马荣梁，赵　越，高　峰，韩　柯

（1.公安部物证鉴定中心，北京100038；2.北京市公安局西城分局，北京100055；3.公安海警学院船艇指挥系，浙江宁波315801）



指纹显现技术的发展方向

马荣梁1，赵越2，高峰3，韩柯1

（1.公安部物证鉴定中心，北京100038；2.北京市公安局西城分局，北京100055；3.公安海警学院船艇指挥系，浙江宁波315801）

摘要：指纹是最传统的法庭科学证据之一，也是少数几个可以直接认定嫌疑人的法庭科学证据，在侦查破案及法庭科学诉讼中发挥着重要作用。一般地，指纹技术可以分为指纹显现、鉴定及计算机指纹自动识别技术三大类，指纹显现技术是整个指纹技术的基础。随着现代科技特别是生物化学及仪器分析技术的发展，指纹技术已经并将在以下几方面得到发展：荧光技术，特别是以茚三酮同系物为基础的荧光试剂已成为指纹显现的常规试剂；纳米粒子由于具有独特的优势，在指纹显现中的地位日益重要；免疫技术和适配体技术是指纹显现的一个重要发展方向；疑难客体上的指纹显现技术是实际案件中迫切需要解决的问题；时间分辨和相分辨技术具有重要的理论意义；光谱成像技术适应性非常广泛；核化生危害物质污染后的客体上手印显现技术也是恐怖袭击案件中需要面临的问题。

关键词：指纹（手印）显现；荧光；纳米粒子；免疫技术；时间分辨技术；光谱成像

指纹技术是法庭科学的一门重要学科，指纹证据应用到案舍侦查及法庭诉论已经有一百多年的历史［1-3］。随着指纹自动识别系统的发展（Automated Fingerprint Identification System，AFIS），指纹技术的应用更加广泛，地位更加重要。一般地，指纹技术可以分为三类：指纹显现，鉴定及AFIS技术［1-2］。指纹显现（也称为手印显现）是指将潜在的（即不可见的）指纹使用物理、化学或生物的方法（或以上几种方法的混合）使之变为人眼可见的指纹；指纹鉴定是指将现场收集或显现出的指纹与嫌疑人的指纹捺印样本进行比较，判断两者是否同一；AFIS利用计算机对指纹进行自动分类处理、存储建库、比对检索及应用管理的系统，是IT和计算机技术在指纹鉴定中的应用。

长期以来，指纹技术与DNA和毒品分析等技术相比，发展较为缓慢。然而，自从2000年起，随着基础科学技术的发展及其在法庭科学领域的应用，指纹技术在以下领域得到了迅速的发展。

1　荧光技术

茚三酮是生物学上使用的一种氨基酸显现试剂，于20世纪50年代应用到指纹显现中，成为渗透性客体上手印显现的最有效和应用最为广泛的试剂之一［1］。受茚三酮的启发，20世纪90年代，DFO（1，8二氮芴-9-酮）被应用到指纹显现中。DFO是一种荧光试剂，与氨基酸反应之后，呈淡紫色。DFO的显现灵敏度一般被认为是茚三酮的四倍左右。20世纪末，人们又发明了茚二酮。茚二酮既是显色试剂，又具有荧光，兼具茚三酮和DFO的优点，灵敏度也高于茚三酮，已经在西方发达国家的指纹检验实验室广泛使用［4］。除了DFO及茚二酮等两种重要的荧光试剂外，人们又合成了多种荧光试剂并且应用到指纹显现中，并且与纳米粒子、免疫学技术等结合［5-10］。可以说，荧光技术是指纹显现中目前最为重要的技术之一。

2　纳米粒子

Menzel等［11-12］在荧光半导体纳米粒子（量子点）显现指纹方面进行了开创性的工作，他们的工作主要集中在ZnS，CdS，CdSe，CdTe，InP，InA等高荧光效率量子点上。量子点具有独特的优势，其吸收和发射波长可以根据粒径大小来调节。在Menzel等的研究中，量子点是用于氰基丙烯酸酯（502胶）熏显后的染色，在溶液状态下，硝酸镉与硫酸钠形成了CdS量子点并连接其他配体，形成了量子点（树形）复合物（dendrimer），然后被502熏显后的检材浸泡在量子点复合物溶液中几个小时，使复合物和手印充分结合。值得注意的是，这种量子点复合物只与502熏显后的手印结合，不吸附在未熏显后的手印上。Bouldin等［5］进一步发展了此项方法，使用二酰亚胺在指纹显现前处理手印，使指纹成分中的羧酸基团转化为酯类，然后与量子点配合物反应，生成酰胺类化合物，从而进一步提高了指纹显现效果。总之，CdS复合物提高了纳米颗粒和指纹物质的结合力，为指纹的粉末显现指出了一个新的方向。当然，这种复合物合成稍显困难，操作繁琐，显现时间长，限制了其进一步应用。但无可置疑的是荧光试剂在纳米级别上的应用是指纹显现技术发展的一个重要方向。例如，Jin项目组使用CdS配体显现油脂手印同样取得了很好的效果［13］。

3　免疫技术和适配体技术

免疫技术是一类非常灵敏的技术。Spindler等［15］使用抗左旋氨基酸抗体（作为一抗）与指纹中的氨基酸反应，经过金标放大，并连接带荧光标签的二抗将指纹显现出来。实验中发现，这项技术对非渗透性客体上的陈旧和干燥手印更有效，而对新鲜手印效果稍差。受此影响，Wood等［14，16］使用基于适配体（aptamer）的试剂探测非渗透性客体上的手印同样取得了进展。一些使用此方法显现出的手印能够清晰显现出三级特征，并具有高度的选择性和灵敏性，例如在显现聚偏二氟乙烯膜（PVDF膜）上指纹时可以清晰的观察到：基于适配体的试剂只与指纹的纹线结合，小犁沟内没有任何试剂残留（图1）。适配体已经在生物医学上得到了广泛的应用，考虑到其特性，这种基于适配体的指纹显现方法潜力巨大，但仍应进一步完善，尤其是在日常案舍中常见的和疑难客体上的应用。理论上，适配体有成千上万种，使得适配体可以解决现在许多疑难客体上的手印显现难题。并且，基于适配体的试剂在指纹显现的同时，并可以提供指纹上物质或指纹供体信息，如指纹上粘附的毒品和爆炸残留物等，这样就可以进行犯罪嫌疑人的刻画分析。

图1　使用基于适配体技术显现PVDF膜上的手印［14］

4　疑难客体上的手印显现技术

在实际案舍中，遗留指纹的表面是多种多样的，经常会遇到一些指纹显现的疑难客体，例如人体皮肤、衣物、聚合物钞票、胶带粘面和荧光、花纹干扰等的表面，这些表面上的指纹显现是指纹学家亟待解决的难题。

Jones等［17］使用502熏显/罗丹明6g染色混合真空金属镀膜法（VMD）来检测澳大利亚聚合物钞票上的手印。澳大利亚聚合物钞票是指纹显现的疑难表面，是由聚氨酯化合物，上面染上多种色素和图案，并且这些色素大都具有广谱荧光。采用502熏显/罗丹明6g染色+真空金属镀膜法（VMD）能够显现其上面的新鲜手印。

马荣梁等［18-19］采用了基于炭黑的悬浮液来显现胶带粘面上的手印，在手印显现之前，并采用了若干有机溶剂如丁酮等剥离胶带。碳素墨水也经常用来显现胶带粘面上的手印，因为碳素墨水同样是炭黑的胶体溶液，使用这种方法已经成功地在多起案例中成功地显出了手印。

马荣梁等［20-22］研究了上转换发光粒子在有背景干扰的疑难客体上的手印显现应用上转换发光粒子是一种特殊的物质，在长波长光的激发下，能够发出短波长光。上转换发光物质在天然存在物质中分布很少，一般为稀土化合物。在日常生活中的物品中几乎不存在。因此，使用红外激发上转换发光的物质显现指纹并产生可见荧光，在黑暗背景下激发背景物质是不产生可见荧光的，理论上可以得到黑暗背景中发出明亮荧光的手印，解决背景干扰的难题。上转换发光粒子已经成功地在多个疑难客体上显现出清晰的手印，如澳大利亚聚合物钞票（图2）。

图2　5澳元钞票上的新鲜指纹［21］

5　时间分辨（time-resolve，TR）和相分辨（phaseresolve，PR）技术

时间分辨和相分辨技术也是荧光技术的一种。时间分辨技术能够解决传统荧光技术解决不了的难题，通常时间分辨和相分辨技术需要使用复杂的大型仪器设备，例如脉冲式激光和照相装置。时间分辨技术已被应用到一些指纹的显现［23-25］。但时间分辨技术并不是最新的技术，而是由Murdock和Menzel 在20世纪90年代发明的［26］。时间分辨技术的主要原理是基于背景和指纹显现试剂在荧光寿命上的差别［27］。在时间分辨技术中，荧光寿命是指荧光被激发后的平均衰减时间［25］。时间分辨技术已经被广泛地应用到生物医学中，但目前在指纹中使用的还不多。但现在如指纹试剂与背景在荧光寿命上有毫秒级、微秒级甚至纳秒级的区别，时间分辨技术就能够得到较好的结果（图3）。通常时间分辨技术需要复杂昂贵的仪器设备如激光器、CCD相机、图像增强装置、时间控制装置等，这个特点限制了时间分辨技术的广泛应用，但其能够成功地解决背景图案及荧光的干扰。

图3　使用blitz-gree粉末显现明信片上的手印［25］

相解决技术是比时间解决技术更复杂一些的技术，但理论上两者类似［28-29］。相解决技术是基于荧光相位的不同，在相解决技术中，指纹同样使用脉冲式激光激发，指纹的荧光和背景的荧光将被进行相位的转移，从而指纹和背景荧光的频率（波长）发生了变化，最后导致指纹被从背景中“分离”出来。在相分辨技术中，即使荧光试剂的荧光寿命比背景荧光寿命短，也能够成功显现指纹，而在时间分辨技术中，有时就不太可能。此外，相分辨技术比时间分辨技术的反差要好［28］。当然，相分辨技术同样需要使用大型昂贵的仪器设备，从而限制了其被广泛应用。

6　光谱成像技术

迄今为止，光谱成像技术可能是指纹学家获得的最强大的武器。光谱成像目前使用最多的红外和紫外及可见光光谱成像，事实上，拉曼成像、X射线荧光成像和质谱成像也已经开始在指纹显现中应用［30］。使用光谱成像获取指纹影像的同时，指纹中的某些成分同时也能够被探测出来［31］。理论上，光谱成像技术能够解决指纹显现中的最具挑战性的难题。

红外光谱成像在指纹显现中的应用是由澳大利亚悉尼科技大学Tahtouh等［32-35］进行了尝试。在光谱成像之前，指纹先使用氰基丙烯酸酯熏显，这些丙烯酸酯是经过特殊合成，使其具有某些在红外光谱区具有强烈的吸收。几种疑难客体上的手印使用这种方法进行了检测，包括澳大利亚的聚合物钞票。结果表明：光谱成像对一系列疑难客体上的手印显现都非常有效，例如在澳大利亚的钞票上，显出的指纹可以看出清晰的三级特征，而一般使用其他方法是无法达到的（图4）。在Tahtouh等的工作之后，光谱成像开始在法庭科学的各个领域广泛应用，并取得了长足的进展。

图4　在5澳元纸币上使用氰基丙烯酸乙酯熏显后的手印［36］

7　被生物、化学及核危害物质（核化生）污染后的客体上的指纹显现

“911”之后，在美国发生的“炭疽恐怖袭击”使被核化生灾害事舍中的物证鉴定成为法庭科学家面临的严峻挑战。Hoile等［37］在多种的渗透性和非渗透性客体遗留了手印，然后使用炭疽孢子污染，接着使用甲醛气体进行去污染，在炭疽孢子完全被灭活之后，再使用一系列方法进行手印的显现。研究发现：甲醛气体能够有效地杀灭炭疽孢子，但同样会使氨基酸降解，导致指纹纹线部分缺失。经过进一步的改进，最终建立了一套程序，能够在一小时内对炭疽孢子灭活并且完成指纹的显现（图5）。

图5　纸张上的手印使用甲醛灭活炭疽孢子之后用物理显影液显现［37］

以上就是指纹显现技术近期发展的一些成果。除了指纹显现技术以外，指纹技术仍存在着一些热点方向，如指纹遗留时间的确定，指纹鉴定的概率化表达及建设更强大的指纹自动识别系统等。但指纹显现技术作为指纹技术的基石，地位仍然没有改变，只有从现场提取更多的指纹，才能够为自动识别系统提供更多的素材，并进行犯罪嫌疑人的认定。指纹显现技术的进步将会随着基础科学的发展进步而进步，特别是生物化学、仪器分析化学技术的应用，给指纹显现技术提供了强大的武器。可以预料，在不久的将来，指纹显现技术将会得到迅速的发展。

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（本文编辑：钱煌贵）

鉴定论坛

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

中图分类号：DF794.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2016.02.012

文章编号：1671-2072-（2016）02-0064-06

收稿日期：2015-10-12

基金项目：公安部物证鉴定中心基本科研业务费专项资金项目（2013JB015）

作者简介：马荣梁（1975—），男，副研究员，博士，主要从事指纹检验技术研究。Email：marl2013@163.com。