讓犯罪無處遁形!《JACS》:30秒!AIE讓潛在指紋可視化更加快速、清晰

指紋,即是表皮上突起的紋線。由於人的指紋是遺傳與環境共同作用產生的,因而指紋人人皆有,卻各不相同。由於指紋重復率極小,大約150億分之一,故其稱為“人體身份證”。潛在指紋(Latent fingerprints,LFP)是由於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。即使徹底擦幹手,也很可能會將LFP留在他接觸的地方,尤其是光滑表面的物體,LFP是犯罪現場最常見的指紋類型,肉眼幾乎看不見。因此,LFP的發展對於解決刑事案件至關重要。

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

基於以上問題,武漢光電國傢研究中心的李沖教授與華中科技大學的朱明強教授合作開發出瞭一種新型的用於LFP可視化的AIE分子,具有制備與操作簡單、無毒、分辨率高(LEVEL 3)以及適用於多場景的特點,30 s內便能形成具有高對比度和分辨率的清晰指紋圖案。相關成果以“Real-Time Fluorescence In Situ Visualization of Latent FingerprintsExceeding Level 3 Details Based on Aggregation-Induced Emission”為題發表在《JACS》上。

圖文解析

1、TPA-1OH的合成與AIE特性

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圖1 (a)TPA-1OH的合成示意圖。(b)TPA-1OH在水(10μM)和固態下的歸一化吸收光譜和發射光譜。(c)水中和EA/水混合物中TPA-1OH的發射光譜,EA含量為99%。插圖:在365 nm輻射(5μM)下,EA/水混合物中EA分數分別為0%和99%的TPA-1OH的熒光照片。

2、 TPA-1OH應用於LFP的可視化及其機制

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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中常見的不同物質並噴有TPA-1OH水溶液。(c)使用TPA-1OH水溶液進行LFP顯影的機理圖

研究者首先將合成的AIE分子用於LPF的成像。為瞭評估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。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時清晰可見(圖2a)。並且,毒性測試表明,其在0、10和30μM時無毒性,在50μM時低毒性。

接著,為瞭驗證LFP中的哪些成分可以被識別並與TPA-1OH結合,使用LFP中主要成分的溶液,在金屬板上寫下瞭字符“LFP”。結果表明,隻有由脂質成分書寫的“ LFPs”圖案發出強烈的熒光,並且清晰可見,表明該探針確實染色瞭LFPs中的脂質化合物(圖2b)。當TPA-1OH水溶液與LFPs接觸時,分子將粘附在LFPs的脂質分泌物上,這很可能是由於LFPs中脂質分泌相的疏水-疏水相互作用和TPA-1OH的親脂性末端造成的。一旦與LFP中的脂質分泌結合,TPA-1OH分子就能夠由於脂質分泌的粘性效應而引起的分子內運動(RIM)的限制而發出強烈的熒光。

3、動力學研究

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

隨後,研究者進行瞭動力學研究。如圖3a所示,指紋的輪廓在3 s後逐漸可見,指紋的靜脈逐漸清晰可見,在大約11 s內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,熒光強度在前5 s迅速增加到幾乎一半的最大值,然後緩慢增加。30 s後,熒光強度幾乎不變。跨越綠線的指紋脊和犁溝之間的信號強度變化(圖3c)也表明TPA-1OH可以實時顯影出清晰的脊線和綠線高對比度的指紋圖像,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,2級和3級詳細信息,以及穿過綠線的指紋脊和溝槽之間的熒光強度變化(比例尺:5毫米)。

研究者進一步研究TPA-1OH探針的通用性,通過將不同材料在TPA-1OH(30μM水中)中浸泡1分鐘。結果表明,在不同基質上均可以很好的成像(圖4a),並且成像等級達到瞭level 3(圖4b)。

5. TPA-1OH應用於LFP的高分辨率成像

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圖5 LFP的微觀形貌,以光學成像和SEM為特征。(a)來自一名志願者的LFP脊部分區域的明場圖像和(b)傳統熒光圖像(目標:10倍)。(c)LFP脊中相同區域的脂質沉積點的明場圖像,(d)傳統熒光圖像和(e)超分辨率圖像,其放大率比(a)大(目標: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定位事件的光子計數分佈。使用單指數擬合計算平均光子數。(i)(e)的整體分辨率,由傅立葉環相關性(FRC)確定。將用於光學成像的LFP樣品浸泡在TPA-1OH水溶液中。將用於SEM的LFP樣品用水預先浸泡以除去水溶性分泌物,然後在室溫下幹燥,然後進行測試。

最後,為瞭獲得有關超過level 3的LFP的更詳細的信息,采用超分辨率熒光成像來獲取LFP的納米細節。在明場光學圖像中可以大致識別出部分區域LFP(圖6a)。在TPA-1OH染色後,常規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沉積物,並有助於加深對脂質沉積物的瞭解。

總結

總之,TPA-1OH具有親水-疏水分子結構的造成其能與指紋中的脂質結合,由於RIM在疏水端附著在指紋的脂質分泌物上而形成瞭強烈的紅色熒光。可以在幾秒鐘內觀察到指紋輪廓,在30 s內可以觀察到具有高對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的指紋的指示器,以方便法醫提取嫌疑人的DNA信息。

原文鏈接:

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

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