《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Upconverting Nanoparticles for Fingermark Visualization: From Fundamental Mechanisms to Forensic Applications
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摘要上转换纳米颗粒（UCNPs）已作为一种有前景的替代方案，可取代传统的指纹痕迹检测技术，具有高灵敏度、低背景干扰和近红外激发的可视化能力。本综述全面评估了基于UCNP的指纹痕迹显影策略，从早期的概念验证研究到近期的高级系统。文献被系统地分为干式和液相方法两大类，以便直接比较
摘要
上转换纳米颗粒（UCNPs）已作为一种有前景的替代方案，可取代传统的指纹痕迹检测技术，具有高灵敏度、低背景干扰和近红外激发的可视化能力。本综述全面评估了基于UCNP的指纹痕迹显影策略，从早期的概念验证研究到近期的高级系统。文献被系统地分为干式和液相方法两大类，以便直接比较其性能。特别强调了不同UCNP组分（尤其是镧系掺杂氟化物体系）在广泛基底和老化条件下解析1-3级指纹痕迹特征的能力。虽然干式UCNP系统表现出优越的鲁棒性、可重复性和操作简便性，但液相方法通过表面功能化提供了增强的选择性。本综述还讨论了关键的材料参数、表面化学策略以及新兴趋势，包括人工智能辅助分析和混合系统设计。最后，讨论了当前局限性和未来展望，强调了在法医学工作流程中提高选择性、标准化和实际应用的必要性。
引言
指纹证据长期以来一直被视为法医调查中最为可靠的工具之一，这主要归功于其对每个人的独特性以及其在一生中的持久性。从犯罪现场及相关证据中提取的指纹痕迹构成了关键的实物证据形式，往往能够实现直接识别犯罪嫌疑人[1]。一个多世纪以来，指纹分析一直被执法机构和法院作为解决刑事案件的基本手段[2]。除了身份识别之外，指纹还可以为事件的发生过程、涉及的人员、所使用的工具以及它们之间的关联提供宝贵的洞察。因此，用于在犯罪现场和证据材料上检测与可视化指纹痕迹的方法变得越来越重要。
传统的指纹痕迹检测技术虽然应用广泛，但可能存在灵敏度有限、对不同表面类型的适应性差以及某些情况下对环境或健康产生不利影响等问题。这些局限性引发了对其可靠性和可持续性的日益关注。在此背景下，迫切需要下一代技术方法，这些方法不仅能够提升分析性能，还应符合环境与安全考量。基于纳米颗粒的策略，尤其是涉及上转换纳米颗粒（UCNPs）的策略，已成为有前景的替代方案。这些系统不仅提供了提高的检测灵敏度，还为法医分析提供了更加可持续和符合伦理的框架。通过这种方式，它们有助于塑造法医科学的当代范式：一个在科学严谨性与更广泛的社会责任之间取得平衡的范式。
本综述的主要目的是突出基于纳米颗粒的方法在补充甚至取代传统指纹痕迹检测方法方面的潜力，重点聚焦于UCNP的作用。为此，对UCNP辅助指纹痕迹可视化的文献进行了系统考察。研究根据其应用格式——干式和液相系统——进行了分类，并通过结构化表格以对比方式呈现。所选研究进一步按时间顺序排列，以清晰地呈现该领域的发展演变，从而以连贯和全面的方式评估基于UCNP的指纹痕迹分析中的进展和新兴趋势。
发表趋势（图1）突显了基于UCNP的潜在指纹痕迹检测的渐进式发展。在2006-2010年的初始开创阶段，报告有限；随后该领域进入了验证/概念证明阶段（2011-2013），以早期可行性演示为标志。2014-2019年的扩展/功能化期间，发表数量大幅增加，反映了材料设计和表面工程的进步。2020年起，发表活动显著增加，并于2022年达到峰值。尽管此后年度发表数量适度下降，但发表活动仍远高于该领域的早期阶段。这一模式并不意味着兴趣减退，而可能反映了从快速扩展向整合与成熟的过渡，近期研究越来越聚焦于功能化、选择性、实际适用性和高级分析策略。
章节摘要
指纹结构与成分基础
指尖、手掌、脚底和脚趾呈现出特征性的脊线状线性图案，具有交替的隆起和凹陷。这些结构由称为乳头状脊线的脊状隆起组成。这些脊线由数千个微观汗孔的对齐排列形成（图2）。当手指接触表面时，从这些汗孔释放的分泌物按脊线定义的图案转移，形成被识别为指纹的痕迹[3]。
皮肤是
传统指纹痕迹检测技术的局限性
在犯罪现场检测潜在指纹痕迹仍然是法医调查的基石[11]。潜在指纹痕迹是当手指留下的分泌物按脊线结构定义的图案沉积到表面时形成的[12], [13]。用于可视化潜在指纹痕迹的光学、物理和化学技术必须提供足够的指纹残留物与底层表面之间的对比度，这在很大程度上取决于残留物和表面的性质以及
引入基于纳米颗粒的指纹痕迹检测方法
用于指纹痕迹检测和增强的纳米材料已被广泛分为金属、金属氧化物、量子点（QDs）、碳点（CDs）、SiO2基纳米颗粒和UCNPs[26]。用于指纹痕迹可视化的纳米材料的一个关键标准是其发光行为。准确检测指纹痕迹高度依赖于实现指纹残留物与底层表面之间的强对比度。在此背景下，发光纳米材料是
关键比较与性能评估
当对所呈现的研究进行综合评估时，干式（粉末基）UCNP系统与液相/悬浮液UCNP系统在性能、实用性和所达到的指纹细节等级之间出现了明显差异（图7）。
总体而言，干式UCNP系统代表了研究最为广泛和操作最为成熟的方法。大部分研究报告成功可视化了1-2级细节，众多系统也实现了3级分辨率，尤其是
挑战与未来展望
从传统指纹痕迹检测方法向液相UCNP系统的转变代表了法医分析的一次有前景的进展，尤其在最小化调查人员暴露、缩短处理时间和实现更灵活的应用策略方面。尽管具有这些优势，但目前仍有一些关键挑战限制了液相UCNP方法的实际应用；纳米颗粒在基底表面上的非特异性吸附仍然是主要
CRediT作者贡献声明
Meltem Okan：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，可视化，概念构思。Mehmet Gumustas：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，指导，概念构思。Deniz Arat：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写。?zlem Arat：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写
资金来源
本综述文章未获得公共、商业或非营利部门任何资助机构的专项资助。
致谢
本文是Deniz Arat在安卡拉大学法医科学研究所犯罪学系博士论文研究的一部分。
Deniz Arat | ?zlem Arat | Meltem Okan | Mehmet Gumustas
土耳其安卡拉大学法医科学研究所犯罪学系，土耳其安卡拉，邮编06620
