氯铂酸(H2PtCl₆)购于天津市光复精细化工研究所; 牛血清白蛋白(BSA)购于磐安县鸿瑞生物科技有限公司; 氢氧化钾(KOH)、乙醇(C₂H₅OH)购于中国医药上海化学试剂公司; 所有化学试剂为分析纯, 实验中所用水均为超纯水。

UV-2450紫外-可见分光光度计（日本岛津公司）; TECNAT10透射电子显微镜（荷兰PHILIPS公司）; RF-5301PC荧光光谱仪（日本岛津公司）; Zeta电位分析仪（美国Brookhaven公司）; Milli-Q超纯水机（美国密理博公司）; DZTW电子调温加热套（北京鑫润科诺仪器仪表有限公司）; BK-360B超声波洗涤仪（济南巴克超声波科技有限公司）; ESJ200-4B分析天平（沈阳龙腾电子有限公司）。

将5 mL H2PtCl₆溶液(0.01 mol/L)加入到5 mL BSA溶液(50 mg/mL)中, 室温下搅拌5 min后缓慢加入5mL 0.1 mol/L KOH溶液。使用超声-加热循环法孵育PtNCs, 即先将混合液置于超声波洗涤仪超声处理15 min, 再将其置于45 ℃的电子调温加热套中加热10 min, 以此往复, 直至溶液呈黄色。

将制得的PtNCs以及优化实验所制备的PtNCs通过TECNAT10透射电子显微镜进行表征, 依次观察各溶液的微粒状态; 分别对BSA溶液、PtNCs进行紫外光谱扫描, 扫描波长范围设定为200~800 nm, 得出数据, 分别绘得各组紫外光谱图; 通过配有20 kW氘灯作光源的RF-5301PC型荧光光谱仪采集荧光光谱, 扫描范围500~800 nm, 入射和出射狭缝均为5 nm, 测定计算PtNCs的荧光量子产率。

根据合成的PtNCs的荧光强度及粒径大小, 考察不同BSA浓度、H2PtCl₆浓度以及KOH用量对合成的PtNCs性质的影响。将混合溶液先置于超声波洗涤仪超声处理15 min, 再置于温度调为45 ℃的电子调温加热套中加热10 min, 以此往复4~6 h, 分别制备出PtNCs, 并使用透射电子显微镜以及荧光光谱仪对其进行表征。

所有指印样本均由同一志愿者提供。指印捺印人员将手洗净晾干后, 用右手拇指在载玻片上捺印潜指印, 获得指印样本。指印样本存放在干净的托盘内, 样本摆放间距适中避免粘连。为了尽可能模仿实际案件现场上的汗潜指印, 本实验指印样本在自然状态下存放。用胶头滴管分别取适量PtNCs溶液样品沿指印乳突纹线顺时针滴于载玻片上, 使溶液覆盖指印。如图1所示, 待载玻片上溶液自然晾干后, 用自组装潜指印显现观察系统在黑暗条件下进行潜指印的显现, 并拍照固定, 然后按照Chen等[16]报道过的方法用Photoshop图像处理软件对照片进行去色、调整对比度等特殊处理, 使得照片中指印乳突纹线细节更加清晰可辨、更加利于指印鉴别和人身甄别。

图1

Fig.1

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	图1 自组装指印观察系统示意图Fig.1 Schematic diagram of self-assembled fingerprint observation system

2.1.1 铂纳米簇的粒径及形貌特征

在电镜下观察1.2中制备的PtNCs的形貌、粒径大小及分布情况。PtNCs是由几十至上百个铂原子组成, 如图2（A）所示, 其形态为球形, 与铂纳米粒子形态相近, 分散性好, 较均匀。如图2（B）所示, 1.2中制备的PtNCs平均粒径为5 nm, 比纳米铂粒径小。由此可反推PtNCs能级不连续性较纳米铂更大, 电子发生跃迁的能力更强, 产生的荧光更强。

图2

Fig.2

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	图2 PtNCs的透射电镜图（A）及粒径分布示意图（B）Fig.2 The TEM (transmission electron microscope) image (A) and size distribution (B) of PtNCs particles

2.1.2 铂纳米簇合成前后UV-VIS光谱

使用紫外-可见分光光度计, 分别对BSA水溶液以及PtNCs进行表征。如图3所示, BSA水溶液的特征吸收峰位于278 nm处, 这是由于BSA中的色氨酸和酪氨酸残基紫外吸收峰位于280 nm左右[17]。而PtNCs的紫外吸收特征峰位置与BSA相近, 这是由于在PtNCs的制备中BSA作为模板包裹在PtNCs外面。而这一现象也很好地说明了PtNCs的形成未破坏BSA的生物活性。

图3

Fig.3

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	图3 PtNCs（A）以及BSA水溶液（B）的紫外表征示意图Fig.3 UV spectra of PtNCs (A) and BSA (B)

2.1.3 铂纳米簇荧光发射光谱

首先测定PtNCs荧光发射光谱, 如图4所示, 在激发波长为365 nm时, 其荧光发射波长为544 nm; 其次以罗丹明B的乙醇溶液为标准参考物测定PtNCs的量子产率以进一步表征它的荧光性能。数据如表1所示, 其中, Pt与As分别为PtNCs和罗丹明B的乙醇溶液在该激发波长（365 nm）下的入射光的吸光度, Yu、Ys分别为PtNCs和罗丹明B的乙醇溶液的荧光量子产率; Fu、Fs分别为PtNCs和罗丹明B的乙醇溶液的积分荧光强度。根据荧光量子产率计算公式：Yu=Ys× (Fu/Fs)× (As/Pt), 得PtNCs荧光量子产率为9.945 %, 结果远高于Xie等[18]报道的荧光量子产率为6 %的BSA-AuNCs。

图4

Fig.4

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	图4 PtNCs的荧光发射光谱图及其在日光灯（A）下与365nm UV灯（B）下照片Fig.4 Fluorescent emission spectra of PtNCs and the solution irradiated under common light bulb (A) and 365nm UV lamp (B)

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 荧光量子产率计算结果 Table 1 Yield of fluorescent quanta from PtNCs 溶液 激发 波长(nm) As Pt Fs Fu Ys (%) Yu (%) PtNCs 365 0.010 0.010 39533.530 44176.320 8.900 9.945

表1 荧光量子产率计算结果 Table 1 Yield of fluorescent quanta from PtNCs

为得到小粒径、分散性良好的PtNCs并将其成功运用于潜指印显现中, 本文通过表征PtNCs的粒径大小和荧光强度对PtNCs的制备条件进行优化, PtNCs的制备结果显示如图5, 反应物配比如表2所示。

图5

Fig.5

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	图5 优化条件与粒径大小和荧光强度关系图（a. BSA浓度优化 b.H2PtCl6浓度优化 c.KOH用量优化）Fig.5 Influence of optimized conditions on particle size and fluorescence intensity (a. BSA; b. H2PtCl6; c. KOH)

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 铂纳米簇的优化反应物配比 Table 2 The reactant dosage for PtNCs 编号 溶液 H2PtCl6浓度 (mol/L) BSA浓度 (mol/L) KOH体积 (mL) 分散均匀性a) A1 Pt NCs 0.0100 30 5.000 + A2 Pt NCs 0.0100 40 5.000 + A3 Pt NCs 0.0100 50 5.000 +++ A4 Pt NCs 0.0100 60 5.000 +++ A5 Pt NCs 0.0100 70 5.000 ++ B1 Pt NCs 0.0050 50 5.000 + B2 Pt NCs 0.0075 50 5.000 ++ B3 Pt NCs 0.0100 50 5.000 +++ B4 Pt NCs 0.0125 50 5.000 ++ B5 Pt NCs 0.0150 50 5.000 ++ C1 Pt NCs 0.0100 50 1.000 + C2 Pt NCs 0.0100 50 3.000 ++ C3 Pt NCs 0.0100 50 5.000 +++ C4 Pt NCs 0.0100 50 7.000 + C5 Pt NCs 0.0100 50 9.000 + 注：a) 分散均匀性的程度均由+号进行评判, +代表不好; ++代表一般; +++代表好。

表2 铂纳米簇的优化反应物配比 Table 2 The reactant dosage for PtNCs

如图6为PtNCs溶液在载玻片上显现潜指印图, 细节清晰可辨, 可见起点、分歧点等细节特征。PtNCs显现潜指印的原理是利用金属粒子与潜指印中的氨基酸中的巯基等基团结合, 通过发射强荧光而增大指印乳突纹线与载痕体背景反差使潜指印的乳突纹线得到显现。利用自组装指印观察系统将多波段光源调至合适波段, 照射PtNCs滴显的汗潜指印, 利用有色滤光镜阻挡杂光, 对指印产生的荧光图像进行记录。

图6

Fig.6

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	图6 PtNCs显现汗潜指印效果图Fig.6 Latent fingerprint detected by PtNCs

2.3.1 不同遗留时间潜指印的显现

侦查工作中, 不同案件现场遗留的汗潜指印的遗留时间也各不相同。为考察PtNCs能否对不同遗留时间的汗潜指印保证其显现效果的稳定性, 将PtNCs分别应用于遗留时间为1、3、7、16、32 d的汗潜指印, 其显现效果如图7所示。结果显示, 对于遗留时间较长的汗潜指印, 其显现效果略差于新鲜的指印, 这可能是由于较长的遗留时间导致潜指印中氨基酸等物质结构的破坏而使PtNCs结合位点变少。但总的来说, 就较长遗留时间的潜指印, PtNCs仍能较好地保证其显现效果。

2.3.2 与黑色磁性粉末显现方法在非渗透性表面显现效果比较

如图8所示, PtNCs在玻璃客体上的显现效果优于磁粉, 而磁粉在透明塑料上的显现效果更好。PtNCs显现玻璃上潜指印效果明显优于透明塑料。铂纳米簇溶液显现潜指印过程比黑色磁粉刷显更为缓慢, 但磁粉显现潜指纹存在以下两个问题：一是磁粉在实际工作中易悬浮在空气之中, 对技术人员的身体健康造成危害; 二是普通黑色磁粉所不具备的荧光性质限制了其应用范围, 比如在复杂花色或深色的客体面上的潜指印显现。而针对以上两个问题, 铂纳米簇溶液都能够很好地解决。

2.3.3 与传统DFO荧光显现方法在渗透性表面显现效果比较

如图9所示, PtNCs在A4纸张上显现效果较差, 只能够较为模糊看到一些纹线且纸张有皱缩现象; 而DFO荧光显现试剂的显现效果更好, 能够较为清晰地分辨指印纹线。这是由于本研究中PtNCs溶液是在水相中合成而DFO试剂主要成分为石油醚等有机溶剂, 而纸张由纤维组成, 其粘结剂是水溶性的而不溶于有机溶剂。DFO试剂能够使非渗透性客体上潜指印较为清晰地显现, 但在实际应用中, DFO荧光显现试剂所存在一些问题确实不能忽视的, 比如DFO存在的致癌的毒性[4]、有机溶剂的成分可能导致的样品污染等。在后续研究中, 可考虑在有机相中合成PtNCs或通过将PtNCs制成粉末状并应用于纸张上潜指印显现。这或将弥补PtNCs在渗透性客体上显现效果不佳的不足。

图7

Fig.7

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	图7 PtNCs对遗留时间分别为1d（A）、3d（B）、7d（C）、16d（D）、32d（E）的汗潜指印显现效果图Fig.7 Visualization by PtNCs of latent fingerprints kept for 1d (A), 3d (B), 7d (C), 16d (D) and 32d (E)

图8

Fig.8

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	图8 PtNCs溶液与磁粉在不同载体上的显现效果 A. 铂纳米簇; B. 磁粉; 1. 透明玻璃; 2. 透明塑料Fig.8 Visualization of latent fingerprint by PtNCs (A) and magnetic powder (B) on transparent glass (1) or plastic (2)

图9

Fig.9

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	图9 PtNCs溶液（A）与DFO试剂（B）在A4纸上的显现效果Fig.9 Visualization of latent fingerprint by PtNCs (A) and DFO developer (B) on A4 paper