[发明专利]基于扫描电化学显微镜的高分辨率血潜指纹图像采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用扫描电化学显微镜（SECM）和银染技术相结合高分辨率地采集血潜指纹图像的方法，属于指纹鉴别技术领域。

背景技术

在凶杀、抢劫等重大恶性案件中，现场经常会遗留下血指纹，有效的指纹显现和图像采集能为案情的侦破提供重要线索和有力证据。因此，在犯罪现场发现和提取血指纹是非常重要的。血指纹通常分为两类：一类是可见的血指纹，指深红色的血纹线与基底背景之间存在较大的反差而明显可见的指纹；另一类是潜在的血指纹，指含血量较少或遗留在深色基底表面上的微弱或不清楚的指纹。对于潜血指纹，通常需要使用特殊拍照方法、化学试剂和物理材料进行处理，使其显现或增强。

指纹图像包括三个水平的信息：第一水平——指纹的轮廓，如斗形纹、簸箕形纹线；第二水平——指纹中纹线的走向，如纹线的终结、分叉、岛形纹等；第三水平——指纹嵴上汗孔的形状和相对位置。目前取得的指纹图像以第一水平和第二水平为主，可取得第三水平指纹图像信息的方法极少，而在犯罪现场，嫌犯留下的指纹千变万化，其中一些残缺的指纹通过第一、二水平的信息尚不足以进行身份认证，因此迫切需要发展高分辨率的图像采集方法和技术。

指纹采集的过程本质上是指纹成像的过程。其原理是根据嵴与峪的几何特性、物理特征和生物特性的不同，以得到不同的反馈信号，根据反馈信号的量值绘成指纹图像。指纹图像的好坏会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度。高质量的指纹图像可以大大简化指纹图像处理的算法，提高识别率。因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。目前，高质量的指纹采集技术已成为具有广阔应用前景的重要研究课题。

目前市场上指纹采集根据信号转换器技术的不同主要分为三大类：光学指纹采集、半导体指纹采集和超声波指纹采集。但还存在着成像分辨率不高、成本较高和采集过程繁琐。我们知道，电化学转换器件具有较高的灵敏度，易微型化，易集成化，能在浑浊的溶液中操作等许多优势，并且所需的仪器简单、便宜，因而已被广泛应用于传感器的制备中，如电化学DNA传感器、电化学酶传感器、电化学免疫传感器、电化学细胞传感器等。但扫描电化学显微镜在血潜指纹高分辨率图像采集中的应用至今还没有报道过。

SECM是扫描探针显微技术的一种，它可以利用基底材料表面化学反应活性的不同而对基底的形貌进行成像。本发明为了取得高分辨率的血指纹检测图像，首次将扫描电化学显微镜用于血潜指纹的检测，发明了一种可以稳定地取得指纹第三水平信息的高分辨率血指纹图像采集方法。本发明的原理是，血液中所含蛋白成分可与Ag⁺离子结合并还原为具有电化学活性的Ag纳米粒子，而人体汗腺分泌物也含有蛋白成分，因此理论上也可以应用于汗潜指纹和油潜指纹的高分辨率成像。

发明内容

本发明的目的是：针对目前血指纹检测技术存在的图像采集分辨率低，亟需发展能提供第三水平指纹信息的检测技术的需求，首次将扫描电化学显微镜技术应用于血指纹的图像采集。本发明具有简单、可在溶液中进行、对操作人员无害、成像高分辨率的优点。

本发明采用扫描电化学显微镜对绝缘基底（如聚偏二氟乙烯膜，聚苯二甲酸乙二酯）表面Ag纳米颗粒标记的血潜指纹进行扫描成像。其特点是首先利用Ag⁺离子与指纹嵴线区域血液中的蛋白成分结合并还原为具有电化学活性的Ag纳米粒子，而不与谷线区域基底反应的原理，使指纹嵴线与谷线区域形成电化学活性差异；再利用扫描电化学显微镜对标记成功的血指纹样品进行图像采集，原理是在溶液中加入氧化还原介质K₃IrCl₆后，其在探针上产生的氧化剂氧化Ag金属粒子为Ag⁺溶解到溶液中，这一过程会使得探针电流显著增加；而指纹谷线区和基底因为不含Ag金属粒子而没有这样的正反馈效应，从而实现高分辨率的血潜指纹图像采集。

该方法具体操作包括以下步骤：

1）以碳酸钠为原料配制储备溶液A，硝酸铵、硝酸银、矽钨酸、甲醛为原料配制储备溶液B，反应时以一定比例混合作为Ag纳米颗粒标记血指纹的溶液。

2）志愿者将手洗干净，手指蘸取全血，在绝缘基底上按捺新鲜血指纹。

3）将步骤1）制得的贮备溶液按一定体积比混合均匀，把指纹样品置于混合液中，在振荡器中进行标记。

4）配制电化学反应溶液，打磨扫描探针，设定扫描参数，利用扫描电化学显微镜对标记成功的血指纹样品进行图像采集实验。

上述步骤1）具体包括以下步骤：

（1）将1.25g碳酸钠溶解，转移至25mL容量瓶中，超纯水定容，称为储备溶液A。