我国科研团队突破象牙文物无损检测技术 三星堆象牙老化机理研究获重要进展

三星堆遗址出土象牙是研究古蜀文明的重要实物材料,既承载着当时资源获取、礼制活动与工艺水平等信息,也为解读区域交流和社会结构提供线索。

然而,象牙类有机—无机复合材料对环境变化极为敏感,长期埋藏后往往出现粉化、开裂、层状剥落等病害,搬运、清理、加固等环节稍有不慎便可能造成不可逆损失。

如何在不破坏文物的前提下获取微观结构与成分信息,成为保护修复与价值阐释的关键前置环节。

问题在于,传统检测手段在面对“强荧光”文物样品时常受限。

象牙在埋藏过程中会吸附、渗入多种杂质并发生复杂化学变化,检测时容易产生高强度荧光背景,覆盖微弱的拉曼散射信号,使得“看得见、判得准”变得困难。

对三星堆象牙而言,既要达到微米级分辨率以识别细微变化,又要确保无损或微损,以适应脆弱材质的保护需求,这对仪器能力提出更高要求。

造成上述难点的原因,既来自材料本身,也来自埋藏环境的长期叠加效应。

象牙主要由有机质与羟基磷灰石等无机骨架构成,埋藏在富水、含盐或微生物活跃的土层中,容易发生脱矿、溶蚀、离子交换和有机组分降解。

与此同时,文物在出土前后可能经历温湿度突变、人为扰动甚至局部受热等因素,进一步加剧结构脆弱与成分异常。

这些变化在宏观上表现为易碎、易裂,在微观上则体现在结晶性变化、离子替代和有机质含量差异等复杂特征,需要更精细的“分子级读数”。

在此背景下,中国科学院空天信息创新研究院团队研制的显微时间门控拉曼光谱仪,为强荧光样品检测提供了新的技术路径。

拉曼光谱能够通过光与物质相互作用获取样品的“分子指纹”,具备无损、可识别分子结构和微米级空间分辨等优势,被认为是研究象牙微观结构的有效手段。

其难点在于,拉曼信号寿命极短,而荧光信号寿命相对更长。

时间门控技术正是利用两者时间尺度差异,在拉曼信号到达的极短时间窗口内开启探测“快门”,从而优先采集拉曼信号并抑制荧光背景,提升有效信息的可读性。

应用结果显示,四块象牙碎片荧光强度差异显著,其中部分样品在传统连续光拉曼条件下几乎难以获得有效信号;采用时间门控检测后,荧光干扰得到明显抑制,强荧光样品的拉曼信噪比提升超过20倍,象牙内部成分差异得以清晰呈现。

这意味着,对过去“测不出来、看不清楚”的样品,如今可以在无损前提下实现“可测、可比、可解释”的微观诊断,为制定更有针对性的保护方案提供依据。

从影响看,这一进展不仅提升了象牙类文物的检测能力,也为解释病害成因与评估风险等级提供了可量化线索。

研究表明,不同埋藏环境的象牙在有机质含量、无机骨架结晶性和腐蚀程度上存在明显差异;金属离子侵入以及硫酸根等非金属离子对羟基磷灰石的替代,被认为是导致象牙深度老化的重要原因。

部分样品还呈现可能与焚烧等人为破坏相关的特征提示。

上述结论表明,象牙劣化并非单一因素所致,而是地质环境、化学迁移与可能的人类活动共同作用的结果,保护修复需从“材料—环境—过程”三个维度统筹考量。

在对策层面,科学检测的价值在于将“经验式修复”转向“证据链修复”。

一方面,可依据无损检测结果对文物进行分级管理:对深度老化、离子替代明显且结构疏松的样品,优先采取环境控制、加固支撑和搬运风险管理;对有机质保留较好但受盐害显著的样品,则应把控脱盐、缓释与长期稳定性评估。

另一方面,检测结果可反向指导遗址出土现场的应急处置策略,如针对高风险象牙采取封护、控湿、低扰动提取等措施,尽可能减少出土瞬间的二次损伤。

展望未来,随着更多样本的系统测量与多学科交叉验证,时间门控拉曼等无损光谱技术有望与显微成像、环境监测及材料力学评估形成联动,构建象牙劣化的“指标体系”和“演化模型”。

这将推动三星堆象牙保护从单件修复走向群体规律研究,为同类有机—无机复合文物(如骨器、角器等)的长期保存提供可复制的方法学参考。

同时,在确保文物安全的前提下,微观信息的积累也将为古蜀文明研究提供更细颗粒度的证据,服务考古阐释与公众展示。

三星堆象牙的研究进展,充分体现了科技创新对于文物保护和考古研究的重要推动作用。

从强荧光干扰的困境中突破,到清晰揭示象牙的微观结构和老化规律,这一成就凝聚了科研工作者的智慧和努力。

它提醒我们,面对文物保护中的难题,需要不断创新思路、发展新技术、运用新手段。

随着更多先进科学技术的应用,古蜀文明的神秘面纱将逐步揭开,中华优秀传统文化的研究也将迎来更加光明的前景。