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让犯罪无处遁形!《JACS》:30秒!AIE让潜在指纹可视化更加快速、清晰-岩拓气凝胶

让犯罪无处遁形!《JACS》:30秒!AIE让潜在指纹可视化更加快速、清晰

指纹,即是表皮上突起的纹线。由于人的指纹是遗传与环境共同作用产生的,因而指纹人人皆有,却各不相同。由于指纹重复率极小,大约150亿分之一,故其称为“人体身份证”。潜在指纹(Latent fingerprints,LFP)是由于手指被汗毛孔分泌的汗液所覆盖,因此它们是由手指触摸物体而形成的。即使彻底擦干手,也很可能会将LFP留在他接触的地方,尤其是光滑表面的物体,LFP是犯罪现场最常见的指纹类型,肉眼几乎看不见。因此,LFP的发展对于解决刑事案件至关重要。

目前用于LFP可视化的方法具有很明显的局限性,例如毒性大、可能对LFP造成破坏、适用场景少,并且往往达不到level 3的高对比度和分辨率(3级详细信息是指纹的微观详细信息,主要包括脊边缘的形状以及脊和孔的宽度)的显影效果。

基于以上问题,武汉光电国家研究中心的李冲教授与华中科技大学的朱明强教授合作开发出了一种新型的用于LFP可视化的AIE分子,具有制备与操作简单、无毒、分辨率高(LEVEL 3)以及适用于多场景的特点,30 s内便能形成具有高对比度和分辨率的清晰指纹图案。相关成果以“Real-Time Fluorescence In Situ Visualization of Latent FingerprintsExceeding Level 3 Details Based on Aggregation-Induced Emission”为题发表在《JACS》上。

图文解析

1、TPA-1OH的合成与AIE特性

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图1 (a)TPA-1OH的合成示意图。(b)TPA-1OH在水(10μM)和固态下的归一化吸收光谱和发射光谱。(c)水中和EA/水混合物中TPA-1OH的发射光谱,EA含量为99%。插图:在365 nm辐射(5μM)下,EA/水混合物中EA分数分别为0%和99%的TPA-1OH的荧光照片。

2、 TPA-1OH应用于LFP的可视化及其机制

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图2(a)在405 nm辐照下用不同浓度的TPA-1OH水溶液显影的LFP的RGB真彩色图像(比例尺:5 mm)。(b)文字“ LFP”的荧光照片(在405 nm照射下),写有LFP中常见的不同物质并喷有TPA-1OH水溶液。(c)使用TPA-1OH水溶液进行LFP显影的机理图

 

研究者首先将合成的AIE分子用于LPF的成像。为了评估TPA-1OH的LFP显影效果,将带有指纹的箔纸以不同浓度浸入TPA-1OH的水溶液中1分钟。在405 nm照射下,随着染料浓度的增加,指纹逐渐可见。指纹图像在较低的染料浓度(5和10μM)下不明显,而在染料浓度为30和50μM时清晰可见(图2a)。并且,毒性测试表明,其在0、10和30μM时无毒性,在50μM时低毒性。

接着,为了验证LFP中的哪些成分可以被识别并与TPA-1OH结合,使用LFP中主要成分的溶液,在金属板上写下了字符“LFP”。结果表明,只有由脂质成分书写的“ LFPs”图案发出强烈的荧光,并且清晰可见,表明该探针确实染色了LFPs中的脂质化合物(图2b)。当TPA-1OH水溶液与LFPs接触时,分子将粘附在LFPs的脂质分泌物上,这很可能是由于LFPs中脂质分泌相的疏水-疏水相互作用和TPA-1OH的亲脂性末端造成的。一旦与LFP中的脂质分泌结合,TPA-1OH分子就能够由于脂质分泌的粘性效应而引起的分子内运动(RIM)的限制而发出强烈的荧光。

3、动力学研究

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图3(a)在TPA-1OH水溶液中,在405 nm照射下,锡箔上LFP的实时荧光原位显影(比例尺:5mm)。(b)在白圈区域中荧光强度的时间分辨变化。(c)在不同时间穿过绿线的指纹脊和沟之间的荧光强度对比度变化。

 

随后,研究者进行了动力学研究。如图3a所示,指纹的轮廓在3 s后逐渐可见,指纹的静脉逐渐清晰可见,在大约11 s内观察到清晰的指纹图样,表明TPA-1OH的便捷原位成像能力。如图3b所示,荧光强度在前5 s迅速增加到几乎一半的最大值,然后缓慢增加。30 s后,荧光强度几乎不变。跨越绿线的指纹脊和犁沟之间的信号强度变化(图3c)也表明TPA-1OH可以实时显影出清晰的脊线和绿线高对比度的指纹图像,显示出快速的显影能力。

 

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图4 (a)在TPA-1OH水溶液(比例尺:5毫米)显影的不同基材上,整个LFP的RGB真彩色照片(在405 nm照射下)。(b)由TPA-1OH水溶液显影的箔、纸卡和塑料上的局部LFP的1级,2级和3级详细信息,以及穿过绿线的指纹脊和沟槽之间的荧光强度变化(比例尺:5毫米)。

研究者进一步研究TPA-1OH探针的通用性,通过将不同材料在TPA-1OH(30μM水中)中浸泡1分钟。结果表明,在不同基质上均可以很好的成像(图4a),并且成像等级达到了level 3(图4b)。

5. TPA-1OH应用于LFP的高分辨率成像

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图5 LFP的微观形貌,以光学成像和SEM为特征。(a)来自一名志愿者的LFP脊部分区域的明场图像和(b)传统荧光图像(目标:10倍)。(c)LFP脊中相同区域的脂质沉积点的明场图像,(d)传统荧光图像和(e)超分辨率图像,其放大率比(a)大(目标:100倍)。LFP脊的SEM图像分别为(f)600倍和(g)5000倍。(h)(e)的超分辨率成像中每个定位事件的光子计数分布。使用单指数拟合计算平均光子数。(i)(e)的整体分辨率,由傅立叶环相关性(FRC)确定。将用于光学成像的LFP样品浸泡在TPA-1OH水溶液中。将用于SEM的LFP样品用水预先浸泡以除去水溶性分泌物,然后在室温下干燥,然后进行测试。

 

最后,为了获得有关超过level 3的LFP的更详细的信息,采用超分辨率荧光成像来获取LFP的纳米细节。在明场光学图像中可以大致识别出部分区域LFP(图6a)。在TPA-1OH染色后,常规荧光图像中可以观察到LFP和汗孔的轮廓清晰(图6b)。可以看出,指纹由大量不同大小的沉积物组成,这与SEM图像一致(图6f和g)。结合超分辨率成像的荧光成像可以直观地显示更高分辨率的脂质沉积物,并有助于加深对脂质沉积物的了解。

 

总结

总之,TPA-1OH具有亲水-疏水分子结构的造成其能与指纹中的脂质结合,由于RIM在疏水端附着在指纹的脂质分泌物上而形成了强烈的红色荧光。可以在几秒钟内观察到指纹轮廓,在30 s内可以观察到具有高对比度和分辨率的清晰指纹图案。它有望成为一些模糊且难以辨认的指纹的指示器,以方便法医提取嫌疑人的DNA信息。

原文链接:

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

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