Des chercheurs du département de chimie de l'Université d'État de Louisiane, dont le chercheur postdoctoral Fabrizio Donnarumma, ancien chercheur de premier cycle et ancien élève de LSU Eden E. Camp, L'étudiant diplômé Fan Cao et le professeur de chimie Roy Paul Daniels Kermit K. Murray ont développé un système d'ablation laser infrarouge et de capture sous vide pour l'échantillonnage des empreintes digitales qui élimine le mystère du processus d'identification des compositions chimiques des empreintes digitales sur une scène de crime. Ils ont décrit l'approche et l'instrumentation dans un nouvel article publié dans le Journal de la Société américaine de spectrométrie de masse .

L'idée a commencé quand Eden Camp, étudiante en chimie de premier cycle, qui avait effectué un stage au Louisiana State Police Crime Lab au cours de l'été 2015, a approché Murray et Donnarumma avec l'idée d'utiliser l'équipement de leur laboratoire laser pour détecter les substances des empreintes digitales.

"J'ai toujours eu un grand intérêt pour la science médico-légale et je voulais que mes recherches de premier cycle reflètent cela, " a déclaré Camp. Au cours de son stage au LSP Crime Lab, Camp a commencé à réfléchir aux moyens par lesquels les experts médico-légaux pourraient détecter les substances chimiques à partir des empreintes digitales. "La partie la plus difficile a été d'essayer de déterminer une méthode de collecte qui a perdu le moins d'échantillon et ne détruirait pas la surface sur laquelle elle se trouvait."

Heureusement, le laboratoire Murray possède une vaste expérience de l'utilisation des lasers pour l'ablation ou l'élimination de minuscules couches de divers tissus à des fins de bioanalyse.

"Nous avons réalisé que si nos techniques fonctionnent pour des biomolécules aussi fragiles que l'ADN et l'ARN, ça devrait fonctionner avec presque tout, " a déclaré Donnarumma. "Nous pouvons capturer presque tout ce qui se trouve sur une surface. Dans ce cas, c'était juste des traces de doigts."

Ensemble, les chercheurs ont eu l'idée d'utiliser les lasers de leur laboratoire pour enlever les empreintes digitales d'une surface, les aspirer dans un filtre puis les analyser à l'aide de techniques de spectrométrie. La technique pourrait être utilisée pour capturer et analyser une variété de molécules contenues dans l'empreinte digitale, dont les lipides, protéines, matériel génétique ou même des traces d'explosifs.

Courir avec l'idée, Murray's Lab a reçu une subvention du programme LSU LIFT2 pour poursuivre des recherches liées à l'ablation laser et à l'analyse des empreintes digitales et à la création d'un système de capture laser portable pour des applications médico-légales. Sur la base du projet, l'équipe développe également un brevet et collabore avec plusieurs entreprises et bureaux d'application de la loi pour développer de meilleures techniques d'analyse des signatures chimiques des empreintes digitales sur les scènes de crime.

Bien que l'approche puisse être utilisée pour l'analyse traditionnelle des empreintes digitales, son vrai pouvoir est de pouvoir capturer, filtrer et analyser les biomolécules et les substances traces laissées par les empreintes digitales, comme l'ADN ou des explosifs comme le TNT.

L'approche fonctionne en focalisant un laser, utilisant des miroirs et des fibres optiques, sur une surface contenant une empreinte digitale. Dans une superficie de la largeur de 300 microns, le laser chauffe l'humidité ou toute eau présente à la surface, provoquant l'étirement et la vibration des liaisons chimiques dans l'eau. Avec suffisamment d'énergie concentrée dans une petite zone, l'eau fondamentalement "explose, " devenir un gaz et soulever des biomolécules telles que l'ADN avec lui hors d'une surface. Ce processus s'appelle ablation laser. Le système laser utilisé par le laboratoire de Murray est extrêmement sélectif - il provoque des vibrations dans les liaisons eau oxygène-hydrogène plus que dans toute autre liaison dans d'autres molécules.

Bien que le processus semble violent, c'est en fait beaucoup moins que d'autres mécanismes utilisés pour éliminer les biomolécules des surfaces. L'ablation laser peut capturer des matériaux très délicats tels que l'ADN tout en préservant leur intégrité pour l'analyse.

Une fois que le laser a enlevé ou soulevé l'empreinte digitale, un petit système de pompe à vide aspire l'eau et toutes les molécules associées dans un filtre de la taille d'un dé à coudre qui capture tout ce qui est laissé par le doigt de quelqu'un. Les chercheurs peuvent ensuite vider le contenu du filtre dans un appareil d'analyse tel qu'un spectromètre de masse ou un spectromètre de masse à chromatographie en phase gazeuse. Ces appareils déterminent la masse de tout composé ou molécule dans l'échantillon, permettant aux chercheurs d'identifier exactement ce qu'ils sont.

"Disons que je préparais une bombe, et je n'utilisais pas de gants. Si je touchais la bombe puis touchais une surface, mes empreintes digitales pourraient laisser des traces d'explosif, " a déclaré Donnarumma. En utilisant cette technique, les équipes médico-légales pourraient soulever ces composés d'une surface, par exemple avec un système laser portable ou, mieux encore, un système laser portable transporté par un robot, et envoyer les échantillons dans un laboratoire pour analyse et identification. À l'avenir, cette approche pourrait aider les équipes de déminage médico-légale à trouver et à désactiver des bombes sans avoir besoin d'envoyer des membres de l'équipe dans des zones dangereuses, tout en capturant et identifiant potentiellement tout matériel génétique également présent sur le site.

L'équipe de recherche du laboratoire de Kermit Murray travaille également à la création d'accessoires de fibre optique pour leur système laser qui permettraient à un système portable de capture d'empreintes digitales au laser d'échantillonner diverses surfaces sur le terrain. En fonction du financement, Donnarumma prévoit de continuer à développer ce système portable à l'avenir.

"Un rayon laser est une ligne droite, " a déclaré Donnarumma. " Il peut être difficile de focaliser un système laser traditionnel sur un point précis, surtout sur une surface inégale. Mais si vous faites passer ce laser à travers une fibre optique flexible, similaire au fonctionnement d'un câble à fibre optique, vous pouvez échantillonner plus facilement une plus grande variété de surfaces."

En utilisant l'ablation laser infrarouge couplée à la capture sous vide, Donnarumma et ses collègues du laboratoire de Murray ont démontré une ablation et une capture réussies de matériaux à partir d'empreintes digitales sur du verre, Plastique, surfaces en aluminium et en carton. Leurs résultats ont été publiés dans le Journal de la Société américaine de spectrométrie de masse le 22 mai, 2017.

Les empreintes digitales et les matériaux associés sur les surfaces de carton poreuses en particulier peuvent être pratiquement impossibles à capturer à l'aide de méthodes médico-légales traditionnelles, comme placer du ruban adhésif sur la surface pour tirer la marque du doigt. Mais le système laser du laboratoire de Murray peut facilement pénétrer les surfaces poreuses comme le carton.

Le groupe de recherche a créé des empreintes digitales sur le verre, Plastique, aluminium et carton pour tester leur système d'ablation laser infrarouge. Ils ont mélangé ces empreintes avec des substances aussi diverses que la caféine, Crème antiseptique Neosporin, lubrifiants pour préservatifs et TNT. Dans chaque cas, ils ont pu identifier ces substances après capture d'empreintes digitales en utilisant la spectrométrie de masse.

« Nous utilisons des lasers infrarouges depuis de nombreuses années pour procéder à l'ablation de biomolécules d'échantillons de tissus pour la spectrométrie de masse, nous savons donc qu'ils sont très efficaces, " dit Murray. " Grâce à l'initiative d'Eden, nous avons maintenant une nouvelle application prometteuse."