陕西高校用“黑科技”让文物重焕新生

陕西既有厚重历史、丰富文物，也拥有密集的高等教育资源和雄厚科研实力——西北大学、西安交通大学、陕西师范大学等众多省内高校在材料科学、信息技术、化学分析、人工智能等领域积淀深厚。依托陕西高校科研的雄厚实力，助推陕西文物保护科技发展，也成为陕西文物保护工作的鲜明特色。

无损微损分析、蛋白质组群分析、变温衍射、古DNA检测……现代文物保护与研究已超越传统修复范畴，文保科技工作者多年来坚持不懈推动科技发展、转化科研成果，并从价值认知、科技手段应用与多学科交叉分析角度出发，在微观细节中挖掘文物蕴藏的古代技艺和文化价值。

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唤醒历史，让文物“开口”讲故事

“传统考古学只能回答‘吃了什么’，科技能还原‘怎么吃、和谁吃’。”在前不久的第五次全国文物科技创新论坛上，西北大学教授温睿及其科研团队在分子考古领域深入研究，不仅在人类牙结石微量样本中通过蛋白质组学分析“复刻”出史前人类食谱，还发现了史书未载的特殊酿酒工艺，研发的便携式采样装备与快速判别模型已应用于考古现场。

秦始皇帝陵博物院“千古一帝的地下王国——秦始皇陵考古发现展”中展出的铠甲御手俑。

“中国紫”是活跃在我国战国至秦汉时期的人工合成颜料，也是我国古代科技史上重要的里程碑。西北大学文化遗产学院文物保护技术系主任、副教授孙凤十几年来一直对它充满兴趣：古人是如何发现合成紫色颜料的？现代科技能否再现古人合成工艺？这些疑问随着变温XRD技术的利用迎刃而解。研究显示，“中国紫”加热过程中会演变为“中国深蓝”，进一步会演化为“中国蓝”。

这说明古人合成紫色颜料的技术早已炉火纯青。

“原位高温高分辨X射线衍射技术可以实时监测材料在变温过程中的晶体结构演变，揭示相变机制。”孙凤解释，“文、理、工、艺多学科交叉，加上变温衍射、原位电镜—拉曼联用技术等多种高科技手段辅助，才能探明古代制作工艺，再现中国紫演化至中国蓝的变化过程。”

中国紫至中国深蓝、中国蓝的变化。

图源 / 陕西广电融媒体集团·今日点击

随着时代发展，文保科技工作者越来越关注文物及考古现场的微观细节，分析研究文物的同时还会筛选文物上清理下来的各类物质，寻找可能被忽视的微粒、植物种子等信息，尝试更细致的视角解读历史。这种文物保护学、化学、考古学、文物学、艺术学等文、理、工、艺各学科多维度交叉的研究方法，既为大众提供了有意思的故事，也常能为学术界带来突破性认知，使文保工作更加丰富有趣。

据孙凤介绍，西北大学拥有国内文化遗产领域首个文理交叉重点实验室——文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室，其下设专题实验室、文物保护修复实验平台、分析测试中心等。

孙凤（左）和同事在观察分析文物样本。

检测镜头下是肉眼几乎不可见的文物样本。

先进科技手段能精确展示样本材质、工艺、保存状况及历史信息，从文物的微观结构、性能与演变中为考古研究提供强有力的科学支撑。基于此，近年来该实验室取得一系列重大学术成果，研发了国际前沿的文物无损微损分析技术。

近来，分析测试中心对原有科研仪器等硬件设备进行更新升级，增添了超景深三维视频显微系统、偏光显微镜、金相显微镜、原子力显微镜、光学相干断层扫描仪、热重分析仪、热膨胀仪、激光粒度仪等共19台（套）精密仪器设备，皆搭配行业内目前最新、最前沿的科学技术。目前，该中心有约30台（套）精密科研仪器设备。

“在对文物残留物进行研究时，无损微损分析技术所需样本微小到能忽略不计，凭MALDI-TOF基质辅助激光解吸附时间飞行质谱仪即可分析出它属于哪类物质，是化妆品还是食物，抽丝剥茧揭示古人日常生活；壁画可采用OTC光学相干断层扫描技术做‘CT’扫描，在不破坏壁画的情况下观察揭示其内部结构；热性能分析仪能够模拟加速过程，帮助预测评估各类保护材料在高温下的反应速度和使用寿命；X射线荧光光谱仪能量化文物成分……”

孙凤对这批高科技加持的仪器设备如数家珍，最后总结似地说：“这，才是今天的文物保护。”

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微观细节，拼凑历史文明“DNA”

我们是谁？从何而来？人类总对自身相关的事充满兴趣，比如人类的起源及演变史。随着对文物微观细节深入研究，现代文保科技工作者运用DNA实验技术分析古代生物谱系、分子演化，得到人类起源、迁徙过程与遗传信息，再加上碳氮同位素、锶同位素等同位素分析，可进一步判断出古人饮食习惯和生活区域等重要信息。

2024年，陕西历史博物馆北周武帝孝陵科技考古成果展上，采用颅骨CT扫描等技术初步复原的宇文邕面貌首次亮相，这也是我国首次以科技考古方式复原古代帝王容貌。科研团队用专门适配古DNA的捕获探针从遗骸中提取DNA、测序和进行群体遗传分析，结合历史学、考古学等多学科分析，得知宇文邕可能长期服食丹药导致砷中毒从而英年早逝，其血统极可能是鲜卑与汉人长期通婚的结果。

这些历史资料和古基因组研究的相互印证，是科技助力考古研究的一次成功典范。

西安交通大学生命科学与技术学院教授张虎勤，从2002年开始古DNA分子考古研究，建立了古DNA分子性别分析方法、古代人类mtDNA母系遗传关系分析方法，多年来他带领科研团队通过国际合作与技术创新，在东亚人群起源、迁徙及文明演进等领域取得突破性成果。

2021年，张虎勤及其团队与厦门大学教授王传超、哈佛医学院教授David Reich深度合作，联合全球43家单位、85名共同作者在《自然》期刊发表题为《基因组学解析东亚人群形成历史》的文章，该研究成果发布东亚地区距今8000到1000年前166个古人类基因组捕获测序数据。

该论文的发表标志着西安交通大学在古DNA研究领域进入世界先进水平。

这是目前国内外开展的东亚地区最大规模的考古基因组学研究，东亚地区古代人类基因组样本量是以往国内研究机构所发表样本量总和的两倍。科研团队历时8年优化古DNA提取方案，针对陕西五庄果墚遗址人骨开发高精度测序流程，首次获得黄河流域新石器农民完整基因组，填补东亚古DNA数据空白。

此外，西安交通大学教授、遗址与古建筑（国际）研究中心主任蒋维乐及其团队，在大遗址保护利用及复杂环境遗产保护领域取得的显著成果也引来众多关注。

该科研团队根据高原环境温差大、紫外线强、材料老化的情况，对高原藏式建筑采取耐候性高分子复合材料结合增材制造技术进行小尺度木构件的原位替换。其间，在修复结构中嵌入智能传感器，建立动态响应模型，构建无线传感网络与智能监测平台，实现对修复区域的实时健康监测与预警，在实体文化遗产的智能保护修复与监测前沿领域展现强大跨学科创新能力。

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科技加持 褪色的历史重焕光彩

1987年7月29日的《光明日报》有一则新闻：“一本字迹几乎全已消褪的会议记录摆放在……长方形桌案上，一位年轻人用镊子夹起一块蘸着药水的小棉球在上面轻轻擦了几下，那记录本上立即神奇地现出清晰的字迹来……”这位“年轻人”就是陕西师范大学材料科学与工程学院教授李玉虎。

李玉虎教授为学生答疑解惑。

图源 / 《半月谈》

时光倏忽而过，陕西师范大学历史文化遗产保护教育部工程研究中心里，李玉虎小心翼翼用棉球蘸着自研溶液轻轻点按脆化褪色的档案，动作一如当年般谨慎细致。数十年间，这位文物“医生”带领科研团队研发出了“档案、图书规模化气相脱酸与加固技术”“同种油满材料催化固化胶粘剂”“彩画霉菌去除技术”等技术，如今不仅拥有100余项发明专利，还将研究领域从纸质文献扩展到土遗址、壁画、彩绘、影像资料保护等方面。

不久前，李玉虎教授团队收到来自河北省隆尧县文化发展中心的感谢信。该中心收藏的著名诗人臧克家致河北著名作家尧山壁的书信于去年8月遭水浸，字迹洇化消失殆尽。该科研团队接到紧急委托后，应用“褪色蓝墨水字迹显色固色”“稳定材料消除光散射”创新技术抢救修复，成功使消失字迹显现原貌。

这是该科研团队因成功修复档案与文物收到的第125封感谢信或应用证明，也是他们完成的130余项档案修复保护工程中70余万件珍贵档案之一。

臧克家致尧山壁书信修复前后对比。

图源 / 《中国档案报》

纸质文献、壁画、胶片等的风化、褪色、剥落、霉变中有化学、物理变化的作用，因而它们的修复也需要创新性科学技术的加持。

如被称为感光影像资料病害中“癌症”的醋酸综合症，是醋酸电影胶片、航拍片、缩微片等感光影像资料严重酸化释放酸气，分泌增塑剂污染物，发生扭曲变形等情况的病害。

李玉虎及其团队研发的无机纳米功能材料流平粘接脱酸技术，筛选、复配不同种类、不同尺度的无机偏碱性纳米材料、粘结剂、流平剂、适宜溶剂恢复胶片光学原貌及性质。最终研发出全球第一套“醋酸综合症”治理成套设备和工艺体系，使影像劣化消失，起翘成渣、板结成块的电影胶片等感光影像资料恢复原貌。

针对破坏照片、底片原貌与光学性质的“银镜”病害，玻璃底片乳剂层龟裂脱落的严重病害，又分别研发微量界面保护性去除剂与精细去除工艺、添加防霉剂与交联剂的兼容性明胶加固剂，筛选兼容性回贴修复材料，研究精细回贴修复工艺来恢复加固影像原貌。

这一系列原创性、工程性科研成果，已达到国际领先水平。

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多校合力 织就文保科技防护网

陕西高校文保科研工作如同一场“拉力赛”，都在自己的“赛段”上全力奔跑。

2016年，陕西省文物局与西安交大、西北大学等高校签约，组建全国首个省级文物科技保护联盟“陕西省文物保护科技创新联盟”。该联盟探索建立跨学科、跨领域、跨行业、跨部门的平台共用、基地共建、设备共享、人才共培、课题共研的合作新模式，面向文物防、保、研、管、用5大需求领域，促进科研成果转化，推动关键共性技术攻关，推进文物保护事业发展。

近十年过去，这里已成为推动全国文物保护工作的强劲“科技引擎”。

西北大学文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室分析测试中心。

秦始皇帝陵博物院与西安交大合作项目“中国古代彩绘的指纹识别及有机、无机杂化材料保护关键技术和应用”获得教育部科技进步二等奖；西北大学教授徐国保通过源自树轮和文献的证据，再现了人类文明演变中的极端气候记录；西安理工大学教授朱才辉将现代科技应用到西安钟楼基座保护中；西安建筑科技大学教授薛建阳及其团队完成了应县木塔史上最全面残损调查——对组成木塔的11万余个构件逐个拍照测量，建立三维数据库和残损信息库，开发数字化古建筑监测预警云平台系统；陕西科技大学陕西省地下文物保护利用协同创新中心组建“有机质地下文物团队”等四个交叉创新团队，开展古陶瓷研究、文物健康评估、文物病害防护、3D数字修复等工作……

科技飞速发展的今天，高新科技与文物保护、考古研究的结合为揭开历史谜团、守护文化遗产提供了强大助力。这些科学技术不仅延长了文物寿命，更让文化遗产突破物理边界，在云端实现永续传承。

文保科技工作者的智慧，为冰冷的仪器注入了人文的温度，文物的厚重，则为前沿科技赋予了文明的深度，让中华文明在守正创新中生生不息。