带植入物的骨骼截面制备

引言

在过去十年，骨骼和组织损伤的修复技术，已经有了很大的进步。像髋关节植入物和展伸等器件已经广泛用于修理和矫正等问题，而在过去，这些都是难于修理的。

植入物在体内的生物兼容性是一个主要的关注问题也是需要进行显微组织检查的主要原因。一个成功的植入要求骨骼或组织能接受植入物并且不排斥植入手术。与此同时，外科植入物还暴露在身体的生物化学环境并可能造成降解。为了评估这种兼容性，为进行显微分析而进行的任何制备技术都应当避免使骨骼或组织受到损伤，与此同时，还应当保持植入物的原始真实性。

骨骼具有海绵质并可以再生，因此能够随着时间改变其体积。而植入物则较硬，体积不会改变，在人体中会降解并造成失效。硬的植入物和软的骨骼或组织在硬度上的差异，对于试样制备是一个挑战。

对于骨骼和组织的研究有两种方法。薄截面试样可用于X射线照相术以及在透射光下进行显微观察。大块试样则在反射光下进行显微观察。更常使用的是薄截面试样，它比大块试样能提供多得多的信息，下面将进行详尽讨论。

薄截面试样

含有植入物的薄截面试样经过抛光后，既可以在透射光下进行显微观察，也可以在反射光下进行显微观察。植入物不透明，因此应在反射光下进行显微观察，可以看到诸如孔隙度、晶粒度、以及腐蚀等特性。骨骼或组织是透明的，因此可以在透射光下进行显微观察。薄截面试样可以更加清晰地显示出细胞特征，例如骨单位*和Havers管**的组织细节。而像金属植入物中的孔隙、涂层（HA）、以及腐蚀等组织特征，则用经过抛光的截面进行显微观察效果更好。

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*骨单位——硬骨构造的基本单位，包含Havers管及其同心排列的骨板。在Havers系统中约含4-20骨单位，每一骨单位厚3-7微米，骨单位主依骨长轴方向排列。译者注。

**Havers管——骨小管，在致密的Havers系统中的自由小管。Clopton Havers (1650-1702)——英国医师和解剖学家，因研究骨骼的微细结构而著名。译者注。

一般情况下，使用石蜡法来制备经过脱钙处理的骨骼和软组织，试样用薄片切片机切成薄片。

然而薄片切片机不能有效地用于含有植入物的骨骼或组织，因为这样会使切片机的刀片容易受损。一个受损的刀片会使组织撕裂，造成试样的损坏。当切割经过脱钙处理的骨骼，薄片切片机还可能造成折叠、收缩或显微裂纹，给显微观察带来困难。

制备步骤

1．将试样切出厚度约为 2mm 的截面，z好使用金刚石精密切割机。清洗试样并彻底干燥，然后将试样在真空下用 EpoThin^® 低粘度环氧树脂进行镶嵌。

2．镶嵌的试样固化后，用600号和800号（或P1200号 和P1500号）的 CarbiMet^® 碳化硅砂纸将试样的一面进行磨光，直到整个表面露出并平坦。

骨骼薄截面在透射光下的显微组织黑色区域为植入物

3．将试样和一块载片仔细清洗和干燥。用环氧树脂或氰基丙烯酸脂胶将磨面与载片相连。使用氰基丙烯酸脂胶时必须非常细心，因为这种胶的固化非常快，如果处置不当，手指将与载片粘在一起。

氰基丙烯酸脂胶与塑料载片一起使用效果z好。如果使用玻璃载片，在与试样相连以前，表面应当用600号（或P1200号）砂纸磨，以改善粘着。

4．当使用环氧树脂以获得良好与均匀的薄层粘接，将载片放在 PetroBond™ 中，在固化时加压，或采用其它手段加压。要确认环氧树脂不与粘接夹具的任何部位接触。将 PetroBond™ 放在45-50 °C（113-122 °F）的热板上 2-3 小时。加热将加速固化过程。如果不进行加热，环氧树脂的固化将需时24小时或更长。

5．当环氧树脂完全固化、手指放在上面不会产生压痕时，将载片拿开并使之冷却到室温。

6．对于医学应用，含有植入物的试样应当首先用 IsoMet 精密切割机切割，然后用 PetroThin^®薄片切割系统磨光。使用 IsoMet^® 系列精密切割机切割试样时，不仅能保护好试样，而且能使组织损伤减到Z小。PetroThin^® 要求使用较厚的切割片，可能会对植入物和组织带来损伤。

如果试样需要用手进行磨光，这时要用较粗的砂纸，例如320-400号（或P400-P800号）的CarbiMet^® 碳化硅砂纸。将试样磨到厚度约为125μm。然后使用粒度较细的砂纸，例如，600号和800号（或P1200号至P1500号）的CarbiMet^® 碳化硅砂纸，将试样磨到厚度约为20 - 50μm 或直到组织细节透明为止。当试样厚度磨到小于50μm 时，应当特别细心。

注：用于X射线照相术时，试样的适宜厚度约为80-100 μm，但是如果用于在透射光下进行显微观察时，薄截面试样的厚度应在20μm至50μm之间，或磨至组织细节透明，可用于观察为止。

7．在 TexMet^® 1500 或尼龙抛光织物上用3μm MetaDi^® 金刚石膏抛光。使用MetaDi^® Fluid 作为润滑剂。

8．如有需要，试样可以在MasterTex^® 抛光织物上进行ZZ抛光并使用MasterPrep™氧化铝抛光悬浮液，以便在短时间内将磨痕去除。

当制备薄截面试样时，z好能使上下表面保持平行，特别是当试样准备进行显微X射线照相或在透射光显微镜下进行观察时。为了保持试样的平行度，可以使用半自动设备，例如PetroThin^®薄截面制备系统，进行试样制备，或使用特殊夹持器用手在一个转动的盘上进行试样制备。PetroThin^® 薄截面制备系统是为制备具有精确厚度的薄截面而设计的。使用这种设备可以保证获得始终如一的结果。

设备*

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IsoMet^®系列精密切割机

PetroBond^®薄截面粘接夹具

PetroThin^®薄截面制备系统

消耗器材*

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IsoMet^®金刚石薄切割片

EpoThin^®低粘度环氧树脂

CarbiMet^®碳化硅砂纸

TexMet^®1500 抛光织物

MetaDi^®金刚石磨膏（3μm）

MetaDi^® Fluid润滑剂

MasterTex^®抛光织物

MasterPrep™ 氧化铝抛光悬浮液