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切片法,是利用銳利的刃具將組織切成極薄的片層,材料須經過一系列特殊的處理,如固定、脫水、包埋、切片、染色等,過程十分繁復。在制作過程中,還要經過一系列的物理和化學的處理,這些處理方法可根據各種不同材料的性質要求進行合理選擇。切片法雖然工序繁瑣,技術復雜,但是,它最能保持細胞間的正常的相互關系,能較好和較長時間地保留細胞的原貌,所以仍然是光學顯微鏡的主要制片方法。
【實驗儀器、材料和試劑】
(一)儀器:石蠟切片機、恒溫蠟箱、載玻片、蓋玻片
(二)材料:洋蔥根或小鼠肝
(三)試劑:乙醚、無水乙醇、甲醛、冰醋酸、苦味酸、重鉻酸鉀、鋨酸、正丁醇、二甲苯、石蠟、甘油、雞蛋、紗布、加拿大樹膠、麝香草酚
【方法與步驟】
光學顯微鏡切片制作技術最簡單的切片法是徒手切片,但是由于組織塊往往十分柔軟,
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切削很困難,而且無法得到十分菲薄的切片,因此必須先用某些特殊物質滲入組織塊的內部起支持作用,并將整個組織塊包住,然后再用精密的切片機制作切片,才能獲得良好的效果。這種方法稱為包埋法,包埋的物質稱為包埋劑。常用的包埋劑有石蠟、火棉膠、炭蠟、明膠等,水和塑料也可作為包埋劑。根據包埋劑的不同,分別有石蠟切片、火棉膠切片、冰凍切片等,它們各有長處,可以根據需要選用,但是使用得最多的還是石蠟切片技術。
石蠟作為包埋劑,有其獨特的優點,例如:石蠟能切出極薄的蠟片(2~10μm);切片時能連成蠟帶,便于制作連續切片;操作較容易,組織塊可以包埋在石蠟中長期保存。然而石蠟切片的制作過程較長,步驟很多,一步不慎往往導致前功盡棄,而且這些處理引起組織塊或多或少地收縮,切片時受濕度影響比較大,這些不足之處必須在制片過程中認真對待,盡量減小它的不良影響。
石蠟切片的制作過程主要包括:取材,固定,脫水,透明,透蠟,包埋,切片,貼片,染色,透明,封藏等步驟。
1.取材
材料的好壞直接影響到切片的質量,無論取哪一種動植物材料,以下幾點是必須注意的。
(1)植物材料選擇時須盡可能不損傷植物體或所需要的部分;動物材料取用時常對動物施以麻醉,常用的麻醉劑有氯仿和乙醚,或將動物殺死后迅速取出所需要的組織。
(2)取材必須新鮮,這一點對于從事細胞生物學研究尤為重要,應該盡可能割取生活著的組織塊,并隨即投入固定液。
(3)切取材料時刀要銳利,避免因擠壓細胞使其受到損傷。
(4)切取的材料應該小而薄,便于固定劑迅速滲入內部。一般厚度不超過2mm,大小不超過5×5mm2。
2.固定
組織和細胞離開機體后,在一定時間內仍然延續著生命活動,會引起病理變化直至歸于死亡。為了使標本能反映它生前的正常狀態,必須盡早地用某些化學藥品迅速地殺死組織和細胞,阻抑上述變化,并將結構成分轉化為不溶性物質,防止某些結構的溶化和消失。這種處理就是固定。除了上述作用外,固定劑會使組織適當硬化以便于隨后的處理,還會改變細胞內部的折射系數并使某些部分易于染色。
固定劑的作用對象主要是蛋白質,至于其他成分如脂肪和糖,在一般制作時不加考慮,如要觀察這些物質,可用特殊的方法將其固定下來。
固定劑的作用表現在對材料體積的改變、硬化的程度、穿透的速度以及對染色的影響等方面。這些作用的好壞、大小,都依所固定的材料性質而定,同樣一種固定液對某一材料來說是良好的,但對另外一些組織可能就不很適用。良好的固定劑必須具備的特征是:穿透組織的速度快。,能將細胞中的內含物凝固成不溶解物質,不使組織膨脹或收縮以保持原形,硬化組織的程度適中,增加細胞內含物的折光度,增加媒染和染色能力,具有保存劑作用。 固定劑有簡單固定劑和混合固定劑的劃分。
簡單固定劑即單一的固定劑,常用的有乙醇、甲醛、冰醋酸、升汞、苦味酸、鉻酸、重鉻酸鉀和鋨酸。其中,苦味酸、升汞、鉻酸既能凝固細胞清蛋白,又能凝固核蛋白;乙醇只能凝固清蛋白,而醋酸只能凝固核蛋白;甲醛、餓酸和重鉻酸鉀對這兩種蛋白質都不凝固。
簡單固定劑的局限性較大,如將其適當混合,制成復合固定劑可以取得更好的效果。常用的混合固定劑有:
Bouin液(70份苦味酸飽和水溶液+25份4%甲醛+5份冰醋酸)、Zenker液(升汞5g+重鉻酸鉀2.5g+硫酸鈉1.0g+5ml冰醋酸+100ml蒸鎦水)、Carnoy改良液(3份無水乙醇+1份冰醋酸)等。固定劑的種類甚多,我們必須依據各種固定劑的性能及制片的不同要求來加以選擇。 19
固定時,須注意以下幾點:
(1)固定劑應有足夠的量,一般為組織塊體積的10~15倍。
(2)如所固定的材料外表有不易穿透的物質,可將材料先在含乙醇的溶液中固定幾分鐘,再移入水溶性的固定液。
(3)材料固定后如不立即下沉,可將其中氣泡抽出。
(4)固定時間依材料大小、固定劑種類而異,可從1小時到幾十小時,有時中間需要更新固定劑。某些固定劑對組織的硬化作用較強,作用時間應嚴加控制,不能過長。
(5)一般固定劑都以新配制的為好,用過的不能再用。有些混合固定劑由甲、乙兩液合并者,一定要在使用前才混合。
(6)固定完畢,根據所用固定劑的不同,用水或乙醇沖掉殘留的固定劑,以免固定劑形成沉淀,影響以后組織塊的染色。
3.脫水
生物組織中含有大量的水分,它和石蠟是不能相溶的,致使在包埋時石蠟無法滲入組織內部,因此須使用脫水劑將水分除盡,這就是脫水的作用。
脫水劑必須能與水以任何比例相混合。脫水劑有兩類:一類是非石蠟溶劑,如乙醇、丙酮等,脫水后必須再經過透明,才能透蠟包埋;另一類是兼石蠟溶劑,如正丁醇,脫水后即可直接透蠟。
常用的脫水劑是乙醇,因為它價格便宜,易于得到。為了避免劇烈的擴散引起的組織的強烈收縮,脫水步驟應從低到高以一定的濃度梯度來進行,一般組織從30%乙醇開始,經過50%、70%、80%、95%、100%至完全脫水;對于一些柔軟的組織應從15%開始。脫水時間依據組織的類型和大小而定,一般各級乙醇中放置45min到1h,如果中間須停頓,應使材料停留在70%乙醇中,因為低濃度乙醇易使組織變軟、解體,高濃度乙醇有脆化組織作用,放置時間不能過長,另外,脫水必須在有蓋瓶中進行,以防止高濃度乙醇吸收空氣中水分導致濃度降低而使脫水不徹底。需要保存的材料可脫水至70%乙醇時停留其中,如需長期保存,可加入等量的甘油。
丙酮也是很好的脫水劑,其作用和用法與乙醇相同,不過其脫水力和收縮力都比乙醇強。
甘油常用于藻類、菌類及柔弱材料的脫水。
二氧六環為無色的石蠟溶劑,對組織沒有收縮及硬化等不良后果,但其蒸氣有毒,使用時須小心。
正丁醇可與水及乙醇混合,亦為石蠟溶劑,其優點是很少引起組織塊的收縮與變脆。
叔丁醇的性質、作用和用法同于正丁醇,但因其價格昂貴而很少使用。
4.透明
組織塊用非石蠟溶劑脫水后必須經過透明。透明劑能同時與脫水劑和石蠟混合,它取代了脫水劑后,石蠟便能順利地滲入組織。
透明劑的種類很多,較常用的是二甲苯、甲苯、苯、氯仿、香柏油和苯胺油等。
二甲苯作用較快,透明力強,但組織塊在其中停留過久,容易收縮變脆變硬,同時若脫水不凈,就會引起不良后果,在應用時必須特別小心。通常將組織塊先經純乙醇與二甲苯的等體積混合液,再進入純二甲苯,這樣可減少上述的缺點。透明時間應由組織大小而定,—般各級停留時間在30min至2h,在純二甲苯中應更換2次,總時間則以不超過3h為宜。材料經過透明,會顯示出前一步脫水的效果如何,若脫水徹底,組織則顯現透明狀態,如組織中有白色云霧狀,說明脫水不凈,須返工處理,但返工的效果往往不好。使用二甲苯透明時,應避免其揮發和吸收空氣中的水分,并保持其無水狀態。 20
甲苯的一般性質與二甲苯相似。用法亦同,唯沸點較低,透明較慢,但不會使組織變脆。
苯的用法同于二甲苯,對組織的收縮作用小,但須警惕其爆炸和吸入而引起中毒。氯仿適于大塊組織的透明。
5.透蠟和包埋
包埋用的石蠟,熔點在50~60℃之間,應根據材料本身的硬度、切片的厚薄和當時的氣溫條件來選用。一般動物材料最常用的石蠟熔點為52~56℃,植物材料的用54~58℃的;切片薄的用58~60℃的,切片厚的則用52~54℃的;室溫10~19℃時選用52~54℃的石蠟可順利切片,冬季可用熔點46~48℃的石蠟,夏季可選56~58℃的。
石蠟的優劣與切片的成敗密切相關。鑒別石蠟質量的方法是:將石蠟熔化后倒入紙盒使其凝結且無氣泡和裂痕,30~35℃放置24h且無氣泡和不透明的晶狀小點出現,蠟塊裂面不呈顆粒狀,切成薄片不碎成細粒。這種石蠟即為品質優良。含有雜質的新蠟或用過的廢蠟可清潔后再用,方法是將石蠟放入鍋內,加熱到開始冒白煙,然后用小火繼續加熱30min(注意別超過發火點),使其去除水分和揮發性雜質,并在溫箱中過濾以去除灰塵等顆粒。
透蠟須在恒溫箱中進行,恒溫箱的溫度調節至高于石蠟熔點3度,使經過透明的組織塊依次用石蠟與二甲苯的等量混合液、純石蠟處理。純石蠟應處理2~3次,透蠟的時間依材料性質而定,一般每次需15~30min。
透明的關鍵是控制溫度的恒定,切忌忽高忽低,溫度過低石蠟凝固無法滲透,溫度過高使組織收縮發脆。
包埋是使浸透蠟的組織塊包裹在石蠟中。具體做法是;先準備好紙盒(具體折法見圖1-3及說明),將熔蠟倒入盒內,迅速用預溫的鑷子夾取組織塊平放在紙盒底部,切面朝下,再輕輕提起紙盒,平放在冷水中,待表面石蠟凝固后立即將紙盒按入水中,使其迅速冷卻凝固,30min后取出。
包埋用蠟的溫度應略高于透蠟溫度,保證組織塊與周圍石蠟完全融為一體。石蠟的迅速冷卻也很重要,否則包埋塊中將會產生結晶。以后切片時引起碎裂。
6.切片
(1)石蠟塊的固著與整修
在包埋以后,就可進行切片。包埋好的石蠟塊裝上切片機進行切片前還須進行固著和整修。
固著:一般旋轉式切片機上都附有可固著石蠟塊的金屬小盤,這也可用同樣大小的臺木替代。用加熱的蠟鏟將包埋塊粘貼于固著物上,并使組織塊朝外,便于以后迅速切出所需的片子。
整修:用加熱的蠟鏟或刀片將固著的包埋塊四周修平,使上下兩面修成平行面,常保留組織周圍附著寬2~3mm的石蠟,而修好的蠟塊呈長方形。還可削去一角以便于在蠟帶上識別切片。
(2)切片機和切片刀
切片機是用來作各種組織切片的一種專門設計的精密機械,常用的是旋轉式切片機,它的夾物部分是上下移動前后推進的,而夾刀部分則固定不動。主要部件是安裝切片刀的刀臺、安裝包埋塊的標本臺和控制切片厚度的微動裝置。切片時切片刀固定不動,轉動轉輪,標本臺上下運動并按調好的切片厚度向前推進一定的距離,組織塊上下運動一次,便在刀片上得到一張合乎厚度要求的切片。
切片刀與切片的質量直接相關。切片前必須磨刀,方法是:將切片刀裝上刀柄、刀背夾、滴少許石蠟油在平滑的磨刀石上,將刀貼著磨刀石以背向刀口方向磨,使用完畢后應及時用二甲苯將石蠟油擦凈。
(3)切片方法
切片前,將刀口置放大鏡下觀察,選擇刀口平整無缺刻的部分來進行切削。將所要切的包埋塊固定在標本臺上,使包埋塊外切面與標本夾截面平行,并讓包埋塊稍露出一截。將刀臺推至外緣后松開刀片夾的螺旋,上好刀片,使切片刀平面與組織切面間呈15°左右的夾角,包埋塊上下邊與刀口平行。在微動裝置上調節切片要求的厚度,調節時應注意指針不可在兩個刻度之間,否則容易損傷切片機,將刀臺移至近標本臺處,讓刀口與組織切面稍稍接觸,這時就可以開始切片了。方法是:右手轉動轉輪,左手持毛筆在刀口稍下端接隹切好的片子,并托住切下的蠟帶,待蠟帶形成一定長度后,右手停止轉動,持另一枝毛筆輕輕將蠟帶挑起,平放于襯有黑紙的紙盒內,注意切片速度不宜太快,搖動轉輪用力應均勻,防止切片機震動厲害引起切片厚薄不均勻,還應注意轉動的方向,以防標本臺后移而切不到片子。切片完畢,應及時用氯仿將切片機的有關部分擦凈。
(4)切片中存在的問題及補救方法
石蠟切片是很不容易掌握的,有時很容易成功,有時則由于某種因素而造成切片的質量低劣,甚至完全失敗,F將切片時經常遇到的一些缺點、可能的原因以及補救辦法列于表1-3。
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