Evaluation of black crust formation and soiling process on historical buildings from the Bilbao metropolitan area (north of Spain) using SEM-EDS and Raman microscopy

In the present work, several building materials suffering from black crusts and soiled surfaces were evaluated by scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS) and micro-Raman spectroscopy. The goal was to examine the elemental and molecular composition, the distribution on the samples, and the morphology of endogenous and exogenous compounds on those black crusts and soiled surfaces. The black crusts were deposited over different building materials such as limestone, sandstone, and brick that constitute a small construction called "malacate" as well as over a limestone substrate of a cemetery gate. Both constructions are dated back to the beginning of the twentieth century. The samples of soiling were taken from the façade of a building constructed in the 1980s. The analytical evaluation allowed in a first stage the determination of the composition and the observation of the morphology of soiling and black crusts. In addition, the evaluation of the compositions of the soiling and black crusts of different grade and formation allowed the assessment of the main weathering phenomena that the buildings have suffered, which were found to be sulfate impact, marine aerosol impact, depositions of metallic particles, crustal particulate matter depositions, carbonaceous particles, biodeterioration, and vandalism.This work has been funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) through the project DISILICA-1930 (ref. BIA2014-59124-P) and the Regional Development Fund (FEDER). E. Calparsoro is grateful also to the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) who funded his pre-doctoral fellowship (ref. BES-2014-068940)

When Red Turns Black: Influence of the 79 AD Volcanic Eruption and Burial Environment on the Blackening/Darkening of Pompeian Cinnabar

It is widely known that the vivid hue of red cinnabar can darken or turn black. Many authors have studied this transformation, but only a few in the context of the archeological site of Pompeii. In this work, the co-occurrence of different degradation patterns associated with Pompeian cinnabar-containing fresco paintings (alone or in combination with red/yellow ocher pigments) exposed to different types of environments (pre- and post-79 AD atmosphere) is reported. Results obtained from the in situ and laboratory multianalytical methodology revealed the existence of diverse transformation products in the Pompeian cinnabar, consistent with the impact of the environment. The effect of hydrogen sulfide and sulfur dioxide emitted during the 79 AD eruption on the cinnabar transformation was also evaluated by comparing the experimental evidence found on paintings exposed and not exposed to the post-79 AD atmosphere. Our results highlight that not all the darkened areas on the Pompeian cinnabar paintings are related to the transformation of the pigment itself, as clear evidence of darkening associated with the presence of manganese and iron oxide formation (rock varnish) on fragments buried before the 79 AD eruption has also been found.The research leading to these results has received funding from “la Caixa” Foundation (Silvia Pérez-Diez, ID 100010434, Fellowship code LCF/BQ/ES18/11670017). A.P.M. is a Serra Húnter fellow. A.P.M’s research was supported by a Beatriu de Pinós postdoctoral grant (2017 BP-A 00046) of the Government of Catalonia’s Secretariat for Universities & Research of the Ministry of Economy and Knowledge. This work has been supported by the project MADyLIN (BIA2017-87063-P) funded by the Spanish Agency for Research AEI (MINECO-FEDER/UE). The authors thank for the funding provided by University of the Basque Country through the Institutionally Sponsored Open Access

Study of the macromolecules of the extracellular matrix: their organization and the role during the early embryo development

Proteoglycans participate in cellular interactions via modulating the effects of growth factors or with other mechanisms in early embryo. The majority of the functions of proteoglycans are associated with the glycosaminoglycan (GAG) chains. We used β-D-xyloside, an inhibitor of proteoglycan synthesis and specifically of GAG attachment to proteoglycan core proteins, to study proteoglycan functions in early chick embryo development. Low concentrations of β-xyloside which are known to affect differentially chondroitin but not heparan sulfate proteoglycan biosynthesis have provided a convenient tool for altering proteoglycan production. The protein patterns of xyloside-treated embryos showed a shift of radioactive peaks to lower molecular mass which could be attributed to the reduction of proteoglycan size as was demonstrated by chondroitinase ABC/AC II treatments. It was notable in our data that β-xyloside altered the chondroitin sulfate proteoglycan decorin to lower molecular mass while it did not seem to affect the size of the heparin sulfate proteoglycan perlecan. More protein was synthesized from xyloside-treated embryos at stage XII (morula) than from embryos at stage HH2 (initial primitive streak/early gastrula) when compared to the controls. This could have reflected an accelerated translation and/or mobilization of oogenetic transcripts in embryos at stage XII when proteoglycan metabolism was disrupted. Misregulation of proteoglycans by modulating the functionality of the protein and by influencing their expression level resulted in an inability of the early embryo to assemble a stable extracellular matrix that would have been normally produced. These changes were associated with the collapse of the typical blastula architecture and inhibition of the induction of mesoderm in the chick embryo. Induction of neuroectoderm required proteoglycans assembled before the initiation of gastrulation movements. However, sustained proteoglycan biosynthesis was required for the morphogenetic movements to form the neural tube and the rest of the embryonic axis. We also studied the spatiotemporal distribution pattern of link protein by immunofluorescence and immunoprecipitation and the role of this glycoprotein by blocking antibodies in the early chick embryo. The recognition of the link protein 1 (LP1, 48 kDa) and link protein 2 (LP2, 44 kDa) types was an important finding of our study. Link protein links several proteoglycans, such as aggrecan to hyaluronan, creating stable aggregates in the extracellular matrix and has a general function in the organization of the extracellular matrix. It is known that combinations of LP1 and LP2 create more stable complexes than the individual link protein molecule. This was also shown in our experiments, in that aggrecan (180kDa) co-precipitated with LP1 and LP2. Our immunofluorescent experiments showed that link protein expression was first detectable at the blastula stage (st. XIII) and its presence may be fundamental as the first extracellular matrix starts to assemble before the initiation of the first major cellular migrations during the gastrula stage. Link protein influorescence was strong in the cells ingressing through the primitive streak and in the migrating cells in embryos at stage HH3 (intermediate streak/mid-gastrula). At stage HH4 (definitive streak/late gastrula), link protein fluorescence was strong at the apical surface of the neural plate. At stage HH4-5 (head process), link protein fluorescence was strong at the apical surface of the neural folds, notochord and endoderm. At stage HH13 (19 somites), link protein fluorescence was intense in the encephalic vesicles, in the extracellular matrix, in the lumen of encephalic vesicles, intense in migrating neural crest cells, neural tube and in notochord, strong in gut lower wall, hard tube and dorsal aorta wall, intense in dermomyotome and strong in sclerotome in somites. By stage HH17 (29 somites), link protein fluorescence was strong in neuroepithelium and extracellular matrix in the lumen of the diencephalon, strong in neural crest cells, in the intraretinal space in the eye, in myocardium and endocardium, in dorsal aorta, in dermomyotome, the outer surface of pharyngeal arches wall of aortic arches and intense in thyroid rudiment. Inhibition of function of link protein by blocking antibodies showed that link protein was important in neuroepithelial tissue organization and neural tube closure, in normal differentiation of the neural tube to form the brain, in the morphogenesis of the heart tube, the dorsal aorta and gut and in somite epithelialization.Οι πρωτεογλυκάνες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με άλλα μορφορυθμιστικά μόρια όπως γλυκοπρωτεΐνες και ιντεγκρίνες, καθώς επίσης και με αυξητικούς παράγοντες. Μεγάλο μέρος των ποικίλων λειτουργιών των πρωτεογλυκανών συνδέεται με τις γλυκοζαμινογλυκανικές αλυσίδες (GAGs) τους. Για να μελετήσουμε τη λειτουργία των πρωτεογλυκανών κατά την ανάπτυξη του πρώιμου εμβρύου όρνιθας χρησιμοποιήσαμε το β-D-xyloside, έναν εξειδικευμένο αναστολέα της βιοσύνθεσης των πρωτεογλυκανών και ειδικότερα της πρόσδεσης των αλυσίδων γλυκοζαμινογλυκανών στον πρωτεϊνικό κορμό των πρωτεογλυκανών. Χαμηλές συγκεντρώσεις β-xyloside που είναι γνωστό ότι αναστέλλουν την προσθήκη θειϊκής χονδροϊτίνης αλλά όχι της θειϊκής ηπαράνης στον πρωτεϊνικό κορμό, αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη του ρόλου των πρωτεογλυκανών. Τα πρότυπα των πρωτεϊνών στα έμβρυα που μεταχειρίστηκαν με β-xyloside έδειξαν μετατόπιση των ραδιενεργών κορυφών σε μικρότερη μοριακή μάζα που φαίνεται να οφείλεται στη μείωση του μεγέθους πρωτεογλυκανών. Ήταν αξιοσημείωτο στα αποτελέσματά μας ότι το β-xyloside μετέβαλλε τη μορφή της πρωτεογλυκάνης θειϊκής χονδροϊτίνης decorin προς χαμηλότερα μοριακά βάρη ενώ δε φάνηκε να επηρεάζει το μέγεθος της πρωτεογλυκάνης θειϊκής ηπαράνης perlecan. Στα έμβρυα που μεταχειρίστηκαν με β-xyloside περισσότερη πρωτεϊνη συντέθηκε στα έμβρυα του σταδίου ΧΙΙ (μορίδιο), σε σχέση με αυτά του σταδίου ΗΗ2 (αρχή πρωτογενούς αύλακας/πρώιμο γαστρίδιο), συγκρινόμενα με τα αντίστοιχα έμβρυα μάρτυρες. Αυτό θα μπορούσε να αντανακλά μια επιταχυνόμενη κινητοποίηση και/ή μια μετάφραση των ωογενετικών μεταγράφων στα έμβρυα του σταδίου ΧΙΙ, όταν διαταράχτηκε ο μεταβολισμός των πρωτεογλυκανών. Η απορρύθμιση πρωτεογλυκανών, τροποποιώντας τη λειτουργικότητα και επηρεάζοντας το επίπεδο έκφρασής τους, είχε ως αποτέλεσμα την αδυναμία του πρώιμου εμβρύου να δομήσει την εξωκυττάρια ύλη φυσιολογικά. Το αποτέλεσμα ήταν η κατάρρευση της τυπικής αρχιτεκτονικής του πρώιμου εμβρύου στα πειράματά μας. Πρωτεογλυκάνες θειϊκής χονδροϊτίνης φαίνεται να χρειάζονται για την οργάνωση του σταδίου του βλαστιδίου της όρνιθας. Για την επαγωγή του νευρικού συστήματος φάνηκε να χρειάζονται πρωτεογλυκάνες θειϊκής χονδροϊτίνης/δερματάνης που έχουν συγκεντρωθεί από το στάδιο πριν την έναρξη των μορφογενετικών κινήσεων της γαστριδίωσης και η συνεχής βιοσύνθεση των πρωτεογλυκανών είναι απαραίτητη για τη μορφογένεση του νευρικού σωλήνα. Μελετήσαμε επίσης το πρότυπο κατανομής της συνδετικής πρωτεϊνης πρωτεογλυκανών με ανοσοφθορισμό και ανοσοκατακρήμνιση και το ρόλο αυτής της γλυκοπρωτεϊνης με τη χρήση αντισωμάτων έναντι αυτής. Η συνδετική πρωτεΐνη μεσολαβεί στην πρόσδεση στο υαλουρονικό οξύ πρωτεογλυκανών όπως οι aggrecan, neurocan, versican και brevican δημιουργώντας σταθερά σύμπλοκα στην εξωκυττάρια ύλη. Η αναγνώριση των μορφών της συνδετικής πρωτεΐνης 1 (LP1, 48kDa) και συνδετικής πρωτεΐνης 2 (LP2, 44kDa) στο πρώιμο έμβρυο ήταν επίσης ένα ενδιαφέρον εύρημα των πειραμάτων μας. Είναι γνωστό ότι συνδυασμοί των LP1 και LP2 δημιουργούν πιο σταθερά σύμπλοκα απ’ ότι μόνο του το καθένα από τα δύο μόρια αυτά. Αυτό φαίνεται και από τα πειράματά μας που δείχνουν ότι η aggrecan (180kDa) φαίνεται να συν-κατακρημνίζεται με τις συνδετικές πρωτεΐνες LP1 και LP2. Τα πειράματα ανοσοφθορισμού έδειξαν ότι η συνδετική πρωτεΐνη αρχίζει να εκφράζεται στο στάδιο του βλαστιδίου και επιδεικνύει μια διαφορική έκφραση χωρο-χρονικά κατά την ανάπτυξη του πρώιμου εμβρύου υποδεικνύοντας ότι είναι σημαντική στην κυτταρική μετανάστευση και διαφοροποίηση κυττάρων και στη μορφογένεση ιστών και οργάνων. Αυτό επιβεβαιώθηκε και από τη μελέτη του ρόλου της, στην επόμενη σειρά πειραμάτων μας με τη χρήση μονοκλωνικού αντισώματος έναντι αυτής. Η αναστολή της λειτουργίας της συνδετικής πρωτεϊνης με τη χρήση αντισωμάτων έναντι αυτής έδειξε ότι αυτή η πρωτεϊνη φαίνεται να είναι σημαντική στην οργάνωση της νευρικής πλάκας και τη μορφογένεση του νευρικού σωλήνα, στη μορφογένεση του καρδιακού σωλήνα, του εντέρου, στο σχηματισμό της ραχιαίας αορτής και στην επιθηλιοποίηση των σωμιτών

Development of optical and spectroscopic laser instrumentation for the characterization and analysis of materials in archaeological objects and artworks

Aim of the present study is the development of laser-based spectroscopy methodology and instrumentation for the analysis of materials in archaeological objects and works of art. In particular, two techniques are investigated: Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS), which provides elemental composition information, based on the optical emission from a laser ablation plasma and Raman spectroscopy, that enables identification of materials on the basis of characteristic vibrational transitions recorded in the Raman spectra. The first part of this study concentrates on the development of a compact, portable LIBS system. The unit was evaluated in the laboratory as well as in the museum environment, where it was used for a) the characterization of materials in archaeological objects, mainly metals and pottery, and b) the identification of inorganic pigments in painted artworks. Extending the concept of mobile instrumentation the potential of a hybrid approach was investigated with the aim to combine two complementary techniques, LIBS and Raman spectroscopy, which would enable elemental and molecular analysis respectively, to be carried out on the same instrument. The optical design, components and analytical performance of the hybrid system is presented. The second part of this work focuses on developing an efficient analytical LIBS methodology for the quantitative analysis of binary, ternary and quaternary copper alloys of archaeological significance. Detailed studies were carried on several experimental factors, which determine the plasma formation and subsequent emission processes in order to define a proper experimental methodology that would enable reliable quantitative analysis of archaeological copper alloys.Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη φασματοσκοπικών διατάξεων λέιζερ καθώς και κατάλληλης μεθοδολογίας για την ανάλυση υλικών σε αρχαιολογικά αντικείμενα κι έργα τέχνης. Συγκεκριμένα, μελετώνται δύο τεχνικές: η Φασματοσκοπία Πλάσματος Επαγόμενου από Λέιζερ (LIBS), η οποία παρέχει στοιχειακή πληροφορία, βασιζόμενη στην οπτική εκπομπή από πλάσμα επαγόμενο από λέιζερ και η Φασματοσκοπία Raman, που επιτρέπει το χαρακτηρισμό υλικών με βάση τις χαρακτηριστικές δονητικές μεταπτώσεις. Το πρώτο τμήμα της εργασίας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη φορητού συστήματος LIBS. Η μονάδα αξιολογήθηκε τόσο στο εργαστήριο όσο και σε περιβάλλον μουσείων, όπου χρησιμοποιήθηκε για α) το χαρακτηρισμό υλικών σε αρχαιολογικά αντικείμενα, κυρίως μέταλλα και κεραμικά και β) την ταυτοποίηση ανόργανων χρωστικών σε ζωγραφικά έργα τέχνης. Επεκτείνοντας την έννοια της φορητής οργανολογίας, διερευνήθηκαν οι προοπτικές μιας υβριδικής προσέγγισης, με σκοπό το συνδυασμό δύο συμπληρωματικών τεχνικών, των φασματοσκοπιών LIBS και Raman, που επιτυγχάνει στοιχειακή και μοριακή ανάλυση αντίστοιχα με το ίδιο όργανο. Παρουσιάζονται ο οπτικός σχεδιασμός, τα συστατικά και η αναλυτική απόδοση του υβριδικού συστήματος. Το δεύτερο τμήμα της εργασίας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη αποτελεσματικής αναλυτικής μεθοδολογίας LIBS για την ποσοτική ανάλυση διμερών, τριμερών και τετραμερών κραμάτων χαλκού αρχαιολογικής σημασίας. Διεξήχθησαν ενδελεχείς μελέτες για ποικίλους πειραματικούς παράγοντες, οι οποίοι καθορίζουν το σχηματισμό πλάσματος και τις επακόλουθες διαδικασίες, με σκοπό να καθοριστεί κατάλληλη πειραματική μεθοδολογία που επιτρέπει αξιόπιστη ποσοτική ανάλυση αρχαιολογικών κραμάτων χαλκού

Analysis of the chicken retina with an adaptive optics multiphoton microscope

The structure and organization of the chicken retina has been investigated with an adaptive optics multiphoton imaging microscope in a backward configuration. Non-stained flat-mounted retinal tissues were imaged at different depths, from the retinal nerve fiber layer to the outer segment, by detecting the intrinsic nonlinear fluorescent signal. From the stacks of images corresponding to the different retinal layers, volume renderings of the entire retina were reconstructed. The density of photoreceptors and ganglion cells layer were directly estimated from the images as a function of the retinal eccentricitThe authors would like to thank Eva Burkhardt from the Institute for Ophthalmic Research (Tubingen, Germany) for helping in the preparation of the chicken samples. This work has been supported by “Ministerio de Ciencia e Innovación”, Spain (grants FIS2007-64765, FIS2010-14926 and CONSOLIDER-INGENIO 2010, CSD2007-00033 SAUUL); Fundación Séneca (Region de Murcia, Spain), grant 4524/GERM/06 and the European Union (MyEuropia project, MRTN-CT-2006-034021).Postprint (published version

Retinal cell imaging in myopic chickens using adaptive optics multiphoton microscopy

This work has been supported by “Ministerio de Ciencia e Innovación”, Spain (grants FIS2010-14926 and CSD2007-00013 SAUUL); Fundación Séneca (Region de Murcia, Spain), grant 4524/GERM/06 and EU FEDER funds. The authors would like to thank Eva Burkhardt from the Institute for Ophthalmic Research (Tuebingen, Germany) for helping in the preparation of retinal tissuesAbnormal eye growth induced by visual deprivation can modify the structure and density of the retinal cells. We have used an adaptive optics multiphoton microscope to image photoreceptors (PRs) and ganglion cells (GCs) at different retinal locations in unstained retinas of chicken eyes with about 10D of myopia and their normal-sighted fellow eyes. In all samples, the local averaged inter-PR distance increased with eccentricity. No significant differences in PR density were found between control and myopic eyes. GC density declined in myopic eyes compared to control eyes and the inter-cell distance increased. In normal eyes, the size of the GC cell bodies increased approximately two-fold between the area centralis and the peripheral retina. In myopic eyes, this trend was preserved but the GC bodies were larger at each retinal location, compared to control eyes. Obviously, GC morphology is changing when the retinal area is enlarged in myopic eyes.Postprint (published version

Multiphoton microscopy of ex vivo corneas after collagen cross-linking

To investigate changes in the morphology of the corneal stroma after collagen cross-linking (CXL) treatment in bovine and porcine eyes using a nonlinear microscope providing both two-photon excitation fluorescence (TPEF) and second harmonic generation (SHG) corneal imagesSupported by the “Ministerio de Ciencia e Innovacion,” Spain (Grants FIS2008-02065, FIS2009-06234-E, FIS2010-14926 and Consolider SAUUL CSD2007-00033), “Fundacio´n Se´neca,” Murcia, Spain (Grant 04524/GERM/06), and EUROHORCS-ESF (Grant EURYI-05- 102-ES)Postprint (published version

4D • Arte rupestre

International audienc

4D • Arte rupestre

International audienc

4D · arte rupestre. Monitorización del Abrigo del Buen Aire I (Jumilla), Cueva del Mediodia (Yecla), Cañaica del Calar II (Moratalla), Abrigo Grande de Minateda (Hellín) y Solana de las Covachas (Nerpio)

La gestión del patrimonio cultural y, en particular, del arte rupestre precisa de un conjunto de acciones que deben partir necesariamente del conocimiento que de ese bien se tenga en las administraciones públicas. La documentación nos permite valorar patrimonialmente el bien, el alcance de la intervención y los factores de riesgo. Otra aportación más de la documentación gráfica es la posibilidad que nos da la monitorización, es decir, apreciar la evolución en el tiempo y sus consecuencias para la gestión, pero también para la investigación. Para ello es necesario una toma de datos precisa a un nivel de gran detalle, capaz de advertir ligeros cambios en la morfología del bien, tanto de pequeños aportes como de pequeñas erosiones. El arte rupestre necesita de esta exactitud (precisión) y de un método de toma de datos indirectos que no afecte a estos bienes declarados de interés cultural y además, buena parte de ellos incluidos en la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO. Esta es la línea de trabajo del Dr. Ruiz y equipo, en lo que se viene a llamar 4D y que es posible por la apuesta institucional del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, así como de las corporaciones locales en las que se han realizado los trabajos, una visión territorial en la cual prima el paisaje cultural por encima de las divisiones administrativa