用微生物修复岩土文物

2024-08-13 16:47:15 来源：科技日报

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当微生物遇上石刻文物会如何？自然环境中，细菌、真菌、藻类及地衣等微生物会对石刻文物造成腐蚀和侵害；在科研人员的手中，微生物却成为修复石刻文物的“小能手”。

近日，记者从重庆大学获悉，中国工程院院士、重庆大学土木工程学院教授刘汉龙团队将微生物矿化加固技术应用于岩土文物修复中，创新的微生物矿化修复技术在大足石刻等千年古迹得到应用。这是我国岩土文物保护的绿色环保新技术。

位于重庆的大足石刻与敦煌莫高窟、龙门石窟以及云冈石窟齐名，是我国石窟艺术宝库中的璀璨明珠。然而，除了岩体失稳，大足石刻面临水的侵蚀、石质风化、生物病害等众多“致病”因素。尤其是生物分泌物导致的表面污染、腐蚀性液体对石质和彩绘的侵蚀，以及植物根系造成的开裂脱落，都是大足石刻不得不面对的“病痛”。

以往，针对石刻类文物风化、粉化、残断等问题，主要采用有机高分子材料进行修复。但随着修复工作的大范围开展，有机高分子材料的弊端逐渐显现。如有机合成材料在高温高湿环境下的干燥性能、固化能力、防霉抗菌性及其耐候性等问题，越发不适合部分石质文物的补配修复。

“新型保护修复材料的研发一直是文物保护领域的热点研究课题。”在重庆大学岩土实验室的微生物土实验室内，重庆大学岩土文物保护研究中心副主任杨阳展示着陈列的培养器皿说，这里面都是他们精心培育的十多种“听话”的微生物。这些微生物来源于复杂的自然环境，经过科研人员的筛选和培养后，成为了修复岩土文物的“小能手”。

微生物矿化作为自然成矿作用的一种，广泛存在于地质演变过程中。“自然界中珊瑚礁的形成过程就是微生物矿化最直观的体现。”杨阳解释说，微生物生长繁殖和代谢活动中发生的一系列生物化学反应，可以诱导生成碳酸盐、磷酸盐等沉淀，珊瑚虫就是通过分泌碳酸钙构建了自己的家园。不过在自然环境下，生物矿化反应温和且耗时漫长，而科研人员通过人为干预生物矿化反应过程，实现对微生物矿化速率的控制，成为低碳、高效的土体加固技术新思路。

刘汉龙团队率先开展岩土微生物技术方面的研究，微生物加固技术已经运用在边坡堤坝加固、道路修建和防止土壤侵蚀、水槽池塘修筑、沙漠防尘、近海岸基加固等岩土工程相关领域。在刘汉龙的指导下，团队开辟了岩土微生物技术在岩土文物保护修复的应用新领域。

为了最大限度降低微生物与环境影响的排斥性，文物的修复需要因地制宜，在当地找到可矿化的微生物。“我们研发了一套自己的可矿化微生物培养方法，可以快速筛选出当地可用于修复的微生物。”杨阳说，利用基于微生物代谢产物的微生物矿化修复技术对文物进行保护修复，不仅兼容性高、无毒无害、绿色环保、耐候性强，而且修复过程“动作轻柔”，文物受意外伤害概率小，契合了石质文物修复“最小干预”“不引入异物”的特殊需求。

目前，刘汉龙团队已与云冈研究院达成合作，将用该技术对云冈石窟的文物进行保护。杨阳表示，他们将继续创新微生物矿化修复技术，让科技守护文化根脉。