Onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Louisiana State University, waaronder postdoctoraal onderzoeker Fabrizio Donnarumma, voormalig niet-gegradueerde onderzoeker en huidige LSU-alumus Eden E. Camp, afgestudeerde student Fan Cao en Roy Paul Daniels, hoogleraar scheikunde Kermit K. Murray, hebben een infrarood laserablatie- en vacuümregistratiesysteem ontwikkeld voor het nemen van vingerafdrukken dat het mysterie uit het proces van het identificeren van de chemische samenstelling van vingerafdrukken op een plaats delict haalt. Ze hebben de aanpak en instrumentatie beschreven in een nieuw artikel gepubliceerd in de Journal of The American Society of Mass Spectrometry .

Het idee ontstond toen student scheikunde Eden Camp, die in de zomer van 2015 stage had gelopen bij het Louisiana State Police Crime Lab benaderde Murray en Donnarumma met het idee om de apparatuur van hun laserlab te gebruiken om substanties van vingerafdrukken te detecteren.

"Ik heb altijd een grote interesse gehad in forensische wetenschap en ik wilde dat mijn bacheloronderzoek dat zou weerspiegelen, ', aldus Camp. Tijdens haar stage bij het LSP Crime Lab, Camp begon te brainstormen over manieren waarop forensische experts chemische stoffen van vingerafdrukken konden detecteren. "Het meest uitdagende deel was het proberen een verzamelmethode te vinden die de minste hoeveelheid monster verloor en het oppervlak waarop het zich bevond niet zou vernietigen."

Gelukkig, het Murray-lab heeft uitgebreide ervaring met het gebruik van lasers om kleine lagen van verschillende weefsels weg te nemen of te verwijderen voor bioanalyse.

"We realiseerden ons dat als onze technieken werken voor biomoleculen die zo kwetsbaar zijn als DNA en RNA, het zou met bijna alles moeten werken, "Zei Donnarumma. "We kunnen bijna alles vastleggen wat zich op een oppervlak bevindt. In dit geval, het waren toevallig vingerafdrukken."

Samen, kwamen de onderzoekers op het idee om de lasers in hun lab te gebruiken om vingerafdrukken van een oppervlak te verwijderen, zuig ze in een filter en analyseer ze vervolgens met behulp van spectrometrietechnieken. De techniek kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan moleculen in vingerafdrukken, inclusief lipiden, eiwitten, genetisch materiaal of zelfs sporen van explosieven.

Lopen met het idee, Murray's Lab ontving een subsidie ​​van het LSU LIFT2-programma om onderzoek te doen naar laserablatie en analyse van vingerafdrukken en de creatie van een draagbaar laseropnamesysteem voor forensische toepassingen. Op basis van het project, het team ontwikkelt ook een patent en werkt samen met meerdere bedrijven en wetshandhavingsinstanties om betere technieken te ontwikkelen voor het analyseren van de chemische handtekeningen van vingerafdrukken op plaats delict.

Hoewel de aanpak kan worden gebruikt voor traditionele vingerafdrukanalyse, zijn echte kracht ligt in het kunnen vastleggen, filter en analyseer biomoleculen en sporen van stoffen achtergelaten door vingerafdrukken, zoals DNA of explosieven zoals TNT.

De aanpak werkt door het focussen van een laser, met behulp van spiegels en optische vezels, op een oppervlak met een vingerafdruk. Binnen een oppervlakte van 300 micron breed, de laser verwarmt het vocht of eventueel water op het oppervlak, waardoor chemische bindingen in het water uitrekken en trillen. Met voldoende energie gefocust op een klein gebied, het water in feite "explodeert, " een gas worden en biomoleculen zoals DNA ermee van een oppervlak tillen. Dit proces wordt laserablatie genoemd. Het lasersysteem dat Murray's laboratorium gebruikt is uiterst selectief - het veroorzaakt meer trillingen in water zuurstof-waterstofbindingen dan in andere bindingen in andere moleculen.

Hoewel het proces gewelddadig klinkt, het is eigenlijk veel minder dan andere mechanismen die worden gebruikt om biomoleculen van oppervlakken te verwijderen. Laserablatie kan zeer delicate materialen vastleggen, zoals DNA, terwijl hun integriteit voor analyse behouden blijft.

Nadat de laser de vingerafdruk heeft weggenomen of opgeheven, een klein vacuümpompsysteem trekt het water en alle bijbehorende moleculen mee in een filter ter grootte van een vingerhoed die alles opvangt dat door iemands vinger is achtergelaten. Onderzoekers kunnen de inhoud van het filter vervolgens doorspoelen in een analyseapparaat zoals een massaspectrometer of een gaschromatografie-massaspectrometer. Deze apparaten bepalen de massa van alle verbindingen of moleculen in het monster, waardoor onderzoekers precies kunnen identificeren wat ze zijn.

"Laten we zeggen dat ik een bom aan het voorbereiden was, en ik gebruikte geen handschoenen. Als ik de bom aanraakte en dan een oppervlak aanraakte, mijn vingerafdrukken kunnen sporen van een explosief achterlaten, " zei Donnarumma. Met behulp van deze techniek, forensische teams kunnen die verbindingen van een oppervlak tillen, bijvoorbeeld met een draagbaar lasersysteem of, beter nog, een draagbaar lasersysteem vervoerd door een robot, en stuur de monsters naar een laboratorium voor analyse en identificatie. In de toekomst, deze aanpak kan forensische bombrigades helpen bommen te vinden en te deactiveren zonder dat ze squadleden naar gevaarlijke gebieden hoeven te sturen, terwijl mogelijk tegelijkertijd al het genetisch materiaal dat ook op de locatie aanwezig is, wordt vastgelegd en geïdentificeerd.

Het onderzoeksteam in het laboratorium van Kermit Murray werkt ook aan het maken van optische vezelbijlagen voor hun lasersysteem waarmee een draagbaar lasersysteem voor het vastleggen van vingerafdrukken verschillende oppervlakken in het veld kan bemonsteren. Afhankelijk van financiering, Donnarumma is van plan dit draagbare systeem in de toekomst verder te ontwikkelen.

"Een laserstraal is een rechte lijn, "Zei Donnarumma. "Het kan moeilijk zijn om een ​​traditioneel lasersysteem op een precies punt scherp te stellen, vooral op een oneffen ondergrond. Maar als je die laser door een flexibele optische vezel laat gaan, vergelijkbaar met hoe een glasvezelkabel werkt, je kunt gemakkelijker een grotere verscheidenheid aan oppervlakken bemonsteren."

Met behulp van infrarood laserablatie gekoppeld aan vacuümopname, Donnarumma en collega's in het laboratorium van Murray demonstreerden succesvolle ablatie en het vastleggen van materialen van vingerafdrukken op glas, plastic, aluminium en kartonnen oppervlakken. Hun resultaten werden gepubliceerd in de Journal of The American Society of Mass Spectrometry op 22 mei, 2017.

Met name vingerafdrukken en bijbehorende materialen op poreuze kartonnen oppervlakken kunnen bijna onmogelijk vast te leggen zijn met traditionele forensische methoden, zoals het plaatsen van plakband op het oppervlak om de vingerafdruk te trekken. Maar het lasersysteem van Murray's lab kan gemakkelijk doordringen in poreuze oppervlakken zoals karton.

De onderzoeksgroep maakte vingerafdrukken op glas, plastic, aluminium en karton om hun infrarood laserablatiesysteem te testen. Ze doorspekten deze vingerafdrukken met stoffen zo divers als cafeïne, Neosporin antiseptische crème, condoomsmeermiddelen en TNT. In ieder geval, ze waren in staat om deze stoffen te identificeren na het vastleggen van vingerafdrukken met behulp van massaspectrometrie.

"We gebruiken al vele jaren infraroodlasers om biomoleculen uit weefselmonsters te verwijderen voor massaspectrometrie, dus we weten dat ze zeer efficiënt zijn, "Zei Murray. "Dankzij Edens initiatief, we hebben nu een veelbelovende nieuwe toepassing."