用于检查培养样品的显微镜和包括该显微镜的系统以及相应的方法与流程

1.本发明构思涉及一种显微镜和包括这种显微镜的系统，用于对样品进行显微镜检查，尤其是用于检查待放置在样品室中的样品，其中，利用适合于样品的培养气氛来培养该样品室。本发明构思还涉及用于为显微镜配备被培养的样品室的方法。


背景技术：

2.尤其是在对例如细胞的活体样品进行显微镜检查的领域中，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，培养室被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台顶式培养器和笼式培养器。
3.笼式培养器包括气候室，该气候室包围整个显微镜，使得需要培养较大的容积。由于显微镜本身位于笼式培养器的内部，对用于放置或操纵样品的工作区域的接近受到阻碍。此外，很难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被放置在显微镜台上，因此台顶式培养器提供了较小的待培养容积。即使台顶式培养器的空间要求最小化，但由于样品被密封箱包围，因此对样品的接近受到阻碍，该密封箱必须被打开以致破坏箱内的培养气氛。相比于笼式培养器的高能量消耗和高气体消耗，台顶式培养器提供了小型封闭的培养室，该培养室包括连接好的供给导管，用于供给所期望的培养气氛。


技术实现要素：

4.鉴于上述缺点，在显微镜中需要一种改进的培养解决方案，这种解决方案尤其是提供一种利用培养设施改造现有的显微镜的可能性。
5.根据本发明构思的实施例提供了一种用于对样品进行显微镜检查的显微镜，该显微镜包括包围照明光学器件、显微镜台和成像光学器件的显微镜壳体，还包括集成的样品室，该样品室位于显微镜壳体内并通过所述显微镜壳体内的单独的壳体区段形成，该壳体区段包括盖，该盖允许直接接近显微镜台，以用于将样品放置在样品室中。换言之，壳体区段包括通过“盖”可关闭的开口或凹部，术语“盖”旨在被理解为门或罩或窗或用于打开和关闭的其他等效手段。壳体区段还包括用于将外部培养环境调节单元连接到样品室的接口，该接口被构造为提供外部培养环境调节单元和样品室之间的连接，使得在外部培养环境调节单元被连接到接口时，样品室中的环境条件/培养气氛可以被控制。
6.因此，根据本发明构思可以提供包括相对较大的样品室的显微镜，该样品室可以被培养并且同时该样品室允许容易地接近样品本身，而不会有如上所述的现有培养解决方案所涉及的缺点。由于专用的样品室通过单独的壳体区段而形成，则可以设计相比于台顶式培养室而言更大的培养室，同时避免了笨重的笼式培养器布置。此外，壳体区段的门/盖/窗使得能够容易地接近样品室，以用于在显微镜台上放置或操纵样品。
7.在有利的实施例中，显微镜壳体的壳体区段被构造为使得当盖关闭时,样品室被
密封。通过密封，尤其是气密性地密封样品室，可以使由于泄露造成的培养气氛的任何损失最小化。
8.在有利的实施例中，壳体区段至少部分地包围壳体显微镜台和用于将样品放置在显微镜台上的工作区域。该显微镜的显微镜台通常包括显微镜台台面，该显微镜台台面在x-y方向上可移动并且包括相应的驱动手段。为了将样品放置在显微镜台上，尤其是放置在显微镜台台面上，在样品的上方、左侧和右侧提供工作区域，允许用户、机器人和/或任何操纵器接近样品。通常，在显微镜台/显微镜台台面的上侧旁边提供工作表面，作为用于任何仪器或其他待检查样品的搁板空间。在这种情况下，如果壳体区段向下被包括显微镜台的上侧(例如显微镜台台面)的工作表面限定，则是有利的。
9.尤其是在倒置透射光显微镜的情况下，如果壳体区段额外地包围显微镜的照明光学器件，则是有利的。照明光学器件通常包括作为主要部件的(led)光源和准直器透镜，以及可能的其他光学元件，如滤波器等。
10.壳体区段在侧向并且在上方可以由所述盖和/或通过壳体区段的侧壁限定，该盖为铰接盖或铰接门的形式。
11.在有利的实施例中，接口包括至少一个开口(也指管道)，该开口被配置为接收导管(也指管子或公称管)，该导管本身连接到外部培养环境调节单元。在不同的实施例中，接口包括至少一个开口(也指管道)，该开口包括导管(也指管子或公称管)，该导管本身可连接到外部培养环境调节单元。至少一个导管(或管子或公称管)用于将培养气氛供给到样品室中的目的，培养气氛适合于待检查的样品。在上述实施例中，至少一个导管可以例如通过焊接或法兰连接直接地连接到调节单元，或者例如通过使用可以安装到显微镜背侧以用于承载调节单元的负载的转接器间接地连接到调节单元。如后续讨论的，至少一个导管还可以包括用于传感器检测培养气氛的参数的传感器或传感器引线，和/或用于在显微镜控制单元和调节单元控制器之间通信的线缆和线路。
12.在有利的实施例中，至少一个开口被构造为，当在没有外部培养环境调节单元的情况下操作显微镜时，至少一个开口以不透光的方式关闭。这一措施避免散射光从外部入侵样品室。
13.有利的是，接口包括用于各个导管的多个开口，这些导管用于供给和排出培养气氛。这样的布置可以确保培养气氛在样品室内均匀分布。
14.虽然可以提供一个用于供给培养气氛的导管以及另一个用于排出培养气氛的导管，但是也可行的是，至少一个导管以两部分的形式形成并具有分隔的横截面区域，该两部分形式限定了在纵向上彼此分离的两个流体路径，以便通过这两个流体路径中的一个流体路径供给培养气氛，并且通过这两个流体路径中的另一个流体路径排出培养气氛。通过这种布置，可以实现培养气氛的最佳循环。
15.如果至少一个导管在其面向样品室的端部包括翼部，则是有利的。这种翼部可以影响流动方向，并且可以要么将流经样品室的培养气氛诱导出所期望的流动方向，要么在样品室内产生湍流。
16.如同以上已经提及的，有利的是，显微镜包括用于感测培养气氛的至少一个参数的至少一个传感器，尤其是至少一个传感器被至少部分地集成到用于将培养气氛供给到样品室的所述至少一个导管中的导管中。这样的传感器特别尤其是可以位于导管中和/或样
品室本身中。应该提供用于检测培养气氛的湿度(h2o)和/或氮气(n2)和/或氧气(o2)和/或二氧化碳(co2)的含量，和/或用于检测培养气氛的温度的传感器。
17.有利的是，接口位于壳体区段的背侧，并且因此待直接或间接地连接到接口(参见上文)的培养环境调节单元被安装到壳体区段的背侧且因此安装到显微镜的背侧。这种布置确保对样品的检查以及改变和操纵不受培养环境调节单元阻碍。此外，这种布置使利用这样的培养环境调节单元对显微镜的改造变得更容易。
18.在有利的实施例中，显微镜是倒置透射光显微镜，其中壳体区段至少部分地包围显微镜的显微镜台和作为显微镜的照明光学器件的透射光照明单元，并且其中提供第二壳体区段，该第二壳体区段至少部分地包围显微镜的成像光学器件。利用这样的布置，显微镜基本上分为两部分：由第一壳体区段形成的第一部分，其包括例如显微镜台的顶侧和照明光学器件，以及为第二壳体区段形式的第二部分，其包围例如显微镜的显微镜物镜和图像检测器，并且可能包围显微镜台的下侧。照明光学器件的部分以及成像光学器件的部分，例如摄像机或显示样品的显微图像的显示器，也可以分别位于第一壳体区段和第二壳体区段的外部。
19.通过在显微镜壳体的内部提供两个不同的分离的壳体区段，可以彼此独立地培养和/或空气调节和/或温度控制这两个壳体区段。当第一壳体区段被培养时，第二壳体区段可以简单地通过供给优选处于预定温度的空气或另一种气氛进行空气调节。这在使用浸没物镜以对样品进行显微镜检查的情况下尤其有利。
20.在根据本发明构思的第二方面中，提供一种用于对样品进行显微镜检查的系统，所述系统包括根据上述本发明构思的第一方面的显微镜和通过所述显微镜接口连接到显微镜的培养环境调节单元。
21.在根据本发明构思的第二方面的有利实施例中，培养环境调节单元包括以下连接部中的至少一个连接部：用于供给h2o的连接部，用于排出h2o和/或培养气氛的连接部，用于供给n2和/或o2的连接部，用于将co2供给到样品室中的连接部。在活体细胞成像时，培养环境调节单元通常应该能够控制培养气氛的温度、湿度和co2含量。为了这个目的，应该具备用于供给h2o和co2、剩余空气的单独的连接部。所获得的培养气氛通过放置到显微镜接口中或作为显微镜接口一部分的至少一个导管被供给到样品室中。通常，进入样品室的相应的连接部例如以所述导管的形式而组合。然而，也可以通过单独的连接部将空气、湿气和co2提供到样品室中。另一方面，同样期望的是，在培养气氛中存在缺氧时实施缺氧实验。通常通过将氮气n2供给到培养气氛中来建立缺氧。同样有利的是，具有用于排出h2o和/或培养气氛的连接部，以维持气氛的循环和/或更新气氛。
22.在有利的实施例中，显微镜包括控制显微镜的功能部件的控制单元，以用于对样品的显微镜检查进行控制。这样的功能部件通常为显微镜的照明光学器件、成像光学器件和显微镜台。在本实施例中，控制单元还被构造为在外部培养环境调节单元连接到接口时控制培养环境调节单元的操作。用于在显微镜控制单元和调节单元控制器之间通信的线缆和线路可以被引导经过接口的上述开口中的一个或更多个开口。该实施例使得能够非常用户友好地操作包括被培养的样品室的显微镜。尤其是，包括显微镜接口的显微镜和被连接的培养环境调节单元可以通过通用软件接口控制，该通用软件接口具有优选适用于各种可能类型的实验的图形用户界面(gui)。在例如缺氧实验的情况下，用户可以通过gui中的相
应按键设定所期望的培养气氛的温度、湿度和co2含量以及所期望的o2含量。优选地，在gui中显示各个参数的默认值，用户可以更改这些默认值。此外，可以通过相同的gui设定显微镜的功能部件的参数，例如样品种类、照明波长、摄像机参数等。当传感器检测到盖已经关闭，样品室由此被密封之后，通过将含有预定的h20和co2含量的空气导入样品室中，开始生成用户定义的培养气氛。此外，为了减少o2含量，导入n2以置换o2。部分培养气氛可以通过泄漏和/或通过用于排出培养气氛的连接部/导管而逸出。同时，将显微镜的功能部件设定成用于对样品进行适当的显微镜检查/成像的所期望的设定。一旦完成设定和培养气氛后，通过显微镜执行对样品的检查/成像。
23.在最后一个方面中，本发明构思涉及一种为显微镜配备外部培养环境调节单元或利用外部培养环境调节单元改造显微镜的方法，所述外部培养环境调节单元用于培养显微镜的样品室。所述显微镜包括包围照明光学器件、显微镜台和成像光学器件的显微镜壳体，还包括集成的样品室，该样品室位于显微镜壳体内并由所述显微镜壳体内的单独的壳体区段形成。壳体区段包括盖，该盖允许直接接近显微镜台，以用于将样品放置在样品室中。此外，壳体区段包括用于将外部培养环境调节单元连接到样品室的接口。该接口被构造为提供外部培养环境调节单元和样品室之间的连接，使得当外部培养环境调节单元连接到该接口时，样品室中的环境条件可以被控制。然后，外部培养环境调节单元通过接口连接到显微镜，以便建立根据本发明构思的第二方面的系统。
24.要指出，上述关于根据本发明构思的第一方面的显微镜和关于根据本发明构思的第二方面的系统所描述的特征代表了这两方面的相应特征和根据本发明构思的第三方面的方法的类似描述。
25.如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
26.应当注意的是，上述示例以及以下解释的示例的特征可以全部或部分地结合到本文中未明确提及的其他示例，尽管如此，本文未明确提及的其他示例仍然是本公开的一部分。
附图说明
27.图1示意性地示出根据本发明构思的系统的实施例的立体图，
28.图2示意性地示出组装显微镜与培养气氛调节单元的立体图，以及
29.图3示意性地示出图2中的情况的侧视图。
具体实施方式
30.图1以立体图示意性地示出了用于对布置在显微镜台116上的样品120进行显微镜检查的显微镜100的实施例。显微镜壳体102包围照明光学器件118、显微镜台116和成像光学器件124。集成的样品室106位于显微镜壳体102内并且由位于所述显微镜壳体102内的单独的壳体区段104形成。壳体区段104包括铰接盖109，该铰接盖允许直接接近显微镜台116，用于在盖敞开时将样品120放置到样品室106中的显微镜台116上，并且用于更换样品120和/或操纵样品120。图1所示的实施例是倒置透射光显微镜100，其中，透射光照明光学器件118布置在壳体区段104内，而成像光学器件位于显微镜台116下方第二壳体区段122中。成
像光学器件124通常包括作为主要部件的显微镜物镜和图像检测器。图像检测器通常包括摄像机，该摄像机生成通常在显微镜壳体102外部的显示屏142上显示的显微镜图像。
31.显微镜壳体区段104的构造允许-在关闭盖109之后-形成专用的样品室106，该样品室构成可以被培养的优选密封的空间，使得在对例如细胞的活体样品120进行显微镜检查/成像时，样品可以被保持在有利的并且无压力的环境条件下。为了这个目的，壳体区段104包括用于将外部培养环境调节单元110连接到样品室106的接口108。接口108构造为提供调节单元110和样品室106之间的连接，使得在调节单元110被连接到接口108时，样品室106中的环境条件可以被控制。
32.在示出的实施例中，作为壳体区段104的一部分的接口108包括在壳体区段104的背侧的两个开口112，每个开口112被构造成接收导管114(在图2和图3中也可见)。培养气氛可以经过导管114中的至少一个导管被引入样品室106中。根据样品室106的泄露情况，允许培养气氛的一部分逸出样品室106。另一方面，一部分培养气氛可以通过导管114中的另一个导管从样品室106抽出。
33.合适的培养气氛包括具有预定含量的h2o(相对湿度)和预定含量的co2(二氧化碳)的空气。同样期望的是，在气氛中的缺乏氧气的情况下实施缺氧实验。通常，培养气氛的温度可以设定在环境温度到50℃之间的范围内，co2范围设定在0.5％至20％之间，o2范围在1％至18％之间。湿度必须保持平衡以确保避免潜在的冷凝或至少不会损害显微镜100或调节单元110或样品本身。优选自行地控制至少温度、湿度和co2含量。在缺氧实验中，o2含量通过n2的输入控制。
34.为了控制以上参数，优选将传感器布置在导管114中和/或样品室106中和/或靠近样品120的显微镜台116处。在优选的实施例中，传感器中的至少一些传感器集成到用于将培养气氛供给到样品室106的导管114中。
35.如图1所示，壳体区段104向下被包括显微镜台的上侧的工作表面107限定，换言之即显微镜台台面。该结构方便用户接近用于放置和操纵样品120的工作区域。对于其他侧，壳体区段由盖109的内侧和壳体区段104本身的背侧限定。
36.为了延长成像光学器件124的寿命以及在使用浸没物镜的情况下，优选对第二壳体区段122进行空气调节和/或温度控制。这可以通过相同的调节单元110和相应地扩大的接口108实现，或更优选地通过单独的空气调节单元实现。
37.在优选的实施例中，显微镜110包括控制单元140，该控制单元控制诸如显微镜100的照明光学装置118、显微镜台116和成像光学装置124等功能部件，以控制对样品120的显微镜检查/成像。通常，在显示屏142上显示图形用户界面(gui)，以便用户友好地操作显微镜100。控制单元140还构造为在调节单元110连接到接口108时控制培养环境调节单元110的操作。用于在显微镜控制单元140和调节单元控制器(未示出)之间通信的线缆和线路可以被引导经过接口108的上述开口/导管中的一个或更多个开口/导管。在这种情况下，相同的gui可以显示用于设定如上所述的培养气氛参数的期望值的相应按钮。在确保盖109关闭并且待检查的样品被放置在显微镜台116的台面上后，自动开始生成用户定义的培养气氛,一旦建立了所期望的气氛并且样品120已经处于正确位置，则执行对样品的检查/成像。
38.如上述已经提及的，图2示出为显微镜100配备培养环境调节单元110的组装过程，以便产生系统130。与图1中相同的附图标记标注相同的部件。如图2中所示，接口108还包括
用于将调节单元110在其拐角处固定到显微镜100的背侧的安装部位。接口108还包括开口112，所述开口112构造为用于接收调节单元110的两个导管114，两个导管114提供相应的管道，培养气氛通过这些管道被送入样品室106中。在本实施例中，导管114例如通过焊接或法兰连接而连接至调节单元110。图2所示的组装过程尤其适合于利用调节单元110来改造显微镜100。
39.图3以侧视图示意性地示出了图2所示的部件的截面。同样地，相同的附图标记表示相同的部件。为了避免重复，参考图1和图2的描述。从图3中可以看出，开口112具有管道的形式，用于接收作为调节单元110一部分的导管/管子/公称管114。在另一个实施例中，导管114可以是接口108的部分，从而导管的端部将必须连接到调节单元110。
40.附图标记
41.100
ꢀꢀꢀꢀ
显微镜
42.102
ꢀꢀꢀꢀ
显微镜壳体
43.104
ꢀꢀꢀꢀ
壳体区段
44.106
ꢀꢀꢀꢀ
样品室
45.107
ꢀꢀꢀꢀ
工作表面
46.108
ꢀꢀꢀꢀ
接口
47.109
ꢀꢀꢀꢀ
盖
48.110
ꢀꢀꢀꢀ
培养环境调节单元
49.112
ꢀꢀꢀꢀ
开口
50.114
ꢀꢀꢀꢀ
导管
51.116
ꢀꢀꢀꢀ
显微镜台
52.118
ꢀꢀꢀꢀ
照明光学器件
53.120
ꢀꢀꢀꢀ
样品
54.122
ꢀꢀꢀꢀ
第二壳体区段
55.124
ꢀꢀꢀꢀ
成像光学器件
56.130
ꢀꢀꢀꢀ
系统
57.140
ꢀꢀꢀꢀ
控制单元
58.142
ꢀꢀꢀꢀ
显示屏。