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Espectroscopia de Raman como técnica analítica universal para los líquidos corporales

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

En esta entrevista, profesor Igor K. Lednev discute el potencial de la espectroscopia de Raman de reemplazar pruebas bioquímicas como técnica analítica universal para los líquidos corporales (manchas de óxido biológicas) en ciencia forense.

¿Cómo los líquidos corporales son utilizados por los científicos forenses?

Los trazos del líquido corporal se utilizan en la ciencia forense moderna por dos razones principales. El primer es reconstruir la acción. Por ejemplo, la reconstrucción de una configuración del salpicón de la sangre puede ser útil al determinar la naturaleza del crimen. El segundo y más importante uso de líquidos corporales está para el análisis de la DNA.

Pues usted sabrá, la DNA es uno de solamente dos tipos individuales de pruebas, huellas dactilares que son la otra. El destacamento de procesamiento necesita convencer la corte sobre de donde la DNA vino y hacer esto, ellas necesita conocer la fuente del líquido que fue dejado en la escena del crimen. De este punto de vista, los líquidos corporales son muy importantes en investigaciones actuales de la escena del crimen.

¿Qué técnicas se utilizan actualmente para analizar los líquidos corporales dejados en la escena del crimen?

En el momento que, es principal bioquímico las pruebas que se utilizan para descubrir y para determinar los fluídos corporales, sin embargo, la mayoría de estas pruebas son presuntas. Las pruebas confirmativas implican el análisis de los fluídos corporales en un laboratorio, que es típicamente que toma tiempo y necesitando mucho trabajo.

Actualmente, no hay método universal que se puede utilizar para varios líquidos corporales. Cada prueba bioquímica es únicamente conveniente para solamente un líquido corporal. Además, las pruebas bioquímicas son destructivas, y en ciencia forense, es muy importante preservar las pruebas para las posteriores investigaciones potenciales.

¿Por qué usted piensa que un método universal todavía no se ha desarrollado, y cómo la falta de técnicas universales afecta la potencia de resultados de investigación?

En mi opinión, la falta de una prueba universal de la medecina legal para la identificación del trazo del líquido corporal es un resultado directo de la tecnología que no está allí todavía. La bioquímica específica bioquímica del objetivo de pruebas, y tan ellos no pueden ser universales.

Por eso pensamos que la espectroscopia de Raman podría representar una manera adelante. Qué hace este posible es un adelanto tecnológico reciente. En primer lugar, el revelado de laseres ha sido muy importante. Los indicadores del laser son muy estables, seguros y baratos ahora, y podemos utilizar estos indicadores del laser como fuente para la espectroscopia de Raman. Ahora somos también todos usando las cámaras digitales que son muy robustas, convenientes, y relativamente baratas.

Además, estamos utilizando el software que nos da el análisis en tiempo real de los datos. Esto es extremadamente importante en el campo de la ciencia forense porque una vez que un investigador de la escena del crimen tiene sus pruebas, necesitan analizarlas y conseguir resultados traseros cuanto antes.

Los paquetes de programas informáticos estadístico también han venido un camino largo recientemente. Combinar esto con nuevas tecnologías abre la puerta para el revelado de los métodos analíticos universales de la novela.

Configuración de Handprint - revestida en sangre.domnitsky | Shutterstock

¿Por qué usted piensa que la espectroscopia de Raman podría ser un método universal para el análisis forense de líquidos corporales?

La espectroscopia de Raman, junto con otras técnicas espectroscópicas vibratorias, se ha mirado como las técnicas espectroscópicas más específicas durante muchos años.

La firma espectroscópica de Raman de un material es una representación única de la composición química o bioquímica de ella. Esto significa que puede ser utilizada con fines de identificación. Por ejemplo, la espectroscopia de Raman se utiliza no sólo para los diversos propósitos forenses pero para los diagnósticos médicos y muchos otros usos donde la composición química o bioquímica de una muestra se requiere para ser caracterizada.

La razón que creemos que espectroscopia de Raman puede ser un método universal es que, a diferencia de pruebas bioquímicas, puede ser aplicada para la identificación de diversos analitos. Puede ser utilizada para las muestras sólidas, del líquido o del gas. No se requiere ninguna preparación de la muestra porque estamos midiendo la retrodispersión, y así que podemos eliminar la mancha de óxido biológica, cerco la luz retrorreflejada, y analizarla. Es también no destructiva - ni siquiera necesitamos tocar las pruebas si estamos utilizando un espectrómetro portátil de Raman.

¿Qué información se puede recopilar sobre el donante de la muestra que usa la espectroscopia de Raman?

En serología forense, el primer paso analítico es determinar el tipo de líquido corporal que usted está tratando de, por ejemplo, de sangre, de semen, de saliva, o de sudor. Después de que se haya establecido esto, podemos hacer otro nivel de análisis tal como determinación del tiempo puesto que el líquido (o la mancha de óxido biológica) fue depositado en el material, que podría ser importante por varias razones: en primer lugar, puede dar la información sobre la época del crimen.

En segundo lugar, si hay varios equipos de manchas de óxido biológicas, puede informarnos cuáles fueron depositados en diversas horas de modo que poder determinar qué manchas de óxido se relacionan con el crimen. Típicamente, la acción más reciente se relaciona con el crimen.

El análisis de manchas de sangre usando la espectroscopia de Raman puede también fácilmente informarnos si es humano o animal. Esto es muy importante en condiciones nacionales; cuando la sangre se encuentra en la cocina, por ejemplo. Otro ejemplo de esto está en casos del atropello y fuga, donde está importante determinar si las manchas de óxido de sangre, dicen en parachoques del vehículo, vino de una fuente humana o animal.

Recientemente, comenzamos a trabajar en lo que llamamos fenotipo que perfila, en donde determinamos la carrera, el sexo, y a la categoría de edad del donante de manchas de óxido biológicas. Esto es esencial dentro de una investigación de la escena del crimen.

Nuestro objetivo último es desarrollar un instrumento portátil en el cual los investigadores de la escena del crimen puedan utilizar en una escena del crimen. Esta manera, sobre el descubrimiento de manchas de óxido biológicas en una escena del crimen, podrían inmediatamente determinar características de un donante, tales como su sexo, carrera, y categoría de edad.

Esta información es determinado importante al principio de la investigación. Sin embargo, después, puede también ser utilizada para restablecer la acción que ocurrió. Por ejemplo, si hay las manchas de óxido biológicas que pertenecen a diversos donantes, el investigador de la escena del crimen puede poder conseguir una cierta idea sobre cuánta gente estaba allí, y su sexo y carrera.

DNA obtenida con análisis forenses.Rost9 | Shutterstock

¿Se puede la espectroscopia de Raman utilizar para analizar las muestras que son más viejas que un año, y cuánto puede una muestra deteriorar antes de que llegue a estar inutilizable?

Esto es una pregunta muy importante en ciencia forense. Las manchas de sangre que se han guardado bajo condiciones interiores normales en la temperatura ambiente, una humedad normal, y no en luz del sol directa se podrían guardar su composición y determinar como sangre por hasta dos años o aún más de largo.

Hemos construido ya un modelo de regresión que permite que determinemos la época puesto que deposición para las manchas de sangre que se guardan por cerca de dos años. La sangre cambia su composición bioquímica importante durante este periodo de tiempo, y utilizamos estos cambios para determinar el tiempo desde la deposición.

Si cambiamos las condiciones, por ejemplo, agregando humedad alta o luz del sol directa, después la sangre deteriora mucho más rápidamente. Bajo condiciones húmedas, la sangre cambia importante incluso después un mes o tan. En contestación a su pregunta, el deterioro de una mancha de óxido biológica dependerá del ambiente.

¿Cuáles son las ventajas principales de la espectroscopia de Raman con respecto a otras técnicas que se utilicen actualmente en medecina legal?

La primera ventaja es que es altamente específica y selectiva. Por ejemplo, recibimos una vez muestras de sangre a partir de 12 diversos animales, y mis estudiantes podrían distinguir entre cada uno con confianza muy alta. Esto se basa en diez miligramos de sangre seca, que podemos caracterizar sin destructing lo.

La espectroscopia de Raman es también menos necesitanda mucho trabajo, pues no necesitamos preparar nuestra muestra y apenas estamos midiendo la luz retrorreflejada. Puede conducto en la escena del crimen usando un instrumento portátil de Raman, y puede ser completamente automática.

Estamos trabajando actualmente en desarrollar software automático para tratar nuestros datos. Prevemos que en el futuro un investigador de la escena del crimen no necesitará ser un experto en espectroscopia de Raman. El investigador necesitará un cierto entrenamiento estar seguro que todas las mediciones están hechas correctamente. La determinación de qué clase de mancha de óxido biológica es, perfilado del fenotipo basó en ella, e incluso la tasa de error o el intervalo de confianza será determinada por un paquete de programas informáticos.

¿Hay retos asociados a la espectroscopia de Raman que usted piensa puede limitar su uso en ciencia forense? ¿Cómo podemos vencer estas limitaciones?

Hay un par de limitaciones que pienso que venceremos dentro del siguiente año-o-dos. La primera entrega es la interferencia del substrato, que ocurre cuando tenemos trazos secos de los fluídos corporales en los substratos comunes. Los substratos contribuyen importante a una señal de Raman, y así que necesitamos encontrar una manera de eliminar esta interferencia y de centrarse solamente en los trazos correctos de líquidos corporales.

Tenemos una idea de cómo podemos superar este problema. De hecho, acabamos de publicar un artículo en el gorrón de la espectroscopia de Raman, donde hemos mostrado la prueba del concepto para nuestra nueva aproximación, sobre la base de lo que se llama espectroscopia híper, para determinar los líquidos corporales en los substratos comunes.

Otra limitación que debemos poder vencer relativamente fácilmente es cómo los donantes con las enfermedades que afectan a la composición bioquímica de líquidos corporales influencian resultados. Por ejemplo, publicamos recientemente un papel en el cual mostramos que la espectroscopia de Raman puede determinar el semen incluso para los donantes con azoospermia, una enfermedad donde el semen de estos donantes no contiene la esperma.

Las técnicas bioquímicas principales que se utilizan actualmente para la identificación del semen se basan en la detección de la esperma. De este punto de vista, la espectroscopia de Raman es el mejor método, porque podemos trabajar con los donantes con esta enfermedad.

Como usted puede imaginarse, hay muchas otras enfermedades que pueden afectar a la composición bioquímica de la sangre. Vencer éstos es uno de los objetivos en la concesión actual, que es soportada por el instituto nacional de la justicia. Estamos verificando nuestra metodología con respecto a diversas enfermedades.

Las configuraciones del salpicón de la sangre son útiles en ciencia forense.igorstevanovic | Shutterstock

Hay una limitación que será difícil de vencer: cómo podemos encontrar manchas de óxido biológicas en áreas extensas de algunos substratos, por ejemplo en una alfombra o una pared. La espectroscopia de Raman, o la microscopia de Raman, particularmente, que utilizamos para correlacionar nuestras muestras, es una técnica relativamente lenta. Podemos examinar pequeñas áreas muy rápidamente, pero no podemos examinar áreas extensas rápidamente.

Aquí es donde necesitamos probablemente otra técnica, por ejemplo, los detectives ahora están utilizando la luz ultravioleta para encontrar manchas de óxido biológicas en una escena del crimen. Si combinamos estos dos métodos, después la espectroscopia de Raman puede hacer bien para caracterizar los sitios que se han encontrado ya usando otras técnicas.

Con excepción de eso, no veo ninguna limitaciones. De hecho, estamos hablando ya con algunos fabricantes del instrumento para probar y validar nuestra tecnología y desarrollar un empaquetar adonde un instrumento vendría con software específico, listo para ir a un laboratorio de crimen.

¿Qué el futuro parece para el análisis de líquidos corporales? ¿Usted piensa que las metodologías universales serán reforzadas, y si es así usted piensa que la espectroscopia de Raman será uno de estos métodos?

Estoy bastante seguro que el futuro es brillante para la espectroscopia de Raman y el análisis de manchas de óxido biológicas y de líquidos corporales. De hecho, esta técnica se puede utilizar para muchos otros usos en ciencia forense.

En el momento que, la espectroscopia de Raman es utilizada ya por la limpieza para la identificación confirmativa de una gran cantidad de drogas. Es beneficioso en esta área porque usted no necesita abrir cosas como los envases de plástico para determinar cuál está dentro.

Hay real un tipo muy específico de espectroscopia de Raman usado para esto, llamado espectroscopia espacial compensada de Raman. Esto permite la medición del espectro de Raman por dentro de los contenedores no transparantes, incluso de los materiales tales como vasijas metálicas.

Los instrumentos basados en esta técnica se utilizan ya en Europa en más de 100 aeropuertos para verificar líquidos en contenedores no transparantes. Por ejemplo, esto permite que los moldes-madre tomen la leche con seguridad. Tarda solamente seis segundos para determinar cuál está dentro de la botella. Pienso que éste es el futuro, y eso pronto no tendremos la limitación de no poder traer líquidos conectado a los aviones.

La espectroscopia de Raman también ahora se utiliza para la caracterización de las fibras y de los documentos de la pregunta, para los cuales la tinta y el papel pueden ser determinados.

¿Cómo usted ha encontrado Pittcon 2019? ¿Por qué usted lo aserraba al hilo era importante compartir su investigación en esta conferencia?

Hay muchas razones por las que Pittcon es mi conferencia preferida. Vengo siempre aquí, e intento traer a estudiantes también. Los estudiantes lo aman porque tienen abundancia a aprender. Pienso que hay un buen futuro para las conferencias como esto.

En mi opinión, Pittcon es la conferencia más útil y más productiva por varias razones. Los asistentes incluyen un número de gente importante de muchos diversos campos que representan la academia y la industria. Esta gente viene junta discutir sus tecnologías nuevas, aprende sobre novedades en otros campos, intercambia la información y establece nuevas colaboraciones. Todos los éstos son extremadamente importantes para el adelanto tecnológico.

En segundo lugar, la expo de Pittcon es una exhibición muy grande donde las compañías muestran sus últimos productos. Dentro de medio día, usted puede hablar con docena o así que compañías sobre los instrumentos de su interés potencial y conseguir toda la información que usted necesita. Algunas compañías incluso tienen instrumentos que se estén ejecutando real, y usted puede traer las muestras para probar.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

  • S.R. Khandasammy, M.A. Fikiet, E. Mistek, Y. Ahmed, L. Halámková, J. Bueno. I.K. Lednev. Manchas de sangre, pinturas, y drogas: Usos de la espectroscopia de Raman en ciencia forense. Química forense. 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. “Hacia el principio de la cantina de Locard: Recientes desarrollos en análisis forense de las pruebas del trazo.” Analyt quím. 2019, 91: 637-654.
  • Un filete completo de las publicaciones de Lednev se puede encontrar en https://sites.google.com/site/lednevlab/

Sobre profesor Igor K. Lednev

Igor K. LednevIgor K. Lednev es profesor en la universidad en Albany, universidad de estado de Nueva York. Él recibió su Ph.D. del instituto de Moscú de la física y de la tecnología, Federación Rusa.

Como visitante académico, él trabajó en varios laboratorios de cabeza en todo el mundo incluyendo Reino Unido, Japón y Alemania. En 1997, el Dr. Lednev vino a los E.E.U.U. y ensambló el laboratorio de Sanford Asher en la universidad de Pittsburgh.  El Dr. Lednev validó una posición de la facultad en la universidad en Albany en 2002.

La investigación de profesor Lednev se centra en el revelado y el uso de la espectroscopia nueva del laser para los diagnósticos médicos y los propósitos forenses. Para nombrar algunas ejecuciones, él desarrolló una nueva aproximación para los diagnósticos no invasores, tempranos de las enfermedades neurodegenerative (Alzheimer, Parkinson, etc.) y de los métodos nuevos para la detección y la caracterización de manchas de óxido biológicas, el residuo del tiro, el pelo y otras pruebas del trazo recuperados en una escena del crimen.

La investigación fundamental se centra en la comprensión del mecanismo de la estructura y de la formación de las fibrillas amiloideas, agregados de la proteína relacionados con las enfermedades neurodegenerative. Un nuevo tipo de fenómeno de la doblar-agregación de la proteína, el refolding espontáneo de fibrillas amiloideas, y un nuevo tipo de un cromóforo púrpura reversible de la proteína fueron descubiertos.

El Dr. Lednev co-sido autor sobre 220 publicaciones en gorrones par-revisados y cuatro patentes de los E.E.U.U.

El Dr. Lednev sirvió como pieza consultiva para el subcomité de la Casa Blanca en ciencia forense y en los comités de redacción redaccionales de cuatro gorrones científicos incluyendo el gorrón del gorrón de la espectroscopia de Raman y de la química forense. El Dr. Lednev es una persona de la sociedad para la espectroscopia aplicada y de la sociedad real de la química.

Él sirvió como profesor de la huésped en la Friedrich-Schiller-Universidad, Alemania. El Dr. Lednev es un beneficiario de la sociedad para la recompensa aplicada de la medalla de oro de la espectroscopia, la recompensa de la innovación de la investigación de Research Corporation y la recompensa del canciller para la excelencia en beca y actividades creativas.

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    Pittcon. (2020, June 24). Espectroscopia de Raman como técnica analítica universal para los líquidos corporales. 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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