考古有机残留分析正不断拓展对人类（前）历史多维认知，尤其在医药知识演化研究中发挥关键作用。研究人员针对中国江苏江阴出土的一批明代（约1368–1644 CE）墓葬医用器械（剪刀与镊子）开展表面微量残留检测。器械形制与合金成分分析表明，当时已具备成熟的工具制造工艺。研究人员首次将受激拉曼散射显微技术（Stimulated Raman Scattering microscopy, SRS）应用于此类考古样品，在器械锈蚀微粒中检出特征性氰基（-CN）与亚甲基（-CH2-）振动峰，光谱特征与乌头属植物生物碱——乌头碱（aconitine）高度吻合。该发现提供了中国古代外科手术中可能将高毒性乌头碱类物质作为局部麻醉剂使用的直接物质证据，填补了传统文献记载与实物验证之间的空白。
研究背景与意义
外科手术麻醉史是医学文明演进的重要标尺。全球范围内，古代文明如古欧洲、美洲及印度均有手术实践遗存，中国虽在传统医学典籍中载有麻醉方剂，却长期缺乏外科手术实施的直接物证，尤其关于麻醉药物的实际应用形式、剂量控制及安全性管理等问题，因历史记录匮乏与考古实证缺失而难以深入。现存明代医用器械实物稀少，且早期考古工作未重视微量有机残留的科学提取与分析，导致相关研究难以推进。江阴明代夏颧墓出土的铁质手术器械，为破解这一难题提供了珍贵契机。研究人员通过开展多模态科技考古分析，旨在揭示明代外科手术的器械特征、材料工艺及药用实践，弥补中国古代医学技术史的实物缺环。该研究发表于国际顶级考古学期刊《Antiquity》。
关键技术方法
研究人员采用 minimally destructive 微损取样策略，严格遵循《中华人民共和国文物保护法》规定，从江阴博物馆藏夏颧墓出土剪刀与镊子的隐蔽锈蚀区采集微量样品（单样≤2 mg）。为克服传统分析需大量样品及易受荧光干扰的局限，研究集成便携式X射线荧光光谱（portable X-ray fluorescence, pXRF）进行原位无损元素分析；应用显微共焦拉曼光谱（micro-Raman spectroscopy）初步筛查有机残留；创新引入受激拉曼散射显微成像（Stimulated Raman Scattering microscopy, SRS）技术，在2010–2280 cm-1（氰基伸缩振动区）与2750–3075 cm-1（C-H键伸缩振动区）波段实现高灵敏度、无荧光背景的分子振动成像与光谱解析，并结合商用制备乌头（Aconitum carmichaelii）标准品进行光谱比对验证。
研究结果
器械微量元素分析
pXRF检测显示，剪刀与镊子的铁含量均达约97.1 wt%，含微量铅（Pb）、钴（Co）及铜（Cu）。铜含量差异（镊子≈0.35% vs 剪刀≈0.15%）暗示二者非同批次铸造。极高的铁纯度印证了明初成熟的冶炼技术水平，但受设备检测限限制，未能获取碳（C）、磷（P）、硫（S）等轻元素组成细节。
显微拉曼光谱分析
对器械表面红褐色锈蚀微粒的检测显示，样品普遍存在1341 cm-1（D带）与1593 cm-1（G带）宽谱带，指示高有机质含量。剪刀残留的一个微粒在1280 cm-1、1432 cm-1及2848 cm-1处出现特征峰，分别对应油脂/脂质中-CH2-与-CH3基团的弯曲与伸缩振动；其2101 cm-1与2105 cm-1处的吸收峰与氰基（-CN）官能团匹配，提示残留物可能具药用与麻醉属性。
受激拉曼散射显微分析
SRS成像清晰显示锈蚀微粒中广泛分布的有机相。镊子残留信号更强、呈片状聚集，剪刀残留则呈点状弥散。对镊子最强信号区的光谱分析检出2830 cm-1、2864 cm-1及2880 cm-1显著峰位，对应-CH2-亚甲基基团的对称与不对称伸缩振动，约2850 cm-1处的宽低峰归属为-OH氢键伸缩振动。结合-CN特征峰及与明代方书《证治准绳·疡医》等记载的外科用药（如葱汤、麻药、封口药、离骨取牙方、艾条）比对，研究人员推断残留极可能源自乌头碱类麻醉制剂。
讨论
医用器械材质与工艺
研究表明，明代外科器械（如柳叶刀、肛门镜、弯针）设计契合多样手术需求。本研究分析的剪刀形近现代直型手术剪，用于浅表精细切割；镊子形态功能类似现代艾利斯组织钳（Allis tissue forceps），用于抓持软组织。尽管明器无铬（Cr）、镍（Ni）合金防锈处理而易锈蚀，但其高纯铁材质的选择，反映了当时对器械强度、硬度及加工性能的优先考虑，这与明初官营（如遵化铁厂）与民营冶铁业并举的繁荣背景直接相关。
器械表面残留属性
明代文献明确记载，手术中使用剪刀前需“先敷麻药”，或“以合疮药涂剪上”；使用镊子拔牙时需配合糯米膏。SRS检测出的-CN与-CH2-特征峰，与乌头属生物碱（aconite alkaloids）的标准光谱完全一致。甲骨文已有“堇”（乌头）记载，《神农本草经》详述其毒效，宋代已区分栽培品（Aconitum carmichaelii）与野生品（Aconitum kusnezoffii）。明代通过童便制、黑豆煮、醋淬及配伍绿豆、去皮等方法减毒，制成“草乌散”等麻醉粉剂，用于无痛手术。研究人员比对19种古代麻醉方，确认乌头属植物为核心组分。SRS成功克服了乌头药材强自发荧光的干扰，在参考样品中精准捕获2103 cm-1（-CN）及2834 cm-1、2864 cm-1、2882 cm-1（-CH2-/-OH）特征峰，与文物残留光谱跨波段吻合，确证其为乌头碱来源。残留集中于器械功能区，排除后世污染可能。镊子柄部1.5 mm长的富集残留，推测为药液飞溅至隐蔽处未清洁所致，印证了“局部施用”的麻醉方式。这表明明代医家已通过精准给药、复方配伍及规范操作，有效管控乌头碱的全身毒性风险，平衡药效与安全。
结论
本研究通过对江阴博物馆藏明代铁质手术器械的科技分析，证实其基体为含铁量>95 wt%的亚铁合金，体现了当时的冶金能力与材料认知。器械设计虽异于现代，但蕴含符合时代需求的科学逻辑与实用价值。SRS技术在残留中检出乌头碱类化合物，其空间分布暗示源于药液局部施用时的飞溅。这为明代中国外科麻醉实践提供了确凿的物质证据，表明当时已通过精细化操作（精准剂量、复方配伍、严格规程）管理毒性，兼顾药效与患者安全。研究展示了有机残留分析在解读考古实物、重构医学史叙事及指导文物保护中的独特价值。
