Войти
A микротом (от греческого mikros, что означает «маленький», и temnein, означает «резать») - это инструмент, используемый для резки очень тонких срезов материала, известных как секции. В науке важно то, что микротомы используются в микроскопии, что позволяет подготовить образцы для наблюдения в проходящем свете или электронном излучении.
В микротомах используются стальные, стеклянные или алмазные лезвия в зависимости от разрезаемого образца и желаемой толщины разрезаемых частей. Стальные лезвия используются для подготовки срезов тканей животных или растений для световой микроскопии гистологии. Стеклянные ножи используются для срезов срезов для световой микроскопии и для срезов очень тонких срезов для электронной микроскопии. Алмазные ножи промышленного класса используются для резки твердых материалов, таких как кости, зубы и растительный материал, как для световой, так и для электронной микроскопии. алмазные ножи ювелирного качества используются для резки тонких срезов для электронной микроскопии.
Микротомия - это метод подготовки тонких срезов для таких материалов, как кости, минералы и зубы, и альтернатива электрополировка и ионное измельчение. Срезы микротома можно сделать достаточно тонкими, чтобы рассечь человеческий волос по ширине, с толщиной среза от 50 нм до 100 μm.
Схема микротома, нарисованная Каммингсом в 1770 году. В начале светового микроскопа, срезы растений и животных были приготовлены вручную с помощью бритвенных лезвий. Было обнаружено, что для наблюдения за структурой наблюдаемого образца важно сделать чистые воспроизводимые срезы размером порядка 100 мкм, через которые может проходить свет. Это позволило наблюдать образцы с помощью световых микроскопов в режиме пропускания.
Одно из первых устройств для приготовления таких отрубов было изобретено в 1770 году Джорджем Адамсом-младшим (1750–1795) и далее развито Александром Каммингсом. Устройство приводилось в действие вручную, и образец удерживался в цилиндре, а секции создавались из верхней части образца с помощью ручного кривошипа.
В 1835 году Эндрю Причард разработал настольную модель, которая позволила вибрации быть изолировать, прикрепив устройство к столу, отделяя оператора от ножа.
Иногда авторство изобретения микротома приписывается анатому Вильгельму Хису-старшему (1865) В своей книге «Beschreibung eines Mikrotoms» (нем. «Описание микротома») Вильгельм писал:
Аппарат обеспечил точность в работе, с помощью которой я могу получить секции, которые я не могу создать вручную. А именно, это сделало возможным получение сплошных секций объектов в ходе исследования.
Другие источники также приписывают разработку чешскому физиологу Яну Евангелисте Пуркине. Некоторые источники описывают модель Пуркина как первую в практическом использовании.
Неясности в происхождении микротома связаны с тем фактом, что первые микротомы были просто режущими аппаратами, а стадия разработки ранних устройств широко распространена. без документов.
В конце 1800-х годов разработка очень тонких и неизменно тонких образцов с помощью микротомии вместе с избирательным окрашиванием важных клеточных компонентов или молекул позволила визуализировать детали микроскопа.
Сегодня большинство микротомов представляют собой ножевую конструкцию со сменным ножом, держателем образца и механизмом продвижения. В большинстве устройств разрезание образца начинается с перемещения образца над ножом, при этом механизм продвижения автоматически перемещается вперед, так что можно сделать следующий разрез выбранной толщины. Толщина профиля регулируется с помощью механизма регулировки, что позволяет точно регулировать.
Микротом (К. Райхерт, Вена, 1905–1915). Наиболее распространенные применения микротомов :
Недавняя разработка - лазерный микротом, который разрезает целевой образец. с фемтосекундным лазером вместо механического ножа. Этот метод является бесконтактным и не требует подготовки проб. Лазерный микротом способен разрезать практически любую ткань в ее естественном состоянии. В зависимости от обрабатываемого материала возможна толщина срезов от 10 до 100 мкм.
Интервалы секционирования можно разделить в основном на:
Сани-микротом Сани-микротом - это устройство, в котором образец помещается в фиксированный держатель (челнок), который затем перемещается назад и вперед по нож. В современных микротомах салазок салазки размещены на линейной опоре, конструкция которой позволяет микротому легко разрезать множество крупных срезов. Регулируя углы между образцом и ножом микротома, можно уменьшить давление, прилагаемое к образцу во время разреза. Типичным применением микротома этой конструкции является приготовление больших образцов, например, залитых в парафин биологических препаратов. Типичная толщина реза, достигаемая на санном микротоме, составляет от 1 до 60 мкм.
Ротационный микротом более старой конструкции Этот инструмент представляет собой обычную конструкцию микротома. Это устройство работает с поэтапным вращательным действием, так что фактическая резка является частью вращательного движения. В вращающемся микротоме нож обычно фиксируется в горизонтальном положении.
Принцип движения образца для выполнения разреза на вращающемся микротоме На рисунке слева поясняется принцип разреза. За счет движения держателя образца образец срезается ножом из положения 1 в положение 2, после чего свежий участок остается на ноже. В самой высокой точке вращательного движения держатель образца продвигается на ту же толщину, что и участок, который должен быть изготовлен, позволяя сделать следующий участок.
Во многих микротомах маховиком можно управлять вручную. Это имеет то преимущество, что можно сделать чистый разрез, поскольку относительно большая масса маховика предотвращает остановку образца во время разреза образца. Маховик в новых моделях часто встроен в корпус микротома. Типичная толщина среза вращающегося микротома составляет от 1 до 60 мкм. Для твердых материалов, таких как образец, залитый синтетической смолой, такая конструкция микротома может позволить получить хорошие «полутонкие» срезы толщиной всего 0,5 мкм.
Криомикротом Для резки замороженных образцов многие вращающиеся микротомы могут быть адаптированы для резки в камере с жидким азотом в так называемой установке криомикротома. Пониженная температура позволяет повысить твердость образца, например, за счет стеклования, что позволяет приготовить полутонкие образцы. Однако температуру образца и температуру ножа необходимо контролировать, чтобы оптимизировать получаемую толщину образца.
Лента из ультратонких срезов, приготовленная с помощью ультрамикротомии при комнатной температуре, плавающая на воде в лодке алмазного ножа, используемого для разрезания срезов. Лезвие ножа - это край на верхнем конце желоба с водой. Ультрамикротом является основным инструментом ультрамикротомии. Он позволяет получать очень тонкие срезы, при этом устройство работает так же, как ротационный микротом, но с очень жесткими допусками на механическую конструкцию. В результате тщательной механической конструкции используется линейное тепловое расширение крепления для обеспечения очень точного контроля толщины.
Эти чрезвычайно тонкие надрезы важны для использования с просвечивающим электронным микроскопом (ПЭМ) и серийная сканирующая электронная микроскопия (SBFSEM), а иногда также важны для светооптической микроскопии. Типичная толщина этих разрезов составляет от 40 до 100 нм для просвечивающей электронной микроскопии и часто от 30 до 50 нм для SBFSEM. Более толстые срезы толщиной до 500 нм также берутся для специализированных приложений ПЭМ или для срезов световой микроскопии, чтобы выбрать область для окончательных тонких срезов. Алмазные ножи (предпочтительно) и стеклянные ножи используются с ультрамикротомами. Чтобы собрать срезы, их плавают поверх жидкости во время разреза и осторожно помещают на решетки, подходящие для просмотра образцов ПЭМ. Толщина секции может быть оценена по интерференции тонкой пленки цветов отраженного света, которые видны в результате очень малой толщины образца.
Вибрационный микротом работает за счет резки с использованием вибрирующего лезвия, что позволяет резать с меньшим давлением, чем это требуется для неподвижного лезвия. Вибрационный микротом обычно используется для сложных биологических образцов. Толщина разреза обычно составляет около 30–500 мкм для живой ткани и 10–500 мкм для фиксированной ткани.
Разновидностью вибрирующего микротома является микротом Compresstome. В Compresstome используется шприц для образцов или трубка, похожая на губную помаду, для удержания ткани. Образец ткани полностью погружают в агарозу (полисахарид ), и ткань медленно и осторожно выдавливают из трубки для разреза вибрирующим лезвием. Устройство работает следующим образом: конец трубки с образцом, на котором выходит ткань, немного уже, чем конец нагрузки, что позволяет мягко «сжимать» ткань, когда она выходит из трубки. Небольшое сжатие предотвращает образование артефактов сдвига, неравномерного резания и вибрации. Обратите внимание, что технология сжатия не повреждает и не влияет на разрезаемую ткань.
Микротом Compresstome обладает рядом преимуществ: 1) заделка агарозы обеспечивает стабильность всего образца со всех сторон, что предотвращает неравномерное разрезание или разрез ткани; 2) технология сжатия мягко сжимает ткань для равномерного разреза, так что лезвие не прижимается к ткани; 3) более быстрое разделение на секции, чем у большинства вибрирующих микротомов; и 4) он хорошо разрезает ткани старых или более взрослых животных, чтобы обеспечить более здоровые ткани.
Пильный микротом особенно подходит для твердых материалов, таких как зубы или кости. Микротом этого типа имеет вращающуюся пилу, которая разрезает образец. Минимальная толщина реза составляет приблизительно 30 мкм и может быть изготовлена для сравнительно больших образцов.
Концептуальная схема работы лазерного микротома Лазерный микротом - это инструмент для бесконтактная нарезка. Предварительная подготовка образца путем заливки, замораживания или химической фиксации не требуется, что сводит к минимуму артефакты от методов подготовки. В качестве альтернативы эта конструкция микротома также может использоваться для очень твердых материалов, таких как кости или зубы, а также для некоторых керамических изделий. В зависимости от свойств материала образца достижимая толщина составляет от 10 до 100 мкм.
Устройство работает с режущим действием инфракрасного лазера. Поскольку лазер излучает излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, в этом режиме длины волны лазер может взаимодействовать с биологическими материалами. За счет резкой фокусировки зонда в образце может быть достигнута точка фокусировки очень высокой интенсивности, до TW / см. За счет нелинейного взаимодействия оптического проникновения в фокальной области происходит разделение материала в процессе, известном как фоторазрыв. Ограничивая длительность лазерного импульса фемтосекундным диапазоном, энергия, расходуемая в целевой области, точно регулируется, тем самым ограничивая зону взаимодействия реза до менее микрометра. За пределами этой зоны сверхкороткое время воздействия луча приводит к минимальному тепловому повреждению остальной части образца или его отсутствию.
Лазерное излучение направляется на оптическую систему на основе быстродействующего сканирующего зеркала, которая позволяет трехмерное позиционирование пересечения луча, одновременно обеспечивая прохождение луча в желаемую интересующую область. Сочетание высокой мощности с высокой скоростью растрирования позволяет сканеру вырезать большие площади образца за короткое время. В лазерном микротоме также возможна лазерная микродиссекция внутренних участков тканей, клеточных структур и других типов мелких деталей.
Лезвие алмазного ножа, используемое для резки ультратонких срезов (обычно от 70 до 350 нм) для просвечивающей электронной микроскопии. 
Режущая кромка одноразового лезвия для микротома под микроскопом. Выбор профиля лезвия ножа микротома зависит от материала и подготовки образцов, а также от конечных требований к образцу (например, толщины и качества реза).
Профили ножей микротома. Как правило, ножи характеризуются профилем лезвия ножа, который подпадает под категории плоских вогнутых, клиновидных или долотообразных конструкций.
Плоские вогнутые ножи микротома очень острые, но также очень хрупкие и поэтому используются только с очень мягкими образцами. Ножи с клиновым профилем несколько более стабильны и находят применение в материалах средней твердости, таких как эпоксидная смола или криогенная резка образцов. Наконец, профиль долота с его тупым краем повышает устойчивость ножа, при этом требуя значительно большего усилия для достижения резания.
Для ультрамикротомов требуются стеклянные и алмазные ножи, поэтому ширина реза лезвия составляет порядка нескольких миллиметров и, следовательно, значительно меньше, чем у классических ножей для микротома. Стеклянные ножи обычно изготавливают путем разрушения стеклянных прутков с помощью специальных устройств для разрушения стекла. Стеклянные ножи могут использоваться для начальной подготовки проб, даже если алмазные ножи могут использоваться для окончательной резки. Стеклянные ножи обычно имеют небольшие желоба, сделанные из пластиковой ленты, которые заполняются водой, чтобы образец мог плавать для последующего сбора. Алмазные лезвия могут быть встроены в такой существующий желоб, что позволяет использовать тот же метод сбора.
Перед разрезанием микротомом биологические материалы обычно помещают в более жесткий фиксатор в процессе, известном как заливка. Это достигается за счет притока жидкого вещества вокруг образца, такого как парафин (воск) или эпоксидная смола, который помещается в форму, а затем затвердевает с образованием «блока», который легко разрезать.
Наклон - это угол контакта между вертикалью образца и лезвием ножа. Если лезвие ножа расположено под прямым углом (наклон = 90), разрез выполняется непосредственно с использованием режима, основанного на давлении, и поэтому силы пропорционально больше. Однако, если нож наклонен, относительное движение ножа становится все более параллельным движению образца, что позволяет разрезать. Такое поведение очень важно для больших или твердых образцов
Наклон ножа - это угол между лицевой стороной ножа и образцом. Для получения оптимального результата этот угол нужно выбирать соответствующим образом. Оптимальный угол зависит от геометрии ножа, скорости резки и многих других параметров. Если угол отрегулирован до нуля, резание ножом часто может стать беспорядочным, и необходимо использовать новое положение ножа, чтобы сгладить это.
Если угол слишком большой, образец может смяться, и нож может вызвать периодические изменения толщины разреза. При дальнейшем увеличении угла до слишком большого можно повредить лезвие ножа.
 | На Викискладе есть медиафайлы, относящиеся к Microtome. |
