и биологических образцов

Область техники

Изобретение относится к методам исследования, а именно к устройствам для подготовки гистологических и биологических образцов для микроскопических исследований.

Взятые для исследования образцы тканей, прежде чем их можно микротомировать, должны быть зафиксированы водным или водно-спиртовым раствором формальдегида, затем обезвожены жидкостью, смешивающейся с водой, затем просветлены органической жидкостью, хорошо смешивающейся с обезвоживающей жидкостью и парафином (или другим воском), после чего пропитаны расплавом парафина или другого воска.

Для микротомирования образец, пропитанный парафином, должен быть закреплен в специальном держателе микротома. При этом для того, чтобы закрепить образец в стандартном держателе микротома, нужно чтобы он был помещен в парафиновый блок. Парафин режется вместе с образцом, и полученные срезы затем расправляют в воде и размещают на предметном стекле. Формирование парафинового блока представляет собой отдельную процедуру. Гистологический образец, прошедший обезвоживание и парафинирование, помещают в формочку соответствующего размера, ориентируя таким образом, чтобы часть образца, предназначенная для исследования, была прижата ко дну формочки, заливают формочку парафином и накрывают обычно маркированной кассетой, в которой образец находился во время обезвоживания и парафинирования, удалив крышку кассеты. Кассета становится держателем блока для закрепления в микротоме.

Операция формирования блоков называется заливкой, и для её выполнения используются специальные заливочные устройства, включающие емкость с расплавом парафина, нагреваемые контейнеры для формочек и кассет с образцами и охлаждаемую поверхность для завершения формирования блоков. Недостатками общепринятой процедуры заливки является ее трудоемкость, неэргономичность и химическая вредность работы персонала (остатки просветляющей жидкости - ксилола), а также возможность ошибки в нумерации кассет при перекладывании образцов.

Предшествующий уровень техники

Попытки автоматизировать процесс заливки предпринимались неоднократно. Для автоматизации этого процесса необходимо выполнение двух условий: образец должен располагаться на дне формы, чтобы в блоке оказаться на его вершине, и он должен быть ориентирован определенным образом для получения срезов.

Устройства для обработки и заливкигистологических образцов Pathos Delta и Logos фирмы Milestone фирмы Milestone SRL [проспект фирмы Milestone+Klinipath «Rapid Tissue Processing and Auto-embedding ALL-IN-ONE Synergy»] включают кольцевидный стеллаж, на котором размещены кассеты с образцами, устанавливаемый в камере процессора. В процессе проводки кассеты располагаются на полках стеллажа под углом; при переходе к процессу заливки кассеты ориентированы горизонтально. После выполнения заливки кассеты извлекаются из процессора и размещаются для охлаждения на охлаждаемой панели (см. проспект). При работе указанных устройств используют специально разработанные сборные кассеты-формы фирмы Klinipath B.V. [ЕР 2439510, МПК G01N1/36, 2016] с углублением, на дне которого размещается гистологический образец, прикрытый сверху проницаемой для обрабатывающих жидкостей и расплава парафина губкой; у формы выполнены расширяющиеся закраины и центральное отверстие; отверстие перекрывается стандартной кассетой для гистологических образцов, упирающейся в закраины формы. Как показано в проспекте, после охлаждения блок с образцом и кассетой легко отделяется от формы и поступает на микротомирование.

В процессе проводки жидкость внутри кольцевого стеллажа может перемешиваться с помощью магнитной мешалки; однако этого недостаточно для эффективного обмена жидкости в образце, плотно прижатом ко дну формы, поэтому для ускорения процесса предлагается использовать СВЧ облучение. Если время проводки и заливки образцов толщиной 1 мм составляет 1 час 35 мин, то образцы толщиной в 5 мм требуют для этого 5 час 35 мин (проспект, стр.5). Таким образом, загрузка аппарата должна выполняться кассетами с образцами одной толщины, так как при загрузке разнотолщинными образцами часть из них может быть передержана при проводке, а часть может не пройти проводку полностью, что ограничивает применение рассматриваемого процессора. Кроме того, аппарат и способ его работы не предполагает одновременную загрузку его различными кассетами - и обычными и сборными кассетами-формами; при этом объем загрузки сборными кассетами-формами резко уменьшается - 40 сборных кассет-форм при том, что объем загрузки обычными кассетами - 300 штук.

Процессоры, в которых может выполняться и проводка, и заливка гистологических и биологических образцов, помещенных в сборные кассеты- формы, предлагались неоднократно (см. например, US8900857, МПК С12МЗ/00, 2014; US9733166, МПК G01N1/36, 2017; US9194776, МПК А61В10/00, 2015; US9568402, МПК А61В10/00, 2017), однако онине имеют средств ускорения обработки тканей, что не позволяет своевременно завершить обработку образцов, плотно прижатых ко дну формы.

Устройство для обработки и пропитки гистологических и биологических образцов (RU2150097, МПК G01N1/28, 2000) позволяет повысить производительность обработки при сохранении её высокой эффективности. Устройство включает заключенное в корпус вращающееся средство, ось вращения которого размещена горизонтально, с установленными на оси контейнерами для кассет с образцами, объединенными в форме вертикально расположенного кольца, средство для вращения оси вращения с переменной скоростью и емкости с обрабатывающими и пропитывающими жидкостями, размещенные вне корпуса и соединенные с ним патрубками для подачи и выгрузки указанных жидкостей. Кассеты с образцами размещаются в контейнерах. Уровень обрабатывающих и пропитывающих жидкостей устанавливают примерно на уровне оси вращения. При вращении оси контейнеры поочередно опускаются в обрабатывающую жидкость ивыходят из неё; обрабатывающая жидкость при этом стекает из контейнеров и кассет с образцами и вновь наполняет их. Указанное устройство позволяет обрабатывать и пропитывать гистологические образцы в сборных кассетах-формах с высокой эффективностью и производительностью, однако оно не пригодно для заливки, поскольку кассеты с образцами не сохраняют в контейнерах горизонтальной ориентации, необходимой для удержания расплава парафина в сборных кассетах- формах при заливке.

Раскрытие изобретения В основу изобретения поставлена задача создания аппарата, в котором могла бы производиться эффективная обработка и пропитка гистологических и биологических образцов и последующая заливка блоков для микротомирования.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для обработки и пропитки гистологических и биологических образцов, включающем заключенное в корпус вращающееся средство, ось вращения которого размещена горизонтально, с установленными на ней контейнерами для кассет с образцами, объединенными в форме вертикально расположенного кольца, средство для вращения оси вращения с переменной скоростью и емкости с обрабатывающими и пропитывающими жидкостями, размещенные вне корпуса и соединенные с ним патрубками для подачи и выгрузки указанных жидкостей, дополнительно выполнен механизм ориентации контейнеров для кассет с образцами, размещенный между кольцом контейнеров и стенкой устройства, имеющий отдельное средство перевода контейнеров для кассет с образцами в горизонтальное или наклонное положение и удерживающий их в горизонтальном или наклонном положении.

Механизм ориентации контейнеров и удержания их в горизонтальном или наклонном положении может быть выполнен в виде механизмов, известных из уровня техники, однако никогда ранее не использовавшихся в аппаратуре для проводки, пропитки или заливки биологических и гистологических образцов, например, в виде зубчатой передачи, или в форме планетарной передачи, или в виде параллелограммного механизма.

Контейнеры для кассет в заявляемом устройстве выполнены квадратными в поперечном сечении. В заявляемом устройстве могут обрабатываться одновременно образцы, размещенные в стандартных кассетах и сборных кассетах-формах, так как контейнеры для стандартных кассет и сборных кассет- форм взаимозаменяемы

Заявляемый процессор представлен на Фиг. 1 - 4.

На Фиг. 1А и 1В схематически показано расположение кольца контейнеров с размещенными в них кассетами, закрепленных на оси вращения.

На Фиг. 2А и 2В представлена зубчатая передача, размещенная между кольцом контейнеров и стенкой процессора.

На Фиг. ЗА - ЗС представлена планетарная передача, размещенная между кольцом контейнеров и стенкой процессора.

На Фиг. 4А - 4С представлен параллелограммный механизм для перевода контейнеровв горизонтальное или наклонное положение.

Представленный схематически на Фиг. 1А и 1В процессор имеет корпус 1, в котором горизонтально расположена ось вращения 2. На оси 2 установлена каретка 3, на которой закреплены контейнеры 4 с кассетами или сборнымикассетами-формамис гистологическими образцами. Контейнеры закреплены осями 5 на опорном диске 6 (Фиг. 1Б). Ось 2 вращается с помощью привода 7.

В случае использования зубчатой передачи (Фиг 2А - 2В) механизм 8ориентации контейнеров, удерживающий их в горизонтальном или наклонном положении, размещен между стенкой корпуса 1 и кареткой 3 (Фиг. 2А). Механизм 8 включает закрепленную на полой оси 9, входящей в процессор, центральную шестерню 10 (Фиг. 2В). Внутри полой оси 9 проходит ось вращения 2, на которой закреплена каретка 3. На каретке 3 смонтированы промежуточные шестерни 11 и внешние шестерни 12, причем промежуточные шестерни 11 входят в зацепление одновременно с центральной шестерней 10 и внешними шестернями 12. Контейнеры 4 скреплены с внешними шестернями! 2. Отдельный привод 13 служит для перевода контейнеров в горизонтальное или наклонное положение.

Планетарная передача размещена между контейнерами 4 и кареткой 3 и включает центральную шестерню 14 и наружные шестерни 15, скрепленные с контейнерами 4 (Фиг. ЗА и ЗВ). Каретка 3 соединена полой осью 2 с шестерней 16. Внутри полой оси 2 проходит ось, соединяющая центральную шестерню 14 планетарной передачи с наружной шестерней 17, находящейся в зацеплении с шестерней 18, расположенной на оси привода 7. Соосно шестерне 18 выполнена шестерня 19, находящаяся в зацеплении с шестерней 16. Для ограничения угла взаимного поворота на шестерне 18 выполнен эксцентричный шип 20, а на шестерне 19 выполнен циркулярный паз 21 (см. Фиг. ЗС), в который шип 20 заходит.

Параллелограммный механизм размещен между кареткой 3 и стенкой корпуса 1 (Фиг. 4А- 4С). Механизм включает кольцо 22, расположенное выше каретки 3 и поддерживаемое опорным роликом 23, установленным на поворотном рычаге 24 с осью и дополнительным приводом 25, размещенным вне процессора. Оси держателей контейнеров 26 соединены рычагами 27 с соответствующими по расположению осями 28, расположенными на кольце 22.

Механизмы перевода контейнеров для кассет с образцами в горизонтальное или наклонное положениеработаю следующим образом.

Перевод (переключение)зубчатого механизма: при остановленной каретке 3 с помощью отдельного привода 13 поворачивают на определенный угол центральную шестерню 10; при этом внешние шестерни 12 и связанные с ними контейнеры 4 также поворачиваются на тот же угол. После этого привод 13 останавливают, включают привод 7, и внешние шестерни 12 и связанные с ними контейнеры 4 вращаются вместе с кареткой 3 в новом неизменном положении относительно горизонтали.

Перевод (переключение) планетарного механизма: с помощью привода 7 вращают шестерню 18 против часовой стрелки; при этом шип 20 перемещается в пазу 21. Вторая шестерня 19 неподвижна до тех пор, пока шип 20 не дойдет до конца паза 21 - в этот период каретка 3 также неподвижна, ацентральная шестерня 14 поворачивается и вращает наружные шестерни 15 с держателями контейнеров 4, при этом меняется положение контейнеров относительно горизонтали. После того, как шип 20 достигает конца паза 21 шестерни 18 и 19, каретка 3 и центральная шестерня 14 начинают вращаться совместно и до следующего переключения планетарного механизма положение наружных шестерен 15 с держателями контейнеров 4 остается неизменным.

Перевод (переключение) параллелограммного механизма: при вертикальном положении рычага24 (Фиг. 4В) опорного ролика 23 соединительные рычаги 27 осей 28 контейнеров также направлены вертикально, и контейнеры 4 расположены горизонтально. Для изменения положения контейнеров рычаг 24 опорного ролика поворачивают, кольцо 22 смещается в ту же сторону, соединительные рычаги 27 синхронно поворачивают оси 26 держателей контейнеров 4, которые занимают наклонное положение (Фиг. 4С), сохраняющееся при вращении каретки 3.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В начале цикла, при загрузке контейнеров кассетами и сборными кассетами-формами, для удобства загрузки контейнеры расположены горизонтально. Загруженные кассетами и сборными формами контейнеры переводят с помощью используемого механизма ориентации в наклонное (5 - 90° к горизонтали) положение.

В корпусе 1 создается небольшой вакуум, под действием которого в корпус засасывается первая жидкость из размещенной вне корпуса емкости (не показана). Уровень обрабатывающих жидкостей устанавливают ниже оси 2 или на ее уровне. Привод 7 начинает вращать контейнеры 4 со скоростью 1 - 10 об/мин. При вращении оси контейнеры поочередно опускаются и выходят из обрабатывающей жидкости; обрабатывающая жидкость при этом стекает из контейнеров и кассет или сборных кассет-форм вниз и вновь заполняет их. По окончании каждого этапа обработки жидкость из корпуса удаляют в соответствующую емкость и увеличивают скорость вращения привода, что позволяет удалить капельную влагу из контейнеров и кассет (и сборных форм) с образцами. Обработка может проводиться под вакуумом 200 - 600 мм рт. ст.

По завершении обработки и пропитки парафином образцов контейнеры с помощью используемого механизма ориентации переводят в горизонтальное положение, что позволяет провести заливку образцов парафином с получением блоков, используемых при микротомировании. По завершению заливки парафин из камеры сливают и выключают нагрев камеры для того, чтобы парафин в сборных кассетах-формах застыл.

Заявляемое устройство позволяет не только обрабатывать и пропитывать гистологические образцы с высокой эффективностью и производительностью, используя при этом и стандартные кассеты, и сборные кассеты-формы в одной загрузке, но и производить заливку блоков в том же аппарате в сборных кассетах- формах, что исключает длительную и трудоемкую процедуру ручной заливки, а также возможные ошибкиидентификации образцов. Промышленная применимость

Заявляемое устройство для обработки и пропитки гистологических и биологических образцов может быть использовано в лабораториях, специализирующихся на гистологических (патологоанатомических) и цитологических исследованиях, а также в любых других биологических и медицинских учреждениях, занимающихся микроскопическими исследованиями тканей и клеток.