古代彩绘文物胶结材料免疫分析技术*

2015-05-25 04:16胡文静张秉坚
自然杂志 2015年5期
关键词:彩绘抗原荧光

胡文静,张秉坚②†

①浙江大学化学系,杭州 310027;②浙江大学文物与博物馆学系,杭州 310027

古代彩绘文物胶结材料免疫分析技术*

胡文静①,张秉坚①②†

①浙江大学化学系,杭州 310027;②浙江大学文物与博物馆学系,杭州 310027

胶结材料是彩绘类文物(如各种壁画、建筑彩绘、陶质彩绘等)颜料层的重要组成部分。古人常用天然生物材料,如蛋清、皮胶、骨胶、桃胶等作为彩绘颜料的调和剂。检测文物胶结材料的成分不仅是研究文物工艺史的需要,对于这些濒危文物的加固保护也具有十分重要的意义。但是,由于胶结材料含量很少,杂质多、易老化、流失快,加之分析检测技术的局限性,使得彩绘类文物胶结材料的检测成为当今文物分析领域中比较困难的课题。在现代分子生物学基础上建立起来的免疫分析技术,利用抗体和抗原之间的特异反应,可以高度灵敏地鉴定出目标生物源分子。目前,国内外在采用免疫分析技术鉴别文物成分方面已经取得了许多研究成果,特别是以酶联免疫技术(ELISA)和免疫荧光显微镜技术(IFM)为代表的免疫分析技术在鉴别文物生物源胶结材料方面具有明显的优势。综述了国内外的相关研究进展以及本实验室的有关研究工作,同时提出,现有免疫分析技术以及在其基础上发展起来的高灵敏图像示踪的化学发光免疫技术(CLIA)等在文物微量成分检测和空间分布确定等方面还具有很大的发展潜力。

彩绘文物;胶结材料;免疫分析;酶联免疫技术;免疫荧光显微技术

中华文化历史悠久,留存下大量精美珍贵的物质遗存。这些文物除了文化和艺术价值,同时也是研究古代文明和探索历史进程的重要物证。彩绘类文物,如各种壁画、建筑彩绘、陶质彩绘等是文化和艺术价值最高的一类文物。研究表明,古代彩绘一般是以天然无机矿物粉体为颜料,加入胶结材料,经过调配,再经过涂绘而制成[1]。胶结材料是彩绘类文物的关键成分之一[2]。分析胶结材料的成分不仅是研究文物工艺史的需要,而且对于濒危文物病害机理的研究,以及设计和实施加固保护措施也都具有十分重要的指导意义。中国古代彩绘常用的胶结材料主要是一些天然生物材料,如蛋清、皮胶、骨胶、血液、桃胶等。这些天然生物材料往往含量少、杂质多、易老化、流失快,加之分析检测技术的局限性,使得彩绘类文物胶结材料的分析成为现代文物分析领域中比较困难的课题。

1 传统检测技术

文物胶结材料的传统检测技术主要有化学分析法和仪器分析法等。化学分析法主要是通过观察反应过程中颜色的变化、溶解度及其熔点等物理化学性质来鉴别文物中有机物的具体成分。本课题组已成功研发出一套从古代遗存物中检测微量有机胶凝材料(包括淀粉、蛋白质、油脂、血料、糖分等)的化学分析方法[3-4]。仪器分析法主要是以光谱、色谱和质谱技术以及毛细管电泳技术为代表,以获取文物中有机成分的图谱信息[5-12]。其中,气质联用技术(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)、红外光谱法(FTIR)和串联质谱法是最常用的检测技术。气质联用技术[13-15]和高效液相色谱法[16-21]通过分析样品中氨基酸组分分布的特征,来实现对溶解后蛋白分子结构的检测分析。该类方法的主要缺点是样品需要在无机溶液中进行分离纯化、蛋白质水解和衍生色谱分析等复杂的预处理过程,使得部分与蛋白质生物源相关的信息减少,也会造成各类有机成分中定位和空间分辨相关信息的丢失。此外,采用复杂的操作会大大增加样品损失和污染的可能性。红外光谱法是彩绘文物中蛋白类胶结材料检测分析的一种常用方法,被广泛应用于文物保护领域[22-26]。不过,由于彩绘文物本身成分复杂,具有内在非均质性的特点,来自不同的化合物的复杂红外谱信号会妨碍光谱中蛋白质的明确识别。此外,该方法缺乏特异性,无法实现蛋白质如动物胶、鸡蛋和牛奶之间的区分。最近,有人提议可以将拉曼光谱与多元统计分析法相结合作为一种检测技术,用于蛋白质胶结材料的识别[27]。

2 免疫分析技术

相对于传统检测技术,在现代分子生物学基础上建立起来的免疫分析技术,利用抗体和抗原之间的特异反应,可以高度灵敏地鉴定出目标生物源分子,因此在古代彩绘类文物胶结材料的分析方面具有特有的优势,可以很容易地区分不同种类的胶结材料,并且可以鉴定同一类别胶结材料的不同生物学来源。对于老化降解的胶结材料,这种方法同样具有优势,因为只要降解产物中还残存一个表位,就可能将其识别出来。

免疫分析技术的基本原理是抗体和抗原之间的相互作用,检测的灵敏度取决于抗体和抗原之间反应的特异性和灵敏性。到目前为止,免疫分析技术已经实现以鸡蛋、牛奶、动物胶、植物胶、酪蛋白等蛋白类物质作为胶结材料的古代壁画和彩绘雕塑等文物的鉴别[28-31]。检测中,被检测材料视为抗原,通过观察哪一种抗体会与之反应生成抗原抗体复合物,并借助一些标记物,如放射性同位素、荧光素、酶、化学发光体等,来判断抗原抗体复合物生成的信息,进而定性或定量地鉴别出被检胶结材料。

目前,按照标记技术的不同,免疫分析技术主要分为免疫酶技术、荧光抗体技术、放射免疫技术、免疫胶体金技术和化学发光免疫技术五种。综合考虑各方面因素和技术本身的特性,免疫酶技术、荧光抗体技术成为常用的两类技术,而应用最广泛的是免疫酶技术中的酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immuno-sorbent assay,ELISA)。

2.1 免疫分析技术发展历程

早在1942年,Coons[32]就用荧光素成功标记了抗体。1962年考陶尔德学院的Jones[33]首次发表文章,提出将抗原抗体反应的特异性运用于鉴别胶凝材料中的有机物。Jones运用免疫扩散技术,其原理是壁画颜料的蛋白质提取物与抗体在凝胶两端自由扩散,若观察到一条肉眼可见的沉淀线,则说明发生了抗原抗体反应,即该蛋白质提取物中含有抗体对应的抗原。或许是因为该技术灵敏度不高,Jones并没有从古代壁画颜料层中检测出蛋白质。

1971年Johnson和Packard[28]首次提出将免疫荧光技术(IFM法)应用于检测胶凝材料中的蛋白质,他们使用一种抗体(即直接免疫荧光法)和简易的荧光显微镜检测出老化蛋彩画(temper painting)横截面中的鸡蛋清。1982年Talbot[34]使用单抗体和简易荧光显微镜鉴别出仿制样品中的卵清蛋白和保护处理后的工艺品中的酪蛋白。1988年Wolbers[35]首次提出将IFM法的双抗体技术(即间接免疫荧光法)应用于文物胶结材料的检测。1989年Kockaert等[29]比较系统地研究了检测卵清蛋白胶结材料的IFM方法,他们检测了13幅绘画和5个彩绘雕像颜料层的横截面。结果显示老化对卵清蛋白的检测影响很小;同时发现被检测物的自发荧光会干扰检测,特别当荧光与被检颜料层颜色相似时,很难区分自发荧光与染色荧光;另外还发现IFM方法的重复性差,一次实验没有检出荧光并不代表颜料层中不含卵清蛋白,可能只是单次实验没有检测到。

到1990年,ELISA开始被科研工作者用于考古。他们用ELISA检测考古挖掘发现的骨头的生物来源、工艺品中的血迹和颜料中的胶结材料[30,36-37]。另外,ELISA也被用于检测金属、岩石和木材上腐败的微生物[38]。1996年美国盖茨保护所的Scott等[30]采用ELISA检测出美国丘马什族印第安人的颜料沉积物的胶结材料为动物血和人血。Schweitzer等[39]在2002年发表的文章认为ELISA可以检测严重老化的蛋白质。他们在10~30万年前的头盖骨化石中发现了具有免疫活性的多肽。

2001年,Ramírez-Barat等[40]的文章提出了一些重要的配套技术。他们提出可以先用胰蛋白酶处理老化的蛋白质,使蛋白质的抗原决定基裸露并且与抗体反应。同时,为了减少非特异性的抗体吸附,可以在一抗孵育之前使用封闭液。封闭液是由在本次实验中没有免疫活性的蛋白质组成,它可以与蛋白质的非特异性结合位点结合,这样就排除了抗体与蛋白质非特异性结合的可能。另外,他们提出理论上可以使用三抗体法来加强荧光效果。三抗体法分三步进行:第一步,一抗与抗原上的抗原决定簇特异性结合;第二步,多个二抗与一抗特异性结合;第三步,多个荧光标记的三抗与二抗特异性结合。这样通过一系列的反应,信号被一步步地放大。这是一个重要的技术突破,由此使IFM法用于古代彩绘胶结材料的常规检测成为可能。

2004年,Heginbotham等[41]提出使用ELISA和IFM两种方法来检测颜料胶凝材料中的蛋白质,以发挥两种检测技术各自的优点,弥补对方的缺点。他们成功地从17世纪的雕塑彩绘中检测到蛋清,并且将其精确定位。

2008年Vagnini等[42]对IFM法在科技考古方面的分析能力进行了研究。他们分别采用2套抗体检测绘画横截面中的卵清蛋白和牛血清蛋白,研究了3种不同的颜料和2种不同的基底对免疫荧光法检测的影响。卵清蛋白和牛血清蛋白分别是蛋清和牛乳存在的标志。最后,他们使用激光共聚焦显微镜观察免疫荧光。在激光共聚焦显微镜中,荧光是由一个激光光源激发的。单光源发出非常强烈的光免除了过滤入射光的需要,简单的发射过滤器使散射现象得到有效的抑制。该显微镜还可以通过聚焦深度的不同,采集一个样品不同深度的图像。研究者发现,背景荧光主要存在于样品横截面的最外层,因此通过调节显微镜的聚焦深度,可以在一定程度上排除背景荧光。显微镜技术的进步使得免疫荧光法在科技考古方面的应用前进了一大步。

2.2 酶联免疫技术

酶联免疫吸附测定法(ELISA)是采用活性酶为标记物,在免疫反应完成后使固相载体上形成的抗原抗体复合物与其他物质分开,最后结合在固相载体上的酶的含量与标本中受检物质的量成一定的比例。加入酶反应底物后,底物被酶催化变为有色产物,产物的量与样品中被检物质的量直接相关,故可根据颜色反应的深浅来进行定性或定量分析。由于酶的催化频率很高,故可极大地放大反应效果,从而使测定方法达到很高的敏感度(图1)。

图1 ELISA的基本原理

辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)和碱性磷酸酶(alkaline phosohatasa,AP)为ELISA中常用的两种酶。当采用四甲基联苯胺(TMB)为反应底物时,其经HRP作用后由无色变为蓝色,用硫酸终止后,由蓝色变为黄色,最适吸收波长为450 nm;当采用对硝基苯磷酸酯(p-NPP)作为底物时,在转化酶AP的作用下,对硝基苯磷酸酯转化为对硝基苯酚,在pH为8.5的碱性条件下为黄色染料。显色反应与固定在微孔板上的抗原数量和酶的活性时间密切相关。加入缓冲溶液可以停止反应的进行,并可以实现不同的ELISA检测之间的定量比照。

ELISA可用于测定抗原,也可用于测定抗体。该测定方法中3种必要试剂包括固相的抗原或抗体、酶标记的抗原或抗体,以及酶作用底物。检测方法主要有双抗体夹心法、双位点一步法、间接法测抗体、捕获法和竞争法等。间接法是检测抗体最常用的方法,其原理为利用酶标记的抗体以检测已与固相结合的受检抗体,故称为间接法。

2010年Julie Arslanoglu等利用ELISA技术检验木胎金塑圣约翰像的颜料层和18世纪的室内壁画,他们使用4种蛋白质抗体,即卵清蛋白(蛋清)、酪蛋白(牛乳)、胶原蛋白(动物胶)和多聚糖(植物胶)来检测,最终发现胶结材料为蛋清和动物胶。2011年意大利的Palmieri等[43]研究了13种不同的颜料对ELISA检测结果的影响。2013年意大利的Potenza等[44]提出用改进的斑点酶联免疫法(dot-ELISA)检测壁画中的蛋清,他们做了一系列实验寻找最佳的反应时间和温度,同时确定该方法的检测下限为1 μg•mL-1(5 ng),并且该方法可以用于半定量检测。Cartechini等[45]也采用ELISA间接法对文物试样进行检测(实验中所使用的一抗、酶标抗体、稀释溶液和检测限度见表1),成功地识别出古埃及遗存(200 B. C.—50 A. D.)中含有鸡蛋、植物胶和骨胶的成分,17世纪意大利圣弗朗西斯教堂穹顶壁画含有鸡蛋的成分,17世纪西藏布达拉宫壁画中含有骨胶的成分,并指出ELISA法对识别壁画中老化的酪蛋白和鸡蛋仍发挥着其特异性的功能,只是有一些动物胶的抗体随胶层的老化发生降解。

表1 ELISA实验中所使用的一抗、酶标抗体、稀释溶液和检测限度[45]

本实验室对ELISA应用于文物胶结材料的检测已开展了一系列的实验研究,包括①探索卵清蛋白、骨胶、酪素、牛皮胶、鱼胶、植物胶等的ELISA检测方法;②探讨了这些检测的检测限和有机成分的干扰问题;③研究了常用典型高分子加固材料对ELISA检测的影响;④尝试了自己制备不同动物胶和植物胶抗体的可行性;⑤已成功应用于国内多处古代壁画和陶质彩绘颜料层胶结材料的检测,以及各种灰浆中有机添加剂的检测。例如,本实验室采用ELISA方法首次实现了蛋清灰浆样品中微量蛋清成分的准确检测,最低检出限为0.003%(质量分数),解决了化学分析法检测时容易受样品中灰土颜色干扰的问题,在蛋清检测的特异性方面有较大的突破,为研究蛋清灰浆的成分提供了有效检测技术[46](表2)。

在ELISA检测方面,与中国文物胶结材料相关的研究还有:英国伦敦大学考陶艺学院用ELISA方法尝试了敦煌壁画胶结材料的鉴定[47];颜菲等[48]用ELISA鉴定出中国北方公元5世纪墓葬壁画中含有狗胶原蛋白;洪川等[49]用ELISA对新疆吐鲁番鄯善县苏贝希遗址出土的黑色块状残留物分析发现含有少量牛酪蛋白;郑秦、周旸等[50-53]利用制备的丝素蛋白抗体成功实现了出土文物遗存物中丝素蛋白的特异性检测,发现丝素蛋白在家蚕漫长的进化过程中仍然具有高度的保守性。

大量研究表明[17,43-45,54],文物样品中复杂的无机成分,如地仗层和矿物颜料等对ELISA 检测影响不大,同种胶结材料在不同成分的地仗或颜料中平均光密度吸收值(OD)无明显差异。ELISA 检测的平均OD值会随样品颜料层的复杂度和含量波动,某些老化后的矿物颜料会影响ELISA的检测,但并不是颜料中离子成分直接影响ELISA的检测结果,而是由于影响了抗原与抗体的结合,从而间接影响OD值[55]。ELISA 检测的是特定蛋白的活性位点,环境的温度、热、氧气、湿度、空气污染和光照是导致蛋白类胶结材料发生老化降解的主要因素,使其发生水解、聚合、交联和氧化等反应[56-58],降低蛋白的溶解度,从而使活性位点逐渐丧失[59]。

表2 不同系列不同浓度蛋清灰浆标准样品的ELISA检测结果[46]

总体说,ELISA法具有这些优点:①只需要微量的样本;②检测效率高,经济实用;③对生物源的识别具有灵敏性和特异性;④可以使用不同抗体鉴定混合蛋白质。目前ELISA法已成为应用最广泛的免疫酶技术之一。ELISA法在文物胶结材料检测应用中还有待改进的方面:①针对老化文物样本如何选择最佳抗体;②扩大到各种非蛋白类胶结材料,或提高对非蛋白类天然生物大分子识别的灵敏性;③预测或降低检测限的方法,进而最大限度地减少文物样品的采集量;④减少采样和实验中可能的污染事件或其他干扰因素;⑤选择合适的封闭溶液,降低背景底物产生的非特异性抗体的结合,以及不同蛋白质间由于类似抗原表位所引起的交叉反应等。

2.3 免疫荧光显微镜技术

免疫荧光显微镜技术(immunofluorescence microscopy,IFM)又称荧光抗体技术,是标记免疫技术中发展最早的一种。它是在免疫学、生物化学和显微技术基础上建立起来的一项技术。免疫荧光显微镜是一种具有高特异性的检测工具,能够实现复杂样品中蛋白质的明确识别和定位。目前,免疫荧光显微检测已经被用于绘画横截面中蛋白质类胶结材料的检测,能够明显显示样品中目标蛋白的分布,具有确定的荧光识别标记,还可以测定所涉及的动物种属(图2)。

图2 免疫荧光显微镜技术(IFM)的基本原理

IFM的基本原理是以荧光素作为标记物,与已知的抗体或抗原结合,但不影响其免疫学特性;然后将荧光素标记的抗体作为标准试剂,用于检测和鉴定未知的抗原;在荧光显微镜下,可以直接观察呈现特异性荧光的抗原抗体复合物以及存在的部位。荧光物质(荧光素)是一类能吸收激发光的光能而发射荧光的物质。常用的荧光素有异硫氰酸荧光素(FITC)、四乙基罗丹明(RB200)、藻红蛋白(PE)等。

IFM的主要检测方法有直接法和间接法两种:直接法是将标记的特异性荧光抗体,直接加在抗原标本上;间接法主要用于检测未知抗原,先用已知未标记的特异性抗体(一抗)与抗原标本进行反应,冲洗未反应的抗体后,再用标记的抗体(二抗)与抗原标本反应,使之形成抗原-抗体-抗体复合物,从而实现未知抗原的检测。

本实验室胡文静等[60]采用间接免疫荧光法对秦俑彩绘样品横截面中蛋白质的识别进行了系列研究,使用卵清蛋白和Ⅰ型胶原蛋白作为标记物分别对实验室模拟彩绘样品和秦俑彩绘样品进行检测,以对照和识别样品中的蛋清和动物胶。检测流程和部分检测结果见图3。结果表明:秦俑彩绘样品中含有蛋清成分,排除了样品中含有来源于山羊、绵羊、牛、狗、猪和人的I型胶原蛋白的可能性。此外,本实验室还采用IFM对国内多处珍贵彩绘文物中的胶结材料进行了检测分析,均得到较为满意的结果。

图3 秦俑彩绘胶结材料的IFM检测的主要流程(a)和结果(b)

在IFM检测方面,与中国文物胶结材料相关的研究还有Cartechini等[45]使用Q Dot作为特异性标记进行间接免疫荧光检测,通过共焦显微镜获得免疫荧光图像,识别鸡蛋清成分,对西藏布达拉宫壁画的检测得到了满意的结果。

IFM法的优点:①能够显示样品中目标蛋白的分布,尤其当样品具有多层结构时,能够识别目标蛋白的层位关系;②既能确定蛋白质的种类,同时还能避免染色后蛋白质颜色与颜料颜色的相互干扰,以及样品中无机材料对染料的无选择性吸收带来的问题。

IFM法在文物胶结材料检测应用中还有待改进的方面:①抑制样品非特异性荧光反应产生的背景干扰,解决该问题的关键是选择合适的检测器;②优化荧光检测仪器结构;③IFM对老化蛋白质类胶结材料识别的灵敏性需要进一步进行实验评估。

为了改善非特异性背景的干扰,使用激光共聚焦显微镜成为最佳选择之一[61]。激光共聚焦显微镜使用高强度的单色光源,消除了使用辐射滤波器造成的光散射问题。此外,还允许通过收集空间滤波的荧光图像,实现整个截面不同深度的探测。研究表明,样品的背景荧光主要源自最外层底物的光散射以及抗体的非特异性吸附,所以选择正确的图像采集深度,可以轻松地减少焦平面的背景荧光效果。另一方面,可以优化样品的预处理过程,避免抗体的非特异性吸附现象。常用的方法是使用缓冲溶液进行非特异性结合位点的快速封闭。常用的封闭缓冲溶液为惰性蛋白(通常为脱脂奶粉或BSA)的标准溶液,能够与非特异性位点结合,排除杂质对样品中蛋白质胶结材料IFM识别的阻碍。

2.4 化学发光免疫技术

化学发光免疫分析(chemiluminescence immunoassay,CLIA)是将高灵敏度的化学发光分析系统与高特异性的免疫反应相结合的检测技术,是继酶联免疫分析、荧光免疫分析和时间分辨荧光免疫分析之后发展起来的一项最新的免疫分析技术[62]。

化学发光分析系统是利用化学发光物质经催化剂的催化和氧化剂的氧化,形成一个激发态的中间体,当这种激发态中间体回到稳定的基态时,同时发射出光子(hM),利用发光信号测量光量子产生额。这里免疫反应是将发光物质(在反应剂激发下生成激发态中间体) 直接标记在抗原(化学发光免疫分析) 或抗体(免疫化学发光分析) 上,或者酶作用于发光底物上[62]。

近10年来,CLIA检测技术发展迅猛,成为目前推广应用最快的免疫分析方法,据称其灵敏度和精确度比酶联免法和荧光法高几个数量级[62]。Sciutto等[63-64]采用CLIA检测技术,通过两种不同的检测方式,先后实现了同一绘画横截面中胶原蛋白和卵清蛋白、卵清蛋白[63]和牛酪蛋白[64]的同时检测,指出此方法还可以对动物胶的生物学来源(如牛、猪、兔、鱼)进行具体的检测区分(部分分析结果见图4),并建议将这种技术与其他检测技术相结合形成优势互补,为研究古代绘画技术和艺术品鉴定提供一个完整的有机成分检测体系。

图4 化学发光成像免疫分析结果[63]:(a)待测样品截面图;(b)胶原蛋白化学发光信号;(c)卵清蛋白化学发光信号;(d)两者叠加的信号图

3 结论

近20年来,以现代分子生物学为基础的免疫分析技术,凭借其高特异性和高灵敏性得到迅速发展。实践表明,将免疫分析技术应用于文物胶结材料的鉴定和有机成分的分析可以有效避免传统检测方法的各种不确定性。从目前情况看,免疫分析技术是分析古代彩绘类文物中蛋白质类胶结材料的较为理想的方法之一。其中ELISA检测快速、经济、高效,需要的样品量仅为几百纳克,检测限很低;IFM可以显示文物样品胶结材料在微观结构上的分布和层位关系,分辨尺度达微米级;ELISA和IFM具有互补性,特别适合于古代彩绘文物天然生物蛋白类胶结材料的检测鉴定。目前,ELISA和IFM都还有改进发展的空间,另外以CLIA为代表的新的免疫分析技术也正在迅速发展,充分利用分子生物学和免疫分析最新科学技术发展的成果,更便捷、精确、快速、经济、微样品量地完成文物胶结材料的鉴定和有机成分的分析是完全可以实现的。

(2015年9月1日收稿)

[1]安晶晶, 闫宏涛. 古代彩绘颜料胶结材料MALDI-TOF-MS分析表征(Ⅰ)[J]. 科学通报, 2013, 58: 211-217.

[2]王丽琴. 彩绘文物颜料无损分析鉴定和保护材料研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2006.

[3]闫宏涛, 安晶晶, 周铁, 等. 彩绘文物颜料胶结材料分析与表征研究进展[J]. 分析科学学报, 2012, 28(5): 708-714.

[4]FANG S Q, ZHANG H, ZHANG B J, et al. The identification of organic additives in traditional lime mortar [J]. Journal of Cultural Heritage, 2014, 15: 144-150.

[5]ZADROŻNA I, POŁEĆ-PAWLAK K, GŁUCH I, et al. Old master paintings—A fruitful fi eld of activity for analysts: Targets, methods, outlook [J]. Journal of Separation Science, 2003, 26: 996-1004.

[6]VANDENABEELE P, EDWARDS H G M, MOENS L. A decade of raman spectroscopy in art and archaeology [J]. Chemical Reviews, 2007, 107: 675-686.

[7]JURADO-LOPEZ A, LUQUE DE CASTRO M D. Use of near infrared spectroscopy in a study of binding media used in paintings [J]. Anal Bioanal Chem, 2004, 380: 706-711.

[8]ANDREOTTI A, BONADUCE I, COLOMBINI M P, et al. Combined GC/MS analytical procedure for the characterization of glycerolipid, waxy, resinous, and proteinaceous materials in a unique paint microsample [J]. Analytical Chemistry, 2006, 78: 4490-4500.

[9]KEUNE K, BOON J J. Imaging secondary ion mass spectrometry of a paint cross section taken from an early netherlandish painting by Rogier van der Weyden [J]. Analytical Chemistry, 2004, 76: 1374-1385.

[10]COLOMBINI M P, ANDREOTTI A, BONADUCE I, et al. Analytical strategies for characterizing organic paint media using gas chromatography/mass spectrometry [J]. Accounts of Chemical Research, 2010, 43: 715-727.

[11]KUCKOVA S, SANDU I C A, CRHOVA M, et al. Protein identif i cation and localization using mass spectrometry and staining tests in crosssections of polychrome samples [J]. Journal of Cultural Heritage, 2013, 14: 31-37.

[12]KAML I, VCELAKOVA K, KENNDLER E. Characterisation and identif i cation of proteinaceous binding media (animal glues) from their amino acid profile by capillary zone electrophoresis [J]. J Sep Sci, 2004, 27: 161-166.

[13]BONADUCE I, BLAENSDORF C, DIETEMANN P, et al. The binding media of the polychromy of Qin Shihuang’s Terracotta Army [J]. Journal of Cultural Heritage, 2008, 9:103-108.

[14]CASOLI A, MUSINI P C, PALLA G. Gas chromatographic-mass spectrometric to the problem of characterizing binding media in paintings [J]. Journal of Chromatography A, 1996, 731: 237-246.

[15]WEI S Y, MA Q L, SCHREINER M. Scientific investigation of the paint and adhesive materials used in the Western Han dynasty polychromy terracotta army, Qingzhou, China [J]. Journal of Archaeological Science, 2012, 39: 1628-1633.

[16]COLOMBINI M P, MODUGNO F. Characterisation of proteinaceous binders in artistic paintings by chromatographic techniques [J]. J Sep Sci, 2004, 27: 147-160.

[17]KERKAERT B, MESTDAGH F, DE MEULENAER B. Detection of hen’s egg white lysozyme in food: Comparison between a sensitive HPLC and a commercial ELISA method [J]. Food Chemistry, 2010, 120: 580-584.

[18]李实. 高速液相色谱技术在壁画胶结材料分析中的应用[J]. 敦煌研究, 1992(4): 53-60.

[19]李实. 敦煌壁画中胶结材料的定量分析[J]. 敦煌研究, 1995(3): 29-46.

[20]王丽琴, 杨璐, 曹雪筠, 等. 文物颜料中胶结材料的分析研究[C]//中国文物保护技术协会第六次学术年会论文集. 北京: 科学出版社, 2010: 5.

[21]王丽琴, 杨璐, 周文晖, 等. 壁画、建筑彩绘文物中几种测定蛋白质方法的比较和评价[J]. 文物保护与考古科学, 2011, 3(2): 59-63.

[22]LOJEWSKI T, BAGNIUK J, KOIODZIEJ A, et al. Reflective and photoacoustic infrared spectroscopic techniques in assessment of binding media in paintings [J]. Applied Physics A, 2011, 105: 753-761.

[23]MAZZEO R, PRATI S, QUARANTA M, et al. Attenuated total ref l ection micro FTIR characterisation of pigment-binder interaction in reconstructed paint fi lms [J]. Anal Bioanal Chem, 2008, 392: 65-76.

[24]ROSI F, FEDERICI A, BRUNETTI B G, et al. Multivariate chemical mapping of pigments and binders in easel painting cross-sections by micro IR ref l ection spectroscopy [J]. Anal Bioanal Chem, 2011, 399: 3133-3145.

[25]SCHULZ H, KROPP B. Micro spectroscopy FTIR reflectance examination of paint binders on ground chalk [J]. Fresenius Journal of Analytical Chemistry, 1993, 346: 114-122.

[26]SPRING M, RICCI C, PEGGIE D A, et al. ATR-FTIR imaging for the analysis of organic materials in paint cross sections: case studies on paint samples from the National Gallery, London [J]. Anal Bioanal Chem, 2008, 392: 37-45.

[27]NEVIN A, OSTICIOLI I, ANGLOS D, et al. Raman spectra of proteinaceous materials used in paintings: A multivariate analytical approach for classif i cation and identif i cation [J]. Analytical Chemistry, 2007, 79: 6143-6151.

[28]JOHNSON M, PACKARD E. Methods used for the identification of binding media in Italian paintings of the fifteenth and sixteenth centuries [J]. Studies in Conservation, 1971, 16: 145-164.

[29]KOCKAERT L, GAUSSET P, DUBI-RUCQUOY M. Detection of ovalbumin in paint media by immunofluorescence [J]. Studies in Conservation, 1989, 34: 183-188.

[30]SCOTT DA, NEWMAN M, SCHILLING M, et al. Blood as a binding medium in a Chumash Indian pigment cake [J]. Archaeometry, 1996, 38:103-112.

[31]HODGINS G, HEDGES R. A systematic investigation of the immunological detection of collagen based adhesives[C]//6th International Conference on Non-Destructive Testingand Microanalysis for the Diagnostics and Conservation of the Cultural and EnvironmentalHeritage, Rome. 1999: 1795-1810.

[32]COONS A H, CREECH H J, JONES R N, et al. The demonstration of pneumococcal antigen in tissues by the use of fl uorescent antibody [J]. J Immunol, 1942, 45: 159-170.

[33]JONES P L. Some observations on methods for identifying proteins in paint media [J]. Studies in Conservation, 1962, 7: 10-16.

[34]TALBOT R R. The fl uorescent antibody technique in the identif i cation of proteinaceous materials [C]//Papers Presented by Conservation Students at the Third Annual Conference of Art Conservation Training Programmes. Kingston: Queen’s University, 1982: 140-149.

[35]WOLBERS R. Aspects of the cleaning of a pair of portraits attributed to William and Richard Jennys [C]//American Institute for Conservation 16th Annual Meeting. New Orleans, Washington, DC, 1988: 245-260.

[36]CATTANEO C, GELSTHORPE K, PHILLIPS P, et al. Identif i cation of ancient blood and tissue—ELISA and DNA analysis [J]. Antiquity, 1991, 65: 878-881.

[37]GAYLARDE C C. Advances in detection of microbiologically induced corrosion [J]. International Biodeterioration, 1990, 26: 11-22.

[38]TAYLER S, MAY E. Detection of specif i c bacteria on stone using an enzyme-linked immunosorbent assay [J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 1994, 34: 155-167.

[39]SCHWEITZER M, HILL C L, ASARA J M, et al. Identification of immunoreactive material in mammoth fossils [J]. J Mol Evol, 2002, 55: 696-705.

[40]RAMÍREZ-BARAT B, VIÑA SDL. Characterization of proteins in paint media by immunof l uorescence. A note on methodological aspects [J]. Studies in Conservation, 2001, 46: 282-288.

[41]HEGINBOTHAM A, MILLAY V, QUICK M. The use of immunofluorescence microscopy (IFM) and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) as complementary techniques for protein identif i cation in artists’ materials [J]. Journal of the American Institute for Conservation, 2004, 45: 89-106.

[42]VAGNINI M, PITZURRA L, CARTECHINI L, et al. Identif i cation of proteins in painting cross-sections by immunof l uorescence microscopy [J]. Anal Bioanal Chem, 2008, 392: 57-64.

[43]PALMIERI M, VAGNINI M, PITZURRA L, et al. Development of an analytical protocol for a fast, sensitive and specif i c protein recognition in paintings by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) [J]. Anal Bioanal Chem, 2011, 399: 3011-3023.

[44]POTENZA M, SABATINO G, GIAMBI F, et al. Analysis of egg-based model wall paintings by use of an innovative combined dot-ELISA and UPLC-based approach [J]. Anal Bioanal Chem, 2013, 405: 691-701.

[45]CARTECHINI L, VAGNINI M, PALMIERI M, et al. Immunodetection of proteins in ancient paint media [J]. Accounts of Chemical Research, 2010, 43: 867-876.

[46]张秉坚, 胡文静, 张坤, 等. 古代三合土灰浆中蛋清的酶联免疫检测研究[J]. 建筑材料学报. 2015, 18: 716-720.

[47]郑军. 免疫检测技术在文物胶结材料检测中的应用[N]. 中国文物报, 2009-09-25(07).

[48]颜菲, 葛琴雅, 李强, 等. 应用酶联免疫吸附法(ELISA)初探古代墓葬壁画胶结材料中的狗胶原蛋白[J]. 文物保护与考古科学, 2014, 26(1): 71-75.

[49]洪川, 蒋洪恩, 杨益民, 等. 酶联免疫吸附测定法在古代牛奶残留物检测中的应用[J].文物保护与考古科学, 2011, 23(1): 25-28.

[50]郑秦, 吴小锋, 郑海玲, 等. 利用丝素蛋白抗体鉴定古代丝织品[J].蚕业科学, 2014, 40(3): 520-526.

[51]ZHENG Q, WU X F, ZHENG H L, et al. Development of an enzymelinked-immunosorbent-assay technique for accurate identification of poorly preserved silks unearthed in ancient tombs [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2015, 407: 3861-3867.

[52]ZHOU Y, WANG B, SUI M H, et al. Detection of proteinaceous binders in ancient Chinese textiles by enzyme-linked immunosorbent assay [J]. Studies in Conservation, 2014. doi: http://dx.doi.org/10.1179 /2047058414Y.0000000150.

[53]LIU M M, ZHENG Y W, WANG B, et al. Indirect enzyme-linked immune method for the detection of binders in ancient Chinese textiles [J]. Advanced Materials Research, 2014, 886: 80-83.

[54]PALMIERI M, VAGNINI M, PITZURRA L, et al. Identification of animal glue and hen-egg yolk in paintings by use of enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) [J]. Anal Bioanal Chem, 2013, 405: 6365-6371.

[55]LEE H Y, ATLASEVICH N, GRANZOTTO C, et al. Development and application of an ELISA method for the analysis of protein-based binding media of artworks [J]. Analytical Methods, 2015, 7: 187-196.

[56]DUCE C, BRAMANTI E, GHEZZI L, et al. Interactions between inorganic pigments and proteinaceous binders in reference paint reconstructions [J]. Dalton Transactions, 2013, 42: 5975-5984.

[57]MANZANO E, ROMERO-PASTOR J, NAVAS N, et al. A study of the interaction between rabbit glue binder and blue copper pigment under UV radiation: A spectroscopic and PCA approach [J]. Vibrational Spectroscopy, 2010, 53: 260-268.

[58]DUCE C, GHEZZI L, ONOR M, et al. Physico-chemical characterization of protein-pigment interactions in tempera paint reconstructions: casein/cinnabar and albumin/cinnabar [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2012, 402: 2183-2193.

[59]ZEVGITI S, SAKARELLOS C, SAKARELLOS-DAITSIOTIS M, et al. Collagen models as a probe in the decay of works of art: synthesis, conformation and immunological studies [J]. Journal of Peptide Science, 2007, 13: 121-127.

[60]HU W, ZHANG K, ZHANG H, et al. Analysis of polychromy binder on Qin Shihuang’s Terracotta Warriors by immunofluorescence microscopy [J]. Journal of Cultural Heritage, 2014, 16(2): 244-248.

[61]Navratil M, Mabbott G A, Arriaga E A. Chemical microscopy applied to biological systems [J]. Analytical Chemistry, 2006, 78: 4005-4020.

[62]王兰兰. 化学发光免疫分析技术简介与应用进展[C]//全国临床免疫检验研讨会暨第六届全国临床免疫学术会议. 南宁, 2009: 2.

[63]SCIUTTO G, DOLCI LS, GUARDIGLI M, et al. Single and multiplexed immunoassays for the chemiluminescent imaging detection of animal glues in historical paint cross-sections [J]. Anal Bioanal Chem, 2013, 405: 933-940.

[64]SCIUTTO G, DOLCI LS, BURAGINA A, et al. Development of a multiplexed chemiluminescent immunochemical imaging technique for the simultaneous localization of different proteins in painting micro cross-sections [J]. Anal Bioanal Chem, 2011, 399: 2889-2897.

(编辑:段艳芳)

Immunoassays technology of binding media in ancient polychrome cultural relics

HU Wenjing①,ZHANG Bingjian①②
①Department of Chemistry, Zhengjiang University, Hangzhou 310027, China; ②Department of Cultural Heritage and Museology, Zhengjiang University, Hangzhou 310027, China

The binding media is the important part of pigment layer in paintings (e.g. ancient murals, painting pottery and ancient building painting, etc.). Egg white, skin glue, bone glue and peach gum, etc. Natural biomaterials are commonly used by the ancients as binding media or adhesives in painting pigments. The detection of the binding media is crucial for studies of cultural relics history and the reinforcement and conservation of endangered cultural relics. Nevertheless, the binding media easily loss and aging resulting from the nature of itself, adding to the limitations of analytical techniques, the research work of cultural relics has been greatly affected. Based on the modern molecular biology, immunological technique has got fast development, taking advantage of the highly specif i city of antigens and antibodies, which would allow different biological source of target molecular to be determined sensitively. At present, the researches of identif i cation of components in cultural relics by immunological technique has got many successful cases, especially represented by ELISA and IFM, had significant advantages in the identification of biological source of binding media. The related research progress and our laboratory research work of the immunoassays for identif i cation of binding media in ancient polychrome cultural relics were reviewed in detail; meanwhile also proposed, existing immunological technique and high sensitivity imaging trace chemiluminescence immunoassay have the potential of imaging or spatially resolved in the identif i cation of micro-components.

polychrome cultural relic, binding media, immunoassay, ELISA, IFM

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.05.003

*国家重点基础研究发展计划(973计划)(2012CB720902)和国家文物局创新联盟课题(文博函[2012]878号)资助

†通信作者,E-mail:zhangbj@zju.edu.cn

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