Spectroscopie de Raman comme technique analytique universelle pour des fluides corporels

Thought LeadersProfessor Igor K. Lednev Department of Chemistry The University at Albany, State University of New York

Dans cette entrevue, professeur Igor K. Lednev discute le potentiel de la spectroscopie de Raman de remonter les tests biochimiques comme technique analytique universelle pour des fluides corporels (souillures biologiques) en science légale. Cette entrevue conduite chez Pittcon 2019.

Comment est-ce que des fluides corporels sont employés par les scientifiques légaux ?

Des traces de fluide corporel sont employées dans la science légale moderne pour deux raisons principales. Le premier est de reconstruire l'événement. Par exemple, la récréation d'une configuration d'éclaboussure de sang peut être utile en déterminant la nature du crime. La deuxième et la plus importante utilisation des fluides corporels est pour l'analyse de l'ADN.

Car vous saurez, l'ADN est l'un de seulement deux différents types de preuve, empreintes digital étant l'autre. L'usager de poursuite doit convaincre la cour au sujet de d'où l'ADN est venu et pour faire ceci, elles doit connaître la source du liquide qui a été laissé à la scène du crime. De ce point de vue, les fluides corporels sont très importants dans des investigations actuelles de scène du crime.

Quelles techniques sont actuel employées pour analyser des fluides corporels laissés à la scène du crime ?

Au moment où, il est principalement biochimique les tests qui sont employés pour trouver et recenser des liquide organiques, cependant, la majorité de ces tests sont présumés. Les tests confirmatoires concernent l'analyse des liquide organiques dans un laboratoire, qui est en général long et de main-d'oeuvre.

Actuel, il y a aucune méthode universelle qui ne peut être employée pour plusieurs fluides corporels. Chaque test biochimique est seulement adapté pour seulement un fluide corporel. En outre, les tests biochimiques sont destructeurs, et en science légale, il est très important pour la preuve de conserve pour des enquêtes postérieures potentielles.

Pourquoi pensez-vous que une méthode universelle n'a pas été encore développée, et comment le manque de techniques universelles influence-t-il le pouvoir des résultats d'investigation ?

À mon avis, le manque d'un test universel de médecines légales pour l'identification de trace de fluide corporel est un résultat direct de la technologie n'étant pas là encore. Les biochimies spécifiques biochimiques d'objectif de tests, et ainsi elles ne peuvent pas être universelles.

C'est pourquoi nous pensons que la spectroscopie de Raman pourrait représenter une voie vers l'avant. Ce qui effectue ce possible est un progrès technologique récent. Premièrement, le développement des lasers a été très important. Les pointeurs lasers sont très stables, fiables et peu coûteux maintenant, et nous pouvons employer ces pointeurs lasers comme source pour la spectroscopie de Raman. Nous sommes également tous utilisant les appareils photo numériques maintenant qui sont très robustes, pratiques, et relativement peu coûteux.

En outre, nous employons le logiciel qui nous donne l'analyse en temps réel des caractéristiques. C'est extrêmement important dans le domaine de la science légale parce qu'une fois qu'un chercheur de scène du crime a leur preuve, ils doivent l'analyser et obtenir des résultats arrières dès que possible.

Les progiciels statistiques sont également venus de loin récent. La combinaison de ceci avec des technologies neuves ouvre la trappe pour l'élaboration des méthodes analytiques universelles nouvelles.

Configuration de Handprint - couverte dans le sang.domnitsky | Shutterstock

Pourquoi pensez-vous que la spectroscopie de Raman pourrait être une méthode universelle pour l'analyse légale des fluides corporels ?

La spectroscopie de Raman, avec d'autres techniques spectroscopiques vibratoires, a été considérée comme les la plupart des techniques spectroscopiques spécifiques depuis de nombreuses années.

La signature spectroscopique de Raman d'un matériau est une seule représentation de composition chimique ou biochimique de elle. Ceci signifie qu'il peut être employé à des fins d'identification. Par exemple, la spectroscopie de Raman est employée non seulement pour différents buts légaux mais pour la diagnose médicale et beaucoup d'autres applications où la composition chimique ou biochimique d'un échantillon est exigée pour être caractérisée.

La raison pour laquelle nous croyons que spectroscopie de Raman peut être une méthode universelle est que, à la différence des tests biochimiques, elle peut être appliquée pour l'identification des analytes variées. Elle peut être employée pour les échantillons solides, de liquide ou de gaz. Aucune préparation des échantillons n'est exigée parce que nous mesurons la rétrodiffusion, et ainsi nous pouvons éliminer la souillure biologique, rassembler la lumière rétrodiffusée, et l'analyser. Elle est également non destructive - nous n'avons pas besoin même de toucher la preuve si nous utilisons un spectromètre portatif de Raman.

Quelles informations peuvent être recueillies au sujet du donneur témoin employant la spectroscopie de Raman ?

En sérologie légale, la première opération analytique est de déterminer le type du fluide corporel que vous traitez, par exemple, du sang, du sperme, de la salive, ou de sueur. Après que ceci ait été déterminé, nous pouvons faire un autre niveau d'analyse telle que déterminer le temps puisque le liquide (ou la souillure biologique) a été déposé sur le matériau, qui pourrait être important pour plusieurs raisons : tout d'abord, il peut fournir des informations sur la période du crime.

Deuxièmement, s'il y a plusieurs ensembles de souillures biologiques, il peut nous indiquer ce qui ont été déposés à différentes heures de sorte que nous puissions déterminer quelles souillures sont liées au crime. Type, l'événement le plus récent est lié au crime.

L'analyse des taches de sang utilisant la spectroscopie de Raman peut également facilement nous indiquer si elle est humaine ou animale. C'est très important en conditions domestiques ; quand du sang est trouvé dans la cuisine, par exemple. Un autre exemple de ceci est dans des cas d'acte éclair, où il est important de déterminer si les souillures de sang, indiquent sur un pare-chocs de véhicule, est venu d'une source humaine ou animale.

Récemment, nous avons commencé à travailler à ce que nous appelons phénotype profilant, où nous déterminons le chemin, le sexe, et la tranche d'âge du donneur à partir des souillures biologiques. C'est essentiel dans une enquête de scène du crime.

Notre objectif ultime est de développer un instrument portatif en lequel les chercheurs de scène du crime peuvent employer à une scène du crime. Cette voie, lors de la découverte des souillures biologiques à une scène du crime, ils pourraient immédiatement déterminer des caractéristiques d'un donneur, telles que leur sexe, chemin, et tranche d'âge.

Cette information est particulièrement importante au tout début de l'enquête. Cependant, plus tard, elle peut également être employée pour remettre l'événement qui s'est produit. Par exemple, s'il y a des souillures biologiques qui appartiennent à différents donneurs, le chercheur de scène du crime peut pouvoir avoir une certaine idée au sujet de combien de gens étaient là, et leur sexe et chemin.

ADN obtenu par des analyses légales.Rost9 | Shutterstock

La spectroscopie de Raman peut-elle être employée pour analyser les échantillons qui sont plus anciens qu'une année, et combien peut un échantillon détériorer avant qu'il devienne inutilisable ?

C'est une question très importante en science légale. Les taches de sang qui ont été maintenues dans des conditions d'intérieur normales à la température ambiante, une humidité normale, et pas dans la lumière solaire directe pourraient maintenir leur composition et être recensées comme sang pendant jusqu'à deux années ou même plus longtemps.

Nous avons déjà établi un modèle de régression qui nous permet de déterminer le moment puisque dépôt pour les taches de sang qui sont maintenues pendant environ deux années. Le sang change sa composition biochimique de manière significative au cours de ce laps de temps, et nous employons ces modifications afin de déterminer le temps depuis le dépôt.

Si nous changeons les conditions, par exemple, ajoutant le humidité élevé ou lumière solaire directe, alors le sang détériore beaucoup plus rapidement. Dans des conditions humides, le sang change de manière significative même après un mois ou ainsi. En réponse à votre question, la détérioration d'une souillure biologique dépendra de l'environnement.

Quels sont les principaux avantages de la spectroscopie de Raman par rapport à d'autres techniques qui sont actuel employées dans les médecines légales ?

Le premier avantage est qu'il est hautement spécifique et sélecteur. Par exemple, nous avons par le passé reçu des prises de sang de 12 animaux différents, et mes stagiaires pourraient différencier entre chacun avec la confiance très élevée. Ceci est basé sur dix milligrammes de sang desséché, que nous pouvons caractériser sans le détruire.

La spectroscopie de Raman est également moins de main-d'oeuvre, car nous n'avons pas besoin de préparer notre échantillon et nous mesurons juste la lumière rétrodiffusée. Elle peut être conduite à la scène du crime utilisant un instrument portatif de Raman, et elle peut être complètement automatique.

Nous travaillons actuel à développer le logiciel automatique pour traiter nos caractéristiques. Nous envisageons qu'à l'avenir un chercheur de scène du crime n'aura pas besoin d'être un expert en matière de spectroscopie de Raman. Le chercheur aura besoin de la formation pour être sûre que toutes les mesures sont faites correctement. Détermination de ce qu'un peu est la souillure biologique il, profilage de phénotype basé sur elle, et même le taux d'erreurs ou l'intervalle de confiance sera déterminé par un progiciel.

Y a-t-il des défis liés à la spectroscopie de Raman que vous pensez pouvez limiter son utilisation en science légale ? Comment pouvons-nous surmonter ces limitations ?

Il y a quelques limitations que je pense que nous surmonterons dans le prochain année-ou-deux. Le premier numéro est une interférence de substrat, qui se produit quand nous avons les traces sèches des liquide organiques sur les substrats courants. Les substrats contribuent de manière significative à un signe de Raman, et ainsi nous devons trouver une voie d'éliminer cette interférence et de se concentrer seulement sur les bonnes traces des fluides corporels.

Nous avons une idée de la façon dont nous pouvons surmonter ce problème. En fait, nous avons juste publié un article dans le tourillon de la spectroscopie de Raman, où nous avons montré la validation de principe pour notre approche neuve, basé sur ce qui est spectroscopie hyper appelée, afin de recenser des fluides corporels sur les substrats courants.

Une autre limitation que nous devrions pouvoir surmonter relativement facilement est comment les donneurs avec les maladies qui affectent la composition biochimique des fluides corporels influencent des résultats. Par exemple, nous récent publiés un papier en lequel nous avons prouvé que la spectroscopie de Raman peut recenser le sperme même pour des donneurs avec l'azoospermie, une maladie où le sperme de ces donneurs ne contient pas le sperme.

Les techniques biochimiques principales qui sont actuel employées pour l'identification de sperme sont basées sur le dépistage du sperme. De ce point de vue, la spectroscopie de Raman est la méthode meilleure, parce que nous pouvons travailler avec des donneurs avec cette maladie.

Comme vous pouvez imaginer, il y a beaucoup d'autres maladies qui peuvent affecter la composition biochimique du sang. Le franchissement de ces derniers est l'un des objectifs dans la concession actuelle, qui est supportée par l'institut national de la justice. Nous vérifions notre méthodologie en ce qui concerne les différentes maladies.

Les configurations digorstevanovic | Shutterstock

Il y a une limitation il sera difficile surmonter que : comment nous pouvons trouver les souillures biologiques sur des vastes zones de quelques substrats, par exemple sur un tapis ou une paroi. La spectroscopie de Raman, ou la microscopie de Raman, en particulier, que nous employons pour tracer nos échantillons, est une technique relativement lente. Nous pouvons examiner de petits domaines très rapidement, mais nous ne pouvons pas examiner des vastes zones rapidement.

C'est où nous avons besoin probablement d'une autre technique, par exemple, les détectives emploient maintenant le rayonnement ultraviolet pour trouver les souillures biologiques sur une scène du crime. Si nous combinons ces deux méthodes, alors la spectroscopie de Raman peut faire bien pour caractériser les endroits qui ont été déjà trouvés utilisant d'autres techniques.

Autre que cela, je ne vois aucune limitation. En fait, nous parlons déjà à quelques constructeurs d'instrument afin de vérifier et valider notre technologie et développer un envoi où un instrument viendrait avec le logiciel spécifique, disponible pour aller à un laboratoire de crime.

Queest-ce que le contrat à terme ressemble à pour l'analyse des fluides corporels ? Pensez-vous que des méthodologies universelles seront imposées, et si oui, pensez-vous que la spectroscopie de Raman sera l'une de ces méthodes ?

Je suis assez sûr que le contrat à terme est lumineux pour la spectroscopie de Raman et l'analyse des souillures et des fluides corporels biologiques. En fait, cette technique peut être employée pour beaucoup d'autres applications dans la science légale.

Au moment où, la spectroscopie de Raman est déjà employée par la police pour l'identification confirmatoire de grandes quantités de médicaments. Il est avantageux dans cet endroit parce que vous n'avez pas besoin d'ouvrir des choses comme des récipients en plastique pour déterminer ce qui est à l'intérieur.

Il y a réellement un type très spécifique de spectroscopie de Raman utilisé pour ceci, dans l'espace spectroscopie appelée de Raman de décalage. Ceci permet la mesure du spectre de Raman de l'intérieur des récipients non transparents, même des matériaux tels que les boîtes métalliques.

Des instruments basés sur cette technique sont déjà utilisés en Europe dans plus de 100 aéroports afin de vérifier des liquides dans des récipients non transparents. Par exemple, ceci permet à des mères de prendre le lait par la garantie. Cela prend seulement six secondes pour déterminer ce qui est à l'intérieur de la bouteille. Je pense que c'est le contrat à terme, et cela bientôt nous n'aurons pas la limitation de ne pas pouvoir porter des liquides en circuit aux avions.

La spectroscopie de Raman est également employée maintenant pour la caractérisation des fibres et des documents de question, pour lesquels l'encre et le papier peuvent être recensés.

Comment avez-vous trouvé Pittcon 2019 ? Pourquoi l'avez-vous ressenti étiez-vous important pour partager votre recherche à cette conférence ?

Il y a beaucoup de raisons pour lesquelles Pittcon est ma conférence préférée. Je viens toujours ici, et j'essaye d'amener des stagiaires aussi. Les stagiaires l'aiment parce qu'ils ont le beaucoup à apprendre. Je pense qu'il y a un bon contrat à terme pour des conférences comme ceci.

À mon avis, Pittcon est la conférence la plus utile et la plus productive pour plusieurs raisons. Les participants incluent un nombre important de gens de beaucoup de différents inducteurs représentant le milieu universitaire et l'industrie. Ces gens viennent ensemble pour discuter leurs technologies nouvelles, se renseignent sur des nouveautés dans d'autres domaines, mélangent l'information et déterminent des collaborations neuves. Toute la ces derniers est extrêmement importante pour le progrès technologique.

Deuxièmement, l'expo de Pittcon est une exposition très grande où les compagnies montrent leurs derniers produits. Dans la demi-journée, vous pouvez parler à douzaine environ compagnies au sujet des instruments de votre intérêt potentiel et obtenir toute l'information que vous avez besoin. Quelques compagnies ont même des instruments qui fonctionnent réellement, et vous pouvez porter des échantillons pour le contrôle.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

  • S.R. Khandasammy, M.A. Fikiet, E. Mistek, Y. Ahmed, L. Halámková, J. Bueno. I.K. Lednev. Taches de sang, peintures, et médicaments : Applications de spectroscopie de Raman en la Science légale. Chimie légale. 2018, 8, 111-133.  https://doi.org/10.1016/j.forc.2018.02.002
  • E. Mistek, M.A. Fikiet, S.R. Khandasammy, I.K. Lednev. « Vers le principe de l'échange de Locard : Développements récents dans l'analyse légale de preuve de trace. » Analyt chim. 2019, 91 : 637-654.
  • Une liste complète des publications de Lednev peut être trouvée chez https://sites.google.com/site/lednevlab/

Au sujet de professeur Igor K. Lednev

Igor K. LednevIgor K. Lednev est un professeur à l'université à Albany, université de l'Etat de New York. Il a reçu son Ph.D. de l'institut de Moscou de la physique et de la technologie, Fédération de Russie.

En tant que visiteur scolaire, il a travaillé dans plusieurs principaux laboratoires autour du monde comprenant le R-U, le Japon et l'Allemagne. En 1997, M. Lednev est venu aux USA et a joint le laboratoire du calcinateur de Sanford à l'université de Pittsburgh.  M. Lednev a reçu une position de corps enseignant à l'université à Albany en 2002.

La recherche de prof. Lednev's est concentrée sur le développement et l'application de la spectroscopie nouvelle de laser pour la diagnose médicale et les buts légaux. Pour nommer quelques réalisations, il a développé une approche neuve pour la diagnose non envahissante et tôt des maladies neurodegenerative (Alzheimer, Parkinson, etc.) et des méthodes nouvelles pour le dépistage et la caractérisation des souillures biologiques, le résidu de coup de fusil, le cheveu et toute autre preuve de trace récupérés à une scène du crime.

La recherche fondamentale est concentrée sur comprendre la structure et le mécanisme de formation des fibrilles amyloïdes, ensembles de protéine liés aux maladies neurodegenerative. Un phénomène de plier-totalisation de type de protéine neuf, refolding spontané des fibrilles amyloïdes, et un type neuf d'un chromophore pourpré réversible de protéine ont été découverts.

M. Lednev Co-écrit plus de 220 publications dans les tourillons pair-observés et quatre brevets des USA.

M. Lednev a servi de membre consultatif au sous-comité de la Maison Blanche sur la Science légale et sur les bureaux de rédaction de quatre tourillons scientifiques comprenant le tourillon du tourillon de spectroscopie de Raman et de chimie légale. M. Lednev est un camarade de la société pour la spectroscopie appliquée et de la société royale de la chimie.

Il a servi de professeur d'invité à la Friedrich-Schiller-Université, Allemagne. M. Lednev est un bénéficiaire de la société pour la récompense appliquée de médaille d'or de spectroscopie, la récompense d'innovation de recherches de Research Corporation et la récompense du chancelier pour l'excellence dans la bourse et les activités créatives.

Citations

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