Tager gætværket ud af retsmedicinsk analyse af fingermærker

Forskere ved Louisiana State University Department of Chemistry, herunder postdoc-forsker Fabrizio Donnarumma, tidligere bachelor-forsker og nuværende LSU-alumus Eden E. Camp, kandidatstuderende Fan Cao og Roy Paul Daniels professor i kemi Kermit K. Murray har udviklet et infrarød laserablation og vakuumfangningssystem til fingermærkeprøvetagning, der fjerner mysteriet i processen med at identificere fingermærkernes kemiske sammensætning på et gerningssted. De har beskrevet tilgangen og instrumenteringen i et nyt papir offentliggjort i Journal of The American Society of Mass Spectrometry .

Ideen startede, da den bachelorstuderende kemi Eden Camp, som havde interneret på Louisiana State Police Crime Lab i løbet af sommeren 2015, henvendte sig til Murray og Donnarumma med ideen om at bruge deres laserlabs udstyr til at opdage stoffer fra fingermærker.

"Jeg har altid haft en stor interesse for retsmedicin, og jeg ønskede, at min bachelor-forskning skulle afspejle det, " sagde Camp. Under hendes praktikophold på LSP Crime Lab, Camp begyndte at brainstorme måder, hvorpå retsmedicinske eksperter kunne opdage kemiske stoffer fra fingermærker. "Den mest udfordrende del var at prøve at bestemme en indsamlingsmetode, der mistede den mindste mængde prøve og ikke ville ødelægge overfladen, den var på."

Heldigvis, Murray-laboratoriet har stor erfaring med at bruge lasere til at fjerne eller fjerne små lag fra forskellige væv til bioanalyse.

"Vi indså, at hvis vores teknikker virker for biomolekyler så skrøbelige som DNA og RNA, det burde fungere med næsten alt, " sagde Donnarumma. "Vi kan fange næsten alt, der er på en overflade. I dette tilfælde, det var tilfældigvis bare fingermærker."

Sammen, forskerne kom på ideen om at bruge laserne i deres laboratorium til at ablere fingermærker fra en overflade, sug dem ind i et filter og analyser dem derefter ved hjælp af spektrometriteknikker. Teknikken kan bruges til at fange og analysere en række forskellige molekyler indeholdt i fingermærke, inklusive lipider, proteiner, genetisk materiale eller endda spormængder af sprængstoffer.

Løb med ideen, Murray's Lab modtog en bevilling fra LSU LIFT2-programmet til at forfølge forskning relateret til laserablation og analyse af fingermærker og skabelsen af ​​et bærbart laserfangningssystem til retsmedicinske applikationer. Med udgangspunkt i projektet, holdet udvikler også et patent og samarbejder med flere virksomheder og retshåndhævende myndigheder for at udvikle bedre teknikker til at analysere de kemiske signaturer af fingermærker på gerningssteder.

Selvom metoden kan bruges til traditionel fingermærke analyse, dens virkelige magt er at være i stand til at fange, filtrere og analysere biomolekyler og sporstoffer efterladt af fingermærker, såsom DNA eller sprængstoffer som TNT.

Fremgangsmåden fungerer ved at fokusere en laser, ved hjælp af spejle og optiske fibre, på en overflade, der indeholder et fingermærke. Inden for et overfladeområde bredden på 300 mikron, laseren opvarmer fugten eller vand på overfladen, får kemiske bindinger i vandet til at strække og vibrere. Med nok energi fokuseret på et lille område, vandet dybest set "eksploderer, " bliver en gas og løfter biomolekyler såsom DNA med det væk fra en overflade. Denne proces kaldes laserablation. Lasersystemet, som Murrays laboratorium bruger, er ekstremt selektivt - det forårsager vibrationer i vand-ilt-hydrogen-bindinger mere end i nogen andre bindinger i andre molekyler.

Selvom processen lyder voldsom, det er faktisk meget mindre end andre mekanismer, der bruges til at fjerne biomolekyler fra overflader. Laserablation kan fange meget sarte materialer, såsom har DNA, samtidig med at deres integritet bevares til analyse.

Efter at laseren ablaterer eller løfter fingermærket, et lille vakuumpumpesystem trækker vandet og alle tilknyttede molekyler med det ind i et fingerbøl-størrelse filter, der fanger alt efterladt af en persons finger. Forskere kan derefter skylle indholdet af filteret ind i en analyseanordning, såsom et massespektrometer eller et gaskromatografi-massespektrometer. Disse enheder bestemmer massen af ​​eventuelle forbindelser eller molekyler i prøven, giver forskere mulighed for at identificere præcis, hvad de er.

"Lad os sige, at jeg forberedte en bombe, og jeg brugte ikke handsker. Hvis jeg rørte bomben og derefter rørte ved en overflade, mine fingermærker kan efterlade spormængder af et sprængstof, " sagde Donnarumma. Ved at bruge denne teknik, retsmedicinske hold kunne løfte disse forbindelser væk fra en overflade, for eksempel med et bærbart lasersystem eller, endnu bedre, et bærbart lasersystem transporteret af en robot, og send prøverne til et laboratorium til analyse og identifikation. I fremtiden, denne tilgang kunne hjælpe retsmedicinske bombehold med at finde og deaktivere bomber uden at skulle sende gruppemedlemmer ind i farlige områder, mens den potentielt på samme tid opfanger og identificerer ethvert genetisk materiale, der også er til stede på stedet.

Forskerholdet i Kermit Murrays laboratorium arbejder også på at skabe optiske fibervedhæftninger til deres lasersystem, der ville give mulighed for et bærbart laser-fingermærke-fangende system til at prøve forskellige overflader i felten. Afhængig af finansiering, Donnarumma planlægger at fortsætte med at udvikle dette bærbare system i fremtiden.

"En laserstråle er en lige linje, " sagde Donnarumma. "Det kan være svært at fokusere et traditionelt lasersystem på et præcist punkt, især på en ujævn overflade. Men hvis du kører den laser gennem en fleksibel optisk fiber, svarende til hvordan et fiberoptisk kabel fungerer, du kan nemmere prøve et bredere udvalg af overflader."

Brug af infrarød laserablation koblet til vakuumfangst, Donnarumma og kolleger i Murrays laboratorium demonstrerede vellykket ablation og indfangning af materialer fra fingermærker på glas, plast, aluminium og pap overflader. Deres resultater blev offentliggjort i Journal of The American Society of Mass Spectrometry den 22. maj, 2017.

Fingermærker og tilhørende materialer på især porøse papoverflader kan være nærmest umulige at fange med traditionelle retsmedicinske metoder, såsom at placere klæbrig tape på overfladen for at trække fingermærket. Men Murrays laboratoriums lasersystem kan let trænge igennem porøse overflader som pap.

Forskergruppen lavede fingermærker på glas, plast, aluminium og pap for at teste deres infrarøde laserablationssystem. De fik disse fingermærker med stoffer så forskellige som koffein, Neosporin antiseptisk creme, kondom smøremidler og TNT. I hvert tilfælde, de var i stand til at identificere disse stoffer efter fingermærkefangst ved hjælp af massespektrometri.

"Vi har brugt infrarøde lasere i mange år til at fjerne biomolekyler fra vævsprøver til massespektrometri, så vi ved, at de er meget effektive, " sagde Murray. "Takket være Edens initiativ, vi har nu en lovende ny ansøgning. "