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脱落细胞发现提取技术杂谈

2019-07-10

 

 

 

什么是脱落细胞DNA

 

脱落细胞DNA,也称为接触痕迹DNA,遵循洛卡德物质交换理论”,是指由于人体接触物体后遗留在客体表面的痕迹,通过有效的提取方式得到人体上皮细胞,并针对这些细胞进行DNA检验。

 

人体每天脱落约40万个上皮细胞,但这些上皮细胞是获得DNA分型成功率最低的人体组织,由于每个人的生活方式是不同、人体代谢功能差异,因此每个人接触物品后遗留的脱落细胞量差异很大。由于脱落细胞非常小,属于微米级的,肉眼不可见,因此如何有效解决当前脱落细胞盲提的问题,是提升DNA检出率的关键。

 

2018年,澳大利亚弗林德斯大学的Adrian Linacre等人组成的研究小组研究了采用DD核酸结合荧光染料的方法发现物证上潜在脱落细胞的技术。该小组组织了多名志愿者,洗手后通过长按SIM卡,信用卡,弹壳等多种不同承载客体,并使用DD核酸染料处理后,通过495纳米的蓝光激发荧光,通过成像装置,分别在50x, 200x不同放大倍率下观察,可清晰观察到脱落细胞发出的荧光,且具有特异性,通过提取后,可获得完整的STR分型,以下为该研究小组开展的有关研究成果。

按压时间和遗留脱落细胞量的关系


 

 

 

该研究小组的研究证明,通过核酸染料染色并通过荧光激发的方式,是发现脱落细胞有效方法。但由于DD染料是穿透细胞膜后对核酸进行染色,在实验室处理相对比较长,且需要完全浸泡,同时必须知道具体的接触痕迹,因此目前该方法应用于实际办案,仍需时日。但这些研究的方法,为有效发现脱落细胞提供了一种有效的技术手段。

 

除此之外,借助于当今光学技术、生物学技术和手印显现技术的发展,虽然无法清晰观察脱落细胞,但通过对接触痕迹的定位,实现精准提取脱落细胞,同样是一种有效的技术手段。且经过实际案件证明其行之有效,并成功获得DNA分型。以下就有关技术手段进行简单阐述。

 

 

真空镀膜显现技术

真空镀膜是通过在高真空环境,通过对金属进行蒸发或溅射,使其在物证上进行沉积的方法称为真空镀膜。真空镀膜除了应用于疑难手印的显现,还可对物证上的接触痕迹进行定位,从而实现对脱落细胞的提取。由于真空镀膜不但适用于非渗透性客体,且适用于半渗透性和渗透性客体,显现的接触痕迹是“负片“效应,即镀膜金属不会造成对脱落细胞的覆盖,且不破坏DNA,因此国外多个犯罪学实验室和国内公安单位已经使用该技术应用于办案。

 

如国内某市公安局使用睿鹰VMD900大型真空镀膜手印显现系统, 成功侦破女子李某被杀死在家中的案件。经过案件研究,由于尸体被拖动过,为此使用真空镀膜技术成功在被害人衣物上成功对拖拽的痕迹进行了定位,并提取脱落细胞后,成功做出了嫌疑人的DNA分型。

 

某案件中,使用睿鹰VMD560定位

嫌疑人使用的木棍上的接触痕迹

 

 

使用真空镀膜可显现布料上的抓、推痕迹

不但可实现接触DNA定位,且可对于判断案件性质发挥关键作用

 

真空镀膜设备目前代表产品是英国WEST TECHNOLOGY公司生产的专门为刑事技术物证处理的鹰VMD1260/560/360 手印显现系统,具有操作简便,柜内真空度控制准确且不破坏DNA的特点,已经在国内公安单位装备近百台。

 

 

 

502熏显手印技术

502熏显柜广泛在国内公安单位使用,由于502熏显显现手印的原理是熏显胶中的氰基丙烯酸乙酯( ethyl - cyanoacrylate,ECA)与手印纹线发生聚合反映后生成乳白色聚合物,从而将手印显现出来。

 

由于该过程是物理过程,因此不会造成手印纹线上的脱落细胞的破坏。由于该显现过程生成的乳白色聚合物会将脱落细胞覆盖,因此在提取脱落细胞时,需要使用棉签用力擦拭。502熏显使用方便,不破坏DNA,目前国内不少公安单位已经很好的将502熏显和脱落细胞提取进行有机结合,为案件侦破提供了重要技术支撑。

 

502熏显技术的关键是尽可能使用低粘性、高挥发性的熏显胶,并准确控制柜内熏显条件以达到快速显现手印的目的。由于使用的低粘性熏显胶,因此显现后的手印不但纹线清晰,且容易擦拭,利于脱落细胞的提取。同时应注意使用熏显柜物证处理,使用254纳米短波紫外对柜内残留的DNA进行灭活,防止DNA交叉污染。

 

目前英国法司特公司生产的MVC系列手印熏显柜是502熏显柜的代表产品,MVC熏显柜采用量化控制技术,并使用低黏性高挥发性的熏显胶,实现对手印的清晰显现MVC熏显柜熏显后的手印,纹线清晰,容易擦拭提取脱落细胞。同时MVC熏显可配254纳米短波组件,对柜内的DNA进行灭活,防止DNA交叉污染。

 

纸张上脱落细胞的提取

嫌疑人接触后的纸张,必然也在纸张上遗留有脱落细胞,通过合适的显现方法能够对嫌疑人接触痕迹进行准确定位后提取。

 

传统的化学显现方法包括茚二酮、DFO 和茚三酮,这些方法通过验证,不会对DNA产生破坏,但由于化学处理过程,尤其是通过配置的溶液浸泡或采用喷灌喷洒茚三酮试剂显现,都会使脱落细胞造成一定的损失,从而影响脱落细胞的检出率

 

目前广泛使用的热成像技术,采用物理方法,能够快速显现纸张上的手印,显现后通过特种光源激发荧光即可实现遗留手印的精确定位,提取脱落细胞。

TFD2纸张手印快速显现系统是一款通过热成像技术快速显现纸张遗留手印的方法,并可通过特种高纯度蓝光和蓝绿光激发手印的荧光,从而准确确定手印遗留位置,提取脱落细胞根据厂家和国内公安单位的测试,该方法安全可靠,不破坏DNA

 

TFD2是英国法斯特公司采用悉尼大学专利技术,并在2011年在全球率先推出的采用热成像技术,实现纸张手印快速显现的设备,显现收的手印可肉眼观察和照相提取。国内公安单位已经安装100台以上。

 

靶向试剂技术

目前,国内部分企业推出了采用荧光标记溶液或其它基于茚二酮的改良配方的靶向试剂,配合激光激发荧光,实现对物证上遗留的潜在接触痕迹进行定位。

 

此类方法其主要优势是针对渗透性客体,如衣物、砖头、皮包、木头等客体遗留手印的显现,并通过定位提取脱落细胞。如果采用茚二酮的改良靶向试剂,需要喷洒后等约半小时后再通过激光方可激发手印的荧光,但个体差异导致的荧光差异也比较大目前国内部分单位也尝试应用于办案。

 

 

 

脱落细胞提取技术

脱落细胞由于其固有的物理属性,且受到不同承载客体的影像,植绒棉签、普通棉签和蘸取器已经广泛在现场使用。根据国外权威办案机构的数据统计和国内公安用户的使用经验,采用植绒棉签,可有效提升脱落细胞检查率,其技术关键是植绒棉签相对传统棉签,不但可提取更多的脱落细胞,且在后续实验室检验环节,可实现高达90%以上的洗脱

 

 

 

目前弘德商城(mall.hdw.top)销售的意大利COPAN公司采用专利技术设计的尼龙纤维植绒填充技术,其顶部为垂直于基底的尼龙纤维结构,这种结构可最大限度的提高DNA采集,并保证快速且完全的洗脱和释放。根究国内多个公安单位的使用数据统计,使用尼龙纤维植绒棉签较传统的棉签可将脱落细胞检出率提升30%以上

 

前瞻技术

根据了解,目前美国硅谷一家企业,采用向美国NASA提供的短波Nd-YAG激光而设计开发的拉曼光谱技术用于手印快速定位显现。

 

通过激光单色性好,特别是在短波紫外段特有的优势激发手印的固有荧光,实现对客体表面手印进行定位,并获得了良好的效果。短波激光相对于传统的445纳米或532纳米的激光,能够更有效抑制背景荧光的干扰,从而获得信噪比更佳的拉曼光谱信号。该企业应用科学家发现,通过短波Nd-YAG激光器的激发,可产生330 nm 和 440 nm 两个特征峰,且两个峰的峰高随着时间的推移,强度发生变化,这种强度变化和手印中的成分相关

 

根据该企业研究人员的研究认为通过手印潜在荧光强度的变化,可为手印遗留时间提供参考。

 

以下是同一枚手印通过短波激光激发和茚三酮显现的效果图

 

 

 上述各种技术手段的应用,也需要检验人员根据检材的特征灵活选用,才能达到好的效果。先采用物理方法,再采用化学方法是物证检验的原则开展相关的检验工作。

 

我们相信,随着科技的不断发展,更多有效的技术手段将不断推出,从而进一步提升微量生物检材的发现和提取能力,助力案件侦破。