生物塑化技術(shù)在動(dòng)物標(biāo)本制作中的應(yīng)用

孫阮洋，郭景奧

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

生物塑化技術(shù)在動(dòng)物標(biāo)本制作中的應(yīng)用

孫阮洋，郭景奧

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

傳統(tǒng)的制作動(dòng)物標(biāo)本方法一般有剝制、干制和浸制3種，存在一些較為顯著的弊端，例如，剝制標(biāo)本如蛇類標(biāo)本不能保持蛇類自身色澤；干制標(biāo)本如昆蟲幼蟲標(biāo)本，保存時(shí)易霉變和蟲蛀；浸制標(biāo)本如魚類標(biāo)本，雖然保存時(shí)間長(zhǎng)但易變色，加上由于甲醛等保存液的揮發(fā)，出現(xiàn)保存液減少影響保存效果，并會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。正是由于上述保存方法不夠理想，研究人員一直在尋找另一種更為有效的標(biāo)本保存方法，促進(jìn)了生物塑化技術(shù)的誕生。該技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末，應(yīng)用塑化技術(shù)制作的生物標(biāo)本，具有無毒，無味，易保存等優(yōu)點(diǎn)。本文將從生物塑化技術(shù)的定義，種類和主要制作步驟幾個(gè)方面簡(jiǎn)要介紹這項(xiàng)技術(shù)。

1 生物塑化技術(shù)簡(jiǎn)介

生物塑化技術(shù)是一種利用高分子化合物（如塑料或樹脂）對(duì)生物標(biāo)本進(jìn)行滲透塑化，以達(dá)到生物標(biāo)本方便觀察和保存的一種技術(shù)，是研究斷面解剖學(xué)和保存標(biāo)本的一種性能良好的先進(jìn)技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)是由德國(guó)海德堡大學(xué)解剖研究所的馮·哈根斯于1978年發(fā)明的，并取得了德、英、美、澳、南非等國(guó)專利，是目前形態(tài)學(xué)研究中一種具有較好性能和廣泛用途的新方法，受到了國(guó)際上較為普遍的承認(rèn)。其技術(shù)原理在于采用液態(tài)高分子多聚化合物分子作為生物塑化劑覆蓋替代組織細(xì)胞內(nèi)的水分子，并在保存組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和纖維支架完整的前提下改變生物標(biāo)本的理化性質(zhì)從而達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的。

2 生物塑化技術(shù)的種類

生物塑化過程是用多聚物替代生物組織中的水分和脂類的過程。根據(jù)所用的多聚物種類不同，可以將塑化技術(shù)分為4類，主要用于制作4種不同的標(biāo)本。

2.1 橡膠技術(shù)

指的是用橡膠樹、橡膠草等植物提取膠乳，注入動(dòng)物標(biāo)本中，加工后制成的標(biāo)本柔韌而有彈性，主要用于制備教學(xué)示教標(biāo)本。

2.2 多聚化乳膠技術(shù)

主要用于厚的軀體斷層標(biāo)本，可以將脂肪組織顯示為白色，其它實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)的顏色則較深，從而顯示出很好的對(duì)比效果，但這一技術(shù)現(xiàn)在應(yīng)用的較少。

2.3 聚酯共聚體技術(shù)

主要用于制備腦組織的斷層標(biāo)本，可以不經(jīng)染色而將灰質(zhì)與白質(zhì)明顯地區(qū)別開來。

2.4 環(huán)氧樹脂技術(shù)

主要用于制備透明的軀體或器官斷層標(biāo)本。

上述4種塑化技術(shù)中，每種技術(shù)所采用的多聚物又因所塑化的標(biāo)本不同而有所不同。哈根斯據(jù)此又用編號(hào)將每一種技術(shù)進(jìn)一步分類，如S10、E12、P35等。

3 生物塑化主要步驟

生物塑化的主要步驟分為4步，包括固定、脫水和脫脂、強(qiáng)制浸滲和硬化處理。

3.1 固定動(dòng)物標(biāo)本

采用常規(guī)固定方法。多用5%～10%福爾馬林液體作為防腐固定劑，最好經(jīng)動(dòng)脈灌注固定。注意擺正位置，灌注后將標(biāo)本浸泡于防腐液中，待有一定硬度后取出備用。

3.2 脫水和脫脂

標(biāo)本在用塑化劑浸漬之前需徹底脫水。最簡(jiǎn)單和最常用的脫水方法是低溫脫水，脫水劑為丙酮。首先，丙酮在-25℃的條件下預(yù)凍一周，標(biāo)本流水沖洗48h后迅速置入丙酮液中。這樣,組織內(nèi)的水份與丙酮發(fā)生置換，丙酮占據(jù)了組織內(nèi)水份占據(jù)的空間，直至標(biāo)本內(nèi)的含水量低于1%為止。脫水劑與標(biāo)本的體積比為10：1，整個(gè)脫水過程一般需4級(jí)丙酮液，最后一級(jí)的丙酮液的濃度須在99.5%以上。經(jīng)此方法脫水的標(biāo)本的皺縮率很小，如顱底標(biāo)本的皺縮率低于3%。在-25℃的狀態(tài)下，丙酮不溶解脂肪，在室溫下，丙酮溶解脂肪，所以在冷凍置換法中，脫脂需要另外一個(gè)室溫丙酮槽，對(duì)于富含脂類的標(biāo)本（包括骨、皮下或漿膜下脂肪組織）的脫脂則還需要有一個(gè)二氯甲烷槽才能完成。一周后，組織內(nèi)脂肪占據(jù)的空間也被丙酮占據(jù)了。

脫水也可以在常溫下進(jìn)行操作。常溫條件下將標(biāo)本放入低濃度（50%）的丙酮開始做逐步脫水處理，丙酮濃度從50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%、100%，平均每2～3d更換丙酮一次，直到標(biāo)本放入100%的丙酮中，并再更換丙酮3～4次。脫水時(shí)間約為20～30d，標(biāo)本保留在100%丙酮內(nèi)的時(shí)間至少5～7d以上，由于脫水是在常溫（10～25℃）條件下進(jìn)行的，因此在脫水的同時(shí)也完成了脫脂處理。

3.3 強(qiáng)制浸滲

強(qiáng)制浸滲是指真空條件下，用硅橡膠、環(huán)氧樹脂等多聚物液體替換組織中丙酮的過程，這是生物塑化的中心和最關(guān)鍵的步驟。標(biāo)本先用一種具有高蒸發(fā)壓（低沸點(diǎn)）的置換劑浸透后，浸入一種合適的具有低蒸發(fā)壓（高沸點(diǎn)）的塑化劑溶液中。標(biāo)本中的置換劑（如丙酮）容易揮發(fā)，在真空泵持續(xù)不斷抽吸下從標(biāo)本中移出，標(biāo)本內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)壓。塑化劑則滲入標(biāo)本內(nèi)填補(bǔ)了由于置換劑移出而留下的空位。真空浸漬是利用置換劑和塑化劑之間蒸發(fā)壓不同的特點(diǎn)來完成的。真空浸漬要緩慢進(jìn)行，以便讓塑化劑充分填充于標(biāo)本內(nèi)原來被置換劑（如丙酮）占據(jù)的空間，置換劑則變成氣態(tài)并被排出。真空浸漬的速度是通過調(diào)節(jié)真空容器內(nèi)的壓力來控制的，浸漬的時(shí)間則根據(jù)標(biāo)本的大小、組織的密度和塑化劑的濃度來選擇，一般進(jìn)行4～14d。由德國(guó)海德堡大學(xué)解剖學(xué)研究所馮·哈根斯研制的BIODUR系列塑化劑就具有上述特點(diǎn)。

商品化的BIODUR塑化劑有標(biāo)識(shí)類別的大寫字母，其中”S”表示硅膠，“E”表示環(huán)氧樹脂，“P”表示聚醋樹脂，“PEM”表示能聚合的乳膠。“PEM”是一種環(huán)氧類配方，在聚酯化中乳化而來。在大寫字母后緊接1～4位數(shù)字，1位數(shù)字表示是硬化劑，2位數(shù)字表示聚酯，3位數(shù)字表示促進(jìn)劑，4位數(shù)字表示添加劑。在現(xiàn)在生物塑化的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用硅膠BIODUR S10和固化劑BIODUR HARDENERS3進(jìn)行真空浸漬。

3.4 硬化處理

是采用氣體、光線或加熱等方法將標(biāo)本中多聚物聚合的過程。塑化劑是一種高分子化合物，液態(tài)時(shí)為單分子存在，當(dāng)發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)，分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵打開，組成共價(jià)鍵，形成高分子多聚化合物，聚合后則由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。依據(jù)所用塑化劑的性質(zhì)，經(jīng)真空浸漬后的標(biāo)本通常在室溫或在50℃的條件下進(jìn)行聚合、硬化。此外還有一種特殊的硬化方法，即氣體硬化，經(jīng)真空浸漬后的標(biāo)本與氣化的置換劑相結(jié)合，使之完成聚合。在現(xiàn)在生物塑化的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用BIODUR GAS-CURE S6進(jìn)行硬化處理。

4 生物塑化技術(shù)應(yīng)用與問題

生物塑化技術(shù)是近十年來新興的一種有效的保存標(biāo)本的方法，制作完成的標(biāo)本能達(dá)到干燥透明的狀態(tài)，無毒，無味，具有一定的彈性與韌性，相比傳統(tǒng)動(dòng)物標(biāo)本制作有著天然的優(yōu)勢(shì)，所以有專家預(yù)測(cè)未來20年左右大部分的動(dòng)物標(biāo)本都將使用生物塑化技術(shù)加以保存。但是生物塑化的弊端也比較明顯，使用低溫制作方法雖然制作效果良好，但制作成本太高，前期投入過大；使用常溫制作雖然成本不高但是制作效果不如低溫制作，制作過程可能發(fā)生些許皺縮，且耗時(shí)長(zhǎng)，所以說生物塑化技術(shù)的廣泛應(yīng)用目前為止仍有一定難度。

[1]張紹祥，等.生物塑化技術(shù)在形態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用，第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，18（30）：230-232.

[2]唐安科，等.一種中小型哺乳動(dòng)物標(biāo)本整體塑化制作方法，四川動(dòng)物，2010，29（5）：636-637.

[3]劉靖，等.生物塑化技術(shù)在保存生物類文物方面的應(yīng)用研究，解剖學(xué)研究，2011，33（1）：55-58.

10．3969/J.ISSN．1671-6027．2015．05.009