诺贝尔奖与破案

文/阿碧

新视点·司法科技

诺贝尔奖与破案

文/阿碧

每年10月初，诺贝尔奖中三项科学奖的颁发无疑是科学界的一大盛事，科学家们都在关注着又有谁荣获了科学界的最高勋章。这样的热闹似乎与法医们无关，因为他们从事的并非最前沿的研究，迄今还没有一位法医学研究人员获得过诺贝尔奖。但是，这并不妨碍法医们对诺贝尔奖的关注，因为历史上诺贝尔奖的一些获奖成果后来在法医学中得到了广泛的应用。

瑞士的法医学研究人员史蒂芬·博利格尔就是关注者之一。他说：“每年10月，我都要花一些时间去研究诺贝尔奖获得者的获奖成果，看看那些成果是否可以用到法医学的领域。在今年的三项科学奖中，我觉得以后可能和我们法医有关的是化学奖的获奖成果。今年的化学奖是奖给了准晶体材料的发现者，这种材料可以用来制造新式武器，我们法医工作者必须了解这种新材料。”

编辑：陈畅鸣 charmingchin@163.com

法医技术 01

准晶体武器

谢赫特曼，2011年诺贝尔化学奖获得者，发现了准晶体。这种材料可用于武器和利器的制造。

2011年10月5日，诺贝尔奖评选委员会宣布把化学奖授予以色列材料科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰他对准晶体的发现。传统的教科书中都写道，固体材料分为晶体和非晶体两种。就拿某个犯罪分子所用的匕首来说，匕首的金属部分是晶体材料，材料中的原子按照一定的规律进行重复排列；而匕首的塑料套或木头把是非晶体材料，材料中的分子或原子排列杂乱无章，没有特别的规律。那么，有没有一种固体材料既不是晶体又不是非晶体呢？谢赫特曼就发现了这样一种介于晶体和非晶体之间的准晶体材料。准晶体中内部原子的排列很有规律，但是不会重复排列。

由于准晶体内部结构的特殊性，导致了它具有特别的物理属性。这种材料本来就是谢赫特曼研究高强度航空合金材料时发现的。事实证明，准晶体的强度特别大，可用于制造刀具、枪炮等对强度要求较高的武器。这种准晶体武器很可能被犯罪分子所利用。另外，准晶体还可以用于制造高强度的锐利针头，可以迅速无痛甚至无感觉地刺入到人体的某个部位，就像村上春树的畅销小说《1Q84》中的女主人公青豆所用的针头那样。利用这种细小锐利的针头杀害某人后，甚至不会在身体表面留下痕迹。因此，准晶体针头很可能被恐怖分子用来制造恐怖活动。由于目前准晶体是一种特种的材料，会制造的工厂很少，如果有犯罪分子或恐怖分子采用了准晶体制造的武器或针头，就很容易查明其来源。

法医技术 02

DNA指纹技术

穆利斯，1993年诺贝尔化学奖获得者，发明了PCR技术。这种技术可以用于微量DNA样品的鉴定。

众所周知，每个人都有指纹，而且几乎每个人的指纹都很独特，很难找到两个一模一样的指纹。研究还表明，每个人的DNA也像指纹那样具有特异性。因此，在法医学等领域内对个体的DNA鉴定技术又称为DNA指纹技术。现代分子生物学知识告诉我们，每个人的DNA不完全相同，人与人之间不同的碱基对数目达百万之多，因此通过分子生物学方法所显示出来的人的DNA图谱就会因人而异。

由于DNA是负责遗传特性的基本物质，因此通过对DNA指纹的鉴定就可以判断两个人之间的亲缘关系，而不仅仅是分辨人与人的不同了。例如1998年年底美国某报纸披露说在某地找着了一个克林顿总统的私生子，这个黑人小孩的出现几乎要了正处于被弹劾之难堪境地的绯闻总统克林顿的老命，幸亏后来经DNA指纹证明该黑小孩与克林顿总统没有亲缘关系，否则白宫非乱套不可；当然，我们也不要忘记，同样是经过DNA指纹鉴定，美国独立检察官斯塔尔证明沾在莱温斯基裙子上的精液来源于克林顿，从而逼得克林顿总统走投无路，只好承认他与莱温斯基的不正常关系。

在一些犯罪案中，有时现场被有意或无意破坏，有时犯罪之后很久才被人发现。此时，从犯罪现场收集到的DNA样品所含DNA分子极少，不能用于完成DNA鉴定的全过程。此时，就需要用到PCR技术。PCR的中文名称是“聚合酶链式反应”，可以用于高效复制DNA片段，可以从微量的DNA痕迹（如血迹、头发、唾液、精斑等）中复制出大量的DNA分子，这样有利于法医进行充分完整的DNA指纹鉴定。PCR技术的奇妙之处主要有以下两点：一是被扩增的DNA分子所需量极小，理论上讲一个分子就可以用于扩增了；二是扩增效率高，几个小时就扩增1000万倍以上。

PCR技术也是诺贝尔奖获奖成果。1985年，美国生物化学家卡利·穆利斯发现用PCR技术可以复制DNA样品。此后，这种技术广泛用于古生物学中的DNA片段扩展、医学中的疾病诊断和法医学中的DNA指纹鉴定，尤其对法医们帮助很大。1993年，穆利斯因为发明了PCR技术而获得了诺贝尔化学奖。就在穆利斯获奖的第二年，美国发生了一件有名的血案，PCR技术破解了这件血案。1994年6月12日午夜，美国体育明星辛普森的前妻和男友在家门口被杀，辛普森成为犯罪嫌疑人之一。利用现场提取的血迹，法医利用PCR技术证实血迹中有辛普森的DNA，证明辛普森在案发现场出现过。辛普森最终服法。

法医技术03

碳14年代测定

自然界中的碳元素有三种同位素，即稳定的同位素碳12、碳13和放射性同位素碳14。1940年，美国化学家马丁·卡门和同事塞缪尔·鲁宾首次发现了自然界中存在碳14。碳是组成我们人体和其他生物的基本元素，由于碳14自古以来就存在，并随着时间的流逝而不断衰减，因此不同时期生物体内的碳14含量是不同的。1947年，美国放射化学家威拉德·利比根据这个原理开始研究利用碳14测定年代，并获得成功。1952年，他发表著作《放射性碳测定年代》。此项技术为考古学家、人类学家和地球科学家提供了极有价值的手段。

碳14年代测定最初广泛用于考古学、古生物学和古地质学的研究，并获得了丰硕的成果。后来，法医们发现碳14可以用来破获年代久远的疑案。2011年7月5日，英国，法医认定，在英国广播公司电视主持人戴维·阿滕伯勒住宅花园内发现的头盖骨，为132年前伦敦“无头”悬案被害人头颅。1879年3月2日，55岁的富家遗孀朱莉娅·托马斯遭29岁女管家凯特·韦伯斯特杀害。凶手用斧子分尸受害人，烧煮部分遗骸并装入木盒。案发几天后，一名煤矿工人在泰晤士河沿岸巴恩斯地区发现木盒。韦伯斯特在案发当年获判并执行绞刑，而被害人头颅一直没有下落。这个案件轰动一时，依遗骸的发现地点获称“巴恩斯谜案”。去年10月，阿滕伯勒扩建自家住宅房屋时，起获一个头盖骨。利用碳14同位素年代测定技术，法医艾莉森·汤普森测定了这个头盖骨的死亡时间；结合当地人口档案，汤普森确认头盖骨属于“巴恩斯谜案”中的受害者托马斯。

在利比最初发现碳14测定年代的时候，误差还比较大，可能误差几十年，不能精确地进行年代测定。随着测定技术的进步，碳14年代测定越来越精确，甚至可以用来测定受害者的精确年龄，缩小侦查范围。目前，科学家常用粒子加速器来进行碳14年代测定，这种高科技方法十分精确，远远超越了利比当年的常规方法。丹麦哥本哈根大学法医研究人员林奈洛普等人就发现，使用大型核粒子加速器可以测定年龄。他们在一年半之内检验了13具遗体的眼球水晶体，推算出的死者年龄，与死者死亡时的实际年龄完全符合。眼球水晶体含有名为“水晶体蛋白”的透明蛋白质，可以让光线穿过，抵达视网膜。水晶体蛋白质在人类胎儿发育期形成，此后不会再有变化，是一种特殊的年龄记录载体。

利比，1960年诺贝尔化学奖获得者，发明了碳14年代测定技术。这种技术可以测定死者的死亡时间和年龄。

法医技术 04

拉曼光谱分析法

1928年，印度物理学家拉曼在实验里发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化。这一现象后来被科学界称为拉曼散射。后来，拉曼等人在拉曼散射的基础上发展出了拉曼光谱分析法。这种方法对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究。1930年，拉曼因为在拉曼光谱方面的成就而获得了诺贝尔物理奖。

由于拉曼光谱分析可以精确地测定混合物中所含化学物质的成分，这种方法很快就被法医们所掌握，尤其适用于对毒品的分析。常见毒品均有相当丰富的拉曼特征位移峰，且每个峰的信噪比较高，表明用拉曼光谱法对毒品进行成分分析方法可行，得到的谱图质量较高。由于激光拉曼光谱具有微区分析功能，即使毒品和其他白色粉末状物质混合在一起，也可以通过显微分析技术对其进行识别，得到毒品和其他白色粉末的拉曼光谱图。

一些毒贩经常将可卡因等毒品溶在酒中以逃避检查。2010年，英国和瑞士研究人员针对这个问题分别开发出两种新型检测仪，可以在不用打开酒瓶的情况下检测出酒中是否含有可卡因等毒品。他们利用拉曼光谱原理研发出一种可手持的小型检测仪。这种仪器采用特殊的激光照射酒瓶，然后对散射光进行光谱分析，就可得知其中是否含有可卡因等毒品。经对多种品牌的酒进行试验显示，无论酒的颜色是浅是深，酒瓶是无色还是棕色、浅绿色或深绿色，使用这种仪器都能检测出其中溶有的可卡因，能检测到的浓度远低于目前毒贩为逃避检查经常使用的浓度。

除了用于鉴定毒品外，拉曼光谱还可以鉴定文件上的字迹是否为添加或改写。这种鉴定是法庭科学工作中的一项重要内容，尤其是日期、数额等少量字或细微笔画的添改，在各类民事诉讼案件中出现的频率高、检验难度大。中国的法医研究人员依据书写笔油墨的同色异谱特征，利用拉曼光谱仪进行面扫描成像分析检验。结果即使是差异很小的黑色圆珠笔油墨书写的交叉笔画,,也能看清。

法医技术 05

“化学指纹”重氢

拉曼，1930年诺贝尔物理奖获得者，发现了拉曼光谱分析法。这种技术可以用于毒品检测。

在20世纪初期各种元素的同位素研究中，最引人关注的是氢有没有同位素的问题。1931年初，有人从理论上推导，认为氢元素除了原子量为1的普通氢原子外，应该有原子量为2的同位素存在。1931年年底，美国哥伦比亚大学的哈罗德·尤里教授和他的助手们，把4升液态氢在超低温下缓慢蒸发，最后只剩下几立方毫米液氢，然后用光谱分析发现了原子量为2的氢同位素，并将之命名为重氢。重氢的发现是科学界在20世纪30年代初的一件大事。尤里因此在1934年荣获了诺贝尔化学奖。

重氢发现之后，主要用于核科学方面的研究，是制造氢弹的主要原料之一。直到近年，法医研究人员才发现重氢在法医学研究中的用途。美国盐湖城一家科研公司的分析化学师莱斯利·彻斯森和同事发现，各个地区的水中的重氢含量是有细微差异的，利用这种差异可以制成重氢地图。重氢会随着人们的饮食进入人体内，不同地区的人们体内的重氢含量也因此不同。因此，检测犯罪嫌疑人或受害者留下的头发、指甲、血迹、肌肉等有机组织中的重氢，可以大致确定他们生活的地区，缩小侦查范围。

尤里，1934年诺贝尔化学奖获得者，发现了重氢。重氢可以用于确定犯罪嫌疑人生活的地区。

法医技术 06

X射线探测

伦琴，1901年诺贝尔物理奖获得者，发现了X射线。X射线广泛用于安全检测和人体伤残检测及尸检。

X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射，是德国物理学家威尔姆·伦琴在1895年发现的，他因此荣获1901年诺贝尔物理奖。实验室中X射线由X射线管产生，用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。X射线有极好的穿透性，可以穿过大多数物质，探测到内部物质的一些图像。因此，X射线探测仪目前广泛用于安全检测。在一些发生斗殴的民事纠纷或刑事案件中，法医会根据X射线检测结果来确定伤者所受的内伤程度，以此定刑和确定民事赔偿的金额。

1963年，美国物理学家阿兰·科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来计算机辅助X射线断层成像仪（即我们熟知的CT机）的应用奠定了理论基础。1971年，英国科学家汉斯菲尔德根据科马克的理论发明了CT机。这两位研究人员由此获得了1979年诺贝尔生理学或医学奖。CT机以它高分辨率、高灵敏度、多层次等优越性，发挥了有别于传统X线检查的巨大作用。对于法医们来说，CT机可以有效地检测死伤者伤口的位置和受损程度，因此确认凶器的类型和形状。借助CT机和现代计算机技术，法医学专业的学生们还可以进行虚拟尸检。