TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÀI TIỂU LUẬN Tìm hiểu về bột hiển thị vân tay huỳnh quang sử dụng chấm lượng tử NGUYỄN THỊ THÙY LINH nguyenthithuylinh2 t64@hus edu vn Ngành khoa học vật liệu Giảng v[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÀI TIỂU LUẬN Tìm hiểu bột hiển thị vân tay huỳnh quang sử dụng chấm lượng tử NGUYỄN THỊ THÙY LINH nguyenthithuylinh2_t64@hus.edu.vn Ngành khoa học vật liệu Giảng viên hướng dẫn: TS Lưu Mạnh Quỳnh Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học HÀ NỘI – 06/2022 Mục lục Dấu vân tay vai trò vân tay 2 Các phương pháp nhận diện vân tay tiềm ẩn a Công nghệ hồng ngoại, cận hồng ngoại, Laser, tia tử ngoại b Hóa chất phát quang c Vân tay bề mặt cảm ứng d Bột hiển thị vân tay Các loại bột nhận diện vân tay 10 a Bột nhận diện vân tay cổ điển 10 b Bột hiển thị vân tay phát huỳnh quang 11 c Bột phát vân tay nano 12 Chấm lượng tử bột hiển thị vân tay 12 4.1 Bột hiển thị vân tay sử dụng chấm lượng tử 12 4.2 Bột phát vân tay sử dụng chấm lượng tử silic bọc Silica 14 Kết luận 15 Tài liệu tham khảo 16 a Vân tay vai trò dấu vân tay Vân tay hình thành từ tuần thứ 13 đến tuần thứ 19 thai kỳ Mỗi đường vân tay chia thành đỉnh vân (ridge) rãnh (valley) Theo đó, khoảng cách đỉnh vân từ 100 μm đường vân tay mỏng đến 500 μm tâm xoáy vân tay Hình ảnh cho thấy cấu trúc vân tay, đỉnh vân rãnh Hình Cấu trúc vân tay Giữa đỉnh vân tay rãnh Khoảng cách đỉnh từ 100 μm đến 500 μm [Tài liệu tham khảo: – Book chapter] Vân tay mà dấu vân tay có vai trị quan trọng: Vân tay xem “Chữ ký” sinh học mà người bình thường có Dấu vân tay sử dụng sớm lĩnh vực kỹ thuật hình giúp giải mã, truy nguyên tội phạm (Hình a hình ảnh chứng dấu vân tay vụ xét xử vụ giết người Deptford 1905 vụ án mang tính bước ngoặt cục dấu vân tay dựa cơng trình Galton, vụ án lớn sử dụng chứng dấu vân tay) Sử dụng dấu vân tay công cụ nhận dạng, quyền sở hữu cá thể (Hình b hình ảnh vân tay cước cơng dân dùng dể nhận biết danh tính người) Hình a Hình b Hình ảnh dấu vân tay chữ kí sinh học Hình a dấu vân tay lấy trường vụ án[12] Hình b vai trị vân tay cơng cụ nhận dạng(có thể lấy vân tay thẻ cước, hay cửa vào, điện thoại ) Dấu vân tay có vai trị quan trọng đời sống, phục vụ với nhiều mục đích khác Vì thế, người ta bắt đầu tìm hiểu phương pháp nhận diện lưu trữ vân tay phục vụ cho nhiều ứng dụng việc phát hiện, truy tìm tội phạm đánh dấu, nhận dạng cá thể b Các phương pháp nhận diện vân tay Từ cấu trúc, thành phần vân tay, người ta cho đời phương pháp để tiếp cận thu thập vân tay Những phương pháp ngày phát triển Một phương pháp bật liệt kê đưới dây: a Công nghệ hồng ngoại, cận hồng ngoại, Laser, tia tử ngoại Nghiên cứu thực cách lưu dấu vân tay bề mặt khác đồ dùng nhôm, gạch men, thủy tinh, giấy, xốp, gỗ sơn chưa sơn Các nguồn ánh sáng ánh sáng trắng, ánh sáng cực tím (UV) ánh sáng hồng ngoại (IR) sử dụng để phát in ẩn góc khác góc trên, góc xiên chiếu sáng truyền qua (chỉ dành cho bề mặt kính) Chất lượng dấu vân tay quan sát chụp ảnh Các in ẩn giữ nhiệt độ phịng, bầu khơng khí bình thường nguồn sáng sử dụng để quan sát đánh giá chất lượng in ẩn hàng ngày khoảng thời gian mười tám (18) ngày Cuối cùng, liệu phân tích so sánh để xác định nguồn sáng tốt cho việc phát dấu vân tay Trên bề mặt, độ nhận diện in khác nhau: Trên bề mặt giấy, xốp, gỗ sơn gỗ không sơn, dấu vân tay tiềm ẩn phát nguồn sáng từ ngày đầu tiên.Trên gạch men, góc chiếu sáng trên, ánh sáng trắng nguồn sáng tốt chiếu sáng góc xiên nguồn sáng trắng tốt Hình ảnh hình ảnh dấu vân tay thu bề mặt gạch men ánh sáng trắng vào ngày thứ góc chiếu từ xuống Hình dấu vân tay thu bề mặt gạch men ánh sáng trắng vào ngày thứ góc chiếu từ xuống Trên bề mặt kim loại nhơm, chiếu sáng góc trên, nguồn sáng trắng nguồn sáng hồng ngoại tốt góc xiên nguồn sáng hồng ngoại chiếu sáng tốt hơn.Trên bề mặt kính, khả chiếu sáng góc chiếu sáng truyền qua, nguồn sáng trắng nguồn sáng hồng ngoại tốt nhất, góc chiếu xiên nguồn sáng hồng ngoại tốt hơn.[11] Hình dấu vân tay thu kính bề mặt Ánh sáng cực tím (UV) vào ngày 18 với chiếu sáng ánh sáng truyền qua b Hóa chất phát quang Ninhydrin phát vào năm 1910 Siegfried Ruhemann Ông cho Ninhydrin tiếp xúc với da chất tiết da, chuyển màu tím, màu tím đặt theo tên ơng, màu tím Ruhemann Mồ hôi thải phần dấu vân tay có chứa các axit amin Vì chúng không di chuyển đáng kể từ nơi chúng thải ra, chúng hiển thị, chúng cho phép dấu vân tay người nhìn thấy Ninhydrin phun lên bề mặt phản ứng với axit amin tạo muối amoni có màu tím Ruhemann Hình Cấu trúc Ninhyrin màu tím Ruhemann 1,2-Diazafluoren-9-one (DFO) chất tương tự Ninhyrin nói Chất phản ứng với axit amin dấu vân tay để tạo hợp chất tương tự màu tím Ruhemann, có màu đỏ hồng phát sáng xanh lam-lục chiếu sáng [1] c Vân tay bề mặt cảm ứng Trước đời cảm biến này, vân tay chủ yếu ứng dụng thực thi pháp luật Tuy nhiên, sau cảm biến vân tay đời vai trò bảo mật cá nhân vân tay ngày phát triển ứng dụng nhiều đời sống Cảm biến vân tay Light Emitting Sensor – LES: Về cấu tạo: Cảm biến vân tay Light Emitting Sensor – LES bao gồm điện cực, bảo vệ, lớp phát quang, lớp phim - thực điện cực (cho ánh sáng qua), cảm biến ánh sáng Về nguyên lý hoạt động: Khi đặt vân tay vào cảm biến vân tay máy, lúc điện cực cảm biến cấp nguồn thơng qua vân tay bạn Các gờ cao vân tay tiếp xúc với cảm biến phát ánh sáng, điểm phát sáng chiếu sáng xuống cảm biến ảnh Các rãnh vân tay không tiếp xúc với cảm biến nên không phát ánh sáng Cảm biến ảnh vào ánh sáng nhận từ gờ vân tay phát qua lớp phim trong, xử lý thông tin đưa liệu vân tay xử lý.[8] Hình Cấu tạo cảm biến LES d Bột hiển thị vân tay Bột hiển thị vân tay phương pháp cổ điển Các thành phần bột vân tay thường khác Thông thường chúng bao gồm chất tạo màu chất kết dính Các bước lấy vân tay bột vân tay đơn giản Sau phủ bột vân tay lên bề mặt có vân tay, dùng chổi phủi nhẹ lớp bột để bột bám dính lên vân tay bề mặt, phần khơng bám dính phủi Ta thu dấu vân tay, lưu trữ cách chụp ảnh dùng băng dính (Hình ảnh bao gồm cơng cụ để lấy vân tay bột vân tay, dấu vân tay thu rõ ràng quan sát mắt thường) Hình lấy vân tay bột hiển thị vân tay[10] Sau tìm hiểu phương pháp nhận diện vân tay, dễ dàng nhận thấy ưu nhược điểm phương pháp này: Phương pháp Ưu điểm 1.2.1 Công nghệ hồng - Nhận dạng thu thập ngoại, cận hồng ngoại, nhiều chứng Laser, tia tử ngoại trường (dấu vân tay, dấu giày, vết máu, ) 1.2.2 Hóa quang chất phát - Có khả phát quang, giúp nhận diện vân tay dễ dàng điều kiện thiếu sáng - Có thể phục vụ cho việc phá án 1.2.3 Vân tay bề mặt - Mở khóa, thực cảm ứng giao dịch nhanh chóng với cú chạm tay mà nhớ mật - Bảo mật cao người có vân tay khác thiết lập nhiều dấu vân tay - Có thể sản xuất quy mơ lớn, có nhiều ứng dụng đa dạng 1.2.4 Bột hiển thị vân tay - Rẻ tiền dễ sản xuất quy mô lớn - Dễ sử dụng - Phù hợp với nhiều loại bề mặt - Hiệu suất nhận diện tốt - Phục vụ trình phá án Nhược điểm - Tùy thuộc vào bề mặt mà việc thu thập lưu trữ chứng trở nên thời gian - Không thực phù hợp chứng tồn thời gian dài - Chỉ sử dụng môi trường khơng có ánh sáng - Màu tím Ruhemann bị suy giảm có ánh sáng oxy - Độ ổn định - Tốn - Độ cảm ứng thập chí khơng thể thực thao tác nhiều trường hợp tay bị biến dạng (Bị thương đầu ngón tay, mồ hơi, ) - Có thể bị lợi dụng quyền cá nhân lúc chủ sở hữu kiểm sốt - Khơng tham gia vào trình phá án - Ảnh hưởng đến chứng liên quan trường Từ ưu điểm trên, ta thấy rằng, vai trị giải mã, phá án bột nhận diện vân tay có ưu điểm vượt trội so với phương pháp khác, sử dụng đơn giản, phù hợp với nhiều loại bề mặt khác hiệu kinh phí hiệu suất nhận diện tốt c Các loại bột nhận diện vân tay a Bột nhận diện vân tay cổ điển Bột vân tay cổ điển bao gồm hai thành phần chính: chất tạo màu chất kết dính Chất tạo màu loại oxit kim loại CuO, ZnO, PbO, bột axit kim loại từ tính, bột cacbon, Chất kết dính thường thấy nhựa thơng Vì loại bột thơng thường có chất hai thành phần, nên q trình bảo quản khơng cẩn thận hay sử dụng thời gian dài, hai thành phần có khả kết dính lại với nhau, ảnh hưởng tới hiệu phát vân tay bột Hình Bột phát vân tay cổ điển, dấu vân tay hiển thị bột phát vân tay cổ điển Song song với đó, bột màu bột hiển thị thường không đa dạng, cần thực nhiều bề mặt có nhiều màu sắc khác áp phích quảng cáo, sách báo, tranh vẽ, hay bề mặt nhiều màu sắc gây ảnh hưởng nhiều đến việc thu thập vân tay Hoặc môi trường vụ án điều kiện thiếu ánh sáng, phương pháp phủ bột vân tay trở nên vơ tác dụng Chính thế, bột nhận diện vân tay phát huỳnh quang phương pháp tân tiến bột nhận diện vân tay cổ điển 10 Từ đây, có hai hướng nghiên cứu nhằm tạo loại bột nhận diện dấu vân tay mới: tạo loại bột nhận diện vừa tạo màu, vừa có khả bám dính tốt sử dụng loại bột phát huỳnh quang làm thành phần tạo màu b Bột hiển thị vân tay phát huỳnh quang Bột màu phát huỳnh quang thường dùng để khắc phục nhược điểm bột thông thường, hỗ trợ tăng độ phân giải hay cải thiện độ tương phản ảnh dấu vân tay Về bột gồm hai thành phần thành phần chất keo có tác dụng kết dính phát với dấu vân tay tiềm ẩn phần bột huỳnh quang hữu Hình Bột vân tay phát huỳnh quang dấu vân tay hiển thị bột vân tay phát huỳnh quang Một số loại bột huỳnh quang thường sử dụng FITC (Fluorescein-5isothiocyanate) phát huỳnh quang màu xanh cây, Rhodamine B (RhB) phát huỳnh quang màu đỏ Các chất huỳnh quang hữu cho màu sắc vô rực rỡ, cường độ huỳnh quang mạnh, hiệu suất lượng tử lớn, giúp dấu vân tay hình với độ tương phản rõ nét, chúng gặp phải số vấn đề thời gian sống sản phẩm hữu cơ, chúng bị giảm hiệu suất huỳnh quang rõ rệt sau 24 Bên cạnh phổ kích thích phổ phát huỳnh quang chúng gần chất lượng bột bị ảnh hưởng yếu tố từ môi trường 11 độ ẩm, nước làm bột bị vón cục làm giảm khả bám dính vân tay[2] c Bột phát vân tay nano Vật liệu nano có đặc tính hấp dẫn diện tích bề mặt lớn, kích thước thấp, tính chất quang học bề mặt dễ dàng sửa đổi Những loại có thuộc tính dễ dàng tương tác dư lượng dấu vân tay với chất không xốp xốp khác Vật liệu nano tạo hình ảnh dấu vân tay tốt hơn, mơ hình đường gờ rõ ràng nhiễu lực hút nước thành phần vân tay chất Các lợi vật liệu nano chúng phát hai dấu vân tay dấu vân tay cũ chất khác nhau.[2] d Chấm lượng tử bột hiển thị vân tay 4.1 Bột hiển thị vân tay sử dụng chấm lượng tử Các chấm lượng tử biết đến với tính chất quang học đặc biệt với phổ kích thích phổ phát xạ rộng điều chỉnh giam hãm lượng tử thay đổi kích thước hạt Hiệu suất lượng tử cao, khả phát quang ổn định, cường độ phát huỳnh quang mạnh, làm cho chấm lượng tử trở thành vật liệu hứa hẹn để phát dấu vân tay ẩn Với tính chất thú vị này, chấm lượng tử thay chất huỳnh quang hữu RhB, PR245A, FITC, …do tối ưu thời gian sống bị suy giảm hiệu suất lượng tử qua thời gian Những chấm lượng tử có nhiều loại từ kim loại nặng CdTe, PbS, CdSe, ZnTe, …Và chấm lượng tử Cacbon, Silic, [2] 12 Hình Ảnh TEM chấm lượng tử CdTe, màu sắc phát quang chấm lượng tử CdTe kích thước thay đổi hình ảnh ứng dụng bột phát quang chấm lượng tử ứng dụng hiển thị dấu vân tay Như phần 2.d nói nhắc lại lần phần 3.a, bột hiển thị vân tay có hai phần: chất tạo màu chất kết dính Như vậy, chấm lượng tử đóng vai trò chất tạo màu Một số nghiên cứu sử dụng chấm lượng tử có kim loại nặng CdS, CdSe, CdTe, chấm lượng tử Cacbon, Silic, Năm 2011 Gao cộng ông có nhiều nghiên cứu việc phát dấu vân tay tiềm ẩn cách sử dụng QD bán dẫn, đặc biệt QD bán dẫn loại II-VI CdS, CdSe CdTe [3] Năm 2018 Divya V cộng sử dụng bột nano silica @ SiO2 phát dấu vân tay tiềm ẩn[4] Năm 2019 Wang cộng sử dụng hạt nano siêu thuận từ (NP) Fe3O4 @ SiO2-NH thu hình ảnh dấu vân tay máy ảnh kĩ thuật số tình nguyện viên[5] 13 Nhưng chấm lượng tử kim loại nặng, hạt nano đất lại nguy hiểm, độc hại đến môi trường người sử dụng Bên cạnh đó, chấm lượng tử thường có kích thước nhỏ 10 nm, nên khó để làm sạch, thành phần bột chấm lượng tử phải sử dụng thêm thành phần kết dính 4.2 Bột phát vân tay sử dụng chấm lượng tử silic bọc Silica Nhiều nghiên cứu cho chất bán dẫn QDs CdTe CdSe tính tương thích sinh học gây tác dụng độc tế bào cho thể người Do đó, an tồn việc sử dụng QDs để phát dấu vân tay điều cần thiết nhà khai thác phát dấu vân tay Phương pháp phát phát triển để tăng tính tương thích sinh học giảm độc tính QDs thay đổi QDs với bề măt không độc hại [3] Nhiều báo cho hay, SiO2 ưu tiên sử dụng việc phát dấu vân tay ẩn nhìn thấy nhiều bề mặt xốp, bề mặt cứng,… Bên cạnh Silica (SiO2) hợp chất tìm thấy phổ biến tự nhiên dạng cát hay thạch anh, cấu tạo thành tế bào tảo cát Nó thành phần chủ yếu số loại thủy tinh chất bê tơng Silica khóang vật phổ biến vỏ trái đất.[6] Vì việc sử dụng QDs với lớp vỏ SiO2 khơng độc hại làm giảm nguy hộc hại tăng độ an tồn QDs q trình dị tìm dấu vân tay tiềm ẩn, cung cấp độ tin cậy bột QDs phát thu thập vân tay sử dụng khoa học pháp y Hình ảnh chấm lượng tử Silic[9] 14 Chấm lượng tử Si thường có sẵn lớp SiO2 bọc bên ngồi, có hội mầm để tiếp tục phát triển lớp vỏ SiO2 Lớp vỏ SiO2 sử dụng rộng rãi tính chất ổn định hiệu suất quang chấm lượng tử SiO2 tương thích sinh học, sử dụng nhiều cấu trúc y sinh bọc cho hạt nano sắt từ, đặc biệt SiO2 dễ chức hóa bề mặt để sử dụng với nhiều ứng dụng khác Hơn nữa, với cấu trúc giúp chúng có khả bám dính vân tay bề mặt hạt SiO2 có tính ưa nước bề mặt có lớp -OH Nhiều nhóm nghiên cứu khảo sát khả bám dính vân tay hạt tiểu cầu SiO2 với bề mặt ưa nước Để tăng cường khả bám dính vân tay hạt SiO2 ý tưởng tạo nhóm kỵ nước -NH2 [2] e Kết luận Dấu vân tay góp phần quan trọng đời sống, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật hình giúp giải mã, truy nguyên tội phạm Vì mà việc phát triển phương pháp thu thập vân tay So với phương pháp khác, phương pháp dùng bột hiển thị vân tay có nhiều ưu điểm vượt trội Khắc phục nhược điểm bột hiển thị vân tay cách sử dụng bột huỳnh quang sử dụng chấm lượng tử.Sử dụng chấm lượng tử silica tăng độ tương thích sinh học khả bám dính bột nhận diện vân tay 15 Tài liệu tham khảo [1] Trang web Compound Interest [2] Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp khảo sát chấm lượng tử Silic bọc SiO2 ứng dụng phát dấu vân tay Trần Thị Tình [3] Application of core–shell-structured CdTe@SiO2 quantum dots synthesized via a facile solution method for improving latent fingerprint detection Feng Gao • Jiaxing Han • Caifeng Lv • Qin Wang • Jun Zhang • Qun Li • Liru Bao • Xin Li [4] Fluorescent amphiphilic silica nanopowder for developing latent fingerprints Divya V., Bhavesh Agrawal, Amit Srivastav, Pooja Bhatt, Sagar Bhowmik, Yadvendra K Agrawal & Prasenjit Maity [5] A rapid and operator-safe powder approach for latent fingerprint detection using hydrophilic Fe3O4@SiO2-CdTe nanoparticles Zhaolei Wang1†, Xue Jiang2†, Wenbin Liu2*, Guolin Lu1 & Xiaoyu Huang1* [6] IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans Silica, Some Silicates, Coal Dust and para-Aramid Fibrils Lyon (FR): International Agency for Research on Cancer; 1997 (IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, No 68.) Silica Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK410038/ [7] Francis Galton The fingerprints evidence in the Deptford Murder trial 1905 - a landmark case for the new Finger Print Bureau based on Galton's work, the first major conviction based on fingerprint evidence [8] fitechvn.com [9] abml.skku.edu [10] istockphoto.com [11] Study on Efficiency of Alternate Light Source for Detection of Latent Fingerprints Peter Kiran A1* and Dakshinamurthy Sridevi Department of Forensic Science, Jain University, India Submission: July 06, 2018; Published: July 12, 2018 [12] Francis Galton, Fingerprint evidence, 1905 murder case, WH8N0P 16