人民網(wǎng)北京12月26日電 （記者趙竹青）近日，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）廣州園區(qū)研究員王振友研究團隊研制的顯微時間門控拉曼光譜儀，在三星堆象牙考古研究方面取得進展。相關(guān)成果以《時間門控拉曼光譜解碼三千年象牙的降解途徑：一種無熒光的文物科學方法》為題，發(fā)表于國際期刊《美國化學會-應用材料與界面》。

三星堆出土象牙歷經(jīng)三千余年，是研究古蜀文明的重要載體。由于長期埋藏于地下，這些象牙持續(xù)受到地下水、可溶鹽及微生物等因素侵蝕，外觀雖大體完整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻已十分脆弱。對其進行科學保護與修復，需在無損條件下獲取其成分與微結(jié)構(gòu)信息，并具備微米級分辨率，以應對銹蝕和腐蝕分布不均的難題。研究團隊通過關(guān)鍵技術(shù)與核心部件創(chuàng)新研制的這一顯微時間門控拉曼光譜儀，顯著提升了拉曼光譜在強熒光條件下的抗干擾能力，最終利用該儀器對三星堆出土的四塊象牙碎片進行無損檢測，成功揭示了象牙在長期地質(zhì)作用下的老化過程。

拉曼光譜技術(shù)具有無損、可識別分子結(jié)構(gòu)及微米級空間分辨的優(yōu)勢，是研究象牙微觀結(jié)構(gòu)的理想手段。該技術(shù)通過光與物質(zhì)相互作用獲取樣品的“分子指紋”，但過程中常伴隨產(chǎn)生高強度熒光信號，容易掩蓋微弱的拉曼信號。王振友介紹，拉曼信號壽命極短、低于皮秒級，而熒光信號壽命較長、在納秒級以上。時間門控拉曼光譜技術(shù)利用拉曼信號與熒光信號壽命的差異，通過在拉曼信號到達的極短時間窗口內(nèi)開啟探測“快門”，即可有效采集拉曼信號并抑制熒光背景。該技術(shù)長期面臨時間分辨率要求極高、核心探測器依賴進口等挑戰(zhàn)。研究團隊通過硬件與算法創(chuàng)新，實現(xiàn)了強熒光的高效抑制，完成核心部件的國產(chǎn)化，并降低了成本，為技術(shù)推廣奠定了基礎(chǔ)。

研究顯示，四塊象牙碎片的熒光強度差異顯著，其中兩塊在傳統(tǒng)連續(xù)光拉曼條件下幾乎無法得到有效信號。而在時間門控拉曼檢測中，熒光干擾被有效抑制，強熒光樣品的拉曼信噪比提升超過20倍，象牙內(nèi)部成分差異清晰顯現(xiàn)。分析表明，不同埋藏環(huán)境的象牙在有機質(zhì)含量、骨架結(jié)晶性和腐蝕程度上存在明顯差異；金屬離子侵入及硫酸根等非金屬離子替代羥基磷灰石，是導致象牙深度老化的主要原因，部分樣品還可能經(jīng)歷過焚燒等人為破壞。

總體而言，時間門控拉曼光譜技術(shù)突破了強熒光背景下的檢測限制，清晰揭示了象牙中微量離子侵入、骨架損傷及有機質(zhì)殘留等信息，為文物保護修復提供了分子層面的科學依據(jù)，也為探究古蜀文明及其埋藏環(huán)境提供了新方法。該技術(shù)通用性強，可推廣至其他強熒光樣品的分析，在文物保護、材料科學及環(huán)境研究等領(lǐng)域具有廣泛的應用潛力。

本研究由空天院聯(lián)合四川省文物考古研究院館員肖慶、副研究館員郭建波，浙江大學藝術(shù)與考古學院教授張暉，電子科技大學電子科學與工程學院教授胡旻等共同完成，并得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等項目支持。