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Development of a New Artificial Latent Fingerprint Aqueous Solution by Improving Lipid Composition
Korean J Clin Lab Sci 2024;56:99-103  
Published on March 31, 2024
Copyright © 2024 Korean Society for Clinical Laboratory Science.

Sang-Yoon LEE1,2 , Hwa-Seon LIM1 , Ki-Jong RHEE1,2

1Department of Forensic Sciences, Graduate School of Health Sciences, Yonsei University MIRAE Campus, Wonju, Korea
2Department of Biomedical Laboratory Science, Yonsei University MIRAE Campus, Wonju, Korea
Correspondence to: Ki-Jong RHEE
Department of Forensic Sciences, Graduate School of Health Sciences, Yonsei University MIRAE Campus, 1 Yeonsedae-gil, Heungeop-myeon, Wonju, Korea
E-mail: kjrhee@yonsei.ac.kr
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5130-2728
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Previous artificial latent fingerprint solution has shown unsatisfactory results. Therefore, in this study, we developed an artificial latent fingerprint solution close to the actual fingerprint composition by improving the lipid composition. We mixed lipid solution with amino acid solution at v/v ratios as follows: 2:3, 1:4, 1:5, 1:8, 1:10, 1:20. We then dropped the same amount of each proportion of artificial latent fingerprint solution on porous paper and non-porous slide glass. Subsequently, each sample was treated with Oil red O, Cyanoacrylate fuming and Basic yellow 40 staining. As the concentration of lipids decreased, the output also decreased. Both types of surfaces and all concentrations were visually confirmed very well. In addition, the reactivity to lipids was significantly higher compared to the previous artificial latent fingerprint solution. Furthermore, for the quantitative evaluation, it is necessary to conduct additional research on the printing of the artificial latent fingerprint solution.
Keywords : Artificial latent fingerprint, Basic yellow 40, Cyanoacrylate, Lipid, Oil red O
서 론

범죄 현장에서는 다양한 증거물이 발견될 수 있으며, 이 중 지문은 개인 식별을 위한 중요한 증거물이다. 하지만 현장에서 발견되는 지문은 육안으로 확인하기 힘든 잠재지문으로, 이를 현출하기 위한 다양한 방법들이 개발되었고, 현재까지도 연구가 활발히 진행되고 있다. 잠재지문(latent fingerprint)은 육안으로 확인할 수 없으며, 피부의 에크린샘(eccrine gland)에서 분비땀과 같은 분비물이 기질(substrate) 또는 표면에 부착되면서 잠재지문이 생성된다. 잠재지문은 다양한 물리적, 화학적, 광학적 기법을 이용하여 육안으로 확인할 수 있도록 현출 과정을 거쳐야 하며, 각 시약의 현출력 비교를 위해 인공 잠재지문 수용액을 제작하는 과정이 필요하다[1].

잠재지문에서 지질을 현출하기 위한 시약 및 방법으로는 대표적으로 Oil red O, Nile Red, Physical Developer, 순간접착제(cyanoacrylate, CA) 기법 등이 있다. Oil red O 등의 시약 종류는 주로 다공성 표면에 적용되며, CA 기법은 비다공성 표면에 적용된다. Oil red O는 lysochrome diazo 계열의 염료로, 중성지질(neutral lipids), 콜레스테릴 에스테르(cholesteryl esters), 지단백(lipoproteins) 등 다양한 지질 성분을 염색하는 데 사용되는 지용성 염료이다[2]. Oil red O는 이온화를 억제하며 지질에 대한 용해도가 높아 건조하거나 적은 다공성 표면에 유류된 지문을 현출하는 지질 반응성 시약으로, 분자구조에는 발색단(chromophore)으로 azo group (-N=N-)과 조색단(auxochromophore)으로서 방향족 고리가 존재하여 Oil red O를 처리한 검체는 붉은색으로 염색되며, 지질의 농도가 높을수록 분광학적인 흡광증강효과(hyperchromic effect)로 인하여 더 강한 붉은 색을 발색하게 된다[3-5]. CA는 아크릴레이트 레진(acrylic resin)의 한 유형인 무색의 단량체 액체로, 훈증하여 기화된 CA 단량체가 유리, 플라스틱과 같은 비다공성이며 소수성(hydrophobicity)인 표면에서 유류된 잠재지문을 현출하는데, 이는 잠재지문 잔류물의 특정 에크린 성분을 개시제(initiator)로 사용하고, 백색의 다량체로 중합되어 지문 융선이 현출되는 것이다[6-9].

Schwarz [10]의 선행연구는 아미노산 반응성 지문 현출 시약을 적용할 수 있는 아미노산 용액의 조성을 인공 잠재지문 수용액으로서 제시하였다. 또한 이를 농도별로 잉크젯 프린터를 이용해 출력하여 인공 잠재지문의 강도를 조절한 후 아미노산 현출 시약인 ninhydrin과 1,8-diazafluoren-9–one을 적용하여 인공 잠재지문을 현출하였다. 그러나 실제 잠재지문 조성에는 ninhydrin과 1,2-indanedione 등 아미노산 현출 시약의 반응을 촉매하는 2가 금속 양이온이 포함되어 있고, 잠재지문의 세기는 농도가 아닌 유류된 양에 따라 결정된다. 이를 보완하여 Hong과 Hong [11]은 Schwarz [10]의 선행연구가 제시한 아미노산 수용액에 2가 금속 양이온인 염화 마그네슘(magnesium chloride), 염화 칼슘(calcium chloride), 염화 아연(zinc chloride)을 첨가하여 새로운 인공 잠재지문 수용액 조성을 제시하였고, 출력의 세기 조절을 통해 인공 잠재지문의 세기를 조절하였다. 이후 2가 금속 양이온이 첨가된 인공 잠재지문 수용액에 Lim 등[12]이 지질 용액을 첨가하여 실제 지문의 조성과 유사한 잠재지문 수용액 조성을 제시하였고, 이는 현재 잠재지문 연구에 많이 활용되고 있다. 그러나 Lim 등[12]이 제시한 인공 잠재지문 수용액은 Oil red O와 같은 지질 반응 시약을 처리했을 때 현출력이 낮고, 지질 성분으로 사용되는 글리세롤 및 유화제 등은 실제 지문 조성과 부합하지 않았다. 실제 잠재지문은 더욱 다양한 종류의 지방산 및 지질 성분으로 구성되어 있으나[13-16], 선행 연구[12]에서 제시한 지질 성분은 실제 잠재지문에서 주로 관찰되는 지방산에 대한 구성이 부족하다. 또한, 선행 연구에서 사용된 유화제의 경우 지질의 용해도를 높이고 아미노산 수용액과의 혼합을 용이하게 하기 위해 첨가되었으나, 이는 인체에서 유래한 성분으로 보기 어려워 실제 지문 조성으로 판단하기는 무리가 있다.

이에 본 연구에서는 선행연구에서 제시한 인공 잠재지문 수용액에 지질 조성을 보완하여 실제 지문 조성에 가까운 새로운 인공 잠재지문 수용액 조성을 제시하고, 지질 반응 시약에 대한 반응성을 평가하였다.

본 론

1.잠재지문 수용액의 조성

인공 잠재지문 수용액의 아미노산 성분은 선행연구의 조성을 참고하였다[2]. 잠재지문의 성분과 유사한 L-serine, glycine, L-alanine, L-lysine, L-leucine, L-threonine, L-(+)-asparagine acid, L-histidine, L-valine 9가지 아미노산과 특정 반응 시약을 촉매할 수 있도록 2가 양이온으로서 염화 마그네슘, 염화 칼슘, 염화 아연, 삼투압 유지를 위한 염화 나트륨(sodium chloride)을 3차 증류수 500 mL에 용해하여 아미노산 수용액 원액으로 사용하였다(Table 1). 지질 성분은 선행연구를 바탕으로 조성을 구성하였다. 지질 성분의 구성은 개체 별 땀에서 발견되는 지질 성분의 종류 중 모든 개체에서 가장 빈번하게 관찰되는 지방산과 기타 지질 성분으로 구성하였다[17-20]. 또한 지질 성분의 양은 선행 연구의 결과를 바탕으로 각 성분의 몰 질량을 정량적으로 계산하여 수치화하였다. 지질 성분은 잠재지문 성분으로 대표적인 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid)을 3차 증류수 9 mL에 혼합하고 80℃로 중탕한 후 올레산(oleic acid), 스쿠알렌(squalene), 콜레스테롤(cholesterol)을 혼합하여 지질 수용액 원액으로 사용하였다(Table 2).

The composition of amino acid solution

Component Quantity Concentration (Mm)
Serine 490 mg 9.3
Glycine 294 mg 7.8
Alanine 147 mg 3.3
Lysine 195 mg 2.7
Threonine 73 mg 1.2
Asparagin acid 73 mg 1.1
Histidine 73 mg 0.9
Valine 49 mg 0.8
Leucine 49 mg 0.7
NaCl (sodium chloride) 3,300 mg 113
Magnesium chloride 4 mg 0.08
Calcium chloride 16 mg 0.29
Zinc chloride 2 mg 0.03
Distilled water 500 mL -

The composition of lipid solution

Component Quantity Concentration
Palmitic acid 1.87 g 0.74 M
Oleic acid 1.0 mL 0.32 M
Stearic acid 0.80 g 0.28 M
Squalene 5.8 uL 1.21 mM
Cholesterol 7.46 mg 1.93 mM
Distilled water 9 mL -


2.수용액 조성의 혼합 비율

수용액의 세기를 조절하기 위하여 아미노산 수용액과 지질 수용액을 각각 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, 20:1 총 6가지의 volume/volume 비율로 혼합하여 최종 인공 잠재지문 수용액을 제작하였다. 혼합된 최종 인공 잠재지문 수용액을 각각 다공성 표면인 종이와 비다공성 표면인 슬라이드 글라스에 각 20 µL씩 떨어뜨렸다. 실험의 정량적인 평가를 위해, 일정한 조건 아래에서 비율별로 다공성 및 비다공성 표면에 각각 10회씩 반복적인 실험을 진행하였다. 다공성인 종이 검체에는 Oil red O (BVDA)를 적용하였고, 비다공성인 슬라이드 글라스에는 CA 기법 적용 후 Basic yellow 40 (BVDA)을 이용해 염색하였다. 모든 검체는 DSLR 카메라(Nikon D750; Nikon Corp.)를 이용해 촬영되었다. Oil red O를 적용한 종이 검체는 백색광으로 관찰하였으며, Basic yellow 40으로 염색된 슬라이드 글라스 검체는 450 nm 가변광원(Flare Plus II, Rofin Forensic)과 49 mm Yellow Camera Lens Barrier Filter (495 nm long-pass Filter, SKU#: Yellow Filter; SIRCHIE)를 이용하여 촬영하였다.

결 론

다공성 표면인 종이 검체를 Oil red O에 적용했을 때 현출력이 기존 수용액에 비해 높게 나타났으며, 인공 잠재지문 수용액에서 지질 수용액의 부피비가 감소할수록 Oil red O에 대한 현출력이 감소하였다(Figure 1). 이는 각 비율 별 Oil red O 처리 과정을 육안으로 확인한 결과이다. 실험은 아미노산과 지질의 비율을 각각 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, 20:1 (v/v)로 측정하여 이를 혼합한 용액으로 진행하였다. 아미노산과 지질의 비율이 각각 3:2, 4:1, 5:1의 비율까지는 Oil red O의 현출로 인한 붉은 색의 염색 정도가 뚜렷하였으며, 8:1, 10:1, 20:1로 지질의 비율이 적어질수록 붉은 색의 염색 정도가 옅어짐을 육안으로 확인하였다. 이는 20:1 비율의 수용액에 비해 3:2 비율의 수용액에서 Oil red O에 대한 현출력이 현저히 높으며, 5:1 비율의 수용액까지는 Oil red O에 대한 현출력이 매우 높다고 사료된다.

Fig. 1. Each proportion of artificial latent fingerprint solution on the porous sample and the result of Oil red O process. The ratio of amino acid and lipid was measured as 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, and 20:1 (v/v). In the ratio of 3:2, 4:1, and 5:1, the appearance of Oil red O was clear. Compared to the 20:1 ratio of aqueous solution, the appearance of Oil red O is significantly higher in the 3:2 ratio, and up to the 5:1 ratio of aqueous solution, the output of Oil red O is considered to be very high.

비다공성 표면인 슬라이드 글라스 검체에 적용했을 때 CA 기법 및 Basic yellow 40 염색으로 선행연구에서 제시한 수용액에 비해 지질의 현출력이 현저히 높게 나타났음을 확인하였다(Figure 2). 비다공성 표면에서도 아미노산과 지질의 비율을 각각 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, 20:1 (v/v)로 측정하여 이를 혼합한 용액으로 실험을 진행하였으며, 이에 따른 결과를 형광검사 아래에서 육안으로 확인하였다. 그 결과, 비다공성 표면에서는 아미노산과 지질의 비율에 따른 결과 차이에서 큰 차이점을 보이지 않았다. 이는 CA 기법을 적용하였을 때, CA 증기가 지질 성분과 반응할 뿐만 아니라, 기판에 존재하는 수분 및 일부 수용성 성분과도 높은 반응성을 보이기 때문으로 판단된다.

Fig. 2. Each proportion of artificial latent fingerprint solution on the non-porous sample and the result of cyanoacrylate fuming and Basic yellow 40 staining process. The ratio of amino acid and lipid was measured as 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, 20:1 (v/v). There was no significant difference in the results of the ratio of amino acids and lipids on non-porous surface.

지질의 농도가 낮을수록 주변으로 비다공성 표면보다 다공성 표면에서 수용액이 더 많이 퍼지는 것을 확인할 수 있었고, 이는 지질의 농도가 낮을수록 수용액의 응집 정도의 차이 때문인 것으로 판단된다. 또한 퍼진 부분은 아미노산 수용액으로, 아미노산 수용액과 지질 수용액의 구성 성분이 고정상인 다공성 표면에서 이동하는 속도가 다르기 때문에 주변으로 확산된 것으로 사료된다.

지질 반응 잠재지문 현출 시약으로서 가장 상용화되어 있는 Oil red O와 CA 기법 적용 및 Basic yellow 40 염색을 활용하여 지질조성을 개선한 새로운 인공 잠재지문 수용액을 검증하였다.

실제 잠재지문에서 관찰되는 다양한 지질 성분에 대한 추가적인 연구가 필요하며, 지질 반응 잠재지문 현출시약은 이 외 Nile red, Physical Developer, RTX Developer 등 다양하여 향후 추가적인 적용 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 본 인공 잠재지문 수용액의 정량적인 평가를 위해, 인공 잠재지문 수용액의 프린팅에 대한 추가적인 연구가 진행될 필요성이 있다. 따라서, 향후 지질 수용액의 조성을 인체 조성과 더욱 유사하도록 개선하고, 이를 정량적으로 평가하기 위한 인공 잠재지문 프린팅 방안에 대한 연구를 진행하고자 한다.

요 약

이전의 선행연구에서 제시된 인공 잠재지문 수용액은 실제 잠재지문 현출력에서 부족한 결과를 보였다. 이에 본 연구에서는 지질 성분을 개선하여 실제 지문 조성과 유사한 인공 잠재지문 수용액을 개발하였다. 아미노산 수용액과 지질 수용액을 부피 비 3:2, 4:1, 5:1, 8:1, 10:1, 20:1로 혼합하여 일정량을 다공성 표면인 종이와 비다공성 표면인 슬라이드 글라스에 떨어뜨린 후 각각 Oil red O, Cyanoacrylate 기법 및 Basic yellow 40 염색을 적용하여 현출하였다. 지질의 농도가 감소할수록 현출력 또한 감소하였지만, 두 종류의 표면 및 모든 농도에서 충분히 육안으로 식별되었다. 또한 기존에 제시된 인공 잠재지문 수용액과 비교하였을 때 지질 반응성 지문 현출 시약에 대한 반응성이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 향후 본 인공 잠재지문 수용액을 지문 융선대로 프린팅하여 실제 잠재지문과 조성이 유사한 인공 잠재지문을 제작하여 지문 연구에 대한 정량적인 샘플 제작이 가능할 것으로 기대된다.

Acknowledgements

None

Funding
The study was conducted with the financial support of new researcher support project from National Research Foundation organized by Ministry of Science and ICT (grant number: NRF-2022R1C1C2012596).
Conflict of interest

None

Author’s information (Position)

Lee SY1,2, Research pro-fessor; Lim HS1, Graduate student; Rhee KJ1,2, Professor.

Author Contributions

-Conceptualization: Lee SY, Rhee KJ.

-Data curation: Lee SY, Lim HS, Rhee KJ.

-Formal analysis: Lee SY, Lim HS, Rhee KJ.

-Methodology: Lee SY, Rhee KJ.

-Software: Lee SY, Lim HS.

-Validation: Lee SY, Rhee KJ.

-Investigation: Lee SY, Lim HS, Rhee KJ.

-Writing - original draft: Lee SY.

-Writing - review & editing: Lee SY, Rhee KJ.

Ethics approval

This article does not require IRB/IACUC approval because there are no human and animal participants.

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