杂志精选| 体质人类学中的高精度牙齿模型制作技术
牙齿是人体最坚硬的组织，也是人类骨骼遗存中最易保存的部位，考古遗存中的牙齿蕴含了大量古代人群的体质特征、营养健康、饮食习惯、社会文化以及生业模式等丰富的信息。牙齿是古人类化石中最常见的部位，牙齿化石为古人类演化的研究提供了非常关键的证据。牙齿的磨耗研究是判断年龄非常重要的依据，也暗含了古代人类的食性信息。有关牙齿的疾病研究是古病理研究不可或缺的内容，其中龋齿、牙周炎、牙釉质发育不良等疾病的统计为古代人群的饮食习惯和生长发育提供了重要数据。除了形态研究外，牙齿还是考古学家们提取DNA、淀粉粒、植硅体等样本的关键部位，由此可见，牙齿遗存可谓是考古人骨材料中最关键的部位之一，对牙齿样本的研究和保护更是极为重要。
体质人类学中的高精度牙齿模型制作技术是指利用现代材料和技术对古代人类牙齿或者牙齿化石进行复制，并尽可能最大化复制标本上可用于体质人类学研究的数据信息。
Alejandro Pérez-Pérez 教授在制作牙齿模型
技术探索
20世纪70年代，欧美开始流行使用扫描电镜（SEM）来研究牙齿微痕，随之涌现出一批学者开始探索制作专门应用于电镜观察的高精度牙齿模型，以取代一些体积较大、无法直接使用电镜观察的样本。最早的高精度牙齿模型仅局限于制作阴模，1971年，英国学者Grundy首次使用硅树脂（Silicone）制作出阳模。随后，很多学者相继提出了完整的牙齿翻模技术，引领众多学者对树脂材料模型开展精确度和稳定性的测试研究。90年代，牙齿微磨耗研究逐渐兴起，美国学者Goodwin和Chaney提出，室温硫化型硅橡胶（RTV）材料更加不易收缩，强度和柔韧性也更具优势，能复制更多微观的细节和易于脱模。因此，使用RTV制作阴模的方法被学术界广泛应用。21世纪初，英国学者Purnell进一步讨论了制作高精度牙齿模型的技术细节问题，并使用黏度低、固化性温度低、稳定性高的环氧树脂（Epoxyresin）来浇铸阳模。Galbany提出了使用加成型硅橡胶（PVS）制作印模、聚氨酯（PU）制作铸型的二次翻模技术。时至今日，高精度牙齿模型制作已成为体质人类学研究中应用非常广泛的技术之一。
国内的学者们更倾向于使用数字化技术来获得牙齿模型，如CT扫描、三维激光扫描、多视角三维重建等。在现代口腔医学中，复制牙齿模型是不可或缺的技术之一，常见的技术类型分为硅橡胶印模加超硬石膏铸型、藻酸盐印模加超硬石膏铸型、数字化印模、3D打印等，其中硅橡胶印模加超硬石膏铸型所获得的牙齿模型精确度最高。不同于现代口腔医学中的牙齿模型制作技术，体质人类学中的牙齿模型制作技术不仅要充分考虑到对原始标本的无损性，还要保证模型材料的高度精确性和稳定性。
这里将根据体质人类学的研究需求，着重介绍目前使用最广泛的材料和印模浇铸法翻模技术，通过国外学者的研究案例来总结经验以供借鉴。高精度牙齿模型的制作技术因研究目的不同而有所差别，这里介绍的印模浇铸法制成的高精度牙齿模型可用于三维激光扫描、显微镜观察和长期保存。
制作印模
制作印模的材料以硅橡胶为主，不同品牌的硅橡胶特性有所不同。以目前使用最为广泛的加成型硅橡胶为例，Coltène品牌旗下的President microSystemTM系列产品经过实验验证，其常体（regular body）材料的精度可以达到微米级别，能够反映出牙齿表面微痕的所有特征，且稳定性强，常被用作牙科实践和牙齿微痕研究。轻体（light body）材料的粘性较低，精确度更高，在复制牙齿表面的微小特征（如牙釉柱）上更具有优势。重体（heavy body）材料的精度无法满足高倍数的SEM显微镜下的科研需求。Coltène品牌的Affinis系列更加具有表面亲和力和流动性，更适用于活体的牙齿印模。此外，Galbany还测试了3M品牌的ESPEI mprint IITM重体的精确性，也被证实其数据精度非常可靠。
印模制作工具（① 带标签的塑封袋；② 混合管；③ 轻体材料；④ 初次印模；⑤ 输送枪；⑥剪刀、镊子）
首先，使用棉签蘸取纯丙酮（pure acetone）将牙齿表面清洁干净，确保无任何杂质附着。如果牙釉质较脆弱，还需要在牙齿表面再涂抹一层脱模剂，以确保顺利取下印模。待完全干燥后，使用硅橡胶输送枪搭配混合管，将材料均匀涂抹在牙齿表面，使其覆盖整个牙冠，厚度不低于1毫米，以免破裂。该过程要保证均匀快速移动输送枪，以免产生气泡，防止材料提前凝固。待硅橡胶尚未完全固化时，小心取下印模，观察印模内部是否有气泡，如有则需重新制作。初次取下的印模厚度不均，底部不平，需要在实验室内进行二次完善。对印模完善时需要使用轻体材料对印模外部进行涂抹，填补印模的孔隙，加厚印模壁，并制作一个水平的底座，完善印模壁“口沿”部分，使底部和口部均为水平，避免浇铸时液体漏出和取出模型时印模破损。最后将印模放入塑封袋保存。挑选样本时，应避免选用覆盖有牙结石、牙釉质脆弱易崩裂的样本，以免给原始材料带来破坏。
制作印模
值得注意的是，硅橡胶材料所制作的印模会随时间发生不同程度的收缩，多次浇铸也会逐渐降低模型的精确性。因此，印模制作完成后应该避光常温（18—25℃）保存，并尽快浇铸模型。如果研究项目较多，同一批样本需多做几组印模。
浇铸模型
制作牙齿阳模的浇铸材料因研究需求而有所不同。聚氨酯硬度高、稳定性强，固化后为白色，非常利于激光三维扫描，常用产品有Feroca品牌的Feropur（A+B）。光学环氧树脂颜色透明，光学机械性能优越，对金属的漆膜附着力强，因此常被用于环境电镜（ESEM）扫描，或者喷上一层非常薄的400Å金层用于普通电镜（SEM）扫描。常用的产品有Epo-Tek品牌的#301（QdA）以及西班牙CTS品牌的EPO-150。值得注意的是，喷上金层的模型反光率非常高，在进行激光三维扫描时，需再次喷哑光涂层消除反光。
取模和铸模（① 制作印模；② 完善印模，准备浇铸；③ 浇铸模型）
不同产品的浇铸方法略有差别，以聚氨酯Feropur（A+B）为例，其室温下固化时间为5分钟，将A和B按1:1的比例混合后迅速注入印模中，并借助离心机（800rpm）使材料完全渗透印模中，并排除材料中的气泡。为避免牙齿模型遭受污染或损害，应将印模和模型写上编号后同时放入密封袋保存，待研究时再戴上手套将模型从印模中取出，避免直接接触模型表面造成污染。
牙齿与牙齿模型（① 牙齿标本；② 聚氨酯高精度牙齿模型；③ 加成型硅橡胶牙齿印模）
以加成型硅橡胶印模、聚氨酯浇铸的高精度牙齿模型具有稳定性强、制作成本低、操作难度小的特点，不仅大幅度避免了对原始标本的损耗，还能满足牙齿形貌研究及牙齿磨耗研究的要求，给显微镜观察、激光三维扫描带来便利，有助于保护原始标本、共享研究样本、降低运输风险和提高研究效率，轻松实现研究材料共享，应用前景广阔。
