СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЗВИЯ ДЛЯ МИКРОТОМА Российский патент 2024 года по МПК B26B21/54 B26D7/00 G01N1/06 A61B17/32 

Изобретение относится к способам изготовления конструктивных элементов устройств для резки, в частности к способам изготовления лезвий для микротома [B26D 1/00, B26D 7/00, G01N 1/06]

Из уровня техники известно ЛЕЗВИЕ ДЛЯ МИКРОТОМА С ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ [CA 1278727 C], где используются различные материалы, включая металлы, стекло, сапфир и алмаз, подвергающиеся термообработке при температуре от 700 до 1300 C.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЗВИЯ МИКРОТОМА С ПОКРЫТИЕМ [EP 0207467 A1], включающий в себя термообработку лезвия при температуре от 700 до 1300 ° C, изготовленное из металлического материала, такие как нержавеющая сталь и твердые металлы, стекло, сапфир и т.п, лезвие устанавливают на подставку для подложек в плазменную камеру, имеющую волноводное отверстие, нагревают в печи в инертной атмосфере аргона при температуре 1200°C в течение 30 минут с последующим отжигом с постепенным понижением температуры.

Основным техническим недостатком аналогов и прототипа является недостаточный уровень качества получаемых гистологических срезов, сделанных с помощью лезвия для микротома в связи с несоблюдением производственных процессов, способствующих повышению качества получаемого гистологического среза при использовании лезвий для микротома изготовленных посредством способов описанных в аналогах и прототипа.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня качества гистологических срезов, сделанных с помощью лезвия для микротома.

Указанный технический результат достигается за счет способа изготовления лезвия для микротома, характеризующегося тем, что первоначально производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины с помощью алмазного инструмента, формируя тем самым режущую кромку, при этом суммарная глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны не менее 2/3 от толщины лезвия, далее производят механическую полировку режущей кромки лезвия, далее лезвие обрезают по не рабочим сторонам, затем лезвие отжигают в вакуумной печи при температуре не менее 1200 градусов Цельсия, при отжиге устанавливают внутри печи давление не более 1х10^-5 миллиметров ртутного столба, а после отжига полученное изделие оставляют остывать в вакууме до температуры окружающей среды.

В частности, производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины с помощью алмазного инструмента с зернистостью 63/50 мкм.

В частности, производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины толщиной 0,2 до 0,7 мм.

В частности, лезвие отжигают в вакуумной печи используя печь с резистивным нагревателем из графита.

В частности, механическую полировку режущей кромки лезвия осуществляют при помощи полировального круга и алмазной пасты.

В частности, лезвие обрезают по не рабочим сторонам с помощью волоконного импульсного лазера мощностью 1,4 кВт и энергией импульсов 18 Дж.

Осуществление изобретения.

Способ подразумевает изготовление лезвий из монокристаллического сапфира для гистологических срезов. Для изготовления лезвий из монокристаллического сапфира используют сапфировую пластину толщиной от 0,2 до 0,7 миллиметров, при этом размер пластины рассчитывается с запасом и должен превышать длину и ширину окончательного изделия на 1-3 миллиметра. Далее производят предварительную механическую заточку режущей кромки лезвий с помощью алмазного инструмента с зернистостью 63/50 мкм, при этом суммарная глубина снятия слоя сапфира на сапфировой пластине при обработке кромки лезвия с каждой стороны составляет не менее 2/3 от толщины лезвия. Затем производят механическую полировку режущей кромки лезвия при помощи полировального круга и алмазной пасты. Полученную заготовку с помощью волоконного импульсного лазера мощностью 1,4 кВт и энергией импульсов 18 Дж обрезают по не рабочим сторонам, придавая готовому изделию требуемую форму и размеры. Далее сапфировые лезвия размещают в вакуумной печи с резистивным нагревателем из графита, устанавливают внутри печи давление не более 1х10^-5 миллиметров ртутного столба, поднимают температуру нагревателя до значения не менее 1 200 градусов Цельсия и выполняют высокотемпературный отжиг лезвий, после чего отключают нагрев и оставляют лезвия остывать в вакууме до температуры окружающей среды. В результате, полученные значения радиуса скругления режущих кромок для различных экземпляров изготовленных лезвий составляют от 20 до 50 нм.

Заявленный технический результат - повышение уровня качества гистологических срезов, сделанных с помощью лезвия для микротома - достигается за счет того, что сначала производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины толщиной от 0,2 до 0,7 мм. Выбор подобного диапазона толщины лезвия обусловлен тем, что для получения качественного гистологического среза твердых материалов предполагается использование более толстых лезвий (до 0,7 мм), так как утолщенное лезвие лучше всего позволяет добиться тонкого, но в то же время цельного среза. Для получения же качественных срезов менее твердых материалов, предполагается использование более тонких лезвий, не менее 0,2 мм толщиной, т.к. для подобного рода материалов использование более толстого лезвия может повлечь дефекты в виде заусениц, разрывов и трещин, что негативно влияет на итоговое качество получаемого среза. Помимо этого, лезвия толщиной менее 0,2 слишком хрупкие и могут испортить заготовку при срезе. К тому же, лезвия толщиной более 0,7 мм не устанавливаются в стандартную оснастку известных из уровня техники микротомов достаточно надежно, что может повлечь люфт и случайные повреждения объекта исследования.

Далее с помощью алмазного инструмента с зернистостью 63/50 мкм предварительно формируют режущую кромку. Подобный материал был выбран в связи с тем, что монокристаллический сапфир можно обрабатывать только алмазом, в связи с его прочностью в сравнении с другими известными из уровня техники абразивными материалами. Заявленная зернистость определена эмпирически с учетом производительности и минимума сколов на получаемой режущей кромке. Возможные сколы, получаемые при обработке инструментом большей или меньшей зернистости, могут негативно повлиять на качество итогового получаемого среза.

При этом, суммарная глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны не менее 2/3 от толщины лезвия. Край заготовки, где будет формироваться режущая кромка, как правило, содержит микротрещины от предыдущей обработки. Чтобы исключить их появление на режущей кромке необходимо снять при заточке больший слой материала, т.е. немного “подточить” лезвие, чтобы режущая кромка была сформирована в массе материала, не содержащего трещин от заготовительной операции. Наличие любого рода трещин может также негативно повлиять на качество получаемого гистологического среза при использовании производимого лезвия для микротома.

Затем лезвие отжигают в вакуумной печи с резистивным нагревателем из графита при температуре не менее 1200 градусов Цельсия. В вакууме происходит очистка лезвий от материалов предыдущей обработки, с поверхностей лезвия испаряются все загрязнения. Графитовый нагреватель позволяет достаточно равномерно распределить температуру внутри печи и не допустить случайных деформаций лезвия при отжиге. Также, при заявленной температуре в сапфире происходит снятие механических напряжений, оставшихся от заточки лезвия. Свойства лезвия выравниваются и не остается напряженных участков, которые могут вызвать ускоренное разрушение режущей кромки при работе.

При отжиге внутри печи устанавливают давление не более 1х10^-5 миллиметров ртутного столба. Такое давление определяется используемой системой откачки. Обычно в вакуумных печах для отжига сапфира используется система «механический форнасос + высоковакуумный насос (Диффузионный или турбомолекулярный)». Такая система откачки создает давление не более 1х10^{- 5} мм.рт.ст. При достижении такого давления в камере мы можем быть уверены в отсутствии воздушных или водяных течей. Если давление будет выше, то пластины при высокой температуре могут просто сгореть от кислорода (если появилась воздушная течь).

После отжига полученное изделие оставляют остывать в вакууме до температуры окружающей среды. Лезвия должны постепенно остывать для того, чтобы в процессе “отпуска” лезвия не образовались механические напряжения, способные деформировать изделие и создать в нем трещины. Если извлечь лезвия на воздух сразу после отжига, они начнут трескаться от разницы температур. Подобный дефект можно наблюдать и при известном из уровня техники запуске газа в камеру, в связи с чем в заявленном способе предлагается оставлять заготовку в вакууме.

Также заявленный технический результат достигается за счет механической полировки, которую в варианте реализации делают при помощи полировального круга и алмазной пасты.

Также заявленный технический результат достигается за счет того, что заготовку лезвия (в варианте реализации с помощью волоконного импульсного лазера мощностью 1,4 кВт и энергией импульсов 18 Дж) обрезают по не рабочим сторонам, придавая готовому изделию требуемую форму и размеры, что обеспечивает его более надежное крепление и фиксацию в устройстве для резки, что в свою очередь также повышает качество гистологических срезов.

В качестве подтверждения достижения технического результата ниже представлены результаты проведения опыта (таблица 1), в рамках которого изучалась зависимость наличия заявленных в указанном способе производства лезвий для микротомов параметров производства и итоговый процент качества получаемого с помощью изготовленного лезвия гистологического среза. После изучения полученный образец среза сравнивался с эталонным (97,12% сохранности после среза), после чего фиксировалось процентное отношение сходства к эталонному образцу. В рамках проведения опытов изучались следующие лезвия:

1. Лезвие, изготовленное не из сапфировой пластины, а из стали (Далее - А1).

2. Лезвие из сапфировой пластины, в котором не производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента (Далее - А2).

3. Лезвие из сапфировой пластины, в котором производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента, зернистостью 80/63 мкм (Далее - А3)

4. Лезвие из сапфировой пластины, в котором производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента, зернистостью 50/40 мкм (Далее - А4)

5. Лезвие из сапфировой пластины, в котором глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны менее 2/3 от толщины лезвия (Далее - А5)

6. Лезвие из сапфировой пластины, в котором лезвие не отжигают печи (Далее - А6)

7. Лезвие из сапфировой пластины, в котором лезвие отжигают в печи без создания вакуума (Далее - А7)

8. Лезвие из сапфировой пластины, в котором лезвие отжигают в вакуумной печи при температуре менее 1200 градусов Цельсия (Далее - А8)

9. Лезвие из сапфировой пластины, при отжиге которого устанавливают внутри печи давление более 1х10-5 миллиметров ртутного столба (Далее - А9)

10. Лезвие из сапфировой пластины, после отжига которого полученное изделие не оставляют остывать в вакууме до температуры окружающей среды. (Далее - А10)

11. Лезвие, изготовленное по заявленному в способе методу. (Далее - А11)

Таблица 1

№ образца лезвия % качества полученного среза А1 75,13% А2 1,87% А3 34,96% А4 27,29% А5 38,55% А6 69,83% А7 63,82% А8 76,37% А9 12,38% А10 67,54% А11 99,13%

По результатам проведения опытов (таблица 1) можно сделать следующие выводы:

1. Лезвие, изготовленное не из сапфировой пластины, а из стали не позволяет добиться достаточно острой заточки, чтобы в итоге получить срез необходимой тонкости и качества.

2. Лезвие из сапфировой пластины, в котором не производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента почти не позволяет совершить срез вовсе, о чем говорят результаты, приведенные в таблице 1 (образец А2 показал наименьший % качества полученного гистологического среза)

3. Лезвие из сапфировой пластины, в котором производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента, зернистостью 80/63 мкм оставляет достаточно большое количество сколов на итоговом изделии, что влечет большое количество заусенцев на образце, срез которого производился с помощью лезвие, а это, в свою очередь, влечет к уменьшению уровня качества получаемого среза образца.

4. Лезвие из сапфировой пластины, в котором производили предварительную заточку с помощью алмазного инструмента, зернистостью 50/40 мкм оставляет достаточно большое количество сколов на итоговом изделии, что влечет большое количество заусенцев на образце, срез которого производился с помощью лезвие, а это, в свою очередь, влечет к уменьшению уровня качества получаемого среза образца.

5. Лезвие из сапфировой пластины, в котором глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны менее 2/3 от толщины получилось с достаточно большим количеством сколов и трещин. При создании срезов, лезвие достаточно сильно повредило заготовку, что, в свою очередь, привело к уменьшению уровня качества получаемого среза образца.

6. Лезвие из сапфировой пластины, которое не отожгли в печи не получило нужное количество положительно режущих свойств и получилось недостаточно острым, что повлекло невозможность создания достаточно тонких качественных гистологических срезов.

7. Лезвие из сапфировой пластины, в котором лезвие отжигают в печи без создания вакуума получилось с достаточно большим количеством трещин на поверхности режущей кромки, что, при последующих срезах, достаточно сильно вредило качеству получаемых образцов.

8. Лезвие из сапфировой пластины, в котором лезвие отжигают в вакуумной печи при температуре менее 1200 градусов Цельсия при последующих срезах получило большое количество мелких трещин и рытвин на режущей кромке, что достаточно сильно вредило качеству получаемых образцов.

9. Лезвие из сапфировой пластины, при отжиге которого установили внутри печи давление более 1х10^-5 миллиметров ртутного столба, сгорело в процессе отжига в связи с появлением воздушной течи, что повлекло за собой достаточно низкий процент качества полученного с помощью данного лезвия среза.

10. На лезвии из сапфировой пластины, после отжига которого полученное изделие не оставили остывать в вакууме до температуры окружающей среды образовались механические напряжения, которые деформировали изделие и создали в нем трещины, что негативно повлияло на качество гистологического среза, созданного с помощью данного лезвия.

11. Лезвие, изготовленное по заявленному в способе методу, показало наибольший процент качества полученного с помощью данного лезвия гистологического среза.

Таким образом, в совокупности все заявленные признаки позволяют достичь указанного технического результата у заявленного способа - повышение уровня качества гистологических срезов, сделанных с помощью лезвия для микротома.

Изобретение относится к способам изготовления конструктивных элементов устройств для резки. Cпособ изготовления лезвия для микротома состоит в том, что первоначально производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины с помощью алмазного инструмента, формируя тем самым режущую кромку. Суммарная глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны составляет не менее 2/3 от толщины лезвия. Далее производят механическую полировку режущей кромки лезвия. Лезвие обрезают по не рабочим сторонам. Затем лезвие отжигают в вакуумной печи при температуре не менее 1200°С. При отжиге устанавливают внутри печи давление не более 1×10^-5 мм рт. ст. После отжига полученное изделие оставляют остывать в вакууме до температуры окружающей среды. Техническим результатом изобретения является повышение уровня качества гистологических срезов. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления лезвия для микротома, характеризующийся тем, что первоначально производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины с помощью алмазного инструмента, формируя тем самым режущую кромку, при этом суммарная глубина снятия слоя сапфира при обработке режущей кромки с каждой стороны не менее 2/3 от толщины лезвия, далее производят механическую полировку режущей кромки лезвия, далее лезвие обрезают по не рабочим сторонам, затем лезвие отжигают в вакуумной печи при температуре не менее 1200°С, при отжиге устанавливают внутри печи давление не более 1×10^-5 мм рт. ст., а после отжига полученное изделие оставляют остывать в вакууме до температуры окружающей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины с помощью алмазного инструмента с зернистостью 63/50 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят предварительную механическую заточку сапфировой пластины толщиной от 0,2 до 0,7 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что лезвие отжигают в вакуумной печи, используя печь с резистивным нагревателем из графита.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую полировку режущей кромки лезвия осуществляют при помощи полировального круга и алмазной пасты.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что лезвие обрезают по не рабочим сторонам с помощью волоконного импульсного лазера мощностью 1,4 кВт и энергией импульсов 18 Дж.