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，內部結構已十分脆弱。對其進行科學保護與修復，需具備微米級分辨率，以在無損條件下獲取其成分與微結構信息。
近日，中國科學院空天信息創新研究院團隊研制出顯微時間門控拉曼光譜儀。該儀器通過關鍵技術，提升了在強熒光背景下的抗干擾能力，并已成功應用于三星堆出土象牙碎片的無損檢測，揭示了其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，易掩蓋微弱的拉曼信號。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。
研究顯示，四塊象牙碎片的熒光強度差異明顯，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。
時間門控拉曼光譜技術突破了強熒光背景下的檢測限制，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應用潛力。
相關研究成果發表在《美國化學會-應用材料與界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。