題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 微生物誘導(dǎo)碳酸鈣礦化及其在石質(zhì)文物表面修復(fù)的應(yīng)用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目利用碳酸鹽礦化菌的特性，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應(yīng)條件，加速其酶化作用，快速沉積制備出方解石，在被修復(fù)的石材表面生成緊密黏附于石材表面的碳酸鈣礦化膜，制備出一種全新的、環(huán)境友好、清潔無(wú)污染的修復(fù)材料，最大限度本于原貌對(duì)石質(zhì)文物的缺陷進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉積形成人工礦化層修復(fù)加固風(fēng)化石質(zhì)文物表層結(jié)構(gòu)，這為石質(zhì)文物的修復(fù)加固開(kāi)辟了一條新途徑。
- 詳細(xì)介紹：
- 1.項(xiàng)目背景 石質(zhì)文物是世界各民族歷代先民創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富的精華，是具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值的珍貴遺產(chǎn)。目前我國(guó)有80%以上的石質(zhì)文物沒(méi)有得到很好的保護(hù)，大多數(shù)的石質(zhì)遺跡都暴露在自然界的風(fēng)化環(huán)境中。在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣加速了文物老化變質(zhì)。10%左右的珍貴石質(zhì)文物已經(jīng)因沒(méi)有被很好的保護(hù)已經(jīng)被完全破壞，造成重大損失?，F(xiàn)有的保護(hù)技術(shù)不夠成熟，保護(hù)材料存在隱患，如保護(hù)材料自身的降解、風(fēng)化，反而加劇了石質(zhì)文物的毀壞速度。若不采取科學(xué)有效防護(hù)措施，許多珍貴石質(zhì)文物記錄將損耗殆盡。 2.項(xiàng)目簡(jiǎn)介 本項(xiàng)目利用碳酸鹽礦化菌的特性，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應(yīng)條件，加速其酶化作用，快速沉積制備出方解石，在被修復(fù)的石材表面生成緊密黏附于石材表面的碳酸鈣礦化膜，制備出一種全新的、環(huán)境友好、清潔無(wú)污染的修復(fù)材料，最大限度本于原貌的基礎(chǔ)上對(duì)石質(zhì)文物缺陷進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉積形成人工礦化層修復(fù)加固風(fēng)化石質(zhì)文物表層結(jié)構(gòu)，這為石質(zhì)文物的修復(fù)加固開(kāi)辟了一條新途徑。 3.投資前景 微生物修復(fù)技術(shù)具有難度小、成本低、對(duì)環(huán)境友好、易推廣等特點(diǎn)。我國(guó)乃至世界目前到處風(fēng)化的石質(zhì)文物，采用微生物修復(fù)技術(shù)對(duì)石質(zhì)文物進(jìn)行修復(fù)保護(hù)，不需要苛刻的工作環(huán)境，也不需要專業(yè)的設(shè)備，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了文物在修復(fù)過(guò)程中被人為損壞的概率和修復(fù)者在工作中造成意外傷害的概率。因此利用此技術(shù)，不僅可以很好地保護(hù)石質(zhì)文物，也為收益者節(jié)約了更多的資金去搞發(fā)展。修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程對(duì)環(huán)境影響小，無(wú)污染，在提倡人與自然和諧發(fā)展的當(dāng)下具有極其廣泛的意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 1．目的 本項(xiàng)目利用碳酸鹽礦化菌的特性，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應(yīng)條件，加速其酶化作用，快速沉積制備出方解石，在被修復(fù)的石材表面生成緊密黏附于石材表面的碳酸鈣礦化膜，制備出一種全新的修復(fù)材料，最大限度本于石質(zhì)文物原貌進(jìn)行修復(fù)。 2．基本思路 菌種采集——菌種的篩選與培育——石材表面處理——石材表面礦化——表面礦化層成分及性能分析——石質(zhì)文物表面修復(fù)
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- (1)礦化層具有致密有序的結(jié)構(gòu)，半透明的外觀，耐候性極佳，耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，甚至具有可適當(dāng)調(diào)控的性能和結(jié)構(gòu)。 （2）微生物合成方法與環(huán)境友好，具有在生理環(huán)境下實(shí)現(xiàn)施工的優(yōu)越性，這樣保護(hù)過(guò)程就不需要太貴重的設(shè)備和苛刻的工作條件，也不需要過(guò)多地?fù)?dān)心環(huán)境污染問(wèn)題，從而為野外大型石質(zhì)文物的施工帶來(lái)了極大的方便，并且很可能大大降低防護(hù)工程的經(jīng)濟(jì)成本。這為碳酸鹽質(zhì)的文物修復(fù)加固開(kāi)辟了一條新途徑。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 通過(guò)微生物的生理作用，促使碳酸鈣礦化成膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)石質(zhì)文物的表面修復(fù)。所形成的礦化膜材料與石質(zhì)相容性好，與基底結(jié)合牢固，耐老化，耐酸堿等耐受性強(qiáng)；一次成膜后避免反復(fù)操作處理帶來(lái)的不便，并且高效持久；微生物礦化技術(shù)成本低操作容易，培養(yǎng)基來(lái)源廣。利用微生物修復(fù)石質(zhì)文物，其低碳環(huán)保高效持久的獨(dú)特性質(zhì)為以物理化學(xué)等方式修復(fù)文物的傳統(tǒng)方法開(kāi)辟了新的途徑，并為多方向研究文物修復(fù)做出積極貢獻(xiàn)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 摘 要:微生物修復(fù)技術(shù)在石質(zhì)文物保護(hù)方面是一種新興的保護(hù)技術(shù)，通過(guò)微生物誘導(dǎo)CaCO3在石質(zhì)文物表面礦化沉積形成薄膜以達(dá)到保護(hù)目的。微生物誘導(dǎo)CaCO3礦化的關(guān)鍵在于微生物代謝過(guò)程中自然分泌出酶并不斷發(fā)生特定酶化作用，產(chǎn)生某些重要的微量有機(jī)基質(zhì)蛋白對(duì)礦化的控制作用是當(dāng)前生物礦化機(jī)理及應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向。通過(guò)碳酸鹽礦化菌種的篩選、培養(yǎng)，利用其酶化特性進(jìn)行CaCO3礦化試驗(yàn)，并在石質(zhì)材料表面進(jìn)行覆膜基礎(chǔ)研究。運(yùn)用現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)礦化膜的耐酸、耐熱、粘接力、透氣性等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。為利用微生物技術(shù)在石質(zhì)材料保護(hù)研究開(kāi)展預(yù)研工作。通過(guò)對(duì)微生物仿生礦化保護(hù)材料基礎(chǔ)應(yīng)用特性的研究，檢測(cè)表明它具有較好的表面防護(hù)效果和表層加固性能，并且制作工藝簡(jiǎn)便。這一成果對(duì)于發(fā)展新型石質(zhì)保護(hù)材料具有重要的參考作用，同時(shí)對(duì)拓寬生物礦化材料研究的范圍提供了一定的依據(jù)。 關(guān)鍵詞：巴斯德芽孢桿菌;石質(zhì)材料;碳酸鈣;誘導(dǎo);表面保護(hù)
獲獎(jiǎng)情況
- 《微生物誘導(dǎo)CaCO3沉積及其在石質(zhì)文物表面修復(fù)的應(yīng)用研究》，已投稿到《文物保護(hù)與考古科學(xué)》，正在審核。 《碳酸鹽礦化菌誘導(dǎo)CaCO3沉淀?xiàng)l件的優(yōu)化》，已投稿到《綠色建筑》，正在審核。
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1] Vsco F, Monica F C. The stone decay of monuments in relation to atmospheric environment [J]. Annali di Chimica, 2001, 91(11-12):767～744 [2] VaGrieken R, Delalieux F, Gysels K.Cultural heritage and the environment [J].Pure Appl. Chem., 1998, 70 (12):2327～2331 [3] 王麗琴,黨高潮, 趙西晨, 等.加固材料在石質(zhì)文物保護(hù)中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2004, 22(5):778～782 [4] 洪坤, 詹予忠, 沈國(guó)鵬. 仿生合成石質(zhì)文物二氧化硅保護(hù)膜的研究 [J]. 文物保護(hù)與考古科學(xué), 2007, 19(4): 34～36 [5] Fatih A, Mustafa A, Ayfer E.The solubility of calcium at stone monuments by acid rain [J].Freseniuss Environmental Bulletin, 2001, 10 (3): 314～318 [6] Marsh P. Breathing new life into statues of wells [J].New Scientist, 1977, 76:754 [7] Larson J H, Madden C, Sutherland I. The preservation of an important collection of classical sculpture [J]. J.Cultural Heritage, 2000 (1):79～87 [8] 韓冬梅, 郭廣生, 石志敏.化學(xué)加固材料在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用 [J].文物保護(hù)與考古科學(xué), 2000, 11(2):41～43 [9] 王麗琴, 黨高潮, 梁國(guó)正.露天石質(zhì)文物的風(fēng)化和加固保護(hù)探討 [J]. 文物保護(hù)與考古科學(xué), 2004, 16 (4):813～821 [10] 劉強(qiáng).基于生物礦化的石質(zhì)文物仿生保護(hù)[D].浙江大學(xué):理學(xué)院, 2007:1～175
同類課題研究水平概述
- 石質(zhì)文物古跡是國(guó)家的寶貴財(cái)富，是不能再生的無(wú)價(jià)的文化遺產(chǎn)和旅游資源。因此石質(zhì)文物的保護(hù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究關(guān)注的重要對(duì)象。石質(zhì)文物保護(hù)最常用的方法就是在石質(zhì)文物表面用各種保護(hù)材料進(jìn)行保護(hù)處理來(lái)防止風(fēng)化腐蝕。這些保護(hù)材料可以起到以下作用:加固、防水、防酸、防污、防微生物、防風(fēng)化和防溶蝕等以降低石質(zhì)文物的老化進(jìn)程。石質(zhì)文物保護(hù)材料的研究一直在不斷地更新和發(fā)展。按保護(hù)材料的主要成分可分為無(wú)機(jī)類和有機(jī)類。 無(wú)機(jī)類石質(zhì)文物保護(hù)材料在十九世紀(jì)曾被廣泛運(yùn)用，在今天偶爾也時(shí)有被應(yīng)用。無(wú)機(jī)材料的保護(hù)機(jī)理是通過(guò)材料中的某些成分與二氧化碳反應(yīng)或水合作用形成新物質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的。這類材料老化性能優(yōu)良，壽命長(zhǎng)，不存在老化問(wèn)題，且無(wú)機(jī)材料與石質(zhì)文物之間的兼容性好。在美國(guó)，曾用氫氧化鋇加固康涅狄格州議會(huì)大廈。該法很早就用來(lái)加固石質(zhì)文物，但效果并不理想。因?yàn)?，反?yīng)速度快，會(huì)在表面形成硬殼，易碎成小塊；為了減緩反應(yīng)，加入尿素，又易使巖石變黑。 有機(jī)類石質(zhì)文物保護(hù)材料主要是一些有機(jī)聚合物，它們具有耐水、耐腐蝕、耐沖擊、加工性能優(yōu)良、能以各種形態(tài)予以應(yīng)用的特點(diǎn)，這類保護(hù)材料包括自天然的(如植物油)到人工合成的聚合體等許多種。這類材料可在石質(zhì)文物表面形成一層密封的保護(hù)膜，防止水汽、酸和鹽的破壞，但卻克服不了有機(jī)聚合物的缺陷。如使用壽命不長(zhǎng)，與文物表面的兼容性差。1968年，首次在意大利用丙烯酸聚合物加固Sienacathedral大門(mén)框中的雕刻。不過(guò)其修復(fù)材料丙烯酸聚合物脆性大，且玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度高，粘度大，滲透效果差。 劉強(qiáng)等對(duì)野外石質(zhì)文物考察發(fā)現(xiàn)，一些風(fēng)化鈣質(zhì)巖石上某些石刻文字保存完好，其表面有一層天然致密的親水性半透明膜。在某些部位的膜層下，1000 多年前在巖石上雕刻的刀痕還隱約可見(jiàn)。對(duì)這種膜的樣品進(jìn)行分析( FTIR、PIM、EDS、 SEM等)發(fā)現(xiàn)，這是一種以草酸鈣為主要成分的致密生物無(wú)機(jī)膜。G.orial等利用細(xì)菌誘導(dǎo)碳酸鈣沉積形成人工礦化層修復(fù)加固石質(zhì)文化遺產(chǎn)，對(duì)由酸性微生物誘導(dǎo)形成生物礦化層加速老化試驗(yàn)表明，生物礦化材料可以提高結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期耐久性能。 不過(guò)目前生物修復(fù)加固方法理論及應(yīng)用技術(shù)還很不完善，將這方面研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)直接應(yīng)用于文物保護(hù)還有很多工作要做。方法有效性、耐候耐久性值得進(jìn)一步研究，生物殘留物檢測(cè)及危害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也值得研究探討。
