教育、普及、研究のための節足動物のクリア樹脂鋳造

サマリー

ここでは、教育指導や普及のために高品質で樹脂埋め込みの節足動物を作る過程の重要なステップを示します。

要約

私たちの以前の研究では、教育およびアウトリーチ活動で使用する医療的に重要な樹脂埋め込み節足動物を作成するプロトコルを発表しました。このプロトコルは、節足動物へのダメージを最小限に抑え、取り扱いに適した安全な製品を作り出し、形態的特徴を識別するための能力を保つマウント技術を目指す多様な取り組みで採用されています。私たちのプロトコルは進化し、現在は追加の機器の購入とプロセスの変更により品質が向上した樹脂埋め込み節足動物を生み出しています。この改良されたプロトコルには、気泡を最小限に抑え、異なる節足動物の種類に適応し、6方向から見える最終的な磨き上げブロックを作成する手順を含んでいます。また、樹脂硬化時の蒸気、電動工具の使用、樹脂ブロックの研磨・研磨時に発生する粉塵などのバイオセーフティ上の懸念についても説明しています。この可視化されたプロトコルは、節足動物の透明樹脂鋳造をより広いコミュニティに普及させることを促進します。数年間の試行錯誤で採用してきた機器や消耗品のリストは、他のプログラムがこのプロトコルが採用可能な選択肢かどうかを判断する際に役立ちます。

概要

損傷のない高品質な標本は、訓練生に節足動物の識別スキルを教える上で重要な資源です ^1,2.教育用コレクションには、頻繁な取り扱いにより重要な特徴が欠けているか、複数の角度から見て主要な識別特徴の空間的関係を理解するのが難しい繊細なピン留めや尖った標本が含まれていることもあります。³.これらは生徒や教師にとってもフラストレーションの種であり、希少で採集が困難で非局所種は、サンプルの破壊を恐れて制限されたり、教育コレクションから完全に排除されたりすることもあります。

正式な制度化された学習に加え、一般の教育は多くの学術・普及プログラム、医療・獣医診療所、公園や自然センター、博物館、蚊・媒介菌防除地区^4,5の使命の一部です。このような状況では、耐久性のある保存標本が極めて重要であり、子どもによる手による調査や偶発的な損傷、落下にも耐えられる標本を展示するのが最適です。ピン留めや尖った昆虫標本は、これらの教育的な場面に必要な耐久性を提供せず、エタノールのような液体保存剤に浸った標本は容器越しに観察が難しく、取り出しや取り扱いも困難です。昆虫の3Dモデルが学生^{の教育を向上させる}ことが示されていることを踏まえ、高品質の節足動物を樹脂で保存することにも利点があるはずです。Bronらによる最近の研究では、樹脂に埋め込まれたダニやその他の節足動物を用いて、一般のダニ媒介種を認識できるかどうかを評価^{しました。}別のプロジェクトでは、ジオキャッシュの場所に樹脂埋め込みされた外来森林昆虫(「トラベルトバグ」)を用いて外来森林害虫の意識向上に努め^ました。この研究は、数十年にわたり昆虫を樹脂に埋め込むためのプロトコルを推進してきた昆虫学者たちを基盤と^{しています。}プロトコル開発において様々な節足動物を対象に研究した結果、鱗を持つ繊細な虫(例:蚊)は樹脂に埋め込むのがより困難であり、樹脂投入の過程で鱗や四肢が失われやすいことがわかりました。さらに、長期間エタノールに保管された標本は、同定に重要な色(例:ダニのスキュータの華麗な模様)を薄れさせるため、樹脂埋め込みには適していません。

教室での正式な指導(例:医療・獣医学昆虫学)や一般向けの普及・普及プログラムのための節足動物の教育コレクションを拡充するため、節足動物¹¹のクリアキャスティングのためのプロトコルを開発しました。これらの手法を発表したのは、樹脂埋め込み昆虫を製造する多くの商業企業がプロトコルを機密にしているためです。2018年の発表以降、追加の機器を購入し、プロトコルをさらに最適化し、現在ここで紹介しています。 材料表 では、このプロトコルで使用されるすべての機器と消耗品を提示します。

プロトコル

注意:樹脂製造プロトコルに関連する危険には、未硬化樹脂からの有毒ガスへの曝露、未硬化樹脂や触媒との接触、電動工具の使用、切断・研磨・研磨工程中の粉塵発生が含まれます。未硬化樹脂を扱う際は、排気フードや換気の良い場所、ニトリル手袋が必要です。樹脂や触媒が肌に触れたら、すぐに石鹸と水で洗ってください。硬化樹脂ブロックを切断・研磨・研磨する際は、適切にフィットしたハーフフェイス呼吸器を着用する必要があります。

1. 試料およびラベル作成

注:標本の準備は使用される節足動物によって異なります。試料とラベルは、樹脂層1を準備する前に準備し、使用のために取っておきましょう。

1. 樹脂に置く標本を選びます。
   1. ダニ:冷凍庫または70%エタノールに保管されていたダニは取り除きましょう。70%エタノールから取り出した成虫と幼虫のダニを2枚の顕微鏡スライドの間に置き、ダニの両側に軽い圧力をかけて、体内に残っている可能性のある余分なエタノールを取り除きます。その後、ダニを平らな場所に置き、樹脂に加える前に少なくとも5分間乾燥させます。
      注意:冷凍庫に保管されているダニは、顕微鏡スライドの間に押し込む必要はなく、前述の通り室温で放置してください。
   2. 蚊:新たに羽化した成虫は樹脂に埋め込むのに最適で、鱗などの診断機能をすべて備えている可能性が高いです。新たに羽化した成虫の蚊を、コロニーや自然の個体群が存在する場合に採取するには、幼虫や蛹を水の水に置き、羽化後、成虫は出産カップの上部区画に入ります。新たに羽化した成虫の蚊を冷凍庫に入れて駆除し、その後取り出して室温で少なくとも5分間置いてから樹脂に加えます。
      注意:冷凍庫内で蚊を駆除する時間は冷凍庫の温度によって異なります(例:蚊は-80°Cの冷凍庫に入れてから~10分以内に殺されます)。成虫の蚊は殺害後数時間以内に使用すべきです。長時間冷凍庫で保存すると乾燥してしまうからです。
   3. 蚊やその他のディプテラ類の幼虫・ウジ虫:幼虫をエタノールから取り出し、樹脂触媒に少なくとも20分間浸してから樹脂に加えます。
      注意:これらの標本を触媒に入れることで、標本が乾燥してしおることなく体内のエタノールを補充します。
   4. その他の節足動物:多くの節足動物については、外見の繊細さに応じて上記の指示に従って他のダニや蚊も観察してください。
2. 望ましい情報(例:学名やライフサイクル段階)を記載したラベルを作成します。レーザー(インクジェットではなく)プリンターで透明シートにラベルを印刷してください。ラベルをサイズに合わせて切りましょう。
   1. サイズ8のフォントを使い、Times New Romanの斜体を使います。ライフサイクルや大きな体型の標本には、サイズ12のTimes New Roman斜体フォントを使用してください。
   2. 実験室の実技試験を含む授業コレクションでは、樹脂入り節足動物のラベルを記載し、教員にはその種がわかるものの、識別能力を試験する生徒には示さないようにしてください。この文脈では、約^1cm2サイズの小さなQRコードを使い、スマートフォンで種に関する情報を含むウェブサイトにリンクできるようにします。
      注意:品質向上のためにラベルは均等かつ真っ直ぐに切るよう注意してください。

2. 樹脂層1

注意:未硬化樹脂に関するすべての工程は、有害な煙が発生するため、屋外に排気されたフュームフード内で行われます。これらの工程を屋外など換気の良い場所で行うのも一つの方法です。

1. 未硬化の樹脂や触媒を扱う前にニトリル手袋を着用してください。
   注意:樹脂層の準備中に過剰な樹脂が手袋に付着した場合は、手袋を外し、樹脂と皮膚の接触を避けて注意してください。手袋に未硬化樹脂が含まれている場合は、完全に硬化させるまで24時間フルームに入れてからゴミ箱に捨ててください。樹脂が皮膚に触れた場合は、ラベルの指示通りすぐに石鹸と水で影響を受けた部分を洗ってください。
2. プラスチックカップに約60 mL(~2オンス)の樹脂を測定します。プラスチックカップから樹脂をプラスチックボウルに注ぎます。樹脂入りのプラスチックボウルを32°Cの水浴に入れます。
   注意:樹脂は15分以上水浴で温めないでください。
3. 樹脂入りのプラスチックボウルに触媒12滴(~540μL)を加えます。樹脂と触媒をプラスチックスプーンでゆっくり慎重に1~分間混ぜます。
   注意:樹脂と触媒の比率は樹脂ブランドによって異なる場合があります。上記の比率と異なる場合は、メーカーの推奨に従いましょう。
4. プラスチックボウルから樹脂/触媒の混合物を圧力ポット内の木製ブロックに置かれたシリコーン型に注ぎます(ステップ5.1を参照)。
   注意:混合物の粘度はコーンシロップ(または温めた蜂蜜)とほぼ同じであるべきです。
5. 樹脂が硬化し、十分に粘着性が出るまで約5〜20分待ってから試料を加えます。
   注意:樹脂の硬化時間は温度、湿度、標高など多くの要因に依存します。

3. 樹脂中の標本

1. 標本を最初の樹脂層の中央に配置し、診断的特徴(例:ハエの幼虫の気門)が容易に観察できるように配置します。
2. 標本に近づく最初の樹脂層の上にラベルを貼ります。

4. 樹脂層2

1. プラスチックカップに約60mL(~2オンス)の樹脂を計量します。プラスチックカップから樹脂をプラスチックボウルに注ぎます。樹脂入りのプラスチックボウルを32°Cの水浴に入れます。
   注意:樹脂は15分以上水浴で温めないでください。
2. 樹脂入りのプラスチックボウルに触媒12滴(~540μL)を加えます。樹脂と触媒をプラスチックスプーンでゆっくり慎重に1~分間混ぜます。
   注意:激しくかき混ぜると過剰な気泡が発生し、最終製品内に残り、試料の透明度が低下することがあります(図1)。混合が終わると、混合物はわずかに緑色に見えることもあります。
3. プラスチックボウルから2つ目の樹脂/触媒混合物をゆっくりと試料の上に注ぎ、型の内側の縁に沿って注ぎ、型の残りのスペースを満たします(図2C)。
   注意:混合物の粘度はコーンシロップ(または温めた蜂蜜)とほぼ同じであるべきです。
4. 必要に応じて脚、翼、触角などの付属肢の位置を調整するなど、最終的な調整を行います(図2D)。
5. 処分手順に従って手袋を外し、廃棄してください。

5. 圧力ポット

1. 木の塊を鉢に入れて、型を置き管理する表面を高くします。
   注意:鋳型は、樹脂を注ぐ前に鋳型を移す際に誤ってこぼれたり、試料が動いたりするのを防ぐため、最初の層を注ぐ前に木塊の上に鉢に置くことができます。
2. 鍋をしっかり閉じ、圧力を60psiにかけます(図3)。型は圧力ポットに約24時間置いてください。
   注意:型は圧力ポットに最大72時間放置しても、最終製品に明らかな違いはありません。
3. 圧力を解除し、圧力ポットから型を取り出します。
4. 型から樹脂ブロックを取り出し、残りの工程が準備できるまで室温で置いてください。
   注意:樹脂の表面は触ると少しベタつくことがあります(例:樹脂に触れると指紋が残るなど)、また型に触れた面には表面が白くなっていることがあります。これらの表面の欠陥は、以下の処置で除去されます。

6. 最終製品の準備

注意:切断、研磨、研磨の工程はすべて、ほこりの発生と呼吸器保護の必要性を考慮し、別の建物の作業間掃除機で行われます。硬化した樹脂ブロックを切断、研磨、研磨する際、マスクを着用し、適切な調整をしてから、以下の工程を行う前に、マスクを着用し、顔にしっかりとフィットするように調整してください。テキサスA&M大学の環境衛生・安全プログラムでは、各従業員が半顔型呼吸器と米国産業安全衛生研究所(NIH)P100粒子フィルターを使った防塵マスクのフィットテストに合格することが求められています。

1. バンドソーで樹脂ブロックのサイズをカットします。
   注意:標本を中心に揃えた均等かつバランスの取れたブロックを作るよう注意が必要です(図4A)。
2. ディスクサンダーで樹脂ブロックの6面すべてを研磨します(図4B)。4×30×600番ベルトサンダー(図5A)で全面を繰り返し、その後1×30×2,000番ベルトサンダーで全面を研磨します(図5B)。
   注意:最終製品の透明度を最大化するために、 樹脂 ブロックの両側をベルトタイプごとに同じ向きで持ってください。
3. 赤色の酸化アルミニウムのバフホイールポリッシュをバフホイールに数秒間優しく当て、その後樹脂ブロックをバフホイールに45°の角度で優しく当てます(図5C参照)。
4. 布や布で樹脂ブロックの全面の余分なポリッシュを落としてください。望む明瞭さが得られるまで、必要なだけ繰り返します。
5. 同じ手順を、白とダイヤモンドのポリッシュを塗った2つ目のバフホイールで繰り返します。必要なだけ繰り返し、希望の透明度が得られ、赤いポリッシュの色付きオーバーキャストが取り除かれます。

結果

成功裏に埋め込まれた標本は、透明で無色の樹脂に囲まれ、すべての面が滑らかになります。樹脂ブロックのどの側面からも標本ははっきりと見えます。色のパターン、鱗の形状や大きさ、その他の解剖学的特徴など、同定に重要な標本の特徴は解剖顕微鏡を用いて観察できます。樹脂中の節足動物の望ましくない特徴は、標本を覆う気泡の層、鱗が欠損、体の一部が欠損、または正確な色の喪失によって時に起こります。すべての樹脂ブロックは、樹脂層の各段階が接する部分にほとんど目立たない線があります(図6)。

図1:触媒を樹脂...

ディスカッション

標本の調製

保存方法は扱う標本によって異なります。一般的な試料保存方法には70%エタノールまたは凍結があり、どちらも樹脂埋め込みと互換性があります。これらの方法は、色、鱗、毛、その他の身体的特徴など、標本の重要な特徴を保存するのに役立ちます。

樹脂層の調製と試料の配置

樹脂を使用する場合はシリコーン型が最適です。なぜなら、樹脂は鋳型から簡単に脱出できることがわかっており、樹脂や触媒を注ぐ前に型にスプレーをかけなくても効果的だからです。シリコーン型にはさまざまなサイズがありますが、6.3 cm x 8.2 cmおよび6.3 cm x 10.2 cmの型が、ダニ幼生(約1 mm)からトリアトミン成虫(約25-30 mm)まで、複数の標本を一つの型に収める節足動物に適していることがわかっています。 複数のライフステージを含む単一の樹脂ブロック...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
エアコンプレッサー	カリフォルニア・エア・ツールズ CAT-1P1060S ライト&静かなポータブルエアコンプレッサー、シルバー	カリフォルニア・エア・ツールズ	https://a.co/d/07y4iGha
エアコンプレッサーホース	カリフォルニアエアツールズ HFH25.25 ハイブリンダー フレックス 1/4インチ 25フィート ハイブリッドエアホース(クイックコネクトエアフィッティング付き、ブルー)	カリフォルニア・エア・ツールズ	https://a.co/d/0cboxu7J
バンドソー	G0803 9インチベンチトップバンドソー		https://www.grizzly.com/products/grizzly-9-benchtop-bandsaw-w-laser-guide-quick-release/g0803z(アナログ機械)
ベルトサンダー	バックツール 1 x 30インチのベンチベルトサンダー、5インチディスク、レンチ収納とイージーベルトカバー外し	バックツール	https://a.co/d/017GmVQI
バフホイール	6インチベンチトップバッファー重厚 1/2馬力;バフホイールが2つ付属しています	中央機械	https://a.co/d/0iGsbSCu
ディスクサンダー	BUCKTOOL 5.0Aベルトディスクサンダー 4インチ×36インチベルト、6インチディスクサンダー、3/4馬力ダイレクトドライブモーターとポータブルアルベース	バックツール	https://a.co/d/08AsKXva
研磨ホイールパッド x2	バフホイールの交換パッド	Enkay	https://a.co/d/07WajxZ5
圧力ポット	カリフォルニアエアツールズ 255C 2.5ガロン圧力ポット 鋳造用、ブルー	カリフォルニア・エア・ツールズ	https://a.co/d/0j3vGi3P
ほこりをかかすために掃除機を買いましょう	BUCKTOOL 1.2馬力オートスタート750CFM集塵機(集塵バッグ3個、5.4立方個バッグ容量、5PCSリデューサー付き、DC50木工用)	バックツール	https://a.co/d/0cEA39ii
水浴	JOANLAB デジタルサーモスタット水浴	ジョーンラボ	https://a.co/d/0gJLNyWG
<強力>消耗品<強力>
バフホイールポリッシュ、赤	スコッチェン レッドバフ研磨カッパウンド 粗い、ジュエリールージュ	スコッチェン	https://a.co/d/caLtcNL
バフホイールポリッシュ、白	D2903 1ポンドバフコンパウンド	ウッドストック	https://a.co/d/061T4kWU
ハーフフェイス呼吸器	3M ラギッドコンフォートクイックラッチハーフフェイスピース 再利用型防毒マスク 6502QL、NIOSH	3歳	https://a.co/d/0g3wMldi
ハーフフェイス呼吸器フィルター	3M粒子状フィルターP100呼吸保護、2097/071184(AAD)	3歳	https://a.co/d/05a6ydbM
樹脂	クリアライトキャスティングレジン、タッププラスチック	タッププラスチック	https://www.tapplastics.com/product/mold_making_materials/casting_products/tap_clear_lite_casting_resin/75
樹脂触媒	MEKP液体触媒、タッププラスチック	タッププラスチック	https://www.tapplastics.com/product/fiberglass/polyester_resins/tap_mekp_liquid_catalyst/40
樹脂&樹脂触媒(代替)	クリアキャスティングUVレジン、Solarez(MEKP触媒含む)	ソラレス	https://solarez.com/solarez-clear-casting-uv-resin.html
サンディングベルト	レッドラベル研磨材 4×36 600番シリコンカーバイド	レッドラベル研磨剤	https://a.co/d/0hkYmjI7
サンディングディスク	1本×30 2000番9ミクロンの青色研磨ベルト、クッション付きウルトラフレキシブルマイラー裏地	プロ・シャープニングサプライ	https://a.co/d/01pCnNnN
サンディングディスク	ノートンメタライトR228 PSAディスク、感圧接着剤、酸化アルミニウム、5フィート’直径、グリット80	ノートン	https://a.co/d/0cqqdpMq
シリコーン型	レジン用の四角いシリコーン型、大きなレジン型、光沢のある深い四角い型、幅6.6''×2''(小さな四角型または長方形型2つあり)		https://a.co/d/06Qasc1G
トランスペアレンシーシート	オーバーヘッドプロジェクター用、レーザープリンター用のOHPクリアプリント可能透明フィルム 8.5 x 11インチ	クラフティフ	https://a.co/d/07L2g0AT