馬榮梁，趙　越，高　峰，韓　柯

（1.公安部物證鑒定中心，北京100038；2.北京市公安局西城分局，北京100055；3.公安海警學(xué)院船艇指揮系，浙江寧波315801）

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指紋顯現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展方向

馬榮梁1，趙越2，高峰3，韓柯1

（1.公安部物證鑒定中心，北京100038；2.北京市公安局西城分局，北京100055；3.公安海警學(xué)院船艇指揮系，浙江寧波315801）

摘要：指紋是最傳統(tǒng)的法庭科學(xué)證據(jù)之一，也是少數(shù)幾個(gè)可以直接認(rèn)定嫌疑人的法庭科學(xué)證據(jù)，在偵查破案及法庭科學(xué)訴訟中發(fā)揮著重要作用。一般地，指紋技術(shù)可以分為指紋顯現(xiàn)、鑒定及計(jì)算機(jī)指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)三大類(lèi)，指紋顯現(xiàn)技術(shù)是整個(gè)指紋技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代科技特別是生物化學(xué)及儀器分析技術(shù)的發(fā)展，指紋技術(shù)已經(jīng)并將在以下幾方面得到發(fā)展：熒光技術(shù)，特別是以茚三酮同系物為基礎(chǔ)的熒光試劑已成為指紋顯現(xiàn)的常規(guī)試劑；納米粒子由于具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在指紋顯現(xiàn)中的地位日益重要；免疫技術(shù)和適配體技術(shù)是指紋顯現(xiàn)的一個(gè)重要發(fā)展方向；疑難客體上的指紋顯現(xiàn)技術(shù)是實(shí)際案件中迫切需要解決的問(wèn)題；時(shí)間分辨和相分辨技術(shù)具有重要的理論意義；光譜成像技術(shù)適應(yīng)性非常廣泛；核化生危害物質(zhì)污染后的客體上手印顯現(xiàn)技術(shù)也是恐怖襲擊案件中需要面臨的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：指紋（手?。╋@現(xiàn)；熒光；納米粒子；免疫技術(shù)；時(shí)間分辨技術(shù)；光譜成像

指紋技術(shù)是法庭科學(xué)的一門(mén)重要學(xué)科，指紋證據(jù)應(yīng)用到案舍偵查及法庭訴論已經(jīng)有一百多年的歷史［1-3］。隨著指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)展（Automated Fingerprint Identification System，AFIS），指紋技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，地位更加重要。一般地，指紋技術(shù)可以分為三類(lèi)：指紋顯現(xiàn)，鑒定及AFIS技術(shù)［1-2］。指紋顯現(xiàn)（也稱(chēng)為手印顯現(xiàn)）是指將潛在的（即不可見(jiàn)的）指紋使用物理、化學(xué)或生物的方法（或以上幾種方法的混合）使之變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的指紋；指紋鑒定是指將現(xiàn)場(chǎng)收集或顯現(xiàn)出的指紋與嫌疑人的指紋捺印樣本進(jìn)行比較，判斷兩者是否同一；AFIS利用計(jì)算機(jī)對(duì)指紋進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)處理、存儲(chǔ)建庫(kù)、比對(duì)檢索及應(yīng)用管理的系統(tǒng)，是IT和計(jì)算機(jī)技術(shù)在指紋鑒定中的應(yīng)用。

長(zhǎng)期以來(lái)，指紋技術(shù)與DNA和毒品分析等技術(shù)相比，發(fā)展較為緩慢。然而，自從2000年起，隨著基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在法庭科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，指紋技術(shù)在以下領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展。

1　熒光技術(shù)

茚三酮是生物學(xué)上使用的一種氨基酸顯現(xiàn)試劑，于20世紀(jì)50年代應(yīng)用到指紋顯現(xiàn)中，成為滲透性客體上手印顯現(xiàn)的最有效和應(yīng)用最為廣泛的試劑之一［1］。受茚三酮的啟發(fā)，20世紀(jì)90年代，DFO（1，8二氮芴-9-酮）被應(yīng)用到指紋顯現(xiàn)中。DFO是一種熒光試劑，與氨基酸反應(yīng)之后，呈淡紫色。DFO的顯現(xiàn)靈敏度一般被認(rèn)為是茚三酮的四倍左右。20世紀(jì)末，人們又發(fā)明了茚二酮。茚二酮既是顯色試劑，又具有熒光，兼具茚三酮和DFO的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度也高于茚三酮，已經(jīng)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家的指紋檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室廣泛使用［4］。除了DFO及茚二酮等兩種重要的熒光試劑外，人們又合成了多種熒光試劑并且應(yīng)用到指紋顯現(xiàn)中，并且與納米粒子、免疫學(xué)技術(shù)等結(jié)合［5-10］?？梢哉f(shuō)，熒光技術(shù)是指紋顯現(xiàn)中目前最為重要的技術(shù)之一。

2　納米粒子

Menzel等［11-12］在熒光半導(dǎo)體納米粒子（量子點(diǎn)）顯現(xiàn)指紋方面進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性的工作，他們的工作主要集中在ZnS，CdS，CdSe，CdTe，InP，InA等高熒光效率量子點(diǎn)上。量子點(diǎn)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其吸收和發(fā)射波長(zhǎng)可以根據(jù)粒徑大小來(lái)調(diào)節(jié)。在Menzel等的研究中，量子點(diǎn)是用于氰基丙烯酸酯（502膠）熏顯后的染色，在溶液狀態(tài)下，硝酸鎘與硫酸鈉形成了CdS量子點(diǎn)并連接其他配體，形成了量子點(diǎn)（樹(shù)形）復(fù)合物（dendrimer），然后被502熏顯后的檢材浸泡在量子點(diǎn)復(fù)合物溶液中幾個(gè)小時(shí)，使復(fù)合物和手印充分結(jié)合。值得注意的是，這種量子點(diǎn)復(fù)合物只與502熏顯后的手印結(jié)合，不吸附在未熏顯后的手印上。Bouldin等［5］進(jìn)一步發(fā)展了此項(xiàng)方法，使用二酰亞胺在指紋顯現(xiàn)前處理手印，使指紋成分中的羧酸基團(tuán)轉(zhuǎn)化為酯類(lèi)，然后與量子點(diǎn)配合物反應(yīng)，生成酰胺類(lèi)化合物，從而進(jìn)一步提高了指紋顯現(xiàn)效果?？傊珻dS復(fù)合物提高了納米顆粒和指紋物質(zhì)的結(jié)合力，為指紋的粉末顯現(xiàn)指出了一個(gè)新的方向。當(dāng)然，這種復(fù)合物合成稍顯困難，操作繁瑣，顯現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。但無(wú)可置疑的是熒光試劑在納米級(jí)別上的應(yīng)用是指紋顯現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。例如，Jin項(xiàng)目組使用CdS配體顯現(xiàn)油脂手印同樣取得了很好的效果［13］。

3　免疫技術(shù)和適配體技術(shù)

免疫技術(shù)是一類(lèi)非常靈敏的技術(shù)。Spindler等［15］使用抗左旋氨基酸抗體（作為一抗）與指紋中的氨基酸反應(yīng)，經(jīng)過(guò)金標(biāo)放大，并連接帶熒光標(biāo)簽的二抗將指紋顯現(xiàn)出來(lái)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)非滲透性客體上的陳舊和干燥手印更有效，而對(duì)新鮮手印效果稍差。受此影響，Wood等［14，16］使用基于適配體（aptamer）的試劑探測(cè)非滲透性客體上的手印同樣取得了進(jìn)展。一些使用此方法顯現(xiàn)出的手印能夠清晰顯現(xiàn)出三級(jí)特征，并具有高度的選擇性和靈敏性，例如在顯現(xiàn)聚偏二氟乙烯膜（PVDF膜）上指紋時(shí)可以清晰的觀察到：基于適配體的試劑只與指紋的紋線結(jié)合，小犁溝內(nèi)沒(méi)有任何試劑殘留（圖1）。適配體已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)上得到了廣泛的應(yīng)用，考慮到其特性，這種基于適配體的指紋顯現(xiàn)方法潛力巨大，但仍應(yīng)進(jìn)一步完善，尤其是在日常案舍中常見(jiàn)的和疑難客體上的應(yīng)用。理論上，適配體有成千上萬(wàn)種，使得適配體可以解決現(xiàn)在許多疑難客體上的手印顯現(xiàn)難題。并且，基于適配體的試劑在指紋顯現(xiàn)的同時(shí)，并可以提供指紋上物質(zhì)或指紋供體信息，如指紋上粘附的毒品和爆炸殘留物等，這樣就可以進(jìn)行犯罪嫌疑人的刻畫(huà)分析。

圖1　使用基于適配體技術(shù)顯現(xiàn)PVDF膜上的手?。?4］

4　疑難客體上的手印顯現(xiàn)技術(shù)

在實(shí)際案舍中，遺留指紋的表面是多種多樣的，經(jīng)常會(huì)遇到一些指紋顯現(xiàn)的疑難客體，例如人體皮膚、衣物、聚合物鈔票、膠帶粘面和熒光、花紋干擾等的表面，這些表面上的指紋顯現(xiàn)是指紋學(xué)家亟待解決的難題。

Jones等［17］使用502熏顯/羅丹明6g染色混合真空金屬鍍膜法（VMD）來(lái)檢測(cè)澳大利亞聚合物鈔票上的手印。澳大利亞聚合物鈔票是指紋顯現(xiàn)的疑難表面，是由聚氨酯化合物，上面染上多種色素和圖案，并且這些色素大都具有廣譜熒光。采用502熏顯/羅丹明6g染色+真空金屬鍍膜法（VMD）能夠顯現(xiàn)其上面的新鮮手印。

馬榮梁等［18-19］采用了基于炭黑的懸浮液來(lái)顯現(xiàn)膠帶粘面上的手印，在手印顯現(xiàn)之前，并采用了若干有機(jī)溶劑如丁酮等剝離膠帶。碳素墨水也經(jīng)常用來(lái)顯現(xiàn)膠帶粘面上的手印，因?yàn)樘妓啬瑯邮翘亢诘哪z體溶液，使用這種方法已經(jīng)成功地在多起案例中成功地顯出了手印。

馬榮梁等［20-22］研究了上轉(zhuǎn)換發(fā)光粒子在有背景干擾的疑難客體上的手印顯現(xiàn)應(yīng)用上轉(zhuǎn)換發(fā)光粒子是一種特殊的物質(zhì)，在長(zhǎng)波長(zhǎng)光的激發(fā)下，能夠發(fā)出短波長(zhǎng)光。上轉(zhuǎn)換發(fā)光物質(zhì)在天然存在物質(zhì)中分布很少，一般為稀土化合物。在日常生活中的物品中幾乎不存在。因此，使用紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的物質(zhì)顯現(xiàn)指紋并產(chǎn)生可見(jiàn)熒光，在黑暗背景下激發(fā)背景物質(zhì)是不產(chǎn)生可見(jiàn)熒光的，理論上可以得到黑暗背景中發(fā)出明亮熒光的手印，解決背景干擾的難題。上轉(zhuǎn)換發(fā)光粒子已經(jīng)成功地在多個(gè)疑難客體上顯現(xiàn)出清晰的手印，如澳大利亞聚合物鈔票（圖2）。

圖2　5澳元鈔票上的新鮮指紋［21］

5　時(shí)間分辨（time-resolve，TR）和相分辨（phaseresolve，PR）技術(shù)

時(shí)間分辨和相分辨技術(shù)也是熒光技術(shù)的一種。時(shí)間分辨技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)熒光技術(shù)解決不了的難題，通常時(shí)間分辨和相分辨技術(shù)需要使用復(fù)雜的大型儀器設(shè)備，例如脈沖式激光和照相裝置。時(shí)間分辨技術(shù)已被應(yīng)用到一些指紋的顯現(xiàn)［23-25］。但時(shí)間分辨技術(shù)并不是最新的技術(shù)，而是由Murdock和Menzel 在20世紀(jì)90年代發(fā)明的［26］。時(shí)間分辨技術(shù)的主要原理是基于背景和指紋顯現(xiàn)試劑在熒光壽命上的差別［27］。在時(shí)間分辨技術(shù)中，熒光壽命是指熒光被激發(fā)后的平均衰減時(shí)間［25］。時(shí)間分辨技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)中，但目前在指紋中使用的還不多。但現(xiàn)在如指紋試劑與背景在熒光壽命上有毫秒級(jí)、微秒級(jí)甚至納秒級(jí)的區(qū)別，時(shí)間分辨技術(shù)就能夠得到較好的結(jié)果（圖3）。通常時(shí)間分辨技術(shù)需要復(fù)雜昂貴的儀器設(shè)備如激光器、CCD相機(jī)、圖像增強(qiáng)裝置、時(shí)間控制裝置等，這個(gè)特點(diǎn)限制了時(shí)間分辨技術(shù)的廣泛應(yīng)用，但其能夠成功地解決背景圖案及熒光的干擾。

圖3　使用blitz-gree粉末顯現(xiàn)明信片上的手?。?5］

相解決技術(shù)是比時(shí)間解決技術(shù)更復(fù)雜一些的技術(shù)，但理論上兩者類(lèi)似［28-29］。相解決技術(shù)是基于熒光相位的不同，在相解決技術(shù)中，指紋同樣使用脈沖式激光激發(fā)，指紋的熒光和背景的熒光將被進(jìn)行相位的轉(zhuǎn)移，從而指紋和背景熒光的頻率（波長(zhǎng)）發(fā)生了變化，最后導(dǎo)致指紋被從背景中“分離”出來(lái)。在相分辨技術(shù)中，即使熒光試劑的熒光壽命比背景熒光壽命短，也能夠成功顯現(xiàn)指紋，而在時(shí)間分辨技術(shù)中，有時(shí)就不太可能。此外，相分辨技術(shù)比時(shí)間分辨技術(shù)的反差要好［28］。當(dāng)然，相分辨技術(shù)同樣需要使用大型昂貴的儀器設(shè)備，從而限制了其被廣泛應(yīng)用。

6　光譜成像技術(shù)

迄今為止，光譜成像技術(shù)可能是指紋學(xué)家獲得的最強(qiáng)大的武器。光譜成像目前使用最多的紅外和紫外及可見(jiàn)光光譜成像，事實(shí)上，拉曼成像、X射線熒光成像和質(zhì)譜成像也已經(jīng)開(kāi)始在指紋顯現(xiàn)中應(yīng)用［30］。使用光譜成像獲取指紋影像的同時(shí)，指紋中的某些成分同時(shí)也能夠被探測(cè)出來(lái)［31］。理論上，光譜成像技術(shù)能夠解決指紋顯現(xiàn)中的最具挑戰(zhàn)性的難題。

紅外光譜成像在指紋顯現(xiàn)中的應(yīng)用是由澳大利亞悉尼科技大學(xué)Tahtouh等［32-35］進(jìn)行了嘗試。在光譜成像之前，指紋先使用氰基丙烯酸酯熏顯，這些丙烯酸酯是經(jīng)過(guò)特殊合成，使其具有某些在紅外光譜區(qū)具有強(qiáng)烈的吸收。幾種疑難客體上的手印使用這種方法進(jìn)行了檢測(cè)，包括澳大利亞的聚合物鈔票。結(jié)果表明：光譜成像對(duì)一系列疑難客體上的手印顯現(xiàn)都非常有效，例如在澳大利亞的鈔票上，顯出的指紋可以看出清晰的三級(jí)特征，而一般使用其他方法是無(wú)法達(dá)到的（圖4）。在Tahtouh等的工作之后，光譜成像開(kāi)始在法庭科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。

圖4　在5澳元紙幣上使用氰基丙烯酸乙酯熏顯后的手?。?6］

7　被生物、化學(xué)及核危害物質(zhì)（核化生）污染后的客體上的指紋顯現(xiàn)

“911”之后，在美國(guó)發(fā)生的“炭疽恐怖襲擊”使被核化生災(zāi)害事舍中的物證鑒定成為法庭科學(xué)家面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。Hoile等［37］在多種的滲透性和非滲透性客體遺留了手印，然后使用炭疽孢子污染，接著使用甲醛氣體進(jìn)行去污染，在炭疽孢子完全被滅活之后，再使用一系列方法進(jìn)行手印的顯現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)：甲醛氣體能夠有效地殺滅炭疽孢子，但同樣會(huì)使氨基酸降解，導(dǎo)致指紋紋線部分缺失。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)，最終建立了一套程序，能夠在一小時(shí)內(nèi)對(duì)炭疽孢子滅活并且完成指紋的顯現(xiàn)（圖5）。

圖5　紙張上的手印使用甲醛滅活炭疽孢子之后用物理顯影液顯現(xiàn)［37］

以上就是指紋顯現(xiàn)技術(shù)近期發(fā)展的一些成果。除了指紋顯現(xiàn)技術(shù)以外，指紋技術(shù)仍存在著一些熱點(diǎn)方向，如指紋遺留時(shí)間的確定，指紋鑒定的概率化表達(dá)及建設(shè)更強(qiáng)大的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。但指紋顯現(xiàn)技術(shù)作為指紋技術(shù)的基石，地位仍然沒(méi)有改變，只有從現(xiàn)場(chǎng)提取更多的指紋，才能夠?yàn)樽詣?dòng)識(shí)別系統(tǒng)提供更多的素材，并進(jìn)行犯罪嫌疑人的認(rèn)定。指紋顯現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)隨著基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步而進(jìn)步，特別是生物化學(xué)、儀器分析化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，給指紋顯現(xiàn)技術(shù)提供了強(qiáng)大的武器?？梢灶A(yù)料，在不久的將來(lái)，指紋顯現(xiàn)技術(shù)將會(huì)得到迅速的發(fā)展。

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［35］M. Tahtouh，P. Despland，R. Shimmon，et al. The Application of Infrared Chemical Imaging to the Detection and Enhancement of Latent Fingerprints：Method Optimization and Further Findings［J］. Journal of Forensic Sciences，2007，52（5）：1089-1096.

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（本文編輯：錢(qián)煌貴）

鑒定論壇

Future Direction of Latent Fingerprints Development Techniques

MA Rong-liang1，ZHAO Yue2，GAO Feng3，HAN Ke1
（1. Institute of Forensic Science，Ministry of Public Security Bureau，Beijing 100038，China；2. The Rublic Security Bureau of Xicheng District，Beijing 100055，China；3. Department of Vessel Command Maritime Police Academy，Ningbo 315801，China）

Abstract：Fingerprint is one of the most classic forensic evidence. The development of latent fingerprints is the basis of fingerprints identification and automated fingerprints identification system（AFIS）. Based on the development and application of modern science and technology，latent fingerprints development techniques will advance in the following areas：luminescent reagents，especially the analogs of ninhydrin，such as DFO and indanedione；nanoparticles，due to their specific advantages such as sensitivity and selectivity；immuno and aptamer techniques；the development of latent fingerprints on the surface of difficult objects；time-resolve and phase-resolve techniques；spectral imaging；the development of latent fingerprints on the objects contaminated by biological，chemical and nuclear hazardous materials.

Key words：fingerprint development；luminescent；immunological technique；immuno；time-resolve technique；spectral imaging

中圖分類(lèi)號(hào)：DF794.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2016.02.012

文章編號(hào)：1671-2072-（2016）02-0064-06

收稿日期：2015-10-12

基金項(xiàng)目：公安部物證鑒定中心基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（2013JB015）

作者簡(jiǎn)介：馬榮梁（1975—），男，副研究員，博士，主要從事指紋檢驗(yàn)技術(shù)研究。Email：marl2013@163.com。