Il Laboratorio di Risonanza Magnetica Nucleare applicata ai Beni Culturali del CNR ISC è dedicato allo sviluppo e all’applicazione di metodologie non invasive per la caratterizzazione dei materiali di interesse storico-artistico e archeologico, con particolare attenzione ai sistemi porosi e ai manufatti lignei. La finalità del laboratorio è fornire strumenti diagnostici quantitativi per lo studio dello stato di conservazione, dei processi di degrado e dell’efficacia degli interventi di restauro, contribuendo alla definizione di strategie sostenibili per la tutela del patrimonio culturale.
L’attività si basa su un approccio multiparametrico che integra diverse metodologie NMR per ottenere informazioni complementari sulla struttura e sulla dinamica dei materiali. In particolare, vengono investigate che proprietà dinamiche di fluidi e gels e la loro distribuzione nei sistemi porosi (legno, marmo, ossa/denti fossili), le proprietà di rilassamento e i fenomeni diffusivi, con l’obiettivo di correlare i parametri misurati alle caratteristiche fisico-chimiche dei materiali e al loro stato di alterazione. Questo approccio consente di analizzare in modo non distruttivo materiali complessi, preservandone l’integrità e garantendo al contempo un elevato contenuto informativo.
Un ambito centrale di ricerca riguarda lo studio del legno archeologico e dei materiali lignocellulosici degradati, nei quali la presenza e la mobilità dell’acqua giocano un ruolo determinante nei processi di deterioramento. Le metodologie sviluppate consentono di distinguere diverse popolazioni d’acqua, di valutare il grado di conservazione della matrice e di monitorare l’interazione con agenti consolidanti, inclusi sistemi polimerici e formulazioni a basso impatto ambientale. Ciò permette di supportare la progettazione e la verifica di trattamenti conservativi più efficaci e compatibili.
Parallelamente, il laboratorio sviluppa tecniche di imaging per l’analisi non distruttiva della microstruttura dei materiali organici, offrendo strumenti innovativi per l’identificazione e la caratterizzazione di reperti fragili o unici, per i quali il campionamento non è praticabile. L’integrazione tra informazioni morfologiche e parametri fisici consente una lettura più completa dei materiali anche in condizioni di forte alterazione.
Un ulteriore filone di ricerca riguarda i materiali lapidei e compositi, con particolare riferimento ai processi di trasporto nei mezzi porosi, all’assorbimento e alla ritenzione di fluidi e prodotti di restauro. Queste indagini contribuiscono a comprendere i meccanismi di interazione tra materiali e trattamenti, favorendo l’ottimizzazione delle procedure di intervento.
Il laboratorio promuove inoltre lo sviluppo di protocolli per la diagnostica in situ, con l’obiettivo di trasferire metodologie avanzate alle applicazioni operative. L’attività si colloca in un contesto interdisciplinare tra chimica fisica, scienza dei materiali e conservazione, contribuendo allo sviluppo di approcci quantitativi, non invasivi e trasferibili per la conoscenza e la tutela dei beni culturali.
Program: EU Erasmus Plus Programme
Grant value: €382,828
Coordinator: Prof. A. Moropoulou (National Technical University of Athens)
Il progetto di durata biennale (2021-2023) riguardava la digitalizzazione dei beni culturali per fini didattici
sUbsistEnce tRansitIons: an innovative
integrated approach – PUERI
Program : PRIN 2022, Italian Ministry of
University and Research & NextGenerationEU
Il Progetto di durata biennale (2023
2025) riguarda l’analisi microstrutturale di denti
archeologici con microimaging NMR
Program: DTC Lazio Region 2019-2020
Project title: AugmentedArt finanziato dalla Regione Lazio LazioInnova 2021
Multi-parametric high-resolution MRI for the characterisation of water and PEG solutions in
wood.
European Journal of Wood and Wood Products 2026;84 (2), 34.
2) L Giuliani, C Genova, E Villani, V Stagno, L Paoletti, E Oknazova, ...S Capuani
Assessment and characterization of Origanum vulgare essential oil in highly viscous polymeric
dispersions for cleaning cultural heritage stone materials
Journal of Cultural Heritage 2026; 77, 341-350
3) S Longo, V Crupi, C Corsaro, S Capuani, E Fazio
Non-invasive identification and characterisation of wooden cultural heritage through Hounsfield
unit-based CT imaging
Journal of Cultural Heritage 2025;76, 288-298
4) Biribicchi C.; Capuani S.; Ciarleglio G.; Santonicola M.G.; Stagno V.; Piancastelli A.;
Favero G.
Retention and capillary flow dynamics assessment of Fatty Acid Methyl Esters (FAMEs) in Carrara
marble (2025) MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS, 333, 130400.
DOI: 10.1016/j.matchemphys.2025.130400
5) Villani E.; Popescu C.-M.; Jancelewicz M.; Stagno V.; Capuani S.; Broda M.
Sodium Alginate as a Green Consolidant for Waterlogged Wood—A Preliminary Study (2025)
FOREST, 16(2), 325. DOI: 10.3390/f16020325.
6) Palermo F.; Trocchi M.; Fratini M.; Bukreeva I.; Massimi L.; Coppa A.; Cedola A.;
Capuani S.
Multi-parametric μMRI and Synchrotron radiation-based XPCT for studying human bone tissue in
archaeological contexts (2025) JOURNAL OF ARCHAEOLOGICAL SCIENCE: REPORTS, 66,
105315. DOI: 10.1016/j.jasrep.2025.105315
7) Giuliani L.; Genova C.; Stagno V.; Paoletti L.; Matulac A.L.; Ciccola A.; Di Fazio M.;
Capuani S.; Favero G.
Multi-Technique Assessment of Chelators-Loaded PVA-Borax Gel-like Systems Performance in
Cleaning of Stone Contaminated with Copper Corrosion Products (2024) GELS 10(7), 455. DOI:
10.3390/gels10070455.
8) Stagno V.; Mankinen O.; Mailhiot S.; Telkki V.-V.; Capuani S.
Comprehensive characterization of waterlogged archaeological wood by NMR relaxometry,
diffusometry, micro-imaging and cryoporometry (2024) PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL
PHYSICS 26(42), 27189- 27208. DOI: 10.1039/d4cp02697g
9) Stagno V, Moricca C, Sadori L, Dell’Aglio E, Reale R, Capuani S.
Evaluation of the efficacy of micro-Magnetic Resonance Imaging compared with light microscopy to
investigate the anatomy of modern and ancient waterlogged wood (2023)
MAGNETIC RESONANCE IMAGING, 102, 164-178.
10) Moricca C.; Stagno V.; Hamza N.M.; Favero G.; Sadori L.; Capuani S.
Laboratorio NMR applicato ai beni culturali
The High Potential of Micro-Magnetic Resonance Imaging for the Identification of Archaeological
Reeds: The Case Study of Tutankhamun (2023) HERITAGE 6 (11), 7170-7180
Journal Impact Factor: 2.2
11) Longo S, Egizi F, Stagno V, Di Trani MG, Marchelletta G, Gili T, Fazio E, Favero G,
Capuani S.
A Multi-Parametric Investigation on Waterlogged Wood Using a Magnetic Resonance Imaging
Clinical Scanner (2023) FORESTS vol. 14 (2) p. 276. Doi: doi.org/10.3390/f14020276.
12) Palombo M, Barbetta A, Cametti C, Favero G, Capuani S.
Transient Anomalous Diffusion MRI Measurement Discriminates Porous Polymeric Matrices
Characterized by Different Sub-Microstructures and Fractal Dimension. (2022) GELS, vol. 8, p. 95,
ISSN: 2310-2861, doi: 10.3390/gels8020095.
13) Stagno V, Ricci S, Longo S, Verticchio E, Frasca F, Siani AM, Capuani S.
Discrimination between Softwood and Hardwood based on Hemicellulose Content obtained with
Portable Nuclear Magnetic Resonance (2022) CELLULOSE, 29, p. 7917–7934. Doi:
10.1007/s10570-022-04728-x
14) Stagno V, Mailhiot S, Capuani S, Galotta G, Telkki V-V. Testing 1D and
2D single-sided NMR on Roman age waterlogged woods. (2021) JOURNAL OF
CULTURAL HERITAGE, vol. 50, p. 95-105, ISSN: 1296-2074,
doi: 10.1016/j.culher.2021.06.001
15) Stagno V, Genova C, Zoratto N, Favero G, Capuani S.
Single-Sided Portable NMR Investigation to Assess and Monitor Cleaning Action of PVA-Borax
Hydrogel in Travertine and Lecce Stone. (2021) MOLECULES, vol. 26, (12), 3697. ISSN:1420-
3049, doi:10.3390/molecules26123697
16) Stagno V, Ciccola A, Curini R, Postorino P, Favero G, Capuani S.
Non-invasive assessment of pva-borax hydrogel effectiveness in removing metal corrosion products
on stones by portable nmr. (2021) GELS, vol. 7, 265, ISSN: 2310-2861, doi: 10.3390/gels7040265
17) Montaina L, Longo S, Galotta G, Tranquilli G, Saccuman R, Capuani S.
Assessment of the Panel Support of a Seventeenth-Century Dutch Painting by
Clinical Multislice Computed Tomography. (2021) STUDIES IN CONSERVATION,
vol. 66, p. 174-181, ISSN: 0039-3630, doi: DOI:10.1080/00393630.2020.1757881
18) Stagno V, Egizi F, Corticelli F, Morandi V, Valle F, Costantini G, Longo S, Capuani S.
Microstructural features assessment of different waterlogged wood species by NMR diffusion
validated with complementary techniques. (2021) MAGNETIC RESONANCE IMAGING, vol. 83,
p. 139-151, ISSN: 0730-725X, doi: 10.1016/j.mri.2021.08.010