體質(zhì)人類學(xué)中的高精度牙齒模型制作技術(shù)

牙齒是人體最堅硬的組織，也是人類骨骼遺存中最易保存的部位，考古遺存中的牙齒蘊含了大量古代人群的體質(zhì)特征、營養(yǎng)健康、飲食習(xí)慣、社會文化以及生業(yè)模式等豐富的信息。牙齒是古人類化石中最常見的部位，牙齒化石為古人類演化的研究提供了非常關(guān)鍵的證據(jù)。牙齒的磨耗研究是判斷年齡非常重要的依據(jù)，也暗含了古代人類的食性信息。有關(guān)牙齒的疾病研究是古病理研究不可或缺的內(nèi)容，其中齲齒、牙周炎、牙釉質(zhì)發(fā)育不良等疾病的統(tǒng)計為古代人群的飲食習(xí)慣和生長發(fā)育提供了重要數(shù)據(jù)。除了形態(tài)研究外，牙齒還是考古學(xué)家們提取DNA、淀粉粒、植硅體等樣本的關(guān)鍵部位，由此可見，牙齒遺存可謂是考古人骨材料中最關(guān)鍵的部位之一，對牙齒樣本的研究和保護更是極為重要。

體質(zhì)人類學(xué)中的高精度牙齒模型制作技術(shù)是指利用現(xiàn)代材料和技術(shù)對古代人類牙齒或者牙齒化石進行復(fù)制，并盡可能最大化復(fù)制標本上可用于體質(zhì)人類學(xué)研究的數(shù)據(jù)信息。

技術(shù)探索

20世紀70年代，歐美開始流行使用掃描電鏡（SEM）來研究牙齒微痕，隨之涌現(xiàn)出一批學(xué)者開始探索制作專門應(yīng)用于電鏡觀察的高精度牙齒模型，以取代一些體積較大、無法直接使用電鏡觀察的樣本。最早的高精度牙齒模型僅局限于制作陰模，1971年，英國學(xué)者Grundy首次使用硅樹脂（Silicone）制作出陽模。隨后，很多學(xué)者相繼提出了完整的牙齒翻模技術(shù)，引領(lǐng)眾多學(xué)者對樹脂材料模型開展精確度和穩(wěn)定性的測試研究 。90年代，牙齒微磨耗研究逐漸興起，美國學(xué)者Goodwin和Chaney提出，室溫硫化型硅橡膠（RTV）材料更加不易收縮，強度和柔韌性也更具優(yōu)勢，能復(fù)制更多微觀的細節(jié)和易于脫模。因此，使用RTV制作陰模的方法被學(xué)術(shù)界廣泛應(yīng)用。21世紀初，英國學(xué)者Purnell 進一步討論了制作高精度牙齒模型的技術(shù)細節(jié)問題，并使用黏度低、固化性溫度低、穩(wěn)定性高的環(huán)氧樹脂（Epoxy resin）來澆鑄陽模。Galbany提出了使用加成型硅橡膠（PVS）制作印模、聚氨酯（PU）制作鑄型的二次翻模技術(shù)。時至今日，高精度牙齒模型制作已成為體質(zhì)人類學(xué)研究中應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)之一。

國內(nèi)的學(xué)者們更傾向于使用數(shù)字化技術(shù)來獲得牙齒模型，如CT掃描、三維激光掃描、多視角三維重建等。在現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)中，復(fù)制牙齒模型是不可或缺的技術(shù)之一，常見的技術(shù)類型分為硅橡膠印模加超硬石膏鑄型、藻酸鹽印模加超硬石膏鑄型、數(shù)字化印模、3D打印等，其中硅橡膠印模加超硬石膏鑄型所獲得的牙齒模型精確度最高。不同于現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)中的牙齒模型制作技術(shù)，體質(zhì)人類學(xué)中的牙齒模型制作技術(shù)不僅要充分考慮到對原始標本的無損性，還要保證模型材料的高度精確性和穩(wěn)定性。

這里將根據(jù)體質(zhì)人類學(xué)的研究需求，著重介紹目前使用最廣泛的材料和印模澆鑄法翻模技術(shù)，通過國外學(xué)者的研究案例來總結(jié)經(jīng)驗以供借鑒。高精度牙齒模型的制作技術(shù)因研究目的不同而有所差別，這里介紹的印模澆鑄法制成的高精度牙齒模型可用于三維激光掃描、顯微鏡觀察和長期保存。

制作印模

制作印模的材料以硅橡膠為主，不同品牌的硅橡膠特性有所不同。以目前使用最為廣泛的加成型硅橡膠為例，Coltène品牌旗下的President microSystemTM系列產(chǎn)品經(jīng)過實驗驗證，其常體（regular body）材料的精度可以達到微米級別，能夠反映出牙齒表面微痕的所有特征，且穩(wěn)定性強，常被用作牙科實踐和牙齒微痕研究。輕體（light body）材料的粘性較低，精確度更高，在復(fù)制牙齒表面的微小特征（如牙釉柱）上更具有優(yōu)勢。重體（heavy body）材料的精度無法滿足高倍數(shù)的SEM顯微鏡下的科研需求。Coltène品牌的Affinis系列更加具有表面親和力和流動性，更適用于活體的牙齒印模。此外，Galbany還測試了3M品牌的ESPE Imprint IITM 重體的精確性，也被證實其數(shù)據(jù)精度非?？煽?。

首先，使用棉簽蘸取純丙酮（pure acetone）將牙齒表面清潔干凈，確保無任何雜質(zhì)附著。如果牙釉質(zhì)較脆弱，還需要在牙齒表面再涂抹一層脫模劑，以確保順利取下印模。待完全干燥后，使用硅橡膠輸送槍搭配混合管，將材料均勻涂抹在牙齒表面，使其覆蓋整個牙冠，厚度不低于1毫米，以免破裂。該過程要保證均勻快速移動輸送槍，以免產(chǎn)生氣泡，防止材料提前凝固。待硅橡膠尚未完全固化時，小心取下印模，觀察印模內(nèi)部是否有氣泡，如有則需重新制作。初次取下的印模厚度不均，底部不平，需要在實驗室內(nèi)進行二次完善。對印模完善時需要使用輕體材料對印模外部進行涂抹，填補印模的孔隙，加厚印模壁，并制作一個水平的底座，完善印模壁“口沿”部分，使底部和口部均為水平，避免澆鑄時液體漏出和取出模型時印模破損。最后將印模放入塑封袋保存。挑選樣本時，應(yīng)避免選用覆蓋有牙結(jié)石、牙釉質(zhì)脆弱易崩裂的樣本，以免給原始材料帶來破壞。

值得注意的是，硅橡膠材料所制作的印模會隨時間發(fā)生不同程度的收縮，多次澆鑄也會逐漸降低模型的精確性。因此，印模制作完成后應(yīng)該避光常溫（18—25℃）保存，并盡快澆鑄模型。如果研究項目較多，同一批樣本需多做幾組印模。

澆鑄模型

制作牙齒陽模的澆鑄材料因研究需求而有所不同。聚氨酯硬度高、穩(wěn)定性強，固化后為白色，非常利于激光三維掃描，常用產(chǎn)品有Feroca品牌的 Feropur（A+B）。光學(xué)環(huán)氧樹脂顏色透明，光學(xué)機械性能優(yōu)越，對金屬的漆膜附著力強，因此常被用于環(huán)境電鏡（ESEM）掃描，或者噴上一層非常薄的400 ？金層用于普通電鏡（SEM）掃描。常用的產(chǎn)品有Epo-Tek 品牌的#301（QdA）以及西班牙CTS品牌的EPO-150。值得注意的是，噴上金層的模型反光率非常高，在進行激光三維掃描時，需再次噴啞光涂層消除反光。

不同產(chǎn)品的澆鑄方法略有差別，以聚氨酯Feropur（A+B）為例，其室溫下固化時間為5分鐘，將A和B按1：1 的比例混合后迅速注入印模中，并借助離心機（800rpm）使材料完全滲透印模中，并排除材料中的氣泡。為避免牙齒模型遭受污染或損害，應(yīng)將印模和模型寫上編號后同時放入密封袋保存，待研究時再戴上手套將模型從印模中取出，避免直接接觸模型表面造成污染。

以加成型硅橡膠印模、聚氨酯澆鑄的高精度牙齒模型具有穩(wěn)定性強、制作成本低、操作難度小的特點，不僅大幅度避免了對原始標本的損耗，還能滿足牙齒形貌研究及牙齒磨耗研究的要求，給顯微鏡觀察、激光三維掃描帶來便利，有助于保護原始標本、共享研究樣本、降低運輸風(fēng)險和提高研究效率，輕松實現(xiàn)研究材料共享，應(yīng)用前景廣闊。

本文受到吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新研究計劃項目（項目編號：2022134）資助。

（作者楊詩雨為吉林大學(xué)考古學(xué)院交叉考古系博士研究生；Alejandro Pérez-Pérez為巴塞羅那大學(xué)生物學(xué)院教授）