指纹识别技术的原理?

发布时间:2022-10-05 01:09:26 来源:华体会平台网站在线平台 作者:华体会体育链接

  本年度1月27日,串起我们年轻时代关于NBA大部分记忆的篮球巨星科比.布莱恩特发生坠机事故。同行的共9名遇难者的遗体身份,最后是通过指纹或DNA识别来确认,惨烈程度让人心碎。逝者已矣,作为曾经的科迷,经过半年时间的调整,也从悲痛中走出。心生不解的是,指纹识别和DNA检测为什么都能确定人的身份?DNA指纹到底是怎么做出来的?经过查阅资料、反复琢磨,才稍微有点明朗。

  对于指纹识别身份,我们并不陌生。我们的老祖先在先秦时期就已经认识到了指纹的独一无二性,仅凭肉眼就可以辨别出不同人的指纹纹路了。这才有了后来的发明:在生意买卖、官司结案等需要验明正身的时候,采用签字画押的办法。

  时至科技发达的今天,指纹不仅可以作为个人的身份证明,还能完成解锁手机、钱款支付、打卡上班等一系列重要的事务。指纹识别身份,最大的优点是方便,随身携带,除非手指蜕皮、皮肤太干太湿等少数情况会影响指纹提取,其他时候都还是比较精准的。

  DNA指纹是指具有完全个体特异的DNA多态性,其个体识别能力足以与手指指纹相媲美,因而得名。这种指纹可以通过血液、精斑、组织、毛发(哪怕只有一个毛囊细胞)等任何人体组织中获得。其有两个关键特点:

  a.特异性:除非是同卵双生子女,否则几乎不可能有两个人的DNA 指纹图形完全相同;

  b.稳定性:但同一个人的哪怕不同组织,产生的DNA 指纹图形却完全一致。

  每个人的DNA都是与众不同的。尽管人与人之间的DNA空间结构差异不大,但在DNA序列的某些区域,存在着一些高度重复的序列,即由一短序列首尾相连、多次重复串联而成,而重复次数却是因人而异的,具有高度的可变性,科学家称之为“小卫星DNA”或“可变数目串联重复序列”(VNTR)。 将其分离出来作为探针,同人体核DNA的酶切片段杂交,形成指纹图谱,就可以确定一个人的身份。

  下图即为1984年得到的第一个DNA指纹图谱:Jeffreys 等科学家用肌红蛋白基因第一个内含子中的串联重复序列(重复单位含33bp)作探针,与A、B、C三个个体的核DNA酶切片段进行southern杂交,得到杂交图谱。不同个体杂交图谱上带的位置就象人的指纹一样千差万别,Jeffrey称之为DNA指纹,又名遗传指纹。

  这流程总给人一种高不可攀的感觉,笔者将其转化成浅显一点的语言表述,大致如下:

  1.提取待测样品(比如血液、精斑)的DNA,如果量太少,可运用PCR技术扩增出其中的高可变位点;

  2.选用合适的限制性核酸内切酶,将扩增出的DNA长链,切成许多长度不同的小片断;

  3.在胶板尺寸较长的凝胶电泳仪中,对酶解完全后的DNA片段进行电泳(DNA分子毕竟是带电颗粒,当外界施加了一个电场后,就运动了起来。由于DNA在凝胶缓冲液中带负电荷,在电场中就由负极向正极迁移。不同的DNA片段迁移速率不同,分子量大的迁移慢,分子量小的迁移快。这个过程就像DNA分子在带电溶液中游泳,即电泳),使不同DNA片段按分子量大小分离;

  4.用碱性溶液使凝胶板中分离开的双链DNA片段变性为单链片段,由于DNA肉眼不可见,因此需将其转移至尼龙滤膜上;

  5.将放射性标记的小卫星DNA探针与膜上具有互补碱基序列的DNA片段杂交;

  在法医学上,要确认某人是否为嫌疑犯,可提取其血样或毛发的DNA,做成DNA指纹,然后由犯罪现场残留的血、、唾液、痰液、毛发、骨骼或其他肉体成分提取的DNA指纹相比对。若两者一样,则称其指纹相配,证明该嫌疑犯就是作案者。

  DNA 是人的遗传物质,其特征是由父母遗传的。分析发现,DNA 指纹图谱中几乎每一条带纹都能在其双亲之一的图谱中找到,这种带纹符合经典的孟德尔遗传规律。

  有人认为,DNA指纹技术是在基本锁定了嫌疑犯的前提下进行的,若作案者未列入嫌疑人对象时,该技术不就无用武之地了吗?

  是的,但我们可以大规模地建立全国性的或地区性的DNA指纹图数据库,把各种犯罪嫌疑人和那些仍未被告破的谜案现场的血迹得出的基因图谱,都转化成数字储存在电脑里,并形成世界范围内的联网,实现跨地区查询,再通过计算机自动比对分析,确认作案者。

  目前,全国公安系统的DNA实验室已可实现全国联网。DNA数据库目前在侦查破案、查找被拐卖儿童和不明尸体身源、个体识别以及证实犯罪等方面发挥着越来越显著的作用,被誉为刑侦工作的“精确制导武器”。