Ricercatori del Dipartimento di Chimica della Louisiana State University tra cui il ricercatore post-dottorato Fabrizio Donnarumma, ex ricercatore universitario e attuale alumus della LSU Eden E. Camp, Lo studente laureato Fan Cao e il professore di chimica Roy Paul Daniels Kermit K. Murray hanno sviluppato un sistema di ablazione laser a infrarossi e di cattura del vuoto per il campionamento delle impronte digitali che elimina il mistero dal processo di identificazione delle composizioni chimiche delle impronte digitali sulla scena del crimine. Hanno descritto l'approccio e la strumentazione in un nuovo documento pubblicato nel Journal of The American Society of Mass Spectrometry .

L'idea è iniziata quando lo studente universitario di chimica Eden Camp, che aveva internato presso il laboratorio criminale della polizia di stato della Louisiana durante l'estate del 2015, si avvicinò a Murray e Donnarumma con l'idea di utilizzare l'attrezzatura del loro laboratorio laser per rilevare le sostanze dalle impronte digitali.

"Ho sempre avuto un grande interesse per le scienze forensi e volevo che la mia ricerca universitaria riflettesse questo, " ha detto Camp. Durante il suo tirocinio presso l'LSP Crime Lab, Camp ha iniziato a raccogliere idee su come gli esperti forensi potessero rilevare le sostanze chimiche dalle impronte digitali. "La parte più difficile è stata cercare di determinare un metodo di raccolta che perdesse la minor quantità di campione e non distruggesse la superficie su cui si trovava".

Fortunatamente, il laboratorio Murray ha una vasta esperienza nell'uso dei laser per l'ablazione o la rimozione di minuscoli strati da vari tessuti per l'analisi biologica.

"Ci siamo resi conto che se le nostre tecniche funzionano per biomolecole fragili come DNA e RNA, dovrebbe funzionare con quasi tutto, " ha detto Donnarumma. "Possiamo catturare quasi tutto ciò che è su una superficie. In questo caso, si trattava solo di impronte digitali."

Insieme, i ricercatori hanno avuto l'idea di utilizzare i laser nel loro laboratorio per asportare i materiali delle impronte digitali da una superficie, aspirarli in un filtro e quindi analizzarli utilizzando tecniche di spettrometria. La tecnica potrebbe essere utilizzata per catturare e analizzare una varietà di molecole contenute nell'impronta digitale, compresi i lipidi, proteine, materiale genetico o anche tracce di esplosivi.

Correndo con l'idea, Il laboratorio di Murray ha ricevuto una sovvenzione dal programma LSU LIFT2 per proseguire la ricerca relativa all'ablazione laser e all'analisi delle impronte digitali e alla creazione di un sistema portatile di acquisizione laser per applicazioni forensi. In base al progetto, il team sta anche sviluppando un brevetto e collaborando con più aziende e uffici delle forze dell'ordine per sviluppare tecniche migliori per analizzare le firme chimiche delle impronte digitali sulle scene del crimine.

Sebbene l'approccio possa essere utilizzato per l'analisi tradizionale delle impronte digitali, il suo vero potere sta nel saper catturare, filtrare e analizzare le biomolecole e le sostanze in traccia lasciate dalle impronte digitali, come il DNA o esplosivi come il TNT.

L'approccio funziona mettendo a fuoco un laser, utilizzando specchi e fibre ottiche, su una superficie contenente un'impronta digitale. All'interno di una superficie della larghezza di 300 micron, il laser riscalda l'umidità o l'eventuale acqua presente in superficie, provocando l'allungamento e la vibrazione dei legami chimici nell'acqua. Con abbastanza energia concentrata in una piccola area, l'acqua sostanzialmente "esplode, " trasformandosi in un gas e sollevando biomolecole come il DNA con esso da una superficie. Questo processo è chiamato ablazione laser. Il sistema laser utilizzato dal laboratorio di Murray è estremamente selettivo:provoca vibrazioni nei legami acqua ossigeno-idrogeno più che in qualsiasi altro legame in altre molecole.

Mentre il processo suona violento, in realtà è molto meno di altri meccanismi utilizzati per rimuovere le biomolecole dalle superfici. L'ablazione laser può catturare materiali molto delicati come il DNA preservando la loro integrità per l'analisi.

Dopo che il laser ha ablato o sollevato l'impronta digitale, un piccolo sistema di pompa a vuoto tira l'acqua e tutte le molecole associate con essa in un filtro delle dimensioni di un ditale che cattura tutto ciò che è stato lasciato dal dito di qualcuno. I ricercatori possono quindi scaricare il contenuto del filtro in un dispositivo di analisi come uno spettrometro di massa o uno spettrometro di massa per gascromatografia. Questi dispositivi determinano la massa di eventuali composti o molecole nel campione, permettendo ai ricercatori di identificare esattamente cosa sono.

"Diciamo che stavo preparando una bomba, e non stavo usando i guanti. Se ho toccato la bomba e poi ho toccato una superficie, le mie impronte digitali potrebbero lasciare tracce di esplosivo, " disse Donnarumma. Usando questa tecnica, squadre forensi potrebbero sollevare quei composti da una superficie, ad esempio con un sistema laser portatile o, meglio ancora, un sistema laser portatile trasportato da un robot, e inviare i campioni in un laboratorio per l'analisi e l'identificazione. Nel futuro, questo approccio potrebbe aiutare gli artificieri forensi a trovare e disattivare le bombe senza dover inviare membri della squadra in aree pericolose, mentre potenzialmente allo stesso tempo catturando e identificando qualsiasi materiale genetico presente anche nel sito.

Il team di ricerca nel laboratorio di Kermit Murray sta anche lavorando alla creazione di collegamenti in fibra ottica per il loro sistema laser che consentirebbe a un sistema portatile di acquisizione delle impronte digitali di campionare varie superfici sul campo. A seconda del finanziamento, Donnarumma prevede di continuare a sviluppare questo sistema portatile in futuro.

"Un raggio laser è una linea retta, " ha detto Donnarumma. "Può essere difficile mettere a fuoco un sistema laser tradizionale in un punto preciso, soprattutto su una superficie irregolare. Ma se fai passare quel laser attraverso una fibra ottica flessibile, simile a come funziona un cavo in fibra ottica, puoi campionare più facilmente una più ampia varietà di superfici."

Utilizzando l'ablazione laser a infrarossi accoppiata alla cattura del vuoto, Donnarumma e i colleghi del laboratorio di Murray hanno dimostrato con successo l'ablazione e la cattura di materiali dalle impronte digitali sul vetro, plastica, superfici in alluminio e cartone. I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of The American Society of Mass Spectrometry il 22 maggio, 2017.

Le impronte digitali e i materiali associati su superfici di cartone poroso, in particolare, possono essere quasi impossibili da catturare con i metodi forensi tradizionali, come posizionare del nastro adesivo sulla superficie per tirare l'impronta digitale. Ma il sistema laser del laboratorio di Murray può penetrare facilmente nelle superfici porose come il cartone.

Il gruppo di ricerca ha creato impronte digitali su vetro, plastica, alluminio e cartone per testare il loro sistema di ablazione laser a infrarossi. Hanno intrecciato queste impronte digitali con sostanze diverse come la caffeina, Crema antisettica alla neosporina, lubrificanti per preservativi e TNT. In ogni caso, sono stati in grado di identificare queste sostanze dopo la cattura delle impronte digitali utilizzando la spettrometria di massa.

"Utilizziamo laser a infrarossi da molti anni per l'ablazione di biomolecole da campioni di tessuto per la spettrometria di massa, quindi sappiamo che sono molto efficienti, " Disse Murray. "Grazie all'iniziativa di Eden, ora abbiamo una nuova promettente applicazione."