基于淀粉经济、无毒的比色潜指纹检测

郭晚秋，丁亚丹，王可心，邵 红，靳 瑶，贾 艳，洪 霞

(东北师范大学紫外光发射材料与技术教育部重点实验室，吉林 长春 130024)

0 引言

指纹因其独一无二的结构特性在法医科学、生物医学等领域被广泛关注[1-2].潜指纹即肉眼看不见或很难看见的指纹[3-5]，是生活中最为常见的指纹.潜指纹的识别是指纹检测领域中最重要的内容之一[6].

氰基丙烯酸熏蒸法[7]、碘熏法[8]等传统方法是目前常用的潜指纹检测方法，能够灵敏有效地显现潜指纹.然而，上述方法须在真空熏显箱中进行操作，复杂的操作步骤和昂贵的仪器设备限制了其广泛应用.比色法以其简便的操作、低廉的成本、仅通过指纹与基底间的色差就能够直接凭借裸眼识别潜指纹等优势，成为了潜指纹检测中最常用的一种方法.商用黑粉(主要成分为碳粉)、商用金粉(主要成分为铜粉)、商用银粉(主要成分为铝粉)等各种颜色的商用粉末也用于比色潜指纹检测，然而上述商用指纹粉通常具有一定的生物毒性[9-11]，严重威胁了检测人员的健康.因此，开发一种安全、经济且操作简便的潜指纹比色检测技术意义重大.

淀粉是生活中常见的一种廉价可食用材料，其中富含大量羟基，有望与指纹残留物中的氨基酸(丝氨酸、赖氨酸和丙氨酸等)和脂质(脂肪酸和固醇化合物)形成氢键或范德华力等相互作用[12-13]，进而与指纹形成有效吸附，实现潜指纹比色法检测.为此，本文创建了一种基于食用淀粉的经济、无毒且操作简便的潜指纹比色检测方法，系统研究了淀粉在各种无孔和多孔基底上的潜指纹检测效果，并通过在淀粉中添加有色植物染料，提高潜指纹检测对比度，解决潜指纹检测试剂在顺色基底上检测对比度不足的难题.同时，立足于潜指纹现场实际检测需求，评估了该方法对老化潜指纹和重叠潜指纹的检测效果.

1 研究方法

1.1 实验材料

淀粉购自吉林省庆生食品有限公司；果汁提取自新鲜菠菜叶和桑葚；商业黑粉、金粉、银粉和指纹刷均购买自北京腾明有安商业中心；碘购自天津化工原料有限公司；氰基丙烯酸酯购自广州晶固有限公司；所有潜指纹均来自健康的供体.

1.2 各种无孔和多孔基底上的潜指纹检测

在室温下，在各种无孔(铝箔、钢尺、硬币和玻璃)和多孔(银行卡、打印纸、红木和彩色纸)基底上收集供体潜指纹，利用淀粉对上述不同基底上的潜指纹进行检测.

1.3 对比度和灵敏度测试

通过机械挤压菠菜叶获取菠菜汁.将5 mL菠菜汁加入到3 g淀粉中，搅拌均匀.将上述混合物放置于40 ℃的鼓风干燥箱中，1 h后将烘干的样品研磨成粉末.桑葚汁-淀粉的制备方式与菠菜汁-淀粉的制备方式相同.本文利用淀粉和菠菜汁-淀粉在白色打印纸上进行潜指纹检测，桑葚汁-淀粉和菠菜汁-淀粉在绿色打印纸上进行潜指纹检测，以进行对比度测试.同时利用淀粉在铝箔上的潜指纹检测实验进行灵敏度测试.

1.4 老化潜指纹和重叠指纹的检测

为了检测老化潜指纹，将潜指纹沉积在基底上，并在纸箱中存储不同的时间(0，3，5，10和20 d)后对其进行潜指纹检测，存储期间其他条件保持恒定.为了检测重叠指纹，将2个潜指纹以重叠的方式沉积在铝箔上进行检测.

2 结果和讨论

2.1 潜指纹检测过程

本文所描述的潜指纹检测方法操作简单易于实施，如图1所示.该过程主要分为3个步骤：首先将潜指纹沉积在基底上；然后将淀粉均匀地铺展于潜指纹上，并吹走多余粉末；最后，用照相机记录指纹信息.

图1 潜指纹检测过程图

2.2 基于淀粉的潜指纹检测

选择在铝箔上进行指纹识别来考察淀粉在指纹检测中的检测性能，如图2所示.使用淀粉进行潜指纹检测后，可以识别出终端、分叉、短线和核心等指纹细节，说明淀粉在指纹检测中具有较高的检测灵敏度.基于此，进一步选择在多种无孔基底(铝箔、钢尺和硬币)和多孔基底(木材、银行卡和打印纸)上进行潜指纹识别来考察该方法的普适性，如图3所示.使用淀粉对不同基底上的潜指纹进行检测后，均可识别出指纹图案的具体细节.验证了基于淀粉的比色法在潜指纹检测中具有的普适性.

由图3(a—e)可知，这种基于淀粉的比色潜指纹检测方法在深色基底上具有较高的检测对比度.但是在浅色基底上的检测对比度较差(见图3f).为了解决由粉末和基底的顺色所导致的检测对比度差的问题，本文采用向淀粉中添加不同颜色的植物染料的方法以增强指纹图样与基底间的对比度(见图4).图4(a，b)表明，在白色基底上，菠菜汁-淀粉比淀粉具有更高的检测对比度.然而菠菜汁-淀粉在绿色基底上的指纹检测对比度较差(见图4c)，运用紫色的桑葚汁-淀粉则能够有效地改善菠菜汁-淀粉在绿色基底上较差的检测对比度(见图4d).这些结果表明，通过选择与底物具有高对比度的植物染料，并将其添加到淀粉中能有效地解决顺色导致的指纹检测对比度差的问题.

(a)铝箔，(b)钢尺，(c)硬币，(d)木材，(e)银行卡，(f)打印纸

(a)淀粉在白色纸上，(b)菠菜汁-淀粉在白色纸上，(c)菠菜汁-淀粉在绿色纸上，(d)桑甚汁-淀粉在绿色纸上

本文还测试了植物染料-淀粉对不同基底上的潜指纹的检测效果以及对不同年龄和性别的供体的潜指纹检测效果.结果表明，不同基底上的潜指纹(见图5)以及不同供体的潜指纹(见图6)，其二级结构清晰可见，说明与植物染料混合的淀粉在指纹检测领域具有良好的通用性.

(a)铝箔，(b)钢直尺，(c)硬币，(d)木材，(e)银行卡，(f)打印纸

(a)23岁，女性；(b)：25岁，女；(c)：32岁，女；(d)：39岁，男；(e)：55岁，男

为了验证基于植物染料-淀粉的比色法所具有的潜在商用价值，本文将基于植物染料-淀粉的比色法与其他传统指纹检测方法(包括基于商用黑粉、银粉、金粉的比色法、氰基丙烯酸酯熏蒸法和碘熏法)进行了潜指纹检测的对比实验，如图7所示.与其他成熟的商用指纹检测粉末相比，这种基于植物染料-淀粉的比色法同样能有效地检测出指纹细节和纹理.同时，该方法操作过程更加简易，对操作人员的健康更有保障.表1列出了淀粉与商用粉末的价格，发现淀粉价格明显低于商用黑粉、金粉、银粉，仅为商用粉末的1/44.这说明了本文所开发的植物染料-淀粉具有更低廉的成本，在实际潜指纹检测中更具竞争力.

表1 淀粉和商用粉末的价格比较

为应对实际中常见的老化潜指纹的检测需求，进一步测试了植物染料-淀粉对老化不同时长的潜指纹检测效果，如图8所示.图8从左到右依次为老化0，3，5，10和20 d的指纹检测图样.随着老化时间的增加，指纹检测灵敏度逐渐降低，但是，即使到第20 d，仍能识别出指纹的二级信息.这是因为尽管随着老化时间的增加，指纹残留物中的水分逐渐散失，但是淀粉与指纹残留物间的氢键、范德华力等相互作用仍然存在，因此潜指纹依然可以显现.此外，也对重叠潜指纹进行了检测.图9以铝箔为基底，应用菠菜汁-淀粉进行的重叠潜指纹的检测图样.从指纹图样中看到2个指纹在不同方向上延伸的指纹脊能够被轻松的区分开.这一结果不仅进一步证实了淀粉在指纹检测中的高灵敏度，同时还体现了淀粉在复杂潜指纹检测中的实用价值.

(a)0 d，(b)3 d，(c)5 d，(d)10 d，(e)20 d图8 菠菜汁-淀粉不同天数老化的潜指纹的检测

图9 菠菜汁-淀粉对重叠潜指纹的检测

3 结论

综上所述，本文创建了一种基于淀粉和植物染料-淀粉的经济、无毒、实时的潜指纹检测方法.该方法可高效检测各种无孔、有孔基底上的潜指纹.通过在淀粉中混合植物染料，能够有效地解决粉末与基底之间的顺色而导致的检测对比度差的问题.该方法对老化20 d的指纹和重叠指纹都表现出了优异的检测性能.基于植物染料-淀粉的比色法不仅达到了传统方法的潜指纹检测水平，其安全无毒的特性和低廉的成本使其在潜指纹检测应用中更具竞争力.