Pesquisadores do Departamento de Química da Louisiana State University, incluindo o pesquisador de pós-doutorado Fabrizio Donnarumma, ex-pesquisador de graduação e atual aluno da LSU Eden E. Camp, o estudante de graduação Fan Cao e Roy Paul Daniels, professor de química, Kermit K. Murray, desenvolveram um sistema de ablação a laser infravermelho e captura de vácuo para amostragem de marcas de dedo que desvenda o mistério do processo de identificação das composições químicas das marcas de dedo na cena do crime. Eles descreveram a abordagem e instrumentação em um novo artigo publicado no Jornal da Sociedade Americana de Espectrometria de Massa .

A ideia começou quando o estudante de graduação em química Eden Camp, que foi internado no Laboratório Criminal da Polícia Estadual da Louisiana durante o verão de 2015, abordou Murray e Donnarumma com a ideia de usar o equipamento de seu laboratório a laser para detectar substâncias a partir de marcas de dedos.

"Sempre tive um grande interesse por ciência forense e queria que minha pesquisa de graduação refletisse isso, "Camp disse. Durante seu estágio no LSP Crime Lab, Camp começou a pensar em maneiras de os especialistas forenses detectar substâncias químicas a partir de marcas de dedos. "A parte mais desafiadora foi tentar determinar um método de coleta que perdesse a menor quantidade de amostra e não destruísse a superfície em que estava."

Felizmente, o laboratório Murray tem ampla experiência no uso de lasers para ablação ou remoção de camadas minúsculas de vários tecidos para bioanálise.

"Percebemos que, se nossas técnicas funcionarem para biomoléculas tão frágeis como DNA e RNA, deve funcionar com quase tudo, "Donnarumma disse." Podemos capturar quase tudo que está em uma superfície. Nesse caso, simplesmente eram marcas de dedos. "

Juntos, os pesquisadores tiveram a ideia de usar os lasers em seu laboratório para remover materiais de marcas de dedo de uma superfície, sugue-os em um filtro e analise-os usando técnicas de espectrometria. A técnica pode ser usada para capturar e analisar uma variedade de moléculas contidas na marca do dedo, incluindo lipídios, proteínas, material genético ou mesmo vestígios de explosivos.

Correndo com a ideia, O Laboratório de Murray recebeu uma bolsa do programa LSU LIFT2 para realizar pesquisas relacionadas à ablação a laser e análise de marcas de dedo e a criação de um sistema portátil de captura a laser para aplicações forenses. Com base no projeto, a equipe também está desenvolvendo uma patente e colaborando com várias empresas e escritórios de aplicação da lei para desenvolver melhores técnicas de análise de assinaturas químicas de marcas de dedo em cenas de crime.

Embora a abordagem possa ser usada para análise tradicional de marcas de dedo, seu verdadeiro poder é ser capaz de capturar, filtrar e analisar biomoléculas e vestígios de substâncias deixadas por marcas de dedo, como DNA ou explosivos como TNT.

A abordagem funciona focando um laser, usando espelhos e fibras ópticas, em uma superfície que contém uma marca de dedo. Dentro de uma área de superfície com largura de 300 mícrons, o laser aquece a umidade ou qualquer água presente na superfície, fazendo com que as ligações químicas na água se estiquem e vibrem. Com energia suficiente focada em uma pequena área, a água basicamente "explode, "tornando-se um gás e retirando biomoléculas como o DNA de uma superfície. Este processo é chamado de ablação a laser. O sistema a laser que o laboratório de Murray usa é extremamente seletivo - ele causa vibrações nas ligações de oxigênio-hidrogênio da água mais do que em quaisquer outras ligações em outras moléculas.

Embora o processo pareça violento, na verdade, é muito menos do que outros mecanismos usados ​​para remover biomoléculas de superfícies. A ablação a laser pode capturar materiais muito delicados, como o DNA, preservando sua integridade para análise.

Depois que o laser remove ou levanta a marca do dedo, um pequeno sistema de bomba de vácuo puxa a água e todas as moléculas associadas a ela em um filtro do tamanho de um dedal que captura tudo o que foi deixado pelo dedo de alguém. Os pesquisadores podem então liberar o conteúdo do filtro em um dispositivo de análise, como um espectrômetro de massa ou um espectrômetro de massa de cromatografia gasosa. Esses dispositivos determinam a massa de quaisquer compostos ou moléculas na amostra, permitindo que os pesquisadores identifiquem exatamente o que são.

"Digamos que eu estivesse preparando uma bomba, e eu não estava usando luvas. Se eu tocasse na bomba e depois tocasse uma superfície, minhas marcas de dedo podem deixar vestígios de um explosivo, "Donnarumma disse. Usando esta técnica, equipes forenses podem retirar esses compostos de uma superfície, por exemplo, com um sistema laser portátil ou, melhor ainda, um sistema laser portátil transportado por um robô, e enviar as amostras a um laboratório para análise e identificação. No futuro, esta abordagem pode ajudar esquadrões de bombas forenses a encontrar e desativar bombas sem a necessidade de enviar membros do esquadrão para áreas perigosas, enquanto, potencialmente, ao mesmo tempo, captura e identifica qualquer material genético também presente no local.

A equipe de pesquisa no laboratório de Kermit Murray também está trabalhando na criação de acessórios de fibra óptica para seu sistema de laser que permitiria um sistema portátil de captura de marcas de dedo a laser para amostrar várias superfícies no campo. Dependente de financiamento, Donnarumma planeja continuar desenvolvendo este sistema portátil no futuro.

"Um feixe de laser é uma linha reta, "Donnarumma disse." Pode ser difícil focar um sistema de laser tradicional em um ponto preciso, especialmente em uma superfície irregular. Mas se você executar esse laser através de uma fibra óptica flexível, semelhante ao funcionamento de um cabo de fibra ótica, você pode experimentar uma variedade maior de superfícies com mais facilidade. "

Usando ablação a laser infravermelho acoplado à captura de vácuo, Donnarumma e colegas no laboratório de Murray demonstraram ablação e captura de materiais de marcas de dedo no vidro com sucesso, plástico, superfícies de alumínio e papelão. Seus resultados foram publicados no Jornal da Sociedade Americana de Espectrometria de Massa em 22 de maio, 2017

Marcas de dedos e materiais associados em superfícies de papelão poroso, em particular, podem ser quase impossíveis de capturar usando métodos forenses tradicionais, como colocar fita adesiva na superfície para puxar a marca do dedo. Mas o sistema de laser do laboratório de Murray pode penetrar facilmente em superfícies porosas como papelão.

O grupo de pesquisa criou marcas de dedo no vidro, plástico, alumínio e papelão para testar seu sistema de ablação a laser infravermelho. Eles misturaram essas marcas de dedos com substâncias tão diversas como a cafeína, Creme anti-séptico de neosporina, lubrificantes de preservativos e TNT. Em cada caso, eles foram capazes de identificar essas substâncias após a captura da marca digital usando espectrometria de massa.

"Temos usado lasers infravermelhos por muitos anos para remover biomoléculas de amostras de tecido para espectrometria de massa, então sabemos que eles são muito eficientes, "Murray disse." Graças à iniciativa de Eden, agora temos um novo aplicativo promissor. "