动物剥制标本是对动物生前生活状态的复原,是长期保存动物生存时期形态的一种方式。传统制作工艺通常仅对动物皮张进行简单去脂与修整,随后使用稻草、竹丝和木丝等材料填充后缝合完成
[1]。此类工艺较为简单,所制标本容易干裂、掉毛或变形,保存时间也相对较短。随着新技术、新材料和新工艺等的不断发展,标本制作技术持续提升。我国大型动物标本制作技术虽源于传统技艺,但随着工艺技术与新材料的不断融合创新,目前已实现长足进步。
现代剥制标本制作技术通过改良皮张鞣制工艺,提升了皮张的延展性;同时,拓展了假体材料与成型方式,提升其结构精细度,并增加了皮张与假体的贴合程度。这些改进既保持了皮张的完整性,又生动再现了动物的姿态、肌肉轮廓等形态细节,形神兼备,更好地体现了动物的生命活力
[2]。
北京动物园前身为清代农事试验场中的万牲园,为国内首次成功繁育大熊猫(
Ailuropoda melanoleuca)的动物园
[3],在动物标本制作方面有着悠久的历史,是我国北派动物剥制标本技艺的发源传承之地
[4]。近年,北京动物园一只老年雄性大熊猫自然死亡,兽医院剥制室人员运用现代标本制作技术,将其制成剥制标本。本文较详细地介绍了该标本的剥制流程,并重点阐述了制作过程中所采用的技术改进与提升措施。
1 标本制作前的材料与工具准备
1.1 主要材料
鞣制材料:氯化纳、杀菌剂、铝鞣剂、加脂剂、柠檬酸、甲醛和小苏打等。
假体制作材料:聚氨酯发泡剂、钢筋、铁丝、木板托、AB塑钢泥、雕塑泥、丙烯颜料、义眼和通用光敏树脂光固化材料等。
1.2 主要工具
医用解剖器械、削皮刀、软尺、外卡尺、老虎钳、锤子、锉刀、吹水机、泥塑工具、缝合针、缝合线、固定长钉、3D扫描仪(Artec Leo;Artec 3D,Luxembourg)和3D打印机(HALOT RAY;创想三维,中国)等。
2 标本制作前的形态数据测量
为探究死亡原因,本研究对死亡大熊猫进行了必要的解剖。在此基础上,标本制作团队为满足假体制作需求,对其形态关键数据进行了系统测量,旨在为后续假体模型的精准构建提供数据基础。测量在解剖过程中同步进行。技术人员使用软尺、外卡尺等工具,对标本体侧面、背面和头面部进行了测量。体侧面测量指标包括体长、颈长、肩高、胸围、腹围、腰围、前肢围、臀高和后肢围等(
图1A);背面包括肩宽、腰宽、腹宽和臀宽等(
图1B);头面部包括两眼距离、眼鼻距离、两耳距离和耳间距等(
图1C)。测量数据的准确性直接决定了假体与皮张结合的精准程度。
3 皮张处理
3.1 剥皮及脱水
剥皮操作遵循以下顺序:由颈部下颌处开口,沿胸腹中线向尾部延伸并切开至四肢,再逐步向两侧剥离皮张。
剥离头部时,先紧贴头骨切断耳根部,待头部整体剥离后再翻开耳部,仔细去除其内残留的肌肉及软骨组织。处理面部需格外谨慎,尤其是眼睛、鼻孔及口腔周边区域,应避免产生破口。
皮张整体剥离后,需进一步剔除附着于皮下的残余肌肉、脂肪等组织。鉴于后续皮张在干燥过程中会发生收缩,破口位置易出现撕裂进而影响标本的最终观赏效果,故在剥皮、去除多余组织过程中应竭力保持皮张的完整性。
完成上述清理后,开始进行皮张脱水。将皮张内侧打开向上,平铺至最大面积,然后均匀涂抹氯化纳覆盖内侧,厚度需达2~3 cm,并确保所有部位(尤其是耳廓内侧及口腔边缘)均被充分覆盖(
图2)。脱水过程持续2 d,每日需更换氯化纳以保证脱水效果。此步骤的目的是去除皮张内残留的水分和组织液,减缓微生物降解,发挥初步防腐作用。
3.2 皮张回软
由于皮张在脱水过程中变硬,需进行回软处理以恢复其柔韧性。
回软液配制:按1 000 mL水加入27.5 g氯化钠和0.5 mL甲醛的比例配制。回软液用量以能完全浸没皮张为宜。
回软操作:将脱水变硬的皮张完全浸入回软液中。由于个体皮张的性质及脱水程度存在差异,浸泡过程中需定时检查其状态。回软完成的标准是皮张恢复至接近刚剥离时的柔软度。
3.3 皮张酸化处理
酸化处理的目的是适度破坏皮张中的纤维组织,以增加其柔软性。该过程包括削皮、浸酸、去薄和酸碱中和4个步骤。
(1)削皮:浸酸前,需将皮张上多余脂肪、血管和淋巴管等皮下组织尽量剔除,保留约0.5 cm厚的真皮层。
(2)浸酸:此工序具有良好的杀菌和固毛作用。按1 000 mL水加入100 g氯化钠和35 g柠檬酸的比例配制浸酸液,其pH为1.9~2.1,水温约35 ℃。将刮削好的皮张浸入浸酸液中,浸泡48 h。在浸酸过程中,需要不时用搅棍搅动皮张以促进渗透,并每隔12 h检测一次pH,若pH升高,应及时补充柠檬酸使其降到合适范围。
(3)去薄:在浸酸期间,可同步对皮张进行进一步的刮脂与削薄处理,使其最终厚度在0.3 cm左右,并尽量使皮张平整,厚薄均匀。
(4)酸碱中和:浸酸处理后的皮张由于酸性过强还需进行酸碱中和。按1 000 mL水加入25 g小苏打的比例配制碱化溶液。将皮张浸泡至碱化溶液中20~35 min,待溶液pH达到6~7时取出,用清水充分冲洗,沥干约10 min,完成鞣制前的准备工作。由于不同皮张的厚度、毛发长度等存在差异,实际操作中需随时观察皮张状态并监测pH以调整浸泡时间
[5]。
3.4 皮张鞣制
鞣制是皮张处理的最后一道工序。本研究中大熊猫皮张采用低温鞣制:先用毛刷将铝鞣剂均匀涂刷在皮张内面,待其充分渗入后,再涂抹加脂剂。此过程的目的是在真皮纤维之间增加一层覆盖性油膜,以提升皮张的延展性,并降低其在干燥过程中发生撕裂的风险。随后,将处理后的皮张毛发面向外对折,置入塑料袋内密封,5 ℃冷藏存放12 h。之后,将皮张取出置于通风干燥处,用干毛巾吸干或用吹水机吹除毛发面析出的冷凝水分,至皮张内面湿润而毛发面无明显液体渗出为止。至此,皮张处理全部完成。
4 假体模型制作
4.1 姿态设计
姿态设计是动物剥制标本制作过程中的重要环节,所设计的体态需同时体现科学性(符合动物生活习性)和艺术性。通常,姿态越生动、动势越强,假体的制作难度越高。本次为大熊猫标本设计的姿态为从坐姿正欲起身的动势。为真实体现标本动势,制作人员通过反复观察园内活体大熊猫行为举止,并参照大熊猫日常生活照片及视频,使用雕塑泥按照1∶15的缩小比例制作了泥塑小样(
图3),作为后续假体制作的形态依据。
4.2 头部模型制作
传统头部模型主要依据测量数据手工雕刻而成,要求制作者具备一定的雕刻功底,并对动物头部解剖结构十分熟悉。该方法不仅操作难度大,且受人为因素影响较大。为更精准地还原标本头部的尺寸和各部分的比例,本研究采用翻模技术进行制作。
首先,将剥离的头骨经水煮剔除残留的肌肉、眼和脑等组织,获得完整干净的头骨(
图4)。之后,用雕塑泥在头骨上还原肌肉结构,制作出翻模用的模具。再将聚氨酯发泡剂注入模具中,待其固化后脱模,得到初步的头部发泡模型,再使用雕塑工具对其细节进行修整。
由于常规商品动物口腔模型对大熊猫剥制标本不适用,本次采用3D扫描打印技术辅助制作。首先,使用3D扫描仪对大熊猫头骨模型进行数字化采集,随后通过三维设计软件对口腔结构进行单独分割与形态优化。然后,使用适配光敏树脂的3D打印机,对优化后的数字化口腔模型进行实体打印(
图5)。接着,将打印好的口腔模型与原头骨进行比对并精细修整。最后,参照活体口腔的真实颜色进行上色处理,完成头部模型的全部制作。
4.3 身体模型制作
身体模型的制作直接决定了标本外观形态的最终呈现效果。在制作过程中,既要符合前期姿态设计,还要考虑皮张的贴合与后期收缩的适合度,以防止标本在保存中因皮张收缩不均而发生胀裂。本次标本姿态为“从坐姿正欲起身”,与常规四肢直立的姿态不同,需特别考虑大熊猫在姿态转换中的尺寸变化。因此,选用聚氨酯发泡剂作为假体制作的材料。该材料具有无毒无味、强度适宜、质地轻便、不吸水和易雕刻等优点,相较于其他材料更适用
[6]。具体制作步骤如下:
初步塑形:将已成型的聚氨酯发泡材料堆叠成符合泥塑小样(不含头部)的整体造型。
内部加固:切割合适长度的钢筋插入造型关键部位,并将其串联为整体骨架,随后使用聚氨酯发泡剂黏合固定。
粗雕成形:根据前期测量的形体数据,对发泡造型进行雕凿,初步得到符合姿态设计的身体模型。
头身结合:将制作完成的头部模型与身体模型进行结合,使用聚氨酯发泡剂填充结合处及形态不饱满的区域(
图6)。
精细修整:对整体假体进行精细修整,雕刻出准确的肌肉纹理。
在修整头部模型时,需先将口腔模型和义眼安装至预留位置。随后,使用AB塑钢泥完善眼周、鼻部和口腔边缘的细微结构,并用雕刻刀勾勒出肌肉纹理。在整体调整过程中,需多次将处理好的皮张试套在假体上,以反复校验并确保二者达到最佳的贴合状态。
5 缝合与整形
5.1 试皮与准备
在皮张鞣制与假体模型制作均完成后,于正式缝合前,需进行最终的试皮操作,即通过初步套合与整体比对,系统性校验皮张与假体在所有关键部位的尺寸匹配度与轮廓贴合度,并确认动物姿态符合设计,以保障后续缝合与整形工作能够顺利进行。
5.2 皮张缝合
经试皮确认匹配后,即可开始正式缝合。首先在假体表面均匀涂抹一层黏合剂,以增加皮张与假体的贴合度。然后,依头部、背部至四肢的顺序将皮张套合于假体上,并参照测量数据校准皮张各部位位置。套合后,用长针依次固定头部、颈部、肩部、四肢关节和躯干等关键点,防止缝合时皮张移位。缝合操作自四肢远端掌部起始,先完成四肢内侧缝合,再由下颌沿腹中线缝合至尾部结束。过程中,可用湿毛巾覆盖头部眼、口和耳周缘的皮张,防止其干燥,以保证后续整形效果。
5.3 整形
面部皮张整形是决定标本神态与生动性的关键。整形时需格外注重眼、鼻等薄弱部位的处理,这些部位皮肤较薄,宜选用更细小的针具进行皮张边缘的固定与塑形(
图7)。待眼部皮张位置稳固后,使用AB塑钢泥塑造眼角等细节,并用丙烯颜料着色,可适量使用模型光油剂增加瞳孔部位的反光度,以达到真实生动的效果。
5.4 残缺部位修复
由于大熊猫生前接受过B超检查、输液等治疗,其体表部分区域的毛发被剃除。因此,在标本整形完毕且皮张毛发彻底干透后,需对缺失毛发的部位进行修复。为确保修复效果的真实与和谐,修补材料直接取自标本本体。在不影响整体外观的前提下,优先采集颜色匹配且位置隐蔽(如臀部、腋下等)的毛发。在收集毛发时,先用镊子夹住毛发根部并用剪刀分离,再将分离下的毛发修剪为适当的长度与朝向,将白乳胶涂抹于毛根部,按由外向内的顺序依次贴合缺毛部位
[7]。若修补后新加毛发的颜色与周围原有毛发存在色差,可进行局部补色。
在处理脚掌表皮破损部位时,需先将翘起的皮肤边缘打磨平整,再使用AB塑钢泥填补缺损区域并塑形,最终参照健康脚掌肉垫的自然形态与纹理等进行雕刻和着色(
图8)。至此,标本制作完成(
图9)。
6 标本制作质量的改进与提升
6.1 鞣制技术的改进
传统剥制技术常采用生皮防腐法,所制标本在长期保存中易出现干裂、掉毛和变形等问题。因此,现代标本制作已普遍转向鞣制工艺。生皮法的局限主要在于:其一,生皮收缩率高,难以精细呈现动物形态细节;其二,其稳定性差,易受环境温湿度波动影响,对保存条件要求较高;其三,易产生异味、滋生虫害,不仅不利于公开展示,也增加了维护成本。
在我国,毛皮鞣制方法主要分为无机鞣(包括铬鞣、铝鞣及铬 + 铝合成鞣剂等)、醛鞣(包括甲醛鞣、戊二醛鞣和改性戊二醛鞣等)和油鞣等,其中合成鞣剂、植物鞣剂的应用尚在发展之中
[8]。本次大熊猫皮张的处理采用了铝鞣法。该方法以氯化铝为主要鞣剂,其作用原理是溶液中的Al
2O
3和皮胶原纤维上的羧基(—COOH)结合,在皮胶原纤维之间形成交联,从而显著提升皮革的稳定性、耐用性和抗水性等综合性能。
毛皮加工是一个复杂的物理与化学作用过程,从生皮到成品皮,中间要经过多道工序,并依赖多种化工材料与专用设备
[8]。应用现代铝鞣技术,可使皮张获得更好的耐水性、耐老化性、防腐性及毛色持久性,进而有效降低虫蛀风险,显著延长标本的保存年限。
6.2 3D扫描打印技术的应用
动物标本制作日益融合跨领域技术,其中3D扫描打印技术的应用尤为突出。该技术兴起于20世纪中后期,现已广泛应用于传统模具制造、精密零部件生产等多个行业。在生物学、医学等领域,它已被用于构建人体与动物的骨骼、器官模型等,并能满足大量的个性化、定制化需求
[9]。
传统的假体制造方法多依赖于标准化的尺寸和形状,难以精准适配特定个体的解剖结构。对于大熊猫等珍稀动物,由于其生物学基础数据相对匮乏,可用于标本制作的标准化假体资源尤为稀缺。3D打印技术则能依据个体扫描数据,制造出完全个性化的假体部件,从而更好地还原动物的解剖特征与特定姿态,显著提升标本的真实感与整体质量。在当前的剥制标本实践中,3D扫描打印技术已成功应用于中、小型兽类标本的整体或局部(如头部、耳、鼻和口腔等),以及鸟类喙、腿和趾等部位的复制与制作。同时,随着3D数控雕刻技术的愈加成熟,其也在假体制作中得到了较多应用。但目前通过3D扫描打印直接获得的假体部件,通常仍需进行不同程度的再加工。
6.3 标本科学性与艺术性的提升
近年来,随着美学教育愈发受到重视,博物馆业作为重要的公共文化机构,在提升公众审美与科学素养方面发挥着关键作用。动物剥制标本既是严谨的科学实证,也是融合了人类审美与技艺的艺术创作,是传递生命科学与自然之美的重要载体
[10]。因此,在标本制作中,需充分考虑其在博物馆展示、生物学研究和科普教育中多维度的价值与功能。
在本次大熊猫标本制作过程中,通过前期的科学设计、严谨的操作流程和后期的精细雕琢,全面提升了标本的制作质量,精准还原了大熊猫生前的动态姿态、肤色和肌肉纹理等生物学特征。这些精确的形态细节不仅有助于引导观众形成正确的科学认知
[11],其本身所呈现出的艺术真实感与视觉美感,也直接回应并丰富了现代美学教育的内涵与实践。