SledgeEdit
Ein Schlittenmikrotom ist ein Gerät, bei dem die Probe in eine feste Halterung (Shuttle) gelegt wird, die sich dann über ein Messer hin und her bewegt. Bei modernen Schlittenmikrotomen steht der Schlitten auf einem Linearlager, so dass das Mikrotom problemlos viele grobe Schnitte schneiden kann. Durch Einstellen des Winkels zwischen der Probe und dem Mikrotommesser kann der Druck, der während des Schnitts auf die Probe ausgeübt wird, verringert werden. Typische Anwendungen für diese Art von Mikrotom sind die Präparation großer Proben, z. B. in Paraffin eingebettete Proben für biologische Präparate. Die typische Schnittdicke, die mit einem Schlittenmikrotom erreicht werden kann, liegt zwischen 1 und 60 μm.
Rotationsmikrotom
Dieses Instrument ist ein gängiges Mikrotomdesign. Dieses Gerät arbeitet mit einer gestuften Drehbewegung, so dass das eigentliche Schneiden Teil der Drehbewegung ist. Bei einem Rotationsmikrotom ist das Messer in der Regel in einer horizontalen Position fixiert.
In der Abbildung links wird das Prinzip des Schnitts erklärt. Durch die Bewegung des Probenhalters wird die Probe durch das Messer von Position 1 bis Position 2 geschnitten, wobei der frische Schnitt auf dem Messer verbleibt. Am höchsten Punkt der Drehbewegung wird der Probenhalter um die gleiche Dicke wie der zu schneidende Schnitt vorgeschoben, so dass der nächste Schnitt gemacht werden kann.
Das Schwungrad kann bei vielen Mikrotomen von Hand bedient werden. Dies hat den Vorteil, dass ein sauberer Schnitt gemacht werden kann, da die relativ große Masse des Schwungrads verhindert, dass die Probe während des Schnitts angehalten wird. Bei neueren Modellen ist das Schwungrad oft in das Gehäuse des Mikrotoms integriert. Die typische Schnittdicke für ein Rotationsmikrotom liegt zwischen 1 und 60 μm. Bei harten Materialien, wie z. B. einer in Kunstharz eingebetteten Probe, kann dieses Mikrotomdesign gute „halbdünne“ Schnitte mit einer Dicke von nur 0,5 μm ermöglichen.
KryomikrotomBearbeiten
Für das Schneiden von gefrorenen Proben können viele Rotationsmikrotome so angepasst werden, dass sie in einer Flüssigstickstoffkammer schneiden, in einem sogenannten Kryomikrotom-Setup. Durch die verringerte Temperatur kann die Härte der Probe erhöht werden, z. B. durch einen Glasübergang, was die Präparation von halbdünnen Proben ermöglicht. Allerdings müssen die Probentemperatur und die Messertemperatur kontrolliert werden, um die resultierende Probendicke zu optimieren.
UltramikrotomBearbeiten
Ein Ultramikrotom ist ein Hauptwerkzeug der Ultramikrotomie. Es ermöglicht die Präparation von extrem dünnen Schnitten, wobei das Gerät wie ein Rotationsmikrotom funktioniert, jedoch mit sehr engen Toleranzen bei der mechanischen Konstruktion. Aufgrund der sorgfältigen mechanischen Konstruktion wird die lineare thermische Ausdehnung der Halterung genutzt, um eine sehr feine Kontrolle der Dicke zu ermöglichen.
Diese extrem dünnen Schnitte sind wichtig für die Verwendung mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und der seriellen Blockflächen-Rasterelektronenmikroskopie (SBFSEM) und sind manchmal auch für die lichtoptische Mikroskopie wichtig. Die typische Dicke dieser Schnitte liegt zwischen 40 und 100 nm für die Transmissionselektronenmikroskopie und oft zwischen 30 und 50 nm für SBFSEM. Dickere Schnitte mit einer Dicke von bis zu 500 nm werden auch für spezielle TEM-Anwendungen oder für lichtmikroskopische Übersichtsschnitte zur Auswahl eines Bereichs für die endgültigen Dünnschnitte genommen. Bei Ultramikrotomen werden vorzugsweise Diamantmesser und Glasmesser verwendet. Zum Sammeln der Schnitte schwimmen diese auf einer Flüssigkeit, während sie geschnitten werden, und werden vorsichtig auf Gittern aufgenommen, die für die Betrachtung von TEM-Proben geeignet sind. Die Dicke des Schnitts kann anhand der Dünnschicht-Interferenzfarben des reflektierten Lichts abgeschätzt werden, die aufgrund der extrem geringen Probendicke zu sehen sind.
VibratomeEdit
Das vibrierende Mikrotom schneidet mit einer vibrierenden Klinge, so dass der resultierende Schnitt mit weniger Druck ausgeführt werden kann, als dies bei einer stationären Klinge erforderlich wäre. Das vibrierende Mikrotom wird normalerweise für schwierige biologische Proben verwendet. Die Schnittdicke beträgt in der Regel etwa 30-500 μm bei lebendem Gewebe und 10-500 μm bei fixiertem Gewebe.
Eine Variante des vibrierenden Mikrotoms ist das Compresstome-Mikrotom. Das Compresstome verwendet eine Probenspritze oder ein „lippenstiftartiges“ Röhrchen zur Aufnahme des Gewebes. Die Gewebeprobe ist vollständig in Agarose (ein Polysaccharid) eingebettet, und das Gewebe wird langsam und sanft aus dem Röhrchen gedrückt, damit die vibrierende Klinge es schneiden kann. Das Gerät funktioniert folgendermaßen: Das Ende des Probenröhrchens, an dem das Gewebe austritt, ist etwas schmaler als das Ladeende, wodurch das Gewebe beim Austritt aus dem Röhrchen leicht zusammengedrückt“ wird. Durch die leichte Kompression werden Scherungen, ungleichmäßiges Schneiden und Vibrationsartefakte vermieden. Beachten Sie, dass die Kompressionstechnologie das zu schneidende Gewebe nicht beschädigt oder beeinträchtigt.
Das Compresstome-Mikrotom bietet mehrere Vorteile: 1) die Agaroseeinbettung verleiht der gesamten Probe auf allen Seiten Stabilität, wodurch ein ungleichmäßiges Schneiden oder Abscheren des Gewebes verhindert wird; 2) die Kompressionstechnologie komprimiert das Gewebe sanft, um ein gleichmäßiges Schneiden zu ermöglichen, so dass die Klinge nicht gegen das Gewebe stößt; 3) schnelleres Schneiden als die meisten vibrierenden Mikrotome; und 4) es schneidet Gewebe von älteren oder reiferen Tieren gut, um gesünderes Gewebe zu erhalten.
Sägemikrotom
Das Sägemikrotom ist besonders für harte Materialien wie Zähne oder Knochen geeignet. Das Mikrotom dieses Typs hat eine vertiefte, rotierende Säge, die die Probe durchschneidet. Die minimale Schnittdicke beträgt etwa 30 μm und kann bei vergleichsweise großen Proben durchgeführt werden.
LaserEdit
Das Laser-Mikrotom ist ein Instrument zum berührungslosen Schneiden. Eine vorherige Vorbereitung der Probe durch Einbetten, Einfrieren oder chemische Fixierung ist nicht erforderlich, wodurch die Artefakte der Präparationsmethoden minimiert werden. Alternativ kann dieses Mikrotom auch für sehr harte Materialien wie Knochen oder Zähne sowie für einige Keramiken verwendet werden. Je nach den Eigenschaften des Probenmaterials liegt die erreichbare Dicke zwischen 10 und 100 μm.
Das Gerät arbeitet mit der Schneidwirkung eines Infrarotlasers. Da der Laser eine Strahlung im nahen Infrarot emittiert, kann er in diesem Wellenlängenbereich mit biologischen Materialien interagieren. Durch die scharfe Fokussierung der Sonde in der Probe kann ein Brennpunkt mit sehr hoher Intensität, bis zu TW/cm2, erreicht werden. Durch die nichtlineare Wechselwirkung der optischen Penetration im Brennpunktbereich wird eine Materialtrennung in einem als Photo-Disruption bekannten Prozess eingeleitet. Durch die Begrenzung der Laserpulsdauer auf den Femtosekundenbereich wird die im Zielbereich aufgewendete Energie präzise gesteuert und damit die Wechselwirkungszone des Schnitts auf unter einen Mikrometer begrenzt. Außerhalb dieser Zone führt die ultrakurze Einwirkungszeit des Strahls nur zu minimalen oder gar keinen thermischen Schäden am Rest der Probe.
Die Laserstrahlung wird auf ein schnelles optisches System auf der Basis von Abtastspiegeln gerichtet, das eine dreidimensionale Positionierung des Strahlübergangs ermöglicht und gleichzeitig die Durchquerung des Strahls bis zum gewünschten Bereich von Interesse erlaubt. Die Kombination von hoher Leistung mit einer hohen Rasterrate ermöglicht es dem Scanner, große Bereiche der Probe in kurzer Zeit zu schneiden. Mit dem Laser-Mikrotom ist auch die Laser-Mikrodissektion von inneren Bereichen in Geweben, zellulären Strukturen und anderen Arten von kleinen Merkmalen möglich.