成像技术在潜在指纹成分分析中的应用

林佳曼，向 平，贠克明，武丽娜，孙其然

（1.司法鉴定科学研究院 上海市司法鉴定专业技术服务平台 司法部司法鉴定重点实验室，上海 200063；2.山西医科大学 法医学院，山西 晋中 030600）

指纹是刑事侦查中常见的证据，且对每个人而言都是独一无二的。 当嫌疑人用手碰触到物体表面时，指纹就可能会留在犯罪现场，因此可通过指纹进行身份识别并确定罪犯。 在DNA 鉴定出现后的一段时期，指纹仍然是刑侦调查中最优先考虑的个人身份识别工具。 在2009年之前，利用指纹成功破案的案件量约是DNA 鉴定的十倍。 从19 世纪认识到指纹检验的重要性以来，指纹一直是法证调查必不可或缺的一部分。

根据手指是否粘附有色介质，可将指纹分为可见指纹和潜在指纹。 潜在指纹是指尖脊状表皮与物体表面接触后，将汗液和皮肤成分转移到接触面上而留下的特殊痕迹。 这类指纹肉眼不易观察到，但最为常见，其显现过程是案件侦破的关键。潜在指纹的常规显现方法包括使用指纹磁粉（铁粉和碳粉的混合物）、α-氰基丙烯酸酯（502）熏显和化学显影剂（如茚三酮或 1,8-二氮-9-芴酮显影）等。 此外，Au和 CdSe/ZnS纳米粒子、硅酮化合物、壳聚糖/三聚磷酸盐/ L-赖氨酸缀合物等新型材料也可用于增强潜在指纹，可根据犯罪现场的具体表面进行选择。上述方法主要通过显现指纹图案来分析形态特征，但无法分析指纹中的具体化学成分。

化学成像技术如光谱成像、质谱成像和免疫成像技术不仅可以显现指纹的纹线形态特征，还可以对指纹上的具体化学物质的分布情况进行可视化分析。 WEI 等已对2016年以前的指纹化学成像技术做过详细的总结，本文在具有代表性重要成果的基础上，对其未总结的文献加以补充，并讨论2016年至今的最新研究进展情况，以期为指纹鉴定工作提供方法参考。

1 指纹化学成分

人体的分泌腺有外分泌腺、皮脂腺和顶分泌腺3 种类型，每一种都会产生不同种类的体液。 外分泌腺位于全身皮肤， 但在手掌和足底皮肤表面的密度更高，其分泌的汗液由98%~99%的水、各种无机成分（钠、钾、镁、钙、氯化物、碳酸氢盐、硫酸盐和磷酸盐等）以及少量有机成分（氨基酸、脂肪酸、蛋白质、尿素等）组成。 皮脂腺遍布除了手掌和足底以外的全身皮肤，主要由脂肪酸、甘油三酯、角鲨烯、胆固醇、胆固醇酯和蜡酯组成。 顶分泌腺主要位于腋窝和会阴部，含有蛋白质、胆固醇、类固醇和铁。 虽然手指上没有皮脂腺和顶分泌腺，但在触摸了身体上存在这些腺体的区域后，指纹中也可能存在上述分泌物。 尽管人体内源性生理成分大体相同，但是指纹中各种化合物及其含量都可能存在差异，内源性影响因素包括年龄、性别、种族、饮食、摄入药物和身体状况等，外源性因素包括灰尘、化妆品等接触物质。 例如，人体内的氨基酸含量会因个体新陈代谢的生理状态而略有不同，也可能受到某些药物或食物的影响，这种轻微的变化可发生在几个小时之内。 部分摄入药物的原体及其代谢产物可经汗液排出体外，通过检测汗液可鉴定是否滥用摄入药物。 因此，潜在指纹化学成分的检测已成为用于辅助和增强对嫌疑人或受害者识别的有力工具。

2 光谱分析

2.1 红外光谱

傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）分析技术检测速度快、分析精度高，且对样品不会造成破坏，操作相对便捷，在法庭科学领域的应用愈来愈广泛。 该技术可对指纹样品进行原位成像，配备的焦平面阵列（focal plane array,FPA）检测器可同时测量样品中不同位置的红外光谱，从而能够对相对较大的样品区域进行快速分析；利用衰减全反射（attenuated total reflection, ATR）组件可直接检测样品表面。 ATR-FTIR 成像提供了样品中不同组分的组成、浓度和空间关系的二维化学图像，与使用单元件检测器的传统光谱测量相比，可在单次测量中将非均匀分布的痕量材料的检测灵敏度提高了几个数量级。 由于FTIR 图像是基于光谱化学信号的差异，而非样品对红外光的直接响应，因此其更适合于收集各种复杂表面的潜在指纹图像。 例如， 有澳大利亚学者使用该方法增强显现了塑料钞票上的潜在指纹，空间分辨率约为44 μm。

WILLIAMS 等最先使用显微红外光谱法以约10 μm 的空间分辨率，将指纹上单颗油脂液滴可视化，获得了可重复的内源性指纹残留物光谱图。 GRANT 等证实了可从潜在指纹中的接触混合物（布洛芬、维生素C、非乳制奶精和低脂糖的粉末）中识别出不同成分。 上述结果表明，显微红外光谱成像是一种快速、强大、无损的分析技术，可准确识别潜在指纹中留下的物质。 RICCI等首次将胶带提取指纹法与ATR-FTIR 光谱成像相结合，使用3 种不同的ATR 组件（锗、硒化锌和金刚石）成功区分了指纹中不同粒径的布洛芬和扑热息痛混合物，报告了3 种不同ATR 组件的ATR-FTIR 成像灵敏度。 该结果表明，选择合适的附件对实现特定样品的成像和空间分辨率具有重要意义。 同时，RICCI 等还比较了使用普通胶带（聚丙烯酸酯基胶带）和聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）薄膜提取对检测指纹中隐藏药物残留物的影响。 结果表明，与普通胶带相比，PDMS 薄膜在羰基区域产生的干扰较小，且不会降低药物的检出限。

通过ATR-FTIR 成像，能够根据指纹区域的化学成分不同分离叠加的潜在指纹，并无损检测指纹脊间存在的痕迹证据。 指纹的化学成分组成高度依赖于年龄，儿童和成人之间的区别是在成人的小汗腺和皮脂腺汗液条带中含有丰富的羧酸（C-H 3000 cm；C=O1713cm；CH1463 cm）。HEMMILA 等将FTIR 光谱与偏最小二乘回归法相结合，证明了成分组合与年龄之间的线性关系，这意味着可通过指纹提供犯罪分子的年龄信息。ATR-FTIR 还可在指纹中检测出爆炸残留物，有助于确定制造炸弹的嫌疑人，也可通过在指纹中找到火药沉积物来证明嫌疑人是否开过枪。 BANAS等首次将光热红外（optical-photothermal infrared,O-PTIR）显微镜技术用于分析指纹中的高爆炸性材料颗粒。 与ATR-FTIR 相比，该技术不仅可在不实际接触烈性炸药并保持证据原始状态的情况下检测和识别，还可通过远场反射模式，在红外波长的衍射极限以下，提供更灵敏的亚微米空间分辨率的透射光谱，为指纹内外源性物质的无损、高效分析开辟了新的途径。

2.2 拉曼光谱

当入射光照射到物质上时，部分光子会发生散射现象，其中大部分与光源相同的频率发生弹性碰撞，而不发生能量交换的光散射为瑞利散射，另一小部分（约10%）以比光源或低或高频率发生非弹性碰撞的光散射为拉曼散射。 入射光和拉曼散射之间的能量差对应于分子振动/转动的变化，因此可用于定性分析。 拉曼光谱提供的信息与红外光谱提供的信息互补。 拉曼光谱属于无损检验，可用于固体、气体和液体样品的分析，主要缺点是信号较弱、荧光干扰强。 之前只能通过使用与待测物分子电子跃迁频率相差较大的激发光源来避免其荧光干扰，而现在可通过光漂白技术，即在获得光谱之前将样品长时间暴露于激光束，或者通过使用激发波长在紫外或红外区域的拉曼光谱仪来减少干扰。 指纹中的荧光干扰常归因于皮脂，如果用粉末显影的指纹图谱，这种荧光会减少。 指纹粉能降低皮脂在激光下的拉曼散射，因此背景荧光减弱甚至完全消除。有实验证明用粉末显影的潜在指纹不妨碍鉴定药物，但在定位污染物颗粒时，会延长分析时间。

DAY 等将拉曼光谱用于潜在指纹中非法药物及其掺杂物的检测，从咖啡因、阿司匹林、扑热息痛、淀粉和滑石的混合物中，区分出了磷酸可待因、盐酸可卡因、硫酸安非他明、巴比妥和硝西泮这5种滥用药物，并进一步证实了502 熏显不会干扰指纹中外源物质的检测。 拉曼光谱还能用于胶带粘取的指纹或聚乙烯物证袋中指纹中的甲基苯丙胺、可卡因、氯胺酮的检测，该检测不需要移除保护层，降低了污染的可能性。此外，在指纹物质的动力学衰变研究方面，ANDERSSON 等应用拉曼光谱分析指纹物质类胡萝卜素到蛋白质的衰变过程，即：类胡萝卜素>角鲨烯>不饱和脂肪酸>蛋白质。

虽然拉曼光谱能够区分指纹中的不同物质，但其对某些物质的检测灵敏度并不高，尤其是存在荧光干扰的情况，随着纳米技术的发展，表面增强拉曼光谱（surface-enhanced raman spectroscopy, SERS）克服了该问题。SERS 是指当待测物分子非常接近某些具有表面增强活性的纳米颗粒时，分子的拉曼信号显著增强，荧光被显著抑制，这可将检测的灵敏度提高八个数量级。 利用SERS 成像技术很容易检测到潜在指纹中的蛋白质，这主要源于蛋白质和抗体之间的特异性相互作用。 此外，ZHANG等还首次引入了一种聚多巴胺（PDA）触发金生长的方法，将拉曼活性分子封闭在铜纳米颗粒中，制备了超亮、多重SERS 标签，并通过与特异性抗体的结合赋予其高选择性，开发出一种同时识别多个指纹或在单个指纹中识别多个痕量残留物（溶菌酶、可替宁和人IgG）的成像方法，单个指纹中不同残基的多重成像比单独使用单色成像提供了更丰富、更准确的化学信息。

银-氧化亚铜/还原氧化石墨烯（Ag-CuO/rGO）纳米复合材料具有固有的类过氧化物酶活性，能在HO存在下快速催化过氧化物酶底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的氧化。 GUO 等利用该方法高灵敏度的特性，检测指纹中HO和葡萄糖的含量，并能通过指纹上的葡萄糖水平来区分糖尿病人和正常人。 由于便携式手持拉曼仪的发明为现场检测提供了便利，使得拉曼光谱技术正在逐步突破仅在诊断和筛查上使用的局面，如何利用其解决定量问题是未来发展的热点。

3 质谱分析

3.1 基质辅助激光解吸电离质谱成像

基质辅助激光解吸电离（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）是近年来快速发展的一种新型软电离技术，基本原理是将样品分散在基质分子中并形成共结晶，当用激光照射晶体时，基质从激光中吸收能量传递给样品分子，两者发生电荷转移共同升华后进入气相。 MALDI 与飞行时间质谱检测器（TOF）联用，对大分子、非挥发性和热不稳定性的化合物可不经分离就直接测定，基本不产生碎片峰，且仪器灵敏度高、测定速度快，易于实现高通量，可对蛋白质进行大规模的鉴定及生物大分子的分子量测定。

通过基质辅助激光解吸电离质谱成像（matrixassisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging, MALDI-MSI）检测指纹中天然存在的脂质，WOLSTENHOLME 等绘制了这些成分在修饰和未修饰指纹中分布的脊线细节图像，灵敏度较高，可用于犯罪现场潜在指纹的分析；通过检测指纹中的肽和蛋白质，并进行多变量建模后，MALDI-MSI指纹分析对性别鉴定的准确率达到85%；通过检测指纹上沾染的安全套润滑剂，MALDI-MSI 可为性侵犯罪行为的指控提供更有力的证据；还可通过分离内源和外源性物质的成像，使其成为分离重叠指纹的分析工具。 此外，成像信息还可帮助确定指纹中检测到的化学物质是来自接触还是代谢产生的。 例如，接触非法物质或爆炸物后留下的指纹残留物可能在整个指纹图谱中显示出不均匀的分布，相反，如果化合物是通过代谢产生的，则其离子模式应该是均匀可见的。

GROENEVELD 等的研究表明，对指纹部分进行502 熏显、真空金属沉积等前处理，并不影响MALDI-MSI 对非法药物及其代谢产物的检测。KAPLAN-SANDQUIST 等进一步比较了 4 种指纹图谱显现技术（用常规黑色潜指纹粉、指纹粉显影后用导电胶带提取、502 熏后用指纹粉显影以及直接在指纹残留物上喷洒 MALDI 基质 CHCA）在MALDI/TOF 质谱分析中的检出率，结果以黑色指纹粉和MALDI 基质的结果最佳，为今后样品制备提供了指导。

虽然指纹作为一种可信的身份识别手段已被广泛使用，但目前还没有可靠的方法来确定潜在指纹形成的时间。 如果能够建立相关分析方法将对案件侦查有很大帮助。 O’NEILL 等利用MALDI-MSI技术，研究了脂肪酸和甘油三酯两类内生指纹化合物在4 种表面上（普通玻璃显微镜载玻片、经过Rain-x 处理的玻璃显微镜载玻片、不锈钢载玻片和聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物透明胶带的非粘接面）的指纹图谱，从指纹脊向指纹谷的扩散情况来探索确定指纹年龄的可能性。 基于扩散模型，O’NEILL 等预计较高分子量的甘油三酯会比脂肪酸扩散得慢，然而，研究结果表明内源性化合物与表面之间的相互作用对扩散的影响要比分子量大得多。 虽然分子量较高的甘油三酯在疏水表面的扩散速度比脂肪酸慢，但脂肪酸在亲水表面的扩散速度可能比甘油三酯慢。 这项研究表明，确定指纹年龄的方法比之前提出的要复杂得多，因为单靠分子量不能表明内源性化合物在给定表面上扩散的速度，而给定化合物的扩散速度也可能取决于表面。HINNERS 等研究了潜在指纹残留物中甘油三酯和其他脂质的老化，还分析了沾有显影粉（碳粉）的指纹，以确定该方法在案件中的适用性。 实验结果发现，不饱和甘油三酯经过环境臭氧的分解会随着时间的减少而减少。 同时，出现了2 个与环境臭氧分解引起的不饱和甘油三酯降解有关的化合物系列（O7 和 O8 系列），且可在 1 d 内检测到。 跟踪不饱和甘油三酯随时间降解的实验已被证明在多个个体中是相对可重复的，由此可作为分析潜在指纹年龄的一种方法。 个体降解率的差异归因于指纹中不饱和脂质丰度的差异。 重要的是，即使在使用显影粉之后，甘油三酯及其臭氧分解产物也可使用MALDI-MSI 在潜在指纹中检测到，这使得该方法更符合当前的法庭科学实践，并简化了流程。

在开发兼备指纹可视化功能和作为MALDI 基质的物质的研究中，碳基指纹粉（carbon fingerprint powder, CFP）和二氧化钛纳米颗粒（TiONPs）具有显著效果。由于高背景和高污染，早期研究人员一直避免使用CFP 作为基质，然而CFP 被证明与MALDIMSI 是相容的，特别是通过高分辨率质谱，可以很容易地从碳簇峰中识别出相关指纹化合物。 而用电喷雾将TiONPs 喷在指纹上，对于检测甘油三酯而言，会比传统的DHB 基质有明显优势。 此外，TiONPs 作为基质，还可分析其他内源物质（如胆固醇酯和甘油二酯）以及外源性物质（如化妆品成分）。 这两种方法对指纹图案没有破坏，并且为指纹的可视化创造了很大的反差，便于指纹识别。

根据指纹中化学成分的不同，MALDI-MSI 可区分不同个体的指纹，单一化合物的存在可能不足以提供有关个人的详细信息，但综合多种化合物可以提供一个人的生活方式。HINNERS 等研究了指纹中残留的各种品牌的杀虫剂和防晒霜，以及食用油、乙醇和柑橘类水果，根据留下的活性成分或独特化合物，使品牌区分和来源确定成为可能，并对关键化合物进行了二级质谱分析，以便在单次多重质谱成像数据采集中能够可靠地鉴定这些化合物。虽然研究的外源化合物并不详尽，但结合多重MSI的外源化合物数据库的进一步开发，将有助于通过指纹化合物来确定生活方式。

3.2 表面辅助激光解吸电离质谱成像

MAIDI-MSI 很少用于分析小分子量的化合物，这是因为有机小分子基质也发生电离，产生背景信号，在低于700 Da 的质量范围内会出现基质峰，对小分子量化合物产生干扰，且MALDI-MSI 缺乏通用基质，当分析物与基质共结晶不均匀时，样品间重现性较差。 因此，引入了表面辅助激光解吸电离质谱成像（surface-assist laser desorption/ionization mass spectrometry imaging，SALDI-MSI）技术来解决上述问题。 SALDI 和MALDI 本身非常接近，通过吸收激光能量并将其转移到被分析物中进行解吸，不仅保护了分析物不受激光直接冲击，减少分析物碎片化，而且还帮助分析物电离。与MALDI-MSI 相比，SALDI-MSI 不需要有机基质的辅助， 因此在低质量区域不会产生干扰噪声离子。SALDI-MSI 的另一个优点是样品制备容易，且制备的样品分布均匀。 但SALDI-MSI 的检测灵敏度还未提高到与MALDI-MSI 相当的水平， 因此许多关于SALDIMSI 的研究都集中在无机新材料的开发上，以此试图获得更高的检测灵敏度。

诸多研究表明，分析物和SALDI 材料之间的相互作用可增加离子化效率，这种相互作用可促进电离过程，并有效将吸附能量转移到分析物上，以提高检测灵敏度。 TANG 等利用金纳米颗粒（AuNPs）对指纹中的脂肪酸和盐酸维拉帕米进行分子成像，氩离子溅射将AuNPs 以两种不同的形式聚集在指纹的脊和谷里，由于AuNPs 在不同表面等离子体共振波段发出不同颜色的光，使得指纹在不同基底上（塑料、玻璃、纸张）清晰可见，同时解决了重叠指纹和内、外源性物质检测的问题。 随后，TANG 等继续证明了 Ag-Au 合金NPs 与纯 AuNPs 相比，可显著提高质谱图像的对比度、稳定性和检测灵敏度。不同金属氧化物 NPs（ZnO、TiO、FeO、CeO）在指纹分析中显示出与传统有机基质相比的优势，未经化学修饰的金属氧化物NPs 的小尺寸和大表面积允许大量分子的吸附和电离，可提高检测信号的强度，同时最小化背景噪声。 在指纹上检测小分子药物去甲替林、阿米替林、丙咪嗪和丙嗪混合物的最佳结果是使用FeONPs。同时，通过进一步研究NPs在不同温度下随时间变化的稳定性， 表明在中、低温度（4℃和25℃）下，使用NPs 可以在指纹产生一周后进行药物检测。 此外，中孔硅质泡沫（MCF）、黑硅和镀金黑硅、利用蜡烛不完全燃烧产生的碳NPs、通孔氧化铝膜等都可作为新型SALDI材料用于潜在指纹的质谱成像。

含碳疏水性二氧化硅纳米粉末已被用作有效的潜在指纹显影剂，并在SALDI-MSI 中用作指纹成分的增强剂，ROWELL 等展示了用SALDI-MSI对撒粉后潜在指纹中可卡因、二乙酰吗啡、可待因、美沙酮及其主要代谢产物进行成像的实例，并证明了用胶带将撒粉指纹从玻璃或金属表面提取后，提取指纹痕迹中的化学物质可直接在胶带表面检出。随后，该技术被用于检测吸烟者指纹中的尼古丁和可替宁，环境接触、与吸烟者的手接触或被动吸烟造成的污染等都不会影响检测结果。 在另一项研究中， 对磁性二氧化硅颗粒表面进行化学处理，以获得亲水性氨丙基和疏水性苯基，将每种颗粒类型都用于磁性固相萃取（magetic solid phase extraction，MSPE）方法中，其中分析物被吸附沉积到颗粒表面，用磁棒转移被吸附的组分，并将粒子沉积在与原始混合物相邻的位置，未吸附的组分仍留在原处。 通过SALDI 直接对萃取物和残留分析物进行表面分析。 该方法能够从指纹中提取和检测极性（氨基酸）和非极性成分（角鲨烯和脂肪酸）。

LAUZON 等开发一种适用于TOF 的新方法——银辅助激光解吸电离质谱成像法（silvery assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging,AgLDI-MSI）。 该方法通过在指纹上沉积一层纳米银，可以检测许多内源性化合物并成像，如胆固醇、角鲨烯、蜡酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸以及其他外源性物质。 此外，还可从指纹中定位检测来自皮肤细菌的奇数碳数脂肪酸，证明了该方法同样适用于分析沉积在非导电表面（包括纸张、纸板、塑料袋和胶带）上的指纹。 在实际法证调查中，经常在各种不导电的表面上发现指纹， 溅射的银层可增强导电性，从而可用TOF-MSI 分析绝缘表面。 随后，LAUZON 等评估了AgLDI-MSI 通过检测外源性物质提供环境证据的潜力，化妆品成分、四氢大麻酚、可卡因和海洛因都可以从指纹中检出，该方法还允许在应用不同类别的血液增强技术（如1,2-茚二酮-锌、酰胺黑和结晶紫指示剂处理）后成像血指印。

3.3 飞行时间二次离子质谱

近年来，飞行时间二次离子质谱（time of flight secondary ion mass spectrometry, TOF-SIMS）已经成为表面科学中最灵敏的分析技术之一。 利用离子源产生聚焦一次离子束轰击待分析样品表面，导致带正、负电荷的原子、原子团、分子和分子碎片等二次离子从样品表面溅射，不同质荷比的离子由于飞行速度不同实现了二次离子的分离，其信号强度受离子在分析表面的浓度、离子溅射产率、基质效应和波束条件的影响。 TOF-SIMS 可在宽质量范围内以高灵敏度、高质量精度和横向分辨率同时检测和识别极少量的未知物质。

TOF-SIMS 具有亚微米空间分辨率，因此可清晰地显示指纹的三级特征。 使用TOF-SIMS 可检测到指纹上许多沾染的污染物，包括非法药物、枪击残留物和日常用品。COSTA 等根据指纹中可卡因及其初级代谢产物苯甲酰爱康宁（BZE）图像的相对强度以及这些分析物在指纹上的分布，以区分是接触还是摄入非法药物。 接触的特点是在指纹沉积区域有更高强度的可卡因（相对于BZE），而且分析物的分布与指纹脊的走向没有直接关联；摄入的特征是在指纹沉积区域有更高强度的BZE（相对于可卡因），并且这些分析物在指纹脊上分布均匀。

TOF-SIMS 还被用于更广泛的指纹研究，如确定纸张上自然潜在指纹和激光打印墨粉的沉积顺序、指纹的年龄测定和在难以获得可靠指纹的金属表面（特别是不锈钢）通过成像无机离子（如钠和钾的空间分布）来识别指纹。上述指纹中检测到的化合物几乎都是低分子量的（<500 Da），这是因为在常规的TOF-SIMS 分析中，二次离子产率不足将导致识别和定位相对高分子量的化合物相当困难。 CAI 等发现氧化石墨烯可显著提高脂质和肽的二次离子产率，而且平滑的氧化石墨烯层能够良好保存指纹的细腻形态，保持了SIMS 成像的高空间分辨率，提升了该方法在指纹分析中的潜力。 但TOF-SIMS 的缺点是必须将样品在真空下进行分析，这会引起指纹化学成分的变化（如几种脂肪酸的减少以及脂类和角鲨烯浓度的变化），并增加每次分析的时间和成本。 此外，由于碎片化，TOFSIMS 对有机物的敏感性有限。

3.4 解吸电喷雾电离质谱成像

COOKS 等于2004年开发了解吸电喷雾电离质谱成像（desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging, DESI-MSI），在环境条件下，电喷雾发射器用带有电荷的微滴溶剂喷雾直接冲击样品表面，喷雾将待测物解吸到气相中并将其电离，从表面释放的离子在大气压下通过氮气传输一段距离，待溶剂挥发后到达质谱仪。 DESI-MSI 技术的优点是无需复杂的样品制备或分离技术，可在原始状态下直接从样品表面进行分析。 相对无损是DESI-MSI 的另一个优点，样品只有受到电离影响的微小部分被破坏。 与前面提到的其他技术相比，DESI-MSI 可应用于从小分子到蛋白质的广泛质量范围，并可用于表征固体表面、固体表面上或固体表面内的物质、溶液和液体混合物，这对法医应用尤其重要。 DESI-MSI 的缺点是基质可能影响电离和液滴形成的效率：部分样品如果不进行预处理，分析物沉积的表面状态可能会导致灵敏度较差，此外，高压气体冲击表面进行解吸时，可能会导致分析物在表面上不必要的再分布或涂抹。DESIMSI 还涉及到一些检测角度、距离等参数，这些参数对于获得最佳信号是至关重要的。

DESI-MSI 的空间分辨率约为100 μm，足以识别指纹的脊和谷，可用来检测皮肤上自然存在的化学物质，如脂肪酸、氨基酸和角鲨烯等，不仅可区分重叠的指纹，还可区分指纹提供者的性别、种族和年龄（在 10年内）。 当少量（5 μg）掺杂的化学物质，如可卡因、大麻醇和爆炸性TNT 被添加到指纹中时，也可从玻璃、纸张和塑料等一系列基质上的指纹图谱中检测到这些物质。 同时，采用DESI-MSI 还可检测到滥用药物及其代谢产物（可卡因、BZE、EME），利用其在指纹上的空间分布不同，可以区分摄入药物和接触污染，即使在洗手后，其差异也可在质谱成像中明显观察到。

MIRABELLI 等首 次 报 道 了 DESI-MSI 在 分析和成像含有避孕套痕迹的潜在指纹方面的应用，理想情况下，不仅可以确认避孕套的存在，而且还可确定避孕套的类型和品牌。 该指纹可从不同表面（玻璃、纸张、金属）被提取，而且在露天、室温、不与环境灰尘或其他类型的污染隔离等环境条件下老化1 个月后分析潜在指纹图像，即使质量有所下降，但仍保留了识别避孕套痕迹所需的形态以及化学信息 。 HELMOND 等进 一 步 将 DESI-MSI 方 法 与PCA-LDA 分类模型相结合，能够区分来自21 个不同品牌的32 种避孕套，总体准确率为90.9%，且与502熏显兼容，使其更适用于法医案例工作。 在获得的指纹化学图像中，显现了避孕套润滑剂化合物（如聚二甲硅氧烷和聚乙二醇）的空间分布，证实了避孕套润滑剂来源于指纹而非基质，从而增加证据的证明力。

3.5 其他质谱成像分析法

直接实时分析（direct analysis in real time,DART）由CODY 等于2005年首次引入，原理是首先利用高电压使流动的载气（氦气或氮气）产生辉光放电，使气态氦原子或氮气分子变为激发态，然后通过格栅电极过滤，使气流中仅剩下亚稳态的原子继续加热并被送至待测样品表面，激发并脱附表面中的待测化合物。 该方法适用于研究低极性和小分子物质。 DART 可从潜在指纹中检测出爆炸残留物，但不适用于胶带提取后的指纹，胶带表面涂层的热降解会造成较高的背景干扰。 MUSAH 等证明了DART-MS 识别避孕套中润滑剂和与性侵犯有关的许多其他微量成分的能力，并应用该项技术来识别潜在指纹中的脂肪酸。 COON 等探索和开发了实时高分辨质谱（direct analysis at real time high resolution mass spectrume, DART-HRMS）直接分析与化学计量学相结合的效用， 能够快速准确地将避孕套残留物归属于不同的品牌。 JONES等证明了人工指纹材料（含有40 多种生物相关浓度指纹残留中常见化合物）并不影响DART 对苯二氮卓类药物的检测。

激光剥蚀-电感耦合等离子体-质谱成像（laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry imaging, LA-ICP-MSI）是一种原位、微量元素分析技术。 高能激光剥蚀样品后由载气将样品气溶胶带入ICP 系统，通过高温等离子体将其离子化，最后被质谱检测器分析。PLUHÁCEK等将该方法用于显现持枪犯罪嫌疑人的指纹，对指纹上的金属杂质和金属枪击残留物，如 Cu、Zn、Sb、Ba、Hg、Pb，进行空间和化学分析，能够区分不同来源（自然发生、与金属表面接触即弹匣装载和射击）潜在指纹的金属污染，并证明Sb 和Hg 的联合出现是枪击残留物的一个重要标志。 观察到的相应金属的检出限低于0.3 ng·cm，常用的指纹显影粉对该方法没有干扰。指纹图像还可以揭示一个人操纵枪支的方式：特征一致的枪击残留物粒子的分布提供了枪击的证据。

4 免疫成像分析

LEGGETT 等利用带有特异性抗体的金纳米颗粒检测吸烟者指纹中尼古丁的主要代谢产物可替宁：金纳米颗粒首先被蛋白A 表面标记，再与抗可替宁抗体结合，然后用荧光染料标记的二抗片段对指纹进行荧光标记，可在吸烟者的指纹中获得清晰的可替宁图像。随后，其用磁性纳米粒子代替金纳米颗粒，使用明视野显微镜和/或荧光显微镜也成功地从指纹中检出可替宁、四氢大麻酚、美沙酮及其代谢产物EDDP、海洛因的代谢产物吗啡和可卡因的代谢产物苯甲酰苏氨酸。 磁性粒子的一个关键优点是其类似于磁性指纹粉——一种目前在法医调查中用于显现指纹的增强剂， 可用磁铁去除多余的试剂。 更重要的是，在抗体-磁性粒子结合物结合在指纹上后，通过使用明视野显微镜观察指纹颜色的变化，提供了使用简单的白光光源检测潜在指纹的选择，从而消除了对昂贵仪器的需求。该方法非常简单且潜力巨大，高分辨率的指纹图像不仅提供了关于个人药物使用的信息，也能够确定个人的身份。

XU 等报道了联合使用酶联免疫分析和增强化学发光（enhanced chemical-luminescence, ECL）进行潜在指纹可视化和特异性物质检测。 辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）标记的抗体对指纹脊上的蛋白质和多肽分泌物进行特异性识别，HRP 可催化鲁米诺与HO之间的CL 反应，发射的光可以在黑暗物体表面上生成明亮的图像。同时，由于免疫分析的分子特异性也提供了指纹中特定物质存在的额外信息。与荧光、光散射等其他光学方法相比，该方法不需要外部光激发，且不受背景干扰。

竞争酶免疫分析（competitive enzyme immunoassay,CEIA）方法也可用于检测指纹中的非法化合物。CEIA 是指样品中的游离分析物与标记分析物竞争微量滴板上可用的抗体结合位点，这种性质的分析以一种简单易用和经济高效的方式提供了良好的灵敏度和特异性，使其非常适合法医分析，且不需要专门的化学试剂或先进的仪器。 有报道利用该方法检测指纹中的四氢大麻酚以及对指纹提取液中的可卡因定量。

核酸适配体是一小段经体外筛选得到的寡核苷酸序列，能与相应的配体进行高亲和力、强特异性的结合。 该配体起初是在1990年被开发的，用于从随机序列库中分离罕见的核糖核酸，适配体对特定目标显示出很强的亲和力。 研究发现，核酸适体-靶结合复合物比抗体-抗原复合物具有更高的亲和力和特异性。WOOD 等开发了一种用染料修饰的溶菌酶适配体可视化潜在指纹的荧光方法。HE 等报道了一种免疫多金属沉积策略，用于快速显示汗液指纹和检测指纹中2 种分泌的多肽。PENG 等开发了一种纳米等离子体方法，以核酸配体修饰的金纳米颗粒作为对比和识别试剂，用于潜在指纹的可视化和接触可卡因残留物的检测。RAN 等利用 DNA 调控的银纳米团簇（AgNCs）与分子结合适配体相连，以可视化并检测潜在指纹上的内、外源性成分，AgNCs 的发光受附近DNA 区域的调控，从而可以使潜在指纹产生多色的图像，而且当分析物发生变化时，AgNCs 不需要进一步功能化。

总体而言，红外和拉曼光谱能提供有关化学成分的官能团信息，实现对指纹的快速、无损成像，空间分辨率适中，但化学特异性不强，且拉曼光谱易受荧光背景干扰；质谱分析技术发展迅猛，除了提供指纹中特定化学成分的空间分布信息，还能对待测物进行定量，可选择范围较广，然而对仪器参数的优化有一定要求；免疫分析技术克服了灵敏度和选择性的问题，但样品前处理较为复杂。 在实践中，可根据具体情况选择相应的方法。 表1 总结了上述光谱、质谱和免疫成像技术的空间分辨率及其优缺点。

表1 不同成像分析技术概览

5 结语

本文简要介绍了指纹中内、外源性物质成像分析的常用方法，包括光谱成像分析、质谱成像分析和免疫成像分析技术，这些技术在法庭科学领域已有诸多成功的应用。 可以预见，随着实践需求的发展，有关指纹中化合物的研究也将不断推进，分析仪器和新技术的进步将持续为司法鉴定提供新方法。 未来，化学特异性强、空间分辨率高、定量稳定的成像技术将是实验室应用的方向；而与此同时，前处理简便、设备便携的快速成像技术将更适用于现场案件的侦查。