世界上没有两片相同的树叶，也没有两个相同的指纹。每个人的指纹就如同个人的“身份证”。今天，指纹已被应用到身份验证（比如手机的指纹锁）、侦查破案和法医调查等众多的领域。无论是影视作品还是现实案例，罪案现场的指纹帮助侦探们破获了无数案件，将罪犯绳之以法。
图片来源：《名侦探柯南》
潜在指纹是案发现场中最常见的指纹，这类指纹是身体自然分泌物（如汗液、油脂）形成的指纹纹路，肉眼不易发现。收集这种指纹的方法很多，如果指纹是留在金属、塑胶、玻璃、瓷砖等非吸水性材质的光滑表面，检验方法比较容易。通常可以用粉末法，选择颜色对比大的粉末，撒在物品表面提取出完整的指纹。也可以用磁粉法，撒上微细的铁粉颗粒，用磁铁作为刷子，来回刷扫，显现指纹。
粉末法指纹显像。图片来源：Nano Research [1]
如果指纹留在纸张、卡片、皮革等亲水性材质的表面，通常需要使用化学处理才能显现。常用的化学法有：碘熏法、宁海得林法、硝酸银法、荧光试剂法、红外光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法、电致化学发光法等等。
荧光法指纹显像。图片来源：Nano Research [1]
然而，指纹的提取往往受到真实环境的影响，导致部分信息缺失。用传统的方法很难从橡胶、布等表面粗糙的材料上检测指纹。近日，国家纳米科学中心蒋兴宇研究员和查瑞涛博士等研究者在Nanoscale Horizons 发表文章，报道了一种荧光纳米纤维化纤维素/碳点纸（nanofibrillated cellulose/carbon dot paper, NFC/CD paper），可以从不同材质表面上高效的提取和检测潜在指纹，实现粗糙表面的指纹快速可视化。
荧光NFC/CD纸的制备及对潜在指纹的提取和检测。图片来源：Nanoscale Horiz.
研究者以柠檬酸（CA）为主要碳源、1,2-乙二胺（EDA）为氮源合成氮掺杂CD。NFC由于具有高比表面积、多孔性、可调表面化学性能和优异的机械性能，可以作为荧光CD的支撑材料。通过微波处理和成型，即可得到荧光NFC/CD纸。电镜表征结果表明，制备的CD的直径分布很窄（20-30 nm），而NFC呈现出明显的纳米纤维结构，CD很好地附着在NFC上。CD荧光量子产率可达11.8%，而NFC/CD分散液在360 nm紫外光的激发下呈现亮蓝色。
CD、NFC、NFC/CD的电镜图像。图片来源：Nanoscale Horiz.
接下来，研究者利用制备的NFC/CD纸从不同材质表面上提取和检测潜在指纹，并与当前常见的指纹检测技术进行了比较。使用NFC/CD纸可以从玻璃、纸、墙面、布、平面或曲面橡胶等不同材质的表面上提取潜在指纹，再用氰基丙烯酸酯熏蒸，随后利用超顺磁性氧化铁纳米粒子染色，即可显示出清晰的指纹。在测试用的各种表面上，NFC/CD纸的效果要普遍优于直接熏蒸、染色或商用胶带，特别是橡胶表面，除了NFC/CD纸，其它方法均无法获得清晰的指纹。值得一提的是，NFC/CD纸上的CD在360 nm激发波长下具有优异荧光特性，可以提供荧光信号增强指纹特征和背景的对比度，从而进一步提高指纹的检测灵敏度。
NFC/CD纸与其它几种技术从不同材质表面上获取指纹的对比。图片来源：Nanoscale Horiz.
研究者进一步分析了NFC/CD纸转移和检测指纹的机理。如下图所示，潜在指纹的残留物可以通过毛细效应、亲水效应和非特异性吸附效应粘附在NFC/CD纸上；氰基丙烯酸酯熏蒸时，会与残留物反应，通过阴离子聚合生成聚氰基丙烯酸酯，有效地消除了干扰信息；超顺磁性氧化铁纳米粒子则是通过静电相互作用和非特异性吸附实现染色，可以让指纹更清晰地显示出来。
指纹转移和检测机理示意图。图片来源：Nanoscale Horiz.
为了测试NFC/CD纸的灵敏度，研究者将用它获取的潜在指纹中的汗孔特征与实际手指进行比对。可以看到，NFC/CD纸检测的指纹中，汗孔可以准确地成像，尺寸分布在21-46 μm之间，与手指上实际汗孔46-57 μm的尺寸分布虽有差距，但位置分布完全吻合。
NFC/CD纸检测的指纹中的汗孔与实际手指对比。图片来源：Nanoscale Horiz.
指纹三维模型可以有效消除背景信号的干扰，显著提高对比度。研究者将不同方法获得的指纹图像转换为三维模型以比较特征点，发现NFC/CD纸依然表现优秀，保留的特征点最多，丢失的细节信息最少，特别是在橡胶、布、纸的表面尤为出众（下图a）。研究者还测试了几种方法在不同材质表面上获得的指纹图像与在玻璃上通过标准方法（固定和染色）获得的指纹图像的相似度（下图b），结果表明传统的方法难以从粗糙的橡胶材质表面获取指纹（相似度低于30%），而使用NFC/CD纸以后，从橡胶材质表面上得到的指纹更加清晰，相似度超过60%。
NFC/CD纸与其它几种技术指纹特征点及相似度分析。图片来源：Nanoscale Horiz.
综上，NFC/CD纸具有优良的光致发光性能，可以提高检测过程中的对比度、灵敏度和准确度，成功地保留了指纹图案的细节，如脊线、汗孔等特征，可以提取粗糙表面上的潜在指纹。结合NFC纸的良好机械强度、柔韧性、浸润性等特点，这种指纹提取和分析技术在法医调查、图像分析、智能手机、个人识别、移动支付等领域具有巨大的应用潜力。
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https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/NH/C8NH00494C?utm_source=X-MOL&utm_medium=web&utm_campaign=xmol-depth#!divAbstract）：
High-efficiency transfer of fingerprints from various surfaces using nanofibrillated cellulose
Nanoscale Horiz., 2019, DOI: 10.1039/C8NH00494C
导师介绍
蒋兴宇
https://www.x-mol.com/university/faculty/23155
查瑞涛
https://www.x-mol.com/university/faculty/58855
参考资料：
1. Recent progress in background-free latent fingerprint Imaging. Nano Res., 2018, 11, 5499–5518, DOI: 10.1007/s12274-018-2073-1
来源：X-MOL
