金鑫，劉金杰，姜伯瑋，趙興春，葉健

（1.海南省公安廳刑警總隊；2.北京市公安局刑警總隊；3.公安部第一研究所；4.公安部物證鑒定中心）

法庭科學(xué)DNA檢驗技術(shù)裝備建設(shè)與發(fā)展

金鑫1，劉金杰2，姜伯瑋3，趙興春4，葉健4

（1.海南省公安廳刑警總隊；2.北京市公安局刑警總隊；3.公安部第一研究所；4.公安部物證鑒定中心）

本文簡要介紹了法庭科學(xué)DNA檢驗技術(shù)在我國的發(fā)展，技術(shù)檢驗過程對裝備的需求等，從我國公安系統(tǒng)DNA技術(shù)裝備現(xiàn)狀和特點出發(fā)，提出了DNA檢驗技術(shù)裝備建設(shè)與發(fā)展的方向。

DNA檢驗技術(shù)；裝備；建設(shè)；發(fā)展

法庭科學(xué)DNA檢驗技術(shù)自20世紀(jì)80年代中期問世以來，在刑事、民事案件、大型災(zāi)難性事故及群體性突發(fā)事件中均發(fā)揮了巨大的作用。特別是近年來基于STR-PCR的熒光復(fù)合擴(kuò)增檢驗技術(shù)，因其具有高效、快速、靈敏等多方面技術(shù)優(yōu)勢，在刑事案件偵查領(lǐng)域倍受關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用，當(dāng)前已成為提供法庭證據(jù)的主要技術(shù)之一。我國公安系統(tǒng)DNA檢驗技術(shù)研究緊跟國際先進(jìn)水平，研究人員相繼攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，研制出多種DNA檢驗技術(shù)裝備并實現(xiàn)國產(chǎn)化，為打擊各類刑事犯罪提供了大量證據(jù)和線索，發(fā)揮了突出作用。

近年來，我國刑偵領(lǐng)域與DNA技術(shù)相關(guān)的裝備建設(shè)發(fā)展迅速，1990年，全國公安系統(tǒng)僅有一兩家DNA實驗室能夠進(jìn)行DNA技術(shù)檢驗，到2015年底，全國各級公安機(jī)關(guān)已建成DNA實驗室510家，全部DNA實驗室均具備利用DNA技術(shù)進(jìn)行個體識別的能力，且所有實驗室由公安內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連接，可在公安系統(tǒng)DNA數(shù)據(jù)庫內(nèi)部實現(xiàn)DNA信息的全方位比對。截至2015年底，公安系統(tǒng)DNA數(shù)據(jù)庫已經(jīng)存儲各類數(shù)據(jù)超過4000萬條，年直接為各類案件比中嫌疑人14萬余起。DNA實驗室技術(shù)裝備建設(shè)與發(fā)展直接促進(jìn)了DNA技術(shù)在各類案件偵破中作用的發(fā)揮，但是，與實際公安工作對DNA檢驗的需求相比較，我國公安系統(tǒng)在硬件設(shè)備、技術(shù)人員、檢驗?zāi)芰εc水平等各方面均存在較大差距。特別在DNA檢驗技術(shù)裝備建設(shè)方面，如何從裝備保障角度促進(jìn)我國DNA檢驗技術(shù)更好地為公安工作服務(wù)，尚存在著巨大的發(fā)展空間，需要充分挖掘潛力，實現(xiàn)裝備保障的國產(chǎn)化戰(zhàn)略，降低檢驗成本，從根本上保證我國DNA數(shù)據(jù)庫建設(shè)順利進(jìn)行。

一、法庭科學(xué)DNA檢驗技術(shù)裝備需求

DNA檢驗技術(shù)自誕生以來，先后經(jīng)歷了DNA指紋圖技術(shù)、PCR技術(shù)、熒光STR-復(fù)合PCR技術(shù)三代技術(shù)發(fā)展。DNA指紋圖技術(shù)作為第一代DNA檢驗技術(shù)曾被廣泛應(yīng)用于個體識別與親權(quán)鑒定，但因該技術(shù)所需DNA樣本量較大，操作繁瑣，已基本被公安系統(tǒng)實驗室放棄使用。第二代技術(shù)為PCR技術(shù)，該技術(shù)利用DNA體外復(fù)制特性和人類小衛(wèi)星DNA重復(fù)序列數(shù)目差異導(dǎo)致的長度多態(tài)性進(jìn)行個體區(qū)分。第三代技術(shù)是以PCR技術(shù)為基礎(chǔ)STR檢驗技術(shù)，該技術(shù)針對利用人類STR位點進(jìn)行熒光復(fù)合擴(kuò)增，具有靈敏度高、多態(tài)性好、分辨力高等技術(shù)優(yōu)勢，因而獲得了廣泛應(yīng)用，是目前法醫(yī)DNA檢驗的主流技術(shù)[1]。STR檢驗技術(shù)主要分為DNA提取、PCR擴(kuò)增、產(chǎn)物檢測三個階段。首先，技術(shù)人員在DNA提取階段需要將DNA從生物檢材或樣本中提取出來，形成待擴(kuò)增樣本；擴(kuò)增階段的目的是將少量的樣本利用DNA體外復(fù)制的特殊性質(zhì)，人為創(chuàng)造復(fù)制條件，成百萬倍地復(fù)制出特異DNA片段，達(dá)到檢測所需要的濃度范圍；檢測階段主要是將復(fù)制好的多個不同長度的DNA片段在相關(guān)儀器設(shè)備上進(jìn)行電泳分離和熒光檢測，并記錄檢測數(shù)據(jù)。經(jīng)過上述三個階段之后，DNA檢驗過程全部完成，剩下的是將檢驗獲得的數(shù)據(jù)利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析與運算，獲得檢驗結(jié)論[2]。

法庭科學(xué)DNA檢驗技術(shù)裝備保障主要包括兩類：一、儀器與設(shè)備；二、試劑與耗材。儀器與設(shè)備為搭建DNA檢驗平臺提供硬件支持；而試劑與耗材為硬件平臺正常運行提供消耗保障。DNA檢驗流程中每個階段所需要的儀器設(shè)備和試劑耗材因工作目的和所開展的檢驗種類不同而各不相同，根據(jù)當(dāng)前大部分DNA實驗室所從事的檢驗項目和工作量，以及一段時間內(nèi)DNA檢驗技術(shù)可能的發(fā)展來預(yù)測，一個進(jìn)行DNA數(shù)據(jù)庫建設(shè)與日常案件檢驗的DNA實驗室常用的儀器設(shè)備和耗材以DNA檢驗流程劃分，可分為：一、提取儀器與試劑耗材；二、擴(kuò)增儀器與試劑耗材；三、檢測儀器與試劑耗材等。

DNA檢驗實驗室首先需要配備一系列通用的實驗室設(shè)備，這些通用設(shè)備常配套置于各類醫(yī)學(xué)研究實驗室或常規(guī)分子生物學(xué)實驗室等，如環(huán)境清潔與凈化裝置，儀器或耗材清洗裝置，精密稱量裝置，純水制備裝置，試劑儲藏設(shè)備，顯微觀察設(shè)備，濃度測定和定量裝置、離心設(shè)備、控溫設(shè)備等，這些儀器設(shè)備為整個DNA檢驗提供輔助服務(wù)，是完成DNA檢驗工作不可分割的一部分，是DNA檢驗工作得以順利開展的重要保障。

DNA提取階段常用的儀器設(shè)備有DNA自動提取儀（低通量）[3]，DNA提取自動化工作站（高通量）[4]，脫落細(xì)胞提取儀，生物物證發(fā)現(xiàn)儀，自動打孔機(jī)等，其中大型設(shè)備是DNA提取自動化工作站，是當(dāng)前批量案件樣本檢驗的重要儀器設(shè)備，可以大量快速處理待檢樣本，能夠有效提高案件樣本處理效率，降低辦案人員的工作負(fù)荷。同時，在數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中可用于擴(kuò)增試劑的分裝和轉(zhuǎn)移。DNA自動提取儀主要定位用于低通量案件樣本的自動化提取，儀器相對較小，通常配備專用試劑盒，使用靈活方便、消耗較低。提取過程中，常用的試劑耗材包括法醫(yī)DNA提取、純化試劑盒、各類專用提取轉(zhuǎn)移耗材等。DNA提取是整個DNA檢驗操作的首個環(huán)節(jié)，決定著全部檢驗過程的成敗，該環(huán)節(jié)所獲得的DNA是后續(xù)一系列檢驗操作的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，大量的儀器設(shè)備與試劑耗材的研發(fā)均圍繞著如何提高DNA提取效率展開。

DNA擴(kuò)增過程中，需要應(yīng)用到PCR擴(kuò)增儀、DNA熒光復(fù)合擴(kuò)增試劑盒，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)樣本量較多時，還要配備自動分液裝置，以極大提高擴(kuò)增前試劑分液和擴(kuò)增后樣本加樣效率。PCR擴(kuò)增儀，近年來發(fā)展迅速，一系列新型PCR儀不斷推出，如快速PCR儀（升降溫速度提高）、模塊布局更靈活的PCR儀等。值得一提的是，一些國產(chǎn)PCR儀廠家迅速發(fā)展壯大，這些PCR儀廣泛用于各法醫(yī)DNA實驗室，對進(jìn)口PCR儀沖擊較大。DNA熒光復(fù)合擴(kuò)增試劑是整個法醫(yī)DNA檢驗過程中所涉及到消耗最大的部分。鑒于該類試劑的重要性，我國早在“十五”期間，就由公安部率先開展該類試劑的研究開發(fā)工作，并最終研制出國產(chǎn)DNA檢驗試劑盒，填補(bǔ)國內(nèi)空白，打破國外產(chǎn)品的長期壟斷[5,6]。在該國產(chǎn)化試劑的帶動下，一系列國產(chǎn)品牌的DNA檢驗試劑盒相繼推出，進(jìn)而有效降低了檢驗成本，推動DNA檢驗技術(shù)快速向前發(fā)展。

在樣本檢測過程中，最重要的設(shè)備是遺傳分析儀，該儀器應(yīng)用毛細(xì)管電泳原理，在無膠篩分介質(zhì)中將不同片段長度的DNA分離開，運用激光激發(fā)技術(shù)激發(fā)DNA片段所攜帶的熒光基團(tuán)，獲得熒光信號，通過CCD接收形成檢測數(shù)據(jù)，與之相關(guān)的耗材主要有遺傳分析儀在進(jìn)行檢測分析時所使用的凝膠、緩沖液、毛細(xì)管等[7]。與此同時，一些國外公司于近期發(fā)布了可滿足八色熒光檢測的遺傳分析儀以及可進(jìn)行樣本快速檢驗的小型一體化設(shè)備。

此外， DNA檢驗過程還涉及到各類控制、分析與管理軟件的使用，以進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和比對檢索，其中包括成套的DNA實驗室管理軟件，DNA數(shù)據(jù)信號收集與處理軟件，DNA數(shù)據(jù)分析軟件，DNA數(shù)據(jù)高端處理軟件，DNA數(shù)據(jù)庫管理軟件，樣本管理軟件等。

二、DNA檢驗技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)存問題

經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展，我國法庭科學(xué)DNA實驗室的數(shù)量不斷增加，相關(guān)專業(yè)科技人員隊伍不斷壯大，業(yè)務(wù)范圍逐漸增大，檢驗科目不斷增多，制定了科學(xué)合理的實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，建立了嚴(yán)格規(guī)范的法庭科學(xué)DNA裝備管理體系，完善了相關(guān)的法律法規(guī)及相關(guān)措施，正在向體系化、規(guī)范化和集成化發(fā)展。DNA實驗室裝備是開展DNA技術(shù)檢驗工作的基礎(chǔ)，由于DNA技術(shù)在案件偵查和法庭取證過程中的重要地位和作用，建設(shè)DNA實驗室開展DNA工作已成為各級公安機(jī)關(guān)向科技要警力的主要選擇之一。DNA實驗室建設(shè)表現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、體系化發(fā)展趨勢特點，公安部、各省廳、各市局、各縣局均建立完備的法醫(yī)DNA實驗室，開展案件檢驗和數(shù)據(jù)庫檢驗工作。這樣的檢驗體系滿足了不同層次公安部門的工作需求，既滿足基層快速反應(yīng)和為案件偵破及時提供信息的要求，也能開展疑難檢材檢驗以及數(shù)據(jù)庫樣本檢驗等工作。

我國公安系統(tǒng)DNA實驗室已經(jīng)具備了年檢驗千萬份樣本的檢驗規(guī)模，能夠有效應(yīng)對日常案件和突發(fā)性案事件等的樣本檢驗工作，在2009年發(fā)生的新疆“7.5”事件中，公安部物證鑒定中心在7天內(nèi)完成了7000多份樣本的檢驗和分析，當(dāng)前，公安部物證鑒定中心已經(jīng)達(dá)到日檢驗處理人員樣本20000份的批量檢驗?zāi)芰Γ砹宋覈ㄍタ茖W(xué)DNA室在應(yīng)急處置檢驗上的高水平。

目前能夠開展高通量數(shù)據(jù)庫建設(shè)的DNA實驗室其主要的儀器設(shè)備包括：DNA提取自動化工作站（唾液卡）、DNA自動打孔儀、PCR擴(kuò)增儀、高通量DNA遺傳分析儀、高通量移液工作站、離心機(jī)以及保證操作空間潔凈度的超凈工作臺等。這些儀器能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；疍NA高通量快速檢驗，除了取決于主要儀器的性能外，如DNA遺傳分析儀的通道數(shù)等，還取決于設(shè)備之間的銜接、人員分工與科學(xué)檢驗方法與流程的建立等一系列因素。

當(dāng)然，相關(guān)DNA實驗室在客觀上具備了一定檢驗規(guī)模和能力的同時，與現(xiàn)實要求相比，還存在許多制約因素。各級公安系統(tǒng)DNA實驗室，其采購的主要儀器設(shè)備尤其是大型儀器設(shè)備均由國外生產(chǎn)，這些儀器設(shè)備價格昂貴，儀器采購成本和維護(hù)成本居高不下，核心技術(shù)由國外公司掌握。DNA遺傳分析儀是目前DNA實驗室的核心關(guān)鍵設(shè)備，該儀器已經(jīng)由最初的377型、310型、3130xl型升級到目前的3500型、3500xl型，儀器價格相當(dāng)昂貴，該儀器僅由美國AB公司生產(chǎn)供應(yīng)，是當(dāng)前多數(shù)DNA實驗室中的主流設(shè)備。在儀器設(shè)備由國外生產(chǎn)的同時，儀器設(shè)備所配套的主要試劑盒耗材也同樣由國外公司生產(chǎn)供應(yīng)，這些試劑和耗材同樣價格昂貴，保質(zhì)期短，并限制使用時間，著無疑大大提升了單個樣本的檢驗成本，在一定程度上制約了DNA技術(shù)的推廣和應(yīng)用，客觀上影響了案件偵查效率和技術(shù)作用的發(fā)揮。儀器設(shè)備和試劑消耗供應(yīng)上的壟斷還關(guān)系到DNA檢驗技術(shù)本身的戰(zhàn)略安全，對國外設(shè)備、試劑及耗材的高度依賴，嚴(yán)重制約我國法醫(yī)DNA檢驗技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品供應(yīng)完全受制于人。

大規(guī)模DNA數(shù)據(jù)庫建設(shè)是最大限度發(fā)揮DNA檢驗技術(shù)作用的重要方向。目前，建設(shè)DNA數(shù)據(jù)庫已成各級公安機(jī)關(guān)法庭科學(xué)DNA實驗室的一項重要任務(wù)之一。隨著樣本檢驗任務(wù)量的逐年增加，各實驗室年檢驗?zāi)芰Σ粩嗝媾R新的挑戰(zhàn)。為了提高DNA樣本檢驗處理能力，各DNA實驗室需要不斷進(jìn)行設(shè)備的升級換代，多個DNA實驗室甚至采購3730型遺傳分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)庫樣品檢驗工作，需要選擇購置大規(guī)模樣本處理設(shè)備提高各環(huán)節(jié)銜接的效率，同時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)專用實驗室升級改造等。

三、DNA檢驗技術(shù)裝備研發(fā)進(jìn)展與發(fā)展建議

DNA檢驗技術(shù)裝備發(fā)展是在DNA檢驗技術(shù)本身發(fā)展基礎(chǔ)上不斷前進(jìn)的，我國公安科技工作者在研究DNA檢驗技術(shù)的同時，也在進(jìn)行DNA檢驗技術(shù)裝備的研究，并取得了一定成效。

DNA檢驗試劑盒是DNA檢驗過程中的主要消耗試劑，公安部物證鑒定中心在“十五”期間攻克了多項熒光復(fù)合擴(kuò)增檢驗試劑試劑制備關(guān)鍵技術(shù)并最終研制出國產(chǎn)DNATyper15試劑盒，后期相繼研發(fā)出DNATyper19、DNATyper21等系列試劑盒，實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)并應(yīng)用于實際辦案和數(shù)據(jù)庫建設(shè)中[8]，打破了國外同類試劑在公安系統(tǒng)DNA實驗室長期壟斷的局面，填補(bǔ)該領(lǐng)域的研究空白，極大降低了試劑價格，同時也使國外試劑盒產(chǎn)品的價格大幅度下降，僅此一項，每年可為公安系統(tǒng)節(jié)省試劑采購經(jīng)費數(shù)億元，極大降低了檢驗成本，提高了我國公安系統(tǒng)試劑供應(yīng)保障的穩(wěn)定，推動我國法庭科學(xué)DNA檢驗?zāi)芰Φ倪M(jìn)一步提高。

在進(jìn)行常染色STR試劑研制的同時，開展了Y-STR試劑盒研究，最終研制出DNATyperY26試劑盒，已應(yīng)用于多起涉及家系排查的案件，為下一步Y(jié)-STR DNA數(shù)據(jù)庫的建立與發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)[9]。

針對DNA檢驗技術(shù)所需的儀器設(shè)備進(jìn)行研制是裝備技術(shù)發(fā)展的重要方向，鑒于遺傳分析儀是開展DNA檢驗工作的核心和必備，每年都有巨額的經(jīng)費投入用于購買這些關(guān)鍵檢驗設(shè)備。這些設(shè)備幾乎全部依賴國外進(jìn)口，昂貴的費用不僅嚴(yán)重制約了DNA檢測技術(shù)在公安一線的推廣應(yīng)用，也限制了我國法醫(yī)DNA檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為了擺脫國外壟斷，降低檢驗成本，進(jìn)一步擴(kuò)大DNA檢驗的應(yīng)用范圍，在國家“十一五”期間，公安部第一研究所成功研制出用于DNA檢測的法醫(yī)DNA遺傳分析儀并應(yīng)用于法醫(yī)DNA檢驗實踐[10-12]。目前，該產(chǎn)品通過測試并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各法醫(yī)DNA檢驗實踐。該設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，極大降低裝備購置成本，降低對國外產(chǎn)品的依賴。

在設(shè)備和耗材研制上，一些產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)，如DNA自動提取儀、PCR擴(kuò)增儀、脫落細(xì)胞提取儀[13]、微量物證轉(zhuǎn)移的EZ-tape裝置[14]等，目前，已有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速DNA檢驗設(shè)備的研制與研究工作，取得了較大研究進(jìn)展。

在軟件開發(fā)上，我國自主研制的DNA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件已經(jīng)穩(wěn)定運行多年，在公安系統(tǒng)偵查破案中發(fā)揮了非常重要的作用，數(shù)據(jù)收集軟件和DNA數(shù)據(jù)分析軟件也已實現(xiàn)了國產(chǎn)化，為下一步相關(guān)裝備和試劑的研發(fā)打下了基礎(chǔ)[15,16]。總之，我國公安系統(tǒng)DNA檢驗裝備發(fā)展取得了豐碩的成果，實現(xiàn)了 DNA提取試劑、DNA檢驗試劑、DNA檢驗消耗材料的國產(chǎn)化與規(guī)?；a(chǎn)，有效降低單個DNA樣本的檢驗成本，保障試劑和耗材的持續(xù)供應(yīng)，為國家法庭科學(xué)DNA檢驗工作提供技術(shù)支持和物質(zhì)保障。

我國應(yīng)進(jìn)一步加大對DNA檢驗設(shè)備的研究和研制支持力度，提高科研產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化能力。裝備研究要立足公安實戰(zhàn)，具體研制裝備過程可從已有研發(fā)基礎(chǔ)并急需裝備的儀器設(shè)備開始，如開展高通量DNA遺傳分析儀和便攜式快速DNA檢驗設(shè)備研究，可以有效解決DNA數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中的規(guī)模化樣本處理的瓶頸，提高樣本處理能力，增強(qiáng)基層公安機(jī)關(guān)DNA實驗室綜合檢驗實力，滿足突發(fā)案事件所需的規(guī)模化樣本處理和快速檢驗排查要求。在公安部領(lǐng)導(dǎo)對DNA檢驗儀器設(shè)備國產(chǎn)化研究的持續(xù)關(guān)注下，要緊緊圍繞提升公安實戰(zhàn)能力這一目標(biāo)，注重把握科學(xué)規(guī)律，緊跟科技發(fā)展步伐，瞄準(zhǔn)公安實戰(zhàn)中的重點難點開展科技攻關(guān)，研發(fā)出更多一線急需、實用的法庭科學(xué)DNA檢驗裝備。注重加快成果轉(zhuǎn)化，促進(jìn)科研成果與實戰(zhàn)對接，將最新、最好、最能滿足實戰(zhàn)需要的科研成果轉(zhuǎn)化為一線民警手中的實用技術(shù)裝備，為打擊犯罪提供更加有效的手段和方法。

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Construction and Development of Forensic Science DNA Testing Technology and Equipment

Jin Xin1, Liu Jinjie2, Jiang Bowei3, Zhao Xingchun4, Ye Jian4
(1.Department of Criminal Investigation,Hainan Provincial Public Security Bureau,Hainan,China; 2.Department of Criminal Investigation,Beijing Public Security Bureau,Beijing,China; 3.The First Research Institute,Ministry of Public Security of P.R.C,Beijing,China; 4.Institute of Forensic Science,Ministry of Public Security of P.R.C,Beijing,China)

This paper has described the development of forensic science DNA testing technology in China as well as the technical equipment needs on inspection process ,proposed a future direction of construction and development on DNA testing technology, from the current situations and characteristics in China public security system.

DNA testing technology; equipment; constructio; development.

R34

A

10. 11967/ 2017150103

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A DOI：10. 11967/ 2017150103

金鑫，海南省公安廳刑警總隊，職稱：主檢法醫(yī)師，jinxin107@126.com