纳米发光材料在手印无损DNA显现中的研究

谢 涛林添春王 猛（ 广州市公安局花都区分局 广东 广州 50800； 中国刑警学院 辽宁 沈阳 0035）

纳米发光材料在手印无损DNA显现中的研究

谢 涛1林添春1王 猛2
（1 广州市公安局花都区分局 广东 广州 510800；2 中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

DNA检验技术与手印显现技术在刑事科学技术中一直发挥着不可替代的作用。将纳米技术与手印显现技术相结合，在保证高对比度、高灵敏度、高选择性、低背景干扰显现手印的同时，力图实现手印物质中 DNA的提取与检验，将法医与痕迹检验工作有机结合，实现犯罪现场痕迹、法医物证采集的最大化，具有重要的理论研究意义和实践价值。

DNA 纳米材料 无损显现

手印显现是将遗留在客体上肉眼不易观察到的手印，通过物理或化学作用，变成可见手印的过程。经过近年来各国专家及学者的研究和实践，其显现技术已经演变为物理学、化学、生物学等多学科交融的专业技术。根据显现原理不同，可将手印显现方法分为两大类：物理显现法、化学显现法。作为一种传统的技术，手印显现技术在刑事科学技术中仍发挥着不可替代的作用。

法医DNA检验技术是近些年来逐渐发展起来并广泛开始应用于基层公安机关的一项新技术，该技术将分子生物学方法应用于刑事科学技术领域，对案件所涉及法医生物检材的DNA进行分析，进而达到个体识别或亲子鉴定的目的。目前，世界上已经有120多个国家和地区在应用DNA分析技术进行办案、解决刑事案件、处理民事纠纷、追查尸体身源等，个体同一认定率接近100%。作为一种新兴的技术，DNA检测技术的蓬勃发展给刑事技术带来了一场崭新的革命。

手印物质DNA检验为手印增添了一项法医学证据价值，如果能把手印显现与 DNA检测这两大个体识别技术结合起来，将会对实际勘查、鉴定工作带来极大的帮助。但是在实际办案过程中，手印显现和手印物质DNA检验这两项工作总是相互影响的：在诸多手印显现方法中，试剂的使用会在不同程度上对DNA提取造成污染，进而影响DNA的检验；如果先提取人类DNA，势必对手印纹线造成破坏，进而对手印显现产生直接影响，必然导致显现失败。鉴于此，本研究将纳米技术与手印显现技术相结合，在保证高对比度、高灵敏度、高选择性、低背景干扰显现手印的同时，力图实现手印物质中DNA的提取与检验。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

1．1．1 实验仪器

水热反应釜、高速离心机、恒温烘箱、单反相机、翻拍架、DNA试剂盒、DNA自动纯化仪、PCR扩增仪、基因分析仪。

1．1．2 实验试剂

氧化镧、氧化铕、浓硝酸、氢氧化钠、聚乙烯亚胺、钼酸钠、无水乙醇。

1.2 方法

1．2．1 纳米材料的合成

本研究中使用的手印显现纳米材料来自中国刑事警察学院痕迹检验技术系的最新研发成果。首先按照适当比例混合氧化镧和氧化铕，利用浓硝酸溶解此稀土氧化物，最终去除多余硝酸，生成白色的稀土硝酸盐粉末。向该粉末中加入一定量聚乙烯亚胺，利用水进行溶解，得到溶液 A。将适当钼酸钠用水溶解，得到溶液B。利用剧烈磁力搅拌，将溶液B逐渐加入溶液A，使得ph最终为7。然后，将混合液转移到水热反应釜中，密封，高温下进行反应完毕后，将反应釜冷却至室温。打开，利用无水乙醇析出沉淀，通过多次离心分离、用水洗涤沉淀，最终在恒温烘箱中干燥，得到具有红色发光性能的纳米发光材料。

1．2．2 手印显现与拍照

本研究采用的手印显现方法沿用传统的粉末显现法。首先清洁双手并晾干，在体表适当部位蘸取汗液，将新鲜汗潜手印按捺于不同客体表面待用，蘸取少量纳米发光材料在手印位置轻轻扫动，当出现纹线后，弹掉多余粉末，顺着纹线的流向刷显最终形成清晰的指纹纹线。将显现结果置于紫外光下观察，并用尼康D810型单反相机（配尼克尔24～70mm f/2.8G ED型镜头） 拍照。

1．2．3 手印的法医学提取与DNA检测

用沾有生理盐水的法医生物提取棉签反复擦拭粉末显现出手印的部位，剪取棉签放入离心管中备用。接着，运用 DNA IQTM Casework Pro Kit试剂盒（美国Promega公司），在离心管中加入配置好的裂解液适量，95℃恒温震荡裂解30min，裂解产物使用Maxwell型DNA自动纯化仪（美国Promega公司）进行纯化处理，选取收集液为 35μl。然后，将收集到的DNA提取产物运用PowerPlex-21试剂盒（美国Promega公司），选取10μl体系（含DNA模板量为6μl），使用9700型 PCR扩增仪 （美国ABI公司）进行 PCR复合扩增。最后，使用 3130XL型基因分析仪（美国ABI公司）将扩增产物进行分型检测，使用GeneMapper ID-X软件进行DNA片段分析，观察该样本的 STR分型结果。

2 结果

2.1 手印显现效果

本研究尝试使用合成的纳米发光材料显现常见光滑非渗透性客体表面的潜在手印，其显现效果如图 1所示。

2.2 法医学提取及检测手印DNA结果

本研究直接将粉末法显现后的手印用常规法医学提取方法，沾有生理盐水的棉签反复擦拭，将提取得到的DNA送入实验室，进行纯化、PCR扩增、检测、分析，其结果如图 2所示。检测图谱中能够清晰明显的观察到30组信号峰，且信号峰强度较高，能够达到法医同一认定的要求。

图1 纳米发光材料显现非渗透客体上潜在手印效果图

图2 手印DNA检测图谱

3 讨论

3.1 纳米发光材料的合成

本研究采用经典的水热法合成纳米发光材料。在合成过程中，聚乙烯亚胺对纳米发光材料的合成起到了至关重要的作用。一方面，聚乙烯亚胺通过其分子中的胺基与稀土离子生成比较稳定的中间体，使稀土离子向溶液中逐渐释放，减缓稀土离子与钼酸根离子发生共沉淀反应的速率，进而控制纳米颗粒的成核速率。另一方面，聚乙烯亚胺分子能够继续结合到纳米颗粒的表面，进而减缓并控制纳米颗粒的生长速率。

3.2 纳米发光材料用于手印显现

首先，使用纳米发光材料显现的手印在紫外光照射下能够产生较强的红色发光，具有较高的显现对比度。其次，使用纳米发光材料显现的手印纹线清晰、细节特征明显，具有较高的显现灵敏度。再次，使用纳米发光材料显现的手印只在乳突纹线部位产生发光，而在小犁沟部位不产生发光，使手印与客体背景之间的对比反差较大，具有较高的显现选择性。最后，使用纳米发光材料显现的手印并没有受到客体背景颜色及客体自体荧光的干扰，具有较高的抗背景干扰能力。综上所述，使用合成的纳米发光材料显现潜在手印能够保证显现的高对比度、高灵敏度、高选择性、以及较强的抗背景干扰能力。

3.3 手印DNA的提取与检测

随着刑事诉讼法的修订实施，DNA作为证据作用在案件审理中体现的作用越来越重要，而随着犯罪分子反侦查意识的不断增强，犯罪现场遗留下的常规生物物证如血迹、烟头等却越来越少，所以，对犯罪现场遗留的微量生物物证的检测则成为必然趋势。以往，现场遗留案犯的手印一般都是通过粉末显现提取后，与案犯的指印进行比对作同一认定，但是现场提取的手印中有很大一部分由于残缺或纹线不清无法进行比对，而遗留手印的载体上往往都附着有嫌疑人的汗液细胞和脱落的皮肤细胞，并且通过粉末显现后能明确遗留的部位，如果能检测出这些的手印的DNA与嫌疑人进行比对，将大大提高DNA的证据效应。但是，手印 DNA的检测难度非常高，因为在传统的指印显现方法中，对于犯罪现场不容易搬动的载体，一般都是刷上金粉、银粉或磁性粉进行显现，这种方法处理后的手印上就会附着有大量的粉末，而这些粉末则会严重影响手印DNA的提取、扩增，从而影响手印 DNA的提取率，所以难度非常高。

使用金属粉末和磁性粉末对DNA提取、扩增的影响主要表现为以下两个方面。一方面，粉末处理后的手印上附着有大量的粉末，进行 DNA提取过程中，在细胞裂解后需要进行纯化处理，去除含有DNA的裂解中的杂质。而目前最通用的方法就是使用Maxwell型DNA自动纯化仪（美国Promega公司）进行纯化处理。该纯化仪的工作原理是利用特殊的磁珠吸附裂解液中的 DNA分子，再通过磁力棒吸附磁珠，去除裂解液，再加入缓冲液进行多次洗脱，最后用收集液收集DNA。而传统方法处理手印用的粉末大多是金属粉末或磁性粉末，对 DNA的纯化产生一定的影响，使DNA纯化不彻底。另一方面，DNA的扩增过程中，扩增试剂中含有Mg2+，增强酶活性，使DNA进行复制以达到检测的浓度，而手印 DNA通过提取、纯化后遗留的金属粉末会严重影响Mg2+的作用，使酶失活，影响DNA的复制。

在本研究中，使用合成的纳米发光材料显现潜在手印能够初步实现手印物质中 DNA同步提取与检测。使用该纳米发光材料显现潜在手印，一方面保证手印显现高对比度、高灵敏度、高选择性、以及抗客体背景干扰能力；另一方面由于纳米发光材料的特殊荧光效应，附着在手印的粉末相对较少，DNA的纯化可以比较彻底，并且纳米发光材料也不会影响扩增试剂中Mg2+的作用，使手印DNA的检出率明显提高。

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（责任编辑：于 萍）

D913．93

A

2095-7939(2015)03-0071-03

2015-08-02

国家自然科学基金项目（编号：21205139）；公安部科技强警基础工作专项项目（编号：2014GA BJC033）；公安部应用创新计划项目（编号：2012YYCXXJXY127）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划 （编号：LJQ 2014130）。

谢涛（1979-），男，河南开封人，广州市公安局花都区分局主检法医师，学士，主要从事法医病理、法医临床与法医物证研究。