用于石材保护的可持续抗菌壳聚糖薄膜先导研究：天然化合物对西西里东南部巴洛克石灰石的功效

从无声入侵者中拯救历史石材

南欧的历史教堂、宫殿和城市广场常以浅色石灰石著称，但近看其表面常被细菌及其他微生物形成的暗色薄膜所染。修复人员长期以来依赖强力化学品来清除这些“活的”污渍，但这些药剂可能危害人员、环境，甚至损伤石材本身。本研究探索一种更温和、更具针对性的方式：使用由天然材料制成的薄而临时的薄片来抑制微生物。

为什么微生物会危害石材

石灰石因易于雕刻且就地可得而被广泛用于纪念物，但其多孔特性使其易受损害。水分、污染和温度变化都会起作用，但微观生物尤为棘手。细菌、藻类、真菌和地衣能定殖于孔隙与粗糙处，形成色彩斑斓的薄膜和结皮，逐渐削弱石材。在列入联合国教科文组织世界遗产名录的西西里诺托山谷（Val di Noto），三种本地石灰石尤其容易遭受这种缓慢的生物性侵蚀。

从强力化学品到天然助剂

修复人员传统上依赖强效化学生物杀灭剂，包括酒精和合成盐类，来清除这些生长体。这些产品有效，但会在环境中残留、刺激工作人员，甚至促使微生物产生抗性。随着欧盟法规趋严和对这些风险认识的提高，研究人员转向植物源物质如精油。诸如百里香中的胸腺酚和柑橘皮中的柠檬烯等化合物可破坏微生物膜，同时更易降解且在谨慎使用时总体危害较小。挑战在于它们挥发性强，因此在石材表面的作用往往难以持久。

为石材设计的可移除天然“绷带”

本研究团队设计了一种以壳聚糖为核心的递送系统，壳聚糖是一种从甲壳类外壳获得的生物高分子。他们铸造成薄壳聚糖膜，并按不同比例掺入胸腺酚或柠檬烯。这些柔性薄片旨在有限时间内覆盖石材表面，像绷带一样将天然化合物保持在靠近微生物处，同时避免让石材过度湿润。处理后可将薄膜剥离，不会留下持久涂层。研究者首先在实验室确认了胸腺酚和柠檬烯已成功掺入壳聚糖，以及薄膜在厚度、表面结构和润湿行为上适合用于石材。

在微生物和真实石材上的功效测试

随后，科学家测试了这些薄膜抑制大肠杆菌（Escherichia coli，一种作为石材定殖微生物初步模型的标准实验室细菌）的生长能力。纯壳聚糖薄片无显著作用，但加入柠檬烯则产生随剂量增加而扩大的温和抗菌区。胸腺酚活性更强：含4%和6%胸腺酚的薄膜在周围形成大面积透明抑菌区，并在两个月内维持该效应，尽管该化合物具有挥发性。研究团队进一步将薄膜应用于经人工接种大肠杆菌的三种西西里石灰石小块。结果同样表明，富含胸腺酚的薄膜，尤其是6%配方，在所有石材类型上可完全抑制细菌生长，而柠檬烯仅在部分情况下且需更高浓度才有效。石材自身的纹理和孔隙率影响了处理效果，这强调了没有一种配方能适用于所有纪念物。

对未来保护工作的意义

对非专业读者而言，核心信息是：可能存在一种用临时可剥离薄片载入植物性抗菌成分来保护珍贵石材建筑的替代方案，减少对激进化学品的依赖。该先导研究并不宣称已找到完美配方，也不能取代对真实遗产现场所需的谨慎试验。然而，研究表明富含胸腺酚的壳聚糖薄膜能够提供可控的、持久的抗菌效果，同时可移除，可能对石材和环境更友好。通过进一步改良并在实际遗产地点及其本地微生物群上进行测试，此类薄膜有望成为修复人员保护共有石质遗产的有益工具。

引用: Cirone, M., Galiano, F., Bellizzi, D. et al. Pilot study on sustainable antimicrobial chitosan-membranes for stone conservation: efficacy of natural compounds on baroque limestones from southeastern Sicily. npj Herit. Sci. 14, 302 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02468-w

关键词: 石材保护, 文化遗产, 壳聚糖薄膜, 精油, 抗菌处理