原子力显微镜的法医潜力

任何犯罪现场调查的一个重要方面是检测、保护和分析痕迹证据。原子力显微镜（AFM）是一种可用于生成法医信息的纳米技术。对于枪声、爆炸物和压敏粘合剂残留物的检查，AFM 可以确定痕量材料的弹性模量、粘附力、能量耗散和介电特性，提供这些特性的概要图并识别成分。相位成像和力谱是重要的选择，但无法揭示化学特性。

力谱法与红细胞年龄估计的法医相关性很有希望，但仍有待充分探索。如果不受表面粗糙度的影响，AFM 高度成像可能会产生有关指纹、纺织品和文件检查的补充信息。对于重叠、（部分）擦除的标记或生物痕迹的混合物，相位成像可以提供成分信息。如果痕量成分的化学特性很重要，AFM 可以与（表面/尖端增强）拉曼光谱相结合。配备高分辨率光学显微镜 AFM（拉曼）技术可能成为一种有价值的法医工具，用于表征和理解痕量转移和持久性，并评估证据材料的状况和年龄。因此，AFM 可以为法医关联提供额外的选项，并协助活动级别的法医分析。

图1. 使用指甲弱化 PORTHE 化学品治疗前（A：高度和 B：相位图）和 48 小时后人类指甲背侧的 AFM 图像（C：高度和 D：相位图）。使用配备 Nanoscope 8.1 软件的布鲁克多模 8 AFM 进行成像（轻敲模式，环境空气）（尖端半径：8 nm；尖端半角：18；共振频率 50–90 kHz；实验确定的弹簧常数：5.0 ± 1 牛/米）【1】。

这些 AFM 技术可以对纳米级的表面形貌进行成像。当压电扫描仪在表面上移动尖端时，会检测并记录悬臂的偏转。悬臂的挠度与力成正比，因此通常采用反馈系统来监测悬臂的挠度（力）。反馈系统调整悬臂的高度，以便在尖端在表面上移动时保持恒定的偏转（力）。

因此，这种成像方式使用恒定的力而不是扫描过程中高度。接触模式成像通常使用悬臂的偏转作为反馈输入。动态模式通常采用设定点幅度，反馈系统用于将高度调整到该幅度。为了说明 AFM 成像的可能性，从最近的人类指甲研究中选择了一些未发表的数。

研究重点直接证明卟啉化合物 (5,10,15-三(4-N-甲基吡啶鎓)-20-(4(丁酰氨基-甲基半胱氨酰)-羟基苯基)-[21H,23H]-三氯化卟啉的能力，PORTHE）以降低人类指甲板的硬度。图1显示了人指甲背侧（上部）部分之前（图1A和B）和之后（图1C和D）的高度（图1A和C）和相应的相位（图1B和D）图像。 ）用 PORTHE 治疗。高度图像通常提供表面形貌信息，可以通过以下方式计算图像粗糙度来量化表面形貌信

在等式中。 (1) Rq 表示粗糙度均方根（RMS，m），zi 表示像素上的高度值（m），N 表示图像像素总数。在相位成像中，记录间歇接触 AFM 中的相移信号。当悬臂上下移动与样品接触和脱离时，该相移可以被视为悬臂振荡的“延迟”，或更具体地说，是驱动振荡与悬臂和尖端时的振荡之间的相位滞后。与表面相互作用。相位信号反映了成分、粘附力、摩擦力和粘弹性的变化。因此，它将提供有关样品成分差异的广泛信息，如图1D 所示。

该图像不仅显示治疗后指甲材料的变化（分别比较图1B 和 D 中化学治疗前后健康指甲的相图），而且还可以分辨不同材料的相。因此，该图像中心的深色区域可能表示未穿透指甲的卟啉材料部分。在相应的高度图像（图1C）中，这种特殊的观察受到表面粗糙度的阻碍。正如高度图像中的暗区和亮区指示高度一样，在相位图像中，这些区域对应于相位信号的变化，可以指示化学成分的差异。

然而，在所有 AFM 模式中，人们应该意识到附着在探针上的小颗粒导致的图像失真，从而改变了尖端的形状和尺寸。

【1】Threes Smijs, Federica Galli, Arian van Asten,Forensic potential of atomic force microscopy,Forensic Chemistry,Volume 2,2016,Pages 93-104,

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