2016年，习近平总书记在“科技三会”上强调：科技创新与科学普及是实现创新发展的两翼，两者的地位同等重要。化学与现代社会是笔者面向全校本科生开设的一门专业通识课，该课程围绕着当今社会热点问题和人们普遍关注的话题，如新能源、新材料、医药健康、信息技术、环境、刑事技术、传统文化等诸多领域，以学生喜闻乐见的方式科普其中所涉及的化学知识。笔者在教学过程中将上述热点问题设置为独立章节，讲授过程注重将知识性、趣味性、科普性融于一体，受到学生的广泛喜爱，每年选课人数都基本满员。
如图1所示，笔者以“化学与刑事技术”一章为例简述授课模式。首先，笔者给学生建议几个刑事技术领域与化学相关的热点话题，如指纹显现、DNA鉴定、毒物/爆炸物检测、酒精/毒品鉴别等。其次，学生自主选择感兴趣的主题作为研究内容，或者自拟研究内容，形成不同的TBL主题学习小组。同时为了充分调动学生的学习积极性和主动参与性，每组设组长和副组长各一名，以组织成员有效分析归纳主题内容。再次，组内成员根据分工任务，通过合作查阅相关资料、收集素材，讨论研判后形成最终方案。最后，在课堂上进行基于翻转课堂的信息共享学习。实践证实，这种学习模式能显著提高学生解决问题、发展高层次思维、团队合作、组织利用时间、获取评价信息及自主学习能力。
图1
笔者经梳理各TBL小组的研究内容，认为将指纹显现技术拟人化为侦查员，将包含可见指纹、潜指纹、压痕指纹在内的各种指纹比喻为令刑事侦查员们敬畏又头疼的“怪盗”方案很有创意。正如方案中所述：所谓“魔高一尺而道高一丈”，随着指纹显现技术部门的成立，供职其中的化学、物理或生物侦查员们总能通过自己的方法令这些肉眼难以辨别的“指纹怪盗”无处遁形，从而破获一桩桩奇案。基于此，本文介绍了“指纹怪盗组”的研究内容，重点介绍其中的化学方法和化学原理。
1 部门元老——硝酸银法
硝酸银法的使用标志着指纹显现技术研究的开端，其历史可要追溯到1877年。法国医生Aubert在研究皮肤病与腺体分泌过程中，无意间发现硝酸银能显现出汗液指纹，成为创立指纹显现技术的第一人[1]。硝酸银法配方简单，操作方便，也正是硝酸银法的出现才促成了指纹显现技术部的成立。这是因为银离子可以与人体汗液中的氯离子反应生成氯化银，在强光照射下氯化银可分解出棕黑色、可吸附于手印纹线上的银颗粒，从而使“指纹怪盗”得以显现。
硝酸银法能一直成为部门元老且未随着显现技术的发展被淘汰可是不无道理的。在指纹显现技术部供职的一百多年来，他勤勤恳恳、任劳任怨，对于揪出在纸张、本色木材等检材表面的指纹“怪盗”可是一把好手。尤其是在火灾、爆炸等高温环境下，指纹痕迹上人体遗留的氨基酸、蛋白质、脂肪酸等内源性物质已遭到严重破坏，但性质稳定的氯化钾、氯化钠等无机盐则被留下，正是硝酸银能大显身手的绝佳时机[2]。但随着光照时间的推移，不断增多的银颗粒会使手印变黑而影响辨别，因此使用该法时要把握好曝光时间和曝光量，以获取最佳显现效果。
2 人气侦查员——“502”胶熏显法
图2
3 行业楷模——茚三酮及其同系物DFO法
图3
但由于鲁赫曼紫遇水易潮解，遇高温也易分解，且对深色及复杂背景灵敏度不高，研究者们试图通过将鲁赫曼紫与金属盐进行二次反应，形成有荧光的络合物来提高灵敏度(图4)。但这种操作不仅增加了繁琐的合成步骤，而且配位反应会受温度和酸度的影响，生成具有不同颜色的络合物，给鉴别和显色带来不确定性。因此，目前的研究更倾向于合成新型茚三酮同系物，同时不经二次处理就能产生强烈荧光的物质来提高显现灵敏度，这其中优秀的代表当属1, 8-二氮杂芴-9-酮(1, 8-diazafluoren-9-one，DFO)。
图4
图5
4 行业老手——碘熏法
碘熏法操作简单，只需加热碘晶体使之成为紫色的碘蒸气，喷洒在指纹印记处，根据“相似相溶”原理，指纹中的油脂与碘产生粘附吸收而显现出棕黄色。适用于多种纸张、木材、涂料墙面等渗透性或非渗透性客体上血液、油脂指印的显现，不论指纹新鲜陈旧，都有较好的显现效果，成为处理需长时间保留的公文、信封、贵重文物上的浅指纹的首选方法。碘熏法也可为其他指纹显技术提供预检支持，简单却无可替代。但碘熏法处理后显现的指纹并不能长时间保存，碘蒸气还因有刺激气味而对人体有害，目前多采用0.01–0.05 mol·L-1碘/乙醇溶液代替碘蒸气，极大地避免了碘蒸气对人体的伤害[7]。刘丽等[8]的研究还表明，在碘中加入锌粉的“碘锌手印显现法”可促进碘与手印中不饱和脂肪酸的加成反应，进而增长了所显现指纹的保存时间及指纹显现的清晰度。
5 荧光达人——8-羟基喹啉法
6 后起之秀——京尼平法
上述诸位侦查员虽贡献巨大，但也存在自身毒性危害人体健康等问题，因此近年来人们试图寻找更安全的天然来源的显现剂，京尼平(genipin)法由此应运而生。京尼平为提取自栀子果实的环烯醚萜葡萄糖苷(京尼平苷)经β-葡萄糖苷酶水解后的产物，本是一种优良的生物交联剂，可与蛋白质等通过交联反应制作人造骨骼等生物材料。2004年，以色列Almog等[11]首次提出京尼平可作为一种指纹显现剂，其所含有的活性官能团(羟基、酯基、烯基)可以与指纹中的氨基酸发生交联反应，生成肉眼可见的蓝紫色荧光物质——栀子蓝色素，尤其适合各类纸质检材的汗潜指纹的鉴定。陆新等[12]的研究表明，与茚三酮和DFO法相比，京尼平法在人民币及复印纸上显现指纹的清晰度更高。
京尼平显现的反应机理在不同pH条件下不尽相同。具体来讲，在pH ≤ 7的酸性和中性条件下，氨基酸上的氨基亲核进攻京尼平C-3位烯碳原子使二氢吡喃环打开，而后氨基N亲核进攻醛基中间体上的C原子，羟基离去，形成杂环胺。在pH > 7的碱性条件下，京尼平的环并未打开，氨基酸上的氨基仅亲核进攻京尼平C-11酯基碳原子，而后脱去一分子甲醇生成目标物(图6)。
图6
7 物理助手——固态发光碳纳米粒子法
不同于传统荧光试剂久置后会影响显现结果的缺陷，固态发光碳纳米粒子为无定形碳结构，结构稳定，可长时间放置而不影响效果。此外，固态发光碳纳米粒子安全无毒，依靠静电作用或化学反应与手印中的氨基酸、汗渍油脂结合，在紫外照射下可显现出蓝绿色荧光。王桂萍等[13]的研究表明，即使是在有多重荧光背景的不同客体材料上进行指纹显现，固态发光碳纳米粒子法也可清晰显现出指纹结构。对于遗留数日甚至数周的旧指纹，即使氨基酸、油脂等已分解消失，也能较清晰显现出指纹。
8 结语
纵使指纹“怪盗”们隐身术再超强，只要留下痕迹，指纹显现技术部门各个高手们就有办法使“怪盗”们显现出来而无处可藏。随着更多、更灵敏的新型指纹显现技术的不断涌现，他们正朝着建设高效、简便、友善、环保的“四佳”刑事侦查部门而努力。
参考文献
DOI:10.1520/JFS2002333 [本文引用: 1]
DOI:10.1520/JFS2003321 [本文引用: 1]
