李 明,倪 龍,王 猛*,朱中旭,袁傳軍， 吳 建

1. 中國(guó)刑事警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110035 2. 中國(guó)刑事警察學(xué)院新時(shí)代犯罪治理研究中心,遼寧 沈陽(yáng) 110035 3. 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所,浙江 寧波 315201

引 言

手印顯現(xiàn)是指借助物理、 化學(xué)等方法使手印與客體之間形成足夠的對(duì)比反差， 從而將潛在手印轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)手印的過(guò)程[1-2]。 手印顯現(xiàn)是手印分析和手印鑒定的基本前提， 其分析和鑒定結(jié)論能夠在案件偵查和訴訟審判中發(fā)揮重要作用。 經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展， 傳統(tǒng)手印顯現(xiàn)技術(shù)體系已日臻完善[3-4]。 2000年， Menzel等率先將CdS量子點(diǎn)應(yīng)用于潛在手印的粉末法及懸浮液法顯現(xiàn)中， 至此開(kāi)創(chuàng)了手印納米顯現(xiàn)技術(shù)的先河[5-6]。 此后， 研究人員嘗試將金屬及其氧化物納米材料、 稀土發(fā)光納米材料、 熒光碳點(diǎn)、 金屬-有機(jī)框架材料、 聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料等新型材料應(yīng)用于手印納米顯現(xiàn)技術(shù)中[7-11]， 并建立了基于物理吸附、 疏水作用、 化學(xué)鍵合、 抗體結(jié)合、 適配體識(shí)別等原理的手印納米顯現(xiàn)新方法[12-13]。 顯現(xiàn)材料和顯現(xiàn)方法的推陳出新極大促進(jìn)了手印納米顯現(xiàn)技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

研究人員對(duì)手印納米顯現(xiàn)技術(shù)的探索集中在顯現(xiàn)材料的更新和顯現(xiàn)方法的創(chuàng)新這兩方面， 而對(duì)手印顯現(xiàn)效果的影響因素及綜合評(píng)價(jià)等研究卻較為分散且缺乏系統(tǒng)性。 手印納米顯現(xiàn)效果的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)有利于顯現(xiàn)方法的合理選擇和物證價(jià)值的客觀評(píng)估， 這與手印顯現(xiàn)效果的提升同等重要。 目前， 國(guó)內(nèi)外報(bào)道對(duì)手印納米顯現(xiàn)效果的評(píng)價(jià)存在以下兩方面問(wèn)題： 一方面， 評(píng)價(jià)手印顯現(xiàn)效果的指標(biāo)含糊不清、 缺少概念、 存在歧義； 另一方面， 評(píng)價(jià)手印顯現(xiàn)效果的方法基本停留在定性層面， 缺乏準(zhǔn)確性、 客觀性、 科學(xué)性[14-15]。

鑒于此， 本綜述明確了手印納米顯現(xiàn)效果的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)， 即對(duì)比度、 靈敏度、 選擇性、 毒害性， 對(duì)手印納米顯現(xiàn)效果的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)， 對(duì)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響因素進(jìn)行詳細(xì)討論， 并對(duì)手印納米顯現(xiàn)的發(fā)展方向提出全新展望， 為手印顯現(xiàn)技術(shù)研究特別是手印顯現(xiàn)效果的科學(xué)評(píng)價(jià)提供有益的參考。

1 對(duì)比度

手印顯現(xiàn)對(duì)比度(contrast)定義為手印顯現(xiàn)信號(hào)與客體背景噪聲之間的對(duì)比差異程度[9]。 手印顯現(xiàn)對(duì)比度的概念借鑒了分析化學(xué)中信噪比的思想， 將顯現(xiàn)后的手印歸為信號(hào)， 將客體背景干擾歸為噪聲。

1.1 手印顯現(xiàn)對(duì)比度的評(píng)價(jià)方法

一直以來(lái)， 研究人員對(duì)手印納米顯現(xiàn)對(duì)比度的評(píng)價(jià)大多停留在定性層面， 即描述顯現(xiàn)手印與客體背景之間的對(duì)比反差程度。 文獻(xiàn)報(bào)道中經(jīng)常出現(xiàn)概念模糊的描述性詞匯(如good， superior， excellent， great等)及難以定量的描述性詞匯(如observed， visualized， bright， strong等)[15]。 部分文獻(xiàn)借助肉眼觀察并使用“+++”， “++”， “+”， “-”等表示方法對(duì)手印納米顯現(xiàn)對(duì)比度進(jìn)行半定量評(píng)價(jià)[16]。

2008年， Humphreys等提出了相對(duì)對(duì)比指數(shù)(relative contrast index， RCI)的概念， 并使用RCI定量評(píng)價(jià)手印顯現(xiàn)對(duì)比度[17]。 首先， 利用配備光導(dǎo)纖維分光光度計(jì)的顯微鏡將手印樣品放大200倍； 然后， 分別測(cè)量乳突紋線和客體部位的亮度反射強(qiáng)度， 并得到對(duì)應(yīng)的平均反射光譜； 最后， 將RCI定義為乳突紋線與客體所對(duì)應(yīng)的反射光譜峰值比的常用對(duì)數(shù)值。 2011年， Vanderwee等在上述研究的基礎(chǔ)上分別使用三種顯微分光光度計(jì)對(duì)RCI進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算， 并證實(shí)該定量評(píng)價(jià)方法具備可靠性和重現(xiàn)性[18]。 2013年， Matuszewski等將對(duì)比度定義為乳突紋線與小犁溝之間像素平均灰度的差異， 并用于定量評(píng)價(jià)手印顯現(xiàn)對(duì)比度[19]。 首先， 利用掃描儀獲取手印樣本的灰度圖像； 然后， 使用Adobe Photoshop軟件分別對(duì)乳突紋線和小犁溝部位的平均灰度進(jìn)行分析； 最后， 用乳突紋線和小犁溝所對(duì)應(yīng)平均灰度的差值絕對(duì)值或比值等形式來(lái)表示手印顯現(xiàn)對(duì)比度。 遺憾的是， 以上兩種評(píng)價(jià)方法的適用范圍較窄， 僅適用于部分白色客體表面的油墨捺印手印或深色顯現(xiàn)手印， 以及某些黑色客體表面的淺色顯現(xiàn)手印。

2019年， Shen等將對(duì)比度定義為顯現(xiàn)手印與客體背景之間的灰度值之比， 并用于定量評(píng)價(jià)非熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的對(duì)比度[20]。 如圖1(a,b)所示， 首先， 使用Image J軟件分別對(duì)手印顯現(xiàn)圖像中乳突紋線和客體部位的灰度進(jìn)行分析， 并得到對(duì)應(yīng)的平均灰度值， 見(jiàn)圖1(b)； 然后， 用乳突紋線和客體所對(duì)應(yīng)平均灰度值的比值來(lái)表示手印顯現(xiàn)對(duì)比度。 值得一提的是， 該方法不需要借助儀器對(duì)手印樣本進(jìn)行光譜測(cè)量， 且適用于定量評(píng)價(jià)各種非熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的對(duì)比度， 具有操作簡(jiǎn)單、 適用性廣的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 (a)使用磁性粉末顯現(xiàn)白瓷磚表面潛在手印的照片； (b)利用Image J軟件表征顯現(xiàn)手印與客體背景的灰度曲線[20]Fig.1 Image of latent fingerprint deposited on white tile and developed by magnetic powders (a); and gray curves corresponding to developed fingerprint and its substrate characterized by Image J software (b)[20]

以上研究?jī)H限于定量評(píng)價(jià)非熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的對(duì)比度， 尚未涉及熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的情況。 2020年， Shen等利用熒光光譜分析的方法計(jì)算熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的對(duì)比度[14]。 研究發(fā)現(xiàn)， 使用熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)的手印， 其對(duì)比度由手印顯現(xiàn)信號(hào)與客體背景噪聲之間的強(qiáng)度差異和顏色差異共同決定， 兩種差異可分別用強(qiáng)度因子(intensity index， I)和色度因子(chroma index， C)定量衡量。 2021年， Wang等在上述研究的基礎(chǔ)上優(yōu)化了定量評(píng)價(jià)方法的操作步驟， 考查了方法的適用范圍， 并從定量角度解釋了提高手印顯現(xiàn)對(duì)比度的具體途徑[15]。 如圖2所示， 首先， 使用熒光分光光度計(jì)分別測(cè)量顯現(xiàn)粉末、 空白客體、 顯現(xiàn)樣本的熒光發(fā)射光譜； 然后， 使用Origin和CIE1931軟件分別對(duì)顯現(xiàn)樣本熒光發(fā)射光譜的強(qiáng)度和色度進(jìn)行分析， 相應(yīng)得到強(qiáng)度因子I和色度因子C； 最后， 用C與I的常用對(duì)數(shù)之積來(lái)表示手印顯現(xiàn)對(duì)比度。 該方法可以作為定量評(píng)價(jià)熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印對(duì)比度的通用方法。

圖2 利用光譜分析手段定量評(píng)價(jià)納米熒光材料顯現(xiàn)手印的對(duì)比度原理圖[15]Fig.2 Scheme for quantifying the contrast of fingerprints developed with fluorescent nanomaterials by means of spectral analysis[15]

1.2 手印顯現(xiàn)對(duì)比度的影響因素

非熒光粉末的本身顏色以及熒光粉末的熒光性質(zhì)對(duì)手印納米顯現(xiàn)的對(duì)比度影響很大。 提高手印納米顯現(xiàn)的對(duì)比度通常有以下三種有效途徑： 提高手印顯現(xiàn)信號(hào)的強(qiáng)度、 改變手印顯現(xiàn)信號(hào)的顏色、 降低客體背景噪聲的干擾。

圖3為文獻(xiàn)中使用多種粉末顯現(xiàn)不同典型客體表面潛在手印的照片。 對(duì)于單一顏色客體， 使用非熒光粉末顯現(xiàn)并調(diào)整粉末的本身顏色即可有效提高手印顯現(xiàn)對(duì)比度[如圖3(a)—(b)][20]， 也可使用熒光粉末顯現(xiàn)并調(diào)整粉末的熒光顏色來(lái)提高手印顯現(xiàn)對(duì)比度[如圖3(c)—(d)][15]。 對(duì)于復(fù)雜顏色的弱熒光性客體， 使用非熒光粉末顯現(xiàn)通常不能奏效[如圖3(e)][20]， 而使用熒光粉末顯現(xiàn)并增強(qiáng)粉末的熒光強(qiáng)度則可有效提高手印顯現(xiàn)對(duì)比度[如圖3(f—g)][15]。 對(duì)于復(fù)雜顏色的強(qiáng)熒光性客體， 使用下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉末配合紫外激發(fā)光源顯現(xiàn)時(shí)， 由于紫外光的能量較高， 通常會(huì)激發(fā)客體產(chǎn)生強(qiáng)烈的背景熒光， 進(jìn)而對(duì)手印顯現(xiàn)信號(hào)造成嚴(yán)重干擾[如圖3(h)][21]； 使用上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉末配合紅外激發(fā)光源顯現(xiàn)時(shí)， 由于紅外光的能量較低， 通常不會(huì)使客體產(chǎn)生熒光效應(yīng)， 從而能夠降低甚至消除客體背景噪聲干擾[如圖3(i)][21]。

圖3 使用不同粉末顯現(xiàn)客體表面潛在手印的照片(a)： 青銅粉[20]； (b)， (e)： 磁性粉[20]； (c)， (f)， (g)： YVO4∶Eu下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉[15]； (d)： LaPO4∶Ce,Tb下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉[15]； (h)： 綠色熒光粉[21]； (i)： NaYF4∶Yb,Er上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉[21]Fig.3 Images of latent fingerprints deposited on various substrates and developed by different powders

2 靈敏度

手印顯現(xiàn)靈敏度(sensitivity)定義為顯現(xiàn)手印各級(jí)特征的清晰程度和精細(xì)程度[9]。

2.1 手印顯現(xiàn)靈敏度的評(píng)價(jià)方法

迄今為止， 研究人員對(duì)手印納米顯現(xiàn)靈敏度的評(píng)價(jià)仍停留在定性層面， 即描述乳突紋線總體特征的完整連貫程度、 細(xì)節(jié)特征的清晰程度、 汗孔特征的精細(xì)程度。 文獻(xiàn)中經(jīng)常出現(xiàn)概念模糊的描述性詞匯(如good， superior， excellent， great等)及難以定量的描述性詞匯(如clear， smooth， recognized， detected等)[15]。

2021年， 朱中旭等使用稀土納米熒光配合物懸浮液對(duì)大理石等客體表面潛在手印進(jìn)行高質(zhì)量顯現(xiàn)， 并考查乳突紋線總體特征[如圖4(a)]、 細(xì)節(jié)特征[如圖4(b—c)]、 汗孔特征[如圖4(d)]的清晰反映程度， 證實(shí)了該顯現(xiàn)方法具有很高的靈敏度[22]。 表1匯總了國(guó)內(nèi)外關(guān)于定性評(píng)價(jià)手印納米顯現(xiàn)靈敏度的研究工作。

圖4 (a)使用稀土納米配合物懸浮液顯現(xiàn)大理石表面潛在手印的照片； (b)—(d)為(a)的局部放大圖， 其中： (b1)傷疤、 (b2)皺紋、 (c1)小勾、 (c2)起點(diǎn)、 (c3)結(jié)合、 (c4)分歧、 (d)汗孔[22]Fig.4 Images of latent fingerprint deposited on marble and developed by rare earth nanocomplex suspensions (a), and corresponding magnified images (b)—(d): scar (b1), wrinkle (b2), spur (c1), termination (c2), bifurcation (c3, c4), and sweat pore (d)[22]

表1 手印納米顯現(xiàn)靈敏度的研究工作匯總Table 1 Summary of sensitivity research in latent fingerprint development

2.2 手印顯現(xiàn)靈敏度的影響因素

納米粉末的微觀形貌和顆粒尺寸對(duì)手印納米顯現(xiàn)的靈敏度影響很大。 一方面， 粉末的微觀形貌決定了其吸附性能。 微觀形貌為球狀、 棒狀、 多面體狀的粉末具有適中的吸附性能， 微觀形貌為片狀、 層狀的粉末具有很強(qiáng)的吸附性能， 而粉末過(guò)強(qiáng)的吸附性能容易導(dǎo)致其粘連細(xì)節(jié)特征甚至覆蓋汗孔特征。 另一方面， 粉末的顆粒尺寸決定了其顯現(xiàn)精度。 三維尺寸為納米級(jí)別的粉末通常具有良好的顯現(xiàn)精度， 而粉末過(guò)大的顆粒尺寸容易導(dǎo)致其粘連細(xì)節(jié)特征甚至覆蓋汗孔特征。 提高手印納米顯現(xiàn)的靈敏度通常有以下兩種有效途徑， 即： 改變粉末的微觀形貌、 調(diào)整粉末的顆粒尺寸。

圖5為文獻(xiàn)中使用三種粉末顯現(xiàn)玻璃客體表面潛在手印的照片及對(duì)應(yīng)粉末的掃描電子顯微鏡照片。 青銅粉具有片狀形貌和微米級(jí)尺寸[如圖5(a’)][4]， 導(dǎo)致手印顯現(xiàn)的靈敏度較低， 乳突紋線的細(xì)節(jié)特征被部分粘連， 且汗孔特征被完全覆蓋[如圖5(a)][28]。 經(jīng)煅燒法合成的NaYF4∶Yb,Er粉末具有棒狀形貌和微米級(jí)尺寸[如圖5(b’)][28]， 致使手印顯現(xiàn)的靈敏度適中， 乳突紋線的細(xì)節(jié)特征反映一般， 但汗孔特征被基本覆蓋[如圖5(b)][28]。 經(jīng)水熱法合成的NaYF4∶Yb,Er粉末具有立方體狀形貌和納米級(jí)尺寸[如圖5(c’)][28]， 保證手印顯現(xiàn)的靈敏度較高， 乳突紋線的細(xì)節(jié)特征反映清晰， 且汗孔特征全部可見(jiàn)[如圖5(c)][28]。

圖5 使用不同粉末顯現(xiàn)玻璃客體表面潛在手印的照片(a)： 青銅粉； (b)： NaYF4∶Yb,Er上轉(zhuǎn)換發(fā)光微米粉； (c)： NaYF4∶Yb,Er上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉[28]；(a’)—(c’)為(a)—(c)中對(duì)應(yīng)顯現(xiàn)粉末的掃描電子顯微鏡照片[4,28]Fig.5 Images of latent fingerprints deposited on glass and developed by various powders(a)： Bronze powders； (b)： NaYF4∶Yb,Er upconversion luminescent powders with particle size of nanoscale； (c)： Microscale[28];(a’)—(c’) are scanning electron microscope images of the developing powders corresponding to (a)—(c)[4,28]

3 選擇性

手印顯現(xiàn)選擇性(selectivity)定義為顯現(xiàn)試劑與手印遺留物質(zhì)之間的特異性結(jié)合程度[9]。

3.1 手印顯現(xiàn)選擇性的評(píng)價(jià)方法

一直以來(lái)， 研究人員對(duì)手印納米顯現(xiàn)選擇性的評(píng)價(jià)大多停留在定性層面， 即描述乳突紋線與小犁溝之間的差異明顯程度。 文獻(xiàn)中經(jīng)常出現(xiàn)概念模糊的描述性詞匯(如good， superior， excellent， great等)及難以定量的描述性詞匯(如sharped， defined， resolved， distinguishable等)[15]。

2019年， 于海峰等將選擇性定義為手印顯現(xiàn)圖像中乳突紋線與小犁溝所對(duì)應(yīng)灰度曲線的積分面積之比， 并用于定量評(píng)價(jià)手印顯現(xiàn)選擇性[75]。 如圖6(a,b)所示， 首先， 使用Image J軟件分析并得到手印顯現(xiàn)圖像的灰度曲線； 然后， 使用Origin軟件分別對(duì)灰度曲線中對(duì)應(yīng)于乳突紋線和小犁溝的部位進(jìn)行逐個(gè)積分； 最后， 用兩者總積分面積的比值來(lái)表示手印顯現(xiàn)選擇性。 值得一提的是， 該方法適用于定量評(píng)價(jià)常見(jiàn)非熒光類(lèi)及熒光類(lèi)物質(zhì)顯現(xiàn)手印的選擇性， 具有適用性廣的優(yōu)點(diǎn)。 2020年， Wang等也借鑒了以上定量方法對(duì)手印納米顯現(xiàn)的選擇性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[74]。 表2匯總了國(guó)內(nèi)外關(guān)于定性及定量評(píng)價(jià)手印納米顯現(xiàn)選擇性的研究工作。

表2 手印納米顯現(xiàn)選擇性的研究工作匯總Table 2 Summary of selectivity research in latent fingerprint development

圖6 (a)使用502膠熏染顯現(xiàn)黑瓷磚表面潛在手印的照片； (b)利用Image J軟件對(duì)乳突紋線與小犁溝的灰度分析[75]Fig.6 (a) Image of latent fingerprint deposited on black tile and developed by super glue fuming method;(b) gray analysis corresponding to papillate ridges and furrows characterized by Image J software[75]

3.2 手印顯現(xiàn)選擇性的影響因素

納米粉末的吸附性能和表面性質(zhì)對(duì)手印納米顯現(xiàn)的選擇性影響很大。 一方面， 粉末的吸附性能決定了粉末與手印遺留物質(zhì)之間的特異性吸附。 在一定范圍內(nèi)， 粉末的吸附能力越高， 越容易與手印遺留物質(zhì)發(fā)生特異性吸附， 但粉末過(guò)強(qiáng)的吸附性能容易導(dǎo)致其吸附到乳突紋線之外的小犁溝部位。 另一方面， 粉末的表面性質(zhì)能夠促進(jìn)粉末與手印遺留物質(zhì)之間的靶向性結(jié)合。 通過(guò)對(duì)粉末表面進(jìn)行電性調(diào)節(jié)、 活性基團(tuán)修飾、 疏水分子修飾、 靶向分子嫁接， 均可以實(shí)現(xiàn)粉末顆粒與手印特定遺留物質(zhì)之間的靶向性結(jié)合。 提高手印納米顯現(xiàn)的選擇性通常有以下兩種有效途徑， 即： 調(diào)節(jié)粉末的吸附性能、 修飾粉末的表面性質(zhì)。

在粉末顯現(xiàn)法中， 粉末本身的吸附性能對(duì)手印顯現(xiàn)選擇性的影響較大。 圖7為文獻(xiàn)中使用兩種粉末顯現(xiàn)玻璃客體表面潛在手印的照片。 棒狀LaPO4∶Ce,Tb下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉末的表面為親水性乙二醇修飾， 外觀蓬松， 具有適中的吸附性能， 不易與小犁溝部位發(fā)生吸附， 保證其手印顯現(xiàn)的選擇性較高[如圖7(a)][9]。 綠色熒光粉的表面為疏水性物質(zhì)修飾， 易于結(jié)塊， 具有較強(qiáng)的吸附性能， 很容易與小犁溝部位發(fā)生吸附， 導(dǎo)致其手印顯現(xiàn)的選擇性較低[如圖7(b)][9]。

圖7 使用不同粉末顯現(xiàn)玻璃客體表面潛在手印的照片(a)： LaPO4: Ce,Tb下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉； (b)： 綠色熒光粉[9]Fig.7 Images of latent fingerprints deposited on glassand developed by different powders(a)： LaPO4∶Ce,Tb downconversion luminescent nanopowders； (b)： Green fluorescent powders[9]

在懸浮液顯現(xiàn)法中， 顆粒表面的特殊性質(zhì)對(duì)手印顯現(xiàn)選擇性的影響較大。 圖8展示了文獻(xiàn)中為提高手印納米顯現(xiàn)選擇性所采取的常用策略及對(duì)應(yīng)的手印顯現(xiàn)照片。 2007年， Leggett等針對(duì)手印遺留物質(zhì)中的尼古丁代謝物可替寧， 利用抗原抗體結(jié)合原理將抗可替寧抗體修飾的納米金應(yīng)用于吸煙者手印的顯現(xiàn)[如圖8(a)][77]。 2012年， Gao等針對(duì)手印遺留物質(zhì)中的氨基酸， 利用靜電吸附原理將表面氨基修飾的CdTe量子點(diǎn)應(yīng)用于手印顯現(xiàn)[如圖8(b)][78]。 2013年， Li等針對(duì)手印遺留物質(zhì)中的可卡因， 利用適配體識(shí)別原理將可卡因適配體修飾的納米金應(yīng)用于手印顯現(xiàn)， 并同時(shí)檢測(cè)手印物質(zhì)中的可卡因[如圖8(a’)][79]。 2016年， Wang等針對(duì)手印遺留物質(zhì)中的油脂類(lèi)分泌物， 利用疏水作用原理將十二烷基硫酸鈉修飾的NaYF4∶Yb,Er上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料應(yīng)用于手印顯現(xiàn)[如圖8(d)][29]。 2021年， Zhu等針對(duì)手印遺留物質(zhì)中的氨基酸， 利用化學(xué)鍵合原理將表面含有羧基的稀土發(fā)光納米配合物應(yīng)用于手印顯現(xiàn)[如圖8(c)][22]。 以上策略都是以手印遺留物質(zhì)中的特定成分作為靶向物質(zhì)， 通過(guò)納米材料與靶向物質(zhì)之間的特異識(shí)別作用， 最終實(shí)現(xiàn)手印的高選擇性顯現(xiàn)。

圖8 提高潛在手印顯現(xiàn)選擇性的策略及對(duì)應(yīng)的手印顯現(xiàn)照片(a)： 抗體結(jié)合[77]； (a’)： 適配體識(shí)別[79]； (b)： 靜電吸附[78]； (c)： 化學(xué)鍵合[22]； (d)： 疏水作用[29]Fig.8 Strategies for enhancing the selectivity of latent fingerprint development and images of corresponding fingerprints(a)： Antibody combination[77]； (a’)： Aptamer recognition[79]； (b)： Electrostatic adsorption[78]；(c)： Chemical bonding[22]； (d)： Hydrophobic effect[29]

4 毒害性

手印顯現(xiàn)毒害性(toxicity)定義為手印顯現(xiàn)過(guò)程對(duì)操作者身體的宏觀傷害以及對(duì)接觸DNA提取檢驗(yàn)的微觀干擾[9]。 降低手印納米顯現(xiàn)的毒害性通常有以下兩種有效途徑， 即： 降低顯現(xiàn)試劑的毒害性、 降低顯現(xiàn)方法的毒害性。

4.1 手印顯現(xiàn)的宏觀毒害性

手印顯現(xiàn)的宏觀毒害性主要表現(xiàn)為手印顯現(xiàn)操作的毒害性和納米材料本身的毒害性兩方面。

手印顯現(xiàn)操作的毒害性通常涉及紫外光源對(duì)人眼和皮膚的輻射以及粉末揚(yáng)塵對(duì)人體呼吸道的刺激。 操作者可將納米發(fā)光材料與磁性材料復(fù)合， 采用磁性刷顯法顯現(xiàn)[80]； 或者將納米發(fā)光材料配制成懸浮液， 采用浸泡法顯現(xiàn)， 以避免粉末揚(yáng)塵[22,81]。 操作者也可使用專(zhuān)業(yè)的口罩、 手套、 護(hù)目鏡、 防護(hù)服等防護(hù)措施， 以隔絕紫外輻射及粉末揚(yáng)塵。 目前， 手印顯現(xiàn)操作的毒害性已經(jīng)得到了人們的廣泛重視和妥善解決。

納米材料本身的毒害性通常是指材料的組成元素對(duì)人體的潛在危害， 如含Cd元素的量子點(diǎn)。 納米材料的表面修飾技術(shù)成熟靈活， 可采用表面包覆的方法降低某些納米材料的毒性。 2012年， Gao等將CdTe量子點(diǎn)表面包覆SiO2殼層以降低其毒性， 得到具有核殼結(jié)構(gòu)的CdTe@SiO2， 并應(yīng)用于手印顯現(xiàn)[82]。 另外， 納米材料的種類(lèi)繁多， 可選擇本身毒性較低的納米材料進(jìn)行顯現(xiàn)， 如熒光碳點(diǎn)、 某些稀土發(fā)光納米材料等。

4.2 手印顯現(xiàn)的微觀毒害性

手印顯現(xiàn)的微觀毒害性主要是指手印顯現(xiàn)操作和納米材料性質(zhì)對(duì)接觸DNA檢驗(yàn)的干擾。 手印中可能含有脫落的上皮細(xì)胞， 因此有一定概率能夠獲得接觸DNA分型結(jié)果， 為手印提供了重要的生物物證信息。 在公安實(shí)踐中， 手印顯現(xiàn)與接觸DNA檢驗(yàn)通常是彼此孤立且互相干擾的： 如果先進(jìn)行手印顯現(xiàn)， 某些顯現(xiàn)方法會(huì)導(dǎo)致脫落細(xì)胞的流失， 某些顯現(xiàn)材料會(huì)造成DNA純化的污染， 某些試劑及光源會(huì)引起DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增的抑制， 進(jìn)而影響后續(xù)的DNA檢測(cè)； 如果先進(jìn)行接觸DNA提取， 勢(shì)必會(huì)破壞手印， 導(dǎo)致手印顯現(xiàn)無(wú)法進(jìn)行。 迄今為止， 國(guó)內(nèi)外關(guān)于對(duì)顯現(xiàn)手印中接觸DNA提取與檢驗(yàn)的相關(guān)研究報(bào)道較少。 推測(cè)， 納米材料的固有成分、 納米材料的表面性質(zhì)、 輔助試劑、 照射光源、 顯現(xiàn)操作、 提取方式、 純化方法等對(duì)接觸DNA的檢驗(yàn)均有較大影響。

2016年， Wang等將LaPO4∶Ce,Tb下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料應(yīng)用于手印的高質(zhì)量顯現(xiàn)[如圖9(a，b)]， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了顯現(xiàn)手印中接觸DNA的提取與檢驗(yàn)[如圖9(c)]。 2019年， Peng等將稀土熒光納米配合物應(yīng)用于手印顯現(xiàn)， 并通過(guò)凝膠電泳表征驗(yàn)證了該納米配合物對(duì)接觸DNA檢驗(yàn)是兼容且無(wú)損的[83]。

圖9 (a)和(b)使用LaPO4∶Ce,Tb下轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉末顯現(xiàn)玻璃客體表面潛在手印的照片， 其中(a)為明場(chǎng)照片、 (b)為在254 nm紫外光照射下的暗場(chǎng)照片； (c)顯現(xiàn)手印中接觸DNA的STR熒光檢測(cè)圖譜Fig.9 Images of latent fingerprint deposited on glass and developed by LaPO4∶Ce,Tb downconversion luminescent nanopowders in bright field (a), and dark filed excited with 254 nm ultraviolet light (b); and corresponding STR fluorescent spectrum for touch DNA detection in developed fingerprint residuals (c)

2021年， Yuan等利用電化學(xué)沉積原理對(duì)不銹鋼表面的潛在手印進(jìn)行高質(zhì)量顯現(xiàn)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了顯現(xiàn)手印中接觸DNA的提取與檢驗(yàn)， 其基因座的檢出率為80.9%[84]。 如圖10所示， 首先， 在客體的小犁溝部位電化學(xué)沉積納米Co3O4薄膜， 完成潛在手印的顯現(xiàn)； 然后， 利用Co3O4在KOH溶液中的電致變色特性， 實(shí)現(xiàn)手印顯現(xiàn)對(duì)比度的增強(qiáng)。 最后， 對(duì)顯現(xiàn)手印進(jìn)行DNA提取與檢測(cè)。

圖10 利用Co3O4電沉積與電致變色顯現(xiàn)手印以及接觸DNA檢測(cè)的原理圖[84]Fig.10 Scheme for fingerprint development and enhancement via electrodeposition of electrochromicCo3O4 films and subsequent touch DNA detection[84]

5 結(jié)論與展望

本綜述明確了手印納米顯現(xiàn)的對(duì)比度、 靈敏度、 選擇性、 毒害性等概念， 并從以上四個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了手印納米顯現(xiàn)效果的評(píng)價(jià)研究， 詳細(xì)討論了手印納米顯現(xiàn)效果的影響因素， 提出了提高手印納米顯現(xiàn)效果的合理建議。 納米材料的發(fā)光性質(zhì)主要決定了手印顯現(xiàn)的對(duì)比度， 納米材料的微觀形貌和顆粒尺寸主要決定了手印顯現(xiàn)的靈敏度， 納米材料的吸附性能和表面性質(zhì)主要決定了手印顯現(xiàn)的選擇性， 納米材料的諸多性質(zhì)和手印顯現(xiàn)的具體操作都會(huì)影響手印顯現(xiàn)的毒害性。 可調(diào)整納米材料的性質(zhì)和改變顯現(xiàn)方法的操作來(lái)提高手印納米顯現(xiàn)的效果， 做到有的放矢。

從提升手印納米顯現(xiàn)對(duì)比度的角度考慮， 顯現(xiàn)材料必然由單一發(fā)光性能向多元發(fā)光性能過(guò)渡， 顯現(xiàn)方法必然由強(qiáng)背景干擾向弱背景干擾發(fā)展； 從提升手印納米顯現(xiàn)靈敏度的角度考慮， 顯現(xiàn)材料必然由現(xiàn)有材料的借鑒使用向形貌尺寸的精細(xì)操控過(guò)渡； 顯現(xiàn)方法必然由細(xì)節(jié)特征的清晰顯現(xiàn)向汗孔特征的清晰顯現(xiàn)發(fā)展； 從提升手印納米顯現(xiàn)選擇性的角度考慮， 顯現(xiàn)材料必然由表面簡(jiǎn)單處理向靶向分子修飾過(guò)渡， 顯現(xiàn)方法必然由物理吸附向靶向識(shí)別發(fā)展； 從降低手印納米顯現(xiàn)毒害性的角度考慮， 顯現(xiàn)材料必然由潛在毒害向綠色環(huán)保過(guò)渡， 顯現(xiàn)方法必然由痕跡物證的高效顯現(xiàn)向生物物證的微觀無(wú)損發(fā)展。 建議廣大科研人員在注重提升手印顯現(xiàn)效果的同時(shí)， 更加重視對(duì)手印顯現(xiàn)效果的定量評(píng)價(jià)研究， 確保手印納米顯現(xiàn)技術(shù)體系的完善， 使其在刑事科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域大放異彩。