkek