基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及采用掃描電化學顯微鏡（SECM）和銀染技術(shù)相結(jié)合高分辨率地采集血潛指紋圖像的方法，屬于指紋鑒別【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法首先利用Ag+離子與指紋嵴線區(qū)域血液中的蛋白成分結(jié)合并被還原為具有電化學活性的Ag納米粒子，而不與谷線區(qū)域基底反應的原理，使指紋嵴線與谷線區(qū)域形成電化學活性差異；然后在溶液中加入氧化還原介質(zhì)K3IrCl6，利用其與嵴線區(qū)域Ag金屬粒子反應產(chǎn)生正反饋效應，而不與谷線區(qū)域反應的原理，進行基于SECM技術(shù)的血指紋圖像采集。該方法最突出的優(yōu)點是圖像分辨率高，可以采集到第三水平的指紋信息，是一種非常理想的血潛指紋高分辨率圖像采集方法。因此，該方法在指紋鑒別領(lǐng)域具有很好的應用前景。
【專利說明】基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采用掃描電化學顯微鏡(SECM)和銀染技術(shù)相結(jié)合高分辨率地采集血潛指紋圖像的方法，屬于指紋鑒別【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在兇殺、搶劫等重大惡性案件中，現(xiàn)場經(jīng)常會遺留下血指紋，有效的指紋顯現(xiàn)和圖像采集能為案情的偵破提供重要線索和有力證據(jù)。因此，在犯罪現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和提取血指紋是非常重要的。血指紋通常分為兩類:一類是可見的血指紋，指深紅色的血紋線與基底背景之間存在較大的反差而明顯可見的指紋；另一類是潛在的血指紋，指含血量較少或遺留在深色基底表面上的微弱或不清楚的指紋。對于潛血指紋，通常需要使用特殊拍照方法、化學試劑和物理材料進行處理，使其顯現(xiàn)或增強。
[0003]指紋圖像包括三個水平的信息:第一水平——指紋的輪廓，如斗形紋、簸箕形紋線；第二水平——指紋中紋線的走向，如紋線的終結(jié)、分叉、島形紋等；第三水平——指紋嵴上汗孔的形狀和相對位置。目前取得的指紋圖像以第一水平和第二水平為主，可取得第三水平指紋圖像信息的方法極少，而在犯罪現(xiàn)場，嫌犯留下的指紋千變?nèi)f化，其中一些殘缺的指紋通過第一、二水平的信息尚不足以進行身份認證，因此迫切需要發(fā)展高分辨率的圖像采集方法和技術(shù)。
[0004]指紋采集的過程本質(zhì)上是指紋成像的過程。其原理是根據(jù)嵴與峪的幾何特性、物理特征和生物特性的不同，以得到不同的反饋信號，根據(jù)反饋信號的量值繪成指紋圖像。指紋圖像的好壞會直接影響到識別的精度以及指紋識別系統(tǒng)的處理速度。高質(zhì)量的指紋圖像可以大大簡化指紋圖像處理的算法，提高識別率。因此指紋采集技術(shù)是指紋識別系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，高質(zhì)量的指紋采集技術(shù)已成為具有廣闊應用前景的重要研究課題。
[0005]目前市場上指紋采集根據(jù)信號轉(zhuǎn)換器技術(shù)的不同主要分為三大類:光學指紋采集、半導體指紋采集和超聲波指紋采集。但還存在著成像分辨率不高、成本較高和采集過程繁瑣。我們知道，電化學轉(zhuǎn)換器件具有較高的靈敏度，易微型化，易集成化，能在渾濁的溶液中操作等許多優(yōu)勢，并且所需的儀器簡單、便宜，因而已被廣泛應用于傳感器的制備中，如電化學DNA傳感器、電化學酶傳感器、電化學免疫傳感器、電化學細胞傳感器等。但掃描電化學顯微鏡在血潛指紋高分辨率圖像采集中的應用至今還沒有報道過。
[0006]SECM是掃描探針顯微技術(shù)的一種，它可以利用基底材料表面化學反應活性的不同而對基底的形貌進行成像。本發(fā)明為了取得高分辨率的血指紋檢測圖像，首次將掃描電化學顯微鏡用于血潛指紋的檢測，發(fā)明了一種可以穩(wěn)定地取得指紋第三水平信息的高分辨率血指紋圖像采集方法。本發(fā)明的原理是，血液中所含蛋白成分可與Ag+離子結(jié)合并還原為具有電化學活性的Ag納米粒子，而人體汗腺分泌物也含有蛋白成分，因此理論上也可以應用于汗?jié)撝讣y和油潛指紋的高分辨率成像。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是:針對目前血指紋檢測技術(shù)存在的圖像采集分辨率低，亟需發(fā)展能提供第三水平指紋信息的檢測技術(shù)的需求，首次將掃描電化學顯微鏡技術(shù)應用于血指紋的圖像采集。本發(fā)明具有簡單、可在溶液中進行、對操作人員無害、成像高分辨率的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明采用掃描電化學顯微鏡對絕緣基底(如聚偏二氟乙烯膜，聚苯二甲酸乙二酯)表面Ag納米顆粒標記的血潛指紋進行掃描成像。其特點是首先利用Ag+離子與指紋嵴線區(qū)域血液中的蛋白成分結(jié)合并還原為具有電化學活性的Ag納米粒子，而不與谷線區(qū)域基底反應的原理，使指紋嵴線與谷線區(qū)域形成電化學活性差異；再利用掃描電化學顯微鏡對標記成功的血指紋樣品進行圖像采集，原理是在溶液中加入氧化還原介質(zhì)K3IrCl6后，其在探針上產(chǎn)生的氧化劑氧化Ag金屬粒子為Ag+溶解到溶液中，這一過程會使得探針電流顯著增加；而指紋谷線區(qū)和基底因為不含Ag金屬粒子而沒有這樣的正反饋效應，從而實現(xiàn)高分辨率的血潛指紋圖像采集。
[0009]該方法具體操作包括以下步驟:
[0010]I)以碳酸鈉為原料配制儲備溶液A，硝酸銨、硝酸銀、矽鎢酸、甲醛為原料配制儲備溶液B，反應時以一定比例混合作為Ag納米顆粒標記血指紋的溶液。
[0011]2)志愿者將手洗干凈，手指蘸取全血，在絕緣基底上按捺新鮮血指紋。
[0012]3)將步驟I)制得的貯備溶液按一定體積比混合均勻，把指紋樣品置于混合液中，在振湯器中進彳丁標記。
[0013]4)配制電化學反應溶液,打磨掃描探針,設(shè)定掃描參數(shù),利用掃描電化學顯微鏡對標記成功的血指紋樣品進行圖像采集實驗。
[0014]上述步驟I)具體包括以下步驟:
[0015](I)將1.25g碳酸鈉溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液A。
[0016](2)將0.05g硝酸銨，0.05g硝酸銀，0.25g矽鎢酸，125 μ L甲醛放入小燒杯中溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液B。
[0017]上述步驟2)具體包括以下步驟:
[0018](I)從醫(yī)院獲取健康人的全血液。
[0019](2)志愿者將手洗凈，晾干，手指蘸取全血，將多余的血液在另一只手的掌心抹去，涂勻，以適度的力量按壓在絕緣基底上，得到新鮮的血指紋。
[0020]上述步驟3)具體包括以下步驟:
[0021](I)使用1%的乙酸鈉或乙醇溶液對指紋固定15min，取出后用超純水沖洗I~2min ;再放入0.1%硫代硫酸鈉溶液中活化15min,取出后用超純水沖洗I~2min。
[0022](2)將儲備溶液A和B按體積比1:1混合均勻，將指紋樣品置于混合液中，在振蕩器中進行標記。
[0023](3)指紋顯現(xiàn)后，將樣品放入10%的乙酸溶液中IOmin使反應停止，取出后用超純水沖洗，晾干。
[0024]上述步驟4)具體包括以下步驟:
[0025](I)配制以KNO3作為支持電解質(zhì)，以一定濃度的K3IrCl6(或可以產(chǎn)生可氧化銀的其它化合物)作為氧化還原介質(zhì)的電化學反應溶液；配制KNO3作為電化學反應液的方法為:稱取 0.0261g K3IrCl6和 0.2528g KNO3，溶解，配制成濃度為 2mmol/L K3IrCl6+0.lmol/L KNO30
[0026](2)用砂紙將底端密封的直徑為25 μ m的圓盤鉬微電極進行打磨，使其尖端成為圓錐形，并滿足玻璃外殼半徑和與尖端半徑之比小于10，作為血指紋圖像采集的探針。
[0027](3)成像之前對微電極狀態(tài)進行表征，并利用漸近曲線靠近基底。
[0028](4)以直徑為25 μ m的圓盤微電極為工作電極，Ag絲為準參比電極，Pt絲為對電級，設(shè)定探針電位為0.8V、掃描速率為640 μ m/s，選擇合適的掃描范圍，在反饋模式下進行掃描電化學顯微鏡成像實驗。
[0029]所述的Ag納米顆粒標記血指紋可以用銅納米顆粒標記血指紋取代，只是將Ag納米顆粒換成Cu納米顆粒,硝酸銀換成硝酸銅或硫酸銅。原理上也可以是其他金屬材料如鐵、鉛、鋁、鎂、鋅等標記的血潛指紋。
[0030]所述的檢材基底是滲透性或半滲透性材料，如聚偏二氟乙烯膜(PVDF)，聚苯二甲酸乙二酯(PET)等。
[0031]本發(fā)明利用掃描電化學顯微鏡對血潛指紋進行圖像采集，豐富了血潛指紋顯現(xiàn)的方法種類，完善了目前血潛指紋顯現(xiàn)方法在提供第三水平信息方面的缺失。該方法具有以下優(yōu)點:
[0032](1)所用試劑穩(wěn)定，對操作人員的身體健康傷害??；
[0033](2) Ag納米粒子標記血指紋技術(shù)簡單；
[0034](3)顯現(xiàn)后采集的指紋圖像分辨率高，可以提供清晰的二級水平和三級水平的指紋信息；
[0035]( 4 )該方法可用于滲透性或半滲透性基底；
[0036](5)該方法原理上可用于血潛指紋、汗?jié)撝讣y和油潛指紋。
[0037]利用掃描電化學顯微鏡得到高分辨率的血潛指紋圖像，指紋紋線上的汗孔大小、形狀、相對位置以及分布情況清晰可見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明對血指紋進行Ag金屬粒子標記前后效果對比圖。(a)是聚偏二氟乙烯膜(PVDF)基底上標記效果對比圖，(b)是聚苯二甲酸乙二酯(PET)基底上標記效果對比圖，兩張圖片左半部分為標記前的新鮮血指紋，右半部分為標記后的指紋。
[0039]圖2是本發(fā)明在不同基底上，利用掃描電子顯微鏡(SEM)和掃描電化學顯微鏡(SECM)技術(shù)對Ag金屬粒子標記的血指紋采集圖像的對比。(a)是聚偏二氟乙烯膜(PVDF)基底上Ag金屬粒子標記的血指紋照片，(b)是聚偏二氟乙烯膜(PVDF)基底上Ag金屬粒子標記血指紋的SEM圖像，(c)是聚偏二氟乙烯膜(PVDF)基底上Ag金屬粒子標記血指紋的SECM圖像，Cd)是聚苯二甲酸乙二酯(PET)基底上Ag金屬粒子標記的血指紋照片，Ce)是聚苯二甲酸乙二酯(PET)基底上Ag金屬粒子標記血指紋的SEM圖像，Cf)是聚苯二甲酸乙二酯(PET)基底上Ag金屬粒子標記血指紋的SECM圖像。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合實例來進一步說明本發(fā)明，此實例僅用于具體說明，而不僅限于本發(fā)明的實際應用范圍。
[0041]實施例1
[0042]以半滲透性基底聚偏二氟乙烯膜(PVDF)表面的血指紋檢測為例，具體操作有以下步驟:
[0043](I)將1.25g碳酸鈉溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液A。
[0044](2)將0.05g硝酸銨，0.05g硝酸銀，0.25g矽鎢酸，125 μ L甲醛放入小燒杯中溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液B。
[0045](3) PVDF膜先在甲醇中浸泡I~2s，浸透后再在水中浸泡I~2min，按捺指紋前必須保持膜體濕潤。
[0046](4)志愿者用香皂將手洗凈，晾干，手指蘸取健康人體全血液，將多余的血液在另一只手的掌心抹去，涂勻，以適度的力量按壓在濕潤的PVDF膜上，得到新鮮的血指紋。
[0047](5)使用1%的乙酸鈉溶液對指紋固定15min，取出后用超純水沖洗I~2min ;再放入0.1%硫代硫酸鈉溶液中活化15min，取出后用超純水沖洗I~2min。
[0048](6)將儲備溶液A和B按體積比1:1混合均勻，將指紋樣品置于混合液中，在振蕩器中進行標記。
[0049](7)指紋顯現(xiàn)后，將樣品放入10%的乙酸溶液中IOmin使反應停止，取出后用超純水沖洗，晾干。
[0050](8)稱取 0.0261g K3IrCl6 和 0.2528g KNO3,溶解，配制成濃度為 2mmol/LK3IrCl6+0.lmol/L KNO3作為電化學反應液。
[0051](9)用砂紙將底端 密封的直徑為25 μ m的圓盤鉬微電極進行打磨，使其尖端成為圓錐形，并滿足玻璃外殼半徑和與尖端半徑之比小于10。成像之前對微電極狀態(tài)進行表征，并利用漸近曲線靠近基底。
[0052](10)以直徑為25 μ m的圓盤微電極為工作電極，Ag絲為準參比電極，Pt絲為對電級，設(shè)定探針電位為0.8V、掃描速率為640 μ m/s，選擇合適的掃描范圍，在反饋模式下進行掃描電化學顯微鏡成像實驗。
[0053]實施例2
[0054]以半滲透性基底聚苯二甲酸乙二酯(PET)表面的血指紋檢測為例，具體操作有以下步驟:
[0055](I)將1.25g碳酸鈉溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液A。
[0056](2)將0.05g硝酸銨，0.05g硝酸銀，0.25g矽鎢酸，125 μ L甲醛放入小燒杯中溶解，轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，超純水定容，稱為儲備溶液B。
[0057](3) PET在乙醇和水中分別超聲清洗15min，氮氣吹干。
[0058](4)志愿者用香皂將手洗凈，晾干，手指蘸取健康人體全血液，將多余的血液在另一只手的掌心抹去，涂勻，以適度的力量按壓在PET上，得到新鮮的血指紋。
[0059](5)用無水乙醇固定指紋,取出后用超純水沖洗I~2min ;再放入0.1%硫代硫酸鈉溶液中活化15min，取出后用超純水沖洗I~2min。
[0060](6)將儲備溶液A和B按體積比1:1混合均勻，將指紋樣品置于混合液中，在振蕩器中進行標記。
[0061](7)指紋顯現(xiàn)后，將樣品放入10%的乙酸溶液中IOmin使反應停止，取出后用超純水沖洗，晾干。
[0062](8)稱取 0.0261g K3IrCl6 和 0.2528g KNO3,溶解，配制成濃度為 2mmol/LK3IrCl6+0.lmol/L KNO3作為電化學反應液。[0063](9)用砂紙將底端密封的直徑為25 μ m的圓盤鉬微電極進行打磨，使其尖端成為圓錐形，并滿足玻璃外殼半徑和與尖端半徑之比小于10。成像之前對微電極狀態(tài)進行表征，并利用漸近曲線靠近基底。
[0064](10)以直徑為25 μ m的圓盤微電極為工作電極，Ag絲為準參比電極，Pt絲為對電級，設(shè)定探針電位為0.8V、掃描速率為640 μ m/s，選擇合適的掃描范圍，在反饋模式下進行掃描電化學顯微鏡成像實驗。
【權(quán)利要求】
1.一種基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征在于，首先利用Ag+離子與指紋嵴線區(qū)域血液中的蛋白成分結(jié)合并還原為具有電化學活性的Ag納米粒子，而不與谷線區(qū)域基底反應的原理，使指紋嵴線與谷線區(qū)域形成電化學活性差異；然后在溶液中加入氧化還原介質(zhì)K3IrCl6,利用K3IrCl6與嵴線區(qū)域Ag金屬粒子反應產(chǎn)生正反饋效應，而不與谷線區(qū)域反應的原理，進行基于SECM技術(shù)的血指紋圖像采集；步驟如下: 1)以碳酸鈉為原料配制成儲備溶液A，以硝酸銨、硝酸銀、矽鎢酸、甲醛為原料配制儲備溶液B，反應時以一定比例混合A和B作為Ag納米顆粒標記血指紋的溶液； 2)志愿者將手洗干凈，手指蘸取全血，在基底上按捺新鮮血指紋； 3)將步驟I)制得的貯備溶液按一定體積比混合均勻，把血指紋樣品置于混合液中，在振蕩器中進行標記； 4)配制電化學反應溶液，打磨掃描探針，設(shè)定掃描參數(shù)，利用掃描電化學顯微鏡對標記成功的血指紋樣品進行圖像采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的步驟(1)具體包括: 將碳酸鈉溶液配制成濃度范圍0.45-0.50mol/L的溶液，稱為儲備溶液A ;配制含有各成分濃度比硝酸銨:硝酸銀:矽鎢酸:甲醛=6:3:1:50的溶液，稱為儲備溶液B ;銀染標記血指紋時將儲備溶液A和B按一定體積比混合均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的步驟(2)具體包括: 志愿者將手洗凈，晾干，手指蘸取全血，將多余的血液在另一只手的掌心抹去，涂勻，以適度的力量按壓在基底上，得到新鮮的血指紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的步驟(3)具體步驟包括: (O使用1%的乙酸鈉或乙醇溶液對指紋固定15min，取出后用超純水沖洗I~2min ；再放入0.1%硫代硫酸鈉溶液中活化15min，取出后用超純水沖洗I~2min ； (2)將儲備溶液A和B按體積比1:1混合均勾，將血指紋樣品直于混合液中，在振湯器中進行標記； (3)指紋顯現(xiàn)后，將血指紋樣品放入10%的乙酸溶液中IOmin使反應停止，取出后用超純水沖洗，晾干。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的步驟(4)具體包括: 配制以KNO3作為支持電解質(zhì)，以一定濃度的K3IrCl6作為氧化還原介質(zhì)的電化學反應溶液；用砂紙將底端密封的直徑為25 μ m的圓盤鉬微電極進行打磨，使其尖端成為圓錐形，并滿足玻璃外殼半徑和與尖端半徑之比小于10，作為血指紋圖像采集的探針。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的掃描電化學顯微鏡的電化學池構(gòu)成及掃描參數(shù)為: 工作電極:直徑為25 μ m的圓盤微電極；準參比電極:Ag絲；對電級:Pt絲；探針電位:0.8V ;銀標記的血指紋樣品固定在電解池的底部；掃描電化學顯微鏡設(shè)定為反饋模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的Ag納米顆粒標記血指紋能用銅納米顆粒標記血指紋取代，只是將Ag納米顆粒換成Cu納米顆粒， 硝酸銀換成硝酸銅或硫酸銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描電化學顯微鏡的高分辨率血潛指紋圖像采集方法，其特征是:所述的基底聚偏二氟乙烯膜或聚苯二甲酸乙二酯。
【文檔編號】A61B5/117GK103598890SQ201310562591
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】張學記, 武文錦, 張亭, 朱雨, 張美芹 申請人:北京科技大學