我国自主研发显微光谱技术取得突破 为三星堆象牙保护提供分子级解决方案

记者从中国科学院空天信息创新研究院获悉,该院广州园区王振友研究团队自主研制的显微时间门控拉曼光谱仪在三星堆象牙考古保护领域取得重要进展,为古蜀文明研究提供了全新的科技支撑。

三星堆遗址出土的象牙文物承载着三千多年的历史信息,是解读古蜀文明的珍贵载体。

然而,这些文物在漫长的地下埋藏过程中面临严峻挑战。

地下水长期浸润、可溶性盐类持续侵蚀以及微生物活动等多重因素,使得象牙文物虽然外形基本保持完整,但内部结构已变得极其脆弱。

传统检测方法往往需要取样分析,存在对文物造成二次损害的风险,难以满足文物保护的严格要求。

针对这一技术难题,研究团队深入分析了文物保护的实际需求。

象牙文物的锈蚀和腐蚀分布极不均匀,需要在完全无损的前提下获取其成分与微观结构信息,检测精度必须达到微米级别。

这对检测设备的技术水平提出了极高要求。

拉曼光谱技术本身具备无损检测、分子结构识别和微米级空间分辨等显著优势,理论上是研究象牙微观结构的理想工具。

该技术通过激光与物质相互作用,获取样品独特的"分子指纹"信息。

但在实际应用中,检测过程常常伴随产生高强度荧光信号,这些强烈的背景光会严重掩盖微弱的拉曼信号,导致检测结果失真或无法获得有效数据。

为突破这一技术瓶颈,研究团队创新性地采用时间门控技术原理。

该技术巧妙利用拉曼信号与荧光信号在时间特性上的差异,通过精确控制探测器的开启时间窗口,在拉曼信号到达的极短时间内完成信号采集,从而有效抑制荧光背景干扰。

在具体实施过程中,研究团队面临时间分辨率要求极高、核心探测器长期依赖进口等技术挑战。

通过硬件设计创新和算法优化,团队成功实现了核心部件的完全国产化,不仅提升了设备性能,还显著降低了制造成本,为技术的广泛推广应用奠定了坚实基础。

实际检测结果令人振奋。

研究团队运用自主研制的设备对四块三星堆象牙碎片进行无损检测,发现这些样品的荧光强度存在显著差异。

其中两块样品在传统连续光拉曼检测条件下几乎无法获得有效信号,而采用时间门控拉曼技术后,强荧光样品的信噪比提升超过20倍,象牙内部成分差异得以清晰呈现。

深入分析表明,不同埋藏环境对象牙文物的影响程度存在明显差异。

有机质含量变化、骨架结晶性退化和腐蚀程度差异等现象清晰可见。

研究发现,金属离子的深度侵入以及硫酸根等非金属离子对羟基磷灰石的替代作用,是导致象牙文物深度老化的主要机制。

部分样品还显示出可能经历过焚烧等人为破坏的痕迹,为考古研究提供了重要线索。

这项技术突破的意义远超单一文物的保护范畴。

时间门控拉曼光谱技术成功克服了强荧光背景下的检测限制,能够清晰揭示文物中微量离子侵入、结构损伤及有机质残留等关键信息,为文物保护修复工作提供了分子层面的科学依据。

文物保护的难点,往往不在于“是否修复”,而在于“如何在最小干预中做出最正确的判断”。

国产显微时间门控拉曼光谱仪在三星堆象牙研究中的应用表明,关键科学仪器的突破能够把看不见的微观变化转化为可验证的证据,让保护修复更精准、更审慎、更可持续。

随着多学科协同与装备能力提升,越来越多沉睡千年的信息,将以更安全、更可靠的方式被唤醒并传承下去。