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血迹检测纳米材料与无花果提取物应用研究。采用绿化学方法合成金、银纳米颗粒（AuNPs/AgNPs）及无花果（Sclerocarya birrea）提取物，评估其对 luminol 基血迹检测的增强效果及 DNA 损伤风险。实验证实纳米材料显著提升检测灵敏度与稳定性，无花果提取物在 UV 紫外线下呈现与 luminol 相当的荧光反应，且未导致 DNA 结构破坏。
Nare Leah Mojela|Kriveshini Pillay|Phogothi Patrick Komane
约翰内斯堡大学理学院化学科学系，DFC校区，55 Beit Street，Doornfontein，约翰内斯堡2028，南非
摘要
法医调查的一个关键方面是识别和检测体液痕迹，将其保存以备后续提取脱氧核糖核酸（DNA），并确定正确的罪犯。本研究详细介绍了使用Sclerocarya birrea的茎提取物合成金和银纳米颗粒，并探讨了它们在血液检测中的潜在应用。能量色散光谱（EDS）谱显示，银纳米颗粒（AgNPs）和金纳米颗粒（AuNPs）分别对应强烈的峰值。纳米颗粒的合成采用了绿色化学方法，利用Sclerocarya birrea的提取物，因为其化合物既具有还原作用，又能起到稳定作用，从而促进纳米颗粒的合成。合成的AgNPs和AuNPs作为增强剂，提高了鲁米诺在犯罪现场检测血液的效果。
引言
法医调查包括检测和识别犯罪现场存在的体液。最常见的体液类型包括血液、精液、阴道分泌物、唾液、汗液和尿液。分析这些生物液体至关重要，因为确认它们的身份有助于有效的实验室处理，特别是进行DNA分析[1]。DNA检测对于识别与犯罪活动有关的个人以及建立犯罪者的独特基因谱型至关重要。此外，准确识别体液的类型和来源也很重要，因为它有助于建立体液、犯罪行为和犯罪动态之间的联系。血液在法医分析中尤为重要，它提供了关于犯罪情况的关键信息。血液有助于确定涉及人员的位置和移动轨迹，识别使用的武器，并便于收集用于基因识别的生物证据[2]，[3]。在浅色表面上识别血迹可能相对容易。而在深色衣物上定位血迹通常更具挑战性，因为对比度不足，尤其是对于较旧的血迹，因为血液会随时间变暗。此外，有时由于其他物质的存在或尝试通过清洗去除血迹，血迹可能难以识别。因此，必须使用能够确认或排除血迹存在的技术[4]，[5]。
有多种用于检测血液的技术，包括鲁米诺、Bluestar和苯二胺，这些技术可以快速识别血液。鲁米诺是一种常用的化学试剂，在法医科学分析中用于检测犯罪现场微量的血液，即使肉眼看不见血液也能检测到。它与血红蛋白中的铁相互作用，产生蓝色的化学发光，帮助调查人员找到血迹。鲁米诺因其灵敏度和能够识别稀释或被清洗过的血液而受到青睐。该方法可以检测到浓度低至1:106的微量血迹。使用含有氧化剂过氧化氢的碱性氢氧化钠水溶液中的单一试剂进行反应。过氧化氢的分解释放出氧气，与鲁米诺相互作用生成不稳定的3-氨基苯甲酸酯，在其衰变过程中产生光（化学发光）[6]，[7]。然而，这种方法也存在一些局限性，例如由于漂白剂、锈迹或某些植物酶等物质可能导致假阳性结果，以及可能会降解DNA。该反应是瞬时的，需要无光环境才能获得最佳可见度，这可能会影响犯罪现场证据的采集[7]。因此，迫切需要多功能、非破坏性、成本效益高且能够确认犯罪现场血液存在的方法。本研究专注于人类血液的识别，因为血液主要出现在性虐待、勒杀、骚扰、谋杀、抢劫和车祸等案件中。鲁米诺被用作主要试剂，并与来自
Sclerocarya birrea茎提取物的替代生物传感器进行性能比较。从
Sclerocarya birrea茎提取物合成的银和金纳米颗粒被用作增强剂，以提高鲁米诺的灵敏度、特异性和保质期，从而增强血液检测效果[8]。选择AgNPs和AuNPs是因为它们具有高的表面积与体积比、纳米级的小尺寸、特定的形状以及表面等离子体共振特性。这些性质在增强化学发光强度、提高灵敏度、保护DNA免受降解以及延长鲁米诺的寿命方面起着关键作用，使这些纳米颗粒可用于比色生物传感器实验[9]，[10]，[11]。
Lingjun Geng等人[12]开发了一种电化学传感器，利用分子印迹聚合物和适配体作为双重识别组分，同时检测fenthion化合物及其有毒代谢物。金纳米颗粒（AuNPs）在MXene表面原位合成，MXene被用作导电基底以解决低导电性和弱信号响应的问题。所得的AuNPs@MXene纳米复合材料通过Au–S键稳定了硫醇修饰的适配体，改善了电子转移并放大了电化学信号。这证明了金纳米颗粒作为高效信号增强剂在分析传感系统中的关键作用，MXene和AuNPs的协同效应显著提高了传感器的灵敏度、选择性和检测限[12]。Haowei Dong等人开发了一种用于检测azamethiphos（AZA）的电化学传感器，利用适配体-MIP双重识别机制提高特异性。为了改善SnS?基材料的低导电性，向SnS?@ZnCo-MOF复合材料中添加了金纳米颗粒（AuNPs）。AuNPs在提高电子转移效率以及提供稳定的适配体固定位点方面发挥了重要作用。这种协同效应显著增强了电化学信号，同时提高了灵敏度和检测限[13]。Nompendulo Matsabe研究了银、金和钯纳米颗粒（PdNPs）作为鲁米诺化学发光的增强剂，发现银纳米颗粒的增强效果最好，其次是金，钯的效果最弱。银和金的优异性能归因于它们强大的局部表面等离子体共振、高导电性和在鲁米诺-H?O?组合中的有效催化活性。这些特性使得它们产生更强的光发射，同时稳定了激发的鲁米诺中间体并加速了活性氧的生成。与AgNPs和AuNPs相比，PdNPs的局部表面等离子体共振（LSPR）较弱，因此效果较差[7]。
此外，还研究了Sclerocarya birrea的水提取物作为犯罪现场检测血液的潜在低成本、非破坏性替代方法。通过绿色化学技术使用水从Marula茎提取物中提取植物化学物质，合成了银和金纳米颗粒。这种植物富含多酚、生物碱、黄酮类和单宁等植物化学物质，这些物质具有还原和封端作用，能够将Au(III)还原为Au(0)和Ag(III)还原为Ag(0)。选择绿色化学方法是基于其环境可持续性和成本效益，相比之下，化学和物理方法需要使用有害化学物质并消耗大量能源[14]，[15]，[16]。科学家的研究文献表明，在使用Sclerocarya birrea提取物合成的银纳米颗粒（AgNPs）和金纳米颗粒（AuNPs）来延长鲁米诺在犯罪现场检测血液的寿命、提高其特异性和灵敏度方面存在显著差距。此外，关于在犯罪现场调查中使用植物提取物中的极性化合物进行血液分析的研究也很少。本研究报道了在犯罪现场收集的血液样本中应用Marula化合物、AgNPs和AuNPs的情况。植物提取物中的化合物在紫外（UV）光照射下会发出荧光，从而便于在UV光下检测血液[3]。使用透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）、X射线衍射（XRD）、高分辨率扫描电子显微镜结合能量色散X射线光谱（EDS）和紫外-可见（UV/Vis）光谱等多种技术研究了合成AuNPs和AgNPs的形态和光学特性。TEM光谱显示这些纳米颗粒具有晶体结构，并呈现出多种形态。通过比较分析评估了Sclerocarya birrea提取物作为鲁米诺的可行替代材料的潜力。结果表明，Sclerocarya birrea的植物提取物可以用作新型生物传感器，因为其结果与鲁米诺相似。
材料
硝酸银（AgNO?，99%）、氯化金（HAuCl?·3H?O，98%）和鲁米诺（C?H?N?O?，97%）从Merck Pty (Ltd)（南非Modderfontein）购买。血液样本从南非约翰内斯堡的南非国家血液服务局（SANBS）购买。Marula茎来自南非Limpopo省的Polokwane。整个研究过程中使用了去离子水，所有使用的化学物质和试剂均为分析级，未进行进一步纯化。
透射电子显微镜应用（TEM）
图1展示了从Sclerocarya birrea茎提取物合成的金纳米颗粒（AuNPs）和银纳米颗粒（AgNPs）的透射电子显微镜（TEM）显微照片，不同放大倍数下观察的结果。AgNPs的显微照片显示了多种晶体形态，包括球形、棒状、立方形、圆柱形、不规则形状等各向异性形式，平均粒径范围为10至95纳米，如图1a（i-iv）所示。
结论
本研究成功使用绿色化学方法从Marula（Sclerocarya birrea）茎提取物合成了银纳米颗粒（AgNPs）和金纳米颗粒（AuNPs）。所得纳米颗粒被用作催化剂，提高了鲁米诺在犯罪现场检测血液的效果。X射线衍射（XRD）分析证实，合成的AgNPs和AuNPs具有晶体结构，表现为面心立方（FCC）相。
声明和责任
Leah：负责实验程序的实施、数据可视化、原始草稿的撰写、编辑和实验数据的解释。Pillay和Komane：负责监督、审阅、编辑、项目管理、资源协调和概念构思。
CRediT作者贡献声明
Nare Leah Mojela：撰写——原始草稿、数据可视化、方法论设计、实验研究、数据分析、数据整理、概念构思。Phogothi Patrick Komane：撰写——审阅与编辑、验证、监督。Kriveshini Pillay：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理和资金获取、概念构思。
资助
本工作得到了国家研究基金会（NRF）的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢国家研究基金会（NRF）对研究的资助，以及约翰内斯堡大学为研究实验提供的设施。
