利用靜電力來操縱樣品切片的切片系統(tǒng)和工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及能手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)操作的切片機(jī)，更特別地，涉及利用靜電力來收集和分發(fā)樣品切片以用于各種顯微鏡檢查的切片系統(tǒng)和工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]切片機(jī)是用于從塊體樣品(也稱為樣品塊)切割很薄的片(本領(lǐng)域也稱為切片)的設(shè)備。一般在各種光學(xué)顯微鏡(LM)和電子顯微鏡(EM)下審視和檢查這些切片，以更好地理解它們的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。常規(guī)的切片機(jī)能產(chǎn)生厚度為I微米左右的切片。與此對(duì)照，超薄切片機(jī)能產(chǎn)生薄至5nm的切片。
[0003]由于薄的切片可能脆弱易碎，難以完全展開(例如扭曲、折疊和卷曲)，并且粘附到切割刀片上，所以對(duì)于切片機(jī)用戶而言，很難操縱這些切片，例如將它們從切割刀片移除，并且將它們轉(zhuǎn)移到格柵(grid)或網(wǎng)格(mesh)以用于進(jìn)一步研究。為了解決該問題，常規(guī)做法是通過將切片浮于諸如水、酒精、丙酮和二甲基亞砜之類的適當(dāng)液體上來收集它們。通常，切片將要脫離的切割刀片的側(cè)面被裝有液體的小槽或舟皿包圍，所述液體的密度大于切片的密度。當(dāng)從樣品塊切出切片時(shí)，由于浮力或表面張力，切片浮于所述液體上。例如，授予給Martinelli的美國專利N0.3，225，639公開了這種設(shè)計(jì)，如圖1所示。參照?qǐng)D1，具有切割刃7的玻璃刀具3位于切片機(jī)(未示出)內(nèi)。切割刃7通過如下步驟形成:取黑卡拉拉(Cararra)玻璃的長方形板材，并且使板材沿邊緣8斷裂，以形成切割刃7。切片機(jī)刀具3具有固定到其上的舟皿，其在截面圖中由舟皿的壁I表示。實(shí)線位置處的樣本座5可以在切片機(jī)3的刀刃7上方下沖，如箭頭A所指示的那樣。當(dāng)座5如此移動(dòng)時(shí)，從樣品切削出樣品的薄切片。容留在舟皿壁I和切割機(jī)刀具3之間的液體4給出液體表面，在樣品被切片之后，來自樣本座5的薄切片2浮于該液體表面上。然后樣本座5可以水平移動(dòng)，如箭頭B所示，移至6處的虛線所示的位置。樣本座5可以通過垂直移動(dòng)而回歸原位，如箭頭C所示?；貧w原位之后，樣本座5可以如箭頭D所表示的那樣進(jìn)給，以再次準(zhǔn)備切割另一切片。
[0004]上述液體漂浮方案至少有兩個(gè)問題。第一，切片的某些物理、化學(xué)和生物微結(jié)構(gòu)和屬性可能被它們與支承流體的相互作用而不利地改變，所述相互作用例如為離子交換、分解和部分溶解。這種相互作用可能使得樣品切片的檢查和分析復(fù)雜化。第二，切片可能黏附到切割刃或先前的切片上，形成漂浮鏈，從而切片機(jī)操作者必須用精細(xì)刷手工移除切片，或者直接將其拾取到適于顯微鏡觀察的格柵或網(wǎng)格上。這樣，當(dāng)制作各個(gè)切片時(shí)，用戶必須連續(xù)不斷地操作和監(jiān)視切片機(jī)。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)中的切片工藝不僅涉及漂浮液體和樣品切片之間的不期望的相互作用，而且還重復(fù)乏味費(fèi)力，難以自動(dòng)化，并且因此產(chǎn)率低下。有利的是，本發(fā)明通過提供一種利用靜電力來收集和分發(fā)樣品切片的切片系統(tǒng)和工藝而解決了上述問題中的至少一個(gè)，并且展現(xiàn)出諸多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，例如可自動(dòng)化、改善的效率和產(chǎn)率、以及樣品整體性等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明一方面提供一種切片系統(tǒng)，用于制備用于顯微鏡檢查的至少一個(gè)切片。所述系統(tǒng)包括保持(或用于保持)具有切割刃的刀片的刀片座；保持(或用于保持)樣品塊的樣本座；保持(或用于保持)切片接收器的接收器座，以及電壓生成器。運(yùn)行時(shí)，所述切割刃可以切入所述樣品塊以制成至少一個(gè)切片，所述至少一個(gè)切片的一端保持附連到所述切割刃；所述電壓生成器可以生成電壓并且將該電壓施加在所述切割刃和所述切片接收器之間；所述至少一個(gè)切片的另一端(自由端)可以通過由所述電壓產(chǎn)生的靜電力而錨定到所述切片接收器。
[0007]本發(fā)明另一方面提供一種利用上述切片系統(tǒng)來制備用于顯微鏡檢查的至少一個(gè)切片的工藝。所述工藝包括:
[0008](I)將所述刀片座、所述樣本座和所述接收器座設(shè)置為準(zhǔn)備狀態(tài)，在準(zhǔn)備狀態(tài)下，所述刀片座和所述樣本座操作上定位以便所述切割刃切入所述樣品塊從而制成新的切片，并且所述接收器座操作上定位以便將所述切片接收器移動(dòng)到接收所述新的切片的接收位置；
[0009](2)改變所述切割刃和所述樣品塊之間的空間關(guān)系，以便切片從所述樣品塊切離，其中所述切片的最后切離部分附連到所述切割刃，并且構(gòu)成相對(duì)于所述切割刃的所述切片的近端；
[0010](3)將所述電壓生成器生成的電壓施加在所述切片接收器和所述切割刃之間，使得所述切片通過靜電力而以完全展開形式從所述切割刃朝向所述切片接收器伸長；
[0011](4)在施加所述電壓之前和/或期間，改變所述切片接收器和所述切割刃之間的空間關(guān)系，使得所述切片接收器移動(dòng)到所述接收位置，在所述接收位置處所述伸長的切片的遠(yuǎn)端錨定到所述切片接收器上的預(yù)定位置；
[0012](5)當(dāng)所述伸長的切片的遠(yuǎn)端保持錨定到所述預(yù)定位置時(shí)，去除或降低所述電壓；
[0013](6)在所述切片的遠(yuǎn)端保持錨定到所述預(yù)定位置并且所述切片的近端保持附連到所述切割刃的同時(shí)，改變所述切片接收器和所述切割刃之間的空間關(guān)系，直到完全展開形式的整個(gè)切片平鋪在所述切片接收器上；以及
[0014](7)在完全展開形式的整個(gè)切片保持平鋪在所述切片接收器上的同時(shí)，改變所述切片接收器和所述切割刃之間的空間關(guān)系，以使所述切片的近端脫離所述切割刃。
[0015]通過對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例的下述詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明以示范而非限制的方式示于附圖中，附圖中相似的附圖標(biāo)記指示類似的元件。為了圖示的簡潔清楚，圖中所示并且下面論述的元件不一定是按比例繪制的。公知結(jié)構(gòu)和器件被以諸如框圖之類的簡單形式示出以避免不必要地模糊本發(fā)明。
[0017]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的切片機(jī)，其使用裝有水的舟皿來漂浮樣品切片。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的刀片座的設(shè)計(jì)。
[0020]圖4是圖3的刀片座的仰視圖。
[0021]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的準(zhǔn)備狀態(tài)(steady-by)。
[0022]圖6示出切片工藝中的切片操作的早期階段。
[0023]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的切片操作的近乎完成階段。
[0024]圖8示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的切片操作的完成后階段。
[0025]圖9示出切片工藝中的切片取向操作。
[0026]圖10演示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的切片錨定操作。
[0027]圖11展示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的切片平鋪(spreading)操作。
[0028]圖12示出切片工藝中的切片釋放操作。
[0029]圖13示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的切片工藝中的復(fù)位或恢復(fù)操作。
[0030]圖14示意性示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有排成陣列的窗口的半導(dǎo)體芯片格柵。
[0031]圖15示出圖14的芯片格柵的沿線A-A的橫截面。
[0032]圖16示意性示出圖14的半導(dǎo)體芯片格柵，其中窗口裝載有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的樣品切片。
[0033]圖17示出圖14的裝載了的半導(dǎo)體芯片格柵的沿線A-A的橫截面。
[0034]圖18示出根據(jù)本發(fā)明的原理配置的控制電路的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在下面的描述中，為了說明，闡述了許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然的是，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下或者用等效布置來實(shí)踐本發(fā)明。
[0036]圖2示意性示出切片系統(tǒng)的示例。參照?qǐng)D2，刀片座52保持刀片50，刀片50具有切割刃51，樣本座62保持樣品塊60。刀片50可以由任意合適的材料制成，諸如金剛石、藍(lán)寶石、玻璃、金屬(例如鋼)、合金、或者它們的任何組合。盡管圖2和其他附圖顯示了刀片50具有鑿子形狀的輪廓，但是應(yīng)理解，刀片的輪廓可以選自平面凹陷(planar concave)、楔形、鑿子形狀、或者它們的任何組合。
[0037]參照?qǐng)D2，切割刃51可以切入到樣品塊60中以從樣品塊60切下一切片(未示出)。接收器座72保持切片接收器70，其被設(shè)計(jì)來接收切片。切片和切片接收器70 —起可以被傳遞到顯微鏡實(shí)驗(yàn)室以供檢查。雖然圖2和其他附圖示出了滑動(dòng)切片機(jī)，但是應(yīng)理解的是，本發(fā)明亦可涉及其他切片機(jī)，諸如振動(dòng)切片機(jī)、旋轉(zhuǎn)切片機(jī)、盤式切片機(jī)、鋸式切片機(jī)、或者它們的任何組合。
[0038]樣品塊60可以是適于顯微鏡檢查的任何材料，例如，它可以是半導(dǎo)體產(chǎn)品或生物材料，諸如來自阿爾茨海默病人的神經(jīng)組織。在一實(shí)施例中，樣品塊60首先被埋入在支承基質(zhì)中，用諸如硬塑料之類的支承材料浸注，以使得切片更加易于進(jìn)行。
[0039]所產(chǎn)生的切片可具有任何形狀和尺寸，例如，所產(chǎn)生的切片可具有從1nm至2000nm范圍內(nèi)的厚度，優(yōu)選地從30nm至200nm，更優(yōu)選地從40nm至10nm ;所產(chǎn)生的切片可具有從Imm至1mm范圍內(nèi)的長度，優(yōu)選地從2mm至6mm，更優(yōu)選地從2mm至4mm ;所產(chǎn)生的切片可具有從0.2mm至Imm范圍內(nèi)的寬度，優(yōu)選地從0.3mm至0.8mm,更優(yōu)選地從0.4mm至0.6mm。切片可以在任何可適用的顯微鏡下受到檢查，諸如光學(xué)顯微鏡(LM)、掃描電子顯微鏡(SEM)