骨骼是長期研究人類所必需的材料。更準確地說，化石的放射性碳定年以及對古代飲食和老年人蛋白質組成的研究都需要膠原蛋白或纖維組織，這些膠原蛋白或纖維組織為這些骨骼奠定了基礎。

已經使用了許多方法來評估骨骼標本中的膠原蛋白含量，這確定了其在此類研究中的有用性。但是，它們傾向于破壞所使用的樣品?，F在，一項新的研究表明，近紅外(NIR)光譜作為此應用的便攜式，無損且快速的工具，具有很高的價值。

問題

過去許多重要事件的發(fā)生是通過在人體和其他骨骼上使用放射性碳和其他測年方法確定的。分子指紋或骨膠原中不同同位素的類型和相對濃度的確定有助于確定當時的飲食，包括各種糧食作物的出現和動物性食物的消費地點。從這些骨骼確定的蛋白質譜也顯示了古代人類與現代人類之間的差異。因此，科學家已經能夠從骨骼膠原蛋白中發(fā)現許多重要的過去。

像所有“軟組織”一樣，膠原蛋白會隨著時間而變質。而且，古代骨頭中膠原蛋白的保存程度因地點而異，甚至在同一地點的不同地點和土壤深度也不同。因此，考古學家可能會花費大量的時間和精力，更不用說珍貴的資金，準備樣品進行分析，只是發(fā)現其中沒有足夠的膠原蛋白。在防御方面，科學家們已經設計出了一些方法，可以通過檢查其氮含量，微孔率或通過FTIR光譜學發(fā)現來首先測試其保存程度。但是，在許多情況下，這些操作無法在本地完成，并且可能導致骨骼樣品的破壞。

解決方案

相反，與其他方法相比，NIR光譜在幾秒鐘內即可得出結果，與微米相比，可以穿透骨骼達到更大的毫米深度，可以按比例縮小以實現便攜性，并保持骨骼完好無損。有效滲透的深度尤其重要，因為沉積后通常會覆蓋許多骨表面。

技術

為了測試這種骨篩查技術的有效性，科學家在仍在其保護性玻璃小瓶內的50個磨碎的骨標本上使用了它。根據膠原蛋白的百分比對它們進行分類，并根據其奇數和偶數將其分別分為兩組(校準和驗證)。使用基于校準集中的25個樣品的模型，估算驗證集中的樣品中膠原蛋白的百分比。

該技術在49個全骨樣品上重復進行。然后將這些與地面骨骼掃描相結合，以產生兩組結合的地面骨骼和整個骨骼。這被用來產生一個模型，該模型有望覆蓋從完整到完全退化的所有可能的骨骼樣品。所有樣本都應該具有45,000年的歷史。他們使用49個樣本集對模型進行了校準，并在驗證集中的48個樣本上對其進行了測試。

數據用于將樣品分類為樣品(分別高于3%或1%膠原蛋白)和不樣品組(分別低于3%或1%膠原蛋白)。然后使用常規(guī)方法從樣品中提取膠原蛋白。

基于25個樣品的校準集的模型在21個樣品驗證集上表現良好，對于3%以上的膠原蛋白而言，其準確性為100%。在第二輪中，它能夠正確地分類膠原蛋白含量超過3%的30/32標本，以及膠原蛋白含量低于3%的16個標本中的88%。

最重要的發(fā)現是，100%的膠原蛋白含量超過3%的標本中至少含有1%的膠原蛋白，足以用于放射性碳和古代骨骼的飲食分析。這可能不足以確定樣本是否真的保存完好。但是，在回答是否應該對任何給定樣本進行采樣這一問題上應該很有用–是否有足夠的成功機會來彌補這一風險?

近紅外光譜的優(yōu)勢

NIR光譜儀可用于查看世界各地考古樣本中膠原蛋白的保存狀態(tài)，推測年齡可達45000年。其他初步的篩選工具，例如氮氣百分比，FTIR和拉曼光譜，也能夠在將骨骼分離成膠原蛋白含量高于或少于1%的骨骼中獲得70%以上的成功率。但是，在需要保存標本，要處理大量標本以及標本表面被嚴重污染，需要更深的穿透深度的情況下，近紅外光譜將是最有用的?？蓴y帶性是其實用性的另一個重要方面-整個設備可放入帶有手持式探頭的公文包大小的袋子中。

在一個挖掘地點，可能有成千上萬的骨頭碎片可能對分析有用。即使整個骨骼中保存完好的膠原蛋白少于1%，也會發(fā)現一些膠原蛋白比例更高的標本，并且可以通過在幾天內掃描成百上千個標本來識別這些相對稀有的標本。

該技術還允許標本的某些區(qū)域突出顯示以進行進一步分析。在所有發(fā)現物保存得不好的地方，這一點至關重要。這也可以幫助比較兩個站點之間的標本質量在保存和沉積后偽像方面的差異。

最后，近紅外光譜法可以幫助揭示在進行進一步分析之前樣品中存在哪些污染物，從而避免了繁瑣的鑒定和消除人工數據影響的繁瑣工作。最終，該技術也可能適用于篩選骨骼中的DNA，這是一個更為珍貴的發(fā)現。

第一次成功

該技術已經在捷克站點進行了試運行，其中存在已知的最古老的藝術遺跡。研究人員只有6瓶取自人類墓地的樣品，但是當通過NIR光譜分析這些樣品時，他們可以確定需要使用破壞性分析方法的樣品量，而不用冒全部丟失的風險。