WO2015058848A1 - Verfahren und messvorrichtung zur chemisch-analytischen untersuchung eines abdrucks einer hautoberfläche - Google Patents

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WO2015058848A1
WO2015058848A1 PCT/EP2014/002824 EP2014002824W WO2015058848A1 WO 2015058848 A1 WO2015058848 A1 WO 2015058848A1 EP 2014002824 W EP2014002824 W EP 2014002824W WO 2015058848 A1 WO2015058848 A1 WO 2015058848A1
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pore
substrate
skin
impression
porosity
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Application number
PCT/EP2014/002824
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English (en)
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Inventor
Christian Elsner
Bernd Abel
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Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • G01N33/6803—General methods of protein analysis not limited to specific proteins or families of proteins
    • G01N33/6848—Methods of protein analysis involving mass spectrometry
    • G01N33/6851—Methods of protein analysis involving laser desorption ionisation mass spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a method and a measuring device for the chemical-analytical, in particular mass spectrometric or optical spectroscopic examination of an impression of a skin surface, for. For example, a fingerprint.
  • Applications of the invention are, for. As in the diagnosis of diseases and metabolites in the body, given in the doping control or in forensics / forensics.
  • Latent fingerprints are different from obvious fingerprints made of opaque materials such as fingerprints. As paint or dirt exist. Latent fingerprints are important research topics in forensics. There is an interest in obtaining person-specific quantitative exogenous and / or endogenous chemical and / or morphological information. Other areas of a skin surface also form contact marks, but often are less clear than fingerprints, since the end members of the fingers have papillary ridges that form pronounced tracks.
  • the said hydrolipid layer is a mixture, in particular, of sweat and other glandular secretions, such as sebum (tallow), and consists largely of water, salts and fatty acids.
  • the palms of the hands remove other substances that are different from the secretions on other skin surfaces. Since the hands often touch the face, other body parts and other objects, fingerprints also contain substances from these sources, such as in particular lipids, fatty acids, amino acids, glandular secretions and vitamins or other foreign substances.
  • the outer surface of the human skin has pores not only on the fingers, but also on almost all other parts of the body.
  • the skin pores are openings in the skin, through which the body can secrete sweat, sebum and other substances and the z. B. are connected to sweat glands.
  • the secretions from the skin pores also contribute to the contact traces.
  • Imaging mass spectrometry mass spectrometry imaging, MSI
  • MALDI method matrix assisted laser desorption on and ionization
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • Another disadvantage of the conventional mass spectrometric examination of fingerprints is that it is often uncertain whether a measurement result is an endogenous (endoscopic) dogene) substance, in particular a secretion of the examined skin surface or of another skin surface, or a foreign (exogenous) substance, with which the fingers of the person were in contact.
  • endogenous (endoscopic) dogene) substance in particular a secretion of the examined skin surface or of another skin surface, or a foreign (exogenous) substance, with which the fingers of the person were in contact.
  • the object of the invention is to provide an improved method for the chemical-analytical examination of contact traces of skin surfaces, with which disadvantages of conventional techniques are avoided.
  • the examination procedure is intended to reduce the duration of the examination and to improve the evaluation of the results, e.g. B. in the detection of endogenous substances and their distinction from exogenous substances allow.
  • the object of the invention is furthermore to provide an improved measuring device for the chemical-analytical examination of contact traces of skin surfaces, with which disadvantages of conventional techniques are avoided.
  • the stated object is achieved by a method for investigating tion, in particular for mass spectrometric and / or optical-spectroscopic examination, of an impression of an external human skin surface containing skin pores, in particular a fingerprint, in which the following steps are carried out.
  • a preparation of the impression on a substrate comprises a transfer of substances from the skin surface to the substrate, wherein on the preferably flat surface of the substrate, the impression (the contact trace) is deposited.
  • the skin surface such.
  • a face, an ear or other body part contains pores of the skin.
  • In-body substances on the skin surface, in particular from the pores of the skin, and / or foreign substances on the skin surface adhere to the substrate.
  • the substrate is z. B. a plate with a solid surface, which is suitable for mass spectrometric or spectroscopic investigation.
  • a substrate for a mass spectrometric investigation is z. B. designed for a laser desorption in a MALDI examination or ion beam desorption in a SIMS examination, and it comprises a plate, the z. B. made of glass, ceramic, metal, or plastic.
  • the substrate z. B. have a nanostructured surface.
  • the nanostructured surface may preferably be formed by a coating of the substrate with an electrically conductive material, in particular a metal, such. As gold or silver, an alloy, a conductive polymer or a conductive composite material, are formed.
  • the substrate is suitable for spectroscopic examination, e.g. B. designed for a fluorescence measurement, an IR absorption measurement or a Raman measurement, and it comprises a transparent plate, e.g. As glass or plastic.
  • the substrate may be a component of the particular examination device used or a part of an article, such. A tabletop or other utility article on which the contact trace has been deposited.
  • the substrate is a transfer medium suitable for receiving a contact trace of an article. Subsequently, a detection (detection) of a pore trace of at least one of the skin pores and their pore position. The inventors have found that the skin pores are detectable in the impression and form characteristic punctiform pores (imprints).
  • the pore traces are optically detected, which can be promoted in particular by a physical modification of the impression.
  • the pore trails are composed of substances which are transferred from the skin pores to the surface of the substrate.
  • the pore traces are detected in a spatially resolved manner on the substrate, so that, as a result, the pore position (position data of the porosity trace) of the porosity trace of at least one of the skin pores on the substrate is present.
  • the pore position (s) represent the position (s) of the porosity trace of the at least one skin pore z. B. relative to the substrate edge or other topological impression or substrate feature and serve to control the subsequent spatially resolved chemical analysis of the impression on the substrate.
  • the chemical-analytical examination of the impression on the substrate is carried out on the porosity trace of the at least one detected skin pore.
  • the detection of the pore position (s) allows a local selective chemical analysis of the impression.
  • the entire impression is not analyzed. Rather, the chemical-analytical investigation is carried out on a single pore trace or on several delimited pore traces.
  • Each pore track is the footprint of exactly one skin pore.
  • Substrate areas between the pore tracks are preferably excluded from the examination.
  • the chemical-analytical examination of the impression on the substrate takes place according to a preferred variant of the invention exclusively at the location of the pore track of the at least one skin pore.
  • the chemical-analytical examination can also be performed sporadically in spaced-apart sections between the pore tracks, z.
  • said object is achieved by a measuring device for the chemical-analytical examination of an impression of a skin surface which contains pores of the skin, in particular a fingerprint, comprising a sensor device and a chemical-analytical examination device.
  • the sensor device is set up to detect the porosity of at least one of the skin pores and their pore position on a substrate.
  • the sensor device is configured to provide position data of the porosity trace of at least one of the skin pores on the substrate, with which the examination device can be controlled so that the examination of the impression takes place on at least one pore track.
  • the measuring device preferably contains a control device with which the examination device can be controlled in dependence on an output signal of the sensor device.
  • the invention makes use of the fact that in the analysis of latent contact traces with high local resolution (resolution eg 10 ⁇ ⁇ ) the analysis is based on the skin pores, e.g. B. on profiles of fingerprints, and their secretions, that is confined to the pore trails. This firstly allows a significant reduction in the duration of the examination, since not the complete contact track is analyzed spatially resolved. At the same time, the evaluation of the results will be facilitated. Due to their formation on the pores of the skin, the pores are predominantly of the body's own substances. The contribution of exogenous substances in the traces of pores to the result of the chemical analysis is negligible under most conditions of use or alternatively can be detected by a simple additional examination.
  • the invention allows a significant shortening of the examination period without affecting the spatial resolution and the information content of the measurement result.
  • the measuring device according to the invention advantageously forms a fast, high-resolution and compact scanner, z.
  • the invention thus provides a significantly improved non-invasive tool, e.g. B. for diagnostics, therapy and forensics.
  • the chemical-analytical examination is preferably limited to a single or several pore traces, so that the measurement result can be obtained in a short time, e.g. B. 5 min is present.
  • the shortening of the assay time by restricting the measurement to selected positions allows the application of additional measurements as needed, which can provide further information on the analyte molecules that contribute to increasing the accuracy and selectivity of the analysis process, e.g. B. induced fragmentations (so-called LIFT Measurements) Detecting a variety of pore trails in the contact lane allows identification of the person as needed, as is known from conventional fingerprint testing.
  • the invention it is possible to detect all chemical and biological substances as well as metabolites which are excreted from the inside of the body through the skin pores, in particular sweat glands, and are optionally distinguished from the substances with which the examined person, eg. B. a patient, an athlete or a suspected perpetrator, has come into contact.
  • the invention allows z. B. the differentiation of drug use and drug possession or contact.
  • the method according to the invention provides new information in a short time, with the aid of which a profile can be set up and which also provides important background information for a criminal investigation in which there are no reliable comparisons.
  • various variants of the invention are available to transfer substances from the skin surface to the substrate during the preparation of the impression.
  • the transfer comprises an immediate contact of the surface of the substrate (plate or transfer plate). medium) with the examined skin surface.
  • the contact comprises pressing on, in particular vertical placement or unrolling of the skin surface on the substrate so that the impression forms a mirror image of the distribution of substances on the skin surface.
  • the preparation in this case comprises pressing the skin surface directly onto the substrate. Since the skin surface typically has a curvature, the contact of the substrate preferably takes place by applying a contact pressure. This is chosen so that the skin surface and the tissue below the skin surface adapted to the shape of the surface of the substrate, for. B. be flattened.
  • an indirect transmission is provided, which is initially a recording of an impression of an object, for. B. at a crime scene, with a transfer medium.
  • a transfer medium having a flexible transfer surface e.g.
  • the preparation comprises pressing the transfer medium onto the substrate so that the impression forms an unshielded image of the distribution of substances on the skin surface.
  • the transfer medium may itself be a substrate which is suitable for desorption in a mass spectrometric investigation and can be fixed on a substrate carrier of a mass spectrometer.
  • the transfer medium is produced from hydrophilized polyethersulfone, provided with a nanostructured surface and / or provided with a reactive surface.
  • the preparation comprises a pretreatment of the skin surface, comprising a cleaning and an immediately following heating of the skin surface.
  • the cleaning involves removal of substances from the skin surface by application of a cleaning agent, e.g. As water and / or an organic solvent.
  • the heating of the skin surface comprises a temperature increase such that the secretion of substances from the skin pores is promoted. Heating with an external heating device or by means of the body's own heat, optionally supported by a covering of the skin surface with a foil, can be provided. Due to the warming of the skin surface, substances are secreted on the skin pores, which are recorded and analyzed as traces of pores in the contact lane.
  • the pretreatment of the skin surface therefore has the advantage that only the body's own substances are measured and the detection of foreign substances can be completely or almost completely suppressed.
  • the preparation comprises an application of geometrical and / or chemical reference features on the substrate.
  • Geometric reference features include e.g. B. characteristic dot pattern of a reference substance, which simplifies an adjustment of the substrate in the examination device.
  • Chemical reference features can be used to provide reference lines in a mass spectrum or reference features for optical spectroscopy. Advantageously, this improves the analysis of the impression at the location of the at least one skin pore.
  • Substances for the formation of geometric or chemical reference features can be selected, as is known per se from conventional mass spectrometric or optical spectroscopic measurements.
  • the chemical reference features are intentionally prepared on the substrate so that mass signals in the sample or optical spectroscopic measurement results can be unambiguously assigned to the reference signal. If z.
  • the detection of the at least one skin pore and the associated pore position comprises an imaging method in which the at least one skin pore and the associated pore position are optically detected.
  • the imaging method preferably comprises taking a digital image with an image sensor, such. As a camera, a scanner or an optical microscope.
  • the pore positions can advantageously be obtained directly from the image data.
  • the imaging process has in addition to its simplicity Furthermore, the advantage that immediately a picture of the contact track on the substrate, z.
  • the application of the imaging method may include illuminating the contact trace in a wavelength range in which the contact trace with the image sensor is detectable. Imaging benefits arise when visible light can be used.
  • the preparation step preferably includes a physical modification of the impression in such a way that the impression can be analyzed with the visible light imaging method. The impression is converted for imaging without changing the chemical composition of the impression.
  • the physical modification comprises a vapor deposition of a conductive coating, in particular of a metal, such.
  • a metal such as gold or silver, an alloy, a conductive polymer or a conductive composite material.
  • the conductive coating may advantageously simultaneously perform a number of functions in a mass spectrometric study, comprising providing an electrically conductive layer for mass spectrometric examination, visualizing the contact trace, facilitating desorption, and providing an internal calibration signal for the mass signals, e.g. By Au cluster molecules.
  • the imaging process first comprises a recording of an image of the impression on the substrate. Subsequently, an image processing of the image for detecting the pore position (s) of the pore track (s) of the skin pore (s), and a determination of skin pore coordinates, which are for the Po- renposition (s) of dermal pore (s) are characteristic.
  • the skin pore coordinates are characteristic of the position of the at least one pore track relative to the substrate.
  • the skin pore coordinates may advantageously be used directly in conjunction with information about the position of the substrate in the examination device for controlling the spatially resolved examination.
  • the image processing can take place with a sensor device within the measuring device according to the invention or externally with an additional sensor device optionally operated by a user.
  • a mass spectrometric examination particularly preferably a MALDI or SIMS examination of the pore track.
  • Mass spectrometric analysis has the advantages of isotope-specific resolution and the availability of suitable spectrometers. From an isotope pattern further forensic relevant data can be derived.
  • an optical-spectroscopic examination may be provided, such. B. a spatially resolved fluorescence, IR absorption or Raman measurement at the porosity trace of at least one skin pore.
  • Optical-spectroscopic examination has advantages in that it can be more easily and inexpensively applied, particularly without providing the contact trace in an evacuated chamber.
  • the mass spectrometric examination of the impression comprises the following steps. First, the substrate with the impression to be examined on a substrate carrier of a spatially resolving mass spectrometer, in particular especially a MALDI or SIMS device arranged. Subsequently, the substrate carrier and an excitation source of the MALDI device are aligned relative to each other. The alignment takes place in particular using the skin pore coordinates, the position of the substrate on the substrate carrier and the position of the substrate carrier relative to the excitation source such that the pore track to be examined is arranged in the focus of the excitation source. The alignment for at least one selected pore position may preferably be done manually or alternatively manually by a user. This is followed by the irradiation of the at least one pore trace and the analysis of analyte molecules produced during the irradiation.
  • a spatially resolving mass spectrometer in particular especially a MALDI or SIMS device arranged.
  • the substrate carrier and an excitation source of the MALDI device
  • MALDI-MSI images of contact traces, particularly fingerprints not only excel in comparison to conventional forensic concepts, but also reveal even more detail information about a subject to be examined, thus providing particular advantages in the following applications of the invention:
  • the mass spectrometer is operated so that the focus of the excitation light has a diameter smaller than 10 ⁇ , in particular smaller than 5 ⁇ .
  • the irradiated track pores are analyzed by multiple measurements by mass spectrometry Mes ⁇ with sufficient spatial resolution, since the diameter of a pore is greater by a multiple (about 100 ⁇ ).
  • the steps of mutual alignment, irradiation and analysis within the pore track can be repeated several times with a step size which is less than 50 ⁇ m, in particular less than 30 ⁇ m.
  • Several measurements within a porosity trace are also possible in optical spectroscopic analysis if the focus of the excitation light has a sufficiently small diameter, as in the case of the mass spectrometer.
  • Another advantage of the invention is that several ⁇ re chemical analyzes can be performed at various locations within a pore track without destroying the pores track in its entirety.
  • the sample in particular the substrate with the at least one porosity trace, can be stored after a first measurement and subjected to at least one further measurement after a time interval.
  • the storage may include a preservation of the sample, in particular a cryopreservation.
  • the mass spectrometric examination of the impression may comprise at least one reference measurement carried out outside the at least one porosity trace and / or at a reference chemical feature on the substrate.
  • Chemical reference features may e.g. B. arranged on the substrate additional substances, eg.
  • the detectable in the contact track compounds include.
  • intrinsically detectable clusters or ions z. B. of Au, Ag, Na or K serve as a reference or internal standard.
  • the generation of a complete image of the contact trace on the substrate e.g. B. for identification purposes, be provided.
  • FIG. 1 shows features of preferred embodiments of the method according to the invention
  • Figure 2 a schematic illustration of a preferred embodiment
  • FIG. 3 Illustrations of the detection of skin pores.
  • Preferred embodiments of the invention are described below by way of example with reference to mass spectrometry Investigation of pore trace of several skin pores described. Details of the method are not explained, as far as they are known from conventional mass spectrometric methods. In particular, the preparation and measurement conditions can be provided, as is known per se from conventional mass spectrometers.
  • the application of the invention is not limited to the analysis of the fingerprints shown by way of example, but is possible in accordance with impressions of skin surfaces of other body parts.
  • the application of the invention is not limited to mass spectrometric investigation methods, but correspondingly possible with optical spectroscopic methods. The study may be on a variety of pore trails or limited to a single pore trace.
  • FIGS. 1 and 2 show features of preferred embodiments of the method according to the invention and the measuring device 100 according to the invention.
  • the measuring device 100 shown schematically in FIG. 2 comprises a sensor device 10 which has an image sensor 13 and a control device 14, and a mass spectrometric examination device (MALDI device) 20 which has a substrate holder 21, an excitation source 22 and a time of flight unit 23.
  • FIG. 3 illustrates examples of details of the method according to FIG. 1.
  • the mass spectrometric examination of an impression of a skin surface initially comprises a step S1 of preparing the impression of the skin surface on a substrate.
  • FIG. 3A shows, by way of example, an enlarged photographic representation of the skin surface 2 of the fingertip on the hand of a person being examined.
  • the skin surface 2 Papillarangn run, on which skin pores 3 are arranged.
  • the skin pores 3 have a diameter of approx. 100 ⁇ .
  • the skin surface 2 can optionally be subjected first to a pretreatment (Sil in FIG. 1).
  • the skin surface 2 is cleaned by ethanol wetting and then stimulated by heating to secretion from the skin pores 3.
  • the heating can z.
  • B. a short-term wrapping of the skin surface 2, in particular the entire hand, with a
  • Plastic film and irradiation of the coated skin surface with a heater, z. B. a heat radiator include.
  • the skin surface 2 z. B. for 2 seconds on the upper ⁇ surface of the substrate 11 is pressed (see Figure 3B).
  • Sub ⁇ strat 11 includes z.
  • the gold layer has a thickness of z. B. 30 nm.
  • the skin surface 2 may be pressed onto another article having a smooth, solid surface from which a contact trace is transferred to the substrate 11 in a manner known per se by means of a transfer medium 12 (shown schematically in the upper part of FIG. 2).
  • the trans ⁇ coindium 12 includes z. B. a hydrophilic polyether sulfone embran (manufacturer Millipore) with a thickness of 100 ⁇ , a porous film or a selective reactive membrane z. B. only binds peptides.
  • the transfer medium 12, like the substrate 11, may be provided with a conductive coating. Subsequently, in step S2, a detection of pore traces 4 of at least skin pores 3 on the substrate 11 takes place.
  • the impression 1 is made visible.
  • the coating with the further gold layer can take place as described in [3], in particular by a vapor deposition or a sputtering process in a coating device (shown schematically in the upper part of FIG. 2).
  • the substrate 11 with the coated impression 1 is inserted into the sensor device 10 (see FIG. 2).
  • An image of the substrate 11 with the coated impression 1 is taken with the image sensor 13 (S22 in FIG. 1).
  • Image sensor 13 includes z. As a camera with a macro lens or an image scanner sensor. An image of the imprint 1 is shown by way of example in FIG. 3C. Traces of pores 4 of the skin pores are recognizable as dark spots in the image of the impression 1. With software-based image processing or by manual image processing, the pore tracks 4 of the skin pores are identified in the control device 14 and skin pore coordinates that are characteristic of the pore position of the pore tracks are determined (S23). The skin pore coordinates relate z. On the outer shape of the substrate 11, the position of physical reference features on the substrate 11 (not shown) or the position of characteristic impression structures, such. B. Branches or crossings of Papillarologicaln.
  • the spatially resolved chemical analysis of pore traces 3 follows with step S3.
  • the substrate 11 with the coated impression 1 is positioned in the examination device 20 (S31 in FIG. 1).
  • the examination device 20 comprises z. B. an "Autoflex III" mass spectrometer which contains an Nd: YAG laser (excitation wavelength 355 nm) as the excitation source 22 and is controlled by the software "FlexControl 3.0" and “Flexlmaging” (manufacturer Bruker Daltonic).
  • the substrate 11 with the impression 1 is on the substrate support 21, z. B. the type "MTP Slide Adapter II" (manufacturer Bruker Daltonic) positioned.
  • the skin pore coordinates of a selected pore trace 3 are output by the control device 14 to the mass spectrometric examination device 20 during automatic operation.
  • the skin pore coordinates of a selected pore trace 3 are manually input to the mass spectrometric analyzer 20.
  • the substrate carrier 21 and the excitation source 22 are aligned so that the irradiation of the substrate 11 takes place at the porosity track 3. It will measure only the Porenspur 3.
  • the mass spectrometric measurement is carried out z. B. in reflection mode. Mass spectra are in the m / z range to z. B. 1000 recorded.
  • the porosity trace 3 (expansion, for example, 100 ⁇ ) is measured after a single irradiation process with, for example, 1 to 10,000 laser pulses, preferably 10 to 100 laser pulses, by the excitation source 22.
  • the substrate carrier 21 is adjusted stepwise (step size eg 25 ⁇ ⁇ ), wherein each one irradiation process of the substrate 11 with the The compounds ionized by the substrate 11 are detected in the time of flight unit 23 and analyzed. Subsequently, z. B. 10 to 20 more pores traces 3 measured.
  • Pore traces 3 are repeatedly selected and analyzed by mass spectrometry until sufficient information has been collected.
  • FIG. 3E illustrates, by way of example, a MALDI image with the visualized mass spectrometric measurement signals of the individual pore traces (bright spots).
  • the mass spectrometric measurement can be combined simply or multiply with the analysis of reference features 5, the z. B. are arranged as a sequence of substances at the edge of the substrate 11 (see Figure 3D).
  • processing of the measurement results and their output takes place in step S4.
  • the processing of the measurement results comprises the known evaluation of the spatially resolved mass spectra.
  • the processing of the measurement results for.
  • for identification purposes also include a processing of the image of the entire impression 1 on the substrate 11. From the image of the imprint 1 obtained at step S22, an identifying feature known from conventional forensic techniques can be obtained.
  • the examination of an external dermal surface imprint according to the invention may be provided, for example, in the following practical applications.
  • a forensic application may result after a person has left a fingerprint on a commodity, such as a glass or table.
  • a transfer film which may be vapor-deposited with a gold film, the fingerprint is removed directly from the commodity.
  • the transfer foil is coated with a layer of gold.
  • the fingerprint can be removed with the transfer film from the commodity and transferred to a substrate which may be vapor-deposited with a gold layer.
  • the substrate with the transferred fingerprint is vapor-deposited with a gold layer (optical visualization of the fingerprint) and analyzed optically and mass spectrometrically.
  • the person leaves a fingerprint on a commodity, z.
  • a commodity z.
  • paper, foil or a textile surface By sawing, cutting, or the like of the Gebrauchsge ⁇ subject matter is comminuted to bring a fingerprint-bearing portion thereof in a for mass spectrometric measurement Toggle matched mold.
  • the object of use itself forms the substrate and is vapor-deposited with a gold layer (optical visualization of the fingerprint) and analyzed optically and by mass spectrometry.
  • an athlete When used in a doping control, an athlete generates a first fingerprint on a substrate.
  • This substrate already contains reference features 5 according to FIG. 3 at known measuring locations, such as a sample containing a doping agent.
  • the finger of the above pretreatment (Sil in Figure 1) subjected, ie cleaned and excited to sweat.
  • Sil Next to the first fingerprint, on the same substrate after pre-treatment Sil creates a second fingerprint.
  • the substrate is vapor-deposited with the two fingerprints produced with a gold film.
  • the entire fingerprint is made optically visible. This preferably serves as an optical identification feature.
  • the porosity trace is preferably visualized and mass spectrometrically analyzed by the method according to the invention in order to detect exclusively endogenous substances from the pores.
  • the comparison of the measurements with the measurements of the reference features provides a reliable statement as to whether the doping agent is contained in the endogenous substances from the pores.

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Abstract

Ein Verfahren zur Untersuchung eines Abdrucks (1) einer äußeren Hautoberfläche (2), die Hautporen (3) enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, umfasst die Schritte Präparation des Abdrucks (1) auf einem Substrat (11), Erfassung einer Porenspur (4) von mindestens einer der Hautporen (3) und von einer zugehörigen Porenposition auf dem Substrat (11), und ortsaufgelöste chemische Analyse der Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) an der zugehörigen Porenposition auf dem Substrat (11). Es wird auch eine Messvorrichtung (100) zur Untersuchung eines Abdrucks (1) einer Hautoberfläche (2), die Hautporen (3) enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, beschrieben.

Description

Verfahren und Messvorrichtung zur chemisch-analytischen Untersuchung eines Abdrucks einer Hautoberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur chemisch-analytischen, insbesondere mas- senspektrometrischen oder optisch-spektroskopischen Untersuchung eines Abdrucks einer Hautoberfläche, z. B. eines Fin- gerabdrucks. Anwendungen der Erfindung sind z. B. in der Diagnostik von Krankheiten und Metaboliten im Körper, bei der Doping-Kontrolle oder in der Kriminalistik/Forensik gegeben.
In der vorliegenden Beschreibung wird auf die folgenden Pub- likationen Bezug genommen, die zur Illustration des Standes der Technik und herkömmlicher Anwendungen von massenspektro- metrischen Methoden zitiert werden:
[1] Bretten, T. A. et al . in "Anal. Chem. " 2011, 83,
S. 4539-4556;
[2] Ifa, D. R. et al. in "Anal. Bioanal. Chem" 2009, 394, S. 1995-2008;
[3] Tang, H.- . et al. in "Anal. Chem." 2010, 82, S. 1589- 1593;
[4] Bailey, M. J. et al. in "Anal. Chem." 2012, 84,
S. 8514-8523; und
[5] Ifa, D. R. et al. in "Science" 2008, 321, S. 805.
Bei der manuellen Berührung von Oberflächen werden Kontaktspuren (Abdrücke) in Gestalt von Fingerspuren ( Fingerabdrü- cke) erzeugt, die eine transparente, für das bloße Auge meistens unsichtbare Hydrolipidschicht umfassen ("latente Fingerabdrücke"). Latente Fingerabdrücke unterscheiden sich von offensichtlichen Fingerabdrücken, die aus opaken Materialien, wie z. B. Farbe oder Schmutz, bestehen. Latente Fingerabdrücke sind wichtige Untersuchungsgegenstände in der Forensik. Es besteht ein Interesse, personenspezifisch quantitative körperfremde und/oder körpereigene chemische und/oder morphologische Informationen zu erhalten. Auch andere Bereiche einer Hautoberfläche bilden Kontaktspuren, die oft jedoch weniger deutlich als Fingerabdrücke sind, da die Endglieder der Finger Papillarleisten aufweisen, die ausgeprägte Spuren bilden. Dennoch besteht in der Forensik nicht nur ein Interesse an Fingerabdrücken, sondern allgemein an Kontaktspuren der äußeren Hautoberfläche. Ein wirtschaftliches und gesellschaftliches Interesse an nicht- oder minimal- invasiven Untersuchungen von Kontaktspuren besteht ferner neben der Forensik auch bei der Diagnostik von Krankheiten und Metaboliten im Körper oder bei der Kontrolle von Sportlern auf unerlaubte Substanzen (Doping-Kontrolle).
Die genannte Hydrolipidschicht ist ein Gemisch insbesondere aus Schweiß und anderen Drüsensekreten, wie Sebum (Talg) , und besteht zum Großteil aus Wasser, Salzen und Fettsäuren. Zusätzlich sondern die Handflächen weitere Substanzen ab, die sich von den Absonderungen an anderen Hautoberflächen unterscheiden. Da die Hände oft das Gesicht, andere Körperteile und andere Gegenstände berühren, enthalten Fingerabdrücke auch Substanzen aus diesen Quellen, wie insbesondere Lipide, Fettsäuren, Aminosäuren, Drüsensekrete und Vitamine oder andere Fremdsubstanzen.
Die äußere Hautoberfläche des Menschen weist nicht nur an den Fingern, sondern auch an nahezu allen anderen Körperteilen Hautporen auf. Die Hautporen sind Öffnungen in der Haut, durch die der Körper Schweiß, Talg und andere Substanzen absondern kann und die z. B. mit Schweißdrüsen verbunden sind. Die Absonderungen aus den Hautporen tragen ebenfalls zu den Kontaktspuren bei.
Bekannte Verfahren zur Untersuchung von latenten Fingerabdrü- cke sind das Sichtbarmachen durch Partikelbestäubung oder durch Farbreaktionen oder die Massenspektrometrie ([1], [2]). Abbildende Massenspektrometrie (mass spectrometry imaging, MSI) ist eine etablierte analytische und diagnostische Tech¬ nik, die als MALDI-Verfahren (matrix assisted laser desorpti- on and ionization) oder als SIMS-Verfahren (secondary ion mass spectrometry) mit unterschiedlicher Ortsauflösung verwendet wird. Die Auflösung der MALDI-Technik in kommerziellen Geräten beträgt aktuell etwa 30 ym, während die eines SIMS- Gerätes deutlich besser als 1 μπι ist.
Werden Fingerabdrücke mit der MSI-Technik untersucht, erhält man an jedem analysierten Ort des Fingerabdrucks ein komplettes Massenspektrum. Zusätzlich zur Identifikation einer Person aufgrund des Abdruckbildes ist damit auch eine Identifi- kation chemischer und biologischer Substanzen auf molekularer Ebene möglich, die sich am Finger der Person befinden. Die massenspektrometrische Untersuchung latenter Fingerabdrücke zeichnet sich zwar durch eine besondere Empfindlichkeit und die Möglichkeit der Bildgebung ( [3] - [5] ) aus, hat aber Nachteile hinsichtlich der Untersuchungsdauer ( [3] ) und der quantitativen Bewertung der Messergebnisse ([4]). Beispielsweise kann die Vermessung eines kompletten Fingerabdrucks in Abhängigkeit von der Auflösung aktuell 18 Stunden dauern ( [3] ) , was Anwendungen in der forensischen Praxis oder bei der Dopingkontrolle behindert.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen massenspektrometri- schen Untersuchung von Fingerabdrücken besteht darin, dass oft unsicher ist, ob ein Messergebnis eine körpereigene (en- dogene) Substanz, insbesondere eine Absonderung der untersuchten Hautoberfläche oder von einer anderen Hautoberfläche, oder eine körperfremde (exogene) Substanz repräsentiert, mit der die Finger der Person in Kontakt waren. Eine Unterschei- dung von körpereigenen und körperfremden. Substanzen erfordert bei herkömmlichen Techniken zeitaufwendige Zusatzuntersuchungen .
Kontaktspuren können auch mit anderen Techniken ortsauflösend chemisch analysiert werden, wie z. B. mit optisch-spektroskopischen Verfahren. Diese zeichnen sich jedoch ebenfalls durch den Nachteil einer unpraktikabel langen Untersuchungsdauer aus. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur chemisch-analytischen Untersuchung von Kontaktspuren von Hautoberflächen bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Das Untersuchungsverfahren soll insbesondere eine verringerte Untersuchungsdauer und ei- ne verbesserte Bewertung der Ergebnisse, z. B. bei der Erkennung körpereigener Substanzen und deren Unterscheidung von körperfremden Substanzen ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung ist des Weiteren, eine verbesserte Messvorrichtung zur chemisch-analytischen Untersuchung von Kontaktspuren von Hautoberflächen bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden.
Diese Aufgaben werden jeweils durch ein Verfahren und durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen An- sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Untersu- chung, insbesondere zur massenspektrometrischen und/oder zur optisch-spektroskopischen Untersuchung, eines Abdrucks einer äußeren menschlichen Hautoberfläche, die Hautporen enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, gelöst, bei dem die fol- genden Schritte ausgeführt werden.
Zuerst erfolgt eine Präparation des Abdrucks auf einem Substrat. Die Präparation umfasst eine Übertragung von Substanzen von der Hautoberfläche auf das Substrat, wobei auf der vorzugsweise ebenen Oberfläche des Substrats der Abdruck (die Kontaktspur) abgeschieden wird. Die Hautoberfläche, wie z. B. die Oberfläche einer Fingerkuppe, eines Gesichts, eines Ohrs oder eines anderen Körperteils, enthält Hautporen. Körpereigene Substanzen an der Hautoberfläche, insbesondere aus den Hautporen, und/oder körperfremde Substanzen an der Hautoberfläche haften auf dem Substrat an.
Das Substrat ist z. B. eine Platte mit einer festen Oberfläche, die für die massenspektrometrische oder spektroskopische Untersuchung geeignet ist. Ein Substrat für eine massenspektrometrische Untersuchung ist z. B. für eine Laserdesorption bei einer MALDI-Untersuchung oder eine Ionenstrahldesorption bei einer SIMS-Untersuchung ausgelegt, und es umfasst eine Platte, die z. B. aus Glas, Keramik, Metall, oder Kunststoff hergestellt ist. Zur Förderung der Desorption von Analyten kann das Substrat z. B. eine nanostrukturierte Oberfläche aufweisen. Die nanostrukturierte Oberfläche kann vorzugsweise durch eine Beschichtung des Substrats mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus einem Metall, wie z. B. Gold oder Silber, einer Legierung, einem leitfähigen Polymer oder einem leitfähigen Kompositmaterial, gebildet werden. Alternativ ist das Substrat für eine spektroskopische Untersuchung, z. B. für eine Fluoreszenzmessung, eine IR- Absorptionsmessung oder eine Ramanmessung ausgelegt, und es umfasst eine transparente Platte, z. B. aus Glas oder Kunststoff. Das Substrat kann eine Komponente der jeweils verwendeten Untersuchungseinrichtung oder ein Teil eines Gegenstands, wie z. B. einer Tischplatte oder eines anderen Ge- brauchsgegenstands sein, auf dem die Kontaktspur abgeschieden wurde. Alternativ ist das Substrat ein Transfermedium, das für eine Aufnahme einer Kontaktspur von einem Gegenstand geeignet ist. Anschließend erfolgt eine Erfassung (Detektion) einer Porenspur von mindestens einer der Hautporen und von deren Porenposition. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Hautporen im Abdruck detektierbar sind und charakteristische, punktförmige Porenspuren (Abdruckspuren) bilden. Vorzugsweise werden die Porenspuren optisch detektiert, was insbesondere durch eine physikalische Modifizierung des Abdrucks begünstigt werden kann. Die Porenspuren bestehen aus Substanzen, welche von den Hautporen auf die Oberfläche des Substrats übertragen werden. Die Porenspuren werden auf dem Substrat ortsaufgelöst detektiert, so dass im Ergebnis die Porenposition (Positionsdaten der Porenspur) der Porenspur von mindestens einer der Hautporen auf dem Substrat vorliegt. Die Porenposition (en) repräsentieren die Position (en) der Porenspur der mindestens einen Hautpore z. B. relativ zum Substratrand oder einem an- deren topologischen Abdruck- oder Substratmerkmal und dienen der Steuerung der anschließenden ortsaufgelösten chemischanalytischen Untersuchung des Abdrucks auf dem Substrat.
Gemäß der Erfindung wird die chemisch-analytische Untersu- chung des Abdrucks auf dem Substrat an der Porenspur der mindestens einen detektierten Hautpore durchgeführt. Die Erfassung der Porenposition (en) ermöglicht eine örtliche selektive chemische Analyse des Abdrucks. Abweichend von den herkömmlichen Techniken wird nicht der gesamte Abdruck analysiert. Vielmehr erfolgt die chemisch-analytische Untersuchung an einer einzigen Porenspur oder an mehreren voneinander abgegrenzten Porenspuren. Jede Porenspur ist die Abdruckspur von genau einer Hautpore. Substratbereiche zwischen den Porenspu- ren sind von der Untersuchung vorzugsweise ausgenommen.. Mit anderen Worten, die chemisch-analytische Untersuchung des Abdrucks auf dem Substrat erfolgt gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ausschließlich am Ort der Porenspur der mindestens einen Hautpore. In Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung kann die chemisch-analytische Untersuchung jedoch vereinzelt auch in voneinander beabstandeten Abschnitten zwischen den Porenspuren ausgeführt werden, z. B. für Referenzzwecke. Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Messvorrichtung zur chemisch-analytischen Untersuchung eines Abdrucks einer Hautoberfläche, die Hautporen enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, gelöst, die eine Sensoreinrichtung und eine che- misch-analytische Untersuchungseinrichtung umfasst. Die Sensoreinrichtung ist zur Erfassung der Porenspur von mindestens einer der Hautporen und von deren Porenposition auf einem Substrat eingerichtet. Die Sensoreinrichtung ist konfiguriert, Positionsdaten der Porenspur von mindestens einer der Hautporen auf dem Substrat bereitzustellen, mit denen die Untersuchungseinrichtung so steuerbar ist, dass die Untersuchung des Abdrucks an mindestens einer Porenspur erfolgt.
Vorzugsweise enthält die Messvorrichtung eine Steuereinrichtung, mit der die Untersuchungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung steuerbar ist.
Mit der Erfindung wird ausgenutzt, dass bei der Untersuchung von latenten Kontaktspuren mit hoher örtlicher Auflösung (Auflösung z. B. 10 μπ\) die Analyse auf die Hautporen, z. B. auf Profilen der Fingerabdrücke, und ihre Sekrete, d. h. auf die Porenspuren beschränkt wird. Dies erlaubt erstens eine deutliche Verringerung der Untersuchungsdauer, da nicht die komplette Kontaktspur ortsaufgelöst analysiert wird. Gleich- zeitig wird die Bewertung der Ergebnisse erleichtert. Die Porenspuren bestehen aufgrund ihrer Entstehung an den Hautporen vorrangig aus körpereigenen Substanzen. Der Beitrag körperfremder Substanzen in den Porenspuren zum Ergebnis der chemischen Analyse ist unter den meisten Anwendungsbedingungen vernachlässigbar oder alternativ durch eine einfache Zusatzuntersuchung erfassbar.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung ohne eine Beeinträchtigung der Ortsauflösung und des Informationsgehalts des Messergebnisses eine erhebliche Verkürzung der Untersuchungsdauer. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung bildet vorteilhafterweise einen schnellen, hochauflösenden und kompakten Scanner, z. B. MSI-Scanner (mass spectrometry imaging) , z. B. für Fingerabdrücke, der mit herkömmlichen Techniken, insbe- sondere in Bezug auf die Probenpräparation (mit Matrix/ohne
Matrix) und die Analyse kompatibel ist. Die Erfindung liefert somit ein erheblich verbessertes nicht-invasives Werkzeug, z. B. für die Diagnostik, Therapie und Forensik. Die chemisch-analytische Untersuchung wird in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Erfindung vorzugsweise auf eine einzige oder mehrere Porenspuren beschränkt, so dass das Messergebnis in kurzer Zeit, z. B. 5 min vorliegt. Die Verkürzung der Untersuchungsdauer durch die Beschränkung der Messung auf ausgewählte Positionen erlaubt bei Bedarf die Anwendung zusätzlicher Messungen, wodurch weitere Informationen zu den Analytmolekülen erhalten werden können, die zur Erhöhung der Genauigkeit und Selektivität des Analysevorganges beitragen, z. B. induzierte Fragmentierungen (so genannte LIFT-Messungen) Die Erfassung einer Vielzahl von Porenspuren in der Kontaktspur ermöglicht bei Bedarf eine Identifikation der Person, wie es von der herkömmlichen Untersuchung von Fingerabdrücken bekannt ist.
Erfindungsgemäß können alle chemischen und biologischen Substanzen sowie Metaboliten erfasst werden, die aus dem Körperinneren durch die Hautporen, insbesondere Schweißdrüsen, ausgeschieden werden, und optional von den Substanzen unter- schieden werden, mit denen die untersuchte Person, z. B. ein Patient, ein Sportler oder ein vermuteter Täter, in Berührung gekommen ist. Die Erfindung ermöglicht z. B. die Differenzierung von Drogenkonsum und Drogenbesitz bzw. -berührung. Durch Detektion der Körperflüssigkeiten aus den mikroskopischen Hautporen ist eine leichte Rückverfolgung von Drogenkonsum oder Medikamenteneinnahme möglich. Einzelheiten zu Ernährungsgewohnheiten und Metabolismus können detaillierte Angaben über den Lebensstil einer untersuchten Person offen legen. Für strafrechtliche Ermittlungen und Therapien werden so äußerst wertvolle Informationen geliefert. In der Forensik und Kriminalistik ist dies insbesondere dann besonders wertvoll, wenn der Fingerabdruck der untersuchten Person in keiner Straftäter-Datenbank zu finden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert in kurzer Zeit neue Informationen, mit de- ren Hilfe ein Profil aufgebaut werden kann und die außerdem wichtige Hintergrundinformationen für eine strafrechtliche Ermittlung, bei der es keine sicheren Vergleichsmöglichkeiten gibt, bilden. Vorteilhafterweise sind verschiedene Varianten der Erfindung verfügbar, bei der Präparation des Abdrucks Substanzen von der Hautoberfläche auf das Substrat zu übertragen. Gemäß einer ersten Variante umfasst die Übertragung eine unmittelbare Berührung der Oberfläche des Substrats (Platte oder Transfer- medium) mit der untersuchten Hautoberfläche. Die Berührung umfasst ein Aufdrücken, insbesondere ein senkrechtes Aufsetzen oder Abrollen der Hautoberfläche auf dem Substrat, so dass der Abdruck eine spiegelbildliche Abbildung der Vertei- lung von Substanzen auf der Hautoberfläche bildet. Vorteilhafterweise umfasst die Präparation in diesem Fall ein Aufdrücken der Hautoberfläche direkt auf das Substrat. Da die Hautoberfläche typischerweise eine Krümmung aufweist, erfolgt die Berührung des Substrats vorzugsweise unter Anwendung ei- ner Anpresskraft. Diese ist so gewählt, dass die Hautoberfläche und das Gewebe unter der Hautoberfläche an die Form der Oberfläche des Substrats angepasst, z. B. abgeplattet werden.
Gemäß einer zweiten Variante ist eine indirekte Übertragung vorgesehen, die zunächst eine Aufnahme eines Abdrucks von einem Gegenstand, z. B. an einem untersuchten Tatort, mit einem Transfermedium umfasst. Vorzugsweise wird ein Transfermedium mit einer biegsamen Transferoberfläche, z. B. eine Transferfolie, ein Transferpapier oder eine Transfermembran, verwen- det, die auf dem untersuchten Gegenstand aufgesetzt oder abgerollt wird. Vorteilhafterweise umfasst die Präparation in diesem Fall ein Aufdrücken des Transfermediums auf das Substrat, so dass der Abdruck eine ungespiegelte Abbildung der Verteilung von Substanzen auf der Hautoberfläche bildet. Al- ternativ kann das Transfermedium an sich ein Substrat sein, das für eine Desorption bei einer massenspektrometrischen Untersuchung geeignet ist und auf einem Substratträger eines Massenspektrometers fixierbar ist. Besonders bevorzugt ist das Transfermedium aus hydrophilier- tem Polyethersulfon hergestellt, mit einer nanostrukturierten Oberfläche versehen und/oder mit einer reaktiven Oberfläche versehen. Vorteilhafterweise wird damit eine vollständige Übertragung von Substanzen von der Hautoberfläche auf das Substrat begünstigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Präparation eine Vorbehandlung der Hautoberfläche, umfassend eine Reinigung und eine unmittelbar anschließende Erwärmung der Hautoberfläche. Die Reinigung umfasst eine Entfernung von Substanzen von der Hautoberfläche durch eine Anwendung von einem Reinigungsmittel, z. B. Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel. Die Erwärmung der Hautoberfläche umfasst eine Temperaturerhöhung derart, dass die Absonderung von Substanzen aus den Hautporen gefördert wird. Es kann eine Erwärmung mit einer externen Heizeinrichtung oder mittels der körpereigenen Wärme, optional unterstützt durch eine Abdeckung der Hautoberfläche mit einer Folie, vorgesehen sein. Durch die Erwärmung der Hautoberfläche werden an den Hautporen Substanzen abgesondert, welche in der Kontaktspur als Porenspuren erfasst und analysiert werden. Die Vorbehandlung der Hautoberfläche hat daher den Vorteil, dass ausschließlich körpereigene Substanzen gemessen werden und die Erfassung von körperfremden Substanzen vollständig oder nahezu vollständig unterdrückt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die .Präparation eine Applikation von geometrischen und/oder chemischen Referenzmerkmalen auf dem Substrat. Geometrische Referenzmerkmale umfassen z. B. charakteristische Punktmuster einer Referenzsubstanz, die eine Justierung des Substrats in der Untersuchungseinrichtung vereinfacht. Chemischen Referenzmerkmale können zur Schaffung von Referenzlinien in einem Massenspektrum oder von Referenzmerkmalen für die optische Spektroskopie verwendet werden. Vorteilhafterweise wird damit die Analyse des Abdrucks am Ort der mindestens einen Hautpore verbessert. Substanzen zur Bildung der geometrischen oder chemischen Referenzmerkmale können gewählt werden, wie es an sich von herkömmlichen massenspektrometri- schen oder optisch-spektroskopischen Messungen bekannt ist. Die chemischen Referenzmerkmale werden mit der Absicht auf dem Substrat präpariert, um Massensignale in der Probe oder optisch-spektroskopische Messergebnisse eindeutig dem Referenzsignal zuordnen zu können. Wird z. B. eine chemisch reine Verbindung mit MALDI untersucht, wird nur ein Signal, welches der molaren Masse der Verbindung entspricht, sondern auch ein Signal erfasst, dass Fragmenten oder Fragmentaddukten entspricht, welche nicht eindeutig einer Verbindung zugeordnet werden können. Werden entsprechende Signale auch in der Probe erfasst, können die Probensignale den Fragmentsignalen der Referenz zugeordnet werden, von der bekannt ist, um welche
Verbindung es sich handelt. Darüber hinaus kann es durch Abweichung bei der Massenkalibrierung auch zu Abweichungen in den absoluten Massesignalen kommen. Bei der Vielzahl an Signalen, die in der Probe vorhanden sind, kann beispielsweise eine Unsicherheit auftreten, ob die Masse 100,0 oder 100,5 oder 99,8 oder 99,3 ist, woraus sich jeweils unterschiedliche Verbindungen ergeben könnten. Durch Vergleich mit dem Referenzsignal wird dieser Fehler ausgeschlossen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Erfassung der mindestens einen Hautpore und der zugehörigen Porenposition ein bildgebendes Verfahren, bei dem die mindestens eine Hautpore und die zugehörige Porenposition optisch detektiert werden. Das bildgebende Verfahren umfasst vorzugsweise eine Aufnahme eines digitalen Bildes mit einem Bildsensor, wie z. B. einer Kamera, einem Scanner oder einem optischen Mikroskop. Die Porenpositionen können vorteilhafterweise unmittelbar aus den Bilddaten gewonnen werden. Das bildgebende Verfahren hat neben seiner Einfachheit ferner den Vorteil, dass unmittelbar auch ein Bild der Kontaktspur auf dem Substrat, z. B. für Identifikationszwecke, bereitgestellt wird. Die Anwendung des bildgebenden Verfahrens kann eine Beleuchtung der Kontaktspur in einem Wellenlängenbereich einschließen, in dem die Kontaktspur mit dem Bildsensor erfassbar ist. Vorteile für die Bildgebung ergeben sich, wenn sichtbares Licht verwendet werden kann. In diesem Fall schließt vorzugs- weise der Präparationsschritt eine physikalische Modifizierung des Abdrucks derart ein, dass der Abdruck mit dem bildgebenden Verfahren mit sichtbarem Licht analysierbar ist. Der Abdruck wird für die Bildgebung umgewandelt, ohne dass die chemische Zusammensetzung des Abdrucks verändert wird.
Besonders bevorzugt umfasst die physikalische Modifizierung ein Aufdampfen einer leitfähigen Beschichtung, insbesondere aus einem Metall, wie z. B. Gold oder Silber, einer Legierung, einem leitfähigen Polymer oder einem leitfähigen Kompo- sitmaterial. Die leitfähige Beschichtung kann vorteilhafterweise bei einer massenspektrometrischen Untersuchung gleichzeitig mehrere Funktionen erfüllen, welche die Bereitstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht für die massenspektro- metrische Untersuchung, eine Sichtbarmachung der Kontaktspur, eine Erleichterung der Desorption , und die Bereitstellung eines internen Kalibrierungssignals für die Massensignale, z. B. durch Au-Clustermoleküle , umfassen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er- findung umfasst das bildgebende Verfahren zunächst eine Aufnahme eines Bildes des Abdrucks auf dem Substrat. Anschließend erfolgen eine Bildverarbeitung des Bildes zur Erfassung der Porenposition (en) der Porenspur (en) der Hautpore (n), und eine Ermittlung von Hautporenkoordinaten, welche für die Po- renposition (en) der Hautpore (n) charakteristisch sind. Vorzugsweise sind die Hautporenkoordinaten für die Position der mindestens einen Porenspur relativ zum Substrat charakteristisch. Die Hautporenkoordinaten können vorteilhafterweise unmittelbar in Verbindung mit Informationen über die Position des Substrats in der Untersuchungseinrichtung zur Steuerung der ortsaufgelösten Untersuchung verwendet werden. Die Bildverarbeitung kann mit einer Sensoreinrichtung innerhalb der erfindungsgemäßen Messvorrichtung oder extern mit einer zusätzlichen, ggf. von einem Nutzer bedienten Sensoreinrichtung erfolgen .
Vorteilhafterweise bestehen verschiedene Varianten, die chemische Analyse der mindestens einen Porenspur ortsauflösend auszuführen. Gemäß einer ersten, bevorzugten Variante ist eine massenspektrometrische Untersuchung, besonders bevorzugt eine MALDI- oder eine SIMS-Untersuchung der Porenspur vorgesehen. Die massenspektrometrische Untersuchung hat die Vorteile einer Isotopen-spezifischen Auflösung und der Verfüg- barkeit geeigneter Spektrometer . Aus einem Isotopenmuster können weiterführende forensisch relevante Daten abgeleitet werden. Alternativ kann gemäß einer zweiten Variante eine optisch-spektroskopische Untersuchung vorgesehen sein, wie z. B. eine ortsaufgelöste Fluoreszenz-, IR-Absorptions- oder Ra- manmessung an der Porenspur der mindestens einen Hautpore. Die optisch-spektroskopische Untersuchung hat Vorteile, da sie einfacher, insbesondere ohne die Bereitstellung der Kontaktspur in einer evakuierten Kammer, und kostengünstiger angewendet werden kann.
Vorzugsweise umfasst die massenspektrometrische Untersuchung des Abdrucks die folgenden Schritte. Zuerst wird das Substrat mit dem zu untersuchenden Abdruck auf einem Substratträger eines ortsauflösend arbeitenden Massenspektrometers , insbe- sondere eines MALDI- oder SIMS-Gerätes , angeordnet. Anschließend werden der Substratträger und eine Anregungsquelle des MALDI-Gerätes relativ zueinander ausgerichtet. Die Ausrichtung erfolgt insbesondere unter Verwendung der Hautporenkoordinaten, der Position des Substrats auf dem Substratträger und der Position des Substratträgers relativ zur Anregungsquelle derart, dass die zu untersuchende Porenspur im Fokus der Anregungsquelle angeordnet ist. Die Ausrichtung für mindestens eine ausgewählte Porenposition kann vorzugsweise automatisch oder alternativ durch einen Nutzer manuell erfolgen. Es folgen die Bestrahlung der mindestens einen Porenspur und die Analyse von bei der Bestrahlung erzeugten Analytmole- külen .
MALDI-MSI-Bilder von Kontaktspuren, insbesondere von Fingerabdrücken, halten nicht nur ausgezeichnet dem Vergleich mit herkömmlichen forensischen Konzepten stand, sondern enthüllen außerdem noch mehr Detailinformationen über eine zu untersuchende Person, so dass sich besondere Vorteile bei den folgenden Anwendungen der Erfindung ergeben:
- Forensik (latente Fingerabdrücke mit extrem großer Informationsdichte) ,
- Therapie („ etabolomics" , Kontrolle der Medikamenteneinnahme),
- Doping (minimal-invasiver Test mit gleichzeitiger Identifikation) ,
- medizinische Früh-Diagnostik (minimal-invasives Screening)
- biometrische Abbildung, und
- chemisches und' biochemisches „Profiling" von Personen.
Von besonderem Vorteil ist ferner, dass MALDI eine derart sanfte Ionisation einschließt, dass selbst große
(Bio) moleküle, und (bio ) polymere Systeme unfragmentiert nachgewiesen und zuverlässig abgebildet werden können. Vorzugsweise wird das Massenspektrometer so betrieben, dass der Fokus des Anregungslichts einen Durchmesser kleiner als 10 μτη, insbesondere kleiner als 5 μτ aufweist. Vorteilhafter- weise kann somit die bestrahlte Porenspur durch mehrere Mes¬ sungen massenspektrometrisch mit einer hinreichenden Ortsauflösung analysiert werden, da der Durchmesser einer Pore um ein Vielfaches größer ist (ca. 100 μπ) . Hierzu können die Schritte der gegenseitigen Ausrichtung, der Bestrahlung und der Analyse innerhalb der Porenspur mit einer Schrittweite mehrfach wiederholt werden, die geringer als 50 μιη, insbesondere geringer als 30 μπι ist. Mehrere Messungen innerhalb einer Porenspur sind auch bei der optisch-spektroskopischen Analyse möglich, wenn der Fokus des Anregungslichts wie im Falle des Massenspektrometers einen genügend geringen Durchmesser aufweist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mehre¬ re chemische Analysen an verschiedenen Orten innerhalb einer Porenspur durchgeführt werden können, ohne die Porenspur in ihrer Gesamtheit zu zerstören. Die Probe, insbesondere das Substrat mit der mindestens einen Porenspur, kann nach einer ersten Messung gelagert und nach einem Zeitintervall mindestens einer weiteren Messung unterzogen werden. Die Lagerung kann eine Konservierung der Probe, insbesondere eine Kryokonservierung umfassen.
Vorzugsweise wird bei der massenspektrometrischen Untersuchung ausschließlich die Porenspur bestrahlt. Vorteilhafter- weise werden damit die Untersuchung beschleunigt, Verfäl- , schungen der Messergebnisse durch Substanzen außerhalb der Porenspur vermieden und die Isotopen-spezifische Auflösung der Analyse verbessert. Ferner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die massenspektrometrische Untersuchung des Abdrucks mindestens eine Referenzmessung umfassen, die außerhalb der mindestens einen Porenspur und/oder an einem chemischen Referenzmerkmal auf dem Substrat ausgeführt wird. Chemische Referenzmerkmale können z. B. auf dem Substrat angeordnete Zusatzsubstanzen, z. B. die in der Kontaktspur nachzuweisenden Verbindungen, umfassen. Weiterhin können auch intrinsisch nachweisbare Cluster oder Ionen z. B. von Au, Ag, Na oder K als Referenz bzw. interner Standard dienen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Erzeugung eines kompletten Bildes der Kontaktspur auf dem Substrat, z. B. für Identifikationszwecke, vorgesehen sein. Alternativ kann es von Vorteil sein, nicht ein komplettes Bild zu erzeugen, sondern eine Vielzahl von Porenspuren und deren Porenpositionen zu erfassen und aus den Porenpositionen ein personenspezifisches Identifizierungsmerkmal abzuleiten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1: Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2: eine schematische Illustration einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, und
Figur 3: Illustrationen der Erfassung von Hautporen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf die massenspektrometrische Untersuchung von Porenspur mehrerer Hautporen beschrieben. Einzelheiten des Verfahrens werden nicht erläutert, soweit diese von herkömmlichen massenspektrometrischen Verfahren bekannt sind. Insbesondere die Präparations- und Messbedingun- gen können bereitgestellt werden, wie es an sich von herkömmlichen Massenspektrometern bekannt ist. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die Analyse der beispielhaft gezeigten Fingerabdrücke beschränkt, sondern entsprechend mit Abdrücken von Hautoberflächen anderer Körperteile möglich. Des Weiteren ist die Anwendung der Erfindung nicht auf massenspektrometri- sche Untersuchungsverfahren beschränkt, sondern entsprechend mit optisch-spektroskopischen Verfahren möglich. Die Untersuchung kann an einer Vielzahl von Porenspuren erfolgen oder auf eine einzelne Porenspur beschränkt sein.
In den Figuren 1 und 2 sind Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 gezeigt. Die in Figur 2 schematisch gezeigte Messvorrichtung 100 umfasst eine Sensoreinrichtung 10, die einen Bildsensor 13 und eine Steuereinrichtung 14 aufweist, und eine massenspektrometrische Untersuchungseinrichtung (MALDI-Gerät ) 20, die eine Substrathalterung 21, eine Anregungsquelle 22 und eine Flugzeiteinheit 23 aufweist. Figur 3 illustriert beispielhaft Einzelheiten des Verfahrens gemäß Figur 1.
Die massenspektrometrische Untersuchung eines Abdrucks einer Hautoberfläche umfasst gemäß Figur 1 zunächst einen Schritt Sl der Präparation des Abdrucks der Hautoberfläche auf einem Substrat. Figur 3A zeigt beispielhaft eine vergrößerte photographische Darstellung der Hautoberfläche 2 der Fingerkuppe an der Hand einer untersuchten Person. Auf der Hautoberfläche 2 verlaufen Papillarleisten, auf denen Hautporen 3 angeordnet sind. Die Hautporen 3 haben einen Durchmesser von rd. 100 μπι. Bei der Präparation Sl kann die Hautoberfläche 2 optional zunächst einer Vorbehandlung (Sil in Figur 1) unterzogen werden. Bei der Vorbehandlung wird die Hautoberfläche 2 durch eine Ethanol-Benetzung gereinigt und anschließend durch eine Erwärmung zu einer Sekretion aus den Hautporen 3 angeregt. Die Erwärmung kann z. B. eine kurzzeitige Umhüllung der Hautoberfläche 2, insbesondere der gesamten Hand, mit einer
Kunststofffolie und eine Bestrahlung der umhüllten Hautober- fläche mit einer Heizeinrichtung, z. B. einem Wärmestrahler, umfassen .
Anschließend erfolgt die Übertragung von Substanzen von der Hautoberfläche 2 auf das Substrat 11 (S12 in Figur 1) , so dass der Abdruck 1 auf dem Substrat 11 gebildet wird. Hierzu wird die Hautoberfläche 2 z. B. für 2 Sekunden auf die Ober¬ fläche des Substrats 11 gedrückt (siehe Figur 3B) . Das Sub¬ strat 11 umfasst z. B. eine Glasplatte, die durch Sputtern mit Gold beschichtet ist. Die Gold-Schicht hat eine Dicke von z. B. 30 nm.
Alternativ kann die Hautoberfläche 2 auf einen anderen Gegenstand mit einer glatten, festen Oberfläche gedrückt werden, von dem eine Kontaktspur in an sich bekannter Weise mittels eines Transfermediums 12 auf das Substrat 11 übertragen wird (schematisch im oberen Teil von Figur 2 gezeigt) . Das Trans¬ fermedium 12 umfasst z. B. eine hydrophile Polyether-sulfon- embran (Hersteller Millipore) mit einer Dicke von 100 μπι, eine poröse Folie oder eine selektive Reaktivmembran, die z. B. ausschließlich Peptide bindet. Optional kann das Transfermedium 12 wie das Substrat 11 mit einer leitfähigen Beschich- tung versehen sein. Anschließend erfolgt bei Schritt S2 eine Erfassung von Porenspuren 4 von mindestens Hautporen 3 auf dem Substrat 11.
Durch eine physikalische Modifizierung, umfassend eine Be- schichtung des Substrats 11 mit dem Abdruck 1 mit einer wei- teren Gold-Schicht mit einer Dicke von z. B. 5 nm (S21 in Figur 1), wird der Abdruck 1 sichtbar gemacht. Die Beschichtung mit der weiteren Gold-Schicht kann erfolgen, wie in [3] beschrieben ist, insbesondere durch eine Bedampfung oder einen Sputter-Vorgang in einer Beschichtungseinrichtung (schema- tisch im oberen Teil von Figur 2 gezeigt) .
Das Substrat 11 mit dem beschichteten Abdruck 1 wird in die Sensoreinrichtung 10 eingesetzt (siehe Figur 2) . Mit dem Bildsensor 13 wird ein Bild des Substrats 11 mit dem be- schichteten Abdruck 1 aufgenommen (S22 in Figur 1) . Der
Bildsensor 13 umfasst z. B. eine Kamera mit Makro-Objektiv oder einen Bildscanner-Sensor. Ein Bild des Abdrucks 1 ist beispielhaft in Figur 3C gezeigt. Porenspuren 4 der Hautporen sind im Bild des Abdrucks 1 als dunkle Punkte erkennbar. Mit einer Software-basierten Bildverarbeitung oder durch eine manuelle Bildbearbeitung werden in der Steuereinrichtung 14 die Porenspuren 4 der Hautporen identifiziert und Hautporenkoordinaten ermittelt, die für die Porenposition der Porenspuren charakteristisch sind (S23) . Die Hautporenkoordinaten bezie- hen sich z. B. auf die äußere Form des Substrats 11, die Position von physikalischen Referenzmerkmalen auf dem Substrat 11 (nicht gezeigt) oder die Position von charakteristischen Abdruckstrukturen, wie z. B. Verzweigungen oder Kreuzungen von Papillarleisten .
Mit Schritt S3 folgt die ortsaufgelöste chemische Analyse von Porenspuren 3. Das Substrat 11 mit dem beschichteten Abdruck 1 wird in der Untersuchungseinrichtung 20 positioniert (S31 in Figur 1). Die Untersuchungseinrichtung 20 umfasst z. B. ein Massenspektrometer des Typs "Autoflex III", das als Anregungsquelle 22 einen Nd:YAG-Laser (Anregungswellenlänge 355 nm) enthält und mit der Software "FlexControl 3.0" und "Fle- xlmaging" gesteuert wird (Hersteller Bruker Daltonic) . Das Substrat 11 mit dem Abdruck 1 wird auf dem Substratträger 21, z. B. vom Typ "MTP Slide Adapter II" (Hersteller Bruker Daltonic), positioniert.
Für die massenspektrometrische Messung (S32 in Figur 1) wer- den bei einem automatischen Betrieb die Hautporenkoordinaten einer ausgewählten Porenspur 3 von der Steuereinrichtung 14 an die massenspektrometrische Untersuchungseinrichtung 20 ausgegeben. Bei einem von einem Nutzer geführten Betrieb werden die Hautporenkoordinaten einer ausgewählten Porenspur 3 manuell an die massenspektrometrische Untersuchungseinrichtung 20 eingegeben. Der Substratträger 21 und die Anregungsquelle 22 werden so ausgerichtet, dass die Bestrahlung des Substrats 11 an der Porenspur 3 erfolgt. Es wird ausschließlich die Porenspur 3 vermessen. Die massenspektrometrische Messung erfolgt z. B. im Reflektionsmodus . Massenspektren werden im m/z-Bereich bis z. B. 1000 erfasst.
Die Porenspur 3 (Ausdehnung z. B. 100 μτ wird nach einem einmaligen Bestrahlungsvorgang mit z. B. 1 bis 10000 Laserpul- sen, vorzugsweise 10 bis 100 Laserpulsen durch die Anregungsquelle 22 gemessen. Alternativ können bei gleich bleibendem Fokus der Anregungsquelle 22 (Durchmesser z. B. 1 μπι bis 8 μιη) mehrere Messungen mit mehreren Bestrahlungsvorgängen an unterschiedlichen Orten vorgesehen sein. Hierzu wird der Sub- stratträger 21 schrittweise verstellt (Schrittweite z. B. 25 μτη) , wobei jeweils ein Bestrahlungsvorgang des Substrats 11 mit dem Anregungslicht erfolgt. Die vom Substrat 11 ionisierten Verbindungen werden in der Flugzeiteinheit 23 erfasst und analysiert . Anschließend werden z. B. 10 bis 20 weitere Porenspuren 3 gemessen. Es werden wiederholt Porenspuren 3 ausgewählt und massenspektrometrisch analysiert, bis ausreichend Informatio- nen gesammelt wurden. Figur 3E verdeutlicht beispielhaft ein MALDI-Bild mit den visualisierten massenspektrometrischen Messsignalen der einzelnen Porenspuren (helle Flecke) .
Die massenspektrometrische Messung kann einfach oder mehrfach mit der Analyse von Referenzmerkmalen 5 kombiniert werden, die z. B. als Substanzfolge am Rand des Substrats 11 angeordnet sind (siehe Figur 3D) .
Schließlich erfolgt bei Schritt S4 eine Verarbeitung der Mes- sergebnisse und deren Ausgabe. Die Verarbeitung der Messergebnisse umfasst die an sich bekannte Auswertung der ortsaufgelöst aufgenommenen Massenspektren. Des Weiteren kann die Verarbeitung der Messergebnisse, z. B. für Identifikationszwecke, auch eine Verarbeitung des Bildes des gesamten Ab- drucks 1 auf dem Substrat 11 einschließen. Aus dem Bild des Abdrucks 1, das bei Schritt S22 ermittelt wurde, kann ein Identifizierungsmerkmal ermittelt werden, wie es von herkömmlichen forensischen Techniken bekannt ist. Die erfindungsgemäße Untersuchung eines Abdrucks einer äußeren Hautoberfläche kann beispielsweise bei den folgenden praktischen Anwendungen vorgesehen sein.
Eine forensische Anwendung kann sich ergeben, nachdem eine Person einen Fingerabdruck auf einem Gebrauchsgegenstand, Z. B. einem Glas oder Tisch hinterlassen hat. Mittels einer Transferfolie, die mit einem Goldfilm bedampft sein kann, wird der Fingerabdruck vom Gebrauchsgegenstand direkt abgenommen. Die Transferfolie wird mit einer Schicht Gold be- dampft (optische Sichtbarmachung des Fingerabdrucks) und optisch und massenspektrometrisch analysiert, d. h. die Transferfolie wird als Substrat verwendet. Aus dem Bild des Fingerabdrucks und den in den Porenspuren identifizierten Substanzen wird ein Profil der Person generiert, das für Aufklärungszwecke verwendet wird.
Alternativ kann der Fingerabdruck mit der Transferfolie vom Gebrauchsgegenstand abgenommen und auf ein Substrat übertragen werden, welches mit einer Goldschicht bedampft sein kann. Das Substrat mit dem übertragenen Fingerabdruck wird mit einer Gold-Schicht bedampft (optische Sichtbarmachung des Fingerabdrucks) und optisch und massenspektrometrisch analysiert.
Gemäß einer weiteren Alternative hinterlässt die Person einen Fingerabdruck auf einem Gebrauchsgegenstand, z. B. einer ebenen Tischplatte, Papier, Folie oder einer Textilfläche . Durch Aussägen, Ausschneiden oder dergleichen wird der Gebrauchsge¬ genstand zerkleinert, um ein den Fingerabdruck tragenden Teil von diesem in eine für die massenspektrometrische Messung an- gepasste Form zu bringen. Der Gebrauchsgegenstand an sich bildet das Substrat und wird mit einer Goldschicht bedampft (optische Sichtbarmachung des Fingerabdrucks) und optisch und massenspektrometrisch analysiert .
Bei einer Anwendung bei einer Doping-Kontrolle wird von einem Sportler ein erster Fingerabdruck auf einem Substrat erzeugt. Dieses Substrat enthält bereits Referenzmerkmale 5 gemäß Figur 3 an bekannten Messorten, wie beispielsweise eine Probe, die ein Dopingmittel enthält. Nachfolgend wird der Finger der genannten Vorbehandlung (Sil in Figur 1) unterzogen, d. h. gesäubert und zum Schwitzen angeregt. Neben dem ersten Fingerabdruck wird auf dem selben Substrat nach der Vorbehand- lung Sil ein zweiter Fingerabdruck erzeugt. Anschließend wird das Substrat mit den zwei erzeugten Fingerabdrücken mit einem Goldfilm bedampft. Hierdurch wird im Fall des ersten Fingerabdrucks der gesamte Fingerabdruck optisch sichtbar gemacht. Dieser dient vorzugsweise als optisches Identifikationsmerkmal. Im Fall des zweiten Fingerabdrucks wird vorzugsweise die Porenspur sichtbar gemacht und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren massenspektrometrisch analysiert, um ausschließlich endogene Substanzen aus den Poren nachzuweisen. Der Vergleich der Messungen mit den Messungen der Referenzmerkmale liefert eine zuverlässige Aussage, ob das Dopingmittel in den endogenen Substanzen aus den Poren enthalten ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Untersuchung eines Abdrucks (1) einer äußeren Hautoberfläche (2), die Hautporen (3) enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, mit den Schritten:
- Präparation des Abdrucks (1) auf einem Substrat (11),
- Erfassung einer Porenspur (4) von mindestens einer der Hautporen (3) und von einer zugehörigen Porenposition auf dem Substrat (11), und
- ortsaufgelöste chemische Analyse der Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) an der zugehörigen Porenposition auf dem Substrat (11).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Präparation umfasst
- ein Aufdrücken der Hautoberfläche (2) auf das Substrat (11), oder
- eine Übertragung des Abdrucks (1) von einem Gegenstand auf das Substrat (11) mittels eines Transfermediums (12).
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Präparation die Übertragung des Abdrucks (1) mittels eines Transfermedi- ums (12) umfasst und das Transfermedium (12) mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist:
- das Transfermedium (12) ist aus hydrophiliertem Po- lyethersulfon hergestellt,
- das Transfermedium (12) weist eine nanostrukturierte Ober- fläche auf, und
- das Transfermedium (12) weist eine reaktive Oberfläche auf.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Präparation eine Reinigung und eine anschließende Erwärmung der Hautoberfläche (2) derart umfasst, dass an der Hautoberfläche (2) lokal von den Hautporen (3) Absonderungen gebildet werden.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Präparation eine Applikation von geometrischen und/oder chemischen Referenzmerkmalen (5) auf dem Substrat (11) umfasst .
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Erfassung der mindestens einen Hautpore (3) und der zugehörigen Porenposition ein bildgebendes Verfahren umfasst, bei dem die mindestens eine Hautpore (3) und die zugehörige Pore'nposition optisch erfasst werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem
- die Präparation eine physikalische Modifizierung des Abdrucks (1) derart umfasst, dass der Abdruck (1) mit dem bildgebenden Verfahren analysierbar ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem
- die physikalische Modifizierung ein Aufdampfen einer leitfähigen Beschichtung, insbesondere aus einem Metall, einer Legierung, einem leitfähigen Polymer oder einem leitfähigen Kompositmaterial umfasst.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das bildgebende Verfahren umfasst:
- Aufnahme eines Bildes des Abdrucks (1) auf dem Substrat (11) ,
- Bildverarbeitung des Bildes zur Erfassung der Porenposition der Porenspur der mindestens einen Hautpore (3), und
- Ermittlung von Hautporenkoordinaten, welche für die Porenposition der Porenspur der mindestens einen Hautpore (3) charakteristisch sind.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die chemische Analyse eine massenspektrometrische Messung, insbesondere eine MALDI- oder eine SIMS-Messung, oder eine spektroskopische Messung, insbesondere eine Fluoreszenz-, IR- Absorptions- oder Ramanmessung , der Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) umfasst.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die massenspekt- rometrische Messung umfasst:
- Bereitstellung des Substrats (11) mit dem Abdruck (1) auf einem Substratträger (21) eines ortsauflösend arbeitenden Massenspektrometers (20) ,
- Ausrichtung des Substratträgers (21) und einer Anregungs- quelle (22) des Massenspektrometers (20) relativ zueinander, so dass die Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) im Fokus der Anregungsquelle (22) angeordnet ist,
- Bestrahlung der Porenspur (4), und
- Analyse von bei der Bestrahlung erzeugten Analytmolekülen.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem
- der Fokus der Anregungsquelle (22) einen Durchmesser kleiner als 10 μιτι, insbesondere kleiner als 5
Figure imgf000029_0001
aufweist.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem
- die Schritte der gegenseitigen Ausrichtung, der Bestrahlung und der Analyse innerhalb der Porenspur (4) mit einer
Schrittweite mehrfach wiederholt werden, die geringer als 50 μπι, insbesondere geringer als 30 μπι ist.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem ausschließlich die Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) bestrahlt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem
- die massenspektrometrische Untersuchung der Porenspur (4) mindestens eine Referenzmessung umfasst, die an einem chemischen Referenzmerkmal (5) auf dem Substrat (11) außerhalb der Porenspur (4) ausgeführt wird.
16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Substrat (11) mit dem Abdruck (1) eine leitfähige Be- Schichtung, insbesondere aus einem Metall, einer Legierung, einem leitfähigen Polymer oder einem leitfähigen Kompositmaterial trägt.
17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Substrat (11) eine nanostrukturierte Substratoberfläche aufweist .
18. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine Vielzahl von Porenspuren (4) und deren Porenpositionen erfasst werden, und
- aus den Porenpositionen der Porenspuren (4) ein Identifizierungsmerkmal abgeleitet wird, das ausschließlich für das Individuum charakteristisch ist, dessen Hautoberfläche (2) untersucht wird.
19. Messvorrichtung (100) zur Untersuchung eines Abdrucks (1) einer Hautoberfläche (2), die Hautporen (3) enthält, insbesondere eines Fingerabdrucks, umfassend:
- eine Sensoreinrichtung (10) , die zur Erfassung von einer Porenspur (4) von mindestens einer der Hautporen (3) und von einer zugehörigen Porenposition eingerichtet ist, und
- eine Untersuchungseinrichtung (20), die zur ortsaufgelösten chemischen Analyse der Porenspur (4) der mindestens einen Hautpore (3) an der Porenposition auf dem Substrat (11) eingerichtet ist.
20. Messvorrichtung gemäß Anspruch 19, die umfasst:
- eine Steuereinrichtung (14), mit der die Untersuchungseinrichtung (20) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung (10) steuerbar ist.
21. Messvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, bei der
- die Sensoreinrichtung (10) einen Bildsensor (13) umfasst.
22. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, bei der die Untersuchungseinrichtung umfasst
- ein ortsauflösend arbeitendes Massenspektrometer, insbesondere ein MALDI-Gerät (20) oder ein SIMS-Gerät, oder
- ein ortsauflösend arbeitendes Spektroskop, insbesondere ein Fluoreszenz-, IR-Absorptions- oder Raman-Spektroskop .
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105388140B (zh) * 2015-12-01 2017-05-10 杭州中车车辆有限公司 现场隐形指纹显示及其内含物质测量仪

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007017701A1 (en) * 2005-08-09 2007-02-15 University Of Sunderland Fingerprint analysis using mass spectrometry
WO2010109222A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 University Of Leicester Method of visualising a (finger) print on a surface

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6720564B1 (en) 2002-12-05 2004-04-13 The University Of Connecticut Method and apparatus for fingerprint detection and analysis
GB201104003D0 (en) 2011-03-09 2011-04-20 Univ Sheffield Hallam Improvements to matrix assisted laser deposition ionisation mass spectrometry imaging (maldi-msi)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007017701A1 (en) * 2005-08-09 2007-02-15 University Of Sunderland Fingerprint analysis using mass spectrometry
WO2010109222A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 University Of Leicester Method of visualising a (finger) print on a surface

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEXANDER BEINSEN: "Bildgebung und chemische Analytik mit Laserdesorptions-Massenspektrometrie im Bereich Forensik und Astrophysik", 21 June 2011 (2011-06-21), XP055160685, Retrieved from the Internet <URL:https://ediss.uni-goettingen.de/bitstream/handle/11858/00-1735-0000-0006-B0A7-0/beinsen.pdf?sequence=1> [retrieved on 20150108] *
BAILEY, M. J. ET AL., ANAL. CHEM., vol. 84, 2012, pages 8514 - 8523
BRETTELL, T. A. ET AL., ANAL. CHEM., vol. 83, 2011, pages 4539 - 4556
CHRISTOPHER G. WORLEY ET AL: "Detection of Visible and Latent Fingerprints Using Micro-X-ray Fluorescence Elemental Imaging*", JOURNAL OF FORENSIC SCIENCES, vol. 51, no. 1, 1 January 2006 (2006-01-01), pages 57 - 63, XP055160674, ISSN: 0022-1198, DOI: 10.1111/j.1556-4029.2005.00006.x *
ELSNER C & ABEL B: "Ultrafast High-Resolution Mass Spectrometric Finger Pore Imaging in Latent Finger Prints", SCIENTIFIC REPORTS, vol. 4, 6905, 4 November 2014 (2014-11-04), XP002734239, DOI: 10.1038/srep06905 *
IFA, D. R. ET AL., ANAL. BIOANAL. CHEM, vol. 394, 2009, pages 1995 - 2008
IFA, D. R. ET AL., SCIENCE, vol. 321, 2008, pages 805
NIMER JABER ET AL: "Visualization of Latent Fingermarks by Nanotechnology: Reversed Development on Paper-A Remedy to the Variation in Sweat Composition", ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION, vol. 51, no. 49, 3 December 2012 (2012-12-03), pages 12224 - 12227, XP055160661, ISSN: 1433-7851, DOI: 10.1002/anie.201205259 *
POMPI HAZARIKA ET AL: "Imaging of Latent Fingerprints through the Detection of Drugs and Metabolites", ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION, vol. 47, no. 52, 15 December 2008 (2008-12-15), pages 10167 - 10170, XP055160660, ISSN: 1433-7851, DOI: 10.1002/anie.200804348 *
TANG, H.-W. ET AL., ANAL. CHEM., vol. 82, 2010, pages 1589 - 1593

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