Màu xanh Ai Cập: Gợi ý về một công cụ mới cho nghiên cứu y sinh
Khám phá màu xanh lam Ai Cập, “biến mất” và được tái khám phá là một câu chuyện thu hút và minh họa một cách tuyệt đẹp về việc nghệ thuật có thể đóng vai trò là chất xúc tác cho sự phát triển của hóa học như thế nào.
Ai Cập, nơi khởi thủy của màu
Vào hai trăm năm trước, Sir Humphry Davy, nhà hóa học và nhà sáng chế người Anh, khi ngắm các tàn tích ở khu nhà tắm công cộng do hoàng đế La Mã Titus xây dựng tại thành Rome, đã phát hiện ra màu xanh lam Ai Cập. Ở đó, giữa các đống đổ nát, ông tìm thấy một số khối thủy tinh frit màu xanh sẫm. Không lâu sau, tìm thấy vật liệu tương tự trong một đống tàn tích khác ở Pompeii, Davy nhận ra là mình đã tái khám phá ra vật liệu “từ một nền sản xuất từng được cho là được thiết lập từ rất lâu ở Alexandria” và là màu tổng hợp đầu tiên trên thế giới – màu xanh lam Ai Cập.
Trong quan niệm của người Ai Cập, cổ đại, màu xanh lam đóng một vai trò hết sức quan trọng. Có một mối liên hệ khăng khít nào đó giữa nó với bầu trời, dòng sông Nile màu mỡ, và do đó tái hiện toàn bộ vũ trụ, sức sáng tạo và sự tái sinh của nó. Tuy vậy, trong thời cổ đại, chỉ có những màu sắc của đất (màu sắc từ lớp đất bề mặt Trái đất) được dùng – các nghệ sĩ Ai Cập không dễ dàng tạo ra màu xanh lam. Thậm chí, nguồn tự nhiên duy nhất đem lại màu lam là lapis lazuli (ngọc lưu ly) thì quá hiếm hoi và đắt đỏ bởi nó được khai thác từ các mỏ ở nơi mà ngày nay là Afghanistan.
Dẫu vậy vào khoảng năm 2600 trước Công nguyên, màu xanh lam Ai Cập đã có mặt trong lịch sử, vốn dùng để tô điểm cho các bức tranh tường, các lăng mộ và các quan tài chứa xác ướp cũng như các đồ gốm sứ Ai Cập. Kể từ đó, việc sử dụng màu sắc này đã phổ biến ở nhiều nơi trong thế giới cổ đại như Lưỡng Hà, Hy Lạp, rồi chạm đến cả đế chế La Mã. Khi đế chế La Mã sụp đổ vào năm 476 sau Công nguyên, việc sử dụng màu lam Ai Cập thưa dần đi. Từ năm 800 sau Công nguyên, dường như màu sắc này đã biến mất khỏi thế giới nghệ thuật nhưng trên thực tế thì không hoàn toàn vậy. Sau này, khi được trang bị thêm hiểu biết, các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận ra là màu xanh lam bí ẩn đã tiếp tục được tạo ra cũng như sử dụng một số lần trong thời kỳ Trung cổ và thậm chí trong các bức họa thời kỳ Phục hưng. Hai ví dụ nổi bật là hai nhà thờ Công giáo La Mã được nghiên cứu vào năm 2001 và 2009. Một là thánh đường Công giáo Latinh Saint Clement ở Rome, Ý, nơi màu xanh huyền thoại này xuất hiện trong The Ascension of Christ, một bức bích họa được sáng tác vào khoảng năm 850 sau Công nguyên theo phong cách pha trộn giữa phong cách La Mã, Gothic và Byzantine. Phẩm chất kém cỏi của màu khiến người ta cho rằng nó không thể bắt nguồn từ nguồn cung La Mã mà có vẻ như được sản xuất cùng thời gian làm bích họa.
Các thực nghiệm hiện đại cho thấy có thể làm ra màu xanh lam Ai Cập (calcium copper silicate, công thức hóa học CaCuSi4O10) khi gia nhiệt các hóa chất thành phần tới mức 800–900°C và bổ sung vôi, một vật liệu chứa can xi. Vào thời điểm khởi thủy của màu, ít ai nghĩ rằng màu xanh lam sáng từng tô điểm cho bức chân dung nữ hoàng Ai Cập Nefertiti hàng ngàn năm trước, giờ đây có thể hữu dụng trong nghiên cứu sinh học phân tử.
Nơi thứ hai là nhà thờ San Saba cũng ở thành Rome với một bức tranh tường thế kỷ thứ 8, sử dụng một màu pha trộn giữa xanh lam Ai Cập với đá lapis lazuli. Thậm chí đây có thể là lần xuất hiện đầu tiên của đá lapis lazuli trong hội họa châu Âu. Bức họa đặc biệt này đã tái hiện sự hòa quyện của kỹ thuật phương Đông (lapis từ Afghanistan) và truyền thống nghệ thuật địa phương, ngay ở thời điểm màu xanh Ai Cập hầu như đã hoàn toàn vắng bóng. Các nhà khoa học đề xuất nguyên nhân dẫn đến việc trộn màu này là đá lapis lazuli quá đắt đỏ, mặt khác có thể cho thấy sự đứt quãng của màu xanh lam Ai Cập và người ta đã dần dần tìm cách thay thế nó bằng đá lapis lazuli, và cả hai loại màu này có thể cùng tồn tại trong cùng một thời kỳ.
Sau những lần xuất hiện hiếm hoi này, dường như công nghệ sản xuất màu xanh lam Ai Cập đã mất hút (hoặc có lẽ chỉ lẩn quất đâu đó ở một vài địa phương) trong cả ngàn năm lịch sử nghệ thuật. Về cơ bản, nó đã bị quên lãng. Tại sao lại thế? Nguyên nhân chính có lẽ là sự suy tàn của đế chế La Mã, dẫn đến hậu quả là mất mát cả những hiểu biết cần thiết về màu và công nghệ sản xuất màu. May mắn là chuyên luận về kiến trúc De Architectura của kiến trúc sư La Mã và kỹ sư quân sự Marcus Vitruvius Pollio vào thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên cho biết các thành phần nguyên liệu làm màu xanh lam Ai Cập là cát, đồng (từ một khoáng chất như azurite hay malachite) và natron (một hợp chất muối xuất hiện trong tự nhiên, bao gồm muối carbonate). Dường như trong công thức này đã có một chút nhầm lẫn về phương pháp chế tạo. Vitrivius không bình luận gì về sự cần thiết của calcium carbonate, có thể là do nguyên liệu cát trong các mẫu ông sử dụng đã có sẵn đá vôi nhưng ông không nắm được điều đó. Do vậy, phương pháp ông miêu tả không hiệu quả, và hiểu biết của người Ai Cập cổ đại đã mất mát thực sự.
Theo dấu của màu
Tình trạng này chỉ được đảo chiều vào đầu thế kỷ 19, khi mối quan tâm của khoa học về Ai Cập được các khám phá khảo cổ dưới thời Napoleon khơi dậy trở lại, và trong năm 1814, nghiên cứu lại được thúc đẩy bằng bí ẩn về “màu xanh lam nhạt” ở Pompeii với nỗ lực của nhà hóa học Anh Humphrey Davy. Cuối cùng vào những năm 1880, thành phần hóa học của màu này đã được tìm ra và qua đó, tìm lại được cách thức sản xuất.
Trong một sự phát triển đầy thú vị với các nhà hóa học và nghệ sĩ, vào năm 2009, màu xanh Ai Cập đã được chứng tỏ là có khả năng phát quang ở vùng cận hồng ngoại. Nhờ vậy có thể dễ dàng dò được nó ngay cả khi mắt thường không nhìn thấy. Do đặc tính này mà vào năm 2011, các nhà khoa học tìm thấy sự pha trộn màu xanh lam Ai Cập và đá lapis lazuli trong một bức họa St Margaret vào thế kỷ 16 do họa sĩ Ý Ortolano Ferrarese vẽ bởi sự phát quang của màu vô cùng mạnh. Bảo tàng Anh đã sử dụng ngay kỹ thuật này để tìm ra manh mối về việc The Elgin Marbles, bộ sưu tập các tác phẩm điêu khắc đá cẩm thạch Hy Lạp cổ đại được thực hiện dưới sự giám sát của kiến trúc sư và nhà điêu khắc Phidias và các trợ lý của ông, từng được tô màu, trong đó có màu xanh huyền thoại này.
Mặt khác, kỹ thuật này còn giúp chúng ta nhìn thấy một sự thật khác, đó là màu xanh Ai cập đã được nhiều nghệ sĩ sử dụng ngay cả khi người ta nghĩ là năng lực tổng hợp nó đã bị mất mát theo thời gian. Rõ ràng, họa sĩ Ortolano Ferrarese hay các đồng nghiệp khác của mình bằng cách nào đó đã có màu xanh Ai cập trong tay. Giải được câu đố này không chỉ là vấn đề của các nhà sử học nghệ thuật mà còn là thách thức với các nhà hóa học.
Các thực nghiệm hiện đại cho thấy có thể làm ra màu xanh lam Ai Cập (calcium copper silicate, công thức hóa học CaCuSi4O10) khi gia nhiệt các hóa chất thành phần tới mức 800–900°C và bổ sung vôi, một vật liệu chứa can xi, có lẽ cuối cùng đã thể hiện được công thức cổ xưa. Có một số câu hỏi đặt ra là người Ai Cập cổ đại có được khám phá này là do họ mày mò tìm kiếm hay chỉ là sự tình cờ của số phận? Bởi nhìn cả chuỗi chế tạo thì việc kiểm soát được nhiệt độ là yếu tố dẫn đến một phản ứng thành công và là thách thức lớn nhất, vì nó cũng thực sự bổ sung oxy theo đúng cách.
Sau hơn ngàn năm thì màu xanh lam Ai Cập đã được tái hiện theo nhiều cách mà những nhà sáng chế cổ đại có thể chưa bao giờ mơ tới. Các nhà hóa học nhận ra màu xanh lam Ai Cập có thể có những ứng dụng quan trọng ngoài nghệ thuật, ví dụ tính chất phát quang trong thời gian dài và chiều sâu xâm nhập mạnh trong các mô người của bức xạ điện từ hơn cả tia cực tím hoặc ánh sáng khả kiến. Nếu được sử dụng như một tác nhân hình ảnh, màu này có thể làm tăng thêm khả năng có thể có được những hình ảnh y sinh có độ phân giải cao hơn và chi tiết hơn. Màu xanh lam Ai cập cũng có thể là một thay thế khả thi cho các hợp chất họ Lantan đắt đỏ mà hiện nay vẫn được dùng để giúp mực in bền hơn.
Tương lai công nghệ của màu xanh lam Ai Cập
Rõ ràng là tương lai của màu xanh lam Ai Cập có thể tươi sáng theo nhiều cách khác nhau. Vào thời điểm khởi thủy của màu, ít ai nghĩ rằng màu xanh lam sáng từng tô điểm cho bức chân dung nữ hoàng Ai Cập Nefertiti hàng ngàn năm trước, giờ đây có thể hữu dụng trong nghiên cứu sinh học phân tử.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế do tiến sĩ Sebastian Kruss, Viện Nghiên cứu Hóa lý, trường Đại học Göttingen, đã xúc tiến điều này khi tạo ra một vật liệu kích thước nano mới dựa trên màu xanh lam Ai Cập có thể phù hợp với những ứng dụng trong hình ảnh sử dụng kính hiển vi điện tử và quang phổ học cận hồng ngoại. Kết quả được xuất bản trên Nature Communications “Exfoliated near infrared fluorescent silicate nanosheets for (bio)photonics”.
Kính hiển vi điện tử và hình ảnh quang học là công cụ quan trọng trong nghiên cứu cơ bản và y sinh. Họ đã sử dụng các chất có thể tạo ra ánh sáng khi được kích thích. Với khả năng phát quang, các chất này đều được dùng để nhuộm các vi cấu trúc trong các mẫu thử, cho phép làm rõ độ phân giải trên kính hiển vi hiện đại. Các chất phát quang sáng nhất trong phạm vi ánh sáng khả kiến với mắt người. Khi sử dụng ánh sáng ở phổ cận hồng ngoại, với một bước sóng bắt đầu ở mức 800 nano mét, ánh sáng đâm xuyên sâu hơn vào mô và ít làm biến dạng hình ảnh. Tuy nhiên vẫn còn quá ít các chất phát quang như vậy trong vùng phổ cận hồng ngoại. “Chúng tôi sau đó bắt đầu làm cho màu xanh Ai cập trở nên nhỏ và nhỏ hơn nữa để tạo ra các tấm nhỏ hữu dụng cho hình ảnh y sinh”, tiến sĩ Sebastian Kruss giải thích một cách hình ảnh.
Anh và cộng sự đã tạo ra những lớp siêu mỏng từ màu xanh lam Ai Cập (bột calcium copper silicate). Các tấm nano này mỏng hơn 100.000 lần so với sợi tóc người và có thể phát quang ở phạm vi cận hồng ngoại. “Chúng tôi có thể chứng tỏ thậm chí các tấm nano nhỏ nhất cũng vô cùng bền, tỏa sáng rực rỡ và không hề bị phai màu”, tiến sĩ Sebastian Kruss giải thích thêm. “Những tính chất đó khiến chúng trở nên lý tưởng cho hình ảnh quang học”.
Các nhà khoa học đã thử nghiệm vật liệu trên các mô động vật và thực vật. Họ theo dõi sự chuyển động của các tấm nano theo trật tự để hình dung ra những quá trình và cấu trúc của mô quanh nhân tế bào ở ruồi giấm. Thêm vào đó, họ tích hợp các tấm nano này vào một số cây và sau đó có thể nhận biết được chúng mà không cần kính hiển vi điện tử, qua đó hứa hẹn về những ứng dụng trong tương lai của nền nông nghiệp. “Tiềm năng cho kính hiển vi hiện đại từ loại vật liệu này có nghĩa là chúng ta có thể chờ đợi vào những phát hiện mới về nghiên cứu y sinh trong tương lai”, Kruss nói với Artnet.
“Những hạt màu xanh lam Ai Cập nhỏ bé giờ lại có thể ‘dán nhãn’ các phần cần theo dõi”, Kruss nói và cho biết thêm là “chất phát quang này vô cùng đặc hiệu” và rất hiệu quả để giúp các nhà nghiên cứu “hiểu cách một phôi thai phát triển hoặc các tế bào phân chia như thế nào” trong “cuộc phẫu thuật do hình ảnh hướng dẫn” hoặc đánh dấu các tế bào ung thư”.
“Tôi chắc chắn là nó sẽ thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học vật liệu cũng như các nhà nghiên cứu y sinh”, Kruss nói, không hẳn không tự hào.□
Tô Vân tổng hợp
Nguồn:
https://www.chemistryworld.com/features/egyptian-blue-more-than-just-a-colour/9001.article
https://www.artinsociety.com/egyptian-blue-the-colour-of-technology.html
https://news.artnet.com/art-world/egyptian-blue-science-1819458
