Identification of protein-based materials in Cultural Heritage: immunodetection of paint binders

Abstract

This PhD thesis aims to investigate the identification of proteinaceous materials in particular used in paintings and artworks by immunodetection and other complimentary methodologies. The thesis is divided into two parts. The first part (chapters 1-3) goes in depth on the detection of proteins with ELISA and its optimization with silica nanoparticles. The second (chapters 4- 5) investigates the development of paint model replicas to imitate real artworks with proteinaceous binders, application of other complimentary techniques to detect proteins and the comparison with ELISA on real artworks. In particular, chapter 1 focuses the use of proteins in artworks and bibliographical literature on the particular use of ELISA as a method for detection and investigates the different complimentary techniques such as stratigraphy, Naphthalene Blue black and Pyrolysis GC-MS and how they have been applied in the past to detect proteins in artworks and the use of standard markers for characterization with chromatography. Chapter 2 provides an in-depth case study of ELISA based immunoassays to detect proteins from previously developed paint models. Chapter 3 investigates the optimisation of ELISA with silica nanoparticles for protein detection. Chapter 4 illustrates the development of paint model replicas with the use of heritage materials and proteinaceous binders and their characterization to detect proteins with Pyrolysis GC-MS. Chapter 5 portrays four case studies from the samples obtained at the Perpignan museum in France and their characterization with stratigraphy, Pyrolysis GC-MS and ELISA while comparing the results of protein detection between the latter two; Resumo: Identificação de materiais à base de proteínas no Património Cultural: Imunodetecção de ligantes de tintas Este projeto visa investigar a identificação de materiais proteicos, nomeadamente utilizados em pinturas e obras de arte pora imunodetecção e outras metodologias complementares. A tese está dividida em duas partes. A primeira parte (capítulos 1-3) desenvolve de forma detalhada a deteção de proteínas com ELISA e a sua otimização com nanopartículas de sílica. A segunda parte (capítulos 4-6) investiga o desenvolvimento de réplicas de modelos de pintura que mimetizam obras reais, com diferentes ligandos proteicos, e utilizam-se diversas técnicas complementares para detetar proteínas. Faz-se ainda uma comparação com a deteção por ELISA em obras de arte reais. Em particular, o capítulo 1 centra-se na utilização de proteínas em obras de arte e literatura bibliográfica sobre a utilização particular da ELISA como método de deteção. O capítulo 2 fornece um estudo aprofundado de caso de imunoensaios baseados em ELISA para detetar proteínas de modelos de pintura previamente desenvolvidos. O Capítulo 3 investiga a otimização da ELISA com nanopartículas de sílica para deteção de proteínas. O capítulo 4 investiga as diferentes técnicas complementares, tais como a estratigrafia, a naftalina azul e a pirólise GC-MS e como foram aplicadas no passado para detetar proteínas em obras de arte e a utilização de marcadores padrão para caracterização com cromatografia. O Capítulo 5 ilustra o desenvolvimento de réplicas de modelos de pintura com a utilização de materiais patrimoniais e aglutinantes proteicos e a sua caracterização para detetar proteínas com Pirólise GC-MS. O capítulo 6 retrata quatro estudos de caso das amostras obtidas no museu de Perpignan em França e a caracterização com estratigrafia, Pirólise GCMS e ELISA, comparando os resultados da deteção de proteínas entre os dois últimos.