Per i beni culturali lo studio della struttura degli strati pittorici è molta importante. Diversi ricercatori studiano famosi dipinti mediante le cross-section e le loro immagini in microscopia ottica. Tuttavia questo è impossibile per oggetti come ceramiche e pergamene.
Un team di studiosi guidato da Warren S. Warren della Duke University, Durham, NC, ha adottato un nuovi metodi di imaging biomedico per le opere d'arte permettendo di rivelare le tecniche degli artisti ed aiutare i conservatori. La tecnologia è stata applicata a ceramiche, pigmenti su carta, e ad un ampio range di dipinti organici ed inorganici.
"Il nostro approccio, scrive Warren sul sito dell'International Society for Optics and Photonics, impiega un maggiore controllo su campi ottici (femtosecond laser pulse shaping o pulse train modulation) per sviluppare nuove tecniche di microscopia non lineare".
Tradizionalmente, la microscopia non lineare richiede la fluorescenza, che non si trova in molti pigmenti. Questo imaging biomedico, involve per esempio la "self-phase-modulation" o la "transient absorption" (microscopia pump-probe), impiega la luce del vicino IR per esaminare le firme molecolari che non creano luce di differente colore. Queste firme sono bene stabilite ma i metodi convenzionali per studiarli richiedono un massivo potere laser che è incomputabile con i campioni fragili o l'imaging dei tessuti.
Questi metodi di modulazione richiedono invece potenze medie molto meno potenti di un puntatore laser. Per esempio la microscopia pump-probe usa due treni di impulsi laser ultraveloci altamente stabili con due differenti centri di lunghezza d'onda. Il primo impulso (pump) mette un piccolissimo numero di molecole nello stato degli elettroni eccitato e crea una corrispondente vacanza nello stato di base. Entrambe queste caratteristiche portano a vie complesse e si misura l'evoluzione nei cambiamenti dell'assorbimento di un secondo impulso ritardato (probe).
Adattando l'applicazione dal tessuto (dove i più forti cromofori sono le melanina o l'emoglobina) ai beni culturali è richiesto un team con un'ampia esperienza interdisciplinare. Gli studiosi hanno quindi condotto esperimenti di imaging su un dipinto del 14°secolo, La Crocifissione di Puccio Capanna (figura) che ha mostrato che l'imaging pump-probe potrebbe generare immagini 3D senza danni.
Si potrebbe utilizzare questi metodi per l'imaging sulla temperatura di cottura delle ceramiche o per visualizzare come i dipinti si aggrappano alle fibre nella carta o nella pergamena e mostrare che questa tecnica è applicabile ad una ampio range di pigmenti organici ed inorganici. Perciò, per esempio, lapislazzuli e il blu ultramarino sostitutivo del 19° secolo producono decadimenti pump-probe radicalmente differenti.
Allo stesso modo, molti pigmenti organici rossi simili in aspetto (quasi impossibili da distinguere con altri metodi spettroscopici) danno firme distintive e separabili.
I ricercatori hanno quindi adattato metodi di imaging biomedico per consentire imaging 3D non invasiva di opere d'arte su ceramica, carta e vari colori, che richiedono una minima potenza. Queste tecniche possono rivelare la tecnica di un artista, aiutando negli sforzi di conservazione. Il lavoro in corso si è concentrato sullo sviluppo di 'biblioteche di pigmenti' per consentire ai conservatori di svelare le miscele complesse presenti nei dipinti, e lo sviluppo di sistemi di imaging di prossima generazione che potrebbero essere più portabili.
Tratto da: SPIE - International Society for Optics and Photonics (http://spie.org/)
Figura: Puccio Capanna, La Crocifissione (1330), circondato dal sistema di imaging pump-probe a lunghezza d'onda 720nm-810nm su lapislazzuli a diverse profondità con uno specifico pump-probe ritardato. Modificando il ritardo e le due lunghezze d'onda facilmente si distinguono anche i colori di pigmento e le impurità delle immagini. La potenza totale del laser applicata è di 1 (Dipinto in prestio dal North Carolina Museum of Art e ripreso alla Duke University, NC. Immagine copyright dell'autore)