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Spettroscopia di Raman come tecnica analitica universale per i liquidi corporei

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

In questa intervista, il professor Igor K. Lednev discute il potenziale della spettroscopia di Raman di sostituire le prove biochimiche come tecnica analitica universale per i liquidi corporei (macchie biologiche) in scienza legale.

Come i liquidi corporei sono usati dagli scienziati legali?

Le tracce del liquido corporeo sono utilizzate nella scienza legale moderna per due motivi principali. Il primo è di ricostruire l'evento. Per esempio, ricreare un reticolo dello spruzzo di sangue può essere utile quando determina la natura del crimine. Il secondo ed uso più importante dei liquidi corporei è per l'analisi del DNA.

Poichè saprete, il DNA è uno di soltanto due diversi tipi di prove, impronte digitali che sono altro quello. Le necessità di processo del partito di convincere la corte circa da dove il DNA è venuto e fare questo, devono conoscere la sorgente del liquido che è stato lasciato alla scena del crimine. Da questo punto di vista, i liquidi corporei sono molto importanti nelle indagini correnti della scena del crimine.

Quali tecniche corrente sono usate per analizzare i liquidi corporei lasciati alla scena del crimine?

Dal momento che, è pricipalmente biochimico le prove che sono usate per individuare ed identificare i liquidi organici, tuttavia, la maggior parte di queste prove sono presuntive. I test di conferma comprendono l'analisi dei liquidi organici in un laboratorio, che è in genere che richiede tempo ed ad alto contenuto di manodopera.

Corrente, non c'è metodo universale che può essere usato per parecchi liquidi corporei. Ogni prova biochimica è unicamente adatta a soltanto un liquido corporeo. Ancora, le prove biochimiche sono distruttive ed in scienza legale, è molto importante conservare la prova per le indagini successive potenziali.

Perché pensate che un metodo universale ancora non sia stato messo a punto e come la mancanza di tecniche universali urta la potenza dei risultati d'investigazione?

A mio parere, la mancanza di prova universale di dialettica per l'identificazione della traccia del liquido corporeo è un risultato diretto della tecnologia che non è là ancora. La biochimica specifica biochimica dell'obiettivo di prove e così essi non possono essere universali.

Ecco perché pensiamo che la spettroscopia di Raman potrebbe rappresentare un modo in avanti. Che cosa fa questo possibile è un avanzamento tecnologico recente. In primo luogo, lo sviluppo dei laser è stato molto importante. I puntatori del laser ora sono molto stabili, affidabili ed economici e possiamo usare questi puntatori del laser come sorgente per la spettroscopia di Raman. Ora siamo egualmente tutti facendo uso delle macchine fotografiche digitali che sono molto robuste, convenienti e relativamente economiche.

Ancora, stiamo usando il software che ci dà l'analisi in tempo reale dei dati. Ciò è estremamente importante nel campo di scienza legale perché una volta che un ricercatore della scena del crimine ha loro prova, devono analizzarlo ed ottenere i risultati arretrati appena possibile.

I pacchetti di programmi statistici egualmente sono venuto recentemente un modo lungo. Combinando questo con le nuove tecnologie apre la porta per l'elaborazione dei metodi analitici universali del romanzo.

Reticolo di Handprint - coperto nel sangue.domnitsky | Shutterstock

Perché pensate che la spettroscopia di Raman potrebbe essere un metodo universale per l'analisi legale dei liquidi corporei?

La spettroscopia di Raman, con altre tecniche spettroscopiche vibratorie, è stata considerare per molti anni come le tecniche spettroscopiche più specifiche.

L'impronta spettroscopica di Raman di un materiale è una rappresentazione unica della composizione chimica o biochimica di. Ciò significa che può essere usata a fini di identificazione. Per esempio, la spettroscopia di Raman è usata non solo per vari scopi legali ma per i sistemi diagnostici medici e molte altre applicazioni dove la composizione chimica o biochimica di un campione è richiesta per essere caratterizzata.

La ragione per cui crediamo che la spettroscopia di Raman possa essere un metodo universale è che, a differenza delle prove biochimiche, può essere applicata per l'identificazione di vari analiti. Può essere usata per i campioni solidi, del liquido o del gas. Nessun preparato del campione è richiesto perché stiamo misurando la retrodiffusione ed in modo da possiamo eliminare la macchia biologica, raccogliere l'indicatore luminoso a diffusione retrograda ed analizzarlo. È egualmente non distruttivo - nemmeno dobbiamo toccare la prova se stiamo utilizzando uno spettrometro portatile di Raman.

Che informazioni possono essere riunite circa il donatore del campione che usando la spettroscopia di Raman?

In sierologia legale, il primo punto analitico è di determinare il tipo di liquido che corporeo state occupando di, per esempio, di sangue, di seme, di saliva, o di sudore. Dopo che questo è stato stabilito, possiamo fare un altro livello di analisi come determinazione del tempo poiché il liquido (o macchia biologica) è stata depositata sul materiale, in grado di essere importante per parecchie ragioni: in primo luogo, può fornire le informazioni sul periodo del crimine.

Secondariamente, se ci sono parecchi insiemi delle macchie biologiche, può dirci quale sono stati depositati ai tempi differenti in moda da poterci determinare noi quali macchie sono collegate con il crimine. Tipicamente, la maggior parte del avvenimento recente è collegato con il crimine.

L'analisi delle macchie di sangue facendo uso della spettroscopia di Raman può anche facilmente dirci se è umana o animale. Ciò è molto importante nelle circostanze nazionali; quando il sangue è trovato nella cucina, per esempio. Un altro esempio di questo è nei casi di azione da pirata della strada, dove è importante determinare se le macchie di sangue, dicono su un paraurti dell'automobile, è venuto da una sorgente umana o animale.

Recentemente, abbiamo cominciato lavorare a cui chiamiamo fenotipo che profila, in cui determiniamo la razza, il sesso ed il gruppo d'età del donatore dalle macchie biologiche. Ciò è essenziale all'interno di una ricerca della scena del crimine.

Il nostro scopo finale è di sviluppare uno strumento portatile in cui i ricercatori della scena del crimine possono usare ad una scena del crimine. Questo modo, sopra la scoperta delle macchie biologiche ad una scena del crimine, immediatamente potrebbero determinare le caratteristiche di un donatore, quali il loro sesso, razza e gruppo d'età.

Questi informazioni sono all'inizio particolarmente importanti della ricerca. Tuttavia, in seguito, possono anche essere usate per riparare l'evento che ha accaduto. Per esempio, se ci sono macchie biologiche che appartengono ai donatori differenti, il ricercatore della scena del crimine può potere ottenere una certa idea circa quanta gente era là ed il loro sesso e razza.

DNA ottenuto con le analisi legali.Rost9 | Shutterstock

Può la spettroscopia di Raman essere usata per analizzare i campioni che sono più vecchi di un anno e quanto può un campione deteriorarsi prima che diventi inutilizzabile?

Ciò è una domanda molto importante in scienza legale. Le macchie di sangue che sono state tenute nelle condizioni interne normali alla temperatura ambiente, un'umidità normale e non alla luce solare diretta potrebbero tenere la loro composizione ed essere identificate come sangue per fino a due anni o persino più lungamente.

Già abbiamo sviluppato un modello di regressione che permette che noi determiniamo il momento poiché il deposito per le macchie di sangue che sono tenute per circa due anni. Il sangue cambia la sua composizione biochimica significativamente durante questo periodo ed usiamo questi cambiamenti per determinare il tempo dal deposito.

Se cambiamo le circostanze, per esempio, aggiungenti l'alta umidità o luce solare diretta, quindi il sangue si deteriora molto più velocemente. Nelle circostanze umide, il sangue cambia significativamente anche dopo un mese o così. In risposta alla vostra domanda, il deterioramento di una macchia biologica dipenderà dall'ambiente.

Che cosa sono i vantaggi principali della spettroscopia di Raman rispetto ad altre tecniche che corrente sono utilizzate nella dialettica?

Il primo vantaggio è che è altamente specifico e selettivo. Per esempio, abbiamo ricevuto una volta i campioni di sangue da 12 animali differenti ed i miei studenti potrebbero differenziarsi fra ciascuno con fiducia molto alta. Ciò è basata su dieci milligrammi di sangue essiccato, che possiamo caratterizzare senza destructing.

La spettroscopia di Raman è egualmente meno ad alto contenuto di manodopera, poichè non dobbiamo preparare il nostro campione e stiamo misurando appena l'indicatore luminoso a diffusione retrograda. Può essere condotta alla scena del crimine facendo uso di uno strumento portatile di Raman e può essere completamente automatica.

Corrente stiamo lavorando a sviluppare il software automatico per trattare i nostri dati. Prevediamo che in futuro un ricercatore della scena del crimine non debba essere un esperto in spettroscopia di Raman. Il ricercatore avrà bisogno di un certo addestramento di essere sicuro che tutte le misure sono fatte correttamente. La determinazione della che genere di macchia biologica è, delineamento di fenotipo ha basato su e perfino la tariffa o l'intervallo di confidenza di errore sarà determinato da un pacchetto di programmi.

C'è delle sfide connesse con la spettroscopia di Raman che pensate potete limitare il suo uso in scienza legale? Come possiamo sormontare queste limitazioni?

Ci sono una coppia di limitazioni che penso che sormontiamo all'interno del seguente anno-o-due. La prima emissione è interferenza del substrato, che accade quando abbiamo tracce asciutte di liquidi organici sui substrati comuni. I substrati contribuiscono significativamente ad un segnale di Raman ed in modo da dobbiamo trovare un modo eliminare questa interferenza e mettere a fuoco solamente sulle giuste tracce di liquidi corporei.

Abbiamo un'idea di come possiamo superare questo problema. Infatti, abbiamo pubblicato appena un articolo nel giornale della spettroscopia di Raman, dove abbiamo indicato il proof of concept per il nostro nuovo approccio, in base a cui è chiamato l'iper spettroscopia, per identificare i liquidi corporei sui substrati comuni.

Un'altra limitazione che dovremmo potere sormontare relativamente facilmente è come i donatori con le malattie che pregiudicano la composizione biochimica dei liquidi corporei influenzano i risultati. Per esempio, recentemente abbiamo pubblicato un documento in cui abbiamo indicato che la spettroscopia di Raman può identificare il seme anche per i donatori con l'azoospermia, una malattia dove il seme di questi donatori non contiene lo sperma.

Le tecniche biochimiche principali che corrente sono usate per l'identificazione del seme sono basate sulla rilevazione di sperma. Da questo punto di vista, la spettroscopia di Raman è il migliore metodo, perché possiamo lavorare con i donatori con questa malattia.

Come potete immaginare, ci sono molte altre malattie che possono pregiudicare la composizione biochimica di sangue. Il superamento dei questi è uno degli obiettivi nella concessione corrente, che è supportata dall'istituto nazionale della giustizia. Stiamo controllando la nostra metodologia riguardo alle malattie differenti.

I reticoli dello spruzzo di sangue sono utili in scienza legale.igorstevanovic | Shutterstock

C'è una limitazione che sarà difficile da sormontare: come possiamo trovare le macchie biologiche sulle ampie aree di alcuni substrati, per esempio su un tappeto o su una parete. La spettroscopia di Raman, o la microscopia di Raman, in particolare, che usiamo per mappare i nostri campioni, è una tecnica relativamente lenta. Possiamo esaminare molto rapidamente le piccole zone, ma non possiamo esaminare rapidamente le ampie aree.

Ciò è dove probabilmente abbiamo bisogno di un'altra tecnica, per esempio, gli agenti investigativi ora stanno usando la luce ultravioletta per trovare le macchie biologiche su una scena del crimine. Se combiniamo questi due metodi, quindi la spettroscopia di Raman può fare bene per caratterizzare i punti che già sono stati trovati facendo uso di altre tecniche.

All'infuori di quello, non vedo alcune limitazioni. Infatti, già stiamo parlando con alcuni produttori dello strumento per verificare e convalidare la nostra tecnologia e sviluppare un pacchetto in cui uno strumento verrebbe con software specifico, pronto a andare ad un laboratorio di crimine.

Che cosa il futuro assomiglia per all'analisi dei liquidi corporei? Pensate che le metodologie universali siano applicate ed in caso affermativo, pensate che la spettroscopia di Raman sia uno di questi metodi?

Sono abbastanza sicuro che il futuro è luminoso per la spettroscopia di Raman e l'analisi delle macchie biologiche e dei liquidi corporei. Infatti, questa tecnica può essere utilizzata per molte altre applicazioni nella scienza legale.

Dal momento che, la spettroscopia di Raman già è usata dalla polizia per l'identificazione confermativa di un gran quantità di droghe. È utile in questa area perché non dovete aprire le cose come recipienti di plastica per determinare che cosa è dentro.

C'è realmente un tipo molto specifico di spettroscopia di Raman usato per questo, chiamato la spettroscopia nello spazio stampata in offset di Raman. Ciò permette la misura dello spettro di Raman dall'interno dei contenitori non trasparenti, anche dai materiali quali le latte metalliche.

Gli strumenti basati su questa tecnica già sono utilizzati in Europa in più di 100 aeroporti per controllare i liquidi in contenitori non trasparenti. Per esempio, questo permette che le madri catturino il latte con obbligazione. Richiede soltanto sei secondi per determinare che cosa è dentro la bottiglia. Penso che questo sia il futuro e quello presto non presenteremo la limitazione di non potere portare i liquidi sopra agli aerei.

La spettroscopia di Raman egualmente ora è usata per la caratterizzazione delle fibre e dei documenti di domanda, per cui sia l'inchiostro che il documento possono essere identificati.

Come avete trovato Pittcon 2019? Perché lo avete ritenuto eravate importante da dividere la vostra ricerca a questa conferenza?

Ci sono molte ragioni per le quali Pittcon è la mia conferenza preferita. Vengo sempre qui e provo a portare gli studenti anche. Gli studenti lo amano perché hanno abbondanza da imparare. Penso che ci sia un buon futuro per le conferenze come questo.

A mio parere, Pittcon è la conferenza più utile e più produttiva per parecchie ragioni. I membri comprendono un numero significativo della gente da molti campi differenti che rappresentano l'accademia e l'industria. Questa gente viene insieme a discutere le loro tecnologie novelle, impara circa le novità in altri campi, scambia le informazioni e stabilisce le nuove collaborazioni. Tutti i questi sono estremamente importanti per l'avanzamento tecnologico.

Secondariamente, l'Expo di Pittcon è una mostra molto grande dove le società mostrano i loro ultimi prodotti. In mezza giornata, potete parlare con dozzina circa società circa gli strumenti del vostro interesse potenziale ed ottenere tutte le informazioni che avete bisogno di. Alcune società anche hanno strumenti che realmente stanno funzionando e potete portare i campioni per provare.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

  • S.R. Khandasammy, M.A. Fikiet, E. Mistek, Y. Ahmed, L. Halámková, J. Bueno. I.K. Lednev. Macchie di sangue, pitture e droghe: Applicazioni di spettroscopia di Raman in scienza legale. Chimica legale. 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. “Verso il principio dello scambio di Locard: Sviluppi recenti nell'analisi legale di prova della traccia.„ Analyt chim. 2019, 91: 637-654.
  • Una lista completa delle pubblicazioni di Lednev può essere trovata a https://sites.google.com/site/lednevlab/

Circa il professor Igor K. Lednev

Igor K. LednevIgor K. Lednev è un professore all'università a Albany, State University di New York. Ha ricevuto il suo Ph.D. dall'istituto di Mosca di fisica e della tecnologia, Federazione Russa.

Come ospite accademico, ha lavorato in parecchi laboratori principali intorno al mondo compreso il Regno Unito, il Giappone e la Germania. Nel 1997, il Dott. Lednev è venuto negli Stati Uniti ed ha unito il laboratorio dell'Asher di Sanford all'università di Pittsburgh.  Dott. Lednev accettato una posizione della facoltà all'università a Albany nel 2002.

La ricerca di prof. Lednev è messa a fuoco sullo sviluppo e sull'applicazione della spettroscopia laser novella per i sistemi diagnostici medici e gli scopi legali. Per nominare alcune realizzazioni, ha sviluppato un nuovo approccio per i sistemi diagnostici non invadenti e iniziali delle malattie neurodegenerative (Alzheimer, Parkinson, ecc.) e dei metodi novelli per la rilevazione e la caratterizzazione delle macchie biologiche, il residuo di sparo, i capelli e l'altra prova della traccia recuperati ad una scena del crimine.

La ricerca fondamentale è messa a fuoco sulla comprensione del meccanismo di formazione e della struttura delle fibrille dell'amiloide, cumuli della proteina relativi alle malattie neurodegenerative. Un nuovo tipo di fenomeno dell'profilatura-aggregazione della proteina, refolding spontaneo delle fibrille dell'amiloide e un nuovo tipo di cromoforo porpora reversibile della proteina sono stati scoperti.

Dott. Lednev co-creato oltre 220 pubblicazioni in pubblicazioni pari-esaminate e quattro brevetti degli Stati Uniti.

Il Dott. Lednev ha servito da membro consultivo per il sottocomitato della Casa Bianca su scienza legale e sui comitati editoriali di quattro giornali scientifici compreso il giornale del giornale della spettroscopia di Raman e della chimica legale. Il Dott. Lednev è un collega della società per la spettroscopia applicata e della società reale di chimica.

Ha servito da professore dell'ospite all'Friedrich-Schiller-Università, Germania. Il Dott. Lednev è un destinatario della società per il premio applicato della medaglia d'oro della spettroscopia, il premio dell'innovazione della ricerca dalla Research Corporation ed il premio del cancelliere per eccellenza nella borsa e nelle attività creative.

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    Pittcon. (2020, June 24). Spettroscopia di Raman come tecnica analitica universale per i liquidi corporei. News-Medical. Retrieved on August 14, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20190716/Raman-Spectroscopy-as-a-Universal-Analytical-Technique-for-Bodily-Fluids.aspx.

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