综述：掌握切片艺术：滑动式切片机技术与组织学应用的综合指南

这篇综述系统阐述了滑动式切片机（microtome）技术的发展历程、类型比较（旋转式/冷冻式/超薄式）及其在组织学（histology）和病理学中的应用。文章详细解析了不同材质刀片（钢制/玻璃/钻石）的选用原则，探讨了标本制备（specimen preparation）、切片厚度控制（3-10μm）等关键技术，并针对常见问题如切片卷曲（section curling）、粘附不良等提出解决方案。特别强调了精准固定（fixation）、温度调控和人工智能（AI）整合等未来趋势，为生物医学研究提供重要技术参考。

　　

1 引言

机械装置切片机（microtome）通过将生物样本切割成微米级薄片（100μm以下），为显微镜观察提供基础。其名称源自希腊语"micro"（微小）和"tome"（切割），核心技术在于使用钢制、玻璃或钻石刀片处理不同硬度标本。1770年George Adams Jr.发明的原始装置经改良，最终由Wilhelm His Sr.确立现代雏形，使研究者能获得完整组织切片。

1.1 发展历程

早期手动切片装置在19世纪演变为电动控制，精度显著提升。捷克生理学家Jan Evangelista Purkyně的模型首次实现实践应用，而1880年代结合特异性标记技术后，细胞超微结构观察成为可能。

1.2 主要类型

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  旋转式切片机：通过旋转刀片切割石蜡包埋样本（1-60μm），配备37°C水浴展片系统，可制备半薄切片（0.5μm）

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  冷冻切片机：在液氮环境（-20°C）中切割未固定组织，保留天然生化状态，适用于免疫组化（IHC）

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  超薄切片机：采用热膨胀精密控制，生产40-100nm薄片，满足透射电镜（TEM）和串行块面扫描电镜（SBFSEM）需求

2 核心技术比较

旋转式切片机因操作简便成为常规组织学首选，而冷冻切片能在5分钟内完成急诊诊断。超薄切片机使用宝石级钻石刀，切割硬度达莫氏9级的骨骼样本。三种机型在切片厚度、适用样本和成本方面形成互补（见表1）。

3 刀片选择与维护

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  钢制刀片：碳钢热处理制成，适合常规组织学，但需频繁打磨

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  玻璃刀片：Latta-Hartmann设计的"Ralph刀"可切0.5-1cm厚片，但易氧化失效

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  钻石刀：Humberto Fernández-Morán 1955年发明，单价超万元，能维持纳米级刃口500小时

4 标本制备关键

标准流程包括：10%中性福尔马林（NBF）固定24h→梯度酒精脱水→二甲苯透明→65°C石蜡包埋。冷冻切片需注意防冰晶损伤，而TEM样本需环氧树脂包埋。厚度控制差异显著：激光共聚焦需100-200μm，而TEM仅需50nm（金标）至100nm（银标）。

5 常见问题解决

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  切片卷曲：调节环境湿度至45%，使用防卷板

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  粘附不良：采用多聚赖氨酸包被载玻片

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  厚薄不均：检查推进螺杆精度（误差应<1μm）

6 前沿应用

在数字病理学中，智能切片机可实时关联光学影像与组织学数据。最新自动化系统通过AI识别关键区域，将诊断周期从16小时缩短至5分钟。傅里叶变换红外（FTIR）显微技术结合20-100μm薄片，实现化学成分空间定位。

7 未来挑战

温度波动（±0.5°C）仍影响冷冻切片质量，而钻石刀成本制约基层普及。值得关注的是，2024年莱卡公司推出的CM3600XP型全自动切片机已整合机器学习算法，能自主优化切割参数。

8 操作规范

安全准则强调：

1. 1.

   必须使用专用持刀器更换刀片

2. 2.

   碳化钨刀片坠落可能击穿防护鞋

3. 3.

   每次使用前后需用70%乙醇清洁导轨

9 结语

从18世纪的手摇装置到现代智能系统，切片技术持续推动显微观测革命。随着人工智能和材料学进步，下一代设备将实现"自适应切片"，为精准医疗提供更强大的技术支撑。