[發明專利]石質文物表面防護用微生物材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910028014.3
• 申請日: 2009-01-05
• 公開（公告）號: CN101475401A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 錢春香;王劍云;王瑞興;成亮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C12P3/00;C12N1/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及石材及石質文物的防護方法，特別涉及利用一株具有碳酸鹽礦化特性的土壤細菌，利用其生命過程中的酶化作用在石質材料表面礦化沉積出連續致密的碳酸鈣層，對石材及石質文物進行防護的方法。

背景技術

暴露于自然界中的各種石質文物古跡，長期以來由于受到物理、化學和生物等因素的影響，其基體的性能逐漸遭到破壞。對于建筑和藝術雕刻中常用的碳酸鹽類石材，這種現象尤其普遍，常常會出現表面疏松，微裂縫等現象，導致其內部孔隙率增加，力學性能不斷下降。而且，隨著現代工業的飛速發展，由環境污染造成的對石質材料的侵蝕更加嚴重，因此，對石質材料進行防護和修復顯得迫在眉睫。石材的修復和防護研究已經有很悠久的歷史。早在公元前一世紀就開始用固體石蠟修復建筑物被風化石材，但它吸附灰塵、易泛黃，難以滲入石材內部形成耐久性保護；十九世紀前無機石材和修復材料曾廣泛使用，如石灰水、鋅和鋁的硬脂酸鹽等，然而許多應用實例表明，由于其所含鹽份形成的結晶膨脹，無機防護劑的使用反而加劇了石材的風化腐蝕；現在，利用有機聚合物，如環氧樹脂、丙烯酸樹脂，尤其是有機硅或有機氟類聚合物防護修復石質文物發展很快，取得了很好的效果，但也存在致命的缺陷，有機高分子的長期耐候性，與基材相容性較差等都是不容忽視的問題。

生物礦化作用是自然界廣泛發生的一種作用，它是生物形成礦物的作用，是在生物的特定部位，在一定物理化學條件下，在生物有機物質的控制或影響下，將溶液中的離子轉變為固相礦物的作用。幾乎每一種生物都能合成礦物，許多類型的有機體在其細胞和組織位置形成沉積礦物，并且此過程在細胞的生命活動中不斷得以精確重復，這些細胞包括了細菌、海藻、原生物、乃至骨的成骨細胞。至今人類已在生物中發現了30多種不同的生物礦物，而這其中近三分之二是鈣礦，四分之一是膠體材料，碳酸鹽和磷酸鹽更是幾乎遍及了整個生物世界。生物礦化往往能形成有序排列的、結構非常優異的天然有機——無機復合材料。

發明內容

技術問題：本發明的目的就是提供一種石質文物表面防護用微生物材料的制備方法，利用自然界中某些微生物在其生命活動過程中不斷產生的酶化作用礦化生成生物碳酸鈣，利用此生物碳酸鈣對石質材料的表面進行防護和加固。

技術方案：本發明的石質文物表面防護用微生物材料的制備方法在于，將巴氏芽胞桿菌Bacillus?pasteurii接種至新鮮培養基中，在恒溫培養箱中振蕩培養，當菌株生長至穩定期，獲得穩定期的細菌液后，在菌液中加入Ca(NO₃)₂和尿素，并將石質試樣浸泡于此混合溶液中，液面高出試件上表面5~10cm，室溫下靜置，7天后試樣表面生成連續致密堅硬的碳酸鈣保護層，且與基材表面結合緊密。

或：獲得穩定期的細菌液后，將菌液離心(5000~8000rpm，5~8min)，將所得的高濃縮菌液涂抹于試樣表面，待表面風干之后，輕輕涂抹一層海藻酸鈉溶液，并向海藻酸鈉表面滴加以新鮮培養基為溶劑，尿素和硝酸鈣為溶質配制而成的混合液，混合液中尿素和硝酸鈣濃度分別為1~4mol/L和0.5~2mol/L，多次重復滴加混合液，7d后試樣表面生成連續致密堅硬的碳酸鈣保護層，且與基材表面結合緊密。

所述的新鮮培養基是經過高溫蒸汽滅菌后的牛肉膏蛋白胨培養基，培養基中牛肉膏的含量為3~6g/L，蛋白胨的含量為5~10g/L。振蕩培養的條件是：30℃，170r/min。

所述的菌株生長至穩定期是指對照所測菌株生長的標準曲線，用分光光度計測定菌液混濁度OD值(混濁度與菌液濃度成正比)，當其OD值在曲線上的穩定期范圍內時，認為此時的菌株處于穩定生長期。

所用的Ca(NO₃)₂和尿素混合溶液中，Ca(NO₃)₂濃度是0.5mol/L，尿素的濃度是2mol/L。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1)耐候性好：由本發明生成的保護層主要由方解石型生物碳酸鈣組成，是非常穩定的無機材料，不存在有機防護劑的老化問題；

2)相容性好：許多石材本身由碳酸鹽組成，因此利用碳酸鈣作為防護層很好的相容性，即使防護層失效后，對基材造成的影響很小；

3)利用自然界中微生物資源，環境友好，成本低廉，工藝非常簡單。

附圖說明

圖1為微生物浸泡覆膜工藝示意圖。

圖2為菌液浸泡后石材表面沉積物的XRD圖譜(C：方解石)。