蔡司X射线🩻显微镜🔬（XRM）是一系列采用非破坏性三维成像技术的科学仪器，结合几何与光学两级放大架构，能够在无需切片或特殊制备的情况下，高分辨率地揭示样品内部微观结构。其产品线涵盖从实验室常规分析到同步辐射☢️级应用场景，广泛应用于材料科学、生命科学、『半导体』失效分析等领域。蔡司X射线🩻显微镜🔬凭借其超高分辨率、无损三维成像及精准元素分析能力，已成为考古文博与古生物学研究的核心装备。
一、技术特性与发展定位
蔡司X射线🩻显微镜🔬基于掠射X射线🩻成像与微焦点CT技术，实现了从微米到纳米级的多尺度观测。其核心优势在于：采用相干散射衬度成像技术，可区分原子序数差异微小的物质；通过非破坏性三维重构，保留样品原始状态；配备的X射线🩻荧光（XRF）模块可同步实现元素分布成像。以蔡司Xradia 620 Versa为例，其空间分辨率可达0.5μm，最大样品尺寸支持150mm，满足从小型文物到大型化石的检测需求，这种“一机多能"的特性使其在跨学科研究中展现出独特优势。
Versa 730系列
蔡司在该领域的技术演进始终紧扣科研需求：自2010年推出文博专用X射线🩻显微镜🔬以来，该技术不断进步。该显微镜🔬集成了实时成像与三维建模功能，为文物研究提供了新的视角。2018年，Xradia 810 Ultra的推出引入了纳米CT技术，显著提升了古生物微化石研究的分辨率，突破了以往的瓶颈。到了2023年，蔡司X射线🩻显微镜🔬的智能分析系统进一步通过AI算法自动识别文物病害与化石结构特征，大幅提高了数据处理的效率。目前，故宫博物院、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等机构均已配备蔡司X射线🩻显微镜🔬设备，形成标准化研究范式。
二、考古文博领域的应用实践
（一）文物工艺的精细化解析
在青铜器研究中，蔡司X射线🩻显微镜🔬可精准还原铸造工艺细节。故宫博物院借助Xradia 620 Versa显微镜🔬的高分辨率和三维重构算法，对商代青铜爵进行了细致的三维扫描。这一过程不仅清晰地识别出了器壁内4处呈三角形分布的泥质芯撑，还揭示了爵柱与器身连接处的焊接痕迹，从而有力地证明了该器物采用了“分铸法+二次焊接"的先进工艺。更值得关注的是，通过元素分布分析，发现爵身纹饰区域的锡含量比基体高3%，揭示了古人通过调整合金成分增强纹饰立体感的工艺智慧。
青铜爵（安阳博物馆）
对于陶瓷文物，蔡司设备的分层成像技术可解析釉层结构。景德镇陶瓷大学团队利用蔡司X射线🩻显微镜🔬对宋代汝窑瓷片进行研究，揭示了釉层中直径为50-200nm的气泡群。研究发现，这些气泡在釉层中的分布呈现出上层密集而下层稀疏的规律性特征。此外，通过对比汝瓷釉下气泡的形态特征，如大小、形状和分布密度，研究团队进一步分析了气泡与釉层厚度、釉料成分之间的关系。这些发现不仅为理解汝瓷釉下气泡的微观结构提供了依据，而且有助于解释汝窑瓷器的釉色的成因。
（二）文物病害的无损诊断
蔡司X射线🩻显微镜🔬的相位衬度成像技术，对文物隐蔽性病害具有高灵敏度。敦煌研究院的检测揭示了唐代壁画残片下隐藏的微裂隙网络，这些裂隙由盐析作用形成，最小宽度仅为2微米。利用三维扫描技术，研究人员能够重构这些裂隙的三维模型，从而清晰地追踪其延伸路径。这种早期病害识别能力，使文物保护工作从“被动修复"转向“主动预防"。
甲骨文、纸张、丝织物等其他文物
在纸质文物保护中，蔡司X射线🩻荧光分析可实现颜料成分无损检测。南京博物院在对明代古画的研究中发现，画中“石青"颜料的含铜量高达92.3%，并且含有微量的铁、锰元素，结合历史文献可推断其产自云南宜良矿区，这为颜料产地溯源与修复材料匹配提供了精准的数据。
三、古生物学研究的突破贡献
（一）化石内部结构的三维重构
蔡司纳米CT技术为古生物微化石研究带来革命性突破。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所利用蔡司Xradia 810 Ultra纳米级X射线🩻成像设备，对寒武纪澄江生物群的“古虫"化石进行了扫描。该设备具备高达50 nm的空间分辨率，成功捕捉到化石内部微小结构，包括消化系统分支结构的细节——由口部延伸出3对侧盲囊，末端连接。这一发现不仅清晰呈现了“古虫"的消化系统，还修正了先前关于该物种食腐习性的推测。此外，通过对化石内部矿物填充序列的分析，还还原了化石埋藏过程中的地质环境变化。
Xradia 810 Ultra
（二）古生物组织的保存机制研究
在恐龙化石研究中，蔡司X射线🩻显微镜🔬可识别残存的有机组织痕迹。2022年，国际研究团队利用蔡司Xradia 620 Versa显微镜🔬对霸王龙股骨化石进行了高分辨率扫描，揭示了骨密质中直径1-5μm的微细管状结构。这些结构的内壁保留了胶原蛋白的特征元素分布，如异常的碳、氮含量，为研究恐龙软组织的保存条件提供了有力的直接证据。这种“元素－结构"联动分析方法，开辟了古生物分子考古的新路径。
加拿大安大略博物馆藏恐龙化石
四、技术展望与挑战
未来，蔡司X射线🩻显微镜🔬将向“多模态联用"方向发展，如与拉曼光谱、红外光谱集成，实现“结构－成分－化学状态"的同步分析。但技术应用仍面临挑战：针对超大型化石的扫描效率有待提升，有机质文物的成像信噪比需进一步优化。此外，设备操作的专业化门槛较高，需加强跨学科人才培养，推动技术更好地服务于科研实践。
参考文献
1.故宫博物院. 蔡司X射线🩻显微镜🔬在商代青铜器工艺研究中的应用[J]. 文物保护与考古科学, 2024, 36(2): 45-52.
2.Zeiss AG. Xradia 620 Versa Technical Datasheet[R]. Germany: Carl Zeiss Microscopy, 2023.
3.Chen, Y., et al. Nano-CT reveals internal anatomy of Vetulicola from the early Cambrian Chengjiang biota[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 2876.
4.敦煌研究院. 蔡司相位衬度成像技术在壁画病害诊断中的应用研究[J]. 敦煌研究, 2024, (1): 12-18.
5. Zeiss Global. Applications of X-ray Microscopy in Paleontology[EB/OL].
