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【期刊名称】 《刑事技术》
纳米材料在指印残留物分析中的应用
【英文标题】 Applications of Nanomaterials into Analyzing Fingerprint Residues
【作者】 颜磊喻彦林
【作者单位】 西南政法大学刑事侦查学院,重庆高校物证技术工程研究中心西南政法大学刑事侦查学院,重庆高校物证技术工程研究中心,重庆大学生物工程学院
【分类】 刑事侦察学
【中文关键词】 纳米材料;纳米技术;潜在指印;指印残留物
【英文关键词】 nanomaterial; nanotechnology; latent fingerprint; fingerprint composition; fingerprint residues
【文章编码】 1008-3650(2018)04-0312-06
【文献标识码】 A DOI: 10.16467/j.1008-3650.2018.04.012
【期刊年份】 2018年【期号】 4
【页码】 312
【摘要】

通过对指印残留物的分析,可获得包括遗留者生物特征、社会习性等在内的多维信息。基于功能化纳米材料建立的分析方法,具有快速、准确、高效、设备便携等独特优势,具有广阔的研究与应用前景。本文对指印残留物中的遗留者信息、纳米材料的特性进行了概述,并重点综述了纳米材料在指印残留物分析中的研究进展,如磁性硅纳米粒子对指印中亲油性及亲水性物质的萃取吸附与富集,固载金纳米粒子的纽扣状硅藻土测试片用于汗潜指印残留物的拉曼光谱分析,免疫分析、适配体修饰与纳米技术结合用于吸烟、吸毒人员潜指印的分析,以及金纳米颗粒用于指印中黑索金检测等方面的新技术。

【英文摘要】

Visualized latent fingerprints are among the most important types of evidence for individual identification. Yet, their efficacy would be compromised or even hindered if the fingerprints were deposited for long time, incomplete patterns, few residuals liable for visualization, and/or kept on objects of complicated surfaces (wet, rough, colorful, irregular profile and as such). However, the other valuable personal information could be provided of the donor if the evidence was revealed from the fingerprint residues that relate to DNA, gender, age, blood type, personal habit, health status and other foreign materials (drugs, explosive/gunshot residues, environmental contaminants). Nanomaterials and nanotechnology will play their roles in testing the above-mentioned substances and information from fingerprint residues when combined with spectral and spectroscopy imaging and immunological techniques. Therefore, the fast, accurate and effective analytical methods, established on the functional new nanomaterials/technology, are very important and of high attention paid for forensic scientists. After a brief introduction to latent fingerprint, this review presents the progresses of nanomaterials applying in the analysis of fingerprints residues based on the most relevant literatures on the topic, elucidating the current situation of nanomaterial-based donor profiling. Finally, perspectives on such novel detection approaches are discussed.

【全文】法宝引证码CLI.A.1244712    
  指纹技术,一直是刑事技术中最为重要的技术手段之一。然而,长期以来对指印信息的利用,多数集中于纹型、细节特征等形态学方面,对指印理化属性蕴含的微量物证信息,却由于技术局限等因素,重视不足。指印残留物可反映遗留者个人的生物信息与社会信息{1-2},对于侦查范围的划定、嫌疑人的摸排与身份的确认具有重要意义。目前已有多个研究组报道了指印残留物中人体代谢物、毒品及其代谢物以及爆炸物的分析检测研究工作{3-13},这方面课题是指纹学、微量物证领域的研究热点之一,值得刑事技术人员重点关注。
  纳米材料由于在微观形态、光学特性、磁学特性、生物相容性等方面具有独特性质与优势,已在潜指印显现领域展现出了较好的效果,并引起了研究者的广泛重视。同时,纳米材料可作为荧光标记物、磁性载体、特异性物质(如抗体)的载体或者催化剂,在指印残留物成分分析中发挥荧光标记、磁性固载、生物放大等作用,有助于其中微量物质的分析检测。本文综述了纳米材料在指印中的常见指印物质、毒品及其代谢物检测、爆炸品检测等方面的研究进展。
  1指印残留物提供的遗留者信息
  指印残留物的成分一般分为两类:一是内源性物质,即人体自身的代谢物,如汗液、油脂以及食物和药物的代谢产物等。二是外源性物质,如随着遗留者手指接触客体表面转移到指印中的粘附物,如毒品、爆炸物等违禁物品以及泥土、花粉和灰尘等。通过对指印残留物的分析,不仅可能获得有关遗留者的遗传信息、生物信息(如性别、年龄、血型等),还有可能获得健康状况、饮食习惯、职业特征、居住环境等生活信息以及遗留指印前的活动信息。
  2纳米材料的基本特性
  纳米材料是指具有纳米结构的材料,即在纳米尺度内调控物质结构制成的具有特异性能的材料{14},其基本单元通常至少有一维处于纳米尺度范围(0.1~100 nm)。纳米材料特殊的结构和超小的尺寸,使其表现出了一系列宏观材料所不具有的特异性能,如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等{15-16}。随着纳米材料以及纳米技术的不断发展,其在法庭科学领域的多个方面发挥着越来越重要的作用,受到研究者的广泛关注{17}。如对射击残留物、爆炸残留物的分析,DNA分析,火灾事故现场调查,毒物、毒品分析检验,文书检验以及痕迹检验(尤其是潜指印显现与手印物质的分析)等等{18-26}。
  3纳米材料在指印残留物分析中的应用
  指印残留物具有量小体微、相对浓度较低、稳定性较差、易污染等特点,对其进行有损分析时应尽可能减少取样量。因此,检测方法的灵敏度显得十分重要。同时,刑事技术的特殊性也要求分析方法具备快速、准确的特点。采用纳米材料及纳米技术进行指印残留物分析,可在对目标化合物的富集、检测特异性的提高、抗干扰能力的增强、检测信号的放大以及减小毒性、增加生物相容性、环境友好等方面发挥积极的作用。研究者们基于多种纳米材料,建立了多种灵敏度高、分析速度快、结果准确可靠的方法。
  3.1在常见指印残留物分析中的应用
  指印残留物中的正常人体代谢物除了大部分的水和少量的无机盐外,还有氨基酸、油脂、脂肪酸等有机物,通过对这类物质的分析检测,可为判断遗留者的性别、年龄、血型等提供依据。
  Rowell研究小组曾以疏水硅颗粒为显现剂、增强剂,对潜指印进行了显现并对其中的毒品及其代谢物进行了表面辅助激光解吸离子化飞行时间质谱(Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization Time- of-Flight Mass Spectrometry, SALDI-TOF/MS)分析。但由于疏水性物质的存在影响了极性物质的离子化效率,进而降低了检测灵敏度,使该方法不能直接分析指印中的氨基酸等亲水性成分{27-28}。尽管有研究者采用GC/MS对指印物质中的氨基酸成分进行了分析,但进行色谱分析之前仍需复杂繁琐的萃取和衍生{29}。为了解决这一问题,Lim等{30}制备了具有磁性内核的硅纳米粒子,并对其进行疏水/亲水修饰后作为磁性固相萃取(MSPE)的吸附剂,分别对指印残留物中的亲油性物质(如脂肪酸、油脂等)以及亲水性物质(如氨基酸等)进行萃取吸附,随后将其作为表面辅助剂直接用于SALDI-TOF/MS分析。在该研究中,基于磁性硅纳米粒子构建的MSPE吸附剂同时亦是增强剂,省去了质谱分析前的洗脱步骤,可减少样品损失、缩短预处理时间,有助于提高检测灵敏度和分析速度。
  除了通过对纳米粒子进行表面修饰来制备MSPE吸附剂,用于氨基酸、油脂成分的吸附和富集外,研究者们还基于具有表面增强拉曼(SERS)活性的金纳米粒子设计、组装了便携式测试片,用于指印残留物的拉曼光谱分析。2015年Qin研究小组{31}以无碎片、超高纯度的氨基功能化硅藻土为模板,通过静电相互作用将由柠檬酸稳定的金纳米粒子均匀、密集地组装于其上,随后将固载金纳米粒子的硅藻土颗粒压制成纽扣状用于分析检测(图1)。研究者们对此三维有序的测试片进行了增强倍数、重复性以及长期稳定性的评价。该方法不仅成本低廉、使用方便,无需进一步的培养,而且通过选择两种尺寸适宜〔(18±2.4)nm和(32±5.4)nm〕的金纳米粒子作为增强剂,既保证了较好的SERS活性,又可均匀、密集地粘附和分布在模板上;同时有序的组装也意味着良好的重现性;功能化的硅藻土压制成固定尺寸的纽扣状(直径为13 mm,厚度为2 mm),既便于携带又适合于现场检测。
  (图略)
  图1纽扣式便携测试片的组装及其在指印残留物SERS检测中的原理示意图{31}
  Fig.1 Schematic diagram of the assembly of Au-nanoparticles onto amino-functionalized diatomaceous earth template and the fabricated button-like portable tablet for SERS detection of the chemical composition from eccrine sweat in latent fingerprints
  该测试片被成功用于汗潜指印残留物的分析中{31}。志愿者分别在上述测试片、负载等量相同金纳米粒子的玻片以及空白玻片上留下汗潜指印,随后分别采集拉曼光谱。图2展示了不同基底上汗潜指印的拉曼光谱图。a中的峰数目及强度均高于b,意味着以固载金纳米粒子阵列的硅藻土制备的测试片为基底,有利于获取更加精细和丰富的光谱信息;而若基底中不含金纳米粒子,即使增强激发光源的强度至10倍,拉曼光谱中仍然几乎没有可用的信息(见图2c)。该法利用了金纳米粒子的SERS活性,增强的光谱信号提供了丰富的化学成分信息,有望用于指印残留物中痕量化合物的分析,为侦查和医学诊断服务。
  3.2在毒品及其代谢物检测中的应用
  涉毒人员往往因接触或吸食毒品,而使其指印残留物中存在毒品及其代谢物。因此,对此类物质的分析检测,有助于侦查人员明确案件性质、确定侦查范围和方向,为诉讼提供证据。
  金纳米粒子除了具有特殊的光学特性外,还具有较好的生物相容性,可广泛地应用于多种免疫分析方法中。2007年,Leggett研究小组{11}提出采用抗体修饰的纳米颗粒与指印残留物中的抗原物质进行特异性的免疫结合,推测遗留者的个人信息。研究中选用指印残留物中的可替宁(尼古丁在人体内的代谢产物)作为目标化合物,将抗体修饰过的金纳米溶液涂覆在潜指印表面,温孵后洗去未结合的金纳米颗粒,再加入具有荧光的二抗进行温孵。若指印为吸烟者所留,其汗液中含有的少量可替宁(抗原)与修饰在金纳米颗粒上的特异性抗体结合,再通过荧光二抗的显现,可在显现潜指印的同时,指示该指印为吸烟者所留(如图3)。通过这一思路,可建立不同的方法利用潜指印甄别吸烟者、吸毒者以及某种疾病患者,刻画行为人的人身特点,为确定案件的侦查方向提供线索和依据。这一里程碑式的研究报道,开启了人们在显现潜指印的同时通过对指印残留物的分析获得多维信息的研究序幕。
  (图略)
  图2基于不同基底的汗潜指印SERS光谱图{31}(a: 实验中制备的纽扣状测试片,b: 负载等量相同金纳米粒子的玻片,激发波长:638 nm,激光功率:1 mW; c: 空白玻片,激发波长:638 nm,激光功率:10 mW)
  Fig.2 SERS spectrums of eccrine sweat in a latent fingerprint after the subtraction of the substrate interference, acquired from (a: the button-like portable SERS substrate composed of 32±5.4 nm Au nanoparticle arrays on diatomaceous earth template; b: a glass substrate covered with same amount of 32±5.4 nm Au nanoparticles as a’s. Excitation wavelength:638 nm; laser power:1 mW.c: Raman spectrum of eccrine sweat in a latent fingerprint acquired from a glass substrate. Excitation wavelength:638 nm; laser power:10 mW)
  图3上:可替宁抗体标记纳米金复合物的示意图。下:男性吸烟者出汗40分钟后拇指指印经Alexa荧光546-标记二抗显现后的荧光图片,(a)~(c)中的比例尺分别代表:5、2和1 mm {11}
  Fig.3 Top: representative of the antibody–nanoparticle conju- gates. The conjugates were formulated by protein A, a biological linker, to join

  ······

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【注释】                                                                                                     
【参考文献】

{1}VAN DAM A, VAN BEEK F T, AALDERS M C G, et al.Techniques that acquire donor profiling information from fin- germarks—A review[J]. Science and Justice, 2015, 56(2):143-154.

{2}HAZARIKA P, RUSSELL D A. Advances in fingerprint analy- si[s J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012, 51(15):3524-3531.

{3}FERNANDES D, KRYSMANN M J, KELARAKIS A. Carbon dot based nanopowders and their application for fingerprint recovery[J]. Chemical Communications, 2015, 51(23):4902-4905.

{4}BRADSHAW R, BLEAY S, CLENCH M R. Direct detection of blood in fingermarks by MALDI-MS profiling and Imaging[J]. Science and Justice, 2014, 54(2):110-117.

{5}MICHALSKI S, SHALER R, DORMAN F L. The evaluation of fatty acid ratios in latent fingermarks by gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) analysis[J]. Journal of Forensic Sciences, 2013, 58: S215-S220.

{6}GIROD A, XIAO L, REEDY B, et al. Fingermark initial com- position and aging using Fourier transform infrared microscopy (μ-FTIR) [J].Forensic Science International, 2015, 254:185-196.

{7}XU L, LI Y, WU S, et al. Imaging latent fingerprints by electro- chemiluminescence[J]. Angewandte Chemie International Edi- tion, 2012, 51(32):8068-8072.

{8}SONG W, MAO Z, LIU X, et al. Detection of protein deposition within latent fingerprints by surface-enhanced Raman spectros- copy imaging[J]. Nanoscale, 2012, 4(7):2333-2338.

{9}HAZARIKA P, JICKELLS SM, WOLFF K, et al. Multiplexed detection of metabolites of narcotic drugs from a single latent fingermark[J]. Analytical Chemistry, 2010, 82(22):9150-9154.

{10}RICCI C, BLEAY S, KAZARIAN S G. Spectroscopic imaging of latent fingermarks collected with the aid of a gelatin tape[J]. Analytical Chemistry, 2007, 79(15):5771-5776.

{11}LEGGETT R, LEE-SMITH E E, JICKELLS S M, et al.“In-telligent” fingerprinting: simultaneous identification of drug metabolites and individuals by using antibody-functionalized nanoparticles[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2007, 46(22):4100-4103.

{12}CRANE N J, BARTICK E G, PERLMAN R, et al. Infrared spectroscopic imaging for noninvasive detection of latent finger- prints [J]. Journal of Forensic Sciences, 2007, 52(1):48-53.

{13}ZHANG M, GIRAULT H H. SECM for imaging and detection of latent fingerprints [J]. Analyst, 2009, 134(1):25-30.

{14}汪信,刘孝恒.纳米材料化学简明教程[M].北京:化学工业出版社,2014.

{15}朱俊杰.纳米分析化学[M].北京:科学出版社,2014.

{16}MULVANEY P. Surface plasmon spectroscopy of nanosized metal particles [J]. Langmuir, 1996, 12(3):788-800.

{17}王永刚,赵科,陈顺昌.纳米技术在法庭科学中的应用[J].铁道警官高等专科学校学报,2009, 19(2):101-105.打遮阳伞就显得很娘

{18}ZHANG K, ZHOU H, MEI Q, et al. Instant visual detection of trinitrotoluene particulates on various surfaces by ratiometric fluorescence of dual-emission quantum dots hybrid[J]. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(22):8424-8427.

{19}GOLDMAN E R, MEDINTZ I L, WHITLEY J L, et al. A hybrid quantum dot?antibody fragment fluorescence resonance energy transfer-based TNT sensor [J]. Journal of the American Chemical Society, 2005, 127(18):6744-6751.

{20}TU R, LIU B, WANG Z, et al. Amine-capped ZnS?Mn2+ nano- crystals for fluorescence detection of trace TNT explosive[J]. Analytical Chemistry, 2008, 80(9):3458-3465.

{21}李西平,刘斯佳,吴战,等.基于硅量子点电子转移荧光猝灭的2,4,6-三硝基甲苯/2,4,6-三硝基苯酚检测新方法[J].化学学报,2014, 72:563-568.

{22}GEIMAN I, LEONA M, LOMBARDI J R. Application of Ra- man spectroscopy and surface-enhanced raman scattering to the analysis of synthetic dyes found in ballpoint pen inks [J]. Journal of Forensic Sciences, 2009, 54(4):947-952.

{23}WHITE P C. In situ surface enhanced resonance Raman scat- tering (SERRS) spectroscopy of biro inks-long term stability of colloid treated samples [J]. Science and Justice, 2003, 43(3):149-152.

{24}SEIFAR R M, VERHEUL J M, ARIESE F, et al. Applicability of surface-enhanced resonance Raman scattering for the direct discrimination of ballpoint pen inks [J]. Analyst, 2001, 126(8):1418-1422.

{25}ZHANG Y, XU C, LI B, et al. In situ growth of positively- charged gold nanoparticles on single-walled carbon nanotubes as a highly active peroxidase mimetic and its application in bio- sensing[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 43:205-210.

{26}MA Y, LI H, PENG S, et al. Highly selective and sensitive fluo- rescent paper sensor for nitroaromatic explosive detection[J]. Analytical Chemistry, 2012, 84(19):8415-8421.

{27}THEAKER B J, HUDSON K E, ROWELL F J. Doped hydro-phobic silica nano- and micro-particles as novel agents for developing latent fingerprints [J]. Forensic Science International, 2008, 174(1):26-34.

{28}ROWELL F, HUDSON K, SEVIOUR J. Detection of drugs and their metabolites in dusted latent fingermarks by mass spectrom- etry[J], Analyst, 2009, 134(4):701-707.

{29}CROXTON R S, BARON M G, BUTLER D, et al. Variation in amino acid and lipid composition of latent fingerprints [J]. Foren- sic Science International, 2010, 199(1-3):93-102.

{30}LIM A Y, MA Z, MA J, et al. Separation of fingerprint constitu- ents using magnetic silica nanoparticles and direct on-particle SALDI-TOF-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography B, 2011, 879(23):2244-2250.

{31}CHEN J, QIN G, CHEN Q, et al. A synergistic combination of diatomaceous earth with Au nanoparticles as a periodically or- dered, button-like substrate for SERS analysis of the chemical composition of eccrine sweat in latent fingerprint[s J]. Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3(19):4933-4944.

{32}WOLFBEIS O S. Nanoparticle-enhanced fluorescence imaging of latent fingerprints reveals drug abuse[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2009, 48(13):2268-2269.

{33}LI K, QIN W, LI F, et al. Nanoplasmonic imaging of latent fin- gerprints and identification of cocaine[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2013, 52(44):11542-11545.

{34}PENG T, QIN W, WANG K, et al. Nanoplasmonic imaging of latent fingerprints with explosive RDX residues [J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(18):9403-9407.

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