基于淀粉經(jīng)濟、無毒的比色潛指紋檢測

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)教育部重點實驗室，吉林 長春 130024)

0 引言

指紋因其獨一無二的結(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或很難看見的指紋[3-5]，是生活中最為常見的指紋.潛指紋的識別是指紋檢測領(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.比色法以其簡便的操作、低廉的成本、僅通過指紋與基底間的色差就能夠直接憑借裸眼識別潛指紋等優(yōu)勢，成為了潛指紋檢測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，然而上述商用指紋粉通常具有一定的生物毒性[9-11]，嚴重威脅了檢測人員的健康.因此，開發(fā)一種安全、經(jīng)濟且操作簡便的潛指紋比色檢測技術(shù)意義重大.

淀粉是生活中常見的一種廉價可食用材料，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]，進而與指紋形成有效吸附，實現(xiàn)潛指紋比色法檢測.為此，本文創(chuàng)建了一種基于食用淀粉的經(jīng)濟、無毒且操作簡便的潛指紋比色檢測方法，系統(tǒng)研究了淀粉在各種無孔和多孔基底上的潛指紋檢測效果，并通過在淀粉中添加有色植物染料，提高潛指紋檢測對比度，解決潛指紋檢測試劑在順色基底上檢測對比度不足的難題.同時，立足于潛指紋現(xiàn)場實際檢測需求，評估了該方法對老化潛指紋和重疊潛指紋的檢測效果.

1 研究方法

1.1 實驗材料

淀粉購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、銀粉和指紋刷均購買自北京騰明有安商業(yè)中心；碘購自天津化工原料有限公司；氰基丙烯酸酯購自廣州晶固有限公司；所有潛指紋均來自健康的供體.

1.2 各種無孔和多孔基底上的潛指紋檢測

在室溫下，在各種無孔(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，利用淀粉對上述不同基底上的潛指紋進行檢測.

1.3 對比度和靈敏度測試

通過機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行潛指紋檢測，桑葚汁-淀粉和菠菜汁-淀粉在綠色打印紙上進行潛指紋檢測，以進行對比度測試.同時利用淀粉在鋁箔上的潛指紋檢測實驗進行靈敏度測試.

1.4 老化潛指紋和重疊指紋的檢測

為了檢測老化潛指紋，將潛指紋沉積在基底上，并在紙箱中存儲不同的時間(0，3，5，10和20 d)后對其進行潛指紋檢測，存儲期間其他條件保持恒定.為了檢測重疊指紋，將2個潛指紋以重疊的方式沉積在鋁箔上進行檢測.

2 結(jié)果和討論

2.1 潛指紋檢測過程

本文所描述的潛指紋檢測方法操作簡單易于實施，如圖1所示.該過程主要分為3個步驟：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，用照相機記錄指紋信息.

圖1 潛指紋檢測過程圖

2.2 基于淀粉的潛指紋檢測

選擇在鋁箔上進行指紋識別來考察淀粉在指紋檢測中的檢測性能，如圖2所示.使用淀粉進行潛指紋檢測后，可以識別出終端、分叉、短線和核心等指紋細節(jié)，說明淀粉在指紋檢測中具有較高的檢測靈敏度.基于此，進一步選擇在多種無孔基底(鋁箔、鋼尺和硬幣)和多孔基底(木材、銀行卡和打印紙)上進行潛指紋識別來考察該方法的普適性，如圖3所示.使用淀粉對不同基底上的潛指紋進行檢測后，均可識別出指紋圖案的具體細節(jié).驗證了基于淀粉的比色法在潛指紋檢測中具有的普適性.

由圖3(a—e)可知，這種基于淀粉的比色潛指紋檢測方法在深色基底上具有較高的檢測對比度.但是在淺色基底上的檢測對比度較差(見圖3f).為了解決由粉末和基底的順色所導(dǎo)致的檢測對比度差的問題，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指紋圖樣與基底間的對比度(見圖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對比度.然而菠菜汁-淀粉在綠色基底上的指紋檢測對比度較差(見圖4c)，運用紫色的桑葚汁-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對比度(見圖4d).這些結(jié)果表明，通過選擇與底物具有高對比度的植物染料，并將其添加到淀粉中能有效地解決順色導(dǎo)致的指紋檢測對比度差的問題.

(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

本文還測試了植物染料-淀粉對不同基底上的潛指紋的檢測效果以及對不同年齡和性別的供體的潛指紋檢測效果.結(jié)果表明，不同基底上的潛指紋(見圖5)以及不同供體的潛指紋(見圖6)，其二級結(jié)構(gòu)清晰可見，說明與植物染料混合的淀粉在指紋檢測領(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

為了驗證基于植物染料-淀粉的比色法所具有的潛在商用價值，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)進行了潛指紋檢測的對比實驗，如圖7所示.與其他成熟的商用指紋檢測粉末相比，這種基于植物染料-淀粉的比色法同樣能有效地檢測出指紋細節(jié)和紋理.同時，該方法操作過程更加簡易，對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格，發(fā)現(xiàn)淀粉價格明顯低于商用黑粉、金粉、銀粉，僅為商用粉末的1/44.這說明了本文所開發(fā)的植物染料-淀粉具有更低廉的成本，在實際潛指紋檢測中更具競爭力.

表1 淀粉和商用粉末的價格比較

為應(yīng)對實際中常見的老化潛指紋的檢測需求，進一步測試了植物染料-淀粉對老化不同時長的潛指紋檢測效果，如圖8所示.圖8從左到右依次為老化0，3，5，10和20 d的指紋檢測圖樣.隨著老化時間的增加，指紋檢測靈敏度逐漸降低，但是，即使到第20 d，仍能識別出指紋的二級信息.這是因為盡管隨著老化時間的增加，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，也對重疊潛指紋進行了檢測.圖9以鋁箔為基底，應(yīng)用菠菜汁-淀粉進行的重疊潛指紋的檢測圖樣.從指紋圖樣中看到2個指紋在不同方向上延伸的指紋脊能夠被輕松的區(qū)分開.這一結(jié)果不僅進一步證實了淀粉在指紋檢測中的高靈敏度，同時還體現(xiàn)了淀粉在復(fù)雜潛指紋檢測中的實用價值.

(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

圖9 菠菜汁-淀粉對重疊潛指紋的檢測

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、無毒、實時的潛指紋檢測方法.該方法可高效檢測各種無孔、有孔基底上的潛指紋.通過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)致的檢測對比度差的問題.該方法對老化20 d的指紋和重疊指紋都表現(xiàn)出了優(yōu)異的檢測性能.基于植物染料-淀粉的比色法不僅達到了傳統(tǒng)方法的潛指紋檢測水平，其安全無毒的特性和低廉的成本使其在潛指紋檢測應(yīng)用中更具競爭力.