指紋,即是表皮上突起的紋線。由于人的指紋是遺傳與環(huán)境共同作用產(chǎn)生的,因而指紋人人皆有,卻各不相同。由于指紋重復(fù)率極小,大約150億分之一,故其稱為“人體身份證”。潛在指紋(Latent fingerprints,LFP)是由于手指被汗毛孔分泌的汗液所覆蓋,因此它們是由手指觸摸物體而形成的。即使徹底擦干手,也很可能會(huì)將LFP留在他接觸的地方,尤其是光滑表面的物體,LFP是犯罪現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的指紋類型,肉眼幾乎看不見(jiàn)。因此,LFP的發(fā)展對(duì)于解決刑事案件至關(guān)重要。

目前用于LFP可視化的方法具有很明顯的局限性,例如毒性大、可能對(duì)LFP造成破壞、適用場(chǎng)景少,并且往往達(dá)不到level 3的高對(duì)比度和分辨率(3級(jí)詳細(xì)信息是指紋的微觀詳細(xì)信息,主要包括脊邊緣的形狀以及脊和孔的寬度)的顯影效果。

基于以上問(wèn)題,武漢光電國(guó)家研究中心的李沖教授與華中科技大學(xué)的朱明強(qiáng)教授合作,開(kāi)發(fā)出了一種新型的用于LFP可視化的AIE分子,具有制備與操作簡(jiǎn)單、無(wú)毒、分辨率高(LEVEL 3)以及適用于多場(chǎng)景的特點(diǎn),30 s內(nèi)便能形成具有高對(duì)比度和分辨率的清晰指紋圖案。相關(guān)成果以“Real-Time Fluorescence In Situ Visualization of Latent FingerprintsExceeding Level 3 Details Based on Aggregation-Induced Emission”為題發(fā)表在《JACS》上。

圖文解析

1、TPA-1OH的合成與AIE特性

讓犯罪無(wú)處遁形!《JACS》:30秒!AIE讓潛在指紋可視化更加快速、清晰
圖1 (a)TPA-1OH的合成示意圖。(b)TPA-1OH在水(10μM)和固態(tài)下的歸一化吸收光譜和發(fā)射光譜。(c)水中和EA/水混合物中TPA-1OH的發(fā)射光譜,EA含量為99%。插圖:在365 nm輻射(5μM)下,EA/水混合物中EA分?jǐn)?shù)分別為0%和99%的TPA-1OH的熒光照片。

2、 TPA-1OH應(yīng)用于LFP的可視化及其機(jī)制

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圖2(a)在405 nm輻照下用不同濃度的TPA-1OH水溶液顯影的LFP的RGB真彩色圖像(比例尺:5 mm)。(b)文字“ LFP”的熒光照片(在405 nm照射下),寫有LFP中常見(jiàn)的不同物質(zhì)并噴有TPA-1OH水溶液。(c)使用TPA-1OH水溶液進(jìn)行LFP顯影的機(jī)理圖

 

研究者首先將合成的AIE分子用于LPF的成像。為了評(píng)估TPA-1OH的LFP顯影效果,將帶有指紋的箔紙以不同濃度浸入TPA-1OH的水溶液中1分鐘。在405 nm照射下,隨著染料濃度的增加,指紋逐漸可見(jiàn)。指紋圖像在較低的染料濃度(5和10μM)下不明顯,而在染料濃度為30和50μM時(shí)清晰可見(jiàn)(圖2a)。并且,毒性測(cè)試表明,其在0、10和30μM時(shí)無(wú)毒性,在50μM時(shí)低毒性。

接著,為了驗(yàn)證LFP中的哪些成分可以被識(shí)別并與TPA-1OH結(jié)合,使用LFP中主要成分的溶液,在金屬板上寫下了字符“LFP”。結(jié)果表明,只有由脂質(zhì)成分書寫的“ LFPs”圖案發(fā)出強(qiáng)烈的熒光,并且清晰可見(jiàn),表明該探針確實(shí)染色了LFPs中的脂質(zhì)化合物(圖2b)。當(dāng)TPA-1OH水溶液與LFPs接觸時(shí),分子將粘附在LFPs的脂質(zhì)分泌物上,這很可能是由于LFPs中脂質(zhì)分泌相的疏水-疏水相互作用和TPA-1OH的親脂性末端造成的。一旦與LFP中的脂質(zhì)分泌結(jié)合,TPA-1OH分子就能夠由于脂質(zhì)分泌的粘性效應(yīng)而引起的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)(RIM)的限制而發(fā)出強(qiáng)烈的熒光。

3、動(dòng)力學(xué)研究

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圖3(a)在TPA-1OH水溶液中,在405 nm照射下,錫箔上LFP的實(shí)時(shí)熒光原位顯影(比例尺:5mm)。(b)在白圈區(qū)域中熒光強(qiáng)度的時(shí)間分辨變化。(c)在不同時(shí)間穿過(guò)綠線的指紋脊和溝之間的熒光強(qiáng)度對(duì)比度變化。

 

隨后,研究者進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究。如圖3a所示,指紋的輪廓在3 s后逐漸可見(jiàn),指紋的靜脈逐漸清晰可見(jiàn),在大約11 s內(nèi)觀察到清晰的指紋圖樣,表明TPA-1OH的便捷原位成像能力。如圖3b所示,熒光強(qiáng)度在前5 s迅速增加到幾乎一半的最大值,然后緩慢增加。30 s后,熒光強(qiáng)度幾乎不變??缭骄G線的指紋脊和犁溝之間的信號(hào)強(qiáng)度變化(圖3c)也表明TPA-1OH可以實(shí)時(shí)顯影出清晰的脊線和綠線高對(duì)比度的指紋圖像,顯示出快速的顯影能力。

 

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圖4 (a)在TPA-1OH水溶液(比例尺:5毫米)顯影的不同基材上,整個(gè)LFP的RGB真彩色照片(在405 nm照射下)。(b)由TPA-1OH水溶液顯影的箔、紙卡和塑料上的局部LFP的1級(jí),2級(jí)和3級(jí)詳細(xì)信息,以及穿過(guò)綠線的指紋脊和溝槽之間的熒光強(qiáng)度變化(比例尺:5毫米)。

研究者進(jìn)一步研究TPA-1OH探針的通用性,通過(guò)將不同材料在TPA-1OH(30μM水中)中浸泡1分鐘。結(jié)果表明,在不同基質(zhì)上均可以很好的成像(圖4a),并且成像等級(jí)達(dá)到了level 3(圖4b)。

5. TPA-1OH應(yīng)用于LFP的高分辨率成像

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圖5 LFP的微觀形貌,以光學(xué)成像和SEM為特征。(a)來(lái)自一名志愿者的LFP脊部分區(qū)域的明場(chǎng)圖像和(b)傳統(tǒng)熒光圖像(目標(biāo):10倍)。(c)LFP脊中相同區(qū)域的脂質(zhì)沉積點(diǎn)的明場(chǎng)圖像,(d)傳統(tǒng)熒光圖像和(e)超分辨率圖像,其放大率比(a)大(目標(biāo):100倍)。LFP脊的SEM圖像分別為(f)600倍和(g)5000倍。(h)(e)的超分辨率成像中每個(gè)定位事件的光子計(jì)數(shù)分布。使用單指數(shù)擬合計(jì)算平均光子數(shù)。(i)(e)的整體分辨率,由傅立葉環(huán)相關(guān)性(FRC)確定。將用于光學(xué)成像的LFP樣品浸泡在TPA-1OH水溶液中。將用于SEM的LFP樣品用水預(yù)先浸泡以除去水溶性分泌物,然后在室溫下干燥,然后進(jìn)行測(cè)試。

 

最后,為了獲得有關(guān)超過(guò)level 3的LFP的更詳細(xì)的信息,采用超分辨率熒光成像來(lái)獲取LFP的納米細(xì)節(jié)。在明場(chǎng)光學(xué)圖像中可以大致識(shí)別出部分區(qū)域LFP(圖6a)。在TPA-1OH染色后,常規(guī)熒光圖像中可以觀察到LFP和汗孔的輪廓清晰(圖6b)。可以看出,指紋由大量不同大小的沉積物組成,這與SEM圖像一致(圖6f和g)。結(jié)合超分辨率成像的熒光成像可以直觀地顯示更高分辨率的脂質(zhì)沉積物,并有助于加深對(duì)脂質(zhì)沉積物的了解。

 

總結(jié)

總之,TPA-1OH具有親水-疏水分子結(jié)構(gòu)的造成其能與指紋中的脂質(zhì)結(jié)合,由于RIM在疏水端附著在指紋的脂質(zhì)分泌物上而形成了強(qiáng)烈的紅色熒光??梢栽趲酌腌妰?nèi)觀察到指紋輪廓,在30 s內(nèi)可以觀察到具有高對(duì)比度和分辨率的清晰指紋圖案。它有望成為一些模糊且難以辨認(rèn)的指紋的指示器,以方便法醫(yī)提取嫌疑人的DNA信息。

原文鏈接:

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00124

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