納米發(fā)光材料在手印無(wú)損DNA顯現(xiàn)中的研究

謝 濤林添春王 猛（ 廣州市公安局花都區(qū)分局 廣東 廣州 50800； 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 0035）

納米發(fā)光材料在手印無(wú)損DNA顯現(xiàn)中的研究

謝 濤1林添春1王 猛2
（1 廣州市公安局花都區(qū)分局 廣東 廣州 510800；2 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035）

DNA檢驗(yàn)技術(shù)與手印顯現(xiàn)技術(shù)在刑事科學(xué)技術(shù)中一直發(fā)揮著不可替代的作用。將納米技術(shù)與手印顯現(xiàn)技術(shù)相結(jié)合，在保證高對(duì)比度、高靈敏度、高選擇性、低背景干擾顯現(xiàn)手印的同時(shí)，力圖實(shí)現(xiàn)手印物質(zhì)中 DNA的提取與檢驗(yàn)，將法醫(yī)與痕跡檢驗(yàn)工作有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)犯罪現(xiàn)場(chǎng)痕跡、法醫(yī)物證采集的最大化，具有重要的理論研究意義和實(shí)踐價(jià)值。

DNA 納米材料 無(wú)損顯現(xiàn)

手印顯現(xiàn)是將遺留在客體上肉眼不易觀察到的手印，通過(guò)物理或化學(xué)作用，變成可見(jiàn)手印的過(guò)程。經(jīng)過(guò)近年來(lái)各國(guó)專家及學(xué)者的研究和實(shí)踐，其顯現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)演變?yōu)槲锢韺W(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交融的專業(yè)技術(shù)。根據(jù)顯現(xiàn)原理不同，可將手印顯現(xiàn)方法分為兩大類：物理顯現(xiàn)法、化學(xué)顯現(xiàn)法。作為一種傳統(tǒng)的技術(shù)，手印顯現(xiàn)技術(shù)在刑事科學(xué)技術(shù)中仍發(fā)揮著不可替代的作用。

法醫(yī)DNA檢驗(yàn)技術(shù)是近些年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)并廣泛開(kāi)始應(yīng)用于基層公安機(jī)關(guān)的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)將分子生物學(xué)方法應(yīng)用于刑事科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)案件所涉及法醫(yī)生物檢材的DNA進(jìn)行分析，進(jìn)而達(dá)到個(gè)體識(shí)別或親子鑒定的目的。目前，世界上已經(jīng)有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在應(yīng)用DNA分析技術(shù)進(jìn)行辦案、解決刑事案件、處理民事糾紛、追查尸體身源等，個(gè)體同一認(rèn)定率接近100%。作為一種新興的技術(shù)，DNA檢測(cè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展給刑事技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)嶄新的革命。

手印物質(zhì)DNA檢驗(yàn)為手印增添了一項(xiàng)法醫(yī)學(xué)證據(jù)價(jià)值，如果能把手印顯現(xiàn)與 DNA檢測(cè)這兩大個(gè)體識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)對(duì)實(shí)際勘查、鑒定工作帶來(lái)極大的幫助。但是在實(shí)際辦案過(guò)程中，手印顯現(xiàn)和手印物質(zhì)DNA檢驗(yàn)這兩項(xiàng)工作總是相互影響的：在諸多手印顯現(xiàn)方法中，試劑的使用會(huì)在不同程度上對(duì)DNA提取造成污染，進(jìn)而影響DNA的檢驗(yàn)；如果先提取人類DNA，勢(shì)必對(duì)手印紋線造成破壞，進(jìn)而對(duì)手印顯現(xiàn)產(chǎn)生直接影響，必然導(dǎo)致顯現(xiàn)失敗。鑒于此，本研究將納米技術(shù)與手印顯現(xiàn)技術(shù)相結(jié)合，在保證高對(duì)比度、高靈敏度、高選擇性、低背景干擾顯現(xiàn)手印的同時(shí)，力圖實(shí)現(xiàn)手印物質(zhì)中DNA的提取與檢驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

1．1．1 實(shí)驗(yàn)儀器

水熱反應(yīng)釜、高速離心機(jī)、恒溫烘箱、單反相機(jī)、翻拍架、DNA試劑盒、DNA自動(dòng)純化儀、PCR擴(kuò)增儀、基因分析儀。

1．1．2 實(shí)驗(yàn)試劑

氧化鑭、氧化銪、濃硝酸、氫氧化鈉、聚乙烯亞胺、鉬酸鈉、無(wú)水乙醇。

1.2 方法

1．2．1 納米材料的合成

本研究中使用的手印顯現(xiàn)納米材料來(lái)自中國(guó)刑事警察學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系的最新研發(fā)成果。首先按照適當(dāng)比例混合氧化鑭和氧化銪，利用濃硝酸溶解此稀土氧化物，最終去除多余硝酸，生成白色的稀土硝酸鹽粉末。向該粉末中加入一定量聚乙烯亞胺，利用水進(jìn)行溶解，得到溶液 A。將適當(dāng)鉬酸鈉用水溶解，得到溶液B。利用劇烈磁力攪拌，將溶液B逐漸加入溶液A，使得ph最終為7。然后，將混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，密封，高溫下進(jìn)行反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)釜冷卻至室溫。打開(kāi)，利用無(wú)水乙醇析出沉淀，通過(guò)多次離心分離、用水洗滌沉淀，最終在恒溫烘箱中干燥，得到具有紅色發(fā)光性能的納米發(fā)光材料。

1．2．2 手印顯現(xiàn)與拍照

本研究采用的手印顯現(xiàn)方法沿用傳統(tǒng)的粉末顯現(xiàn)法。首先清潔雙手并晾干，在體表適當(dāng)部位蘸取汗液，將新鮮汗?jié)撌钟“崔嘤诓煌腕w表面待用，蘸取少量納米發(fā)光材料在手印位置輕輕掃動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)紋線后，彈掉多余粉末，順著紋線的流向刷顯最終形成清晰的指紋紋線。將顯現(xiàn)結(jié)果置于紫外光下觀察，并用尼康D810型單反相機(jī)（配尼克爾24～70mm f/2.8G ED型鏡頭） 拍照。

1．2．3 手印的法醫(yī)學(xué)提取與DNA檢測(cè)

用沾有生理鹽水的法醫(yī)生物提取棉簽反復(fù)擦拭粉末顯現(xiàn)出手印的部位，剪取棉簽放入離心管中備用。接著，運(yùn)用 DNA IQTM Casework Pro Kit試劑盒（美國(guó)Promega公司），在離心管中加入配置好的裂解液適量，95℃恒溫震蕩裂解30min，裂解產(chǎn)物使用Maxwell型DNA自動(dòng)純化儀（美國(guó)Promega公司）進(jìn)行純化處理，選取收集液為 35μl。然后，將收集到的DNA提取產(chǎn)物運(yùn)用PowerPlex-21試劑盒（美國(guó)Promega公司），選取10μl體系（含DNA模板量為6μl），使用9700型 PCR擴(kuò)增儀 （美國(guó)ABI公司）進(jìn)行 PCR復(fù)合擴(kuò)增。最后，使用 3130XL型基因分析儀（美國(guó)ABI公司）將擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行分型檢測(cè)，使用GeneMapper ID-X軟件進(jìn)行DNA片段分析，觀察該樣本的 STR分型結(jié)果。

2 結(jié)果

2.1 手印顯現(xiàn)效果

本研究嘗試使用合成的納米發(fā)光材料顯現(xiàn)常見(jiàn)光滑非滲透性客體表面的潛在手印，其顯現(xiàn)效果如圖 1所示。

2.2 法醫(yī)學(xué)提取及檢測(cè)手印DNA結(jié)果

本研究直接將粉末法顯現(xiàn)后的手印用常規(guī)法醫(yī)學(xué)提取方法，沾有生理鹽水的棉簽反復(fù)擦拭，將提取得到的DNA送入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行純化、PCR擴(kuò)增、檢測(cè)、分析，其結(jié)果如圖 2所示。檢測(cè)圖譜中能夠清晰明顯的觀察到30組信號(hào)峰，且信號(hào)峰強(qiáng)度較高，能夠達(dá)到法醫(yī)同一認(rèn)定的要求。

圖1 納米發(fā)光材料顯現(xiàn)非滲透客體上潛在手印效果圖

圖2 手印DNA檢測(cè)圖譜

3 討論

3.1 納米發(fā)光材料的合成

本研究采用經(jīng)典的水熱法合成納米發(fā)光材料。在合成過(guò)程中，聚乙烯亞胺對(duì)納米發(fā)光材料的合成起到了至關(guān)重要的作用。一方面，聚乙烯亞胺通過(guò)其分子中的胺基與稀土離子生成比較穩(wěn)定的中間體，使稀土離子向溶液中逐漸釋放，減緩稀土離子與鉬酸根離子發(fā)生共沉淀反應(yīng)的速率，進(jìn)而控制納米顆粒的成核速率。另一方面，聚乙烯亞胺分子能夠繼續(xù)結(jié)合到納米顆粒的表面，進(jìn)而減緩并控制納米顆粒的生長(zhǎng)速率。

3.2 納米發(fā)光材料用于手印顯現(xiàn)

首先，使用納米發(fā)光材料顯現(xiàn)的手印在紫外光照射下能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的紅色發(fā)光，具有較高的顯現(xiàn)對(duì)比度。其次，使用納米發(fā)光材料顯現(xiàn)的手印紋線清晰、細(xì)節(jié)特征明顯，具有較高的顯現(xiàn)靈敏度。再次，使用納米發(fā)光材料顯現(xiàn)的手印只在乳突紋線部位產(chǎn)生發(fā)光，而在小犁溝部位不產(chǎn)生發(fā)光，使手印與客體背景之間的對(duì)比反差較大，具有較高的顯現(xiàn)選擇性。最后，使用納米發(fā)光材料顯現(xiàn)的手印并沒(méi)有受到客體背景顏色及客體自體熒光的干擾，具有較高的抗背景干擾能力。綜上所述，使用合成的納米發(fā)光材料顯現(xiàn)潛在手印能夠保證顯現(xiàn)的高對(duì)比度、高靈敏度、高選擇性、以及較強(qiáng)的抗背景干擾能力。

3.3 手印DNA的提取與檢測(cè)

隨著刑事訴訟法的修訂實(shí)施，DNA作為證據(jù)作用在案件審理中體現(xiàn)的作用越來(lái)越重要，而隨著犯罪分子反偵查意識(shí)的不斷增強(qiáng)，犯罪現(xiàn)場(chǎng)遺留下的常規(guī)生物物證如血跡、煙頭等卻越來(lái)越少，所以，對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)遺留的微量生物物證的檢測(cè)則成為必然趨勢(shì)。以往，現(xiàn)場(chǎng)遺留案犯的手印一般都是通過(guò)粉末顯現(xiàn)提取后，與案犯的指印進(jìn)行比對(duì)作同一認(rèn)定，但是現(xiàn)場(chǎng)提取的手印中有很大一部分由于殘缺或紋線不清無(wú)法進(jìn)行比對(duì)，而遺留手印的載體上往往都附著有嫌疑人的汗液細(xì)胞和脫落的皮膚細(xì)胞，并且通過(guò)粉末顯現(xiàn)后能明確遺留的部位，如果能檢測(cè)出這些的手印的DNA與嫌疑人進(jìn)行比對(duì)，將大大提高DNA的證據(jù)效應(yīng)。但是，手印 DNA的檢測(cè)難度非常高，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的指印顯現(xiàn)方法中，對(duì)于犯罪現(xiàn)場(chǎng)不容易搬動(dòng)的載體，一般都是刷上金粉、銀粉或磁性粉進(jìn)行顯現(xiàn)，這種方法處理后的手印上就會(huì)附著有大量的粉末，而這些粉末則會(huì)嚴(yán)重影響手印DNA的提取、擴(kuò)增，從而影響手印 DNA的提取率，所以難度非常高。

使用金屬粉末和磁性粉末對(duì)DNA提取、擴(kuò)增的影響主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面。一方面，粉末處理后的手印上附著有大量的粉末，進(jìn)行 DNA提取過(guò)程中，在細(xì)胞裂解后需要進(jìn)行純化處理，去除含有DNA的裂解中的雜質(zhì)。而目前最通用的方法就是使用Maxwell型DNA自動(dòng)純化儀（美國(guó)Promega公司）進(jìn)行純化處理。該純化儀的工作原理是利用特殊的磁珠吸附裂解液中的 DNA分子，再通過(guò)磁力棒吸附磁珠，去除裂解液，再加入緩沖液進(jìn)行多次洗脫，最后用收集液收集DNA。而傳統(tǒng)方法處理手印用的粉末大多是金屬粉末或磁性粉末，對(duì) DNA的純化產(chǎn)生一定的影響，使DNA純化不徹底。另一方面，DNA的擴(kuò)增過(guò)程中，擴(kuò)增試劑中含有Mg2+，增強(qiáng)酶活性，使DNA進(jìn)行復(fù)制以達(dá)到檢測(cè)的濃度，而手印 DNA通過(guò)提取、純化后遺留的金屬粉末會(huì)嚴(yán)重影響Mg2+的作用，使酶失活，影響DNA的復(fù)制。

在本研究中，使用合成的納米發(fā)光材料顯現(xiàn)潛在手印能夠初步實(shí)現(xiàn)手印物質(zhì)中 DNA同步提取與檢測(cè)。使用該納米發(fā)光材料顯現(xiàn)潛在手印，一方面保證手印顯現(xiàn)高對(duì)比度、高靈敏度、高選擇性、以及抗客體背景干擾能力；另一方面由于納米發(fā)光材料的特殊熒光效應(yīng)，附著在手印的粉末相對(duì)較少，DNA的純化可以比較徹底，并且納米發(fā)光材料也不會(huì)影響擴(kuò)增試劑中Mg2+的作用，使手印DNA的檢出率明顯提高。

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（責(zé)任編輯：于 萍）

D913．93

A

2095-7939(2015)03-0071-03

2015-08-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：21205139）；公安部科技強(qiáng)警基礎(chǔ)工作專項(xiàng)項(xiàng)目（編號(hào)：2014GA BJC033）；公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2012YYCXXJXY127）；遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃 （編號(hào)：LJQ 2014130）。

謝濤（1979-），男，河南開(kāi)封人，廣州市公安局花都區(qū)分局主檢法醫(yī)師，學(xué)士，主要從事法醫(yī)病理、法醫(yī)臨床與法醫(yī)物證研究。