基于淀粉經(jīng)濟(jì)、無(wú)毒的比色潛指紋檢測(cè)

郭晚秋，丁亞丹，王可心，邵 紅，靳 瑤，賈 艷，洪 霞

(東北師范大學(xué)紫外光發(fā)射材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130024)

0 引言

指紋因其獨(dú)一無(wú)二的結(jié)構(gòu)特性在法醫(yī)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域被廣泛關(guān)注[1-2].潛指紋即肉眼看不見(jiàn)或很難看見(jiàn)的指紋[3-5]，是生活中最為常見(jiàn)的指紋.潛指紋的識(shí)別是指紋檢測(cè)領(lǐng)域中最重要的內(nèi)容之一[6].

氰基丙烯酸熏蒸法[7]、碘熏法[8]等傳統(tǒng)方法是目前常用的潛指紋檢測(cè)方法，能夠靈敏有效地顯現(xiàn)潛指紋.然而，上述方法須在真空熏顯箱中進(jìn)行操作，復(fù)雜的操作步驟和昂貴的儀器設(shè)備限制了其廣泛應(yīng)用.比色法以其簡(jiǎn)便的操作、低廉的成本、僅通過(guò)指紋與基底間的色差就能夠直接憑借裸眼識(shí)別潛指紋等優(yōu)勢(shì)，成為了潛指紋檢測(cè)中最常用的一種方法.商用黑粉(主要成分為碳粉)、商用金粉(主要成分為銅粉)、商用銀粉(主要成分為鋁粉)等各種顏色的商用粉末也用于比色潛指紋檢測(cè)，然而上述商用指紋粉通常具有一定的生物毒性[9-11]，嚴(yán)重威脅了檢測(cè)人員的健康.因此，開(kāi)發(fā)一種安全、經(jīng)濟(jì)且操作簡(jiǎn)便的潛指紋比色檢測(cè)技術(shù)意義重大.

淀粉是生活中常見(jiàn)的一種廉價(jià)可食用材料，其中富含大量羥基，有望與指紋殘留物中的氨基酸(絲氨酸、賴氨酸和丙氨酸等)和脂質(zhì)(脂肪酸和固醇化合物)形成氫鍵或范德華力等相互作用[12-13]，進(jìn)而與指紋形成有效吸附，實(shí)現(xiàn)潛指紋比色法檢測(cè).為此，本文創(chuàng)建了一種基于食用淀粉的經(jīng)濟(jì)、無(wú)毒且操作簡(jiǎn)便的潛指紋比色檢測(cè)方法，系統(tǒng)研究了淀粉在各種無(wú)孔和多孔基底上的潛指紋檢測(cè)效果，并通過(guò)在淀粉中添加有色植物染料，提高潛指紋檢測(cè)對(duì)比度，解決潛指紋檢測(cè)試劑在順色基底上檢測(cè)對(duì)比度不足的難題.同時(shí)，立足于潛指紋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)需求，評(píng)估了該方法對(duì)老化潛指紋和重疊潛指紋的檢測(cè)效果.

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

淀粉購(gòu)自吉林省慶生食品有限公司；果汁提取自新鮮菠菜葉和桑葚；商業(yè)黑粉、金粉、銀粉和指紋刷均購(gòu)買自北京騰明有安商業(yè)中心；碘購(gòu)自天津化工原料有限公司；氰基丙烯酸酯購(gòu)自廣州晶固有限公司；所有潛指紋均來(lái)自健康的供體.

1.2 各種無(wú)孔和多孔基底上的潛指紋檢測(cè)

在室溫下，在各種無(wú)孔(鋁箔、鋼尺、硬幣和玻璃)和多孔(銀行卡、打印紙、紅木和彩色紙)基底上收集供體潛指紋，利用淀粉對(duì)上述不同基底上的潛指紋進(jìn)行檢測(cè).

1.3 對(duì)比度和靈敏度測(cè)試

通過(guò)機(jī)械擠壓菠菜葉獲取菠菜汁.將5 mL菠菜汁加入到3 g淀粉中，攪拌均勻.將上述混合物放置于40 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中，1 h后將烘干的樣品研磨成粉末.桑葚汁-淀粉的制備方式與菠菜汁-淀粉的制備方式相同.本文利用淀粉和菠菜汁-淀粉在白色打印紙上進(jìn)行潛指紋檢測(cè)，桑葚汁-淀粉和菠菜汁-淀粉在綠色打印紙上進(jìn)行潛指紋檢測(cè)，以進(jìn)行對(duì)比度測(cè)試.同時(shí)利用淀粉在鋁箔上的潛指紋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行靈敏度測(cè)試.

1.4 老化潛指紋和重疊指紋的檢測(cè)

為了檢測(cè)老化潛指紋，將潛指紋沉積在基底上，并在紙箱中存儲(chǔ)不同的時(shí)間(0，3，5，10和20 d)后對(duì)其進(jìn)行潛指紋檢測(cè)，存儲(chǔ)期間其他條件保持恒定.為了檢測(cè)重疊指紋，將2個(gè)潛指紋以重疊的方式沉積在鋁箔上進(jìn)行檢測(cè).

2 結(jié)果和討論

2.1 潛指紋檢測(cè)過(guò)程

本文所描述的潛指紋檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單易于實(shí)施，如圖1所示.該過(guò)程主要分為3個(gè)步驟：首先將潛指紋沉積在基底上；然后將淀粉均勻地鋪展于潛指紋上，并吹走多余粉末；最后，用照相機(jī)記錄指紋信息.

圖1 潛指紋檢測(cè)過(guò)程圖

2.2 基于淀粉的潛指紋檢測(cè)

選擇在鋁箔上進(jìn)行指紋識(shí)別來(lái)考察淀粉在指紋檢測(cè)中的檢測(cè)性能，如圖2所示.使用淀粉進(jìn)行潛指紋檢測(cè)后，可以識(shí)別出終端、分叉、短線和核心等指紋細(xì)節(jié)，說(shuō)明淀粉在指紋檢測(cè)中具有較高的檢測(cè)靈敏度.基于此，進(jìn)一步選擇在多種無(wú)孔基底(鋁箔、鋼尺和硬幣)和多孔基底(木材、銀行卡和打印紙)上進(jìn)行潛指紋識(shí)別來(lái)考察該方法的普適性，如圖3所示.使用淀粉對(duì)不同基底上的潛指紋進(jìn)行檢測(cè)后，均可識(shí)別出指紋圖案的具體細(xì)節(jié).驗(yàn)證了基于淀粉的比色法在潛指紋檢測(cè)中具有的普適性.

由圖3(a—e)可知，這種基于淀粉的比色潛指紋檢測(cè)方法在深色基底上具有較高的檢測(cè)對(duì)比度.但是在淺色基底上的檢測(cè)對(duì)比度較差(見(jiàn)圖3f).為了解決由粉末和基底的順色所導(dǎo)致的檢測(cè)對(duì)比度差的問(wèn)題，本文采用向淀粉中添加不同顏色的植物染料的方法以增強(qiáng)指紋圖樣與基底間的對(duì)比度(見(jiàn)圖4).圖4(a，b)表明，在白色基底上，菠菜汁-淀粉比淀粉具有更高的檢測(cè)對(duì)比度.然而菠菜汁-淀粉在綠色基底上的指紋檢測(cè)對(duì)比度較差(見(jiàn)圖4c)，運(yùn)用紫色的桑葚汁-淀粉則能夠有效地改善菠菜汁-淀粉在綠色基底上較差的檢測(cè)對(duì)比度(見(jiàn)圖4d).這些結(jié)果表明，通過(guò)選擇與底物具有高對(duì)比度的植物染料，并將其添加到淀粉中能有效地解決順色導(dǎo)致的指紋檢測(cè)對(duì)比度差的問(wèn)題.

(a)鋁箔，(b)鋼尺，(c)硬幣，(d)木材，(e)銀行卡，(f)打印紙

(a)淀粉在白色紙上，(b)菠菜汁-淀粉在白色紙上，(c)菠菜汁-淀粉在綠色紙上，(d)桑甚汁-淀粉在綠色紙上

本文還測(cè)試了植物染料-淀粉對(duì)不同基底上的潛指紋的檢測(cè)效果以及對(duì)不同年齡和性別的供體的潛指紋檢測(cè)效果.結(jié)果表明，不同基底上的潛指紋(見(jiàn)圖5)以及不同供體的潛指紋(見(jiàn)圖6)，其二級(jí)結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，說(shuō)明與植物染料混合的淀粉在指紋檢測(cè)領(lǐng)域具有良好的通用性.

(a)鋁箔，(b)鋼直尺，(c)硬幣，(d)木材，(e)銀行卡，(f)打印紙

(a)23歲，女性；(b)：25歲，女；(c)：32歲，女；(d)：39歲，男；(e)：55歲，男

為了驗(yàn)證基于植物染料-淀粉的比色法所具有的潛在商用價(jià)值，本文將基于植物染料-淀粉的比色法與其他傳統(tǒng)指紋檢測(cè)方法(包括基于商用黑粉、銀粉、金粉的比色法、氰基丙烯酸酯熏蒸法和碘熏法)進(jìn)行了潛指紋檢測(cè)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如圖7所示.與其他成熟的商用指紋檢測(cè)粉末相比，這種基于植物染料-淀粉的比色法同樣能有效地檢測(cè)出指紋細(xì)節(jié)和紋理.同時(shí)，該方法操作過(guò)程更加簡(jiǎn)易，對(duì)操作人員的健康更有保障.表1列出了淀粉與商用粉末的價(jià)格，發(fā)現(xiàn)淀粉價(jià)格明顯低于商用黑粉、金粉、銀粉，僅為商用粉末的1/44.這說(shuō)明了本文所開(kāi)發(fā)的植物染料-淀粉具有更低廉的成本，在實(shí)際潛指紋檢測(cè)中更具競(jìng)爭(zhēng)力.

表1 淀粉和商用粉末的價(jià)格比較

為應(yīng)對(duì)實(shí)際中常見(jiàn)的老化潛指紋的檢測(cè)需求，進(jìn)一步測(cè)試了植物染料-淀粉對(duì)老化不同時(shí)長(zhǎng)的潛指紋檢測(cè)效果，如圖8所示.圖8從左到右依次為老化0，3，5，10和20 d的指紋檢測(cè)圖樣.隨著老化時(shí)間的增加，指紋檢測(cè)靈敏度逐漸降低，但是，即使到第20 d，仍能識(shí)別出指紋的二級(jí)信息.這是因?yàn)楸M管隨著老化時(shí)間的增加，指紋殘留物中的水分逐漸散失，但是淀粉與指紋殘留物間的氫鍵、范德華力等相互作用仍然存在，因此潛指紋依然可以顯現(xiàn).此外，也對(duì)重疊潛指紋進(jìn)行了檢測(cè).圖9以鋁箔為基底，應(yīng)用菠菜汁-淀粉進(jìn)行的重疊潛指紋的檢測(cè)圖樣.從指紋圖樣中看到2個(gè)指紋在不同方向上延伸的指紋脊能夠被輕松的區(qū)分開(kāi).這一結(jié)果不僅進(jìn)一步證實(shí)了淀粉在指紋檢測(cè)中的高靈敏度，同時(shí)還體現(xiàn)了淀粉在復(fù)雜潛指紋檢測(cè)中的實(shí)用價(jià)值.

(a)0 d，(b)3 d，(c)5 d，(d)10 d，(e)20 d圖8 菠菜汁-淀粉不同天數(shù)老化的潛指紋的檢測(cè)

圖9 菠菜汁-淀粉對(duì)重疊潛指紋的檢測(cè)

3 結(jié)論

綜上所述，本文創(chuàng)建了一種基于淀粉和植物染料-淀粉的經(jīng)濟(jì)、無(wú)毒、實(shí)時(shí)的潛指紋檢測(cè)方法.該方法可高效檢測(cè)各種無(wú)孔、有孔基底上的潛指紋.通過(guò)在淀粉中混合植物染料，能夠有效地解決粉末與基底之間的順色而導(dǎo)致的檢測(cè)對(duì)比度差的問(wèn)題.該方法對(duì)老化20 d的指紋和重疊指紋都表現(xiàn)出了優(yōu)異的檢測(cè)性能.基于植物染料-淀粉的比色法不僅達(dá)到了傳統(tǒng)方法的潛指紋檢測(cè)水平，其安全無(wú)毒的特性和低廉的成本使其在潛指紋檢測(cè)應(yīng)用中更具競(jìng)爭(zhēng)力.