金纳米粒子检测指纹示意图
人的皮肤由表皮、真皮和皮下组织三部分组成。指纹就是表皮上突起的纹线。由于人的遗传特性,指纹人人皆有,但各不相同。除形状外,纹形的多少、长短也不同。据说,现在还没有发现两个指纹完全相同的人。指纹在胎儿第三四个月便开始产生,到六个月左右就形成了。当婴儿长大成人,指纹也只不过放大增粗,它的纹样不变。
由于其终身不变性、唯一性和方便性,已作为生物特征识别的重要手段而广泛应用于日常生活中。与正指纹相对应的潜指纹,是指手指与其他基底无意识接触后,手指中的汗液、油脂等留在基底表面形成的肉眼不可见指纹。科学发展至今,人们对潜指纹的研究兴趣已经突破了简单的显影成像与身份鉴定,更致力于发展各种技术(如质谱、免疫荧光、红外/拉曼及电化学等)对潜指纹中的化学成分进行分析,期待在确认身份的同时从中发掘出更多有价值的化学和医学信息。不过上述分析方法均存着不足,或对指纹形貌造成了破坏,或检测探针稳定性或灵敏度不高,成为困扰潜指纹分析的瓶颈。
金纳米粒子具有独特的表面等离子体震荡性质,即使在含量很低的情况下,仍然显示很强的信号,利用这一点或许可以解决现有检测方法灵敏度不高的问题。
中国科学院上海应用物理研究所樊春海研究员和李迪研究员领导的课题组巧妙地设计了一种兼具有显影和分子识别双重功能的纳米探针,发展了利用金纳米光子学成像手段的新型潜指纹识别方法,在对潜指纹成像的同时,实现了对指纹中毒品可卡因的定量检测。相关研究成果发表于德国应用化学(Angew. Chem. Int.Ed. 2013, 52, 11542), 并被选为当期热点文章(hot paper)。他们发现,金纳米粒子可以吸附在潜指纹的油脂上,同时发出很强的局域表面等离子体共振散射光(LSPRS),因而利用普通的暗场显微镜即可对残留在玻璃上的潜指纹实现高分辨成像。通过在金纳米粒子表面修饰可卡因核酸适配体,赋予其显影及分子识别双重功能,还可以实现对指纹中的可卡因高灵敏检测。这种双功能探针在正常人指纹上以单分散状态存在,散射绿光;而在携带可卡因的指纹上,可卡因导致金纳米粒子聚集引起散射光谱红移,散射橙光或红光。通过简单的颜色信息实现对指纹中可卡因的定量检测,检测限低至90 ng,并且有很高的特异性。相比其他潜指纹成像方法,该纳米光子学方法具有很多优势:它是一种简单、廉价、非破坏性的潜指纹检测手段;依赖金纳米粒子独特的LSPRS性质,潜指纹载体(如玻璃)的背景干扰很低,而成像分辨率高、信号强度高且稳定性好;最重要的是,该方法可以解决对吸毒人群的血清及尿液样品检测的时效性差的问题,并在毒品和个人身份信息之间建立一种无可辩驳的联系,实现一种个体化检测,有望在刑侦中用于吸毒、携毒人员的筛查。将来如果选用可以特异性识别其他物质的核酸适配体或抗体替换本方法中的可卡因核酸适配体, 该策略同样可以实现对潜指纹中其他化学成分(如爆炸物TNT)的灵敏检测。可以说,一个粗心大意的碰触不但可以让所有的警察机构和保险公司确定你的身份,而且还包括你的吸毒历史,是否接触过爆炸物等。