中國網/中國發展門戶網訊 近日，中國科學院空天信息創新研究院（空天院）廣州園區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，內部結構卻已十分脆弱。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構信息，并具備微米級分辨率，以應對銹蝕和腐蝕分布不均的難題。研究團隊通過關鍵技術與核心部件創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作用下的老化過程。

拉曼光譜技術具有無損、可識別分子結構及微米級空間分辨的優勢，是研究象牙微觀結構的理想手段。該技術通過光與物質相互作用獲取樣品的“分子指紋”，但過程中常伴隨產生高強度熒光信號，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。研究團隊通過硬件與算法創新，實現了強熒光的高效抑制，完成核心部件的國產化，并降低了成本，為技術推廣奠定了基礎。

空天院王振友團隊自主研發的時間門控拉曼光譜儀原型機

研究顯示，四塊象牙碎片的熒光強度差異顯著，其中兩塊在傳統連續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，象牙內部成分差異清晰顯現。分析表明，不同埋藏環境的象牙在有機質含量、骨架結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，部分樣品還可能經歷過焚燒等人為破壞。

總體而言，時間門控拉曼光譜技術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、骨架損傷及有機質殘留等信息，為文物保護修復提供了分子層面的科學依據，也為探究古蜀文明及其埋藏環境提供了新方法。該技術通用性強，可推廣至其他強熒光樣品的分析，在文物保護、材料科學及環境研究等領域具有廣泛的應用潛力。

時間門控拉曼光譜及其對三星堆象牙的分析

據悉，2025年12月，該成果受邀在第13屆國際先進振動光譜學會議上作邀請報告，獲得國際考古與光譜領域專家的廣泛關注。專家認為，該儀器在木乃伊等考古場景中能實現傳統拉曼技術難以達到的光譜采集效果，希望加快其市場化推廣，助力全球更多研究團隊開展考古科學研究。

本研究由空天院聯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。