[发明专利]用于显微术的方法和装置

说明书

优先权

本申请要求2008年3月13日提交的美国临时专利申请No.61/036,247的权益。

技术领域

本发明总体涉及用于显微术的装置和方法。更具体地说，本发明涉及这样的装置和方法：它们能够将用于显微镜检查或操纵的样品物定向，同时将样品保持在显微镜的视野内。

背景技术

用于双折射物体的成像——例如生物学和生物医学工程中的双折射分子成像(例如纺锤体)——的技术需要在倒置显微镜上运行的旋转载物台，其用于以高速度、高精度以及自动方式进行样品(例如生物细胞)的定向。目前，这样的旋转载物台是不能商购的，并且在文献中也没有关于该主题的已知研究/调查。

在多种模式生物中，小鼠是在基因研究和生殖研究中广泛使用的一种常见动物。在小鼠胚胎和卵母细胞的注射中，胚胎的极体必须远离穿刺点，以避免极体被破坏并提高进一步的细胞发育的机会。在用于手动相关技术的现有技术中，使用固定吸管(holding pipette)通过反复的真空抽吸和释放直到极体旋转远离穿刺点，实现了基于操纵杆的以及微型机器人的小鼠胚胎注射和胚胎定向。由于可控制性较差，胚胎定向是缓慢的和试错的过程。此外，固定吸管的使用使得从一个胚胎到另一个胚胎的切换非常耗时。在加速胚胎固定和定向控制上付出很少的努力或没有付出努力，这阻碍了全自动的、高速的微型机器人注射的实现。

胚胎注射可以使用安装在倒置显微镜上的旋转载物台实现。为了观察安装于倒置显微镜上的旋转载物台上所放置的样品，旋转载物台不应当在倒置显微镜的光路中引入任何障碍。同时，需要样品架来将样品承载在标准载玻片上或培养皿上，并且重要的是在显微镜物镜的工作距离内保持样品足够接近所述显微镜物镜。由于样品通常不与旋转载物台的旋转轴线重合，因此旋转过程中耦合的平移运动导致目标样品移动到视野之外。因此，需要控制方法以在样品旋转过程中将样品保持在视野之内。

美国专利No.6,917,420、6,779,278、4,891,526和6,777,688涉及用于非透明样品成像的旋转载物台设计。这些载物台的结构阻挡光路，使得它们不适合用于倒置显微镜。

美国专利No.5,103,338公开了用于对显微镜检查的物体进行定位的旋转载物台。该专利中记载的旋转载物台不阻挡显微镜的光路。用于承载样品的夹具位于旋转的样品架的顶部，这会将样品定位在倒置显微镜物镜的小工作距离之外。该载物台体积庞大并且不适合用于容纳和观察大的样品承载设备例如培养皿。

由Newport Inc.(Irvine，CA 92606)提供的市售的旋转载物台拟用于旋转光学系统中的光学元件，它具有使光穿过的通孔。尽管这样的载物台不阻挡光路，但是用于承载样品的夹具位于旋转的样品架的顶部，这会将样品定位在倒置显微镜物镜的小工作距离之外。最后，由于以上提及的现有技术中存在的载物台并非为倒置显微镜的使用而设计，因此它们不能容易地安装到倒置显微镜上常用的电动XY载物台上。

然而，在旋转载物台的使用中存在着现有技术未说明的固有的问题。例如，当旋转载物台从基准初始旋转位置(此后称为基准旋转位置)转过θ°时，X和Y方向的导向装置(guide)随载物台也转过θ°，这会将样品带出显微镜的视野。

考虑到以上所述，需要的是克服现有技术的限制的旋转载物台方法。需要这样的旋转载物台方法：它产生平滑且快速的旋转运动；不阻挡光路；具有样品夹持机构以使得细胞样品足够接近显微镜物镜并因而位于显微镜的工作距离内；以及具有紧凑的结构以使得该旋转载物台可以容易地安装到常用的电动XY显微镜载物台上。此外，需要用于自动样品定向控制的控制方法，以便在通过旋转载物台旋转样品时将样品保持在视野内。

发明内容

一方面，本发明是用于显微设备的装置，其包含：能够承载多个样品的旋转载物台，该旋转载物台用于所述多个样品围绕所述显微设备的视野轴线的旋转运动；与所述旋转载物台相邻的基部，该基部用于所述旋转载物台在XY水平坐标系内的运动；以及控制所述旋转载物台和所述基部的运动的位置控制设备。

另一方面，所述显微设备和所述位置控制设备与主机相连，该主机具有控制工具和图像处理工具。

一方面，本发明是一种用于将多个样品定向至显微设备的视野中的期望位置的方法，其包括：

提供一装置，所述装置包含：

能够承载多个样品的旋转载物台，该旋转载物台用于所述多个样品围绕所述显微设备的视野轴线的旋转运动；

与旋转载物台相邻的基部，该基部用于旋转载物台在XY水平坐标系内的运动；以及