利用纳米技术揭开中世纪手稿的细节

在15世纪后期的某个时候，一位抄写员，可能是生活在今天荷兰的修女，精心地写了一本礼仪音乐小册子，也称为对音，用于特殊的节日。她用拉丁语和荷兰语指出，音乐的哪些部分应该由不同年龄和资历的修女演唱。

在 17 世纪，连续使用了大约 200 年的对音书页以新的顺序缝合在一起。到了 20 世纪，对音已被哥伦比亚大学图书馆于 2004 年收购的联合神学院的收藏中。

去年，由哥伦比亚大学图书馆保护负责人亚历克西斯·哈加多恩（Alexis Hagadorn）领导的一个团队开始使用尖端的纳米技术来检查这件几个世纪以来已经分崩离析的作品，评估其页面上的墨水，并将其重新组合在一起。

这项工作之所以成为可能，是因为哥伦比亚大学保护人员和哥伦比亚纳米计划的科学家之间长达数年的跨学科合作。该倡议提供研究服务和赠款，允许120多个研究小组和420多个用户（主要在哥伦比亚大学，但也在哥伦比亚大学之外）使用最新的纳米技术进行研究。它还保持跨学科合作的精神，并致力于自 2015 年成立以来一直存在的非传统项目。

“纳米计划一直在寻找研究人员合作的方式，我们对与来自不同领域的学者合作的意想不到的跨学科项目特别热情，甚至在科学之外，”哥伦比亚纳米计划实验室高级主任Nava Ariel-Sternberg说。

这个特殊的项目——对反音的分析和重新组装，其正式名称是UTS MS 114——是应音乐教授苏珊·博因顿（Susan Boynton）的要求完成的，她希望将手稿用于她的研究和教学。阿比盖尔·斯拉维克（Abigail Slawik）是图书馆的一名实习生，当时她正在完成艺术保护硕士学位，在哈加多恩的监督下领导了这个项目。

他们的目标是评估手稿是用什么墨水书写的，对手稿进行彻底处理以防止变质，然后将其放回 17 世纪的装订中。博因顿根据礼仪年的组织重建了内容的正确顺序。

哥伦比亚古代墨水实验室的遗产

作为古代墨水实验室的成员，Hagadorn 接受了如何使用这些技术破译墨水的培训，该实验室是由 Nano Initiative 联合创始人 James Yardley 创立的研究小组，詹姆斯·亚德利 （James Yardley） 现已退休。该实验室于2009年至2014年运营，使用哥伦比亚大学开发的纳米技术来分析古代世界手稿中使用的墨水。该实验室研究了各种材料，包括埃及《死者之书》的片段。它是最终发展成为纳米计划的几个实验室和正在进行的研究项目之一。（博因顿通过他的妻子安妮认识詹姆斯·亚德利有点巧合，安妮专门研究中世纪修女的礼仪实践和手稿。

“通过那次培训，我成为了一个可以教别人如何使用这项技术的人，”Hagadorn说。

自从她在实验室工作以来，Hagadorn与许多教职员工合作，利用该倡议的技术来了解更多关于手稿的信息。她最近与工程与应用科学学院应用物理与应用数学系教授Katayun Barmak合作开展了另一个此类项目。他们一起研究了为什么用朱红色颜料（通常是一种充满活力、饱和的红色）制作的手稿会慢慢变黑，并评估了导致用蓝铜颜料制作的纸质手稿变质的原因。

Barmak的学生重现了历史上的墨水配方，然后用这些配方来复制墨水外观的特定变化，以更好地理解它们发生的原因。

保护者对纳米技术的用途

Hagadorn说，从广义上讲，保护人员和他们的研究人员可以使用纳米技术来研究两种问题。

一种类型的问题是历史学家问的那种问题，关于某些古老的书面材料是由什么构成的，以及它告诉我们关于实际制作它们的人的什么。“我们的馆藏是尚未真正探索的未开发数据的巨大存储库，这样做很重要，因为制作人没有非常仔细地记录他们正在做的事情，或者根本没有记录它，”Hagadorn说。

纳米技术也有助于防止恶化。“如果我们更多地了解事情恶化的原因，那么我们就可以更有效地防止恶化，”Hagadorn说，并且还可以验证他们用来恢复材料的材料不会意外地导致进一步的恶化。

“通过应用纳米技术获得的见解为保护人员提供了他们需要的信息，以防止这份手稿的精致纸张进一步恶化，”Boynton说。“明年，我在哥伦比亚大学图书馆举行的礼仪手稿研讨会将包括对反弹和稳定对音的咨询。”

技术如何揭示手稿的秘密

在对声项目中，Hagadorn 和她的实习生 Slawik 使用了 Nano Initiative 的拉曼光谱仪。哥伦比亚大学的科学家经常使用该倡议的光谱仪来检查石墨烯等二维材料，石墨烯是一种在哥伦比亚发现的超强碳形式，纳米倡议共享材料表征实验室主任菲利普·周（Philippe Chow）说。但每隔一段时间，像Hagadorn这样的研究人员就会使用这项技术。

该小组使用的拉曼光谱仪的工作原理是用单波长激光照射墨水样品。当激光照射到墨水中时，由于墨水原子的振动，它的一些能量会损失。光谱仪检测能量损失的程度，并生成一个图表，使用户能够识别墨水中有哪些材料。“这有点像指纹，”Chow说。

当他们检查对音时，保护人员发现了他们所期望的：这幅作品主要由黑铁胆墨水制成，这是西欧那个时代最常用的墨水，并添加了红色朱砂和蓝色蓝铜矿的点缀。

“我们怀疑我们会找到我们发现的东西，”Hagadorn说，“尽管如此，这是另一点数据，增加了人们可以借鉴的知识体系。