Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 2 - Страница 21

В настоящее время технология лазерной очистки памятников довольно хорошо отработана, о чем свидетельствуют, в частности, ее применение при реставрации таких всемирно известных памятников, как собор Парижской Богоматери и собор Св. Стефана в Вене, храм Парфенон в Афинах и храм Гроба Господня в Иерусалиме, знаменитая «падающая» Пизанская башня и Мавзолей Теодорика в Италии и многие другие [5]. Помимо очистки камня, известны примеры успешного использования лазеров в реставрации памятников из металлов, различных органических материалов, а также произведений живописи [4–6]. Однако, несмотря на все достоинства и впечатляющий «послужной список» применений лазеров в реставрации в целом, вопрос о возможности их применения для удаления биогенных загрязнений до сих пор остается открытым. В научной литературе этой теме посвящено весьма ограниченное число публикаций. При этом известные работы носят чисто эмпирический характер [8, 9], а сведения о системных научных исследованиях в данной области в научной литературе отсутствуют.

В течение последних нескольких лет авторы данной статьи проводят целенаправленные научно-исследовательские работы в данной области [10–14]. В настоящее время основное внимание нами уделяется изучению эффективности лазерного удаления микромицетов с поверхности камня и бумаги. Ранее были опубликованы результаты модельных экспериментов по лазерной обработке мраморных пластин [12]. В этих экспериментах использовался специализированный реставрационный лазер Smart Clean II (изготовитель – El. En. S.p.a., Италия) (ил. 1), широко применяемый в практике очистки каменных памятников [7]. Для очистки мраморных образцов были использованы следующие выходные рабочие параметры лазера: плотность энергии – 6,4… 19,0 Дж/см², частота повторения импульсов – 5 Гц, диаметр пучка – 2 мм. Доставка лазерного излучения к поверхности мрамора осуществлялась при помощи гибкого опто-волоконного кабеля, на конце которого закреплен ручной фокусатор (см. ил. 1).

Эксперименты продемонстрировали эффективное удаление микроорганизмов, была отмечена явная зависимость эффективности этого процесса от величины плотности энергии лазерного излучения. Несмотря на некоторые различия в особенностях воздействия на различные группы микроскопических грибов, был сделан вывод о том, что для полного удаления микромицетов при обработке мрамора излучением лазера Smart Clean II (или аналогичного по своим параметрам) нужно обеспечивать плотность энергии на уровне ≥ 19 Дж/см².

Результаты описанных в работе [7] модельных экспериментов с мраморными образцами хорошо согласуются с итогами выполненных нами практических работ по использованию технологии лазерной очистки в реставрации мраморных скульптур. Речь идет, в частности, о скульптуре «Зефир, качающийся на ветке» (скульптор – В. П. Бродзский, 1860 г., г. Рим, Италия) и бюсте «Примавера» (неизв. скульптор, нач. XVIII в., Италия) из собрания Государственного музея-заповедника «Царское село» [13, 14].

Перед началом реставрации оба этих памятника, выполненные из белого каррарского мрамора, имели значительные биологические поражения. В ходе микологического обследования скульптуры «Зефир» на ее поверхности были выявлены микроскопические грибы родов Alternaria, Cladosporium, Exophiala, Ulocladium, а при обследовании бюста «Примавера» (ил. 2) были идентифицированы микромицеты Alternaria alternata (Fr.) Keissl., Cladosporium herbarum (Pers.) Link, Exophiala jeanselmei (Langeron) McGinnis & A. A. Padhye, Rhodotorula sp. и отмечено наличие слоевищ накипных лишайников.

Ил. 1. Реставрационный лазер Smart Clean II (слева – облучение опытных образцов, справа – общий вид)

В ходе реставрации с помощью лазера были полностью удалены все имевшиеся на поверхности этих памятников очаги биопоражений, что проверялось в ходе повторной микологической экспертизы. На ил. 2 показано состояние бюста «Примаверы» до и после лазерной очистки.

По аналогии с модельными экспериментами на образцах мрамора были проведены эксперименты с образцами известняка и бумаги. В случае известняка лазерной обработке подвергались модельные образцы размером 2 × 2 × 2 см³, на которые искусственным образом наносились споры грибов. В экспериментах использовался тот же лазер Smart Clean II, однако в данном случае при тех же значениях частоты повторения импульсов (5 Гц) и диаметра пучка (2 мм) пришлось применять более высокую плотность энергии излучения (13–25 Дж/см²).

Ил. 2. Мраморный бюст «Примавера»: слева – общий вид до реставрации, справа вверху – состояние в процессе лазерной очистки (очищена левая половина), справа внизу – после лазерной обработки

В качестве биодеструкторов служили суспензии спор и мицелия изолятов микромицетов видов: Chaetomium globosum Kunze, Ulocladium consortiale (Thum.) E. G. Simmons, Aspergillus flavus Link. Изоляты данных микроскопических грибов были выделены с экспонатов Государственного Русского музея и хранились в коллекции микромицетов Ботанического института им. В. Л. Комарова РА Н. Представители данных родов относятся к наиболее распространенным видам микроскопических грибов-биодеструкторов. Культуры микромицетов выращивались на стандартных агаризированных питательных средах в течение 7–10 дней, затем с поверхности культуры делался смыв стерильной дистиллированной водой. Полученную суспензию спор наносили на поверхности образцов в количестве 0,2 мл на 4 см². Далее образцы делились на две группы и обрабатывались, соответственно, следующим образом:

1) высушивались при температуре 35°С в течение 5 часов, что не вызывало гибели спор, но препятствовало их прорастанию, и затем подвергались лазерной обработке;

2) помещались во влажную камеру при температуре 25°С на 3–4 суток для проращивания спор и образования поверхностного мицелия, после чего подвергались лазерной обработке.

Для проверки результатов обработки исследованных образцов при помощи лазера применялся метод смыва спор и мицелия с поверхности субстрата на питательные среды и их культивирование в термостате в течение 5–10 дней при температуре 25°С, после чего проводился подсчет числа выросших колоний.

В Табл. 1 представлены усредненные результаты, полученные в трех сериях экспериментов. Как видно из таблицы, под действием лазера происходило удаление микроорганизмов, при этом эффективность данного процесса напрямую связана с величиной плотности энергии лазерного излучения. Однако, 100 %-го удаления микромицетов удалось достигнуть не во всех случаях. Возможно, это связано с особенностями структуры известняка, более пористой, чем у мрамора.

Таблица 1. Зависимость эффективности удаления спор и участков мицелия с поверхности известняка от плотности энергии лазерного излучения

При работе с модельными образцами бумаги нами был использован волоконный иттербиевый лазер (модель «МиниМаркер М10», изготовитель – ООО «Лазерный центр», Россия). Он излучает на той же длине волны (1,06 мкм), что и модель Smart Clean, то есть также является инфракрасным лазером, однако имеет другие выходные параметры: средняя мощность до 10 Вт, длительность импульсов 10 нс, частота повторения импульсов 20–100 кГц.