CH657502A5 - Verfahren zur herstellung flexibler, dauerhaltbargemachter nicht konservierter und konservierter biologischer materialien. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dauerhaltbarmachung von konserviertem und nichtkonserviertem biologischem Material bei Erhalt seiner natürlichen Grösse, Konsistenz, Präparierbarkeit, Plastizität, Flexibilität sowie inneren und äusseren Struktur.

Für Lehre und Anschauungszwecke sowie museale Archivierung, insbesondere in der Anatomie, Pathologie und Biologie und ihren Randgebieten werden entweder sogenannte Feuchtpräparate oder künstliche Modelle verwendet. Feuchtpräparate weisen den Nachteil auf, dass sie stets in Konservierungsflüssigkeit aufgehoben werden müssen und nur zu Demonstrationszwecken kurzzeitig diesen Flüssigkeiten entnommen werden können. Künstliche Modelle sind Nachbildungen von natürlichen Präparaten und weisen den Mangel der ungenügenden Nachbildungstreue, unnatürlichen Konsistenz, fehlender Beweglichkeit und Nichtpräpa-rierbarkeit auf. Für die Herstellung dauerhaft demonstra-bler, natürlicher biologischer Präparate gibt es bisher zudem noch folgende Möglichkeiten:

1. Die Aufbewahrung der Materialien in konservierenden Flüssigkeiten in Glasgefässen, sogenannte Nasspräparate,

2. die Trocknung der Präparate,

3. die Gefriertrocknung der Präparate,

4. die Paraffinierung getrockneter oder gefriergetrockneter Präparate,

5. die Einbettung kunststoffdurchtränkter Objekte in transparente Kunststoffblöcke,

6. Konservierung von Schnitten biologischer Objekte mittels eines Einschlussmittels zwischen 2 Glasträgern oder zwischen Folien,

7. Ummantelung von Präparaten mit Kunststoffen,

8. die Methode der Dauerhaltbarmachung von Präparaten durch Imprägnation der Objekte entweder direkt oder indirekt über Intermedien mittels Kunstharzen.

Die oben angegebenen Methoden stellen sich wie folgt dar:

ad 1

Nasspräparate werden in einer Konservierungsflüssigkeit in Glasbehältern aufbewahrt. Die Konservierungsflüssigkeit muss in regelmässigen Abständen erneuert werden, und das Präparat wird zu Demonstrationszwecken innerhalb des

Glasgefässes mechanisch befestigt. Bei dieser Art der Aufbewahrung von Demonstrationsmaterial besteht der Nachteil, dass die Präparate lediglich von aussen betrachtet und nicht betastet und manipuliert werden können. Oberflächen- und Tiefenstrukturen erscheinen infolge der unterschiedlich brechenden Medien verzerrt. Zudem verlieren die Präparate ihre natürliche Färbung.

ad 2

Die Trocknung biologischer Präparate kann nur bei kleinen Objekten durchgeführt werden, da durch die Trocknung eine Schrumpfung des Materials auftritt. Die so hergestellten Präparate weisen zudem noch den Nachteil auf, dass sie sehr leicht durch mechanische Einwirkungen beschädigt werden können.

ad 3

Gefriergetrocknete biologische Präparate schrumpfen zwar im Gegensatz zu getrockneten Präparaten nicht und behalten ihre Form bei, aber sie sind

1. gegen äussere mechanische Einwirkungen ausserordentlich empfindlich und

2. die Gewebskonsistenz verändert sich durch die Gefriertrocknung erheblich im Sinne einer Gewebsverhärtung.

ad 4

Paraffindurchtränkte Präparate lassen eine deutliche detaillierte Oberflächendarstellung nicht zu, da Paraffin nicht transparent ist. Ausserdem sind derartige Präparate stark bruchempfindlich und nur mit grossem Aufwand sauber zu halten.

ad 5

In Kunststoff eingebettete Präparate entsprechen in der Präparationsform den unter ad 1 beschriebenen Nasspräparaten, weisen aber gegenüber diesen den Vorteil auf, dass die Kunststoffblöcke bruchsicherer sind und das Präparat durch die Einbettung in den Kunststoff unempfindlich gegenüber äusseren Einwirkungen ist.

ad 6

Schnitte von Präparaten, die zwischen Glasscheiben oder Folien verbracht werden, haben den Nachteil der starken Bruchgefahrdung und der geringen Flexibilität.

ad 7

Gemäss US-Patentschrift 2 698 809 gibt es ein Verfahren zur äusserlichen Einbettung von biologischen Materialien, bei der unter guter Farberhaltung die Präparate von Kunststoff umhüllt werden. Das Einbettungsmittel dringt bei dieser Behandlungsmethode nicht in das Präparat ein (Lit. Science Bd. 54,49—50,1941). Durch die Aushärtung bedingt, werden solchermassen behandelte Objekte in ihrer Konsistenz verfestigt, verlieren ihre Plastizität und sind nachträglich nicht mehr zu präparieren.

ad 8

Die in der deutschen Patentschrift 27 10147.9-41 angegebenen Methoden zur Dauererhaltung von Präparaten aus biologisch-verweslichen Objekten und Verfahren zu ihrer Herstellung sind geeignet, deren freigelegte Oberflächen zu demonstrieren. Die Präparate können ertastet und auch mit der Lupe betrachtet werden. Sie weisen allerdings den Nachteil auf, dass nach der Herstellung des Präparates eine Präparation, d.h., eine weitere systematische Zerlegung der Präparate, nicht möglich ist, die Konsistenz des Präparates nicht mehr seiner ursprünglichen entspricht, die Plastizität und Flexibilität des Gewebes sich erheblich von seinem Ur5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

sprungszustand verändert haben und die Herstellungsmethode über Intermedien oder andere Lösungsmittel sowie die Einbettung in Kunststoffmittel sehr zeitaufwendig, kostspielig und mit einem Unsicherheitsfaktor bei der gleichmässigen Herstellung von Präparaten, bedingt durch die verschiedene Aushärtung von Kunststoffen in Folge geringfügiger Änderungen der Kunstharzkomponentenmengen, behaftet sind.

Alle bekannten und vorgenannten Methoden zur Dauerhaltbarmachung von biologischen Objekten sind mit Mängeln behaftet, da es bei ihnen zu einer Veränderung der Konsistenz infolge einer Gewebshomogenisierung durch die Einbettungsmittel, verbunden mit einem mehr oder weniger starken Verlust der Plastizität und Flexibilität kommt. Ausserdem ist eine nachträgliche Präparation der so behandelten biologischen Präparate nicht mehr möglich. Die Herstellungsmethoden sind zudem technisch sehr aufwendig und durch die Verwendung von speziellen Chemikalien zur Imprägnation und Einbettung sehr kostenintensiv.

Die vorliegende Erfindung soll dazu dienen, unbegrenzt haltbare biologische Präparate, die in ihrer Grösse, Konsistenz, Plastizität, Präparierbarkeit, Flexibilität und inneren und äusseren Struktur dem natürlichen Zustand entsprechen, ausserordentlich kostengünstig herzustellen. Dabei soll zudem die Grösse der zu behandelnden Objekte keinen limitierenden Faktor für das Verfahren darstellen.

Die biochemische und technische Lehre bildet die Grundlage für die Lösung dieser Aufgabenstellung. So liegt der entscheidende Punkt für die Dauerhaltbarmachung von biologischen Materialien in dem vollständigen Entzug des Gewebewassers und eventueller Konservierungsmittel, so dass keine weiteren Stoffwechselprozesse das Gewebe nachträglich verändern können. Da der Entzug des Gewebswassers und eventueller Konservierungsmittel über die Trocknung, Gefriertrocknung oder durch Austausch über Intermedien mit anschliessender Kunststoffeinbettung zu Konsistenz-, Grössen- sowie Plastizitäts- und Flexibilitätsveränderungen führen, sind solche Techniken für die Lösung des Problems nicht geeignet. Ausserdem steht neben der Forderung des Entzugs des Gewebewassers und eventueller Konservierungsmittel noch das Problem der Einbringung eines konsistenz- und flexibilitätsneutralen Einbettungsmediums in das biologische Präparat, welches ausserdem jederzeit, wenn es gewünscht wird, wieder entfernbar sein muss. Diese Forderungen setzen erstens voraus, dass das Einbettungsmedium in jedem beliebigen Verhältnis mit Wasser mischbar sein muss, und zweitens eine direkte molekulare Substitution durch das Einbettungsmedium gegen das zu entfernende Gewebswasser und evtl. Konservierungsmittel gegeben sein muss. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass durch direkte molekulare Substitution das Gewebswasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel ohne In-termedium oder Lösungsmittel und ohne Entfernung der Gewebelipide durch wasserlösliche Imprägnationsmittel ersetzt wird. Die molekulare Substitution nimmt einen optimalen Verlauf, wenn das Verfahren unter Vakuum abläuft.

Als Einbettungsmedium eignet sich für dieses Problem in besonderer Weise Polyäthylenglykol, das weiterhin den Vorteil aufweist, in verschiedenen Molekulargewichten und damit unterschiedlichen Konsistenzen, die wärmeabhängig während der molekularen Substitution gesteuert werden können, angewandt werden zu können. Ein weiterer Vorteil des Polyäthylenglykols ist seine Kostengünstigkeit. Das Problem der molekularen Substitution lässt sich nun durch die Tatsache lösen, dass das Gewebswasser und eventuelle Konservierungsflüssigkeiten einen wesentlich höheren Dampfdruck besitzen als Polyäthylenglykol. Dadurch besteht die Möglichkeit der direkten Destillation des Gewebewassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten und dem sofor-

3 657 502

tigen molekularen Ersatz durch Polyäthylenglykol. Dies verhindert eine Volumen- und Konsistenzänderung der so behandelten biologischen Objekte. Da Polyäthylenglykol eine chemisch inerte Substanz ist, werden ausserdem keine sekun-5 dären chemischen Veränderungen an den Präparaten hervorgerufen wie bei den bislang bekannten Methoden. Dies hat zur Folge, dass eine volle Originaltreue des Präparates mit dieser Methode erreicht wird.

Die molekulare Substitution setzt eine Destillation des 10 Gewebewassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten voraus. Dieses wird durch eine ständige negative Störung des Partialdruckgefälles für das Gewebswasser und eventueller Konservierungsmittel bewerkstelligt. Beschleunigen kann man diesen Prozess der Destillation des Gewebswassers und 15 eventueller Konservierungsmittel und seine molekulare Substitution durch Polyäthylenglykol, wenn man ihn im Vakuum ablaufen lässt.

Die Anwendung eines Vakuums führt zu einer exponten-2o tiellen Steigerung der Geschwindigkeit der molekularen Substitution je nach Dampfdruckgefälle des Gewebswassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten in Abhängigkeit der Saugleistung der verwendeten Vakuumpumpen. Die Anwendung dieser Technik hat weiterhin zur Folge, dass das Ge-25 webswasser und eventuelle Konservierungsflüssigkeiten auch aus dem überschüssigen Einbettungsmedium (Polyäthylenglykol) entfernt werden, so dass dieses in Reinform erhalten bleibt und somit ohne Verlust weiterverwandt werden kann. Da nach der Durchführung der molekularen Sub-30 stitution keine weitere Behandlung notwendig ist, wie z. B. Polymerisation, die bei anderen bekannten Methoden verwandt wird, tritt auch keine weitere Schrumpfung oder Konsistenzveränderung ein. Somit stellt das zuvor beschriebene Verfahren zur Dauerhaltbarmachung nicht konservierter 35 und konservierter biologischer Materialien ein bisher nicht gekanntes Optimum zur Erhaltung der natürlichen Grösse, Konsistenz, Präparierbarkeit, Plastizität, Flexibilität, inneren und äusseren Struktur dar. Es muss besonders hervorgehoben werden, dass insbesondere die Beweglichkeit von ge-40 lenkigen Verbindungen voll erhalten bleibt, was bislang bei Dauerpräparaten überhaupt nicht möglich war, da alle bisher bekannten Methoden eine Schrumpfung und Härtung der gelenkeigenen Weichteile zur Folge hatten.

Nicht unerheblich ist weiterhin die Eigenschaft des Poly-45 äthylenglykols im Gegensatz zu Konservierungs- und Kunstharzeinbettungsmitteln nicht gesundheitsschädlich zu sein. Dies bedeutet einen einfachen und komplikationslosen Umgang solchermassen behandelten Materials für den Benutzer.

so Die praktische Anwendung der Erfindung wird nachstehend an Beispielen beschrieben:

1. Herstellung eines voll beweglichen Funktionspräparates eines menschlichen Kniegelenkes 55 Das Kniegelenk einer formalinfixierten Präpariersaalleiche wird zu einem Bänderpräparat verarbeitet. Ohne weitere Vorbehandlung wird dieses in einen druckfesten Behälter verbracht, der teilweise mit flüssigem Polyäthylenglykol 400 gefüllt ist, und darin untergetaucht. Der luftdicht verschlos-60 sene Behälter wird mit einer Vakuumpumpe über mehrere Stunden bis zur kompletten Substitution des Wassers durch Polyäthylenglykol evakuiert. Das nunmehr polyäthylengly-kol-durchtränkte Präparat wird aus dem Behälter entnommen und auf einer saugfähigen Unterlage gelagert, bis das 65 aussen anhängende überschüssige Polyäthylenglykol vollständig abgelaufen ist. Zur Schönung und Versiegelung der Oberfläche kann das Präparat mit PVC-Spray übersprüht werden.

657 502

2. Herstellung eines flexiblen Organpräparates vom Herz Zur Präparation eines formalinfixierten Herzens mit

Darstellung der oberflächlichen Muskulatur und der Kranz-gefässe werden Wandung der Vorhöfe zum Aufklappen eingeschnitten. Ohne weitere Vorbehandlung wird dieses Feuchtpräparat, wie unter 1. beschrieben, behandelt.

3. Herstellung eines präparierfähigen dauerhaltbar gemachten Fusspräparates

Ein formalinkonservierter amputierter Fuss wird, wie unter 1. beschrieben, behandelt und anschliessend auf die übliche Weise anatomisch präpariert. Die Präpariereigenschaften der Gewebe sind gegenüber einem nur formalinfixierten Feuchtpräparat in folgenden Punkten erheblich verbessert:

a) Das Fettgewebe ist stabilisiert, so dass kaum noch Fett-ausfluss, wie sonst üblich, besteht.

b) Das Nervengewebe ist reissfester geworden und lässt sich bis in die einzelnen Nervenfasern zergliedern, so dass selbst feinste Nervenzweige bis weit in die Peripherie dargestellt werden können. Dies ist bei den herkömmlichen Präparaten nicht möglich.

c) Das lockere Bindegewebe erscheint seinem natürlichen Aufbau entsprechend feinfaserig und ist nicht homogen sulzig, wie bei den üblichen Präparaten.

d) Die Blutgefässe erscheinen infolge der Stabilisierung ihrer Wandstrukturen wieder in ihrer natürlichen drehrunden Form, sind also nicht wie in den üblichen Feuchtpräparaten kollabiert.

e) Die Muskulatur gewinnt fast die braunrote Farbe des lebenden Gewebes zurück, während die normal konservierten Präparate stark abgeblasst sind.

f) Alle übrigen Gewebestrukturen sind ebenfalls besser präparier- und darstellbar.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (4)

657 502

1. Verfahren zur Herstellung flexibler, dauerhaltbarge-machter, nichtkonservierter und konservierter biologischer Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass durch direkte molekulare Substitution das Gewebewasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel ohne Intermedium oder Lösungsmittel und ohne Entfernung der Gewebelipide durch wasserlösliche Imprägnationsmittel ersetzt werden, die keiner Nachbehandlung mehr bedürfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebewasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel unter Vakuum durch wasserlösliche Imprägnationsmittel ersetzt werden, die keiner Nachbehandlung mehr bedürfen.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als wasserlösliches Imprägnationsmittel Polyäthylenglykol verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der so präparierten Materialien anschliessend auch versiegelt werden.