生物技术在法庭科学上的应用期末作业

1、生物技术在法庭科学上的应用作业第一部分 简述PCR技术的原理及发展历史什么叫做PCR技术？它是聚合酶链式反应，又称体外DNA扩增技术。是近年来发展起来的一种体外扩增特异DNA片段的技术。DNA扩增的传统方法一般采用分子克隆法，需将构建的含有目的基因的载体导入细胞进行扩增，并需要用探针进行筛选，牵扯到DNA酶切、连接、转化、培养及探针杂交等技术，虽然技术上已无难点，但操作复杂，需数周到数月的时间，且不利于普及。PCR技术是由1985年由美国 Cetus 公司的Kary Mullis 首创，可以将微量目的DNA片段扩增一百万倍以上。它的优点是敏感度高、特异性强、产率高、重复性好以及快速简便等，广泛

2、应用于微生物学、考古学、法医学及体育等领域，并已普及到许多普通实验室，大大简化了传统的分子克隆技术，从而比较容易地对目的基因进行分析、鉴定。 PCR的原理：用于扩增位于两段已知序列之间的DNA片段，类似于天然DNA的复制过程。以拟扩增的DNA分子为模板，以一对分别与模板5末端和3末端互补的寡核苷酸片段为引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制沿着模板链延伸直至完成新的DNA合成，重复这一过程，即可使目的DNA片段得到扩增。 扩增的特异性取决于引物与模板DNA的特异结合，基本反应步骤分三步：1. 变性 (Denaturation)：加热使模板DNA双链间的氢键断裂而形成两条单链。94

3、302. 退火 (复性) (Annealling):突然降温后模板DNA与引物按碱基配对原则互补结合，也存在两条模板链之间的结合，但由于引物的高浓度，结构简单的特点，主要的结合发生在模板与引物之间。55 30 3. 延伸 (Extension):将反应温度调节到酶的最适温度，在DNA聚合酶、4种 dNTPs 及镁离子等存在的条件下，以引物的 3 端开始，结合单核苷酸，形成与模板链互补的新DNA链。72 1上述 3 步为一个循环，每经过一个循环，样本中的DNA量应该增加一倍，新形成的链又可成为新一轮循环的模板，经过2540个循环后DNA可扩增106 109 倍。PCR扩增的特异性是由一对寡核苷酸

4、引物所决定的。反应初期，原来的DNA担负起使模板的作用，随着循环次数的递增，由引物介导延伸的片段急剧增多而成为主要模板，最终的扩增产物是介于两种引物5 端之间的DNA片段。 PCR技术主要用于 目的基因的克隆、基因的体外突变、DNA和RNA的微量分析、DNA序列测定和基因突变分析。 PCR的发展历史PCR的最早设想核酸研究已有100多年的历史，本世纪60年代末、70年代初人们致力于研究基因的体外分离技术，Korana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想:“经过DNA变性，与合适的引物杂交，用DNA聚合酶延伸引物，并不断重复该过程便可克隆tRNA基因”。PCR的实现 1985年美国PE-Cet

5、us公司人类遗传研究室的Mullis 等发明了具有划时代意义的聚合酶链反应。其原理类似于DNA的体内复制，只是在试管中给DNA的体外合成提供以致一种合适的条件-摸板DNA ，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合适的缓冲体系，DNA变性、复性及延伸的温度与时间。PCR的改进与完善Mullis最初使用的 DNA聚合酶是大肠杆菌 DNA 聚合酶 I 的Klenow片段，其缺点是：Klenow酶不耐高温， 90会变性失活，每次循环都要重新加。引物链延伸反应在37下进行，容易发生模板和引物之间的碱基错配，其PCR产物特异性较差，合成的DNA片段不均一。此种以Klenow酶催化的PCR技术虽较传统的基因扩增具备

6、许多突出的优点，但由于Klenow酶不耐热，在DNA模板进行热变性时，会导致此酶钝化，每加入一次酶只能完成一个扩增反应周期，给PCR技术操作程序添了不少困难。这使得PCR技术在一段时间内没能引起生物医学界的足够重视。1988年初，Keohanog改用T4 DNA聚合酶进行PCR，其扩增的DNA片段很均一，真实性也较高，只有所期望的一种DNA片段。但每循环一次，仍需加入新酶。1988年Saiki 等从温泉中分离的一株水生嗜热杆菌(thermus aquaticus) 中提取到一种耐热DNA聚合酶。此酶具有以下特点：耐高温，在70下反应2h后其残留活性大于原来的90%，在93下反应2h后其残留活性

7、是原来的60%，在95下反应2h后其残留活性是原来的40%。在热变性时不会被钝化，不必在每次扩增反应后再加新酶。大大提高了扩增片段特异性和扩增效率，增加了扩增长度 (2.0Kb)。由于提高了扩增的特异性和效率，因而其灵敏性也大大提高。为与大肠杆菌多聚酶I Klenow片段区别，将此酶命名为Taq DNA多聚酶(Taq DNA Polymerase)。此酶的发现使PCR广泛的被应用。第二部分 亲子鉴定的原理？社会意义及预测下未来的应用？亲子鉴定就是利用法医学、生物学和遗传学的理论和技术，从子代和亲代的形态构造或生理机能方面的相似特点，分析遗传特征，判断父母与子女之间是否是亲生关系，是法医物证鉴定

8、的主要组成部分，亲子鉴定在中国古代就已有之，滴血验亲等。简单来说，就是通过血型或DNA测试等鉴定父母与子女之间的亲缘关系。鉴定亲子关系目前用得最多的是DNA分型鉴定。人的血液、毛发、唾液、口腔细胞及骨头等都可以用于亲子鉴定，十分方便。DNA亲子鉴定主要通过以下特征来判定体细胞稳定性：同一个体的血液、唾液、精液以及各器官组织DNA是一致的，并且对同一健康人来说是终生不变的，这是最基本的前提。个体高度特异性：不同个体DNA分子水平上遗传本质的差异，决定了同一种限制酶消化基因组DNA，某一个体与另一个体的等位核子基因片段在数量和长度上是不可能相同的，从而产生具有个体特异性的DNA。按孟德尔遗传规律遗

9、传：通过大量的家系调查证明，子代DNA中所有等位核子基因带都可以在双亲的DNA中找到，片段的传递符合孟德尔遗传规律。DNA(脱氧核糖核酸)是人身体内细胞的原子物质。每个原子有46个染色体,另外,男性的精子细胞和女性的卵子,各有23个染色体,当精子和卵子结合的时候。这46个原子染色体就制造一个生命,因此,每人从生父处继承一半的分子物质,而另一半则从生母处获得。一个人有23对（46条）染色体，同一对染色体同一位置上的一对基因称为等位基因，一般一个来自父亲，一个来自母亲。如果检测到某个DNA位点的等位基因，一个与母亲相同，另一个就应与父亲相同，否则就存在疑问了。亲子鉴定原理是运用SIGMA试剂盒从毛

10、发或口腔棉签中提取DNA，运用进口试剂盒执行复合PCR(复合PCR过程较普通PCR能够缩短为1/4至1/16)。采用DNA测序仪，运用毛细管电泳配合分型软件，在基因组中STR标记(PCR-STR)处进行比对从而完成个体识别。利用DNA进行亲子鉴定，只要作十几至几十个DNA位点作检测，如果全部一样，就可以确定亲子关系，如果有3个以上的位点不同，则可排除亲子关系，有一两个位点不同，则应考虑基因突变的可能，加做一些位点的检测进行辨别。DNA亲子鉴定，否定亲子关系的准确率几近100%，肯定亲子关系的准确率可达到99.99%。DNA亲子鉴定测试与传统的血液测试有很大的不同。它可以在不同的样本上进行测试,

11、包括血液,腮腔细胞,组织细胞样本和精液样本。由于血液型号,例如A型,B型,O型或RH型,在人群中的运用比较普遍,用来分辨每一个人的血缘关系,但不如DNA亲子鉴定测试有效。除了真正双胞胎外,每人的DNA是独一无二的.由于它是这样独特,就好像指纹一样,用于亲子鉴定,DNA是最为有效的方法。我们的结果通常是比法庭上要求的还准确10到100倍。DNA亲子鉴定是目前最准确的亲权鉴定方法，如果小孩的遗传位点和被测试男子的位点（至少1个）不一致，那么该男子便100%被排除血缘关系之外，即他绝对不可能是孩子的父亲。如果孩子与其父母亲的位点都吻合，我们就能得出亲权关系大于99.99%的可能性，即证明他们之间的血

12、缘亲子关系。社会意义DNA亲子鉴定技术作为现代医学的先进产物，对社会方方面面其到了积极的作用:在刑事案件中，运用DNA亲子鉴定技术帮助被拐卖儿童查找生身父母，通过与亲属进行DNA比对可以查找无名尸源的身份;通过比对受性侵害妇女的胎儿就可以查找和确定犯罪嫌疑人;通过亲子关系鉴定就可以分析锁定整容或在逃的犯罪嫌疑人，等等。而且DNA亲子鉴定技术对于陈旧的材料具有很强的检验能力，在刑事案件侦破方面发挥了重大的作用，减少了冤假错案发生的几率。在许多民事审判中，DNA亲子鉴定结论往往是一个案件最重要，甚至是唯一的证据，亲子鉴定运用到民事司法领域中，主要解决亲子关系争端。 亲子关系的争端包含两种体系，一种

13、是在婚姻关系中，亲子关系形成及消灭途径;另一种是非婚姻关系中，子女与生父的法律上亲子关系的形成以及消灭途径。前者是由于婚姻关系而产生的亲子关系的确立，以及婚生子女地位的形成，并且设置了否认的程序，在一定的诉讼时效内，夫或妻通过诉讼程序来修正表见的亲子关系。后者是通过事实上的抚养，生父对孩子的认领以及生父与生母结婚来形成法律上的亲子关系，并且设置了认领无效之诉以及确定亲子关系不存在之诉来解除不真实的亲子关系。发展趋势近几年来，由于医学技术不断完善和进步，人工受精以及试管婴儿技术普遍运用己经使现在的亲属法难以应对，再加上现代人们思想观念多样性以及家庭关系口趋复杂，外遇、婚前性行为、一夜情、离婚再婚

14、等等事件明显增加，使一些人的婚姻关系变得十分脆弱，婚姻忠贞的信心明显降低，传统的贞洁观念不若往口那样受到重视和坚持，亲子关系争端事件越来越多。DNA亲子鉴定技术因其高度准确性，不仅为司法审判提供了有力的证据，而且在社会上运用得越来越广泛。在北京、武汉、广州、深圳等城市，要求做亲子鉴定的人与口俱增，面对庞大的市场，亲子鉴定机构如雨后春笋般涌现出来。 以四川为例，据了解，目前四川省共有5家鉴定机构具备亲子鉴定的资质，其中成都4家，泸州一家。亲子鉴定业务大致分为两类：一类是司法鉴定案例，包括诉讼鉴定、交通事故处理鉴定、上户口、办理出生医学证明等案例，出具司法鉴定意见书；一类是非司法鉴定案例及咨询鉴定

15、案例，包括匿名鉴定、邮寄样本鉴定等。委托方只想自己了解结果，仅针对检材进行带有咨询性质的鉴定，出具咨询鉴定意见书。四川某亲子鉴定所司法案例业务量2011年以来的各年数据分别为320、810和1600例。而今年，截止5月，该所共鉴定司法案件1136例，较2013年同期增长60%。预计今年检案数将超过2400例。第二类咨询鉴定案例2011年-2013年的数据分别为440、1340和2630例。今年截止5月，该所共开展咨询案件1834例，较2013年同期增长70%。预计今年检案数将超过4500例。两类相加，2011年亲子鉴定的总量为760例，而到去年已超过4200例。从以上数据可以分析得出，近5年来

16、，该所亲子鉴定业务量的平均增长率达到了100%。其中，2012年以来，业务量呈现大幅度增长，年均超过了1000例。这是为什么呢？我觉得原因有几下几点。一、社会认知度提高，人们更加愿意用科学的方法来处理家庭纠纷。二、社会收入增长，人们有能力支付相应的鉴定费用。三、鉴定机构服务模式的改进，比如邮寄、匿名鉴定等，可以更好的保护个人隐私，解决了委托人的后顾之忧。四、只要是人体的有核细胞就可以做亲子鉴定，如血液、毛发、口腔黏膜细胞、骨骼、肌肉、精液、月经血等。甚至用过一段时间的牙刷、剃须刀或者穿过一段时间的鞋子等都可以作为样本进行鉴定。采样方便。正是由于上述原因，我相信未来亲子鉴定业务量也将高速发展。第

17、三部分 生物识别技术指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。根据需求的不同，可以将人体的指纹特征分为：永久性特征、非永久性特征和生命特征永久性特征包括细节特征（中心点、三角点、端点、叉点、桥接点等）和辅助特征（纹型、纹密度、纹曲率等元素），在人的一生中永不会改变，在手指前端的典型区域中

18、最为明显，分布也最均匀。细节特征是实现指纹精确比对的基础，而纹形特征、纹理特征等则是指纹分类及检索的重要依据。人类指纹的纹形特征根据其形态的不同通常可以分为“弓型、箕型、斗型”三大类型，以及“孤形、帐形、正箕形、反箕形、环形、螺形、囊形、双箕形和杂形”等9种形态。纹理特征则是由平均纹密度、纹密度分布、平均纹曲率、纹曲率分布等纹理参数构成。纹理特征多用于计算机指纹识别算法的多维分类及检索。非永久性特征由孤立点、短线、褶皱、疤痕以及由此造成的断点、叉点等元素构成的指纹特征，这类指纹有可能产生、愈合、发展甚至消失。指纹的生命特征与被测对象的生命存在与否密切相关。但它与人体生命现象的关系和规律仍有待进

19、一步认识。目前它已经成为现代民用指纹识别应用中越来越受关注的热点之一。指纹识别技术的应用 指纹识别技术已经成熟，其应用日益普遍，除了刑事侦察用之外，在民用方面已非常广泛，如指纹门禁系统、指纹考勤系统、银行指纹储蓄系统、银行指纹保管箱、指纹医疗保险系统、计划生育指纹管理系统、幼儿接送指纹管理系统、指纹献血管理系统、证券交易指纹系统、指纹枪械管理系统、智能建筑指纹门禁管理系统、驾驶员指纹管理系统等。 指纹门禁系统和指纹考勤系统是开发和使用得最早的一种出入管理系统，包括对讲指纹门禁、联机指纹门禁、脱机指纹门禁等等。在入口将个人的手指按在指纹采集器上，系统将已登录在指纹库中的指纹（称为已经注册）进行对

20、比，如果两者相符（即匹配），则显示比对成功，门就自动打开。如不匹配，则显示“不成功”或“没有这个指纹”，门就不开。在指纹门禁系统中，可以是一对一的比对（onetoone matching），也可以是一对几个比对（onetofew matching）。前者可以是一个公司、部门，后者可以是一个家庭的成员、银行的营业厅、金库、财务部门、仓库等机要场所。在这些应用中，指纹识别系统将取代或者补充许多大量使用照片和ID系统。 把指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个应用之一。该技术把卡的主人的指纹（加密后）存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统，当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入

21、持卡者的指纹，通过比对就可以确认持卡者是否是卡的真正主人，从而进行下一步的交易。指纹IC卡可取代现行的ATM卡、制造防伪证件等。ATM卡持卡人可不用密码，避免老人和孩子记忆密码的困难。 近年来，互联网带给人们方便与利益已，也存在着安全问题。指纹特征数据可以通过电子邮件或其它传输方法在计算机网络上进行传输和验证，通过指纹识别技术，限定只有指定的人才能访问相关的信息，可以极大地提高网上信息的安全性。网上银行、网上贸易、电子商务等一系列网络商业行为就有了安全性保障。 指纹社会保险系统的应用为养老金的准确发放起了非常有效的作用。避免了他人用图章或身份证复印件代领，而发放人员无法确定该人是故世的问题，要

22、凭本人的活体指纹，才可准确发放养老金。虹膜识别虹膜识别技术是人体生物识别技术的一种。人眼的外观由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成，巩膜即眼球外围的白色部分，眼睛中心为瞳孔部分，虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息。外观上看，虹膜由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成，是人体中最独特的结构之一。虹膜作为身份标识具有许多先天优势。第一，唯一性，由于虹膜图像存在着许多随机分布的细节特征，造就了虹膜模式的唯一性。英国剑桥大学JohnDaugman教授提出的虹膜相位特征证实了虹膜图像有244个独立的自由度，即平均每平方毫米的信息量是3.2比特。实际上用模式识别方法提取图像特征是有损压缩过程，可以预测虹膜纹理

23、的信息容量远大于此。并且虹膜细节特征主要是由胚胎发育环境的随机因素决定的，即使克隆人、双胞胎、同一人左右眼的虹膜图像之间也具有显著差异。虹膜的唯一性为高精度的身份识别奠定了基础。英国国家物理实验室的测试结果表明：虹膜识别是各种生物特征识别方法中错误率最低的。第二，稳定性，虹膜从婴儿胚胎期的第3个月起开始发育，到第8个月虹膜的主要纹理结构已经成形。除非经历危及眼睛的外科手术，此后几乎终生不变。由于角膜的保护作用，发育完全的虹膜不易受到外界的伤害。第三，非接触，虹膜是一个外部可见的内部器官，不必紧贴采集装置就能获取合格的虹膜图像，识别方式相对于指纹、手形等需要接触感知的生物特征更加干净卫生，不会污

24、损成像装置，影响其他人的识别。第四，便于信号处理，在眼睛图像中和虹膜邻近的区域是瞳孔和巩膜，它们和虹膜区域存在着明显的灰度阶变，并且区域边界都接近圆形，所以虹膜区域易于拟合分割和归一化。虹膜结构有利于实现一种具有平移、缩放和旋转不变性的模式表达方式。第五，防伪性好，虹膜的半径小，在可见光下中国人的虹膜图像呈现深褐色，看不到纹理信息，具有清晰虹膜纹理的图像获取需要专用的虹膜图像采集装置和用户的配合，所以在一般情况下很难盗取他人的虹膜图像。此外眼睛具有很多光学和生理特性可用于活体虹膜检测。基于虹膜的生物特征方法在识别率、错误率等方面的性能指标都优于其他的生物特征识别方法。据统计，与人脸、声音等非接触式的生物特征识别方法相比，虹膜具有更高的准确性，到目前为止，虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的。因此，虹膜识别是目前身份认证中最有发展前途的识别技术之一，在国际上得到广泛的关注，有着广泛的市场前景和科学研究价值。虹膜识别技术的应用生物识别技术可广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务。例如，一位储户走进了银行，他既没带银行卡，也没有回忆密码就径直提款，当他在提款机上提款时，一台摄像机对该用户的眼睛扫描，然后迅速而准确地完成了