丁 沖, 徐 帥， 王利華*， 呂笑笑

(1.中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 催化材料科學(xué)湖北省暨國家民委-教育部共建重點實驗室，湖北武漢 430074；2.湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與化學(xué)學(xué)院,湖南長沙 410082)

指紋，即人體手部皮膚的花紋，包括手掌面的乳突花紋(指頭紋、指節(jié)紋和掌紋)、屈肌褶紋、皺紋及傷疤等[1]?；诜肿涌茖W(xué)基本原理的指紋示蹤技術(shù)在社會綜合治理、金融體系安全建設(shè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2 - 5]。汗?jié)撝讣y作為指紋示蹤技術(shù)中的一種常見的目標物，由于其自身所含有的氨基酸含量較低[6],因此傳統(tǒng)的茚三酮示蹤體系效果不佳。同時采用硝酸銀、凝膠等新型示蹤體系都存在著分析結(jié)果重現(xiàn)性差、靈敏度低、示蹤體系不穩(wěn)定等缺陷[7 - 9]。

熒光素作為一種常見的酸性染料，由于其自身所發(fā)散出的熒光效應(yīng)而使其廣泛應(yīng)用于分子示蹤技術(shù)。常見的熒光猝滅體系通常至少包含A和B兩類物質(zhì)，物質(zhì)A吸收入射光由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后成為能量供體，常見的下轉(zhuǎn)換熒光的形成即源于分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)所釋放出的發(fā)送光，但是在熒光猝滅體系中存在能量受體物質(zhì)B將A釋放的能量奪走故整個體系的熒光消失。目前存在動態(tài)轉(zhuǎn)移猝滅、靜態(tài)轉(zhuǎn)移猝滅、動態(tài)和靜態(tài)聯(lián)合猝滅、光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移(PET)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)和表面能量轉(zhuǎn)移(SET)等多種熒光猝滅體系。納米金具有化學(xué)穩(wěn)定性好、生物相容性好、制作工藝簡單等優(yōu)點[10]。本文將熒光素與納米金在合適的條件下混合，形成穩(wěn)定的納米金-熒光素猝滅體系，然后利用汗?jié)撝讣y中的Cl-通過與納米金化學(xué)鍵合作用使熒光重現(xiàn)的現(xiàn)象，構(gòu)建了一種新型的基于納米金熒光猝滅體系的汗?jié)撝讣y示蹤體系。目前該體系還未見國內(nèi)外文獻報道。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

FA2004電子分析天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)；STP55-13F警眼(氙燈波段源)；手持式多波段光源(北京龍昊警用器材有限公司)；BT-90納米激光粒度分布儀(丹東百特儀器有限公司)；PE LS55熒光/磷光分光光度計；FEI Tecnai G20透射電子顯微鏡。

實驗合成及表征試劑皆購于國藥集團化學(xué)試劑公司；示蹤基底材料皆為普通市售日用品。

1.2 納米金溶膠的制備

首先稱取0.4620 g氯金酸，蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)至100 mL容量瓶，蒸餾水定容，制得黃色氯金酸溶液。然后稱取0.5169 g檸檬酸三鈉，蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)至100 mL容量瓶，蒸餾水定容，制得檸檬酸三鈉溶液。之后稱取0.4101 g聚乙烯吡咯烷酮，蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)至100 mL容量瓶，蒸餾水定容，制得保護劑PVP溶液。最后取5 mL檸檬酸三鈉溶液和5 mL PVP溶液，于100 mL圓底燒瓶中，在70 ℃下加入50 mL氯金酸溶液反應(yīng)10 min，冷卻至室溫，制得酒紅色納米金溶膠。

1.3 納米金-熒光素猝滅體系的制備

取一定濃度的熒光素于燒杯中，以465 nm為激發(fā)波長，透過490 nm濾光片觀察，可看到熒光素發(fā)出的亮綠色熒光。往熒光素溶液中逐滴滴加納米金溶膠，體系熒光強度迅速耗散，從而制成納米金-熒光素猝滅體系。

1.4 汗?jié)撝讣y樣本制備及分析效果檢測

在各種非滲透性材料的物體表面連續(xù)制備自然指紋試樣，使用鉛筆或者記號筆做出標記。將適量納米金-熒光素猝滅體系涂到指紋處，在自制指紋體系示蹤儀中以465 nm為激發(fā)波長，透過490 nm濾光片觀察指紋示蹤過程；待輪廓充分顯現(xiàn)后將處理好的汗?jié)撝讣y試樣用佳能相機手動調(diào)焦拍照，自動模式下拍照應(yīng)采用微距、不閃光且對準圖下標記文字。

1.5 指紋樣本制備及檢測

洗手后戴上手套10 min，在各種材料的物體表面連續(xù)按下指印，分泌旺盛的提供者第一枚指紋較濃，甚至導(dǎo)致指紋的紋路被模糊，而第二枚指紋不會出現(xiàn)紋路被模糊的情況。使用鉛筆或者記號筆做出標記。將納米金-熒光素猝滅體系涂到指紋處，選465 nm為激發(fā)波長，透過490 nm濾光片觀察指紋輪廓；同時將處理好的指紋平放在黑色的照相機固定架底座上，用手持式多波段光源照射指紋，然后用高倍顯像儀原位撲捉指紋輪廓顯現(xiàn)過程。

2 結(jié)果與討論

2.1 基于納米金-熒光素猝滅體系的汗?jié)撝讣y示蹤效果分析

圖1 納米金-熒光素猝滅體系的汗?jié)撝讣y示蹤過程Fig.1 The process of latent fingerprint detection

從圖1中可以清晰觀測到基于納米金-熒光素猝滅體系的汗?jié)撝讣y的示蹤全過程。反應(yīng)初始時熒光素溶液在自然狀態(tài)下發(fā)出綠色熒光，與納米金顆粒混合后其熒光迅速衰減至肉眼無法識別，最后當再此加入Cl-后體系恢復(fù)熒光，呈現(xiàn)出較好的分子“turn-on”與“turn-off”性能。其主要歷程推測為：熒光素發(fā)出熒光的基本原理基于分子激發(fā)態(tài)回到分子基態(tài)的躍遷過程，而加入納米金顆粒后其奪取處于激發(fā)態(tài)的熒光素分子所具有的能量使其以非輻射躍遷的方式回到基態(tài)進而造成體系熒光猝滅，之后Cl-的加入使其吸附與納米金顆粒表面使其失去能量受體的作用，從而體系恢復(fù)熒光[11 - 14]。

為了全面的考察納米金-熒光素猝滅體系的汗?jié)撝讣y示蹤效果，我們分別在非滲透性材料、滲透性材料、高分子材料上進行指紋示蹤。從圖2、圖3和圖4可以看出在三種不同類型材料上均有較清晰的指紋示蹤效果，其示蹤所需時間分別為1 h、0.4 h、1.5 h。我們認為其主要原因由于三種材料的滲透性不同造成的汗?jié)撝讣y濃度呈現(xiàn)一定的差異進而示蹤時間有所差異。同時，在-5 ℃放置一段時間后， 三種材料上的示蹤熒光均呈現(xiàn)不同程度的衰減現(xiàn)象，其中滲透性材料中的示蹤熒光衰減程度較為突出。與此同時極性溶劑的揮發(fā)對滲透性材料中的示蹤效果也會有一定影響。

圖2 非滲透性材料上的汗?jié)撝讣y示蹤圖Fig.2 Photograph of latent fingerprint on the non-permeable material

圖3 滲透性材料上的汗?jié)撝讣y示蹤圖Fig.3 Photograph of latent fingerprint on the permeable material

圖4 高分子材料上的汗?jié)撝讣y示蹤圖Fig.4 Photograph of latent fingerprint on the polymer material

2.2 溫度對納米金-熒光素猝滅體系效果穩(wěn)定性的影響

圖5 283 K、303 K和333 K時基于非滲透性材料的汗?jié)撝讣y示蹤圖Fig.5 Photographs of latent fingerprint at 283 K,303 K and 333 K with non-permeable material,respectively

溫度環(huán)境對指紋示蹤有著重要影響[15 - 16]。為了檢測溫度對納米金-熒光素猝滅體系穩(wěn)定性的影響，我們分別在溫度273～363 K范圍內(nèi)進行指紋示蹤實驗，以在日常分析工作中指紋分析應(yīng)用最為廣泛的非滲透性材料[17]為基底。發(fā)現(xiàn)在338 K條件下指紋試樣的基底材料燃燒自毀，故對于所選非滲透性材料A4紙來說納米金-熒光素猝滅體系的工作溫度極限為338 K,基本滿足日常分析工作需要。我們選取示差明顯的283 K、303 K、333 K進行對比分析，其示蹤效果如圖5所示。可以發(fā)現(xiàn)在283 K時其指紋輪廓最為明顯，隨著溫度的升高指紋示蹤效果逐漸下降，其原因可能是由于溫度上升加速納米金顆粒團聚聚沉，增加其體系對熒光的背景吸收，造成指紋示蹤效果下降。

2.3 氯離子對納米金-熒光素猝滅體系穩(wěn)定性的影響

圖6 原始猝滅體系納米金顆粒的透射電鏡(TEM)圖(A、C)；加入NaCl后體系的納米金顆粒TEM圖(B、D)Fig.6 TEM images of gold nanoparticles-fluorescence quenching system of AuNPs(A,C);TEM images of gold nanoparticles-fluorescence quenching system of AuNPs after adding NaCl(B,D)

圖7 加入NaCl前后的體系金顆粒分布Fig.7 The corresponding particle size distribution graphA：gold nanoparticles-fluorescence quenching system;B：gold nanoparticles-fluorescence quenching system after adding NaCl.

3 結(jié)論

本研究基于納米金-熒光素猝滅體系設(shè)計出一種靈敏的汗?jié)撝讣y示蹤體系，該體系在日常分析工作環(huán)境下具有較為靈敏的指紋示蹤性能同時也具有靈敏度高、生物毒性低、可多次循環(huán)利用的特點。未來可通過改變體系溶劑、富集體系中金粒子濃度的手段來進一步提高體系的穩(wěn)定性與檢測性能。