成像技術在潛在指紋成分分析中的應用

林佳曼，向 平，贠克明，武麗娜，孫其然

（1.司法鑒定科學研究院 上海市司法鑒定專業技術服務平臺 司法部司法鑒定重點實驗室，上海 200063；2.山西醫科大學 法醫學院，山西 晉中 030600）

指紋是刑事偵查中常見的證據，且對每個人而言都是獨一無二的。 當嫌疑人用手碰觸到物體表面時，指紋就可能會留在犯罪現場，因此可通過指紋進行身份識別并確定罪犯。 在DNA 鑒定出現后的一段時期，指紋仍然是刑偵調查中最優先考慮的個人身份識別工具。 在2009年之前，利用指紋成功破案的案件量約是DNA 鑒定的十倍。 從19 世紀認識到指紋檢驗的重要性以來，指紋一直是法證調查必不可或缺的一部分。

根據手指是否粘附有色介質，可將指紋分為可見指紋和潛在指紋。 潛在指紋是指尖脊狀表皮與物體表面接觸后，將汗液和皮膚成分轉移到接觸面上而留下的特殊痕跡。 這類指紋肉眼不易觀察到，但最為常見，其顯現過程是案件偵破的關鍵。潛在指紋的常規顯現方法包括使用指紋磁粉（鐵粉和碳粉的混合物）、α-氰基丙烯酸酯（502）熏顯和化學顯影劑（如茚三酮或 1,8-二氮-9-芴酮顯影）等。 此外，Au和 CdSe/ZnS納米粒子、硅酮化合物、殼聚糖/三聚磷酸鹽/ L-賴氨酸綴合物等新型材料也可用于增強潛在指紋，可根據犯罪現場的具體表面進行選擇。上述方法主要通過顯現指紋圖案來分析形態特征，但無法分析指紋中的具體化學成分。

化學成像技術如光譜成像、質譜成像和免疫成像技術不僅可以顯現指紋的紋線形態特征，還可以對指紋上的具體化學物質的分布情況進行可視化分析。 WEI 等已對2016年以前的指紋化學成像技術做過詳細的總結，本文在具有代表性重要成果的基礎上，對其未總結的文獻加以補充，并討論2016年至今的最新研究進展情況，以期為指紋鑒定工作提供方法參考。

1 指紋化學成分

人體的分泌腺有外分泌腺、皮脂腺和頂分泌腺3 種類型，每一種都會產生不同種類的體液。 外分泌腺位于全身皮膚， 但在手掌和足底皮膚表面的密度更高，其分泌的汗液由98%~99%的水、各種無機成分（鈉、鉀、鎂、鈣、氯化物、碳酸氫鹽、硫酸鹽和磷酸鹽等）以及少量有機成分（氨基酸、脂肪酸、蛋白質、尿素等）組成。 皮脂腺遍布除了手掌和足底以外的全身皮膚，主要由脂肪酸、甘油三酯、角鯊烯、膽固醇、膽固醇酯和蠟酯組成。 頂分泌腺主要位于腋窩和會陰部，含有蛋白質、膽固醇、類固醇和鐵。 雖然手指上沒有皮脂腺和頂分泌腺，但在觸摸了身體上存在這些腺體的區域后，指紋中也可能存在上述分泌物。 盡管人體內源性生理成分大體相同，但是指紋中各種化合物及其含量都可能存在差異，內源性影響因素包括年齡、性別、種族、飲食、攝入藥物和身體狀況等，外源性因素包括灰塵、化妝品等接觸物質。 例如，人體內的氨基酸含量會因個體新陳代謝的生理狀態而略有不同，也可能受到某些藥物或食物的影響，這種輕微的變化可發生在幾個小時之內。 部分攝入藥物的原體及其代謝產物可經汗液排出體外，通過檢測汗液可鑒定是否濫用攝入藥物。 因此，潛在指紋化學成分的檢測已成為用于輔助和增強對嫌疑人或受害者識別的有力工具。

2 光譜分析

2.1 紅外光譜

傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）分析技術檢測速度快、分析精度高，且對樣品不會造成破壞，操作相對便捷，在法庭科學領域的應用愈來愈廣泛。 該技術可對指紋樣品進行原位成像，配備的焦平面陣列（focal plane array,FPA）檢測器可同時測量樣品中不同位置的紅外光譜，從而能夠對相對較大的樣品區域進行快速分析；利用衰減全反射（attenuated total reflection, ATR）組件可直接檢測樣品表面。 ATR-FTIR 成像提供了樣品中不同組分的組成、濃度和空間關系的二維化學圖像，與使用單元件檢測器的傳統光譜測量相比，可在單次測量中將非均勻分布的痕量材料的檢測靈敏度提高了幾個數量級。 由于FTIR 圖像是基于光譜化學信號的差異，而非樣品對紅外光的直接響應，因此其更適合于收集各種復雜表面的潛在指紋圖像。 例如， 有澳大利亞學者使用該方法增強顯現了塑料鈔票上的潛在指紋，空間分辨率約為44 μm。

WILLIAMS 等最先使用顯微紅外光譜法以約10 μm 的空間分辨率，將指紋上單顆油脂液滴可視化，獲得了可重復的內源性指紋殘留物光譜圖。 GRANT 等證實了可從潛在指紋中的接觸混合物（布洛芬、維生素C、非乳制奶精和低脂糖的粉末）中識別出不同成分。 上述結果表明，顯微紅外光譜成像是一種快速、強大、無損的分析技術，可準確識別潛在指紋中留下的物質。 RICCI等首次將膠帶提取指紋法與ATR-FTIR 光譜成像相結合，使用3 種不同的ATR 組件（鍺、硒化鋅和金剛石）成功區分了指紋中不同粒徑的布洛芬和撲熱息痛混合物，報告了3 種不同ATR 組件的ATR-FTIR 成像靈敏度。 該結果表明，選擇合適的附件對實現特定樣品的成像和空間分辨率具有重要意義。 同時，RICCI 等還比較了使用普通膠帶（聚丙烯酸酯基膠帶）和聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）薄膜提取對檢測指紋中隱藏藥物殘留物的影響。 結果表明，與普通膠帶相比，PDMS 薄膜在羰基區域產生的干擾較小，且不會降低藥物的檢出限。

通過ATR-FTIR 成像，能夠根據指紋區域的化學成分不同分離疊加的潛在指紋，并無損檢測指紋脊間存在的痕跡證據。 指紋的化學成分組成高度依賴于年齡，兒童和成人之間的區別是在成人的小汗腺和皮脂腺汗液條帶中含有豐富的羧酸（C-H 3000 cm；C=O1713cm；CH1463 cm）。HEMMILA 等將FTIR 光譜與偏最小二乘回歸法相結合，證明了成分組合與年齡之間的線性關系，這意味著可通過指紋提供犯罪分子的年齡信息。ATR-FTIR 還可在指紋中檢測出爆炸殘留物，有助于確定制造炸彈的嫌疑人，也可通過在指紋中找到火藥沉積物來證明嫌疑人是否開過槍。 BANAS等首次將光熱紅外（optical-photothermal infrared,O-PTIR）顯微鏡技術用于分析指紋中的高爆炸性材料顆粒。 與ATR-FTIR 相比，該技術不僅可在不實際接觸烈性炸藥并保持證據原始狀態的情況下檢測和識別，還可通過遠場反射模式，在紅外波長的衍射極限以下，提供更靈敏的亞微米空間分辨率的透射光譜，為指紋內外源性物質的無損、高效分析開辟了新的途徑。

2.2 拉曼光譜

當入射光照射到物質上時，部分光子會發生散射現象，其中大部分與光源相同的頻率發生彈性碰撞，而不發生能量交換的光散射為瑞利散射，另一小部分（約10%）以比光源或低或高頻率發生非彈性碰撞的光散射為拉曼散射。 入射光和拉曼散射之間的能量差對應于分子振動/轉動的變化，因此可用于定性分析。 拉曼光譜提供的信息與紅外光譜提供的信息互補。 拉曼光譜屬于無損檢驗，可用于固體、氣體和液體樣品的分析，主要缺點是信號較弱、熒光干擾強。 之前只能通過使用與待測物分子電子躍遷頻率相差較大的激發光源來避免其熒光干擾，而現在可通過光漂白技術，即在獲得光譜之前將樣品長時間暴露于激光束，或者通過使用激發波長在紫外或紅外區域的拉曼光譜儀來減少干擾。 指紋中的熒光干擾常歸因于皮脂，如果用粉末顯影的指紋圖譜，這種熒光會減少。 指紋粉能降低皮脂在激光下的拉曼散射，因此背景熒光減弱甚至完全消除。有實驗證明用粉末顯影的潛在指紋不妨礙鑒定藥物，但在定位污染物顆粒時，會延長分析時間。

DAY 等將拉曼光譜用于潛在指紋中非法藥物及其摻雜物的檢測，從咖啡因、阿司匹林、撲熱息痛、淀粉和滑石的混合物中，區分出了磷酸可待因、鹽酸可卡因、硫酸安非他明、巴比妥和硝西泮這5種濫用藥物，并進一步證實了502 熏顯不會干擾指紋中外源物質的檢測。 拉曼光譜還能用于膠帶粘取的指紋或聚乙烯物證袋中指紋中的甲基苯丙胺、可卡因、氯胺酮的檢測，該檢測不需要移除保護層，降低了污染的可能性。此外，在指紋物質的動力學衰變研究方面，ANDERSSON 等應用拉曼光譜分析指紋物質類胡蘿卜素到蛋白質的衰變過程，即：類胡蘿卜素>角鯊烯>不飽和脂肪酸>蛋白質。

雖然拉曼光譜能夠區分指紋中的不同物質，但其對某些物質的檢測靈敏度并不高，尤其是存在熒光干擾的情況，隨著納米技術的發展，表面增強拉曼光譜（surface-enhanced raman spectroscopy, SERS）克服了該問題。SERS 是指當待測物分子非常接近某些具有表面增強活性的納米顆粒時，分子的拉曼信號顯著增強，熒光被顯著抑制，這可將檢測的靈敏度提高八個數量級。 利用SERS 成像技術很容易檢測到潛在指紋中的蛋白質，這主要源于蛋白質和抗體之間的特異性相互作用。 此外，ZHANG等還首次引入了一種聚多巴胺（PDA）觸發金生長的方法，將拉曼活性分子封閉在銅納米顆粒中，制備了超亮、多重SERS 標簽，并通過與特異性抗體的結合賦予其高選擇性，開發出一種同時識別多個指紋或在單個指紋中識別多個痕量殘留物（溶菌酶、可替寧和人IgG）的成像方法，單個指紋中不同殘基的多重成像比單獨使用單色成像提供了更豐富、更準確的化學信息。

銀-氧化亞銅/還原氧化石墨烯（Ag-CuO/rGO）納米復合材料具有固有的類過氧化物酶活性，能在HO存在下快速催化過氧化物酶底物3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)的氧化。 GUO 等利用該方法高靈敏度的特性，檢測指紋中HO和葡萄糖的含量，并能通過指紋上的葡萄糖水平來區分糖尿病人和正常人。 由于便攜式手持拉曼儀的發明為現場檢測提供了便利，使得拉曼光譜技術正在逐步突破僅在診斷和篩查上使用的局面，如何利用其解決定量問題是未來發展的熱點。

3 質譜分析

3.1 基質輔助激光解吸電離質譜成像

基質輔助激光解吸電離（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）是近年來快速發展的一種新型軟電離技術，基本原理是將樣品分散在基質分子中并形成共結晶，當用激光照射晶體時，基質從激光中吸收能量傳遞給樣品分子，兩者發生電荷轉移共同升華后進入氣相。 MALDI 與飛行時間質譜檢測器（TOF）聯用，對大分子、非揮發性和熱不穩定性的化合物可不經分離就直接測定，基本不產生碎片峰，且儀器靈敏度高、測定速度快，易于實現高通量，可對蛋白質進行大規模的鑒定及生物大分子的分子量測定。

通過基質輔助激光解吸電離質譜成像（matrixassisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging, MALDI-MSI）檢測指紋中天然存在的脂質，WOLSTENHOLME 等繪制了這些成分在修飾和未修飾指紋中分布的脊線細節圖像，靈敏度較高，可用于犯罪現場潛在指紋的分析；通過檢測指紋中的肽和蛋白質，并進行多變量建模后，MALDI-MSI指紋分析對性別鑒定的準確率達到85%；通過檢測指紋上沾染的安全套潤滑劑，MALDI-MSI 可為性侵犯罪行為的指控提供更有力的證據；還可通過分離內源和外源性物質的成像，使其成為分離重疊指紋的分析工具。 此外，成像信息還可幫助確定指紋中檢測到的化學物質是來自接觸還是代謝產生的。 例如，接觸非法物質或爆炸物后留下的指紋殘留物可能在整個指紋圖譜中顯示出不均勻的分布，相反，如果化合物是通過代謝產生的，則其離子模式應該是均勻可見的。

GROENEVELD 等的研究表明，對指紋部分進行502 熏顯、真空金屬沉積等前處理，并不影響MALDI-MSI 對非法藥物及其代謝產物的檢測。KAPLAN-SANDQUIST 等進一步比較了 4 種指紋圖譜顯現技術（用常規黑色潛指紋粉、指紋粉顯影后用導電膠帶提取、502 熏后用指紋粉顯影以及直接在指紋殘留物上噴灑 MALDI 基質 CHCA）在MALDI/TOF 質譜分析中的檢出率，結果以黑色指紋粉和MALDI 基質的結果最佳，為今后樣品制備提供了指導。

雖然指紋作為一種可信的身份識別手段已被廣泛使用，但目前還沒有可靠的方法來確定潛在指紋形成的時間。 如果能夠建立相關分析方法將對案件偵查有很大幫助。 O’NEILL 等利用MALDI-MSI技術，研究了脂肪酸和甘油三酯兩類內生指紋化合物在4 種表面上（普通玻璃顯微鏡載玻片、經過Rain-x 處理的玻璃顯微鏡載玻片、不銹鋼載玻片和聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物透明膠帶的非粘接面）的指紋圖譜，從指紋脊向指紋谷的擴散情況來探索確定指紋年齡的可能性。 基于擴散模型，O’NEILL 等預計較高分子量的甘油三酯會比脂肪酸擴散得慢，然而，研究結果表明內源性化合物與表面之間的相互作用對擴散的影響要比分子量大得多。 雖然分子量較高的甘油三酯在疏水表面的擴散速度比脂肪酸慢，但脂肪酸在親水表面的擴散速度可能比甘油三酯慢。 這項研究表明，確定指紋年齡的方法比之前提出的要復雜得多，因為單靠分子量不能表明內源性化合物在給定表面上擴散的速度，而給定化合物的擴散速度也可能取決于表面。HINNERS 等研究了潛在指紋殘留物中甘油三酯和其他脂質的老化，還分析了沾有顯影粉（碳粉）的指紋，以確定該方法在案件中的適用性。 實驗結果發現，不飽和甘油三酯經過環境臭氧的分解會隨著時間的減少而減少。 同時，出現了2 個與環境臭氧分解引起的不飽和甘油三酯降解有關的化合物系列（O7 和 O8 系列），且可在 1 d 內檢測到。 跟蹤不飽和甘油三酯隨時間降解的實驗已被證明在多個個體中是相對可重復的，由此可作為分析潛在指紋年齡的一種方法。 個體降解率的差異歸因于指紋中不飽和脂質豐度的差異。 重要的是，即使在使用顯影粉之后，甘油三酯及其臭氧分解產物也可使用MALDI-MSI 在潛在指紋中檢測到，這使得該方法更符合當前的法庭科學實踐，并簡化了流程。

在開發兼備指紋可視化功能和作為MALDI 基質的物質的研究中，碳基指紋粉（carbon fingerprint powder, CFP）和二氧化鈦納米顆粒（TiONPs）具有顯著效果。由于高背景和高污染，早期研究人員一直避免使用CFP 作為基質，然而CFP 被證明與MALDIMSI 是相容的，特別是通過高分辨率質譜，可以很容易地從碳簇峰中識別出相關指紋化合物。 而用電噴霧將TiONPs 噴在指紋上，對于檢測甘油三酯而言，會比傳統的DHB 基質有明顯優勢。 此外，TiONPs 作為基質，還可分析其他內源物質（如膽固醇酯和甘油二酯）以及外源性物質（如化妝品成分）。 這兩種方法對指紋圖案沒有破壞，并且為指紋的可視化創造了很大的反差，便于指紋識別。

根據指紋中化學成分的不同，MALDI-MSI 可區分不同個體的指紋，單一化合物的存在可能不足以提供有關個人的詳細信息，但綜合多種化合物可以提供一個人的生活方式。HINNERS 等研究了指紋中殘留的各種品牌的殺蟲劑和防曬霜，以及食用油、乙醇和柑橘類水果，根據留下的活性成分或獨特化合物，使品牌區分和來源確定成為可能，并對關鍵化合物進行了二級質譜分析，以便在單次多重質譜成像數據采集中能夠可靠地鑒定這些化合物。雖然研究的外源化合物并不詳盡，但結合多重MSI的外源化合物數據庫的進一步開發，將有助于通過指紋化合物來確定生活方式。

3.2 表面輔助激光解吸電離質譜成像

MAIDI-MSI 很少用于分析小分子量的化合物，這是因為有機小分子基質也發生電離，產生背景信號，在低于700 Da 的質量范圍內會出現基質峰，對小分子量化合物產生干擾，且MALDI-MSI 缺乏通用基質，當分析物與基質共結晶不均勻時，樣品間重現性較差。 因此，引入了表面輔助激光解吸電離質譜成像（surface-assist laser desorption/ionization mass spectrometry imaging，SALDI-MSI）技術來解決上述問題。 SALDI 和MALDI 本身非常接近，通過吸收激光能量并將其轉移到被分析物中進行解吸，不僅保護了分析物不受激光直接沖擊，減少分析物碎片化，而且還幫助分析物電離。與MALDI-MSI 相比，SALDI-MSI 不需要有機基質的輔助， 因此在低質量區域不會產生干擾噪聲離子。SALDI-MSI 的另一個優點是樣品制備容易，且制備的樣品分布均勻。 但SALDI-MSI 的檢測靈敏度還未提高到與MALDI-MSI 相當的水平， 因此許多關于SALDIMSI 的研究都集中在無機新材料的開發上，以此試圖獲得更高的檢測靈敏度。

諸多研究表明，分析物和SALDI 材料之間的相互作用可增加離子化效率，這種相互作用可促進電離過程，并有效將吸附能量轉移到分析物上，以提高檢測靈敏度。 TANG 等利用金納米顆粒（AuNPs）對指紋中的脂肪酸和鹽酸維拉帕米進行分子成像，氬離子濺射將AuNPs 以兩種不同的形式聚集在指紋的脊和谷里，由于AuNPs 在不同表面等離子體共振波段發出不同顏色的光，使得指紋在不同基底上（塑料、玻璃、紙張）清晰可見，同時解決了重疊指紋和內、外源性物質檢測的問題。 隨后，TANG 等繼續證明了 Ag-Au 合金NPs 與純 AuNPs 相比，可顯著提高質譜圖像的對比度、穩定性和檢測靈敏度。不同金屬氧化物 NPs（ZnO、TiO、FeO、CeO）在指紋分析中顯示出與傳統有機基質相比的優勢，未經化學修飾的金屬氧化物NPs 的小尺寸和大表面積允許大量分子的吸附和電離，可提高檢測信號的強度，同時最小化背景噪聲。 在指紋上檢測小分子藥物去甲替林、阿米替林、丙咪嗪和丙嗪混合物的最佳結果是使用FeONPs。同時，通過進一步研究NPs在不同溫度下隨時間變化的穩定性， 表明在中、低溫度（4℃和25℃）下，使用NPs 可以在指紋產生一周后進行藥物檢測。 此外，中孔硅質泡沫（MCF）、黑硅和鍍金黑硅、利用蠟燭不完全燃燒產生的碳NPs、通孔氧化鋁膜等都可作為新型SALDI材料用于潛在指紋的質譜成像。

含碳疏水性二氧化硅納米粉末已被用作有效的潛在指紋顯影劑，并在SALDI-MSI 中用作指紋成分的增強劑，ROWELL 等展示了用SALDI-MSI對撒粉后潛在指紋中可卡因、二乙酰嗎啡、可待因、美沙酮及其主要代謝產物進行成像的實例，并證明了用膠帶將撒粉指紋從玻璃或金屬表面提取后，提取指紋痕跡中的化學物質可直接在膠帶表面檢出。隨后，該技術被用于檢測吸煙者指紋中的尼古丁和可替寧，環境接觸、與吸煙者的手接觸或被動吸煙造成的污染等都不會影響檢測結果。 在另一項研究中， 對磁性二氧化硅顆粒表面進行化學處理，以獲得親水性氨丙基和疏水性苯基，將每種顆粒類型都用于磁性固相萃取（magetic solid phase extraction，MSPE）方法中，其中分析物被吸附沉積到顆粒表面，用磁棒轉移被吸附的組分，并將粒子沉積在與原始混合物相鄰的位置，未吸附的組分仍留在原處。 通過SALDI 直接對萃取物和殘留分析物進行表面分析。 該方法能夠從指紋中提取和檢測極性（氨基酸）和非極性成分（角鯊烯和脂肪酸）。

LAUZON 等開發一種適用于TOF 的新方法——銀輔助激光解吸電離質譜成像法（silvery assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging,AgLDI-MSI）。 該方法通過在指紋上沉積一層納米銀，可以檢測許多內源性化合物并成像，如膽固醇、角鯊烯、蠟酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸以及其他外源性物質。 此外，還可從指紋中定位檢測來自皮膚細菌的奇數碳數脂肪酸，證明了該方法同樣適用于分析沉積在非導電表面（包括紙張、紙板、塑料袋和膠帶）上的指紋。 在實際法證調查中，經常在各種不導電的表面上發現指紋， 濺射的銀層可增強導電性，從而可用TOF-MSI 分析絕緣表面。 隨后，LAUZON 等評估了AgLDI-MSI 通過檢測外源性物質提供環境證據的潛力，化妝品成分、四氫大麻酚、可卡因和海洛因都可以從指紋中檢出，該方法還允許在應用不同類別的血液增強技術（如1,2-茚二酮-鋅、酰胺黑和結晶紫指示劑處理）后成像血指印。

3.3 飛行時間二次離子質譜

近年來，飛行時間二次離子質譜（time of flight secondary ion mass spectrometry, TOF-SIMS）已經成為表面科學中最靈敏的分析技術之一。 利用離子源產生聚焦一次離子束轟擊待分析樣品表面，導致帶正、負電荷的原子、原子團、分子和分子碎片等二次離子從樣品表面濺射，不同質荷比的離子由于飛行速度不同實現了二次離子的分離，其信號強度受離子在分析表面的濃度、離子濺射產率、基質效應和波束條件的影響。 TOF-SIMS 可在寬質量范圍內以高靈敏度、高質量精度和橫向分辨率同時檢測和識別極少量的未知物質。

TOF-SIMS 具有亞微米空間分辨率，因此可清晰地顯示指紋的三級特征。 使用TOF-SIMS 可檢測到指紋上許多沾染的污染物，包括非法藥物、槍擊殘留物和日常用品。COSTA 等根據指紋中可卡因及其初級代謝產物苯甲酰愛康寧（BZE）圖像的相對強度以及這些分析物在指紋上的分布，以區分是接觸還是攝入非法藥物。 接觸的特點是在指紋沉積區域有更高強度的可卡因（相對于BZE），而且分析物的分布與指紋脊的走向沒有直接關聯；攝入的特征是在指紋沉積區域有更高強度的BZE（相對于可卡因），并且這些分析物在指紋脊上分布均勻。

TOF-SIMS 還被用于更廣泛的指紋研究，如確定紙張上自然潛在指紋和激光打印墨粉的沉積順序、指紋的年齡測定和在難以獲得可靠指紋的金屬表面（特別是不銹鋼）通過成像無機離子（如鈉和鉀的空間分布）來識別指紋。上述指紋中檢測到的化合物幾乎都是低分子量的（<500 Da），這是因為在常規的TOF-SIMS 分析中，二次離子產率不足將導致識別和定位相對高分子量的化合物相當困難。 CAI 等發現氧化石墨烯可顯著提高脂質和肽的二次離子產率，而且平滑的氧化石墨烯層能夠良好保存指紋的細膩形態，保持了SIMS 成像的高空間分辨率，提升了該方法在指紋分析中的潛力。 但TOF-SIMS 的缺點是必須將樣品在真空下進行分析，這會引起指紋化學成分的變化（如幾種脂肪酸的減少以及脂類和角鯊烯濃度的變化），并增加每次分析的時間和成本。 此外，由于碎片化，TOFSIMS 對有機物的敏感性有限。

3.4 解吸電噴霧電離質譜成像

COOKS 等于2004年開發了解吸電噴霧電離質譜成像（desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging, DESI-MSI），在環境條件下，電噴霧發射器用帶有電荷的微滴溶劑噴霧直接沖擊樣品表面，噴霧將待測物解吸到氣相中并將其電離，從表面釋放的離子在大氣壓下通過氮氣傳輸一段距離，待溶劑揮發后到達質譜儀。 DESI-MSI 技術的優點是無需復雜的樣品制備或分離技術，可在原始狀態下直接從樣品表面進行分析。 相對無損是DESI-MSI 的另一個優點，樣品只有受到電離影響的微小部分被破壞。 與前面提到的其他技術相比，DESI-MSI 可應用于從小分子到蛋白質的廣泛質量范圍，并可用于表征固體表面、固體表面上或固體表面內的物質、溶液和液體混合物，這對法醫應用尤其重要。 DESI-MSI 的缺點是基質可能影響電離和液滴形成的效率：部分樣品如果不進行預處理，分析物沉積的表面狀態可能會導致靈敏度較差，此外，高壓氣體沖擊表面進行解吸時，可能會導致分析物在表面上不必要的再分布或涂抹。DESIMSI 還涉及到一些檢測角度、距離等參數，這些參數對于獲得最佳信號是至關重要的。

DESI-MSI 的空間分辨率約為100 μm，足以識別指紋的脊和谷，可用來檢測皮膚上自然存在的化學物質，如脂肪酸、氨基酸和角鯊烯等，不僅可區分重疊的指紋，還可區分指紋提供者的性別、種族和年齡（在 10年內）。 當少量（5 μg）摻雜的化學物質，如可卡因、大麻醇和爆炸性TNT 被添加到指紋中時，也可從玻璃、紙張和塑料等一系列基質上的指紋圖譜中檢測到這些物質。 同時，采用DESI-MSI 還可檢測到濫用藥物及其代謝產物（可卡因、BZE、EME），利用其在指紋上的空間分布不同，可以區分攝入藥物和接觸污染，即使在洗手后，其差異也可在質譜成像中明顯觀察到。

MIRABELLI 等首 次 報 道 了 DESI-MSI 在 分析和成像含有避孕套痕跡的潛在指紋方面的應用，理想情況下，不僅可以確認避孕套的存在，而且還可確定避孕套的類型和品牌。 該指紋可從不同表面（玻璃、紙張、金屬）被提取，而且在露天、室溫、不與環境灰塵或其他類型的污染隔離等環境條件下老化1 個月后分析潛在指紋圖像，即使質量有所下降，但仍保留了識別避孕套痕跡所需的形態以及化學信息 。 HELMOND 等進 一 步 將 DESI-MSI 方 法 與PCA-LDA 分類模型相結合，能夠區分來自21 個不同品牌的32 種避孕套，總體準確率為90.9%，且與502熏顯兼容，使其更適用于法醫案例工作。 在獲得的指紋化學圖像中，顯現了避孕套潤滑劑化合物（如聚二甲硅氧烷和聚乙二醇）的空間分布，證實了避孕套潤滑劑來源于指紋而非基質，從而增加證據的證明力。

3.5 其他質譜成像分析法

直接實時分析（direct analysis in real time,DART）由CODY 等于2005年首次引入，原理是首先利用高電壓使流動的載氣（氦氣或氮氣）產生輝光放電，使氣態氦原子或氮氣分子變為激發態，然后通過格柵電極過濾，使氣流中僅剩下亞穩態的原子繼續加熱并被送至待測樣品表面，激發并脫附表面中的待測化合物。 該方法適用于研究低極性和小分子物質。 DART 可從潛在指紋中檢測出爆炸殘留物，但不適用于膠帶提取后的指紋，膠帶表面涂層的熱降解會造成較高的背景干擾。 MUSAH 等證明了DART-MS 識別避孕套中潤滑劑和與性侵犯有關的許多其他微量成分的能力，并應用該項技術來識別潛在指紋中的脂肪酸。 COON 等探索和開發了實時高分辨質譜（direct analysis at real time high resolution mass spectrume, DART-HRMS）直接分析與化學計量學相結合的效用， 能夠快速準確地將避孕套殘留物歸屬于不同的品牌。 JONES等證明了人工指紋材料（含有40 多種生物相關濃度指紋殘留中常見化合物）并不影響DART 對苯二氮卓類藥物的檢測。

激光剝蝕-電感耦合等離子體-質譜成像（laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry imaging, LA-ICP-MSI）是一種原位、微量元素分析技術。 高能激光剝蝕樣品后由載氣將樣品氣溶膠帶入ICP 系統，通過高溫等離子體將其離子化，最后被質譜檢測器分析。PLUHáCEK等將該方法用于顯現持槍犯罪嫌疑人的指紋，對指紋上的金屬雜質和金屬槍擊殘留物，如 Cu、Zn、Sb、Ba、Hg、Pb，進行空間和化學分析，能夠區分不同來源（自然發生、與金屬表面接觸即彈匣裝載和射擊）潛在指紋的金屬污染，并證明Sb 和Hg 的聯合出現是槍擊殘留物的一個重要標志。 觀察到的相應金屬的檢出限低于0.3 ng·cm，常用的指紋顯影粉對該方法沒有干擾。指紋圖像還可以揭示一個人操縱槍支的方式：特征一致的槍擊殘留物粒子的分布提供了槍擊的證據。

4 免疫成像分析

LEGGETT 等利用帶有特異性抗體的金納米顆粒檢測吸煙者指紋中尼古丁的主要代謝產物可替寧：金納米顆粒首先被蛋白A 表面標記，再與抗可替寧抗體結合，然后用熒光染料標記的二抗片段對指紋進行熒光標記，可在吸煙者的指紋中獲得清晰的可替寧圖像。隨后，其用磁性納米粒子代替金納米顆粒，使用明視野顯微鏡和/或熒光顯微鏡也成功地從指紋中檢出可替寧、四氫大麻酚、美沙酮及其代謝產物EDDP、海洛因的代謝產物嗎啡和可卡因的代謝產物苯甲酰蘇氨酸。 磁性粒子的一個關鍵優點是其類似于磁性指紋粉——一種目前在法醫調查中用于顯現指紋的增強劑， 可用磁鐵去除多余的試劑。 更重要的是，在抗體-磁性粒子結合物結合在指紋上后，通過使用明視野顯微鏡觀察指紋顏色的變化，提供了使用簡單的白光光源檢測潛在指紋的選擇，從而消除了對昂貴儀器的需求。該方法非常簡單且潛力巨大，高分辨率的指紋圖像不僅提供了關于個人藥物使用的信息，也能夠確定個人的身份。

XU 等報道了聯合使用酶聯免疫分析和增強化學發光（enhanced chemical-luminescence, ECL）進行潛在指紋可視化和特異性物質檢測。 辣根過氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）標記的抗體對指紋脊上的蛋白質和多肽分泌物進行特異性識別，HRP 可催化魯米諾與HO之間的CL 反應，發射的光可以在黑暗物體表面上生成明亮的圖像。同時，由于免疫分析的分子特異性也提供了指紋中特定物質存在的額外信息。與熒光、光散射等其他光學方法相比，該方法不需要外部光激發，且不受背景干擾。

競爭酶免疫分析（competitive enzyme immunoassay,CEIA）方法也可用于檢測指紋中的非法化合物。CEIA 是指樣品中的游離分析物與標記分析物競爭微量滴板上可用的抗體結合位點，這種性質的分析以一種簡單易用和經濟高效的方式提供了良好的靈敏度和特異性，使其非常適合法醫分析，且不需要專門的化學試劑或先進的儀器。 有報道利用該方法檢測指紋中的四氫大麻酚以及對指紋提取液中的可卡因定量。

核酸適配體是一小段經體外篩選得到的寡核苷酸序列，能與相應的配體進行高親和力、強特異性的結合。 該配體起初是在1990年被開發的，用于從隨機序列庫中分離罕見的核糖核酸，適配體對特定目標顯示出很強的親和力。 研究發現，核酸適體-靶結合復合物比抗體-抗原復合物具有更高的親和力和特異性。WOOD 等開發了一種用染料修飾的溶菌酶適配體可視化潛在指紋的熒光方法。HE 等報道了一種免疫多金屬沉積策略，用于快速顯示汗液指紋和檢測指紋中2 種分泌的多肽。PENG 等開發了一種納米等離子體方法，以核酸配體修飾的金納米顆粒作為對比和識別試劑，用于潛在指紋的可視化和接觸可卡因殘留物的檢測。RAN 等利用 DNA 調控的銀納米團簇（AgNCs）與分子結合適配體相連，以可視化并檢測潛在指紋上的內、外源性成分，AgNCs 的發光受附近DNA 區域的調控，從而可以使潛在指紋產生多色的圖像，而且當分析物發生變化時，AgNCs 不需要進一步功能化。

總體而言，紅外和拉曼光譜能提供有關化學成分的官能團信息，實現對指紋的快速、無損成像，空間分辨率適中，但化學特異性不強，且拉曼光譜易受熒光背景干擾；質譜分析技術發展迅猛，除了提供指紋中特定化學成分的空間分布信息，還能對待測物進行定量，可選擇范圍較廣，然而對儀器參數的優化有一定要求；免疫分析技術克服了靈敏度和選擇性的問題，但樣品前處理較為復雜。 在實踐中，可根據具體情況選擇相應的方法。 表1 總結了上述光譜、質譜和免疫成像技術的空間分辨率及其優缺點。

表1 不同成像分析技術概覽

5 結語

本文簡要介紹了指紋中內、外源性物質成像分析的常用方法，包括光譜成像分析、質譜成像分析和免疫成像分析技術，這些技術在法庭科學領域已有諸多成功的應用。 可以預見，隨著實踐需求的發展，有關指紋中化合物的研究也將不斷推進，分析儀器和新技術的進步將持續為司法鑒定提供新方法。 未來，化學特異性強、空間分辨率高、定量穩定的成像技術將是實驗室應用的方向；而與此同時，前處理簡便、設備便攜的快速成像技術將更適用于現場案件的偵查。