[发明专利]石质文物表面防护用微生物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石材及石质文物的防护方法，特别涉及利用一株具有碳酸盐矿化特性的土壤细菌，利用其生命过程中的酶化作用在石质材料表面矿化沉积出连续致密的碳酸钙层，对石材及石质文物进行防护的方法。

背景技术

暴露于自然界中的各种石质文物古迹，长期以来由于受到物理、化学和生物等因素的影响，其基体的性能逐渐遭到破坏。对于建筑和艺术雕刻中常用的碳酸盐类石材，这种现象尤其普遍，常常会出现表面疏松，微裂缝等现象，导致其内部孔隙率增加，力学性能不断下降。而且，随着现代工业的飞速发展，由环境污染造成的对石质材料的侵蚀更加严重，因此，对石质材料进行防护和修复显得迫在眉睫。石材的修复和防护研究已经有很悠久的历史。早在公元前一世纪就开始用固体石蜡修复建筑物被风化石材，但它吸附灰尘、易泛黄，难以渗入石材内部形成耐久性保护；十九世纪前无机石材和修复材料曾广泛使用，如石灰水、锌和铝的硬脂酸盐等，然而许多应用实例表明，由于其所含盐份形成的结晶膨胀，无机防护剂的使用反而加剧了石材的风化腐蚀；现在，利用有机聚合物，如环氧树脂、丙烯酸树脂，尤其是有机硅或有机氟类聚合物防护修复石质文物发展很快，取得了很好的效果，但也存在致命的缺陷，有机高分子的长期耐候性，与基材相容性较差等都是不容忽视的问题。

生物矿化作用是自然界广泛发生的一种作用，它是生物形成矿物的作用，是在生物的特定部位，在一定物理化学条件下，在生物有机物质的控制或影响下，将溶液中的离子转变为固相矿物的作用。几乎每一种生物都能合成矿物，许多类型的有机体在其细胞和组织位置形成沉积矿物，并且此过程在细胞的生命活动中不断得以精确重复，这些细胞包括了细菌、海藻、原生物、乃至骨的成骨细胞。至今人类已在生物中发现了30多种不同的生物矿物，而这其中近三分之二是钙矿，四分之一是胶体材料，碳酸盐和磷酸盐更是几乎遍及了整个生物世界。生物矿化往往能形成有序排列的、结构非常优异的天然有机——无机复合材料。

发明内容

技术问题：本发明的目的就是提供一种石质文物表面防护用微生物材料的制备方法，利用自然界中某些微生物在其生命活动过程中不断产生的酶化作用矿化生成生物碳酸钙，利用此生物碳酸钙对石质材料的表面进行防护和加固。

技术方案：本发明的石质文物表面防护用微生物材料的制备方法在于，将巴氏芽胞杆菌Bacillus pasteurii接种至新鲜培养基中，在恒温培养箱中振荡培养，当菌株生长至稳定期，获得稳定期的细菌液后，在菌液中加入Ca(NO₃)₂和尿素，并将石质试样浸泡于此混合溶液中，液面高出试件上表面5~10cm，室温下静置，7天后试样表面生成连续致密坚硬的碳酸钙保护层，且与基材表面结合紧密。

或：获得稳定期的细菌液后，将菌液离心(5000~8000rpm，5~8min)，将所得的高浓缩菌液涂抹于试样表面，待表面风干之后，轻轻涂抹一层海藻酸钠溶液，并向海藻酸钠表面滴加以新鲜培养基为溶剂，尿素和硝酸钙为溶质配制而成的混合液，混合液中尿素和硝酸钙浓度分别为1~4mol/L和0.5~2mol/L，多次重复滴加混合液，7d后试样表面生成连续致密坚硬的碳酸钙保护层，且与基材表面结合紧密。

所述的新鲜培养基是经过高温蒸汽灭菌后的牛肉膏蛋白胨培养基，培养基中牛肉膏的含量为3~6g/L，蛋白胨的含量为5~10g/L。振荡培养的条件是：30℃，170r/min。

所述的菌株生长至稳定期是指对照所测菌株生长的标准曲线，用分光光度计测定菌液混浊度OD值(混浊度与菌液浓度成正比)，当其OD值在曲线上的稳定期范围内时，认为此时的菌株处于稳定生长期。

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

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)耐候性好：由本发明生成的保护层主要由方解石型生物碳酸钙组成，是非常稳定的无机材料，不存在有机防护剂的老化问题；

2)相容性好：许多石材本身由碳酸盐组成，因此利用碳酸钙作为防护层很好的相容性，即使防护层失效后，对基材造成的影响很小；

3)利用自然界中微生物资源，环境友好，成本低廉，工艺非常简单。

附图说明

图1为微生物浸泡覆膜工艺示意图。

图2为菌液浸泡后石材表面沉积物的XRD图谱(C：方解石)。