基于NaYF4:Yb,Er上轉換發光納米材料的掌印和足跡增強顯現

丁寒

（中國政法大學刑事司法學院， 北京 102249）

手印和足跡是兩類犯罪現場極為常見的傳統痕跡，通過對手印和足跡的檢驗鑒定可以為案件偵查和訴訟審判提供重要線索和可靠證據[1-2]。然而，以上兩類痕跡通常是肉眼難辨的潛在痕跡，因此對潛在痕跡的清晰顯現是痕跡檢驗鑒定的前提[3-4]。但是，傳統的手印和足跡顯現方法已經逐漸無法滿足研究人員對痕跡高質量顯現的迫切需求，而納米材料學的迅速發展助推了痕跡顯現方法的不斷更新[5]。納米發光材料具有光學性質豐富、微觀形貌可調和表面修飾靈活等突出優點，能夠有效改善痕跡顯現的對比度、靈敏度和選擇性[6]。2000 年，Menzel 等[7]率先將熒光量子點應用于手印顯現，由此開啟了痕跡納米熒光顯現方法的研究。而后，金屬納米材料[8]、金屬氧化物納米材料[9]、稀土下轉換發光納米材料[10]、稀土上轉換發光納米材料[11]、熒光碳點[12]和金屬有機框架[13]等一系列納米材料被相繼用于痕跡納米熒光顯現。在上述納米材料中，稀土上轉換發光納米材料具有特殊的上轉換發光性能，在降低痕跡顯現的背景噪聲干擾方面具有獨特的優勢[14]。稀土上轉換發光納米材料能夠在近紅外光的激發下產生可見熒光，而近紅外光的能量較低，在激發痕跡部位產生顯現信號的同時幾乎不會引起客體部位產生背景噪聲，進而實現痕跡的無背景干擾顯現[15]。因此，稀土上轉換發光納米材料是實現手印和足跡高質量顯現的理想選擇。

2014 年，Wang 等[11]將溶菌酶適配體修飾的NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料應用于潛在手印的懸浮液法顯現。該研究創新地利用了核酸適配體與靶向分子的特異性結合原理實施手印顯現，為上轉換發光納米材料應用于潛在手印顯現的首次報道。該研究在手印熒光拍攝中受980 nm 激發光斑大小的限制，最終并未得到手印顯現的完整圖像。此后，研究者在顯現材料的創新方面進行了深入探究：一方面對上轉換發光納米材料的摻雜成分進行改進，如2015 年Xie 等[16]使用NaYF4:Yb,Ce,Er、2016 年Li 等[17]使用NaYF4:Yb,Gd,Er 和2016 年Du 等[18]使用NaYbF4:Ho 顯現手印的報道；另一方面將上轉換發光納米材料與其它類型材料進行復合，如2017 年Shahi 等[19]使用Eu（DBM）3Phen/NaGdF4:Yb,Er、2017 年Zhou 等[20]使用Cu2-xS@SiO2@Y2O3:Yb，Er 和2018 年Wang 等[21]使用NaYF4:Yb，Gd，Er@SiO2顯現手印的研究。Wang 研究組也在顯現材料的創新和顯現方法的改進方面開展了相關研究，如2015 年，Wang 等[22]將表面油酸修飾的NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料應用于潛在手印的粉末法顯現，并考察了客體背景熒光干擾的問題，該研究將980 nm 激光器發射的激光進行擴束，使激發光斑面積達到8.98 cm2， 最終得到顯現手印的完整圖像；2016 年，Wang[23]將表面油酸修飾的綠色NaYF4:Yb,Er 及多色NaYbF4:Er,Tm,Ho上轉換發光納米材料應用于潛在手印的懸浮液法顯現，利用疏水作用的吸附原理實施顯現，同樣得到了顯現手印的完整圖像；2020 年，Wang 等[24]將表面油酸修飾的NaYbF4:Tm 上轉換發光納米材料應用于潛在手印的粉末法顯現，該研究利用了顯現材料由單激發到雙發射的發光特性，在單次激發下同時得到了可見光和紅外光兩個顯現模式下的完整手印圖像。雖然基于上轉換發光納米材料的痕跡顯現技術已經取得了長足的發展，但是仍存在著一些瓶頸問題：（1）顯現對象僅限于手印等面積較小的印痕，鮮有涉及掌印及足跡等面積較大的印痕；（2）雖然顯現對比度明顯提高，但顯現靈敏度和選擇性有待改善；（3）對痕跡顯現的效果評價大多僅限于定性層面，很少有定量分析的研究報道。

鑒于此，本研究采用溶劑熱法制備了NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料，并將其應用于潛在掌印、赤足足跡和穿鞋足跡等較大面積痕跡的熒光增強顯現，在保證痕跡顯現高對比度的基礎之上，兼顧痕跡顯現的高靈敏度和高選擇性，并從定性和定量兩個層面詳細考察了痕跡顯現的具體效果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

H-7650 型透射電子顯微鏡（日本Hitachi 公司）；Empyrean 型多晶X-射線衍射儀（荷蘭PANalytical公司）；UV-2600 型紫外-可見-近紅外分光光度計（配積分球，日本Shimadzu 公司）；Cary Eclipse 型熒光分光光度計（美國Agilent 公司）；TENSOR 27 型傅里葉變換紅外光譜儀（德國Bruker 公司）；980 nm 近紅外激光器（配擴束器，蘇州曉松科技開發有限公司）。

六水合硝酸釔（Y（NO3）3·6H2O）、五水合硝酸鐿（Yb（NO3）3·5H2O）和六水合硝酸鉺（Er（NO3）3·6H2O），以上試劑純度為99.99%；NaF、NaOH、油酸、硬脂酸、無水乙醇和正己烷，以上試劑純度均為分析純；乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物。實驗所用試劑均購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 顯現材料制備

參考文獻[25]的方法制備NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料。向燒瓶中加入2.988 g（7.8 mmol）Y（NO3）3·6H2O、0.898 g（2.0 mmol）Yb（NO3）3·5H2O、0.092 g（0.2 mmol）Er（NO3）3·6H2O、8.534 g（30.0 mmol）硬脂酸，再加入150 mL 乙醇，攪拌并升溫至78 ℃，得到溶液A。將1.190 g（30.0 mmol）NaOH 用50 mL 乙醇溶解，得到溶液B。持續攪拌下，將溶液B 在30 min 內滴加到溶液A 中，在78 ℃下回流30 min。將反應產物減壓抽濾，濾餅依次用200 mL 乙醇-水混合溶液（1∶1，V/V）洗滌2 次、200 mL 乙醇洗滌1 次，然后置于60 ℃干燥箱中干燥12 h， 即制得（C17H35COO）3Y0.78Yb0.20Er0.02稀土硬脂酸鹽前驅體。向100 mL 水熱反應釜中加入1.915 g（2.0 mmol）稀土硬脂酸鹽前驅體，再倒入10 mL 油酸、30 mL 乙醇，充分攪拌，形成懸濁液C。將0.336 g（8.0 mmol）NaF 用20 mL 水溶解，得到溶液D。將溶液D 注入到懸濁液C 中，充分攪拌10 min，再將反應釜密封，在150 ℃下進行溶劑熱反應24 h。反應結束，待溫度冷卻至60 ℃，開啟反應釜，倒掉上層液體，向沉淀中加入100 mL 乙醇，離心分離。將所得產物依次用100 mL 乙醇-正己烷（1∶1，V/V）混合溶液洗滌3 次并離心、100 mL 乙醇-水（1∶1，V/V）混合溶液洗滌3 次并離心、100 mL 乙醇洗滌3 次并離心，然后置于60 ℃干燥箱中干燥12 h， 即制得NaY0.78F4:Yb0.20,Er0.02上轉換發光納米材料。

1.2.2 潛在掌印顯現

采用粉末刷顯法顯現熒光塑料片表面遺留的潛在掌印。以指紋毛刷蘸取適量NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料的粉末，并在客體表面輕輕掃動，當掌印粘附粉末出現輪廓后，彈掉毛刷上的粉末，繼續在客體表面小心掃動，除去多余的粉末。

1.2.3 赤足足跡顯現

采用粉末刷顯法顯現復合地板表面遺留的赤足（潛在）足跡，具體操作方法同1.2.2 節。

1.2.4 穿鞋足跡顯現

采用粉末刷顯法顯現理石地磚表面遺留的穿鞋（灰塵）足跡。使用噴壺將灰塵固定液（5%（m/V）乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的乙醇溶液）均勻覆蓋于灰塵足跡的表面，完成對灰塵足跡的固定。待溶劑乙醇完全揮發后，采用粉末刷顯法處理灰塵足跡，具體操作方法同1.2.2 節。

1.2.5 痕跡拍照固定

暗場條件下，使用980 nm 紅外光（功率為15 W， 功率密度為1.47 W/cm2）照射掌印及足跡樣本，并使用Nikon D810 單反數碼相機（搭配Nikon AF-S NIKKOR 24～70 mm f/2.8G ED 鏡頭）進行拍照固定。掌印顯現的暗場拍攝參數設定為：感光度250，光圈值f/8，曝光時間20 s；足跡顯現的暗場拍攝參數設定為：感光度250，光圈值f/8，曝光時間40 s。

1.2.6 顯現效果表征

參考文獻[26]的方法表征掌印顯現的對比度。將未捺印掌印的客體樣本和掌印顯現后的客體樣本分別固定在熒光分光光度計的固體樣品支架上，使用光源對樣本進行激發，檢測其熒光發射光譜，前者對應于客體背景噪聲，后者對應于手印顯現信號。

參考文獻[27]的方法考察掌印及足跡顯現的選擇性。首先使用Image J 軟件打開痕跡顯現照片，再使用Straight Line 工具選擇區域分析對象，最后使用Plot Profile 工具分析選區的灰度值。

2 結果與討論

2.1 納米材料的性能表征

溶劑熱法制得的NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料的性質表征如圖1 所示。圖1A 的透射電子顯微鏡照片顯示其近似為球形，單分散性良好，粒徑分布均勻，平均直徑為19.2 nm。圖1B 為X-射線衍射譜圖，其衍射峰的位置和強度與六方晶系NaYF4標準衍射譜圖（圖1C）一致，說明納米材料的晶體結構屬于六方晶系。圖1D 左圖為納米材料在980 nm 近紅外光激發下的熒光發射光譜，其中位于521、540、654 nm 波長處的尖銳熒光發射峰分別對應Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能級躍遷[28]。圖1 為納米材料的紫外-可見-近紅外吸收光譜，在976 nm 波長處出現了尖銳的近紅外吸收峰。圖1F 為納米材料的傅里葉變換紅外光譜，在2853 和2923 cm?1處的吸收峰分別對應油酸分子中亞甲基的對稱和反對稱伸縮振動，在1463 和1564 cm?1處的吸收峰分別對應于油酸分子中羧基形成羧酸根陰離子后的對稱和反對稱伸縮振動，說明納米材料的表面被油酸分子所修飾[28]。

圖1 NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料的性質表征：（A）透射電子顯微鏡照片；（B）X-射線衍射譜；（C）六方晶系NaYF4 標準衍射譜圖；（D）980 nm 近紅外光激發的熒光發射光譜；（E）紫外-可見-近紅外吸收光譜；（F）傅里葉變換紅外光譜Fig.1 Characterizations of NaYF4:Yb,Er upconversion luminescent nanomaterials: (A) Transmission electron microscopy image; (B) X-ray diffraction pattern; (C) Calculated line pattern of hexagonal phase NaYF4;(D)Fluorescence emission spectrum under 980 nm near infrared excitation;(E)Ultra violet-visible-near infrared absorption spectrum; (F) Fourier transform infrared spectrum

2.2 顯現原理

利用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現潛在掌印及赤足足跡的原理基于顯現粉末與潛在掌印及赤足足跡的遺留物之間的物理吸附作用。如圖2A 所示，潛在掌印及赤足足跡中汗液、皮脂等分泌物對顯現粉末的吸附能力較強，而光滑客體的表面對顯現粉末的吸附能力較弱，通過毛刷的刷動將顯現粉末吸附于痕跡的乳突紋線部位并與客體形成對比反差，再通過光源的激發使顯現粉末產生熒光，進而完成熒光增強顯現。利用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現穿鞋足跡的原理基于顯現粉末與穿鞋足跡的灰塵固定物之間的物理吸附作用。如圖2B 所示，穿鞋足跡中的灰塵部位表面粗糙且疏松多孔，但很容易被外力破壞，可首先在足跡表面噴灑乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物的乙醇溶液，利用共聚物的成膜特性對灰塵進行固定，當該固定物變得堅硬且被牢固粘合于客體表面時，再對足跡進行粉末刷顯、光源激發等操作。

圖2 使用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現潛在掌印、赤足足跡（A）及穿鞋足跡（B）的原理圖Fig.2 Mechanisms for development of latent palmprints and barefoot footprints (A), and footwear impressions(B) using NaYF4:Yb,Er upconversion luminescent nanomaterials

2.3 潛掌印痕的顯現效果

在具有強熒光性能的塑料片客體表面捺印汗潛掌印（圖3A），使用制得的NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米粉末對潛掌印痕進行刷顯，并利用980 nm 近紅外光照射進行熒光增強（圖3B），同時考察掌印顯現的對比度（圖3G～3H）、靈敏度（圖3C～3F）和選擇性（圖3I）。

圖3 使用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現熒光塑料片表面潛在掌印的明場照片（A）及該掌印在980 nm 近紅外光激發下的暗場照片（B～F），其中（C～F）為圖3B 中各掌印選區的局部放大照片；（G、H）客體背景噪聲與掌印顯現信號的熒光光譜表征；（I）圖3B 中掌印選區的灰度值曲線表征Fig.3 Images of latent palmprint on fluorescent plastic sheet developed by NaYF4:Yb,Er upconversion luminescent nanomaterials(A–F):(A)overall image captured in bright field,(B)overall image captured in dark field with 980 nm near infrared excitation, and (C–F) magnified images corresponding to selected areas in Fig.3B;(G,H) Spectroscopic characterizations corresponding to substrate background noise and developed palmprint signal, respectively; (I) Gray value curve corresponding to selected area in Fig.3B

2.3.1 掌印顯現對比度的考察

手印顯現的對比度是指手印顯現信號與客體背景噪聲之間的對比差異程度[6]。從視覺感官層面定性考察，如圖3B 所示，掌印區域產生了明亮的黃綠色熒光，而客體背景呈現為暗色，兩者之間形成了明顯的視覺反差；掌印的外形近似為正方形，邊緣形態反映清晰銳利；同時還可觀察到熒光明暗分布不均的現象。手掌受到大魚際肌群、小魚際肌群和掌骨的襯墊作用，使橈側區、尺側區和指根區的捺印程度嚴重、手印物質轉移充分，導致掌印在以上3 個區域的熒光強度較高；而掌心肌群相對較薄，使掌心區的捺印程度輕微、手印物質轉移不足，導致掌印在掌心區域的熒光強度較低。熒光光譜的表征結果表明，單純客體無論在365 nm 長波紫外光下激發，還是254 nm 短波紫外光下激發，均能在460～580 nm 范圍內產生較強的背景熒光（圖3G）；甚至365 nm 紫外光激發下的背景熒光強度要高于顯現粉末在980 nm 近紅外光激發下的熒光強度（圖1D）；而單純客體受980 nm 近紅外光激發并未產生明顯的背景熒光，其熒光光譜接近于儀器基線（圖3G）。如圖3H 所示，經顯現的掌印在254 和365 nm 紫外光激發下并未產生顯現信號，而是在460～580 nm 范圍內產生了一定強度的背景熒光，其強度略弱于純客體所產生背景熒光的強度（圖3G），這是因為紫外光并不能激發上轉換發光納米材料產生熒光，而該顯現粉末會部分附著于客體表面，在一定程度上降低了客體背景熒光的強度。由圖3H 還可見，在980 nm 近紅外光激發下，經顯現的掌印在521 和540 nm 處產生了明顯的顯現信號，由于顯現粉末不能完全覆蓋于客體表面（小犁溝部位不能附著粉末），使其熒光強度略弱于純顯現粉末的熒光強度（圖1D），但是手印顯現信號與客體背景噪聲之間已形成了足夠強度的對比反差。顯現材料的發光性質對手印顯現對比度的提高起到了關鍵的作用：制備的上轉換發光納米粉末可采用980 nm 近紅外光激發產生熒光，近紅外光的能量較低，不會引起客體產生背景熒光，進而提高了痕跡顯現的對比度。綜上可知，本方法在保證足夠強度手印顯現信號的同時還能徹底解決客體背景熒光干擾，因此具有較高的顯現對比度。

2.3.2 掌印顯現靈敏度的考察

手印顯現的靈敏度是指顯現手印各級特征的清晰程度與精細程度[6]。從掌印中乳突花紋的一級特征層面考察，乳突紋線連貫延續（圖3B），可觀察到指根弧與三叉線（圖3C）、指間倒箕（圖3D）等紋形特征。從掌印中乳突花紋的二級特征層面考察，細節特征豐富明顯（圖3B～3F），可清晰觀察到端點及分叉（圖3C）、包圍及小點（圖3D）、皺紋（圖3E）和褶紋（圖3F）等重要特征。從掌印中乳突花紋的三級特征層面考察，乳突紋線的邊緣形態清晰可見（圖3C～3F）。顯現材料的粒徑尺寸對手印顯現靈敏度的提高起到了關鍵的作用：制備的上轉換發光納米粉末其粒徑尺寸較小，有利于精細準確顯現掌印中的微小特征，進而提高了痕跡顯現的靈敏度。綜上，本方法對掌印中乳突花紋各級特征顯現的清晰程度與精細程度均較高，因此具有較高的顯現靈敏度。

2.3.3 掌印顯現選擇性的考察

手印顯現的選擇性是指顯現試劑與手印物質之間的特異性結合程度[6]。從視覺感官層面進行定性考察，如圖2C～2F 所示，對應于乳突紋線的區域產生了明亮的黃綠色熒光，而對應于小犁溝、皺紋和褶紋的區域則呈現為暗色，兩者之間的視覺差異明顯。從灰度表征層面定量考察，如圖3I 所示，乳突紋線部位表面吸附熒光粉末而表現出亮色，其灰度值較高，對應于波峰；小犁溝等部位表面基本不吸附熒光粉末而表現出暗色，其灰度值較低。從掌印選區對應的灰度曲線中可以看出，波峰與波谷分布均勻且強度差異明顯，說明熒光粉末均勻吸附于乳突紋線部位。顯現材料的微觀形貌對手印顯現選擇性的提高起到了關鍵的作用：制備的上轉換發光納米粉末其微觀形貌為球形，具有適中的吸附性能，更利于粉末顆粒與粘稠的手印物質發生吸附而不與光滑的客體表面發生吸附，進而提高了痕跡顯現的選擇性。綜上可知，本方法中顯現試劑與手印物質之間的特異性結合程度較高，因此具有較高的顯現選擇性。

2.4 赤足足跡的顯現效果

在復合地板客體表面捺印赤足足跡（圖4A），使用制得的NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米粉末對赤足足跡進行刷顯，并利用980 nm 近紅外光照射進行熒光增強（圖4B），同時考察赤足足跡顯現的對比度（圖4B）、靈敏度（圖4C～4F）和選擇性（圖4G）。如圖4B 所示，赤足足跡區域產生了明亮的黃綠色熒光，而客體背景呈現為暗色，兩者之間形成了明顯的視覺反差；趾區、跖區、弓區和跟區的邊緣形態反映清晰銳利；同時還可以觀察到熒光明暗分布不均的現象，腳掌受到骨骼及肌肉的襯墊作用不同，使其在各部位的捺印程度有所不同，導致赤足足跡中各個區域的熒光強度有明顯不同，其中，趾區、第二跖區、第三跖區、第五跖區和跟區的熒光強度較高，而弓區的熒光強度較低。從足跡顯現的靈敏度方面考察，乳突紋線連貫延續（圖4B）；細節特征豐富明顯（圖4C），可清晰觀察到第二趾區部位的脫皮（圖4D）、拇指指節部位的印痕（圖4E）和弓區內側的皺紋（圖4F）等重要特征；乳突紋線的邊緣形態清晰可見（圖4C～4F）。從足跡顯現的選擇性方面考察，如圖4C～4F 所示，對應于乳突紋線的區域產生了明亮的黃綠色熒光，而對應于小犁溝、皺紋的區域則呈現為暗色，兩者之間的視覺差異明顯；如圖4G 所示，乳突紋線與小犁溝的灰度分布均勻且強度差異明顯。由于赤足足跡與潛掌印痕的遺留物質基本相同且捺印方式幾乎相同，因此采用同種方法對兩種痕跡的顯現效果也大致相當。與文獻[2]報道的基于YVO4:Eu下轉換發光納米粉末的痕跡顯現方法相比，本方法處理赤足足跡同樣具有優良的顯現質量。綜上，本方法對赤足足跡的顯現具有較高的對比度、靈敏度和選擇性。

圖4 使用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現復合地板表面赤足足跡的明場照片（A）及該足跡在980 nm 近紅外光激發下的暗場照片（B～F），其中（C～F）為圖4B 中各足跡選區的局部放大照片；（G）圖4B 中足跡選區的灰度值曲線表征Fig.4 Images of barefoot footprint on laminate floor developed by NaYF4:Yb,Er upconversion luminescent nanomaterials (A–F): (A) overall image captured in bright field, (B) overall image captured in dark field with 980 nm near infrared excitation,and(C–F)magnified images corresponding to selected areas in Fig.4B;(G)Gray value curve corresponding to selected area in Fig.4B

2.5 穿鞋足跡的顯現效果

在理石地磚客體表面捺印穿鞋足跡（圖5A），使用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米粉末對穿鞋足跡進行刷顯，并利用980 nm 近紅外光照射進行熒光增強（圖5B），同時考察穿鞋足跡顯現的對比度（圖5B）、靈敏度（圖5C～5F）和選擇性（圖5G）。從足跡顯現的對比度方面考察，如圖5B 所示，穿鞋足跡中對應于鞋底花紋的部位產生了明亮的黃綠色熒光，而客體背景呈現為暗色，兩者之間形成了明顯的視覺反差；腳掌在行走時對鞋底的壓力不同，使其各部位的灰塵轉移程度有所不同，導致穿鞋足跡中各個區域的熒光強度有明顯不同，其中，外側區域的熒光強度較高，而內側區域的熒光強度較低。從足跡顯現的靈敏度方面考察，如圖5C～5F 所示，位于穿鞋足跡趾區、跖區、弓區和跟區的鞋底花紋邊緣形態反映均較銳利，甚至能夠清晰觀察到由于沙粒被鞋底吸附轉移而形成的痕跡特征（實線圓圈內的不規則暗色小點）以及跟區外側由于穿用而形成的磨損特征（虛線區域內的月牙形極亮部位）。從足跡顯現的選擇性方面考察，如圖5G 所示，鞋底花紋中凸起部位與凹陷部位之間的灰度差異明顯。與文獻[2]報道的基于YVO4:Eu下轉換發光納米粉末的痕跡顯現方法相比，本方法處理穿鞋足跡具有更高的顯現質量。綜合以上分析，本方法對穿鞋足跡的顯現具有較高的對比度、靈敏度和選擇性。

圖5 使用NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料顯現理石地磚表面穿鞋足跡的明場照片（A）及該足跡在980 nm 近紅外光激發下的暗場照片（B～F），其中（C～F）為（B）中各足跡選區的局部放大照片；（G）圖5B中足跡選區的灰度值曲線表征Fig.5 Images of footwear impression on marble tile developed by NaYF4:Yb,Er upconversion luminescent nanomaterials (A–F): (A) overall image captured in bright field, (B) overall image captured in dark field with 980 nm near infrared excitation,and(C–F)magnified images corresponding to selected areas in Fig.5B;(G)Gray value curve corresponding to selected area in Fig.5B

3 結論

以稀土硬脂酸鹽為前驅體、乙醇-水-油酸混合溶劑為反應介質，采用溶劑熱法制備了NaYF4:Yb,Er上轉換發光納米材料，將制備的材料用于潛在掌印、赤足足跡及穿鞋足跡的高質量顯現，采用擴大照射光斑結合延長曝光時間的手段實現了掌印、足跡等較大面積痕跡的熒光拍照提取，并從定性和定量兩個層面對痕跡顯現的對比度、靈敏度和選擇性進行了詳細探討。與傳統痕跡顯現方法相比，本研究提出的基于NaYF4:Yb,Er 上轉換發光納米材料的痕跡顯現方法具有對比度強、靈敏度高和選擇性好等優勢。本研究中所采用的上轉換發光納米粉末顯現方法與傳統粉末顯現方法都無法避免粉末揚塵現象，可采用磁性化上轉換發光納米復合粉末或者上轉換發光納米材料懸浮液對掌印及足跡進行顯現，從而大幅度降低或者根本消除粉末揚塵對環境和人身的健康威脅，這也是后續研究工作將要努力的方向之一。研究還發現，無論赤足足跡還是穿鞋足跡都能反映出在捺印靜態印痕時由于用力不均而引起的熒光明暗分布，即捺印力量大的區域熒光較強、捺印力量小的區域熒光較弱。可以合理推斷，在行走過程中所產生的動態印痕經顯現后也會類似反映出行走運動特征及行走動力定型特征，即步態特征。后續研究工作將深入開展基于上轉換發光納米材料的足跡動態痕跡特征顯現與足跡分析應用。