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方法文章

用于教育、科普与科研的节肢动物透明树脂封埋技术

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DOI：

10.3791/69206

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2026年1月16日

 ,  ,  , 
1Department of Entomology, Texas A&M University, 2Department of Veterinary Integrative Biosciences, Texas A&M University

本文内容

摘要

本文展示了为教学和科普推广制作高质量树脂包埋节肢动物标本的关键步骤。

摘要

我们先前发表的研究提供了一种制备具有医学重要性节肢动物的树脂包埋标本的方案，可用于教育及科普推广活动。该方案已被多个项目采纳，旨在建立一种可最大限度减少对节肢动物损伤、便于安全操作、并能保留用于鉴定的形态学特征的封片技术。随着额外设备的购置和流程的优化，我们的方案已不断改进，目前所制备的树脂包埋节肢动物标本质量显著提升。本文展示了这一改进后的方案，包含减少气泡产生的步骤、适应不同类型节肢动物的处理方法，以及制备可从六个面清晰观察的最终抛光块状标本的技术。我们还阐述了在树脂固化过程中产生的烟雾、使用电动工具以及打磨和抛光树脂块时产生粉尘所带来的生物安全问题。本可视化方案将有助于推动透明树脂包埋技术在更广泛群体中的应用。我们经过多年实践、试错所积累的设备与耗材清单，可帮助其他项目评估该方案是否具备可行的实施条件。

引言

完整且高质量的标本是向学员传授节肢动物鉴定技能的重要资源1,2。教学标本收藏中常常包含一些脆弱的针插或点插标本，由于频繁使用，这些标本可能缺失关键特征，或难以从多个角度观察，从而影响对关键鉴定特征空间关系的理解3。这可能令学生和教师均感到困扰，而稀有、采集困难或非本地物种则可能因担心标本损毁而在教学收藏中受到限制或完全缺失。

除了正规的制度化学习之外，向公众普及科学知识也是许多学术推广项目、医疗和兽医机构、公园与自然中心、博物馆以及蚊虫/病媒控制区的重要使命之一4,5。在这些场景中，耐用且可长期保存的标本至关重要，理想情况下应能承受儿童亲手触摸、意外碰撞或跌落等使用环境。传统的针插或点针昆虫标本无法满足此类教育用途所需的耐用性，而保存在乙醇等液体防腐剂中的标本则因容器反光或液体浑浊导致观察困难，且取出和操作也不便。鉴于已有研究证明，昆虫的三维模型有助于提升学生的学习效果6，因此为学生提供高质量的树脂包埋节肢动物标本也应具有类似教育价值。Bron 等人最近的一项研究利用树脂包埋的蜱虫及其他节肢动物，评估公众识别蜱传病媒介种类的能力7。另一项项目则将树脂包埋的外来森林昆虫（“旅行虫”）放置于地理藏宝点（geocache），以提高公众对外来森林害虫的认知8。本工作延续了此前数十年来昆虫学家不断优化昆虫树脂包埋技术的研究基础9,10。在本实验方案开发过程中，我们发现，对于带有鳞片的 delicate 昆虫（例如蚊子），其树脂包埋难度较大，因为在树脂浇注过程中，鳞片和附肢容易脱落。此外，长期保存于乙醇中的标本也不适合用于树脂包埋，因为乙醇会使标本的体色褪去，而这些颜色特征对物种鉴定至关重要（例如蜱虫盾板上的复杂斑纹）。

为了扩充节肢动物教学标本收藏，以支持课堂教学（如医学和兽医昆虫学）以及面向公众的科普推广项目，我们开发了一套节肢动物透明包埋技术方案11。由于大多数生产树脂包埋昆虫商品的公司对其制备方法保密，因此我们公开了这些方法。自2018年发表以来，我们购置了更多设备并对该方案进行了进一步优化，现将更新后的方法在此呈现。在材料表中，我们列出了本方案所使用的所有仪器和耗材。

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方案

警告：树脂制备流程相关的危害包括接触未固化树脂产生的有毒烟雾、与未固化树脂及催化剂的直接接触、动力工具的使用，以及在切割/打磨/抛光步骤中产生的粉尘。操作未固化树脂时，必须在通风橱或通风良好的区域进行，并佩戴腈类手套。若树脂或催化剂接触皮肤，应立即用肥皂和水清洗接触部位。在切割/打磨/抛光已固化树脂块时，必须佩戴合适贴合的半面罩式呼吸器。

1. 标本和标签准备

注意：标本的制备取决于所使用的节肢动物。在制备第一层树脂之前，应提前准备好标本和标签，并放置备用。

  1. 选择要包埋在树脂中的标本。
    1. 蜱虫：取出保存在冰箱或70%乙醇中的蜱虫。将从70%乙醇中取出的成虫和若虫蜱虫置于两片显微镜载玻片之间，轻轻施加压力，以去除蜱虫体内可能残留的过量乙醇。然后将蜱虫放置在平坦的表面上，至少干燥5分钟，再将其加入树脂中。
      ​注意：保存在冰箱中的蜱虫无需在载玻片之间加压，但应如上所述在室温下放置一段时间。
    2. 蚊子：新羽化的成蚊最适合包埋在树脂中，因为其诊断特征（如鳞片等）最完整。当存在实验室种群或野外自然种群时，可将幼虫或蛹放入盛水的羽化装置中，羽化后成虫会进入羽化杯的上部空间。将新羽化的成蚊放入冰箱中致死，然后取出并在加入树脂前于室温下放置至少5分钟。
      注意：冰箱中杀死蚊子所需的时间取决于冰箱的温度（例如，在-80 °C冰箱中约需10分钟）。应在杀死后数小时内使用成蚊，因为长时间存放在冰箱中会导致蚊子脱水干缩。
    3. 蚊子及其他双翅目幼虫/蛆：将幼虫从乙醇中取出，并在树脂催化剂中浸泡至少20分钟，再加入树脂。
      注意：将这些标本放入催化剂中可置换其体内的乙醇，同时避免标本脱水皱缩。
    4. 其他节肢动物：对于许多节肢动物，可根据其外部结构的精细程度，参考上述蜱虫或蚊子的处理方法进行操作。
  2. 制作包含所需信息的标签（例如，学名和生活史阶段）。使用激光打印机（非喷墨打印机）在透明胶片上打印标签，并按尺寸裁剪。
    1. 使用8号斜体Times New Roman字体；对于生活史阶段或体型较大的标本，使用12号斜体Times New Roman字体。
    2. 对于包含实验考试的教学收藏，应确保树脂中的节肢动物标签能让教师识别物种，但不会向正在接受鉴定能力测试的学生透露信息。在此情况下，可使用约1 cm2大小的小型二维码，使智能手机能够链接至包含物种信息的网站。
      注意：裁剪标签时应确保边缘整齐，以提高整体质量。

2. 树脂层 1

警告：所有涉及未固化树脂的操作均须在通风橱内进行，且通风橱须通向室外，因为未固化树脂会产生有害气体。在通风良好的环境中（例如室外）进行这些操作是另一种可选方案。

  1. 在操作未固化的树脂或催化剂之前，应戴上腈手套。
    注意：在制备树脂层的过程中，若手套上沾染大量树脂，应立即脱下手套，注意避免树脂接触皮肤。若手套上含有未固化的树脂，应将其置于通风橱内24小时，待其完全固化后再作为垃圾丢弃。若树脂不慎接触皮肤，应立即按照标签说明，用肥皂和水彻底清洗受影响区域。
  2. 在塑料杯中量取约60 mL（约2 oz）树脂。将塑料杯中的树脂倒入塑料碗中，并将盛有树脂的塑料碗放入32 °C的水浴中。
    注意：树脂在水浴中加热的时间不应超过15分钟。
  3. 向盛有树脂的塑料碗中加入12 滴催化剂（约540 μL）。用塑料勺缓慢而小心地搅拌树脂与催化剂，持续约1分钟。
    注意：树脂与催化剂的比例可能因树脂品牌不同而有所变化。若比例与上述不同，请遵循制造商的建议。
  4. 将塑料碗中的树脂/催化剂混合物倒入压力罐内木块上的硅胶模具中（参见步骤5.1）。
    注意：混合物的黏度应类似于玉米糖浆（或温热的蜂蜜）。
  5. 等待约5至20分钟，待树脂开始硬化并具有足够的黏性后，再加入样本。
    注意：树脂的固化时间受多种因素影响，如温度、湿度和海拔。

3. 树脂中的标本

  1. 将标本置于第一层树脂的中央，确保诊断特征（例如蝇类幼虫的气门）处于易于观察的位置。
  2. 将标签放置在第一层树脂上，靠近标本至理想距离。

4. 树脂层 2

  1. 在塑料杯中量取约 60 mL（约 2 oz）树脂。将塑料杯中的树脂倒入塑料碗中。将盛有树脂的塑料碗放入 32 °C 的水浴中。
    注意：树脂在水浴中加热时间不应超过 15 分钟。
  2. 向盛有树脂的塑料碗中加入 12 滴催化剂（约 540 μL）。用塑料勺缓慢而小心地搅拌树脂与催化剂，持续约 1 分钟。
    注意：剧烈搅拌会产生过多气泡，这些气泡可能残留在最终产品中，降低标本的透明度（图 1）。混合完成后，混合物可能呈现轻微绿色。
  3. 将塑料碗中的第二份树脂/催化剂混合物缓慢直接倾倒至标本上方，并沿模具内壁边缘流动，填满模具中剩余空间（图 2C）。
    注意：混合物的黏度应类似于玉米糖浆（或温热的蜂蜜）。
  4. 对标本进行最后调整，例如根据需要重新摆放附肢（腿、翅膀、触角）（图 2D）。
  5. 按照废弃物处理规程脱下并丢弃手套。

5. 压力罐

  1. 将一块木头放入罐中，以抬高放置和操作模具的表面。
    注意：为避免在树脂倒入第一层后、各层尚未固化前转移模具时可能导致的意外溢出或标本移动，可在倒入第一层树脂前，先将模具放置在罐中的木块上。
  2. 牢固关闭罐体，并加压至 60 psi（图 3）。将模具在压力罐中放置约 24 小时。
    注意：模具在压力罐中最多可放置 72 小时，最终产品无明显差异。
  3. 释放压力，并从压力罐中取出模具。
  4. 将树脂块从模具中取出，并在室温下静置，直至准备进行后续步骤。
    注意：树脂表面可能略带黏性（例如，触摸时会留下指纹），与模具接触的侧面可能出现轻微表面发白现象。这些表面缺陷将在后续操作中被去除。

6. 最终产物的制备

警告：由于切割、打磨和抛光步骤会产生粉尘，且需要佩戴呼吸器进行防护，因此所有这些操作均应在配备有车间真空吸尘器的独立建筑内完成。在执行以下任何步骤之前，操作人员必须佩戴呼吸器，并根据个人面部情况调整至贴合严密。位于德克萨斯A&M 大学，我们的环境健康 &安全计划要求每位员工必须通过使用带有美国国家职业安全卫生研究所P100颗粒物过滤器的半面罩呼吸器的密合度测试。

  1. 使用带锯将树脂块切割至所需尺寸。
    注意：需小心操作，使样本居中，制备出均匀/平衡的组织块（图4A).
  2. 使用圆盘砂光机对树脂块的六个面进行打磨图4B）。使用4 x 30英寸600目砂带机，对所有侧面重复上述步骤（图 5A），然后使用 1 x 30 英寸 2000 目砂带机对所有侧面进行打磨（图5B).
    注意：为了在最终产品中实现最清晰的效果，对树脂块的每一侧均应保持相同的方向进行操作 每个 带式.
  3. 轻轻将红色氧化铝抛光轮抛光剂贴于抛光轮上数秒钟，随后将树脂块以45°角轻贴于抛光轮上图5C).
  4. 使用布料擦拭树脂块的所有侧面，以去除多余的抛光剂。根据需要重复多次，直至达到理想的透明度。
  5. 使用第二个带有白色钻石抛光剂的抛光轮重复上述步骤。根据需要重复多次，直至达到理想的透明度，并完全去除红色抛光剂造成的彩色覆膜。

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结果

成功包埋的标本应被透明无色的树脂完全包围，各表面均光滑平整。从树脂块的任何一侧均可清晰观察到标本。使用解剖显微镜可清楚看到用于鉴定标本的重要特征，如颜色斑纹、鳞片的形状与大小以及其他解剖学特征。当树脂中出现气泡层覆盖标本、鳞片缺失、身体部位缺失或颜色失真等情况时，所得节肢动物标本的质量会较差。所有树脂块在不同树脂层叠加处均会有一条几乎难以察觉的分界线（图6）。

使用加热板装置进行化学合成；试剂添加的 A 和 B 阶段。
图 1：将催化剂倒入树脂中。

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讨论

标本制备

保存方法可能取决于所处理的样本类型。常见的样本保存方法包括70%乙醇保存或冷冻保存，这两种方法均适用于树脂包埋。这些方法有助于保存样本的关键特征，如体色、鳞片、毛发及其他物理特性。

树脂层的制备与样本放置

使用树脂时，硅胶模具是最佳选择，因为我们发现即使在倒入树脂/催化剂之前未对模具涂抹任何脱模剂，树脂也能轻松从模具中脱出。硅胶模具具有多种尺寸，但我们发现6.3 cm × 8.2 cm和6.3 cm × 10.2 cm的模具适用于大小从蜱虫幼虫（长约1 mm）到锥蝽成虫（长约25–30 mm）的节肢动物，且可在同一模具中容纳多个样本——例如，制作包含多个生活史阶段的单一树脂块以展示完整生命周期。如果希望在同一模具中添加多个样本，需考虑模具尺寸，并确认样本之间是否留有足够空间，以便后续从模具中切割出多个独立的树脂块。例如，在6.3 cm × 10.2 cm的硅胶模具中，我们发现可容纳三对成年蜱虫（...

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披露

作者声明无利益冲突。

致谢

我们感谢过去和现在参与树脂生产流程的本科学生工作者，包括 Jake Host、Katelyn Humlicek、Erik Aguirre Cordero、Isaac Luna、Michael Riley、Elise Hoffman、Megan Nicholson、Allison Speed 和 Jesus Rene Garcia Lunar。本项目得到德克萨斯农工大学昆虫学系、德克萨斯农工大学艺术与科学学院以及中国台湾国科会（NSC 110-2621-B-002 -010 -MY3）的资金支持。&M 大学以及德克萨斯州生态实验室项目（GLH，RCR）。本研究中以树脂封固的以下节肢动物由美国疾病控制与预防中心提供，并通过 BEI Resources、NIAID、NIH 进行分发：成虫 Rhodnius prolixus，菌株 CDC，NR-44077；NIAID，NIH：成年 长角血蜱，NR-51846；美国国立卫生研究院国家过敏与传染病研究所：成人 Rhipicephalus sanguineus，NR-42512；NIAID，NIH：成人 Dermacentor variabilis，NR-42513；美国国立卫生研究院国家过敏与传染病研究所：成人 Ixodes scapularis，NR-42510；以及美国国立卫生研究院国家过敏与传染病研究所：成人 Amblyomma americanum, NR-42514 Lutzomyia longipalpis 由美国沃尔特·里德陆军研究所提供，经BEI资源中心、美国国家过敏与传染病研究所、美国国立卫生研究院分发：成年 Lutzomyia longipalpis，巴西雅各比纳品系（LLJB），NR-44015。该 Simulium vittatum 本研究中使用的材料是在NIH任务订单C-08、合同号HHSN2722017000351、任务订单号75N93020F00002的支持下生产，并通过BEI Resources、NIAID、NIH获得： Simulium vittatum，成年，NR-53893

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
空气压缩机California Air Tools CAT-1P1060S 轻型 & 静音便携式空气压缩机，银色California Air Toolshttps://a.co/d/07y4iGha
空气压缩机软管California Air Tools HFH25.25 Hybrider Flex 1/4英寸 25英尺混合气管，带快速接头，蓝色California Air Toolshttps://a.co/d/0cboxu7J
带锯机G0803 9” 台式带锯机https://www.grizzly.com/products/grizzly-9-benchtop-bandsaw-w-laser-guide-quick-release/g0803z（模拟设备）
带式砂光机Bucktool 1 X 30 英寸台式砂带机，配有 5 英寸砂盘、扳手收纳架和便捷拆卸的砂带护盖Bucktoolhttps://a.co/d/017GmVQI
抛光轮6 英寸台式抛光机，重型 1/2 马力；包含两个抛光轮Central Machineryhttps://a.co/d/0iGsbSCu
圆盘砂光机BUCKTOOL 5.0A 带式砂光机 4 英寸 x 36 英寸砂带和 6 英寸砂盘机，配备 3/4 马力直驱电机及便携式铝合金底座Bucktoolhttps://a.co/d/08AsKXva
抛光轮垫 ×2抛光轮替换垫Enkayhttps://a.co/d/07WajxZ5
压力罐CALIFORNIA AIR TOOLS 255C 2.5加仑浇铸压力罐，蓝色California Air Toolshttps://a.co/d/0j3vGi3P
用于收集粉尘的吸尘器BUCKTOOL 1.2 马力自动启动 750CFM 除尘器，配备 3 个集尘袋，5.4 立方英尺集尘容量，以及 5 个变径接头，适用于木工 DC50Bucktoolhttps://a.co/d/0cEA39ii
水浴锅JOANLAB 数字恒温水浴锅JoanLabhttps://a.co/d/0gJLNyWG
耗材
红色抛光轮抛光剂SCOTTCHEN 红色抛光研磨切割复合剂 粗粒度，珠宝级 rougeScottchenhttps://a.co/d/caLtcNL
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半面罩式呼吸器3M Rugged Comfort Quick Latch 半面罩可重复使用呼吸器 6502QL，NIOSH3Mhttps://a.co/d/0g3wMldi
半面罩呼吸器滤芯3M 颗粒物过滤器 P100 呼吸防护，2097/071184 (AAD)3Mhttps://a.co/d/05a6ydbM
树脂Clear-Lite 铸造树脂，Tap PlasticTap Plastichttps://www.tapplastics.com/product/mold_making_materials/casting_products/tap_clear_lite_casting_resin/75
树脂催化剂MEKP 液体催化剂，Tap PlasticTap Plastichttps://www.tapplastics.com/product/fiberglass/polyester_resins/tap_mekp_liquid_catalyst/40
树脂 & 树脂催化剂（替代品）Solarez 清澈浇铸 UV 树脂（包含 MEKP 催化剂）Solarezhttps://solarez.com/solarez-clear-casting-uv-resin.html
砂带Red Label Abrasives 4 X 36 英寸 600 目碳化硅砂纸红标研磨剂https://a.co/d/0hkYmjI7
砂纸1 条 30 2000粒度 9微米蓝色抛光带，带缓冲超柔性聚酯薄膜背衬Pro Sharpening Supplyhttps://a.co/d/01pCnNnN
砂纸盘Norton Metalite R228 PSA 砂盘，压力敏感型粘合剂，氧化铝，5’’ 直径，砂纸粒度80诺顿https://a.co/d/0cqqdpMq
硅胶模具用于树脂的方形硅胶模具，大号光面深方形树脂模具 6.6''×2''（含2个小型方形或矩形模具）https://a.co/d/06Qasc1G
透明胶片Ohp 清晰可打印透明胶片 8.5 x 11 英寸，适用于投影仪，支持激光打印机Craftiffhttps://a.co/d/07L2g0AT

参考文献

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