一種基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針及其製備方法與在潛指紋檢測中的應用與流程

2023-12-02 09:43:26 1

本發明屬於化學檢測領域，具體涉及一種基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針及其製備方法與在潛指紋檢測中的應用。

背景技術：

指紋已經廣泛用於刑事偵查、權限控制、醫療診斷等領域。指紋的組成非常複雜，還可能沾染外源性物質，而且指紋通常存在於各種複雜基底上，這些因素都給潛指紋檢測帶來了極大的困難。目前潛指紋檢測方法大致可歸結為儀器法（質譜法、紅外光譜法等）和化學著色法（比色法和光致發光法）。儀器法需要依賴於昂貴的大型檢測儀器，不能實現實時指紋檢測，因此很難滿足實用化的要求。比色法操作簡單，但靈敏度不高；光致發光檢測法靈敏度高，操作簡單，成本低，具有很好的實際應用前景。光致發光檢測探針的基本設計原理是在發光材料表面修飾具有識別功能的分子，通過探針對指紋中靶標物質的選擇性識別作用與指紋結合，在激發光源的照射下發出可見光顯現出指紋。傳統光致發光探針中用到的發光材料是紫外或可見光激發的有機染料和量子點，而指紋基底上的發色團也可以被紫外或可見光激發，因此傳統光致發光檢測法會受到基底背景螢光幹擾，難以實現複雜基底上的指紋檢測。因此，迫切需要開發一種能抑制複雜基底背景螢光幹擾的新型光致發光潛指紋檢測技術。

長餘輝是指激發光源關閉後仍能保持數秒到數小時發光的現象。長餘輝材料可以將激發光能量儲存起來，在激發光源關閉後緩慢地把這些儲存的能量以輻射的形式釋放出來。相比於傳統螢光材料，長餘輝材料具有超長的發光壽命、良好的光學穩定性和化學穩定性。由於長餘輝材料發光強度高、顏色可調，因此被廣泛用於顯示、照明和生物成像等領域。

目前已有文獻報導利用長餘輝材料來檢測指紋，但這些報導都是先通過高溫固相法合成塊體長餘輝材料，然後通過物理研磨得到微米級的長餘輝粉末，進一步基於粉末法檢測指紋。這樣的方法存在很多缺陷，第一，指紋中的水分會隨著放置時間的增長迅速流失，導致長餘輝粉末與指紋的結合能力顯著降低，所以長餘輝粉末不適用於放置時間較長的指紋的檢測。第二，指紋是一種三維的多孔結構，物理研磨得到的長餘輝粉末顆粒尺寸較大，不能進入指紋中的微小孔洞中，因此對指紋細微結構的成像解析度不夠。第三，物理研磨得到的長餘輝粉末顆粒水溶性差而且難以進行表面修飾，所以僅適用於粉末法檢測指紋，而且不能在其表面連接生物功能分子用於指紋中特定化學物質（如蛋白質、古柯鹼等）的檢測。第四，高溫固相反應需要在1000℃以上進行，危險係數很高而且耗能耗時。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點與不足，提供一種能抑制複雜基底背景螢光幹擾的基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針及其製備方法與應用，該探針能實現潛指紋的實時快速檢測，在實際生活中有廣泛的應用前景。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針，為表面連接3-氨丙基三乙氧基矽烷後再連接丁二酸酐的zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料。所述的zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料以硝酸鋅、鍺酸鈉、硝酸錳、濃氨水（質量分數為25%～32%）為原料通過水熱法製備得到，其優選通過包括如下步驟的方法製備得到：往硝酸鋅、鍺酸鈉、硝酸錳摩爾比為400:200:1的混合溶液中加濃氨水調節其ph為6～9，180～220℃反應12～24h，得到zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料。

所述的基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針的製備方法，包括如下步驟：

（1）將zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料加到n,n-二甲基甲醯胺中，分散後再加入3-氨丙基三乙氧基矽烷，於60～80℃回流反應12～24h，得到氨基修飾的長餘輝納米材料。

（2）將氨基修飾的長餘輝納米材料加到n,n-二甲基甲醯胺中，分散後再加入丁二酸酐和4-二甲氨基吡啶，反應12～24h，得到羧基修飾的長餘輝納米材料，即得到基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針。所述的反應的溫度優選為20～30℃。

上述方法中zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料、3-氨丙基三乙氧基矽烷、丁二酸酐和4-二甲氨基吡啶的質量比優選為1:4～6:1:0.02～0.1。

上述基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針可用於潛指紋檢測中。該探針用於潛指紋檢測的方法具體包括如下步驟：往基底上的指紋區滴加含指紋檢測探針、edc、nhs的溶液，反應結束後衝洗指紋區，再置於暗處，在紫外光照射下和關閉後進行觀察。所述的含指紋檢測探針、edc、nhs的溶液優選用磷酸鹽緩衝液做溶劑；所述的反應的條件優選為20～30℃反應30～60min。

本發明所提供的指紋檢測探針屬於光致發光檢測探針，在紫外燈照射下可以通過肉眼觀察到指紋圖像，關掉紫外燈後用單眼相機拍攝錄像記錄指紋圖像。本發明使用的主體材料為zn2geo4:0.5%mn，是一種新型的一維長餘輝納米材料，該材料為納米材料，能夠容易地進入指紋的細微結構中，實現指紋細微結構的清晰成像；該納米材料具有良好的綠色餘輝發光性質，良好的分散性以及表面可修飾的性質。通過表面修飾，可以將功能基團修飾到納米材料表面，通過與指紋中廣泛存在的蛋白或多肽特異性結合實現指紋的成像。並且該長餘輝納米材料製備的探針可以在激發光源關閉後持續發光，可以抑制基底背景螢光幹擾，因此可以用於複雜基底上的指紋檢測。本發明所提供的前指紋檢測探針對刑事偵查具有重要意義。

本發明具有以下優點和有益效果：

（1）本發明使用的原料豐富易得，探針合成方法簡單易行。

（2）本發明提供的探針能用於所有人和複雜基底上的指紋檢測，具有巨大的實用前景。

（3）本發明不需要使用大型儀器設備，檢測結果肉眼可見，也可通過單眼相機記錄檢測結果。

（4）本發明檢測探針便攜有效，檢測過程簡單快速，因此它非常適於刑事偵查等身份認證應用中。

附圖說明

圖1是長餘輝納米探針電鏡圖。

圖2是長餘輝納米探針發光光譜圖。

圖3是長餘輝納米探針的指紋檢測示意圖。

圖4是長餘輝納米探針對不同有背景螢光基底的指紋檢測結果和指紋細節成像結果圖。

圖5是未修飾3-氨丙基三乙氧基矽烷-丁二酸酐的長餘輝納米材料和修飾3-氨丙基三乙氧基矽烷-丁二酸酐的長餘輝納米探針的指紋成像結果圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1：基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針的製備

（1）zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料，通過以下方法製備：將硝酸鋅固體溶於一定量的水中，製備成濃度為2mol/l的硝酸鋅溶液；將硝酸錳溶液用一定量水稀釋，製備成濃度為80mmol/l的硝酸錳溶液；將氧化鍺固體溶於2mol/l的氫氧化鈉水溶液中，製備為濃度為400mmol/l的鍺酸鈉溶液。1ml移液槍準確量取2ml硝酸鋅溶液、5ml鍺酸鈉溶液以及0.15ml硝酸錳溶液於50ml燒杯中，加入20ml水，在磁力攪拌器上攪拌。快速加入質量分數為28%的濃氨水，調節ph到6左右，將溶液轉移到100ml的高溫水熱釜中，放入烘箱中在220℃反應24h。反應完成後，自然冷卻到室溫，將產物轉移到50ml離心管中，10000r/min下離心10分鐘，所得的zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料用去離子水洗滌三次，並放入100℃烘箱中烘乾。

（2）zn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料表面連接3-氨丙基三乙氧基矽烷分子，通過以下方法：用10ml量筒量取50mln,n-二甲基甲醯胺於100ml圓底燒瓶中，稱取100mgzn2geo4:0.5%mn長餘輝納米材料加入燒瓶中，超聲分散10min後，加入500mg3-氨丙基三乙氧基矽烷，於80℃回流攪拌反應12h。反應完成後，自然冷卻到室溫，將產物轉移到50ml離心管中，10000r/min下離心10分鐘，所得的氨基修飾的長餘輝納米材料用n,n-二甲基甲醯胺洗三次，分散在50mln,n-二甲基甲醯胺中得到zn2geo4:0.5%mn-nh2長餘輝納米材料儲存液。

（3）zn2geo4:0.5%mn-nh2長餘輝納米材料表面連接丁二酸酐分子，通過以下方法：用10ml量筒量取50mln,n-二甲基甲醯胺於150ml圓底燒瓶中，加入50mlzn2geo4:0.5%mn-nh2長餘輝納米材料儲存液，超聲分散10min後，再加入100mg丁二酸酐以及10mg4-二甲氨基吡啶，於室溫下攪拌反應12h。反應完成後，將產物轉移到50ml離心管中，10000r/min下離心10分鐘，所得的羧基修飾的長餘輝納米材料用水和乙醇體積比1:1的混合溶液洗三次即得到基於長餘輝納米材料的指紋檢測探針（長餘輝納米探針），將其分散在50ml水中。

將得到的探針水溶液滴到銅網上，進行透射電子顯微鏡表徵。表徵結果如圖1所示，圖1左小圖中tem結果顯示出長餘輝納米探針是一維的納米探針，具有良好的分散性和粒徑均一性。圖1右小圖是高分辨透射電子顯微鏡表徵圖，結果顯示出長餘輝納米材料結晶度很好。

進一步將濃度為1mg/ml的長餘輝納米探針水溶液在螢光光譜儀上進行發光性質的檢測，將發射光柵設置為20nm，光電倍增管電壓為950mv，使用320nm激發光激發2min後，關閉激發光源，檢測發光光譜，檢測結果如圖2所示，光譜掃描結果顯示出長餘輝納米探針的餘輝發光大致在535nm左右，是一種綠色長餘輝納米材料；圖2顯示長餘輝納米探針具有均勻的溶液分散性，並且在紫外光照射下具有明亮的發光，在紫外光關閉後仍然具有明亮的發光，說明了長餘輝納米探針具有很好的餘輝發光性質，能夠利用到消除基地背景螢光幹擾的指紋成像中。

實施例2：上述長餘輝納米材料探針用於潛指紋檢測

（1）指紋檢測成像示意圖如圖3所示。將長餘輝納米探針滴加到基底上，當探針與指紋中的物質特異性結合後，洗掉沒有結合的探針。在紫外光照射下，有背景螢光幹擾基地上的指紋圖像由於受到背景的影響而模糊不清；關閉紫外光後，短壽命的背景螢光消失，長餘輝的納米探針仍然繼續發光，此時採集指紋圖像，由於無背景螢光的幹擾，將得到清晰的指紋圖像。

（2）不同基底潛指紋圖像的獲取以及檢測

志願者在有背景螢光的基底（撲克牌和易拉罐商標）上輕輕按下指紋，用疏水筆圈出指紋範圍，然後在指紋上滴加200μl濃度為1mg/ml的納米探針的磷酸鹽緩衝溶液。再加入50μl濃度為2mg/ml的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳醯二亞胺鹽酸鹽（edc·hcl）的磷酸鹽緩衝溶液和50μl濃度為1mg/ml的n-羥基丁二醯亞胺（nhs）的磷酸鹽緩衝溶液，將該體系置於室溫下反應30min，隨後用磷酸鹽緩衝溶液（ph=7.2，10mm）將指紋區域衝洗三遍。將洗淨後的指紋置於暗處，在紫外光照射下和關閉後用單眼相機將發光的指紋記錄下來。分別以不同基底的潛指紋作為檢測對象進行了檢測試驗，所得圖像如圖4。從圖4中a-f小圖可以看出，在不同基底的指紋檢測實驗中，紫外光激發下撲克牌和易拉罐商標都有明顯的背景螢光幹擾，幾乎看不到這兩種基底上的指紋圖像；而紫外燈關閉後採集到的兩種基底上的指紋圖像都很清晰。圖4中g小圖裡的1-4分別對應的是c和f小圖裡的高倍放大圖像，在高倍放大的條件下可以清楚地看到潛指紋的細節，如小眼、螺紋、分叉點、終止點等，這些細節特徵可為個人身份鑑定提供有利證據。

進一步對比修飾/未修飾3-氨丙基三乙氧基矽烷-丁二酸酐的成像結果，加edc-nhs/不加edc-nhs的成像結果，實驗結果如圖5所示。從圖5a、b小圖對比和b、c小圖對比可以看出，未修飾的長餘輝納米材料在加了edc-nhs的條件下和修飾的長餘輝納米探針在不加edc-nhs的條件下都不能實現指紋的成像，只有修飾好的長餘輝納米探針在加了edc-nhs的條件下才能得到指紋的清晰明亮的成像圖。從這些實驗結果證明了該探針能夠適用於不同有背景螢光幹擾基底的潛指紋檢測，具有很好的實際應用價值。

上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。