血管铸型标本填充剂的选择和应用.doc

管道铸型标本填充剂的性质和应用

管道铸型技术是解剖学标本制作的一项专门技术，为了研究官腔脏器，特别是血管系统复杂的立体构筑，向管腔内注入某种物质，待硬化后将组织腐蚀清除，仅留下填充物的方法称为铸型标本制作法。既往，人们曾用蜡、低熔合金、牙科可塑质制备脑室和内耳铸型标本，但这些材料凝固时间过快，不便加压灌注，对于流程长、管道细小的血管系统并不适用。本世纪60年代以前，人们常用硝酸纤维素 (赛璐珞)作填充剂制备内脏器官的血管铸型标本，但赛璐珞化学稳定性差，经酸、碱等腐蚀处理过程都会破坏它的分子结构，铸型容易脆裂，到了70年代，出现了很多性质优良的新型塑料产品，具备了提高铸型标本质量的物质基础
理想的填充剂原则上应具备以下几点：1.配制容易，操作简便；2.在室温下，短时间内自行凝固；3.理化性能好，耐酸碱性强，即有柔韧性，又具支撑力；4.颗粒细小，溶解速度快；5.毒性低，刺激性小；6.易与色料混合，色泽鲜艳且不褪色；7.来源广泛，价格低廉；8.成形饱满，收缩率低。
一、塑料填充剂
塑料包括塑料原料和塑料制品，配制铸型标本填充剂所用的塑料是指塑料原料而言，通常称为合成树酯。目前用于解剖学技术的塑料成型方法，有溶剂挥发后凝固成型法和化学反应成型法。
(1)溶剂挥发后凝固成型法：某些塑料溶解于挥发性有机溶剂，可配制成液状灌注剂，注入管道后，溶剂挥发，留下凝固的塑料充填其中。此方法应用较早，优点是操作较简便，缺点是收缩率太大。塑料浓度只能达到20℅-30℅，浓度再高，粘稠性强，灌注阻力大，只能注入粗大的管道。由于浓度不高，溶剂挥发后，收缩率高达一半以上，对管径较大的管道，必须进行补注，粗大的管道需多次补注，才能充盈饱满。
1.聚氯乙烯（poly vinyl chloride PVC）简称氯塑，为白色或浅黄色粉末，可溶于酮类、酯类和氯化烃类溶剂、但在丙酮、氯仿、香蕉水中只能溶胀、不能充分溶解。商品用的聚氯乙烯加有增塑剂、防老剂等，防老剂的加入，往往影响其溶解度，出现难以完全溶解的现象，对铸型标本的制作操作造成无法克服的困难在保存时要注意防避和减少光、热和氧等因素的影响
2.过氯乙烯（chlorinated poly vinyl chloride CPVC）为白色的粉末，是聚氯乙烯经氯化后的产物，这使聚氯乙烯最高连续使用温度为65℃，而过氯乙烯为105℃，而且比聚氯乙烯有更好的溶解性，有利于铸型标本的加工操作，能溶于多种溶剂，如乙酸乙酯、丙酮、环己酮、氯仿、香蕉水等。优点是支撑力强、柔韧性好、成型美观、价格低廉、来源广泛、化学性能和物理机械性能都比较稳定。过氯乙烯是比较理想的铸型材料，是铸型标本首选的填充剂。
过氯乙烯填充剂常用配方：过氯乙烯15-25g,溶剂100ml,增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）3-5 ml，油画颜料适量，将上述物质均匀调剂，充分溶解后备用，广泛应用于全身或局部器官血管的铸型。铸型标本主要缺点有的是质脆, 缺乏韧性及弹性易破损, 有的质软, 铸型标本塌陷, 不能保持原形。李富德[2]经过多次反复试验研制出的过氯乙烯混合填充剂，配方如下：过氯乙烯10g，5℅有机玻离溶液5 ml,四氢呋喃95ml，色料少许。过氯乙烯与有机玻璃都是高聚合物, 两者混合不发生化学反应。四氢呋喃是有机溶剂, 能将二者溶解形成均匀的混合物, 当溶剂挥发后, 可形成一体, 发挥它们原有的特性, 形成一种具有一定强度及硬度, 又具有一定韧性和弹性塑料制品。过氯乙烯铸型在一般陈列标本制作上已经广泛使用，随着扫描电镜的出现，针对电镜扫描重点要显示细微管道这一要求，王兴海[3]调整了配方比例，填充剂浓度宜小，溶剂选用不溶于水或微溶于水，比重大，沸点高，不易挥发的溶剂。将过氯乙烯的浓度，控制在10-20℅之间，溶剂选用醋酸乙酯(沸点77.1℃)。当铸型显示的管道过粗，可适当在溶剂调配上，加入10-20℅的环己酮、利用其沸点高(155.7℃)，不容易挥发的特点，使铸型能显示到较细微的管道。李忠华[4]用过氯乙烯制备肾集合管扫描铸型，将过氯乙烯溶于醋酸乙醋，分别配成两种浓度:一种为10-25℅，以13℅为宜;另一种则为20-25℅，作补充灌注用。李忠华[5]还使用25℅过氯乙烯-醋酸乙酷溶液作铸型剂, 制备出一批较完整的内耳腐蚀铸型标本，清楚显示出许多细微结构如面神经管、前庭小管、蜗小管和鼓下小管等。

3. ABS (acrylonitrile butradiene styrene)，大多呈浅象牙色、瓷白色等，均能配成各种颜色。全名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，C代表苯乙烯。由于ABS由三种单体共聚而成，故它能表现三种成分的协同性能：丙烯腈使聚合物具耐化学腐蚀性，并具有一定得表面硬度；丁二烯是聚合物呈橡胶状韧性；苯乙烯使聚合物具有刚性和流动性。ABS的型号有若干种，每个工厂生产的ABS 或同一工厂的每一批ABS的配方都不尽一致，因此它的性能不够稳定，在采购和使用时要注意这一点。国内张朝佑等[1]使用过ABS树脂为成人肾小球铸型填充剂。由于ABS是一种改性的苯乙烯共聚物，其中丙烯睛(A)，丁二烯(B)和苯乙烯(S)三者的配合比例在各批出厂商品中多不相同，所以对新购买的ABS树脂性能把握不大，往往要花不少时间和物力进行试验摸索，给日常的科研和技术工作带来了不少困难。
配制方法:将ABS10g、15g、20g分别置广口瓶内，瓶内各加100ml丁酮或丙酮，溶解后则制10℅、15℅、20℅的ABS丁酮或丙酮溶液，ABS液颗粒小，易充盈毛细血管且收缩性小、有韧性、不易碎，广泛用于器官的微血管如肾小球[1，8，9]、小肠绒毛、冠状动脉、脉络膜、子宫、肺等微细血管的铸型，俞诗源[[6 7]通过ABS丁酮或丙酮铸型剂观察了不同动物不同器官的微血管形态。袁发焕[10]在实际工作中发现ABS丁酮液有较多缺点，如溶解慢、溶解度低、溶液粘稠不易灌注等，提出了改进配方即丙酮丁酮各半的混合液，既能使ABS易溶解和灌注，又不致使导管和血管内残留水分而发生阻塞，铸型效果优于经典的用丁酮作溶剂的方法。

4.MABS：在ABS中加入甲基丙烯酸甲酯，能使ABS透明度增加，四种单体经过共聚反应后得到透明度较高的塑料，透明度达85℅，但机械性能较ABS差。
5.聚苯乙烯（polystyrene PS），简称苯塑，俗称响胶,易于加工成型，耐化学腐蚀性能好，流动性好，灌注时阻力较小，但机械强度不高，质硬而脆，耐热性差，由苯乙烯单体经过聚合反应而成，溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯单体、酮和酯等。在丙酮中只能溶胀而不能完全溶解。
6.改性聚苯乙烯：为了改善聚苯乙烯强度小、易破碎和耐热性差的缺点，苯乙烯与不同的单体共聚或其均聚物、共聚物的共混、可以制成一系列聚苯乙烯的改性品种。
7.372塑料：是苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，透光率达92℅，接近有机玻璃。理化综合性能优于聚苯乙烯，逊于ABS。
聚苯乙烯、改性聚苯乙烯、ABS、MABS、372塑料均为聚苯乙烯及其改性产物，其溶剂和聚苯乙烯一样，可以溶于丙酮、丁酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。相比较而言，其中ABS是目前使用较广泛的铸型填充剂。
(2) 化学反应成型法：称聚合反应成型法，一般指单体在引发剂和促进剂的作用下，发生化学反应，从低分子液态聚合成高分子固态的方法，具有一次灌注完成、收缩率低、饱满坚实、造型美观、不用补注等优点。
1.自凝牙托材料：由自凝牙托粉和自凝牙托水两部分组成，当二者混合时，粉中的引发剂和水中的促进剂形成一对在常温下能快速引发的氧化还原引发体系进一步引发单体，使它们聚合。自凝牙托材料和解剖学标本铸型材料两者在加工技术和性能要求上有很大的差距，为使牙托材料符合制作解剖学铸型标本的要求，在原来的配方上，加入一定量的邻苯二甲酸二丁酯或甲基丙烯酸丁酯，提高铸型的韧性，延长聚合反应的时间，便于灌注操作。
填充剂的配制[11]:自凝牙托粉100g，自凝牙托水100 ml，邻苯二甲酸二丁酯3-5ml，油画颜料适量。操作过程:先将油画颜料加入适量的自凝牙托水中搅拌溶解，然后按比例加足牙托水和牙托粉搅拌均匀，用注射器将填充剂注入管道中。灌注时注意：宜选用兽用注射器，因填充剂成型凝固时间短，一般在2分钟左右即开始发生凝固，若用玻璃注射器，容易发生粘结报废；灌注压力不宜过大，自凝牙托粉与自凝牙托水的反应为聚合反应，凝固后收缩很小，压力过大易使铸型体积失真，或发生管道破裂；凝固后的填充剂已失去原有化学性质，再用牙托水浸泡也不能恢复活性，应根据所要灌注的器官的大小，估计填充剂的用量，一次不宜多配，避免浪费；邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂，可根据对铸型的弹性要求适量加入。
自凝牙托材料主要用于灌注粗大管道及后期的大管道补注, 对于较小管道如肢体血管的铸型较少采用，这是由于受常规配方自凝牙托材料的聚合反应速度及浓度的影响, 难以使填
充剂至达血管末梢，即使到达末梢也因其韧性差。铸型枝容易折断而影响铸型标本的质量,基于此，李长征[19] 对自凝牙托材料进行了改良，即调整了自凝牙托粉和自凝牙托水的比例及增塑剂的用量, 以往自凝牙托材料水和粉的比例为1：1, 增塑剂用量为自凝牙托水和自凝牙托粉总和的18-22℅，改良后的填充剂自凝牙托水和自凝牙托粉的比例为1：0.75, 增塑剂的用量为自凝牙托水和自凝牙托粉总和的25℅, 即自凝牙托水100ml, 自凝牙托粉75g, 邻苯二甲酸二丁酯44ml。

自凝牙托材料的优点是一次性成型,无需补注,标本饱满、色泽光洁。其缺点是聚合反应剧烈,产热较大,标本出现空洞,凝固时间太短,操作起来不易把握。而过氯乙烯的优点是支撑力强、柔韧性好、化学性能和物理机械性能都比较稳定[12，13] 。但缺点是首次灌注后需补注4～5次,方能使标本饱满美观,支撑力较牙托材料弱,铸型标本在腐蚀过程和修整过程中容易变形,李泽宇[14]结合两种材料的优点,取长补短, 将两种材料混合在一起作为填充剂进行灌注。配制方法：自凝牙托粉25～40 g ，自凝牙托水50 ml ，20 %的过氯乙烯20～30 ml ，邻苯二甲酸二丁酯20 ml ，油画颜料适量。先将配方中的后3 项混合均匀,再配入第1 项,充分搅拌后,立即灌注。配方中牙托水与牙托粉的最佳比例为0.5～0.8：1，过氯乙烯与牙托水的最佳比例为0.4～0.6：1。

2. 聚甲基丙烯酸甲酯：聚甲基丙烯酸甲酯是一种合成树脂，分子结构大，分子量大，又低分子的单元重复组成，溶于丙酮、乙酸乙酯、芳族烃和氯化烃类。甲基丙烯酸甲酯亦称有机玻璃单体，有机玻璃是由低分子有机化合物的单元重复组成，通过聚合反应生成的高分子有机化合物称为聚甲基丙烯酸甲酯或有机玻璃，单体是液态，聚合体是固态。有机玻璃单体聚合反应成型的方法，优点很多：该铸型剂粘度低，流动性好，只用低压即可满意地充盈毛细血管，并且在微细管道中容易硬化；铸型标本聚合体的理化性能较为理想，灌注液的浓度，可在预聚时任意调整，聚合反应成型的收缩率小，能将内腔很好的复制出来，能获得精美的标本，而且对微小血管的铸型也是满意的；铸型标本耐酸碱腐蚀、耐显微解剖、耐金属喷镀和电子束照射。但也有缺点，即方法复杂，影响因素很多，需要注意的环节是：单体的情况、引发剂、促进剂、增塑剂的用量、光、氧、温度和阻聚物质等。常用的引发剂有偶氮二异丁腈和过氧化苯甲酰。偶氮二异丁腈在聚合引发中无副作用，加热到108℃时，剧烈分解，放出大量氮气，应作为危险品处理。过氧化苯甲酰加热到108℃左右，能迅速分解，在密封容器内可引起爆炸，也应作为危险品处理。预聚时，引发剂的用量不宜过多，在预聚降温后，过多的引发剂继续起作用，使预聚液不稳定，粘稠度不易控制，难以贮存。预聚合时出现沸腾状态的聚合，被称为爆聚，爆聚生成的聚合体分子量小，带有大量气泡，质量低劣，容易断裂，使标本成为废品。恰当的掌握预聚火候是灌注成败的重要环节，如预聚不足，粘度过低，不易引起整体聚合或聚合不完全，反之预聚过稠，无法注入管道，预聚液暂不使用时，应置冰箱保存，0℃时预聚液1-2个月没有明显变化。
常用配方：甲基丙烯酸甲酯85%，丙烯酸甲酯10%，过氧化苯甲酰5%，水浴加温至出现一定粘度后，降温保存，灌注前加入二甲基苯胺1%，油画颜料适量，钟世镇[15]推荐的配方为：甲基丙烯酸甲酯100ml, 丙烯酸甲酯10ml,过氧化苯甲酰5g,此三种原料进行预聚，灌注前加入二甲基苯胺1 ml。李培[16]采用聚甲基丙烯酸甲酯做颈内静脉的填充剂，并通过多次试验,探索出了较理想的促进剂(二甲基苯胺)和增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)的比例分别为: 0. 5%、10% ～12%，此时单体的聚合反应发生缓慢且较温和,灌注操作时有充足的时间; 尤其是在静脉单独铸型时，铸型枝具有一定的韧性和支撑力,可避免铸型枝因脆性大而易断裂的不足。具体的操作方法很多，开展工作时，可视客观条件，根据聚合反应的基本知识，灵活调整。
铸型剂的粘度检查：铸型剂的预聚和粘度和颗粒型，是微细管道铸型是否成功的关键，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯在颗粒性方面是没有问题的，而粘度很重要，粘度太低硬化不好，过高则不能充分注入微细血管内。在操作过程中用20% -50%水甘油液和半聚合液同时滴下的方法来检查粘度，比较两者单位时间内的滴数，如预聚合液高于20% -50%水甘油液，可适当加人甲基丙烯酸甲酯单体稀释，如低于此液则再加热直到适合粘度为止。

3.环氧树脂：外观为浅琥珀透明液体，溶于丙酮、环己酮、乙二醇、甲苯和苯乙烯等，国产的环氧树脂型号很多，用途不同，结构和性能不一，有E-51、E-44、E-42、E-20、E-12等型号，常用的是E-44型。环氧树脂是由低分子有机化合物的单元组成，通过聚合反应生成高分子有机化合物，呈固体状态，有良好的耐腐蚀性和稳定性，未被聚合的低分子有机化合物是液体状态。环氧树脂在催化型固化剂的作用下，打开环氧基，催化环氧树脂本身均聚，生成以醚链为主要结构的均聚物。未被固化的环氧树脂是粘稠度较大的液体，流动性差，不宜直接用于灌注细小的管道，为了操作便利，可以加入适量的稀释剂，以降低树脂的粘稠度。一般常用的稀释剂有丙酮、环己酮、三氯甲烷、乙酸乙酯等。环氧树脂的全固化率不超过1.5-2.0℅，制作的铸型标本与溶剂挥发后凝固成型法相比，充盈饱满、柔韧性好、支撑力强、成型美观。由于其收缩率低，操作可一次完成，不需要补充灌注，标本制作期短，环氧树脂填充剂配制简单，使用方便，易于掌握，是一种良好的新型填充剂。
常用配方：E-44型环氧树脂100 ml，邻苯二甲酸二丁酯18-20 ml，丙酮适量，苯二甲胺14-16 ml，油画颜料适量，配制时，在环氧树脂内加入邻苯二甲酸二丁酯、丙酮及油画颜料后，充分搅拌均匀，然后再加入苯二甲胺，混合均匀后，即可灌注。龚敏卿[17]针对环氧树脂粘度较大，不易进入细小管道且成型后标本脆性较大，细小分枝易折断的缺点，在环氧树脂基础上加入四氯乙烯对其进行改良，可起到增韧的作用，同时还可降低环氧树脂的粘度，增加树脂的流动性，配制方法：取市售E-44 型环氧树脂100 ml，加入一定量的释稀剂无水乙醇，充分搅拌均匀再加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯20 ml，最后加入四氯乙烯和适量的脂溶性色粉，临灌注前加入固化剂乙二胺，用量约为树脂量的15℅，用此法制作出的肢体铸型标本疏密合理，末梢血管也被充分铸型，主干饱满且支撑力强，末梢具有良好柔韧性且不易折断。但黄海龙[18]认为，采用乙二胺作为环氧树脂的固化剂,两者在搅拌时交联反应过快,使局部热量聚集不易及时散开而导致剧烈的化学反应，造成填充剂硬化，从而影响铸型标本的质量。改用EP型固化剂替换胺类，配方为：取100 ml E- 44 型环氧树脂和100 ml EP 型固化剂分别倒入两个干净烧杯,分别加入16～20 ml 乙酸乙酯和39～45 ml 乙酸乙酯搅拌稀释。填充剂配制比例是: E-44 型环氧树脂: EP 型固化剂:四氯乙烯= 4：4：1 ,混合时要充分搅拌均匀,其中环氧树脂和EP 型固化剂的用量均为稀释后的，在灌注时,若填充剂较粘稠、流动性差,可加入适量的乙酸乙酯继续搅拌稀释,增加其流动性,便于灌注。

4.室温硫化硅橡胶：是一种性能很好的合成橡胶，有比较强的韧性和弹性，也有一定支撑力，硫化前呈胶水状，硫化后成为乳白色半透明弹性体。耐酸耐碱，硫化后收缩率仅5℅，标本具有弹性较大的特点，对需要观察深部铸型的标本更宜选用，粘稠度较大，对细小管道灌注比较困难。
5.按固化型环氧漆：是油漆厂产品，特点是粘度低，流动性好，收缩率为15℅-20℅，固化时间长，方便灌注，分组色装，甲组为含有各色颜料的环氧漆；乙组是含有二乙烯三胺和环氧漆的加成物的溶液，起固化作用。灌注前按4：1（甲组：乙组）的比例将两组混合，放置一小时左右进行灌注，常温下5-7天可完全固化，一般情况下，配方中可不加增塑剂和稀释剂。
6.硅玻璃胶：即密封铝合金玻璃窗边框的粘合胶，是含有硅氧原子主链的特种合成橡胶，呈白色半透明的胶状体，主要用于内耳、支气管树、心腔、鼻旁窦和脑室等粗大管道、腔隙的铸型；直接用硅玻璃胶注射枪嘴插入外耳道、气管和心腔等注射。铸型特点是成型快、收缩率低（0.5℅），耐酸碱腐蚀、弹性好、不易断裂。
7.亲水性聚氨酯（WPU）:全名为亲水性聚氨基甲酸乙酯，由于是亲水聚合，因而在微血管中的聚合紧贴血管内壁，能真实地反映出微血管内壁的形态结构，是一种较理想的微血管铸型材料，铸型具有较好的弹性。经过血管灌流冲洗的标本，灌注前，先用100℅丙酮灌注血管，以脱去血管内壁的水分，防止在灌注过程中过早聚合儿堵塞血管。
二、合金填充剂
某些合金混合之后，熔点降低，采用热灌注成型，可以制作铸型标本，常用于灌注内耳、鼻旁窦、支气管树、脑室和骨髓腔等。一般常用铅、铋、锡、镉的合金。配制合金的操作步骤是：湘江熔点较高的铅用小铁锅熔化；然后离开火焰，待温度稍微降低，再加入铋；待铋完全熔化后，温度继续降低，再将锡加入搅合；待温度再降低，最后加入镉镉易氧化而燃烧，故熔化温度不宜过高。

参考文献
1. 张朝佑; 魏宝林; 侯广棋，成人肾小球铸型的扫描电子显微镜观察，解剖学报，1980，11（1）：1-4
2. 李富德; 张德元，铸型标本填充剂的研制吉林大学学报(医学版), 1992年 01期 ：55
3. 王兴海; 王起云; 刘牧之; 钟世镇;过氯乙烯铸型标本在电镜扫描技术上的应用 解剖学研究, 1981年01期 121-122
4. 李忠华; 王起云; 钟世镇 用过氯乙烯制备肾集合管扫描铸型的方法解剖学研究1981年 01期123-124. 
5. 李忠华王起云陈孟富 用过氯乙烯制作内耳铸型标本 解剖学通报 1981，4（4）：420-421
6. 俞诗源，高慧霞.川金丝猴冠状动脉的解剖动物学报　2001 47 (3) : 333～337
7. 俞诗源，高慧霞.家鸽小肠绒毛微血管铸型的扫描电镜观察　动物学杂志2000 35 (2) 12-14　
8. 张朝佑。器官内微血管铸型扫描电镜图谱.北京：科学出版社，1988：图3-70~图-83.
9. Gattone VH , Evan AP, Mong SA, et al. The morphology of the renal microvasculature in glycerol- and gentamicin-induced acute renal failure. J Lab Clin Med.1983,101(2):183-95
10. 袁发焕，史景泉，光丽霞，不同溶剂ABS液用于大鼠肾血管铸型的对比研究，中华物理医学杂志，1995，17（3）：139-141.
11. 王兴海，用自凝牙托粉制作铸型标本的方法 解剖学杂志，1990，13（4）：326-327.
12. 李忠华. 人体铸型标本的设计和制作[M] . 广州:华南理工大学出版社,1992 :4-19.
13. 杨成杰,石瑾,李忠华. 解剖学特殊标本制作技术[M] . 香港:银河出版社,2004 :2-9.
14. 李泽宇，吴坤成，刘畅，等.过氯乙烯和牙托材料的混合填充剂在铸型标本中的应用. 解剖学杂志，2008，31（2）：282-283.
15. 钟世镇，韩震.有机玻璃及其单体在解剖技术学上的应用.解剖学研究，1980（01）：114-117
16. 李培.聚甲基丙烯酸甲酯、过氯乙烯在头颈部血管铸型标本制作中的应用.中外健康文摘　2007，4（9）：1156.
17. 龚敏卿，徐金东，陈洪.用环氧树脂制作血管铸型标本的改进. 解剖学研究，2005，27（3）：201
18. 黄海龙.改良环氧树脂的几点改进. 解剖学杂志　2006，29（3）：23
19. 李长征，石瑾，易剑.改良自凝牙托材料在肢体管道铸型中的应用. 解剖学杂志，2003，26（1）：104
20. 李忠华,王兴海. 解剖学技术[ M] . 2 版. 北京: 人民卫生出版社,1997 :124-130.