The PlasmaArt Project – Application of Atmospheric-Pressure Plasma Jets in Conservation-Restoration of Wooden Objects

Projekt PlasmaArt realiziran je kao suradnja Instituta za fiziku (kao nositelja projekta) i Hrvatskog restauratorskog zavoda uz suradnju s Prehrambeno-biotehnološkim fakultetom i Biološkim odsjekom Prirodoslovnomatematičkog fakulteta. Projekt je poglavito financiran sredstvima Zaklade Adris grupe i manjim dijelom projektom IP-11 2013-2753 Hrvatske zaklade za znanost, a njime smo ispitali primjenu hladnog atmosferskog plazmenog mlaza na drvenim testnim pločicama koje vjerno simuliraju umjetnine od drva u svrhu dezinfekcije i uklanjanja stratigrafskih slojeva oslika. Iz etičkih razloga eksperimentalna ispitivanja nisu provedena na pravim umjetninama. Atmosferski plazmeni mlaz nastaje tako da se kroz staklenu kapilaru u kojoj je smještena elektroda propuhuje plin (Ar, He ili mješavina Ar i O2). Na elektrodu se narine visokofrekventni (20 kHz) visoki napon (7 kV). Atmosferski plazmeni mlazovi hladni su tip plazmi, temperature mlazova su oko 30 - 50 °C, dok je zagrijavanje tretiranog materijala puno manje (tek se nekoliko °C lokalno povisi temperatura tretiranog uzorka) pa nema nikakve termalne štete. Obrade plazmenim mlazovima Ar i He izvođene su tako da je mlaz bio usmjeren u jednu točku na površini testne pločice ili da je pločica pomicana u odnosu na mlaz. Obrada uzoraka plazmenim mlazom je beskontaktna (nema mehaničkog kontakta pa time ni mehaničkih oštećenja), a udaljenost plazmenog mlaza od uzorka može utjecati na jačinu međudjelovanja mlaza i površine, čime se može kontrolirati jačina, odnosno učinkovitost obrade. Beskontaktni hladni atmosferski plazmeni mlaz omogućio bi sigurniju obradu drvenih umjetnina kao alternativa uporabi metil-bromida, alkohola (etanol) i mehaničkog uklanjanja mikroorganizama. Ideja je da se plazmenim mlazom uklanjaju nečistoće s površina (procesima jetkanja s pomoću kisikovih radikala) i deaktiviraju mikroorganizmi, kao što su gljivice, budući da je plazmeni mlaz kemijski vrlo aktivan (MOUNIR LAROUSSI, 2002) (UV svjetlo, radikali, ozon, peroksid). Također se ispitivala mogućnost uklanjanja stratigrafskih slojeva oslika testnih pločica. Pri uklanjanju stratigrafskih slojeva udaljenost mlaza bila je 0,5 cm i s duljim djelovanjem na jednu točku na površini, za razliku od obrade dezinfekcije u kojoj je udaljenost bila 1 – 1,5 cm sa znatno kraćim vremenskim djelovanjem na jednu točku. U prvom dijelu projekta za ispitivanje uklanjanja stratigrafskih slojeva oslika izrađeno je 12 posrebrenih i 12 pozlaćenih pločica (dimenzija 3 cm x 3 cm x 2 cm). Metalizacija je izrađena samo na gornjoj stranici pločica. Testne pločice su dodatno višeslojno oslikane i/ili lakirane, s ciljem da se što vjernije imitiraju višestruki preslici, lakovi i naknadne intervencije koje se često nalaze na pravim umjetninama. Mikrouzorci slikanog sloja pločica uzeti prije i nakon obrade plazmenim mlazom poslužili su za precizniju analizu dobivenih rezultata uklanjanja stratigrafskih slojeva. Nakon probi uklanjanja stratigrafskih slojeva, može se zaključiti da plazmeni izvor nije učinkovit u tu svrhu. Naročito nije moguće uklanjati svaki sloj zasebno. Pri obradi na posrebrenim testnim pločicama primijećeno je da srebrni listić površinski oksidira pri kontaktu s plazmenim mlazom ako nema nikakav zaštitni sloj (npr. lak) na površini. Međutim, primjetna je morfološka promjena tretiranih slojeva na svim testnim pločicama. Te novonastale morfološke promjene laka nakon obrade potrebno je bolje istražiti zbog kemijskih promjena, a time se otvara mogućnost izvođenja novih istraživanja. Zaključeno je da tim tipom plazme nije moguće ukloniti stratigrafski sloj s površine, ali je primjetna morfološka promjena tretiranog sloja. U drugom dijelu projekta ispitivano je djelovanje hladnog plazmenog mlaza u svrhu dezinfekcije drvenih testnih pločica kontaminiranih gljivičnim micelijem. Prije ispitivanja utjecaja plazmenog mlaza na rast gljiva, uspostavljen je sustav uzgoja uzročnika truleži drva, i to vrsta Coniophora puteana i vrsta Serpula lacrymans na testnim pločicama. U tu svrhu izrađene su pozlaćene testne pločice od tri vrste drva (lipa, smreka, bukva), od kojih su najčešće izrađene drvene polikromirane skulpture na našem području. Utvrđeno je da gljivična vrsta C. puteana brže raste u eksperimentalnim uvjetima pa je ona korištena u ispitivanju učinkovitosti plazmenog mlaza na dezinfekciju testnih pločica. Sve tri vrste drva bile su podjednako dobar supstrat za rast gljiva, no u daljnjim pokusima korištena je lipa. Komadići krute hranjive podloge prorasli micelijem naneseni su na testne pločice i smješteni u zatvoreni sustav s visokim sadržajem vlage potrebnim za rast gljivičnih vrsta. Nakon sedam dana pri 18 °C micelij je dovoljno porastao, odnosno prekrio određeni postotak površine pozlaćenih testnih pločica. Taj postotak bio je referentni podatak u odnosu na koji se određivao daljnji rast gljiva nakon obrade. Uzorci su obrađeni različitim vrstama hladne plazme. Nakon obrade, uzorci su vraćeni u sustav na još osam dana kako bi se pratilo je li došlo do oporavka gljivice. Za proučavanje učinkovitosti dezinfekcije testnih pločica kontaminiranih gljivicama vrste C. puteana atmosferskim plazmenim mlazom načinjeno je više obrada s tri plina (helij, argon i mješavina 90 % argona i 10 % kisika) i s dvije duljine obrade (dvije minute i pet minuta). Testne pločice su pri obradi pomicane u odnosu na mlaz, kako bi se tretirala cijela gornja površina pločice na kojoj su bile izrasle gljive. Za usporedbu, testne pločice tretirane su alkoholom (96 %-tni etanol) i mehanički (standardna obrada u restauriranju/konzerviranju). Svaka obrada izvodila se na tri testne pločice da se dobiju statistički podaci za kvantizaciju učinkovitosti obrade plazmenim mlazom. Ispitivanje dezinfekcije testnih pločica dalo je pozitivne rezultate, što je bio i glavni cilj projekta. Rezultati ispitivanja pokazali su da je plazmeni mlaz Ar najučinkovitiji, budući da uvjetno nakon prve obrade nije bilo daljnjeg rasta gljivica. Također, plazmeni mlaz Ar/O2 znatno uspori napredovanje gljivica. Općenito se postiglo da obrada atmosferskim plazmenim mlazom, bez obzira na vrstu plina, daje bolje rezultate nego mehaničko uklanjanje gljivica. Uklanjanje alkoholom (96 %-tni etanol) također se pokazalo vrlo učinkovitim, odnosno potpuno je zaustavilo rast gljivica. Međutim, pri toj obradi pojavila su se i oštećenja na površini testne pločice, što je svakako negativan učinak. Iako bi bilo dobro nastaviti i proširiti ispitivanje, dobiveni rezultati upućuju na mogućnost korištenja atmosferskog hladnog plazmenog mlaza u svrhu dezinfekcije predmeta od drva. Na kraju se može zaključiti da je projekt otvorio nove mogućnosti istraživanja primjene hladnog atmosferskog plazmenog mlaza u konzerviranju-restauriranju umjetnina. Istraživanja se mogu provoditi, osim na drvu, i na drugim osjetljivim materijalima, kao što su papir i platno, što će biti tema naših budućih interdisciplinarnih istraživanja.The PlasmaArt project was realized as a collaboration between the Institute of Physics and the Croatian Conservation Institute. The project was funded mainly by the Funds of the Adris Group, and to a lesser extent by project IP-11-2013-2753 of the Croatian Science Foundation. The main idea of the project was to test the application of cold atmospheric plasma jets on wooden test plates that simulate wooden artwork for the purpose of disinfection and removal of stratigraphic layers of overpaint. For ethical reasons, experimental research was carried out not on real artwork, but on wooden test plates which had been prepared to simulate wooden artefacts. (The samples were silver-plated and gold-plated plates, painted and varnished to faithfully represent real artwork.) To test the efficiency of the disinfection effect, some of the test plates were contaminated with fungal mycelia, and to test the removal of stratigraphic layers, the rest of the silver-plated and gold-plated test plates were covered with several layers of paint and varnish. The prepared test plates were treated with cold atmospheric-pressure plasma jets. The results showed that the stratigraphic layers could not be removed, and it was not possible to remove each layer separately. As a result of the disinfection procedure, positive effects were obtained in comparison to standard procedures used in conservation, while the efficiency depended on the type of plasma and the length of the treatment. It was found that the cold atmospheric-pressure plasma jet was an effective source for disinfection of wooden artwork in the conditions described in this paper