Nauka dla Społeczeństwa

21.02.2024
PL EN
31.03.2023 aktualizacja 31.03.2023

Jony szansą dla zabytków zawierających celulozę

Dr Marek Barlak przy komorze próżniowej implantatora jonów w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. (Źródło: NCBJ) Dr Marek Barlak przy komorze próżniowej implantatora jonów w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. (Źródło: NCBJ)

Cenne przedmioty zbudowane z materiałów drewnopochodnych, takie jak stare książki czy rzeźby, można skuteczniej chronić przed zawilgoceniem bądź gniciem - ustalili badacze, którzy zwiększyli trwałość celulozy poprzez implantowanie jonów metali i gazów szlachetnych.

Główny składnik drewna, celuloza, wiąże wodę. Sprzyja to rozwojowi grzybów, także takich, które celulozę rozkładają. Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku i Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW) w Warszawie zainicjowali badania nad zwiększeniem trwałości celulozy za pomocą procesu implantacji jonów - poinformowały instytucje.

"Zabieg implantacji polega na modyfikowaniu warstwy wierzchniej materiału wiązką jonów określonych pierwiastków. O ostatecznych właściwościach przekształconej powierzchni decyduje m.in. umiejętny dobór rodzaju jonów oraz czas i sposób ekspozycji przedmiotu na wiązkę" - mówi dr Marek Barlak z Zakładu Technologii Plazmowych i Jonowych NCBJ, cytowany w materiale prasowym.

Do badań użyto celulozy bakteryjnej wyprodukowanej w Instytucie Nauk Drzewnych i Meblarstwa SGGW. Próbki wyglądały jak skrawki papieru o rozbudowanej fakturze. Implantację jonami gazów szlachetnych i metali zrealizowano w implantatorze pracującym w NCBJ. W komorze próżniowej próbki wystawiano na działanie wiązki jonów o średnicy około 6 cm i energii kinetycznej dobranej w taki sposób, aby rozpędzone cząstki mogły się zagłębić w warstwie powierzchniowej materiału na precyzyjnie dobraną głębokość.

Zdjęcia mikroskopowe próbek celulozy, powiększenia ok. 2000x, kolory sztuczne. Górny rząd: próbka wyjściowa oraz próbka implantowana cynkiem poddana działaniu grzybów (widoczne liczne czarne pęknięcia świadczące o rozkładzie celulozy). Dolny rząd, obie próbki poddane działaniu grzybów: po implantacji miedzią (pęknięcia pojedyncze; w prawej części kadru widoczne nitki grzybów) oraz po implantacji srebrem (brak pęknięć). (Źródło: NCBJ/SGGW)
Zdjęcia mikroskopowe próbek celulozy, powiększenia ok. 2000x, kolory sztuczne. Górny rząd: próbka wyjściowa oraz próbka implantowana cynkiem poddana działaniu grzybów (widoczne liczne czarne pęknięcia świadczące o rozkładzie celulozy). Dolny rząd, obie próbki poddane działaniu grzybów: po implantacji miedzią (pęknięcia pojedyncze; w prawej części kadru widoczne nitki grzybów) oraz po implantacji srebrem (brak pęknięć). (Źródło: NCBJ/SGGW)

W badaniach nad hydrofobowością celulozy rolę pocisków odegrały jony gazów szlachetnych, helu i argonu, implantowane osobno w dwóch dawkach. We wszystkich przypadkach zmodyfikowane fragmenty próbki wykazywały wyraźnie mniejszą zwilżalność, niż obszary powierzchniowo niezmodyfikowane. Analizy ujawniły, że jony argonu lokowały się stosunkowo płytko, w warstwie leżącej ok. 70 nanometrów pod powierzchnią, podczas gdy hel wnikał na głębokość nawet 600 nm. Jak oceniają naukowcy, zaobserwowane różnice pozwolą w przyszłości lepiej dopasować rodzaj implantacji do właściwości i stanu zabezpieczanego przedmiotu.

W drugim etapie badań wykorzystano jony metali: miedzi, cynku i srebra - pierwiastki obecne w związkach stosowanych do ochrony drewna przed grzybami. Implantację każdym metalem zrealizowano w dwóch zróżnicowanych dawkach. Zmodyfikowane próbki przewieziono następnie do SGGW, gdzie zostały umieszczane w obecności grzybów Trichoderma viride i Chaetomium globosum. Wyniki badań okazały się obiecujące wyłącznie dla próbek zmodyfikowanych większą dawką jonów srebra.

„Nasze testy biologiczne wykazały, że jony srebra zaimplantowane na powierzchni celulozy działają biobójczo na jeden z ważniejszych grzybów odpowiedzialnych za rozkład celulozy, mianowicie Trichoderma viride. W naturze te mikroskopijne grzyby można znaleźć na powierzchni rozłożonego drewna, powszechnie występują także w glebie” - mówi dr Izabela Betlej z SGGW, pierwsza autorka artykułu - link: https://doi.org/10.3390/coatings13020254 opublikowanego w czasopiśmie „Coatings”.

Naukowcy z NCBJ i SGGW podkreślają, że przy zmniejszaniu zwilżalności i zwiększaniu grzyboodporności implantacja nie zagrażała próbkom. Temperatura ich powierzchni nigdy nie przekroczyła 50 stopni Celsjusza, wartości bezpiecznej nawet dla materiałów organicznych. Proces trwał kilka minut. Jedyne ograniczenie metody zabezpieczania celulozy wiąże się z rozmiarami komory próżniowej implantatora, która musi pomieścić cały modyfikowany obiekt. (PAP)

Nauka w Polsce

kol/ zan/

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

Copyright © Fundacja PAP 2024