聚集诱导发光探针用于潜在指纹的原位、快速、超越三级指纹特征的荧光显影

指纹是一个人的“身份证”和“信息库”，是刑事案件中重要的证据。潜在指纹（LFP）难以用肉眼观察到，是犯罪现场最常出现的残留指纹印记类型。因此，LFP的可视化对刑事案件的侦察至关重要。传统的LFP显色方法，诸如氰基丙烯酸酯熏显技术、茚三酮法、1,8-二氮杂-9-芴酮（DFO）法、粉末刷显法等，在对比度、无损检测、灵敏度等方面存在一定程度的不足，而且所使用的显色剂毒性较大。近年来，荧光纳米粒子显色法凭借着高荧光亮度、低生物毒性以及操作简单等优点，在LFP荧光可视化领域崭露头角。然而，此类材料也面临一些问题：1）它们大都为“on-on”模式荧光显色剂，荧光对比度有限，且显色后需要后处理，以除去多余的染料，后处理增加了对指纹的破坏可能性；2）通常仅能提供1-2级指纹细节特征，3级指纹特征显现能力有限。3）多数需要使用紫外光作为荧光激发光源，紫外光相对于可见光对检测人员的安全性较差；4）纳米颗粒稳定性相对较差，容易聚集沉淀，不易长时间存储；5）通常只适用于光滑基底，应用范围较窄。尽管当前LFP荧光显影技术有了较大的发展，但仍在高效、安全、便捷、普适性和高分辨率等方面面临着许多挑战，难以满足指纹勘察和鉴定实际应用中对高效、安全、快捷、高分辨率等方面的需求。

图1.（A）指纹探针TPA-1OH的分子结构及其AIE性质。（B）TPA-1OH水溶液对潜在指纹（LFP）中不同成分的染色图像。

近期，华中科技大学朱明强教授（点击查看介绍）团队设计并合成了两亲性AIE分子TPA-1OH（图1A）。基于其两亲性特点，通过简单的TPA-1OH水溶液（30 μM，安全无毒）浸泡或喷雾的方法，实现了LFP安全、快捷、高效、超越三级指纹特征清晰度的荧光可视化。该显色剂具有以下优点：1）实用性强：制备简单，易于操作；2）易于储存：小分子水溶液，储存简单、时间长；3）安全性高：可见光激发，水溶液无毒；4）优异的成像性能：高对比度、高分辨率显色，实现了对指纹1-3级细节的详细分析，甚至能在超越三级特征水平上提供依据；5）普适性：多基底适用，甚至是渗透性和粗糙表面的基底。使用TPA-1OH水溶液对LFP中的不同成分进行染色，发现其只与脂类分泌物发生相互作用（图1B）。据此可推论其对潜在指纹印记显色的机理为：两亲性AIE分子TPA-1OH结构中，吡啶阳离子基团赋予了分子水溶性，探针分子在水溶液中不发光；而分子中三苯胺基团为疏水端，探针分子通过疏水-疏水相互作用与LFP中的脂类分泌物相快速结合，由于分子内运动受限（RIM）的AIE机理，在光激发下能够发出荧光，实现对LFP原位、快速、高效、高信噪比的荧光显色。

图2. 潜在指纹（LFP）荧光可视化的动力学过程。（A）在405 nm照射下，TPA-1OH水溶液中LFP的原位实时荧光显色过程。（B）白色圆圈区域内荧光强度随时间的变化曲线。（C）不同时间绿线位置指纹脊纹和沟壑之间的信号对比度的变化。

该团队基于这种“off-on”模式的荧光探针，实现了LFP原位实时的荧光可视化。通过分析不同时间显色图案的荧光强度的变化，以及指纹脊纹和沟壑之间信号对比度的变化，表明30 s即可得到清晰的、完整的、高对比度的指纹图案，具有快速显色的能力（图2）。此外，该探针具有普适性，可用于不同基底上LFP的荧光显色，甚至是粗糙基底（纸、砖头、墙壁等）。在405 nm光照射下，可获取清晰、完整、高对比度的指纹图案。所得指纹图案可清晰地观察到指纹的1级特征（螺纹）、2级特征（环纹、短纹、分叉、终端）和3级特征（汗孔）（图3A）。这些1-3级细节特征能够提供个体识别和身份认证信息，为刑事案件的侦察提供有效的证据。

图3. 不同基底上潜在指纹（LFP）的荧光显色及其1-3级细节特征，1级特征（螺纹）、2级特征（环纹、短纹、分叉、终端）和3级特征（汗孔）。

更重要的是，通过荧光显微镜对探针显影后的指纹印记进行成像，能够获得完整的、清晰的3级甚至超越3级的指纹微观特征（指纹纹路宽窄、汗孔形貌和分布、汗孔之间的距离）（图4A）。对比真实的手指指纹与显色指纹相同区域，指纹分叉上的汗孔分布和数目高度匹配（图4B），表明此探针可在3级及以上微观特征对个体识别和认证，这在指纹荧光显色相关的文献中鲜有报道。

图4. （A）显色指纹的3级细节特征分析（指纹纹路宽窄、汗孔形貌和分布、汗孔之间的距离）。（B）真实指纹和显色指纹对比。

为获取LFP的更多细节特征，使用TPA-1OH染色对LFP进行了超分辨荧光成像研究。超分辨图像的整体分辨率为37±2 nm，相比传统荧光图像显示出更加清晰和精细的脂类沉积物的轮廓和纳米结构，表明此探针可在超越三级微观特征水平上对LFP进行成像，为LFP检测及研究提供了更加精细的表征新方法。

本文的亮点在于，基于两亲性AIE分子探针的设计理念，实现了潜在指纹安全、快捷、高效、超越三级指纹特征清晰度的荧光可视化，具有重要的科学意义和实用价值，并对未来设计其他新型功能性AIE探针及其应用提供了一定的指导意义。

这一成果近期在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society 上发表。此项工作由武汉光电国家研究中心能源光电子实验室王亚龙、李冲（共同第一作者，通讯作者）、屈宏庆、范成、赵鹏举、田蕊及朱明强（通讯作者）共同完成。该工作得到了“973计划”、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费和湖北省自然科学基金等经费的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Real-Time Fluorescence In Situ Visualization of Latent Fingerprints Exceeding Level 3 Details Based on Aggregation-Induced Emission

Ya-Long Wang, Chong Li*, Hong-Qing Qu, Cheng Fan, Peng-Ju Zhao, Rui Tian, Ming-Qiang Zhu*

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7497–7505, DOI: 10.1021/jacs.0c00124

导师介绍

朱明强

https://www.x-mol.com/university/faculty/47832