养菌千日，方可对症下菌

大家可能见过这样的场景：工人师傅们对着那满是涂鸦的墙壁不断叹气，他们为了清理这些喷漆涂鸦甚至还使用了喷砂机、铲子、磨砂纸和油漆助溶剂等，但有些不太管用、有些成本高昂、有些会毁坏建筑基材。斑驳的图案和标语为整洁明快的城市徒增疮痍。

涂鸦清洁 | 来源：pinterest

涂鸦历史悠久源远流长，最早的涂鸦可以追溯到尼安德特人的洞穴壁画，在此后的不同历史时期，各种随手涂抹在特定建筑或物品上的文字、图画、符号等，以及现代旅游景区随处可见的“到此一游”，可能都基于“人过留名、雁过留声”的心理活动。

在许多城市建筑上被偷偷“快闪”的涂鸦放大私人愉悦，却对公共空间造成破坏，不良影响也被不断放大。

法国拉斯科洞穴壁画 | 来源：Wikipedia

生物定植、空气污染、人为处理清洁维护时操作不当或长期光照均可引起建筑结构发生退化。

在世界各地的墙壁、桥洞和地铁等处几乎都会看到风格各异的涂鸦。涂鸦会给各种类型的建筑材料带来破坏。且由于油漆中的挥发性气体的排放，还会造成一定程度的污染，许多场所因此降低了部分经济价值。

在公共场所和历史建筑的保护中，清除涂鸦（即常见的气溶胶喷漆）需要地方政府大量的财政支出。例如在2008年，西班牙政府为去除圣地亚哥德孔波斯特拉市建筑物上涂鸦，花费的成本超过 150,000 欧元。

Banksy涂鸦 | 来源：wikipedia

那么是否有既环保又不伤及基材又成本低廉的清洁方法呢？

科学家们把目光放在了细菌清洁的方向上。

使用细菌微生物清洁的第一个学术研究出现在1970年，Moncrieff和Hempel在大理石雕塑上使用生物压缩剂和带有微生物的敷料（选定的厌氧硫酸盐还原菌Desulfovibrio desulfuricans），以去除石头上的风蚀黑色结晶和盐分。

细菌生物清洁威尼斯Maria dei Miracoli教堂的圣母与圣婴和Campanile教堂钟楼底部 | 来源：Biocleaning on Cultural Heritage: new frontiers of microbial biotechnologies

在过去的五十年中，大多数此类研究都致力于通过使用非致病性厌氧微生物（主要是硫酸盐还原菌）从表面去除硝酸盐和硫酸盐以及有机物。最终研发出一种基于使用细菌微生物去除建筑材料上的涂鸦颜料，同时尽量不损坏基材的生物方法。

细菌生物清洁美第奇家族礼拜堂雕塑 | 来源：upfront

使用微生物（即细菌和真菌）去除涂鸦非常困难。因为涂鸦涂料的成分各不相同，包含各类颜料、粘合剂、溶剂和其他无机物添加剂。

因此，颜料可以是无机的或有机的，粘合剂可以是天然的（源自植物或动物）、合成的（主要为树脂，例如醇酸树脂、丙烯酸树脂和聚乙酸乙烯酯）或半合成聚合物（例如硝化纤维素）。涂鸦颜料的溶剂通常使用烃类溶剂、含氧溶剂和水，还包含少量不同的添加剂，例如增塑剂、分散剂、pH 缓冲剂和杀菌剂。

因此，清洁中使用的微生物菌株必须表现出对涂鸦涂料的高度耐受性，并且必须对油漆能产生消解的影响，还最好是在有氧条件下。

同时满足这些要求有一定的难度，因为在漆膜上发现的大多数微生物实际上不参与油漆的降解过程（如空气中的污染物）。

尽管困难重重，在世界各地仍有科学家在细菌清除涂鸦方面取得了不错的成果。

意大利科学家Ranalli为了使细菌们可以发挥作用专心“吃掉”残留的动物胶，曾“训练”细菌只以水和动物胶为食。

受到他的启发，科学家们将细菌与涂鸦颜料粉末共同培育，使细菌可以仅以涂鸦颜料粉末作为碳源来生长。

意大利科学家Giacomucci等人研发的细菌Desulfovibrio desulfuricans ATCC 13,541在厌氧条件下培养49天后，可降解硝化纤维素基粘合剂和涂在玻璃片上的红色涂鸦喷漆。

Giacomucci研究红色涂鸦颜料的细菌降解过程 | 来源：mdpi

美国科学家Sanmartín等人发现的细菌可以降解涂在玻璃片上的黑色涂鸦喷漆（含有醇酸和聚酯树脂粘合剂），属于节杆菌属、芽孢杆菌属、戈登氏菌属的九个细菌菌株、微杆菌属、泛菌属和假单胞菌属以及一种属于链格孢属的真菌菌株，这些微生物在有氧条件下培养了25天后成为良好的生物清洁剂。

Sanmartín细菌清洁涂鸦实验 | 来源：Bioremoval of Graffiti in the Context of Current Biocleaning Research

Sanmartín等人在后续工作中研究了另外8种细菌清除基质上的涂鸦的能力。

这些细菌来自美国类型培养集（ATCC）和德国Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH（DSMZ）的微生物集。

其中，产气荚膜杆菌ATCC 13048、picketti假单胞菌和一个未识别的芽孢杆菌物种的混合物ATCC 53922和Comamonas sp.ATCC 700,440对涂鸦颜料的存在表现出高度的耐受性，并有一定的能力降解样品表面的涂鸦。

Sanmartín的研究过程 | 来源：Bioremoval of Graffiti in the Context of Current Biocleaning Research

意大利科学家Germinario等人开发了一种基于脂肪酶催化活性的方法，用于去除马克笔墨水（也常被用于街头涂鸦）。

让我们来试着还原下他们的实验过程吧。

首先将细菌与涂鸦颜料粉末共同培育假设细菌可以仅以涂鸦颜料粉末作为碳源来生长。

(a)粉状涂鸦的制备(b)银色和黑色粉状涂鸦颜料 (c)辅以黑色粉状涂鸦颜料的应用溶液

接下来选择实验所用的岩石来模拟墙面涂鸦的基材，选用了轻微风化的花岗岩和人造混凝土。Silvestre花岗岩在维哥（西班牙蓬特韦德拉）周边开采，在该地区具有巨大的商业价值，因为它是目前最常用于民用和文物建筑的花岗岩之一。西班牙当地一家建筑公司还专门为这项研究赞助制作了人造石材的石浆。

天然和人造石材的未涂层和涂层样品

在这两种天然和人工石材涂层表面涂上各种颜色的涂鸦喷漆。待干燥后，按照 Sanmartín 的方案对它们进行灭菌。再用无菌刷子在两种石材的喷漆表面上均匀涂抹一层选定适应性细菌悬浮液，

再敷上4 4平方厘米的加湿棉花或 6ml的温琼脂，并在样品周围贴上胶带以防止琼脂滴溢出。然后将所有实验样品放在塑料托盘上并用塑料薄膜覆盖以防止悬浮液变干。并且在层流罩内进行处理，以尽量减少环境污染。

(a)将细菌悬浮液刷到石头样品的油漆层上后加入温热的琼脂 (b)琼脂处理过的石头样品 (c)使用琼脂（左）和棉花（右）载体处理并用塑料薄膜覆盖的石头样品

在室温下放置 20 天后移除琼脂和棉花，并用无菌水和无菌刷子清洁石材标本的表面，然后使其干燥以确保没有活的微生物留在处理过的表面上。再通过红外傅立叶变换 (FTIR) 透射光谱评估由于涂鸦颜料上存在细菌而引起的化学变化和细菌导致的涂鸦颜料降解。

在琼脂和棉花这两种方案中，细菌在涂鸦粉末中成功生长了20 天和 23 天。

被生物膜包围的涂鸦粉末颗粒的显微照片（白色箭头）

通过光学显微镜检查标本，发现涂鸦颜料粉末颗粒周围形成了生物膜，这意味着细菌确实试图在降解涂鸦颜料。

测试表明琼脂是最合适的载体，琼脂在整个实验期间的20天里都保持潮湿，且在反应结束清除时很容易去除。但棉花大约每五天就必须加水保持湿润，也比琼脂更容易被周围的真菌污染，在清除时棉线会粘在涂漆的样品上不易去除。

（a）混凝土上的黑色涂鸦层和(b)生物清洁处理20天后

在目视检查时也发现涂鸦颜料有明显的被细菌降解的痕迹。这种基于涂鸦的培养基可以帮助未来选择用于生物清洁目的的微生物。其他微生物也可以使用这种培养基进行评估，以提高涂鸦去除的效率、特异性和速度，

涂鸦清除是一项艰巨的任务，涉及许多因素，例如基材的类型（化学成分、质地、孔隙率、硬度等）、基材和油漆的风化程度以及涂漆和去除油漆之间的时间。

花岗岩和混凝土，或类似的建筑材料（如大理石和砖块）上的涂鸦，会因为建筑材料和涂鸦颜料结合得非常牢固难以去除。基材的孔隙率在粘合中起着重要作用，未来的研究应该测试不同材料表面的细菌清洁效果，如金属和石灰砂浆。

去除涂鸦后，多孔基材会留下永久性污渍，而塑料、釉面陶瓷、金属和玻璃基材更容易清洁。

此外，高压热水和化学溶剂（传统技术）可能会渗透基材并造成不可逆转的损坏。使用激光去除涂鸦技术的缺点是这会明显地改变基材的颜色（例如，引起变黄）。

与这些处理方法比，生物清洁对基材的影响相对最小，甚至能够保留基材原始的色泽，生物清洁的成本类似于使用基于溶剂的化学方法，甚至比激光和超声波等新的物理清洁方法更便宜，这项技术也在不断探索之中。

沉眠于岁月痕迹下的文物，细菌清洁还你最初的风采；随意喷涂破坏城市建筑的涂鸦，细菌清洁还你整洁美观的市貌。细菌清洁的可能性之路漫漫，未来我们继续上下求索。

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来源：as科学艺术研究中心

编辑：老头