Forskare vid Louisiana State University Department of Chemistry inklusive postdoktorn Fabrizio Donnarumma, före detta forskare och nuvarande LSU alumus Eden E. Camp, doktoranden Fan Cao och Roy Paul Daniels professor i kemi Kermit K. Murray har utvecklat ett infraröd laserablation och vakuuminfångningssystem för fingermärkesprovtagning som tar bort mysteriet ur processen att identifiera fingermärkens kemiska sammansättning på en brottsplats. De har beskrivit tillvägagångssättet och instrumenteringen i en ny artikel publicerad i Journal of American Society of Mass Spectrometry .

Idén startade när kemistudenten Eden Camp, som hade internerat vid Louisiana State Police Crime Lab under sommaren 2015, kontaktade Murray och Donnarumma med idén att använda laserlabbets utrustning för att upptäcka ämnen från fingermärken.

"Jag har alltid haft ett stort intresse för rättsmedicin och jag ville att min grundutbildning skulle spegla det, " sa Camp. Under hennes praktik på LSP Crime Lab, Camp började brainstorma hur rättsmedicinska experter skulle kunna upptäcka kemiska ämnen från fingermärken. "Den mest utmanande delen var att försöka bestämma en insamlingsmetod som förlorade minst mängd prov och inte skulle förstöra ytan den var på."

Lyckligtvis, Murray-labbet har lång erfarenhet av att använda laser för att ablatera eller ta bort små lager från olika vävnader för bioanalys.

"Vi insåg att om våra tekniker fungerar för biomolekyler så ömtåliga som DNA och RNA, det borde fungera med nästan vad som helst, " sa Donnarumma. "Vi kan fånga nästan allt som finns på en yta. I detta fall, det råkade bara vara fingermärken."

Tillsammans, forskarna kom på idén att använda lasrarna i deras labb för att avlägsna fingermärkesmaterial från en yta, sug in dem i ett filter och analysera dem sedan med hjälp av spektrometritekniker. Tekniken kan användas för att fånga och analysera en mängd olika molekyler som finns i fingermark, inklusive lipider, proteiner, genetiskt material eller till och med spårmängder av sprängämnen.

Springer med idén, Murray's Lab fick ett bidrag från LSU LIFT2-programmet för att bedriva forskning relaterad till laserablation och analys av fingermärken och skapandet av ett bärbart laserinfångningssystem för kriminaltekniska tillämpningar. Baserat på projektet, teamet utvecklar också ett patent och samarbetar med flera företag och brottsbekämpande myndigheter för att utveckla bättre tekniker för att analysera de kemiska signaturerna av fingermärken på brottsplatser.

Även om metoden kan användas för traditionell fingermärkesanalys, dess verkliga kraft ligger i att kunna fånga, filtrera och analysera biomolekyler och spårämnen som lämnats efter av fingermärken, som DNA eller sprängämnen som TNT.

Tillvägagångssättet fungerar genom att fokusera en laser, använda speglar och optiska fibrer, på en yta som innehåller ett fingermärke. Inom en yta av bredden 300 mikron, lasern värmer upp fukten eller vatten som finns på ytan, orsakar att kemiska bindningar i vattnet sträcker sig och vibrerar. Med tillräckligt med energi fokuserad på ett litet område, vattnet exploderar i princip, " bli en gas och lyfta biomolekyler som DNA med det från en yta. Denna process kallas laserablation. Lasersystemet som Murrays labb använder är extremt selektivt - det orsakar vibrationer i vatten syre-vätebindningar mer än i några andra bindningar i andra molekyler.

Även om processen låter våldsam, det är faktiskt mycket mindre än andra mekanismer som används för att ta bort biomolekyler från ytor. Laserablation kan fånga upp mycket ömtåliga material som har DNA samtidigt som deras integritet bevaras för analys.

Efter att lasern har avlägsnats eller lyft fingermärket, ett litet vakuumpumpsystem drar vattnet och alla tillhörande molekyler med det till ett filter i fingerborgsstorlek som fångar upp allt som lämnas efter någons finger. Forskare kan sedan spola innehållet i filtret i en analysanordning som en masspektrometer eller en gaskromatografi-masspektrometer. Dessa enheter bestämmer massan av alla föreningar eller molekyler i provet, gör det möjligt för forskare att identifiera exakt vad de är.

"Låt oss säga att jag förberedde en bomb, och jag använde inte handskar. Om jag rörde bomben och sedan rörde en yta, mina fingermärken kan lämna efter sig spårmängder av ett sprängämne, " sa Donnarumma. Med den här tekniken, kriminaltekniska team kan lyfta bort dessa föreningar från en yta, till exempel med ett bärbart lasersystem eller, ännu bättre, ett bärbart lasersystem som transporteras av en robot, och skicka in proverna till ett labb för analys och identifiering. I framtiden, detta tillvägagångssätt kan hjälpa kriminaltekniska bombgrupper att hitta och avaktivera bomber utan att behöva skicka gruppmedlemmar till farliga områden, samtidigt som potentiellt på samma gång fånga och identifiera eventuellt genetiskt material som också finns på platsen.

Forskargruppen i Kermit Murrays labb arbetar också med att skapa optiska fibertillbehör för deras lasersystem som skulle möjliggöra ett bärbart laserfingermärke-fångande system för att ta prov på olika ytor i fältet. Beroende på finansiering, Donnarumma planerar att fortsätta utveckla detta bärbara system i framtiden.

"En laserstråle är en rät linje, " sa Donnarumma. "Det kan vara svårt att fokusera ett traditionellt lasersystem på en exakt punkt, speciellt på en ojämn yta. Men om du kör lasern genom en flexibel optisk fiber, liknande hur en fiberoptisk kabel fungerar, du kan enklare prova ett större utbud av ytor."

Använda infraröd laserablation kopplad till vakuuminfångning, Donnarumma och kollegor i Murrays labb visade framgångsrik ablation och infångning av material från fingermärken på glas, plast, aluminium och kartongytor. Deras resultat publicerades i Journal of American Society of Mass Spectrometry den 22 maj, 2017.

Fingermärken och tillhörande material på framför allt porösa kartongytor kan vara näst intill omöjliga att fånga med traditionella kriminaltekniska metoder, som att placera tejp på ytan för att dra fingermärket. Men Murrays labbs lasersystem kan lätt penetrera porösa ytor som kartong.

Forskargruppen skapade fingermärken på glas, plast, aluminium och kartong för att testa deras infraröda laserablationssystem. De spetsade dessa fingermärken med ämnen så olika som koffein, Neosporin antiseptisk kräm, kondomsmörjmedel och TNT. I varje fall, de kunde identifiera dessa ämnen efter fingermärkesfångst med hjälp av masspektrometri.

"Vi har använt infraröda lasrar i många år för att ablatera biomolekyler från vävnadsprover för masspektrometri, så vi vet att de är mycket effektiva, " sade Murray. "Tack vare Edens initiativ, vi har nu en lovande ny ansökan."