Nanocellulosa batterica per la biopulitura delle opere d’arte

Questo articolo presenta il potenziale della nanocellulosa batterica (BNC) come innovativo sistema di delivery per la biopulitura delle opere d’arte. La sua struttura nanoporosa consente di trattenere e rilasciare in modo controllato gli enzimi sulla superficie delle opere. In questo modo favorisce interventi selettivi e delicati. In particolare, l’impiego della BNC come aerogel apre nuove prospettive per una conservazione più sicura e sostenibile del patrimonio culturale.

Introduzione

La nanocellulosa batterica (BNC) è un materiale di interesse per la biopulitura delle opere d’arte, grazie alle sue caratteristiche che la rendono un efficace sistema di delivery. Negli ultimi decenni, la microbiologia ha assunto un ruolo crescente nella conservazione dei beni culturali. Offre infatti strumenti innovativi per la pulitura e il restauro di dipinti, sculture, manoscritti e altri manufatti.

I microrganismi selezionati e i loro enzimi possono essere utilizzati per rimuovere sostanze indesiderate dalle opere d’arte. Parallelamente, l’utilizzo diretto degli enzimi ha aperto nuove prospettive per interventi di pulitura più selettivi e delicati.

In questo contesto, la nanocellulosa batterica rappresenta una soluzione innovativa per la biopulitura e per il rilascio controllato degli enzimi sulle superfici delle opere d’arte.

La nanocellulosa batterica: nuovo strumento per il restauro delle opere d’arte

I limiti dell’acqua nella pulitura delle opere d’arte

La nanocellulosa batterica può rappresentare un’alternativa all’impiego convenzionale dell’acqua negli interventi di conservazione delle opere d’arte. L’acqua è infatti uno dei principali strumenti usati nella pulitura per la rimozione di materiali di restauro invecchiati.

Gli interventi di restauro convenzionali combinano operazioni meccaniche e chimiche. Possono prevedere trattamenti a secco seguiti dall’applicazione, mediante tamponi di cotone, di solventi organici o soluzioni acquose, contenenti agenti chelanti, tensioattivi e componenti ionici.

Sebbene l’acqua possa risultare efficace, il suo utilizzo deve essere attentamente controllato. In materiali fragili o porosi, oppure in presenza di crettature e lacune, può penetrare negli strati interni dell’opera. Questo può modificare le proprietà meccaniche dei materiali e aumentare il rischio di alterazioni indesiderate. Inoltre, l’applicazione mediante tamponi tradizionali non consente di controllare con precisione la quantità di liquido, la sua distribuzione e il tempo di contatto.

Sistema di delivery ideale per la pulitura enzimatica

Un materiale destinato alla pulitura enzimatica delle opere d’arte deve avere alcune caratteristiche fondamentali. Il materiale deve essere in grado di trattenere l’acqua, indispensabile per il funzionamento degli enzimi. Allo stesso tempo deve rilasciarla lentamente, così da limitare la formazione di aloni e il rischio di danneggiare i materiali idrofili. È inoltre necessario che il materiale sia compatibile con gli enzimi.

La flessibilità deve consentire di adattarsi a superfici irregolari e garantire un contatto uniforme con l’area da trattare. Infine, il sistema deve poter essere rimosso facilmente, senza lasciare residui né provocare alterazioni visive. Sono inoltre importanti adeguate proprietà meccaniche, facilità di manipolazione e un costo sostenibile.

La necessità di riunire queste caratteristiche ha orientato la ricerca verso materiali innovativi, tra cui gel polimerici e biopolimeri a base di nanocellulosa batterica.

Gel polimerici e nanocellulosa come nuovi sistemi di delivery

I gel morbidi polimerici rappresentano una soluzione innovativa per la pulitura controllata delle opere d’arte. Grazie alla loro struttura porosa, possono trattenere soluzioni detergenti e rilasciarle gradualmente. In questo modo riducono il rischio di danneggiare i materiali e migliorano l’efficacia del trattamento. Alcuni gel sono anche in grado di assorbire lo sporco presente nei micropori attraverso interazioni capillari. Tra i polimeri utilizzati figurano la polialilammina, la polietilenimina e la poliacrilammide.

Tuttavia, alcuni di questi polimeri derivano da risorse fossili e non rinnovabili. Questo limite ha spinto la ricerca verso materiali di origine naturale e più sostenibili, tra cui la nanocellulosa.

La nanocellulosa è un biopolimero ottenuto da risorse rinnovabili e costituito da unità ripetitive di anidroglucosio unite da legami β-1,4. In base alla struttura e al metodo di produzione, si distingue in tre tipologie: cristalli di nanocellulosa (CNC), cellulosa nanofibrillata (NFC) e nanocellulosa batterica (BNC).

Perché scegliere proprio la nanocellulosa batterica?

Tra le tre tipologie, la nanocellulosa batterica risponde in modo particolarmente efficace alle esigenze della biopulitura delle opere d’arte. La struttura nanoporosa della nanocellulosa batterica consente di trattenere l’acqua e rilasciarla gradualmente sulla superficie da trattare. L’elasticità e la morbidezza del materiale ne favoriscono inoltre l’adattamento anche alle superfici irregolari. La biocompatibilità, la biodegradabilità e l’inerzia chimica ne favoriscono l’impiego sicuro.

Nel dettaglio, la nanocellulosa batterica aderisce alle superfici verticali grazie ai legami a idrogeno tra le fibrille nanometriche e la superficie dell’opera. Queste interazioni deboli permettono una facile rimozione del materiale al termine del trattamento.

La convergenza di queste caratteristiche rende la nanocellulosa batterica un sistema di supporto promettente per la biopulitura. La sua struttura permette di controllare il rilascio delle soluzioni senza compromettere l’integrità dell’opera.

Aerogel di nanocellulosa batterica per la pulitura enzimatica

Nel 2025, il gruppo di ricerca guidato da Kamonwan Pacaphol ha esplorato l’impiego della nanocellulosa batterica come supporto per il rilascio controllato di enzimi destinati alla pulitura delle opere d’arte. La nanocellulosa batterica, ottenuta tramite fermentazione con Acetobacter xylinum e succo di cocco, è stata disidratata con tre metodi diversi, producendo xerogel, criogel e aerogel.

L’aerogel prodotto mediante essiccazione con CO₂ supercritica si è rivelato il migliore. Questo metodo preserva la struttura porosa della nanocellulosa batterica e limita la contrazione e l’aggregazione delle nanofibre. L’aerogel ottenuto dai ricercatori presenta una porosità dell’86%, una densità di 7 mg/cm³ e una contrazione dell’11,8% dopo la disidratazione. L’insieme di queste caratteristiche permette di sfruttare le proprietà idrofile della nanocellulosa batterica e favoriscono il recupero della forma durante la reidratazione.

La struttura porosa consente di caricare l’aerogel con soluzioni enzimatiche. Gli enzimi penetrano tra le nanofibre e vengono trattenuti dai legami a idrogeno con le unità di anidroglucosio della cellulosa. Ciò garantisce un rilascio degli enzimi lento e controllato. Xerogel e criogel mostrano invece maggiore contrazione e una struttura porosa compromessa. I ricercatori hanno infine utilizzato una tela trattata con amido e α-amilasi, dimostrando l’efficacia dell’aerogel di nanocellulosa batterica nel rilascio controllato dell’enzima. L’esperimento rappresenta un passo verso l’impiego di questa tecnologia nel campo del restauro.

Conclusione

La nanocellulosa batterica, in particolare nella forma di aerogel, si conferma dunque un materiale altamente promettente per la pulitura enzimatica. La sua capacità di controllare il rilascio delle soluzioni e di adattarsi alle superfici offre nuove prospettive per interventi più selettivi e sicuri nel restauro.