DE2710147C3 - Konservierte biologische verwesliche Objekte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft konservierte biologische verwesliche Objekte und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Für Lehr- und Anschauungszwecke, insbesondere in der Anatomie, Biologie oder wo immer es auch sein mag, stehen derzeit künstliche Modelle für die verschiedensten Organe oder Objekte zur Verfügung. Zu einer dauerhaften Demonstration von biologischen verweslichen Objekten gibt es dagegen die nachfolgend genannten Möglichkeiten, nämlich die

Aufbewahrung in konservierenden Flüssigkeiten,

Einbettung in transparente Kunststoffblöcke,

Trocknung, insbesondere die Gefriertrocknung,

Paraffinierung,

Konservierung von Großschnitten biologischer Objekte in Einschlußmittel zwischen Glas, Folien

u. a.

Die Aufbewahrung in konservierenden Flüssigkeiten erfolgt für Demonstrationszwecke in Glasgefäßen. Diese Feuchtpräparate müssen in den Gefäßen befestigt, die verwendeten Flüssigkeiten in regelmäßigen Abständen von Monaten bis Jahren erneuert werden. Die natürliche Färbung der Präparate geht dabei verloren.

Transparente Kunststoffblockpräparate haben demgegea^rtber den Vorteil der weitgehenden Bruchsicherheit und der völligen Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einwirkungen. Kunststoffausgüsse von Hohlraumsystemen, ζ. B. Blutgefäßen, Nierenbecken, sind zur Routinemethode geworden. Der Herstellungsaufwand ist hoch, und der Verbrauch von Kunststoffmateria] übersteigt das Volumen des einzubettenden Objekts um ein Vielfaches.
Die Trocknung biologischer Objekte ist wegen der

ίο damit verbundenen Schrumpfung nur bei Präparaten mit geringem Wassergehalt möglich und wird routinemäßig nur noch bei Kleintieren (z.B. Insekten) und Pflanzen (Herbarien) angewendet
Bei der Gefriertrocknung wird die Schrumpfung vermieden; diese Methode ist jedoch bei größeren Objekten aufwendig, und die erhaltenen Präparate sind sehr empfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen.
Mit Paraffin durchtränkte Präparate sind bruchempfindlich. Eine detaillierte Oberflächenbetrachtung isi unmöglich, da Paraffin und verwandte Stoffe nicht transparent sind. Derart konservierte Objekte werden deshalb häufig aufgeblockt und die verschiedener Gewebe unterschiedlich angemalt Verstaubte Präparate können nur aufwendig gereinigt werden. Die Paraffinierangsmethode wird nur noch zur Tierpräparation in nennenswertem Umfang eingesetzt

Großschnitte von biologischen Objekten, in Einschlußmitteln zwischen zwei Glasscheiben gebracht sind bruchgefährdet. Zwischen zwei transparente Plastikfolien eingebettet sind sie nur wenig flexibel, das Endprodukt ist un: die verwendete Foliendicke stärkei als der Schnitt. Diese Nachteile weist auch eine Konservierungsmethode auf, bei der ein Kunststoff· spray auf den auf einer Folie liegenden Schniti aufgesprüht wird.

Trotz Fortschritten in der Konservierungstechnik beispielsweise der Kunststoffeinbettung, ist es bishei nicht möglich, biologische Objekte so zu erhalten, daC sie in Form und Aussehen den unbehandelter Präparaten entsprechen und ihre Oberfläche ertaste! werden kann. Künstliche Modelle können niemals eir vollständiger Ersatz für Präparate biologischer Objekte sein.

Aus der US-PS 26 98 809 ist ein Verfahren zurr Konservieren natürlich gefärbter, pflanzlicher unc tierischer Gewebe bekannt, das im wesentlichen ir einem Eintauchen der Gewebe in eine farbstabilisieren de und konservierende Lösung besieht, die aus einerr flüchtigen wasserlöslichen einwertigen Alkohol unc Thioharnstoff gebildet ist und einen pH-Wert besitzt der im wesentlichen dem pH-Wert der Gewebeflüssig keit entspricht, in der der natürliche Farbstofi suspendiert ist, worauf die Gewebe aus der Lösung entfernt und getrocknet werden. Die natürlichen Farber der Gewebe werden dabei stabilisiert. Diese Gewebe Objekte werden dann in ein im wesentlichen transpa rentes feuchtigkeitsbeständiges Harz eingehüllt.

Die Literaturstelle »Science«, Band 54, Seiten 49 unc 50, vom 11. Juli 1941, beschreibt eine Konservierungs methode für biologische Objekte unter Verwendung von Isobutylmethacrylatpolymeren. Dazu wird ein« lO°/oige Lösung des Polymers in Toluol verwendet. Die Präparate werden durch Eintauchen und anschließende!

Trocknen mit Polymerschichten umhüllt. Da weder da: verwendete Methacrylat noch Toluol wasserlöslich sind kommt es nicht zur Durchtränkung mit dem Kunststoff Eine vorherige Trocknung der Präparate wird nich

beschrieben, diese würde auch zur Schrumpfung aller Weiehte'ile von biologischen Präparaten führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, unbegrenzt haltbare Präparate aus biologischen verweslichen Objekten aller Art herzustellen, die nicht mit den Nachteilen künstlicher Modelle oder denjenigen bekannter Konservierungsmethoden bei natürlichen Objekten behaftet sind, d.h., es sollen Präparate geschaffen werden, die in Form und Aussehen in vollkommener Weise unbehandelten Präparaten entsprechen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die technische Lehre vermittelt, daß man entweder die mit einem Intermedium, wie niedrigsiedendes organisches Lösungsmittel oder Gas, im Austausch gegen Wasser versehene Objekte in eine Kunststofflösung mit einem höheren Siedepunkt als das Intermedium einbringt, anschließend durch Absaugen des Intermediums mit Kunststoff durchtränkt, das imprägnierte Präparat der Lösung entnimmt, oder die Objekte mit einer wasserlöslichen Kunststofflösung perfundiert, überflüssigen Kunststoff entfernt und auspolymerisiert. Dabei verwendet man vorzugsweise Kunststoffe aus der Gruppe der Acrylharze, Polyesterharze oder Silikone. Die Kunststofflösungen können mit oder ohne Zusätze wie Härter, Beschleuniger, Verdünnungsmittel und dergleichen verwendet werden.

Die so hergestellten Objekte sind unbegrenzt haltbar, und ihr Oberflächenrelief ist weitgehend erhalten, und es wird eine Oberflächentreue erreicht, die die Betrachtung der Objekte mit optischen Hilfsmitteln, beispielsweise mit der Lupe, erlaubt.

Verschiedene Herstellungsverfahren führen bei gleichartigen biologischen Objekten zu unterschiedlichen Endprodukten. Als Beispiele seien genannt:

Wahl eines Kunststoffes, dessen Brechungsindex in polymerisiertem Zustand dem des biologischen Materials entspricht: dadurch vird die Transparenz des Endprodukts ermöglicht;
Darstellung von Hohlraurnsystemen durch Kontrastfüllung oder durch Gase;
Verwendung von Kunststoffen unterschiedlicher Elastizität und Konsistenz;

Verarbeiten von Gewebsschnitten und Pflanzenteilen zu Folienpräparaten;

Verwenden von verschiedenen Kunststoffen zur Herstellung des gleichen Endprodukts;
vorherige Färbung der Objekte und
Herstellen von Bruchflächen am Fertigpräparat.

Bei der Anwendung wasserunlöslicher Kunststofflösungen verwendet man ein oder mehrere Intermedien, wie beispielsweise Äthanol, Aceton, Dichlormethan, Luft oder dergleichen. Die Durchtränkung erfolgt mittels Perfusion und/oder Immersion. Schließlich kann man auch die Durchtränkung des Objekts im Vakuum vornehmen, bei der das auszutauschende Intermedium einen niedrigeren Siedepunkt aufweist, und die niedrigsiedende Komponente in Gasform kontinuierlich absaugen (forcierte Immersion).

Wie im medizinischen Sprachgebrauch üblich, wird unter »Perfusion« im folgenden die Durchströmung eines biologischen Objekts mit Flüssigkeit verstanden. Eine Perfusion mit Flüssigkeiten, die der Entfernung von Blut (»Vordurchspülung«) als auch der Fixierung des Gewebes (»Fixationsperfusion«) dient, ist aus der elektronenmikroskopischen Technik bekannt. Mit Kunststoffperfusion wird erfindungsgemäß das Durchströmen des biologischen Objekts mit einer polymerisierbaren Kunststofflösung verstanden. Die Kunststofflösung muß daher zumindest teilweise wasserlöslich sein. Wie später ausgeführt wird, muß die Kunststofflösung so niedrigviskos sein, daß sie das Gefäßbett verlassen kann, um in das Gewebe selbst eindringen zu können.

Demgegenüber wird im folgenden unter Injektion (arteriell und/oder venös) die Blutgefäßkontrastdarstellung verstanden. Der dazu in die Gefäße eingespritzte Kunststoff verbleibt daselbst und führt zu deren deutlicher Darstellung. Bei bisher bekannten Gefäßinjektionen bzw. Gefäßkontrastdarstellungen mit Kunststoffen wurde das umgebende Gewebe nicht erhalten; solche Fertigobjekte sind als Korrosionspräparate bekannt und bestehen nur aus einem »Gefäßausguß«.

Kleinste biologische Objekte wurden bisher schon durch Immersion mit Kunststoff durchtränkt und gehärtet, um dünne Gewebsscheiben (dünner als 5 μ) für die Histologie herstellen zu können. Auch wurden biologische Objekte (wie z. B. getrocknete Blumen oder Schmetterlinge) in Kunststoffblöcke eingegossen, wobei der Kunststoff mehr oder weniger in das Gewebe eindringt. Bei beiden Kunststoffeinbettungen wird jedoch Ueine Oberflächentreue erreicht. Eine präparierte menschliche Leber, beispielsweise der Größe von etwa 30 χ 20 χ 15 cm, ist völlig ausreichend konserviert, wenn außen ein Mantel von 3 bis 5 cm Kunststoff im Gewebe ist. Am Gehirn ist es wegen der dortigen Gewebsfestigkeit auch möglich, daß routinemäßig nur die obersten Schichten, etwa 2 bis 3 cm, durchtränkt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen beschrieben:

I. Totalpräparate

Totalpräparate sind mit Kunststoff imprägnierte und gehärtete biologische Objekte, deren natürliches Oberflächenrelief und deren Feinstruktur erhalten bleibt. Sie können abgetastet und mit optischen Hilfsmitteln betrachtet werden. Durch die Wahl des biologischen Objekts, des Kunststoffs, der Zusatzbehandlungen wie Färbungen, Gefäßdarstellungen usw. können am Endprodukt die gewünschten morphologischen Strukturen hervorgehoben werden.

Um diese Möglichkeiten zu verdeutlichen, werden einige der vorliegenden Fertigpräparate beschrieben:

1.) Präparierter Nierenpol

so Kunststoff: Methacrylat, Konsistenz: Hart.

Die Niere wurde perfundiert, die Arterien an der noch unzerteilten Niere rot, die Venen blau mit Silikonkautschuk injiziert. Azanfärbung.
Die Kuppe des Nierenpols wurde nach der Aushärtung abgeschnitten, die Schnittfläche zeigt vollständige Durchhärtung des Objekts. Die Oberfläche ist rauh, weiß-rot gefärbt, nicht glänzend oder durchscheinend.
Makroskopisch sichtbar: Rinde, Mark, Arterien, Venen, Area cribrosa mit Pori urinifere.

Mikroskopisch (Lupe 10 χ) sichtbar: Markstrahlen, Glomerula.

2.) »Geschnitztes« Nierenstück
Kunststoff: Methacrylat.

Die Niere wurde perfundiert, die Arterien weiß, die Venen blau injiziert (Silikonkautschuk). Präparation.

Härtungsdauer: 3 Tage, Konsistenz: Hart
Vor der vollständigen Aushärtung wurde das Nierenstück bei noch wachsartiger Konsistenz »geschnitzt«, alle Gewebsantoile wiesen dabei die gleiche Konsistenz auf. Das Verlaufsmuster der Sammelrohre gelangte durch oberflächliche Transparenz zur Darstellung. Das Nierenmark ist durch Brauntönung (Blut) von der Ringe zu unterscheiden. Die Oberfläche ist versiegelt (glatt und spiegelnd), Arterien und Venen durchscheinend.

3.) Transparente Rattenleber
Kunststoff: Epoxidharz.

Konsistenz: Hart, Oberfläche: Versiegelt (glatt und spiegelnd).

Venöse und arterielle Gefäßinjektion mit Silikonkautschuk, Bleichung in Wasserstoffsuperoxid.
Bei Halten gegen das Licht ist der Gefäßverlauf in der Tiefe der Leber genau zu e. kennen.

4.) Maussitus

Kunststoff: Methacrylsäuremethylester (monomer), Hydroxyäthylmethacrylat (monomer), Silikonkautschuk. Konsistenz: Elastisch.
Es liegt eine plastifizierte Maus vor, deren Brust- und Bauchhöhle eröffnet ist.
Sämtliche Feinstrukturen einschließlich Augen, plexus brachialis, Mesenterialgefäße usw. sind erhalten. Das Fell wurde in natürlichem Zustand belassen.

5.) Gefärbtes Nierenstück

Kunststoff: Polyesterharz, Konsistenz: Elastisch. Immersionsfixierung.

Das Gewebe wurde vor der Kunststoffbehandlung zum größeren Teil mit Eisenhämatoxylin angefärbt, dort ist die Feinstruktur (Glomerula, Markstrahlen, Innenzone) am deutlichsten zu erkennen (Lupe 1Ox). Bei der Betrachtung der Nierenoberfläche mit dem Stereomikroskop (Vergrößerung 18Ox) ist der Verlauf der Tubuli contorti (= gewundene Harnkanälchen) deutlich erkennbar (Luftfüllung). Nach der Härtung wurde das Präparat in zwei Hälften zerbrochen. Bei Betrachtung der Bruchflächen mit dem Stereomikroskop kommt besonders deutlich die Mikroarchitektonik (Gefäße, Glomerula, Harnkanälchen) zur Darstellung.

6.) Verschiedene unperfundierte biologische
Objekte

Kunststoff: Silikonkautschuk.
Es fehlt jegliche Transparenz. Da außerdem die natürliche Färbung erhalten blieb und die Konsistenz elastisch ist, sehen sie unbehandelten Präparaten täuschend ähnlich. Präparate von folgenden Objekten wurden hergestellt:
Herz, Magen, Kehlkopf mit Zunge, Unterkiefer, Speicheldrüse und Lippe, jeweils halbiert, Hirnstamm, Rattenkopf, kleiner Kaktus.
Sämtliche Feinstrukturen sind bei der Lupenbetrachtung völlif v!. '»en (ζ. B. Papillarmuskeln mit Sehnenfäden, Foveolae gastricae, Zungenpapillen). Selbst das Fell des Rattenkopfes hat sein natürliches Aussehen behalten. Ferner sind derzeit folgende Präparate in Arbeit:
Menschliche Placenta nach Gefäßkontrastdarstellung, Embryo in der 20- Woche.
Menschliche Niere, Air Hälfte transparent mit Gefäßinjektion, zur Hälfte mit herausgehobener Oberflächenstruktur.

Maus, innere Organe arteriell und venös farbig injiziert, Transparenz durch Festharz.

Die vorgenannten Präparate können vorteilhaft verwendet werden:

Im anatomischen Unterricht (die Möglichkeit der Lupenbetrachtung schließt die Lücke zwischen Makroskopie und Mikroskopie).

Zur Konservierung und damit beliebig häufigen und zeitlich uneingeschränkten Demonstration biologischer Objekte in Anatomie, Pathologie, Veterinärmedizin, Botanik usf. Für das Erstellen von Tiersammlungen.

Zur Beweissicherung in der Gerichtsmedizin.

Zur Konservierung von Leichen, zum Ersatz oder zur Härtung menschlichen Gewebes (Transplantations- und kosmetische Chirurgie, Prothetik). Zur Konservierung von wasserhaltigen und porö- sen pflanzlichen Objekten (z. B. Kakteen, wurmstichiges Holz).
Zur Konservierung archäologischen Materials.

II. Folienpräparate (Histologische Großpräparate, Pflanzenfolien)

Es handelt sich dabei um flache oder flach auszubreitende Objekte (z. B. Histologische Großschnitte, Pflanzenteile), die in Folien passender Dicke eingegossen werden, so daß die Oberfläche des eingebetteten Objekts in etwa der Oberfläche der Fertigfolie entspricht.

Die Elastizität ist bestimmbar, so daß harte Tafeln, aber auch biegsame Folien (die gerollt werden können) produzierbar sind. Es folgt die Beschreibung weiterer

Beispiele:

7.) Zwei gefärbte Nierenschnitte

Kunststoff: Epoxidharz, Polyesterharz, Färbung: Eisenhämatoxylin, Gefäße mit Silikonkautschuk farbig injiziert, Konsistenz: Hart, flexibel (Polyesterharzschnitt), Dicke: ca. 0,7 mm. Makroskopisch sind Rinde, Mark und Gefäße, mit der Lupe (10 χ) Glomerula, Markstrahlen, Außen- und Innenzone deutlich zu erkennen.

8.) Ungefärbter Gehirnschnitt

Kunststoff: Methacrylat, Dicke: 0,5 bis 0,6 mm, Größe der Gehirnscheibe: 12 χ 13 cm. Basalganglien, Kleinhirnkern, Rinde, Mark und

so Gefäße sind deutlich zu erkennen.

9.) Farnfolie

Kunststoff: Epoxidharz, Originalfarbe und Struktur des Farnes sind erhalten geblieben.

Folienpräparate können vorteilhaft verwendet werden:

Für den anatomischen Unterricht, mikroskopische Betrachtung ist möglich.
Als Ergänzungsbeilage in morphologischen Lehrbüchern.

Zur Herstellung von Serienschnitten (Gehirnatlanten etc.), die Folien können dazu beschriftet werden.
Zur Anlage von Herbarien.

Zur Projektion, dazu können Diarahmen für Mittel- und Großformat verwendet werden. Zur Konservierung und Demonstration in Anatomie, Pathologie, Botanik etc.

Zur Herstellung der vorgenannten Präparate sind verschiedene Verfahrenswege möglich.

Prinzip

Jeder Kunststoff, der in das Gewebe eingebracht und dort zur Härtung gebracht werden kann, ist zur Herstellung geeignet. Vorzugsweise werden transparente Kunststoffe verwendet.

Diese »Imprägnierung« erfolgt mittels Perfusion oder Immersion, vorzugsweise forcierter Immersion.

Zur Kunststoffperfusion sind nur niedrigviskose Kunststofflösungen, die das Gefäßbett verlassen können, verwendbar.

Mit forcierter Immersion wird die Durchtränkung des Gewebes mit Kunststofflösung im Vakuum bezeichnet, bei der das auszutauschende Intermedium einen im Vergleich zur Kunststofflösung möglichst niedrigen Siedepunkt aufweist (z. B. Luft nach Gefriertrocknung, Aceton, Äther, Dichlormethan, Xylol nach flüssigen Intermedien) und kontinuierlich abgesaugt wird (Kühlfalle o. ä. wegen Explosionsgefahr!).

Erhöhter Druck (Critical Point-Methode), z. B. für gefriergetrocknete Objekte, oder die Zugabe bestimmter Netzmittel, die die Oberflächenspannung herabsetzen, Viskositäterniedrigung (z. B. Verdünnung) sind Beispiele für andere Imprägnierungshilfen.

Verschiedenste Kunststoffe können untereinander gemischt und damit Brechungsindex, Viskosität, Härte, Wassertoleranz u. a. variiert werden.

Methylmethacrylat toleriert z. B. Restwasser im Gewebe durch Mischung mit dem wasserlöslichen Hydroxyäthylmethacrylat (Glykolmethacrylat) oder wird elastischer durch Mischung mit Butylmethacrylat.

Auch elastische und harte Polyesterharze können untereinander gemischt werden. Ein Beispiel für die Mischungsmöglichkeit bestimmter Polyesterharze mit Melhacrylat ist Acrylsäuretertiärbutylester und Polyesterharz mit dem Warenzeichenname »Palatal P 5«.

Elastizität und Festigkeit des Fertigpräparats können u. a. bestimmt werden durch:

Wahl des Kunststoffs.
Mischung von Kunststoffen untereinander.
Verwendung von Weichmachern, wie Polyglykoie, die hygroskopisch sind.

Vorbehandlung

Ist der Kunststoff wasserlöslich, kann er direkt, ohne Verwendung eines Intermediums in das Gewebe eingebracht werden (z. B. Hydroxyäthylmethacrylat). Der Kunststoffverbrauch ist dabei jedoch sehr hoch.

Bei gefriergetrockneten Präparaten stellt das Intermedium Luft oder ein anderes Gas dar.

Die meisten Kunststoffe sind jedoch wasserunlöslich, so daß die Präparate dann entwässert und meist auch entfettet werden müssen. Oftmals nimmt die Kunststofflösung Fette, Wachse und eventuell auch etwa Wasser auf, so daß die Mischung zunächst klar ist.

Bei der Polymerisation scheiden sich dann solche Stoffe jedoch wieder aus. Es hat sich deshalb bewährt, daß die Objekte nach der Fixierung (z. B. Formalin 4%) über Alkohol und Aceton entwässert und entfettet werden.

Die Vorbehandlung muß nicht ganz so penibel wie bei Einbettungen in Kunstharzblöcke geschehen. Geringe Trübungen in Form von Niederschlagen auf dem Präparat stören weniger als Wolkenbildungen im glasklaren Kunststoffblock.

Das letzte Intermedium muß mit dem Kunststoff verträglich sein. In Abhängigkeit von der Art des jeweils verwendeten Kunststoffs ist eine Vielzahl von Intermedien verwendbar.

Erfolgreich wurden vorzugsweise u.a. verwendet: Äther, Aceton, Benzol, Dichlormethan, absoluter Alkohol, Salicylsäuremethylester, wobei sich Aceton und Dichlormethan am besten bewährt haben.

Imprägnierung und Polymerisation der Kunststoffe

Der Kunststoff polymerisiert erst im Gewebe aus, das dabei als Füllstoff wirkt. Das Fertigpräparat ist deshalb häufig von größerer Stabilität als der nolymerisierte Kunststoff ohne Gewebe.

Substanzen, die für die Polymerisation notwendig sind, werden dem Kunststoff vor der Durchtränkung zugegeben.

In der Regel sollte der verwendete Kunststoff niedrigviskos (für Folienpräparate jedoch sirupartig), kalthärtend und transparent sein.

Niedrigviskose Harze sind jedoch nicht vorbeschleunigt oder verdünnt, die Härtung ist meist schwieriger (Temperatur!) und die Schrumpfung bei der Aushärtung stärker.

Von den bisher auf ihre Verwendbarkeit geprüften Kunststoffen ist die Schrumpfung am stärksten bei Polyesterharzen und praktisch null bei Silikonkautschuk.

Das Gewebe muß mit Kunststoff durchtränkt werden können. Gewebsschrumpfung erschwert das Eindringen der Kunststofflösung in das Gewebe und muß deshalb vermieden bzw. gering gehalten werden. Deshalb ist auch die vorherige Durchspülung der Organe zur Blutentfernung vorteilhaft.

Eine Auflockerung der Gewebe zum Erreichen einer besseren Kunststoffimprägnierung auf Kosten der Erhaltung der Feinstruktur (Wasserstoffsuperoxid, Säuren. Laugen, Erhitzen usw.) ist möglich.

Je fester das Gewebe ist, um so niedrigviskoser muß die Kunststofflösung sein und umgekehrt.

Bei der forcierten Immersion erfolgt der Austausch

des letzten Intermediums durch Kunststofflösung um so schneller, je größer die Dampfdruckdifferenz bzw. die Flüchtigkeit des Intermediums und je stärker die Vakuumpumpe ist.

Daraus folgt, daß für die Methode der forcierten Immersion solche Kunststofflösungen bevorzugt geeignet sind, die praktisch nicht flüchtig bzw. deren Einzelkomponenten nicht unterschiedlich flüchtig sind.

Durch Verschluß des zu evakuierenden Gefäßes mit einer semipermeablen Membran (z. B. Cellophan), die nur das Entweichen des Intermediums (kleinere Moleküle) zuläßt oder auch durch vorherige Zugabe des flüchtigeren Kunststoffanteils im Überschuß (z. B. 10 bis 20% monomere Substanz), kann auch eine Kunststofflösung mit unterschiedlich flüchtigen Anteilen in gewünschter Zusammensetzung in das Gewebe gebracht werden.

In der Regel kommt man jedoch ohne diese Hilfsmittel aus.

Es ist vorteilhaft, in die Kunststofflösung von Polyester- und Epoxidharzen einen Temperaturfühler einzulegen, weil die Polymerisation oft plötzlich und mit deutlicher Temperaturerhöhung anspringt Durch Kopplung mit einer Alarmanlage wird die rechtzeitige Herausnahme des Präparats nicht versäumt

Wirtschaftlichkeit

Nach der Präparatedurchtränkung ist die Kunststofflösung in der Regel von sirupartiger Konsistenz. Die Restlösung kann noch für die Herstellung von Folienpräparaten verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit, den Verlust der Restlösung zu umgehen, besteht darin, die Polymerisation bis zur nächsten Verwendung zu unterbrechen (z. B. tiefe Temperaturen). Kann die Polymerisation über längere Zeit verzögert werden, ist es auch möglich, weitere Objekte in der Restlösung zu imprägnieren, während die zuvor in der Lösung gefertigten Präparate schon aushärten.

Nach den bisherigen Versuchen erscheint zur Herstellung elastischer Präparate mit Darstellung der Oberflächenstruktur transparenter niedrigviskoser Silikonkautschuk als besonders geeignet, da

praktisch nicht flüchtig,

kein Temperaturproblem bei der Aushärtung, keine Schrumpfung, keine Polymerisationsinhibierung durch Luftsauerstoff,

Möglichkeit langer Polymerisationsverzögerung bei niedriger Temperatur,

Lichtbrechungsindex (π = 1,405), dadurch erscheint die Präparatoberfläche ausgesprochen natürlich,

Elastizität verstärkt den Eindruck der Natürlichkeit.

Acrylharze, Epoxid- und Polyesterharze eignen sich besonder; für die Herstellung von Folienpräparaten sowie von Hart-, Bruch- und Transparentpräparaten. Ihr Preis liegt zudem wesentlich unter dem von Silikonkautschuk.

Oberflächenstruktur

Eine vollständige Imprägnierung ist anzustreben. Das Präparat kann dann bis zur völligen Aushärtung nachträglich zerschnitten und bearbeitet werden. Bei weichen Kunststoffen ist dies stets möglich. Da dann alle Gewebsteile von gleicher Konsistenz sind, ist es, sofern das Präparat nicht sehr elastisch ist, zutreffender, von »Schnitzen« als von Präparieren zu sprechen.

Der Zeitpunkt der Herausnahme der Präparate aus der gelierenden Kunststofflösung ist für die Oberflächeneigenschaften der Totalpräparate von entscheidender Bedeutung.

Erfolgt sie frühzeitig, wird das Präparat oberflächenversiegelt (spiegelnd und glänzend), der Kunststoff bildet auf der Gewebsoberfiäche eine dünne Schicht Diese Art der Versiegelung eignet sich gut für Transparenzpräparate.

Wird das Präparat erst unmittelbar vor der Gelierung aus der Kunststofflösung entnommen, erscheint die Oberfläche am Fertigpräparat unversiegelt, d. h. stumpf und rauh, die Oberflächenstrukturen sind besonders gut sichtbar.

In Plaques haftender Kunststoff wird abgestreift (Gummihandschuh). Diese Oberflächeneigenschaften werden auch erzielt, wenn das Präparat aus der noch flüssigen Kunststofflösung genommen und überflüssiger Kunststoff mehrfach abgestreift und/oder abgetrocknet wird (aufsaugendes, nicht faserndes Material, z. B. Schwamm). Andere Faktoren, wie Art des verwendeten Kunststoffs, Brechungsindex, Durchtränkungsgrad und Härtungsverlauf, sind ebenfalls von Einfluß.

Die Oberfläche des Fertigpräparats kann nachträg

lieh verändert werden, wenn es in eine neu angesetzt!

Kunststofflösung gegeben wird. Bei der Verwendunj von monomerer Substanz bzw. von Lösungsmittel] unterbleibt jedoch die Aushärtung.

Sollte das Objekt noch nicht vollständig mi Kunststofflösung durchdrungen sein, wenn diese bereit: geliert oder ausgehärtet ist, kann das Präparat jederzei in eine neu angesetzte Kunststofflösung gegebei

ίο werden (»Nachkochen«). Dies kann mehrfach gesche hen. Vorversuche bzw. Studium von Löslichkeitstabel len sind im Einzelfall zu empfehlen (z. B. praktiscl unmöglich bei Silikonkautschuk, mit Vorteil anzuwen den bei Methacrylaten).

Das Gewebe taucht in der Kunststofflösung meis nicht unter, weil es mit einem Medium geringere; Wichte durchtränkt ist. Es wird deshalb mit eine: Glasscheibe, Drahtnetz o. ä. beschwert. Wird die; versäumt, so wird der nicht in die Kunststofflösunj eintauchende Präparateteil später nicht oberflächenver siegelt und eventuell nicht vollständig mit Kunststofflö sung imprägniert sein. Dies kann nachträglich« Schrumpfung verursachen.

Transparenz

Entspricht der Brechungsindex des polymerisiertei Kunststoffs dem des Gewebes, wird das Fertigpräpara transparent, niedrige Farbzahl von Kunststoff unc Gewebe vorausgesetzt.

Um dies möglichst vollkommen zu erreichen, mul z. B. das Blut aus dem Objekt geschwemmt und/oder da; Gewebe gebleicht werden (z. B. mit Wasserstoffsuper oxid 35%, Stunden bis mehrere Tage).

Epoxid- und Polyesterharze sind im Gegensatz zi Silikonkautschuk (n = 1,405) meist zur Herstellung vor Transparentpräparaten geeignet (no= 1,557 — 1,559 Härter n_D = 1,495-1,500, Mischungsverhältnis 10:1 Styrol: np — 1,5466, Styrol polymerisiert: 1,5466).

Die Aufhellung kann von Vorteil, jedoch auch vor Nachteil sein. Von Vorteil, wenn im Präparat kontrast reiche Strukturen (z. B. Gefäße, bestimmte Zeil- unc Gewebselemente) dargestellt werden sollen, ζ. Β Kontrastdarstellung durch Injektion von Hohlraumsystemen mit Flüssigkeiten oder Gasen, von Nachteil füi die Darstellung von Oberflächenstrukturen.

Es ist jedoch möglich, die Oberfläche trotzdem, nach Wunsch auch nur auf einem Teil des Präparats, sichtbai zu machen. Als Möglichkeiten dazu seien genannt:

Färbung des Präparats vor der Kunststoffimprägnierung;

Färbung des Präparats nach der Kunststoffimprägnierung oder Verwendung eines gefärbten Kunststoffs;

Einseitige Bedampfung mit Metallsalzen o. ä.;
Verwendung einer Substanz als letztes Intermedium, die auf dem Präparat einen Niederschlag bildet z. B. Aceton bei Verwendung von Methylmethacryiat und verzögerter Härtung und
unvollständige Entfernung von Intermedien.

Durch Kombination und Dosierung solcher Metho den lassen sich die verschiedensten Effekte erzielen.
So führt z. B. zeitweiliges »Schwimmen«-Iassen eine! mit Eisenhämatoxylin schwach angefärbten Nierenstük· kes auf der Kunststofflösung im Vakuum zur deutlicher Darstellung oberflächlich gelegener Nierentubuli.

Härtung

Die Polymerisation ist bis zur ausreichenden Kunststoffdurchtränkung zu verzögern.

Dies wird durch entsprechende Dosierung von Härter und Beschleuniger, Polymerisationsinitiator, eventuellen Zusatz von Polymerisationsinhibitoren usw. erreicht.

Für Silikonkautschuk haben sich zur Polymerisationsverzögerung Temperaturen unter dem Gefrierpunkt besonders bewährt.

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und Beschleuniger Empfehlungen der

Die Dosierung von Härter
entspricht in der Regel den
Hersteller.

Peroxide reagieren mit Gewebsaminen. Die vollständige Aushärtung von mit Peroxiden versetzten Poly- '5 esterharzen im Gewebe ist deshalb schwierig.

Durch Nachbehandlung — bei ca. 60°C, mehrere Stunden — (Tempern), Lüften, Lackieren, kann der solchen Präparaten anhaftende Styrolgeruch vermindert oder beseitigt werden.

Methacrylate werden vorteilhaft mit Azo-diiso-buttersäuredinitril (= 2,2'-Azobis(2-methylproprionitrile)), Handelsbezeichnung Katalysator 24, gehörtet. Peroxide sind giftig. Folien können mit einem Lichtinitiator gehärtet werden.

Durch Verdünner wird die Härtung beeinflußt.

Da Sauerstoff die Härtung von Epoxidharzen, Acrylharzen und insbesondere von Polyesterharzen inhibiert, wurden die Pärparate zur Aushärtung meist in wasserfreies Glycerin getaucht oder einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt. Bei Epoxidharzen genügte auch mehrstündige Wärmeexposition (ca. 50⁰C).

Bei Kalthärtung wird generell Nachhärten bzw. Tempern von mehreren Stunden bei ca. 6O⁰C empfohlen.

Wird nach der Aushärtung das Präparat zerbrochen, kommt die Mikroarchitektur der Präparate an der Bruchfläche besonders gut zur Darstellung.

III. Herstellungsbeispiele

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Bei der Herstellung von Folienpräparaten, histologischen Großpräparaten und Pflanzenfolien kann die Schnittdicke beliebig gewählt werden. Wenig Arbeitsaufwand erfordert die Herstellung von ca. 0,6 mm dicken Folien, die Gewebsscheiben werden dazu vom eingefrorenen Organ mit einer Rotationsschneidemaschine gewonnen. Das Organ wurde vorher zerteilt und mit der Schnittfläche auf einer Glasplatte liegend eingefroren, auf vorherige Fixierung kann verzichtet werden.

Für Serienschnitte ist das Eingießen in Blöcke, z. B. erkaltende Gelatine (20%), vorzuziehen. Dünnere Schnitte werden wie im Routinebetrieb in Paraffin eingebettet und auf einem Großmikrotom geschnitten.

Die Präparate werden in eine sowohl mit dem Gewebe als auch mit der vorbereiteten Kunststofflösung verträgliche, niedrigsiedende Flüssigkeit (z.B. Dichlormethan) überführt. Die Kunststofflösung von möglichst öl- bis sirupartiger Konsistenz wird nach Luftevakuierung ausgegossen, die Schnitte oder Pflanzen werden aufgelegt. Während der nächsten Minuten verdunstet die als letztes Intermedium verwendete Flüssigkeit, und die Kunststofflösung dringt von unten in das Präparat ein. Kurze Evakuierung ist jetzt mitunter vorteilhaft Mit mechanischen Hilfsmitteln (Glasstab) kann das Objekt in die Kunststofflösung gedrückt und unter dem Präparat sich befindende Luft entfernt werden. Von oben wird nunmehr eine Trennfolie (z. B.

eine Polyäthylenfolie) aufgelegt und sich bildende Luftblasen werden ausgestrichen, anschließend wird eine Glasplatte auf die Folie gelegt.

Generell ist darauf zu achten, daß die Kunststofflösung nur mit Trennmedien (Trennwachs, Trennlack, Foto-Hochglanzfolie, Polyäthylenfolie usw.) Kontakt bekommt.

Ebenso wie bei Totalpräparaten ist die Art der Vorbehandlung (z. B. Fixierung, Färbung, letztes Intermedium) für das spätere Aussehen des Präparats mitentscheidend.

Beispielsweise führt die Verwendung von Dichlormethan oder Xylol als letztes Intermedium bei Gehirnschnitten zu mehr transparenten, bei der Verwendung von Aceton zu mehr oberflächenbetcnten Präparaten.

Die Foiiendicke kann durch Einbringen von Drähten der gewünschten Dicke in den Randbereich zwischen Unterlage und Glasscheibe gewählt werden.

Als zweckmäßig hat sich die Verwendung von zwei mit Trennfolie versehenen Glasscheiben erwiesen. Die Aushärtung kann bei Verwendung eines Licht-, z. B. UV-Initiators durch Bestrahlung erfolgen. Wird die Verdunstung des größten Teils des Intermediums nicht abgewartet, sollten die Schnitte durch eine Substanz geführt werden, die in den gewählten Kunststoff einpolymerisiert. Die Präparatefolien können nach der Aushärtung vorteilhaft mit einer Schneidemaschine mit Andruckmechanismus (Fotofachhandel) zurechtgeschnitten und bei entsprechender Härte mit Löchern zur Abheftung versehen werden.

10.) Herstellung eines präparierten Nierenpols

Es erfolgt Perfusion einer einen Tag alten menschlichen Niere mit 1010,9%iger NaCl-Lösung und 101 Formalin (4°/oig). Injektion der Gefäße mit eingefärbtem Silikonkautschuk, verdünnt mit 20% Toluol. Präparation.

Entwässerung über Alkohol (50%, 70%, 96%, abs.), Alkohol/Aceton 1 :1, Aceton abs.
Herstellen einer Lösung von Amin-vorbeschleunigtem Methacrylsäuremethylester 80%, Dibutylphthalat 20%, Benzoylperoxid 50% in Phthalat.
Forcierte Immersion 40 Minuten, bis aus dem Objekt keine Blasen mehr aufsteigen. Montieren auf eine Präpariernadel, die Kunststofflösung ist jetzt von sirupartiger Konsistenz. Abtropfen des überschüssigen Kunststoffs, Härtung an der Luft über drei Tage. Endhärte nach acht Tagen.

11.) Herstellung einer transparenten Rattenleber

Es erfolgt Perfusion einer Ratte mit aufsteigender Aikohoireihe (70%, 80%, 96%, abs.), Alköhöl/Aceton 1 :1, Aceton abs., arterielle Gefäßdarstellung (Silikonkautschuk).

Präparation, Bleichen in H2O2. Herstellen einer Epoxidharzlösung.

Forcierte Immersion über 25 Minuten, Herausnahme und in den Wärmeofen 50° C über vier Stunden, Präparat ist voll: tändig ausgehärtet

12.) Herstellung eines kleinen Kaktus

Auf der Wurzelseite erfolgt ein Herauspräparieren eines Gewebskonus, mit einem scharfen Löffel wird mit Hilfe dieser Öffnung Gewebe aus dem Zentrum entfernt

Lösung von Glycerin/Alkohol 50:50, 30:70, 10:90, Alkohol absolut, Alkohol absolut/Aceton 1:1, Aceton absolut Dichlormethan. In einer

Lösung von niedrigviskosem transparentem Silikonkautschuk forcierte Immersion über 4 Stunden bei —5° C. Herausnahme, Wärmeofen sechs Stunden.

13.) Herstellung eines Maussitus

0,1 ml Heparin (500 USP-E.), interperetoneal mit Narkotikum, Perfusion von Aqua dest. (30°C), Formalin-Lsg. (4%), Alkohol 70%, 96%, Alkohol absolut, Alkohol absolut/Aceton 1 :1, Aceton absolut jeweils 200 bis 300 ml. Perfusion von Hydroxyäthylmethacrylat/Methacrylat (monomer) 1 :1 mit Azo-di-iso-buttersäuredinitril als Katalysator 1%. Forcierte Immersion bei -2⁰C über 3 Stunden in Silikonkautschuk (Komponente A/Komponente B: 9:1). Dann Wärmeofen 4 Stunden (35° C). Das Fell wurde nicht mitbehandelt, sondern mit Paraffin betropft, das nach der Aushärtung mit Dichlormethan herausgewaschen wurde.

14.) Herstellung eines gefärbten Nierenstücks

Immersionfixierung (Formalin 4%), Wässern, Färbung zum größeren Teil mit Eisenhämatoxylin,

Entwässerung über Alkohol, Aceton in Xylol. Forcierte Immersion über 30 Minuten in Epoxid- oder Polyesterharzlösung. Herausnahme, Härtung bei 5O⁰C über 6 Stunden.

15.) Herstellung eines gefärbten Nierenschnittes

Niere perfundiert und eingefroren, mit einer Rotationsschneidemaschine 0,5 mm dicke Scheiben gewonnen, mit Eisenhämatoxylin Färbung. Eingießen wie vorbeschrieben, Entwässerung über Alkohol und Aceton. Kunststofflösung: Amin-beschleunigter Methacrylsäuremethylester 70%, Dimethylglykol-phthalat 30%, 0,5% Benzoylperoxid 50%ig in Phthalat.

16.) Herstellung eines ungefärbten Gehirnschnittes

Ein nur wenige Stunden in Formalin anfixiertes Gehirn wird eingefroren, die Schnitte mittels einer Rotationsschneidemaschine gewonnen. Entwässerung über Alkohol und Aceton, Eingießen ,in Epoxidharz. Foliendicke: 0,5 mm. Ebenso Herstellung von Gehirnschnitten mit einem elastischen Polyesterharz.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Konservierte biologische verwesliche Objekte mit weitgehend erhaltenem Oberflächenrelief, erhalten

entweder durch Einbringen der mit einem Intermedium im Austausch gegen Wasser versehenen Objekte in eine Kunststofflösung mit einem höheren Siedepunkt als das Intermedium, anschließendes Absaugen des Intermediums bis zur vollständigen Durchtränkung mit Kunststoff, Entnahme des imprägnierten Präparats aus der Lösung, Entfernung überflüssigen Kunststoffs und Auspolymerisierung, oder durch Perfusion der Objekte mit einer Kunststofflösung und Auspolymerisierung.

2. Verfahren zur Herstellung der konservierten biologischen verweslichen Objekte unter weitgehender Erhaltung des Oberflächenreliefs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

entweder die mit einem Intermedium, wie niedrigsiedendes organisches Lösungsmittel oder Gas, im Austauch gegen Wasser versehenen Objekte in eine Kunststofflösung mit einem höheren Siedepunkt als das Intermedium einbringt, anschließend durch Absaugen des Intermediums mit Kunststoff durchtränkt, das imprägnierte Präparat der Lösung entnimmt, überflüssigen Kunststoff entfernt und auspolymerisiert

oder die Objekte mit einer wasserlöslichen Kunststofflösung perfundiert und auspolymerisiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Kunststoff aus der Gruppe der Acrylharze, Polyesterharze, Epoxidharze oder Silikone verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Kunststofflösungen mit oder ohne Zusätze, wie Härter, Beschleuniger, Verdünner und dergleichen, verwendet.