生物塑化技术

**章 生物塑化技术的发展历史 **节 引言 生物塑化技术（plastination technique）是德国解剖学家、医学博士巩特尔 冯 哈根斯（Gunther von Hagens，1945— ）于1978年发明的一项革命性的生物材料保存新技术。它解决了困扰解剖学界数百年的难题，使人体标本的保存离开甲醛溶液（福尔马林）能够长期保存。自发明以来，这一技术又衍生出许多应用方法，逐渐显示出其在生物形态学教学与科学研究、科学普及等工作中的先进性和优越性，以及深远的社会效益和经济效益。以医学院校人体解剖学教学为例，由于减少了操作者与福尔马林的接触，因此这项技术的运用将彻底改变解剖学实验课的教学环境，解除数百年来解剖学教学人员及学生暴露于有害化学固定剂的危害。同时，在尸体来源日渐减少的趋势下，这项技术可以大量减少尸体标本的消耗。更重要的是，这项技术极大地减少了有害化学固定剂向空气及土壤中排放的有害物质，社会效益显著。 人体解剖学的发展离不开新技术、新方法的应用及与其他学科的联系和交叉。生物塑化技术与激光共聚焦显微镜、计算机断层扫描术（computer tomography，CT）等其他新技术不断结合与发展，以及其在解剖学、胚胎学、生物学、病理学、临床影像学、生物力学、法医学和考古学等多个学科和领域中的广泛应用，使其逐渐成为一个新兴的解剖学分支学科。 生物塑化技术是用硅橡胶、环氧树脂、聚酯共聚体等活性液态高分子化合物置换生物组织细胞内的水分和脂肪等物质后进行聚合固化，以达到长期保存生物标本的目的。塑化标本干燥、无味、耐用、可长期保存，并可以在显微水平保存细胞结构的原有状态。利用这些特点来保存、表达及研究人体形态结构具有其他解剖学分支学科不具备的特点：①可在同一标本上进行从宏观到亚细胞水平的观察和研究；②在标本上原位观察和研究硬组织与软组织之间界面的构筑模式；③塑化标本可以长期保存，可以为许多在现阶段无法识别的结构保留完整的标本资料库，以供未来进一步研究和分析，如对于断层解剖学的研究，由于断层塑化切片可以长期保存，等于保存了原始资料库，可以对同一断层乃至同一结构在不同时期从不同角度进行反复研究，这不仅极大地节省了科研资源，而且可以对同一结构进行在时间轴上的系统研究；④塑化标本不仅保存了器官的原有解剖形态，而且无刺激性气味、耐磨损，可以长期使用，易于学习和研究，极大地改变了解剖学的教学环境；⑤生物塑化技术用化学试剂的特性使得标本可以一种栩栩如生的方式进行展示，同时塑化标本不需要用福尔马林保存，便于携带和运输，因此开辟了一条全新的医学科普路径，使得人体标本可以走出象牙塔，走进学校、社区、各类科普场馆，甚至走进商场，可以举办各种巡展、讲座，向全社会各年龄、各种职业的人群进行展示；⑥该项技术不仅可以保存生物标本的外形，而且可以使其内部结构得到很好的保存。这一特性使得很多过去晦涩难懂的生物学知识变得直观易懂、浅显易记，扩展了博物馆、科技馆等科普场馆的展示内容，丰富了科普方式。 第二节 生物塑化技术的发明与国际推广 一、生物塑化技术的发明与兴起 生物塑化技术是1978年由德国的巩特尔 冯 哈根斯博士（图1-1）发明的，并成功申请了德国、英国、美国、澳大利亚及南非等国的专利。1993年，巩特尔 冯 哈根斯在德国海德堡成立了生物塑化研究所（Institute for Plastination，IFP），以进一步发展生物塑化技术。1995年，巩特尔 冯 哈根斯受邀首次在日本东京国立科学博物馆举办人体塑化标本展览。他制作的人体塑化标本造型各异，内容丰富，引起世界瞩目，展览非常成功。凭借这次展览的成功举办，巩特尔 冯 哈根斯又在德国曼海姆（Mannheim）博物馆举办了“人体世界”（Body World）展览，此后分别在美国的洛杉矶和休斯敦、英国、比利时等地举办了“人体世界2”、“人体世界3”及“人体世界4”展览。“人体世界”系列展览的成功举办使生物塑化技术的影响不断扩大，迅速在世界各地得到推广，但也引起了众多争论。争论的焦点在于“人体世界”系列展览是否已超出人体解剖学范畴而属于人体艺术，以及众多伦理宗教方面的质疑。因此，巩特尔 冯 哈根斯的生物塑化研究所一直未得到德国官方学术界的认可。同时，捷克、英国、美国的部分州通过了限制其展览人体标本（包括塑化标本）及商业交易的法律。 图1-1 生物塑化技术发明人巩特尔 冯 哈根斯的签名照片 尽管如此，生物塑化技术本身的先进性在专业领域是被认可的，也逐渐得到社会各界的理解和支持。1982年，在美国得克萨斯州召开了首届国际生物塑化年会，当时的会议名称为Preservation of Biological Materials by Plastination。1986年，在美国召开第三届国际生物塑化年会时，成立了国际生物塑化学会（International Society for Plastination，ISP），宗旨是促进生物塑化技术及生物材料保存技术的研究、应用、推广、普及及发展，首任国际生物塑化学会主席是美国得克萨斯州的Harmon Bickley博士，现任主席是西班牙穆尔西亚大学兽医学院的Rafael Latorre教授。此次年会上还决定编辑出版学会的专业学术期刊《国际生物塑化学会杂志》（Journal of the International Society for Plastination）（图1-2），首任主编为美国田纳西大学诺克斯维尔分校比较兽医系的Robert Hengry博士。该期刊于2010年更名为《生物塑化杂志》（Journal of Plastination），现任主编是英国伦敦大学圣乔治学院的Philip Adds。 图1-2 《国际生物塑化学会杂志》**期封面 为了更好地推广生物塑化技术，国际生物塑化学会于2005年、2010年分别同欧洲临床解剖学会（European Association of Clinical Anatomy，EACA）及美国临床解剖学会（American Association of Clinical Anatomy，AACA）举办了联合学术年会。在国际生物塑化学会的推动和帮助下，全世界已有40多个国家，400多家大学、医院等科研单位建立了自己的生物塑化实验室，并对生物塑化技术不断进行改进，开发新的应用方向和技术手段。 二、生物塑化技术的改进与发展 生物塑化技术包括硅橡胶（silicone rubber，S）技术①、聚酯树脂（polyester resin，P）技术②及环氧树脂（epoxy resin，E）技术③三大类技术。其中后两种技术主要用于制作断层塑化标本。 （一）硅橡胶技术 硅橡胶技术（常用方法的代号为S10）主要用于大体积标本的制作，也可用于断层塑化标本的制作。根据技术需要可以选用不同的硅橡胶，在室温或低温下塑化。目前生物塑化技术界较普遍使用小分子量硅橡胶进行新鲜标本低温塑化，产品质量较佳。 采用硅橡胶技术可以制备各种造型的标本（图1-3），同时也可以采用新颖的方式显示解剖结构，因此被广泛应用于解剖学等形态学科的教学中。同时，由于硅橡胶技术制备的塑化标本的动作造型栩栩如生，使得观众接近标本时不会产生恐惧感，因而也被广泛地应用到科普展览、生命科学馆和博物馆的建设中。 图1-3 硅橡胶技术制作的脑及脊髓塑化标本背面（文后附彩图） 采用硅橡胶技术保存的标本，不仅可以显示标本的外形，而且可以保存和展示生物的内部结构。通过内部结构的展示，可以很好地说明生物的内部结构与生存环境之间以及内部结构与生活习性之间密不可分的关系，从而不仅可以展示生物多样性，而且可以创新性地展示生物多样性产生的原因—生存和种系繁衍的需要。这项技术的发展和广泛应用极大地丰富了生物学教学和自然博物馆、科技馆的展陈内容，更使我国的博物馆在展陈内容上具备了在国际博物馆业实现“弯道超车”的可能性。 （二）断层塑化技术④ 聚酯树脂技术和环氧树脂技术（E12技术）主要用于断层塑化标本的制作，不仅可以用于教学，而且在科研领域的重要应用价值也在逐渐展现。 1. 聚酯树脂技术 聚酯树脂技术的国际代号通常为P，后面不同的数字代表不同的聚酯树脂。目前国外常用的聚酯树脂为P35和P40，前者是*早使用的聚酯共聚体，后者始于10年后。与P35断层塑化标本制作技术（简称P35技术）相比，P40断层塑化标本制作技术（简称P40技术）的优点是塑化过程更简单，脑切片标本的灰白质分辨力更佳，缺点是采用P40技术制备的标本灰质部常出现黄色点，而且标本不透明，只能用于教学而不能用于科研。 大连医科大学的隋鸿锦教授于2003年研制开发出独*的P45断层塑化标本制作技术（简称P45技术）（图1-4），并获得国家发明专利。P45技术改变了聚酯共聚体技术常用的紫外线固化方法，改用水浴箱进行固化，同时将国际上常用的平板包埋箱改为上端开口的垂直包埋箱。垂直包埋箱只需在三个方向上进行密封，而不是国际上常用的四面彻底密封。这几个方面的改变使得聚酯共聚体技术的设备大大简化，操作过程更加简单，标本的质量也易于控制，同时试剂的消耗量大大减少，标本的制作周期显著缩短。 P45技术制备的标本可以大范围地在透明状态下对标本的细微结构进行观察，使其成为填补大体结构与组织学研究之间空白的方法学突破，在临床解剖学研究领域有极高的应用价值。