德国EXAKT切磨系统制作古组织薄片技术

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近些年来，地质古生物学与现代生物学、解剖学、组织学等学科之间的相互交叉，呈现向超微结构甚至分子水平迅猛发展的态势。这种发展得益于新的精密仪器和新的技术引入古生物学并得以应用。为了研究古组织的超微结构，我所于2003年从德国EXAKT公司引进了包括浸透、包埋、光固化、切割、磨片等整套能获得硬组织薄片小于0.01mm的设备和技术。这套技术精确地把组织薄片制作过程和结果予以数字化。而且，它的平行粘接、平行制片等仪器，可使得制作9—10cm样品的薄片，其厚度误差小于0.005mm，所用的包埋树脂，由于采用光固化技术，使得以前难以控制的包埋和固化过程变得十分简单，笔者认为，这套系统和技术可以说是目前制作牙齿、骨组织、化石古组织薄片最佳的仪器和方法。在此，把用此系统制作化石古组织的方法介绍如下，以供感兴趣者参考。把化石组织切割成适合包埋容器的小块；由于古组织长期埋藏在地层中，在组织及其围岩中含有一些结晶水，必须去除以使包埋树脂代之。所以，首先把样品放在烘箱中，在80度下烘烤24小时作脱水处理。冷却后，放入盛有Tech 7200包埋剂的烧杯或包埋盒中，避光浸透。10mm厚的小方块样品，要彻底浸透约需一周，若使用真空干燥器，在真空中浸透，时间将会缩短一半。这套技术使用的包埋树脂型号是Technovit 7200VLC(以下简称T 7200胶），和现在大部分补牙材料一样，采用光固化技术。因此，厂家专门提供一台光固化仪器。把浸透好的样品块移入包埋盒中，（注意让观察的样品面朝下），把T 7200胶倒入包埋盒中，直至淹没样品。然后，启动灯光开关。光固化分两个阶段，第一阶段，使用低强度黄色光源，使包埋剂予以聚合。对10mm厚的样品块，约需时间4—5小时。第二阶段，使用强光源蓝色光源进一步聚合，约需时间8—10小时。第一阶段和第二阶段之间的切换，由仪器按照设定的时间程序自动完成，只需在蓝色光源熄灭后，关闭仪器电源开关而已。固化过程可以安排在下班前进行，第二天上班时，即可以拿到固化好的样品，其效率之高不言而喻。EXAKT公司提供一个真空吸附样品平行固定器，用于把样品平行地固定在载玻片上。其程序是：先将一个载玻片粘上一块2厘米大小的双面胶带，把包埋好的样品块观察面对准双面胶带粘好，然后启动真空泵把载有样品的载玻片吸附在平行固定器的上盖下。此时，要按比例把一种叫Tech 4000的固定胶调成糊状，涂在另一个载玻片上（称之为下载玻片），将其放在平行固定器的下盖上，然后松开固定上盖的螺丝，将样品对准Tech 4000胶，轻轻放下，5分钟之后，Tech 4000胶固化，样品就牢牢地粘在下载片上。平行固定器的上下盖非常平行，因此，粘好后的样品面和下载玻片互相平行。把粘有双面胶带的载玻片轻轻从样品上取下，留待重复使用。将载有样品的下载玻片用真空吸附在EXAKT 300CP切割机的平行导向样品架上（样品架有多个规格，一般使用的是25x76mm规格的真空吸附架），横向移动平行导向台，使被切割的样品面与切割带初步对齐（粗调），然后固定平行导向台，调节平行导向台右侧的螺旋千分尺，以0.002mm的精度向前或向后移动样品，使样品面与切割带精确重合。接下来，启动切割机开关，使载有样品的平行导向台缓慢地移向高速转动的切割锯片，因平行导向台后有一个牵引垂码，所以，操作时，不许向前推进。相反，操作者还需用手作制动作用，以防平行导向器向前移动过快，导致撞断锯片，或迫使锯片侧向倾斜。对硬度高的样品，切割机的转速要低，反之亦然。研磨机型号是EXAKT 400CS，它由一个速度可调的磨盘、一个可调速的横向往复移动的真空吸附头和一个单板计算机控制的线性差动传感器（AW 110， 精度为0.001mm）集合而成。磨样必须按以下程序进行：铺一张水磨砂纸在磨盘上，启动磨片机开关和冷却水，启动传感器控制单元，把载有切割好的样品载玻片吸附在真空头上，启动真空头往复开关，加上垂重砝码，缓缓地将样品放在磨盘的中央。研磨机即进行自动研磨，同时，为传感控制器预先设置一个研磨数值，当达到此值时，研磨机自动停止。此系统提供不同颗粒度的砂纸，研磨时，按由粗到细的程序进行更换，但每次更换砂纸必须重启控制器的一个新的程序，否则，将会出现严重的后果。研磨并抛光好的样品先用一个精度为0.001mm的数字千分尺进行测量，并做好记录。然后取一个厚度误差不超过0.005mm的载玻片（称上载玻片），用真空泵吸附在精密平行粘片器透明的上板下；在样品的表面一字排开滴上2—3滴Tech 7210胶，将其放在平行粘片器的下板上；轻轻抬起载有样品的平行粘片器下板，注意观察，当上载玻片与样品接触时，样品上的7210胶逐渐向四周扩散，此过程不可过快，以免产生气泡。待放置平稳后，放下精密粘片器的上盖，开启蓝光灯以固化7210胶，固化时间为10—12分钟。把带有两个载玻片的样品，从平行粘片器中取出，置放在切割机上，按程序四的方法，把靠近上载玻片一端的样品切割下来，切割厚度一般控制在约0.15mm。切割下来载有样品的上载玻片，按程序五的方法，从粗砂纸到细砂纸逐级研磨，最后，用4000号抛光纸彻底抛光。要获得精确的样品厚度，精密的测量是不可少的。此系统包含一个精度为0.001mm的数字千分尺，用于随时测量研磨样品的厚度，测量与计算得出最后磨好的样品厚度有以下5个程序：1、测由四、五程序切割并研磨好的样品标本块+下载玻片=A2、测上载玻片厚=B3、测标本+下载玻片+上载玻片+7210胶=总厚度(C)，即A+B+7210=C4、计算得出7210胶厚（X）7210（X）=C-A-B5、测磨好的上载玻片+样品+7210胶（D），计算得出样品厚度(S) S=D-X至此，一个均匀透亮的、精确知道样品厚度的古组织薄片制作完成，如根据样品的成分作一些染色，相信观察和演示会更漂亮些。德国 EXAKT切磨系统制作古组织薄片技术 作者：张文定 作者单位：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所 近些年来，地质古生物学与现代生物学、解剖学、组织学等学科之间的相互交叉，呈现向超 微结构甚至分子水平迅猛发展的态势。这种发展得益于新的精密仪器和新的技术引入古生物 学并得以应用。为了研究古组织的超微结构，我所于2003年从德国 EXAKT 公司引进了包 括浸透、包埋、光固化、切割、磨片等整套能获得硬组织薄片小于 0.01mm 的设备和技术。这套技术精确地把组织薄片制作过程和结果予以数字化。而且，它的平行粘接、平行制片等 仪器，可使得制作 9一10cm 样品的薄片，其厚度误差小于 0.005mm， 所用的包埋树脂，由于采用光固化技术，使得以前难以控制的包埋和固化过程变得十分简单，笔者认为，这套 系统和技术可以说是目前制作牙齿、骨组织、化石古组织薄片最佳的仪器和方法。在此，把 用此系统制作化石古组织的方法介绍如下，以供感兴趣者参考。 一、浸透 把化石组织切割成适合包埋容器的小块；由于古组织长期埋藏在地层中，在组织及其围岩中 含有一些结晶水，必须去除以使包埋树脂代之。所以，首先把样品放在烘箱中，在80度下 烘烤24小时作脱水处理。冷却后，放入盛有 Tech 7200 包埋剂的烧杯或包埋盒中，避光浸 透。10mm 厚的小方块样品，要彻底浸透约需一周，若使用真空干燥器，在真空中浸透，时 间将会缩短一半。 二、包埋和固化 这套技术使用的包埋树脂型号是 Technovit 7200VLC(以下简称T7200胶)，和现在大部分 补牙材料一样，采用光固化技术。因此，厂家专门提供一台光固化仪器。 EXKAT 520 光固化包埋机 把浸透好的样品块移入包埋盒中，(注意让观察的样品面朝下)，把T7200胶倒入包埋盒中，直至淹没样品。然后，启动灯光开关。光固化分两个阶段，第一阶段，使用低强度黄色光源，使包埋剂予以聚合。对10mm 厚的样品块，约需时间4一5小时。第二阶段，使用强光源蓝 色光源进一步聚合，约需时间8—10小时。第一阶段和第二阶段之间的切换，由仪器按照设 定的时间程序自动完成，只需在蓝色光源熄灭后，关闭仪器电源开关而已。固化过程可以安 排在下班前进行，第二天上班时，即可以拿到固化好的样品，其效率之高不言而喻。 三、平行固定 EXAKT 公司提供一个真空吸附样品平行固定器，用于把样品平行地固定在载玻片上。其程 序是：先将一个载玻片粘上一块2厘米大小的双面胶带，把包埋好的样品块观察面对准双面 胶带粘好，然后启动真空泵把载有样品的载玻片吸附在平行固定器的上盖下。此时，要按比 例把一种叫 Tech 4000 的固定胶调成糊状，涂在另一个载玻片上(称之为下载玻片)，将其 放在平行固定器的下盖上，然后松开固定上盖的螺丝，将样品对准 Tech 4000胶，轻轻放 下，5分钟之后， Tech 4000 胶固化，样品就牢牢地粘在下载片上。平行固定器的上下盖非 常平行，因此，粘好后的样品面和下载玻片互相平行。 EXAKT 401 压片粘合器 四、切割 把粘有双面胶带的载玻片轻轻从样品上取下，留待重复使用。将载有样品的下载玻片用真空 吸附在 EXAKT 300CP 切割机的平行导向样品架上(样品架有多个规格，一般使用的是 25x76mm规格的真空吸附架)，横向移动平行导向台，使被切割的样品面与切割带初步对 齐(粗调)，然后固定平行导向台，调节平行导向台右侧的螺旋千分尺，以 0.002mm 的精 度向前或向后移动样品，使样品面与切割带精确重合。接下来，启动切割机开关，使载有样 品的平行导向台缓慢地移向高速转动的切割锯片，因平行导向台后有一个牵引垂码，所以，操作时，不许向前推进。相反，操作者还需用手作制动作用，以防平行导向器向前移动过快，导致撞断锯片，或迫使锯片侧向倾斜。 对硬度高的样品，切割机的转速要低，反之亦然。 EXAKT 300CP 切割机 五、研磨 研磨机型号是 EXAKT 400CS， 它由一个速度可调的磨盘 L 、S 一个可调速的横向往复移动的真 空吸附头和一个单板计算机控制的线性差动传感器(AW110，精度为0.001mm) 集合而 成。 EXAKT 400CS 精密磨片机 磨样必须按以下程序进行：铺一张水磨砂纸在磨盘上，启动磨片机开关和冷却水，启动传感 器控制单元，把载有切割好的样品载玻片吸附在真空头上，启动真空头往复开关，加上 垂重砝码，缓缓地将样品放在磨盘的中央。研磨机即进行自动研磨，同时，为传感控制器预 先设置一个研磨数值，当达到此值时，研磨机自动停止。 此系统提供不同颗粒度的砂纸，研磨时，按由粗到细的程序进行更换，但每次更换砂纸必须 重启控制器的一个新的程序，否则，将会出现严重的后果。 六、精密平行粘片器粘片 研磨并抛光好的样品先用一个精度为 0.001mm 的数字千分尺进行测量，并做好记录。然后 取一个厚度误差不超过 0.005mm 的载玻片(称上载玻片)，用真空泵吸附在精密平行粘片 器透明的上板下；在样品的表面一字排开滴上2—3滴 Tech 7210胶，将其放在平行粘片器 的下板上；轻轻抬起载有样品的平行粘片器下板，注意观察，当上载玻片与样品接触时，样 品上的7210胶逐渐向四周扩散，此过程不可过快，以免产生气泡。待放置平稳后，放下精 密粘片器的上盖，开启蓝光灯以固化7210胶，固化时间为10一12分钟。 EXAKT 402 平行粘片器 七、再切割、研磨 把带有两个载玻片的样品，从平行粘片器中取出，置放在切割机上，按程序四的方法，把 靠近上载玻片一端的样品切割下来，切割厚度一般控制在约0.15mm。 切割下来载有样品的上载玻片，按程序五的方法，从粗砂纸到细砂纸逐级研磨，最后，用 4000号抛光纸彻底抛光。 八、测量、计算样品厚度 要获得精确的样品厚度，精密的测量是不可少的。此系统包含一个精度为 0.001mm的数 字千分尺，用于随时测量研磨样品的厚度，测量与计算得出最后磨好的样品厚度有以下5个程序： 1、测由四、五程序切割并研磨好的样品标本快+下载玻片=A 2、测上载玻片厚=B 3、测标本+下载玻片+上载玻片+7210胶=总厚度(C)，即 A+B+7210=C 4、计算得出7210胶厚(X) 7210 (X) =C-A-B 5、测磨好的上载玻片+样品+7210胶(D)，计算得出样品厚度(S)S=D-X 至此，一个均匀透亮的、精确知道样品厚度的古组织薄片制作完成，如根据样品的成份作 一些染色，相信观察和演示会更漂亮些。