智能指纹

p 　　最近，来自萨里大学的研究人员与荷兰法医研究所、智能指纹研究机构共同合作，开发出一种检测手段，能够快速精准检测出各手指上残留的卡因及代谢物，同时识别出指纹主人的身份。如果这个测试在不久的将来被广泛应用于可卡因以及其他非法药物的检测，那么传统的尿液、血液或唾液药物检测将有可能遭到淘汰。 /p p 　　 strong 有效性达99% /strong /p p 　　此项研究中，研究人员使用了一种名为纸喷雾质谱分析(paper spray mass spectrometry)的技术进行代谢指纹分析，用以辨别受试者是否服用过可卡因等其他非法药物。这项突破性的研究日前发表在Clinical Chemistry期刊上。 /p p 　　研究人员选择了一批接受戒毒康复治疗的患者，从他们身上采集了指纹以及唾液，并设置非吸毒者作为对照组。试验中，气相色谱-质谱(GS-MS)技术用来检测病人唾液中是否含有可卡因和苯唑啉 相应地，解析电喷雾电离(DESI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)用来对患者进行代谢指纹分析，检测其中可卡因、苯甲酰爱康宁(BZE)和甲基爱康宁(EME)成分。 /p p 　　研究将两种检测结果进行对比，发现二者之间具有良好的相关性。研究作者之一Catia Costa博士透露其有效性能够达到99%。可卡因服用者代谢过程中会分泌出微量的BZE和EME，这些化合物会出现在他们的指纹残留物中，即便洗过手也能被检测到。 /p p 　　“纸喷雾质谱分析(paper spray mass spectrometry)正在法医学领域里流行起来，不仅因为它非凡的敏感度，而且建立这样的测试系统也很容易，也能节省实验时间。”他解释说。 /p p 　　美国国家统计局2015-2016年的数据显示，16 至59岁的美国成年人每12人中就有1人使用非法药物(总人数接近270万)。在同一时间段内，超过8500人因毒品和药物滥用所致的精神和行为紊乱而寻求医疗帮助。 /p p 　　在医疗和戒毒治疗之外，行政执法、法律案件处理等方面的日常工作也频繁需要进行药物滥用检测。就采集指纹而言，目前的做法只能说明某人是否有过毒品接触，但不能确认他是否服用过毒品。而采集人体体液(如尿液，唾液，血液)的药物检测，中间的不仅存在样本掺假和污染的风险，样本处理者本身还可能受到生物危害。 /p p 　　 strong 优势明显 /strong /p p 　　将代谢指纹分析与现有的药物测试方法相对比，前者的优势会更加明显。首席研究作者Melanie Bailey博士概括这种检测手段为“卫生、实时、无创，分分钟提供可靠性结果”，他说：“把这种检测手段引入市场将是我们工作中一个真正的突破。”Bailey博士坦言他们已经开始考虑如何把检测时长缩短，只需花费30秒就能从样本中获得受试者的身份以及药物使用情况。 /p p 　　代谢指纹检测快速、可靠且无创的优点使它有很大优势成为未来药物测试的“首选”。这种快速且无创的测试在意义和应用上都是相当广阔的。指纹检测可能会给行政执法、法律案件处理和戒毒治疗中的日常药物测试带来革命性改变，不必再由专门受训人员进行每日采血，尿检所涉及的隐私担忧也会就此消除。与体液检测相关的生物危害，连同样本存放和处置问题都迎刃而解，即便遇到不在场测试的情况也不成问题。 /p p 　　“这项令人兴奋的研究清晰指出指纹在简化药物筛查过程中所起的重要作用，肯定了指纹的诊断基质价值，对我们同步进行的便携式、即时性诊断的研发也是一种补充。”智能指纹(Intelligent Fingerprinting)的首席执行官Jerry Walker博士总结道。 /p

日前，天津大学李振、谢育俊团队成功研发新型指纹显影剂，可实现高质量指纹图像显影，为身份认证、案件侦办带来新思路。相关成果发表于国际期刊《先进材料》。指纹识别技术目前已经广泛应用于刑事侦查、身份识别等领域。“指纹三级特征”是从指纹纹路进一步提取的微观细节特征，如指纹脊的宽度、形状、指纹脊上的汗腺分布以及间距等。在实际刑侦过程中，很多案发现场往往只留下很少的指纹，现有的指纹识别技术很难据此进行识别，而根据指纹三级特征却能进行身份认定。实现三级指纹特征的可靠检测离不开高质量指纹图像，因此，发展高性能指纹可视化技术对于刑侦等领域具有重要意义。天津大学李振、谢育俊团队研发了一种新型两亲性指纹显影剂。这种显影剂在空气中研磨可使其发光颜色产生变化，还可以自行恢复；该显影剂以水作为溶剂，不仅避免了对指纹精细结构的破坏，而且在各种基质均有良好的显影效果。特别值得一提的是，该显影剂不仅工作浓度低、显影时间短，而且其获得指纹显影图像的分辨率极高，对三级指纹细节尤其具有非常清晰的可视化效果。“该指纹显影剂能够实现目前三级指纹特征显影几乎最佳的效果。”据研究人员表示，“未来这项技术对身份识别与案件场景指纹证据收集具有重要意义。”

p 　　将来的一天，只要拿着手机轻轻一扫，就能知道想买的苹果是酸还是甜，喝的牛奶安不安全，食用的油是不是地沟油 戴上智能手表就能检测皮肤血氧含量，也可以检测是否罹患皮肤癌等疾病…… /p p 　　这不是天方夜谭，只需一个小小的量子点光谱仪就可轻松搞定。而研发这一“神器”的，正是清华大学电子工程系副教授、博士生导师鲍捷。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/84a940c7-58e5-4b82-bde9-03ad1332280f.jpg" title=" untitled_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 清华大学博士生导师鲍捷 /p p 　　2013年底从美国麻省理工学院(MIT)学成归国的鲍捷，是学生眼中“最帅的导师”。作为“青年千人计划”学者，鲍捷以学报国，在光谱仪研发领域采撷了最亮的那颗星，成功研发量子点光谱仪，宣告全民光谱照相时代的到来。 /p p 　　 strong 量子点光谱仪“惊艳”世界 /strong /p p 　　2015年7月，一篇名为《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》的论文在《自然》杂志上发表，学界因之轰动。“这是人们第一次在光谱仪中使用量子点”“科学领域上最重要的科研工具之一现在适合于你的手机”……国外媒体的纷纷点赞，显示出量子点光谱仪的非同寻常。 /p p 　　论文的第一作者正是鲍捷。同期《自然》杂志还刊登了美国西北太平洋国家实验室科学家的专题评论文章，文章说“这种优雅地将纳米技术与数码相机影像传感器集成的方法克服了多种现有技术所面临的困难”“将来，我们可能会看到微小的、高分辨率的量子点光谱仪在太空任务或家居智能传感器和物联网中被应用”…… /p p 　　量子点光谱仪的横空出世，是量子点和光谱仪的首次成功结合，开辟了人类使用纳米材料的新方向，具有里程碑意义。 /p p 　　光谱是物质的一种“指纹”，是其与生俱来的“身份证”，而作为分辨光波的神奇“眼睛”，光谱仪能准确测量物质“指纹”，从而“一眼洞穿”其化学成分和相对含量。然而，传统光谱仪受光栅分光的物理原理限制，在实际中难以做到小于一本字典的大小，且造价昂贵，高达数万美元。因此，传统光谱仪一直是实验室的“专宠”，难以进入寻常百姓家。 /p p 　　想要改变，就必须突破。鲍捷上下求索，终于找到纳米材料领域的“新贵”——量子点。量子点具有吸光特性，将其缩小至人头发丝万分之一尺度时，量子点的颜色就会随尺寸改变而改变。“量子点是能在非常宽的颜色范围内连续地获得不同颜色的材料，基于这一独特性，它是用来辨别物质颜色或光谱的绝佳材选。”鲍捷说。 /p p 　　量子点光谱仪利用不同量子点材料的光学性质，取代了光栅的光学过滤作用，具有新型传感器小、巧、轻的特点。甫一问世，量子点光谱仪就“优雅地”惊艳了世界，其广阔的应用前景也让人充满期待。 /p p 　 strong 　瞄准交叉领域闯新路 /strong /p p 　　成功，从来不是偶然的。跨学科的专业背景和长时间的观察思考，让鲍捷有了“后发优势”，他打破常规思维，以超然的研究视角，蹚出了一条新路。 /p p 　　本科就读于清华大学化学系，博士阶段深造于美国布朗大学，5年内学过材料、光谱等4个专业，博士后则在MIT从事飞秒激光研究，短短10余年间鲍捷在化学、生物、物理等多个学科方向游刃有余，学术视野空前开阔，最终“脑洞大开”，将量子点和光谱仪两种本来“八竿子打不着”的东西巧妙地结合在了一起。“我们站在巨人肩膀上做科研，虽然巨人难以超越，但巨人和巨人间有可供探索的广阔空间，交叉学科就是搭在巨人间的桥梁。”鲍捷说。 /p p 　　发现真问题，才有新突破。在美国求学时，细心的鲍捷发现很多人爱晒太阳，但紫外线太强可能诱发皮肤癌，这让不少人饱受折磨。“要是有一个能测量不同波长紫外线含量和强度的小型光谱仪就好了。”鲍捷暗自琢磨。 /p p 　　就这样，制作小型光谱仪的想法在鲍捷心里扎下了根，他推开一扇门，洞见了一个更辽阔的世界。 /p p 　　苦心人，天不负。量子点光谱仪终于从理念变成现实。 /p p 　　 strong 怀揣一颗报国之心 /strong /p p 　　海外负笈，以学报国，这在鲍捷看来是水到渠成的事。 /p p 　　“他身上有老一辈科学家的影子，怀着一颗朴素的爱国心。”课题组科研助理张大伟和鲍捷接触很多，这份情怀让他感同身受。早在回国前，鲍捷就在量子点光谱仪的研发上获得突破。“凭借这一颠覆性技术，他想要留在美国任教绝非难事。”张大伟说。 /p p 　　然而，鲍捷却并没想要留下来。当清华大学前校长2013年在美国问他是否愿意回国工作时，鲍捷没有丝毫犹豫，满口答应。 /p p 　　回到母校工作，实现了鲍捷的夙愿。归国之初，实验室只是几间空荡荡的小屋，一件像样的设备都没有，鲍捷一一购置，慢慢搭建起了完备的实验研究平台。在这里，他一次次地试验，成功研制出了量子点光谱仪，开了量子点和光谱仪巧妙结合的先河。现在，他又瞄准前沿领域，朝智能制造、智能传感、智能分析等领域迈进，准备攀登新的高峰。 /p p 　　“不要把自己局限在一个领域，做研究眼界一定要宽。”这是鲍捷常对学生说的一句话。他鼓励学生广泛涉猎，并注重培养他们的自主科研能力。 /p p 　　鲍捷对学生严格，“在算法精度上，别人能做到的，你们也要做到” 但他也很宽和，“我们实验室从不打卡，鲍老师不会强迫我们，如果状态不好，出去玩一天他也不介意。”博士研究生李思敏说。 /p p 　　实验室的一面墙上，贴着鲍捷跟学生们的不少合影。照片上，他总是站在最外侧，也像个学生一样，笑得灿烂。 /p