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Materials：浙江大学胡瑜兰团队——用于木质文物原位浸水保护的海藻酸钠微胶囊

已有 116 次阅读 2026-6-2 16:46 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

学者介绍

通讯作者简介：胡瑜兰，博士，副教授。博士生导师，国家自然科学基金审评专家。主持国家重点研发课题1项，国家自然科学基金资助项目3项，负责浙江省自然科学基金、浙江省文物局等项目多项，作为主要研究者参加多项国家级科研项目，包括国家重点研发计划、国家自然科学基金项目等。获得浙江省科技进步奖三等奖1项，武警部队科技进步奖二等奖1项，参与获得浙江大学教学成果奖2项。参编英文专著2部。已发表 SCI 收录论文80余篇，出版著作4部。目前从事的主要研究方向包括为基于生物技术的文化遗产的保护，包括基于 DNA 的文物材料及微生物检测，文物微生物的防治及文物修复的研究等。中国文物保护技术协会会员，中国文物保护协会文物保护教育专业委员会委员，浙江省考古协会理事，SCI 收录期刊 Coatings 期刊编委及客座编辑，Nature 旗下期刊Humanities and Social Sciences Communications (SSCI 和 A&HCI 双收录) 编委，Journal of Archaeological Science、Science of the Total Environment、Npj Heritage Science、Coatings、Annals of Microbiology、Environmental Science and Pollution Research、Forests、Journal of cultural heritage 等期刊通讯审稿人。

第一作者简介：王彪，博士研究生。在读期间曾获得国家奖学金、郭谢碧蓉奖学金、罗伯托·罗卡奖学金。在 Heritage Science、Archaeometry 等国际高水平期刊发表学术论文20余篇。目前从事的主要研究方向为文物材料分析检测、文物微生物的防治及文物保护材料的研究等。任国际期刊 Global Heritage 青年编委。

文章导读

文物和文化遗产是不可再生、不可替代的中华优秀文明资源。保护好文物和文化遗产，就是保护好中华民族精神生生不息的根脉。木质文物作为中华文明重要载体，对木质文物保护尤为重要。南方潮湿环境土遗址的保护，被称为“世界级难题”。潮湿环境土遗址保护难，而半干半湿的木质文物保护更难！

田螺山遗址作为河姆渡文化的核心代表性遗址，出土大量木构建筑遗迹，是河姆渡文化干栏式木构建筑从起源到成熟完整发展序列的重要实证，具有不可替代的历史、科学与艺术价值。为保护田螺山遗址木质文物，浙江大学胡瑜兰老师及其团队在 Materials 期刊发表的文章 (Alginate-Encapsulated Oregano Essential Oil Microcapsules for the Conservation of Waterlogged Archaeological Wood)，介绍新开发适用于木质文物原位浸水保护的抑菌剂。团队以生物相容性优异、环境友好的海藻酸钠 (SA) 为壁材，通过离子交联法制备牛至精油负载微胶囊 (OEO@SAM)，系统优化微胶囊制备工艺，全面表征其理化结构与缓释性能，验证其对田螺山遗址木质文物表面典型微生物的抑制效果，为木质文物的原位浸水保护提供一种新型绿色、安全高效的抗菌材料。该项研究对于木质文物原址保护具有重要意义。

研究过程与结果

1. 微胶囊制备工艺的系统优化

团队基于海藻酸钠微胶囊的经典制备工艺，结合牛至精油的包埋特性，先设计多水平预实验，以乳液稳定性和微胶囊成型性为核心指标，初步筛选出有效工艺参数区间；进一步以精油包封率 (EE) 为核心评价指标，开展正式正交实验，系统探究牛至精油 (OEO) 与 SA 配比、SA 浓度、CaCl₂ 交联剂浓度对微胶囊包封效果的影响。

抑菌剂多因子实验超景深照片

结果表明，OEO:SA 配比是调控包封率的核心主导因素，包封率随精油占比的升高呈显著下降趋势。最终确定最优制备工艺为 OEO:SA=0.5、SA 浓度 3%、CaCl₂ 浓度 3% 的工艺组合，为该材料的规模化制备与现场应用提供工艺参数支撑。

2. 微胶囊理化性质全表征

团队通过扫描电镜 (SEM) 结合能谱分析 (EDS)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)、X 射线衍射 (XRD)、热重分析 (TGA) 及 BET 比表面积测试，对最优工艺制备的 OEO@SAM 进行系统的理化表征，全面解析微胶囊的结构特征与稳定性。

抑菌剂理化性质表征

形貌分析结果显示，OEO@SAM 截面呈现出规则的多孔空腔结构，为精油的缓释提供连续的传输通道；EDS 与 FT-IR 结果证实，牛至精油与乳化剂 Tween-80 被成功包埋于海藻酸钠的 Ca²+ 交联网络中，且壁材的交联结构保持完整，从根本上保障微胶囊的结构稳定性；XRD 结果表明，微胶囊呈现无定形结构，更利于精油的均匀分布与稳定释放；热重分析验证微胶囊具有良好的热稳定性，BET 测试显示其致密的结构特征可有效降低精油的扩散速率，为长效缓释奠定结构基础。通过零级、一级、Higuchi、Ritger-Peppas 四种经典动力学模型对释放数据进行拟合，发现零级方程的拟合度最高 (R²=0.9959)，表明精油的释放速率近乎恒定，可实现匀速长效释放；Ritger-Peppas 模型拟合结果显示 n>0.85，证实微胶囊的释放机制以海藻酸钠骨架溶蚀为主。

3. 微胶囊的抗菌性能与保护效果验证

团队以田螺山遗址木质文物中分离鉴定得到的4种微生物为测试对象，通过抑菌圈法、最低抑菌浓度 (MIC) 测试和实验室模拟保护实验，系统评价 OEO@SAM 的抗菌性能与文物保护效果。抑菌圈实验结果显示，OEO@SAM 对所有测试菌株均表现出显著的抑制效果，最高抑菌圈直径达24.67±0.58 mm；MIC 测试表明，仅需 0.71 g/L 的 OEO@SAM，即可实现对所有测试菌株生长的抑制，满足遗址原位浸水环境的低剂量高效抗菌需求。为期1个月的实验室模拟保护实验进一步证实，投加 OEO@SAM的实验组，抑菌剂有效抑制微生物对木材的侵蚀，直观验证该材料的实际应用效果。

抑菌剂抑菌实验

研究总结

本研究通过离子交联法成功制备海藻酸钠包埋牛至精油微胶囊 OEO@SAM，通过正交实验优化核心制备工艺，实现牛至精油的高效包埋与稳定负载，解决天然精油在木质文物原位浸水保护中的核心技术瓶颈。得到微胶囊具有稳定的交联结构、良好的热稳定性与适配的多孔截面结构，为精油的长效缓释提供结构保障；其精油释放行为符合零级动力学模型，以海藻酸钠骨架溶蚀为主要释放机制，在水相中实现平稳持续释放，有效克服牛至精油高挥发性的缺陷。同时，OEO@SAM 对田螺山遗址典型微生物展现出优异的抗菌活性，实验室模拟实验验证其对木质文物的良好保护效果，且材料绿色环保，对文物本体无损伤，完全契合文物保护安全、可控、最小干预的核心原则。为河姆渡文化田螺山遗址乃至同类湿地木质遗存的原位浸水保护，提供全新的材料选择与技术思路。同时，团队也指出，当前制备的微胶囊缓释周期约为两周，在遗址实际应用中需频繁补充投加，且实验室受控环境与遗址现场复杂的水环境 (pH、温度、有机质含量等动态波动) 仍存在差异，微胶囊在现场复杂环境下的稳定性与抗菌效果仍需进一步验证。后续研究将聚焦于提高包封率、调控缓释周期以及遗址现场中试应用，推动该材料从实验室研究走向文物保护现场的实际落地。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/1996-1944/19/4/827