壁画保护高分子材料的抗菌性及其环境适应性研究
批准号:
31500430
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
武发思
依托单位:
学科分类:
群落生态学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨小菊、张化冰、徐瑞红、张国彬、贺东鹏
中文摘要
高分子材料在古代壁画保护中广泛使用,目前对材料老化失效机理方面研究主要集中在物理化学方面,高分子材料的微生物易感性及其生物退化机制方面研究还很有限,制约着古代壁画的科学化保护进程。本项目针对壁画保护中6种高分子材料,利用标准菌株和壁画病害菌系统评价材料的抗菌能力;利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及气相色谱-质谱联用仪等分析人工加速老化前后材料的表观形貌、降解产物和质量损失等性能特征,初步揭示人工加速老化及生物退化对于高分子材料耐久性的作用机制;运用典型对应分析及非度量多维尺度分析等统计方法,解析材料的多因素交联协同退化过程及其因子贡献率;通过模拟壁画保存环境条件,研究材料性能特征,并综合评估壁画保护材料的环境适应性。研究成果对于壁画保护材料的筛选应用和我国同类文化遗产的科学保护具有重要的现实意义。
英文摘要
The polymer materials were widely utilized for conservation of ancient wall paintings. Though there are in-depth researches in the field of materials aging and relevant aging mechanism caused by physical and chemical factors, study referred to microbial susceptibility and its biological deterioration and degradation mechanism of materials is still limited, which restrains to process of scientific conservation of these valuable murals. This project aimed at 6 widely used high polymer materials that largely applied in mural conservation, using standard microbial strains and dominant disease microbes to systematically evaluate the antimicrobial properties of polymer materials before and after artificial accelerated aging. The SEM, XRD, GC-MS, and other equipments will be taken to study the physical and chemical properties, such as morphology, degradation products, quality loss, et cetera; Meanwhile reveal the artificial accelerated aging and biodeterioration mechanisms to the durability of polymeric materials preliminary; By using Canonical Correspondence Analysis(CCA) and Nonmetric Multidimensional Scaling(NMDS) to analyze how the multi-factors combined with deterioration that could affect durability and the main factors contribution rate to this process; By simulation the condition of the environmental temperature and humidity based on the pre-monitored data, to further clarify the deterioration characteristics of materials and evaluate its environment adaptability comprehensively. Findings of this project with important practical significance for screening and proper application of mural conservation materials, and has significant values for the scientific conservation of similar cultural heritages in China.
壁画保护用高分子材料的抗菌性及其环境适应性评估少有研究。本研究通过抑菌圈法、成膜材料直接培养法和无外源营养培养法等,确定了壁画保护高分子材料的抗菌性由强到弱依次为B-72、聚乙烯醇1799型、有机硅丙烯酸乳液、纯丙烯酸乳液、PVAc、聚乙烯醇1788型、聚醋酸乙烯酯乳液(白乳胶)、明胶。不同模式菌、壁画分离菌或机会性外源菌的侵蚀力不同,真菌强于细菌,黑曲霉和桔青霉的侵蚀和扩散较快。加入防霉剂后材料抗菌性增强,但稀释至工作液后抗菌性基本消失。成膜材料经光照、温度和相对湿度交替循环人工加速老化后,其外观形态、光学性能、微观形貌和表面结构等发生改变,影响其抗菌性,材料老化后更易被真菌侵蚀。高湿度环境下,侵蚀从材料膜褶皱部位开始,菌丝体覆盖和产色素可改变材料色度。人工老化后的明胶和白乳胶材料膜经微生物老化,重量损失更快;热裂解-气质联用Py-GC/MS分析发现二者分别经人工、微生物及双重老化后形成的化合物改变,未老化样品出峰最少,双重老化后未知化合物成分增多,模式菌Penicillium pinophilum影响大于壁画分离菌Cladosporium sp.。凝胶渗透色谱GPC和SDS-PAGE分析证实了明胶经微生物作用后分子量变小,结构改变。热重TG/DSC分析可知材料老化后其不同阶段分解温度和质量损失发生差异,硅丙、纯丙和明胶经双重老化后更易分解。红外光谱FTIR分析发现不同品牌白乳胶中所含有效成分聚醋酸乙烯酯差别大;人工和生物老化均会对材料的化学结构产生影响,PVAc对人工老化敏感,1788对生物老化敏感,明胶、1788、1799等受双重老化影响大。X射线光电子能谱XPS分析发现人工老化后硅丙和白乳胶中的C、O元素的特征峰向低结合能方向移动,化合价态降低,但经微生物老化后二者氧元素化合价态变化趋势相反。能谱EDS分析确定了微生物生长代谢可在高分子材料表面形成草酸钙状结晶体。在RH 98%条件下多数材料可被微生物侵蚀;试验条件与材料使用环境中的相对湿度及水分获取速率是影响其受微生物劣化快慢程度的重要因素;人工或自然老化可降低材料的相对湿度敏感性阈值,导致其更易被微生物降解。添加防霉剂并减少助渗剂、消泡剂和成膜剂等小分子添加剂可在一定程度上提高文物保护商品材料的抗菌性。本研究为不同赋存环境下壁画及其他类型文物保护高分子材料的环境适用性评估提供了重要的科学依据和技术支撑。
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Description of Naumannella cuiyingiana sp nov., isolated from a ca. 1500-year-old mural painting, and emended description of the genus Naumannella
Naumannella cuiyingiana sp nov. 的描述,从 ca. 中分离出来。
DOI:
10.1099/ijsem.0.001964
发表时间:
2017
期刊:
INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY
影响因子:
2.8
作者:
[Tian Tian, Wu Fasi, Ma Yantian, Xiang Ting, Ma Wenxia, Hu Weigang, Wu Guangwen, An Lizhe, Wang Wanfu, Feng Huyuan]
通讯作者:
Feng Huyuan
DOI:
10.13344/j.microbiol.china.150486
发表时间:
2015
期刊:
微生物学通报
影响因子:
--
作者:
[武发思, 武光文, 刘岩, 田恬, 张国彬, 贺东鹏, 徐瑞红, 赵林毅, 冯虎元, 汪万福]
通讯作者:
汪万福
DOI:
10.1016/j.ibiod.2016.12.002
发表时间:
2017-02
期刊:
International Biodeterioration & Biodegradation
影响因子:
4.8
作者:
[Fasi Wu, Wanfu Wang, Huyuan Feng, Jidong Gu]
通讯作者:
Jidong Gu
DOI:
10.13344/j.microbiol.china.180164
发表时间:
2018
期刊:
微生物学通报
影响因子:
--
作者:
[段育龙, 武发思, 汪万福, 贺东鹏, 卢秀善]
通讯作者:
卢秀善
DOI:
10.13344/j.microbiol.china.170963
发表时间:
2018
期刊:
微生物学通报
影响因子:
--
作者:
[马文霞, 武发思, 田恬, 马燕天, 向婷, 刘贤德, 汪万福, 冯虎元]
通讯作者:
冯虎元
共 8 条
石窟寺壁画突发性微生物病害成因机制及防治对策研究
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批准号:32060258
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2020
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负责人:武发思
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依托单位:
国内基金
海外基金