科学家使用X射线和红外光探索埃及木乃伊骨头

时间:2019-11-13 13:19 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

科学家使用X射线和红外光探索埃及木乃伊骨头

 

  开罗大学副教授艾哈迈德·埃尔纽维西(Ahmed Elnewishy)持有来自木乃伊残骸的股骨样品,该样品在伯克利实验室的高级光源同步加速器中进行了研究。Elneshy和开罗大学的博士后研究员Mohamed Kasem在两个月的访问中研究了数十个古埃及的骨骼样本和一些土壤样本,这是由一项名为LAAAMP的受资助计划资助的。

  能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的实验正在埃及土壤和古老的木乃伊骨头样品上开辟新的亮光,它们可以提供数千年前对日常生活和环境条件的更深入的了解。

  在8月底结束的为期两个月的研究工作中,来自埃及开罗大学的两名研究人员在伯克利实验室的高级光源(ALS)上使用基于X射线和红外光的技术对32个骨骼样品和两个土壤样品进行了研究。ALS产生各种波长的亮光,可用于探索样品的微观化学,结构和其他特性。

  LAAAMP(非洲,美洲,亚洲和中东的光源项目)使他们的访问成为可能。LAAAMP是一项赠款支持的计划,旨在为在该地区工作的科学家提供更多的国际科学机会和合作。

  埃及开罗大学的两名研究人员在伯克利实验室的高级光源(ALS)中使用基于X射线和红外光的技术对32个骨骼样品和两个土壤样品进行了研究。该视频显示了开罗大学和ALS科学家在ALS工作。ALS产生各种波长的亮光,可用于探索样品的微观化学,结构和其他特性。

  样品代表四个王朝,两个墓地

  样品包括木乃伊的木乃伊残骸的骨碎片,可追溯到2,000至4,000年,并从这些遗骸的部位收集土壤。遗迹代表了埃及的四个王朝:中王国,第二中古时期,晚期和古罗马时期。

  来访的科学家是开罗大学副教授Ahmed Elnewishy和博士后研究员Mohamed Kasem,他们想区分骨骼样品中的化学物质浓度是否与个人的健康,饮食和日常生活有关,或者土壤中的化学物质是否改变了人体的健康状况。随着时间的流逝骨骼的化学反应。

  他们的工作对于埃及的文化遗产以及对更好地了解古物保护以及这些遗体受污染的潜在途径至关重要。样品是从两个埃及遗址-萨卡拉(Saqqara),一个古老的墓地-那里采集的。和阿斯旺(Aswan),是开罗大学考古学家曾在尼罗河沿岸一座古老城市的所在地,曾经被称为斯韦内特(Swenett)。

  Kasem说:“骨头的行为就像档案一样。”自从博士学位以来,他一直研究古代的骨头化学。研究可追溯至2011年。他使用了一种涉及激光烧蚀的化学分析技术,其中短时间的激光脉冲将样品中的少量材料炸掉。然后,分析这个小爆炸发出的光,以确定存在哪些元素。

  他说:“我们发现了铅,铝和其他元素,可以指示当时的环境和毒性。” “这些信息存储在骨头中。”

  

科学家使用X射线和红外光探索埃及木乃伊骨头

 

  从左起,开罗大学博士后研究员Mohamed Kasem,ALS科学家Hans Bechtel和开罗大学副教授Ahmed Elnewishy使用红外光研究ALS处的骨样品。

  区分土壤与骨骼化学

  棘手的是弄清楚元素是如何进入骨骼的。“元素可能会从骨骼的外部扩散到内部,并受到细菌,湿度和其他影响的影响。很难将其分开-要知道它是否来自周围的土壤。因此,我们一直在尝试不同的技术。”

  Kasem补充说:“影响保存的因素太多。其中之一是骨头被埋在土壤中的时间,还有骨头的状态和不同类型的土壤。”防腐技术的差异也可能影响骨头的保存及其在X射线中发现的化学成分学习。他说:“材料具有不同的品质,例如布料和它们用来防腐的树脂。”

  虽然古埃及人没有在金属加工中使用铝,但研究人员发现他们使用钾明矾(一种含有铝的化合物)来减少饮用水中的浑浊。铅的浓度很可能是埃及人用来抛光陶器的铅所致。

  最新的研究集中在样本上,包括从股骨骨头和股骨干切下的切片,以查看一种样本类型是否比另一种样本更容易受到周围土壤的污染。股骨是人体中最坚固的骨骼,从膝盖到臀部。股骨顶部的头部比骨干的核心具有更海绵状的骨质。

  研究人员与ALS研​​究科学家Hans Bechtel和Eric Sc​​haible合作,在三种不同的光束线上进行了实验。Schaible通过一种称为小角度X射线散射(SAXS)的技术协助研究人员,该技术用于分析胶原蛋白(一种丰富的人类蛋白质)的纳米级图案。

  X射线扫描显示胶原蛋白模式

  一次对骨骼横截面的扫描仅需2到6个小时即可完成,扫描的横截面长达3至5厘米,厚度约半毫米,并提供了详细的二维图,显示了胶原蛋白在骨骼中的组织方式。

  可以将这些图像与现代骨骼进行比较,以更好地了解胶原蛋白是否以及如何随着时间而降解,并且可以告诉我们个人的健康状况。

  Schaible说:“胶原蛋白是人体的主要组成部分之一。” “它存在于皮肤,骨骼,内脏器官,眼睛,耳朵,血管中-这是我们制造的主要物品之一。当我们通过胶原蛋白照射X射线时,X射线会被散射,它们产生的散射模式可以告诉我们很多有关胶原蛋白保存和组织得很好的信息。”

  尽管未来有很多分析方法可以解释从样本中获取的数据,但Schaible说,古代样本中的胶原蛋白组装通常不如现代健康骨骼中的那么有序。

  他对杏鑫平台登录注册说:“参与该项目,并了解这些木乃伊的生命,去世和去世,这真是令人兴奋。”

  红外光显示骨骼化学,矿物质浓度

  ALS的红外研究表明骨骼中存在的矿物质和有机物质的化学分布和浓度。

  “主要的障碍之一是如何制备样品,” Elnewishy说。用这种易碎的材料切出薄的截面是困难的。

  Schaible联系了加州大学伯克利分校地球与行星科学系的专门实验室,该实验室协助切片。对于最薄的部分和最易碎的样品,将骨头悬浮在环氧树脂中,然后切成薄片。

  新实验计划

  Elnewishy表示,还计划在SESAME(中东实验科学与应用的同步加速器光)进行相关实验,SESAME是约旦的科学光源,于2017年开放用于实验。SESAME是由科学家合作建立的和该地区的政府。

  他指出,研究小组从实验中学到的文化遗产和样品保存知识,可能会使吉萨大埃及博物馆的藏品受益,该博物馆预计将于2020年开放,并将收藏10万多件埃及文物。

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