요약
실험실에서 법원에 이르기까지 광학 현미경 검사가 가져다 주는 다양한 가능성은 과학 수사 영역 전반에서 다양한 작업을 수월하게 해줍니다. Olympus Europa의 Markus Fabich가 설명합니다.
지난 몇 년 간 광학 현미경은 과학 수사 분야에서 상당히 많이 사용하게 되었고, 여기에는 그럴만한 이유가 있습니다. 빠르고 쉽게 사용할 수 있는 방법인 광학 현미경 검사는 귀중하고 대체 불가능한 샘플에 비파괴적인 방식으로 작동하며, 이는 가장 중요한 요소일 것입니다. 거의 모든 과학 수사 실험실에서 전문가들이 연구와 조사 모두에서 가장 중요한 분석으로서 먼저 이 방법을 일상적으로 많이 사용하며, 이 방법 이후에 후속 기법을 사용합니다. 이것은 특히 후자의 맥락에서 중요하며, 범죄 수사 동안 증거에 파괴적인 테스트가 허용되어야 하기 때문입니다. 경우에 따라서는 비파괴 방식만으로도 충분한 정보를 수집할 수 있습니다. 섬유 식별을 위한 편광 현미경 검사와 머리카락, 소형 화기, 도구 표시 일치 확인에 사용되는 비교 현미경 검사 등 보다 전문적인 형태의 현미경 검사도 자주 시행됩니다.
스코틀랜드의 에버테이 대학교(Abertay University)에서 과학 수사 연구 팀(Kevin Farrugia 박사, Keith Sturrock 박사, Graham Wightman 박사, Isobel Stewart 박사)은 올림푸스의 최신 광학 디지털 현미경 검사를 사용하여 여러 연구 프로젝트를 진행했습니다. 최신 광학 기술과 디지털 기술이 결합된 새로운 범주의 광학 현미경인 광학-디지털 기술을 사용하면 재료 과학 어플리케이션에서 빠르고 상세한 검사와 측정이 가능합니다. Olympus DSX 시리즈는 조사, 측정 및 보고를 지원하면서도 직관적인 작동을 통해 정확한 검사가 더 이상 깊이 있는 현미경 검사 지식에 의존하지 않음을 의미합니다. 또한, 디지털 캡처와 표시가 특징인 화면 보기는 장시간 작동, 토론 또는 교육에서도 최고의 편안함을 선사합니다. 연구팀은 광학-디지털 현미경 검사의 다양한 기능을 활용하여 지문, 불법 약물, 펜 자국을 포함한 다양한 유형의 증거를 자세히 분석할 수 있습니다.
드러난 잠재 지문
각 개인에게 고유한 지문은 표면에 접촉하면 남게 되어 신원 확인에 중요한 단서가 됩니다. 지문은 고리 모양, 나선형, 아치형 등 다양한 패턴이 이어지는 피부 능선으로 이뤄져 있습니다. 또한 각 피부 능선에는 땀이 배출되는 모공이 연이어 있고(그림 1), 간혹 혈액이나 페인트로 생성된 지문은 바로 보이지만 예로, 땀으로 형성된 지문은 더 흔합니다 이러한 잠재 지문을 시각화하려면 지문이 남은 표면에 따라 추가 처리가 필요합니다.
범죄자들은 흔히 증거를 의식적으로 제거하는데 조사 영역 중 하나는 지문의 초기 잔여물이 천으로 닦인 흔적이 있는 금속에서 잠재 지문을 복구하는 것입니다. 흥미롭게도, 일단 접촉 후에는 땀의 일부 화학물질이 금속과 반응할 수 있고 지문이 표면에 효과적으로 식각되어 아무리 닦아도 영구적인 흔적을 남기게 됩니다. 이때 금속 표면과의 접촉 흔적을 제거하려는 시도가 있는 경우 이는 증거 인멸 의도를 나타낼 수도 있습니다. 에버테이 대학교의 연구원들은 금속을 400ºC 이상으로 가열하고 나서 Olympus DSX110을 사용하여 이 흔적을 이미지로 캡처하고 분석함으로써 이 흔적을 시각화하는 다양한 방법을 조사하고 있습니다. 울, 면, 나일론 등 다양한 직물을 사용하여 지문 제거 시도가 미치는 영향과 함께 다양한 금속을 테스트했습니다(그림 2). 심층 분석을 위해 전체 지문을 더 높은 배율에서 시각화하는 것이 중요했고, 모든 이미지에서 DSX110의 이미지 스티칭 기능을 통해 이것이 가능했습니다. 경우에 따라서는 이 지문에서 생성된 디테일이 정확하고 확실한 신원 확인 정보를 제공하기에 충분하지 않을 수도 있지만, 다른 정보와 함께 사용하거나 용의자를 배제하는 데 사용될 수도 있습니다.
위에서 직접 지문을 볼 때에는 필요한 기능을 구분하기가 어려웠습니다. 이 경우에 DSX110의 헤드를 기울이는 기능은 샘플에 조명을 비추고 비스듬히 시각화할 수 있어 중요한 기능인 것으로 나타났습니다. 이러한 오블리크 조명은 그림자를 만들어 표면 형상을 강조 표시하므로 금속에 식각된 굴곡을 보다 자세히 시각화할 수 있습니다(그림 3).
지문 모공
 그림1 | DSX110을 사용하여 지문 모공을 명확하게 볼 수 있습니다. 모공에서는 여러 표면에 지문을 남기는 땀을 배출합니다. |
드러난 금속의 잠재 지문.
금속에서 지운 지문은 400°C 이상으로 가열하면 다시 나타납니다. DSX110을 사용하여, 여기서 울(A) 또는 나일론(B)으로 닦은 구리의 지문, 그리고 울(C) 또는 면(D)으로 닦은 황동의 지문을 시각화했습니다. 이미지 제공: 에버테이 대학교 K Dettori
 그림2.A: 울로 닦은 구리 |  Figure2.B: 나일론으로 닦은 구리 |
 그림2.C: 울로 닦은 황동 |  그림2.D: 면으로 닦은 황동 |
오블리크 조명을 사용한 금속의 지문 패턴 강조 표시.
 그림3 | 알루미늄에 남았지만 면으로 닦은 잠재 지문을 400°C로 가열하여 DSX110을 사용한 광학 현미경 검사와 대비를 극대화하는 오블리크 조명을 사용하여 시각화했습니다. 이미지 제공: 에버테이 대학교 K Dettori. |
압수한 불법 의약품 정제의 로고
에버테이 대학교의 과학 수사 조사 그룹은 스코틀랜드 경찰과 긴밀히 협력하면서 새로운 조사가 최일선 과학 수사 어플리케이션에 가장 큰 영향력을 줄 수 있는 정보를 제공합니다. 진행 중인 협업의 일환으로 경찰에서 압수한 불법 약물을 분석하는 데 DSX110을 사용했습니다. 약물 남용은 그 자체로 증가하고 있는 문제이지만, 가중되고 있는 문제는 공급업자들이 일반적으로 정신 작용성 화학물질을 대체 물질로 바꾸는 데 있습니다. 이것은 흔히 설탕과 같은 무해한 물질들이지만 때로는 더 해로울 수 있습니다. 또한 존재하는 활성약 물질의 수준은 흔히 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 최근 검사된 일부 불법 다이아제팜 정제에는 10mg(약국에서 구입할 수 있는 용량)을 함유하고 있는 것으로 드러났지만, 다른 약에서는 이 수준의 4배를 함유하고 있는 것으로 밝혀져 과다 복용 측면에서 심각한 위험을 야기하고 있습니다. 따라서 정보 목적으로 이러한 정제의 묶음을 시도하고 특성화하는 것이 필수적이므로, 에버테이 대학교의 연구 그룹은 주요 물리, 화학적 특성 조합을 사용하여 이 작업의 가능성을 조사하고 있습니다. 또한, 불법 공급망 내에서 각기 다른 정제 모집단을 식별하여 경찰이 여러 압수물 간의 연관성을 판단하는 데 도움이 되고 심지어는 특정 약물 묶음의 공급업자를 다시 추적할 수 있는 통계 모델을 개발할 수 있기를 바랍니다.
압류된 정제 묶음은 최근 Olympus DSX110을 사용하여 분석되었으며, 그림 4에 몇 가지 사례 샘플이 나와 있습니다. 색상 및 디자인과 같은 다양한 형상을 토대로 시각적 특성을 확보할 수 있습니다. 이 정제 중 상당수에는 로고가 있고, 일부에는 가장자리에 결함이 있을 수 있습니다. 이 결함은 정제 압축용 기계의 손상으로 인한 것일 수 있으며, 결국 약물 묶음과 연결될 수 있습니다. 여기서 다시 DSX110의 경사각 기능은 로고와 가장자리를 자세히 시각화하는 데 특히 유용했습니다(그림 4B). 디지털 기능은 EFI(Extended Focal Image)라는 도구를 사용하여 이 정제의 시각화를 개선했습니다. EFI는 3D 이미징을 활용하여 Z축의 여러 지점에서 일련의 2D 이미지를 컴파일하여 전체 샘플에 걸쳐 완전히 포커싱된 합성 이미지를 구성함으로써 정제 표면 전체를 자세히 볼 수 있습니다.
압수 약물 특성화.
압수 약물의 심층 프로파일링은 경찰이 공급업체를 다시 추적하는 데 도움이 됩니다. 트루컬러 정보를 통해 위의 (A)에서 심층 프로파일링을 개선하면서도, DSX110 경사각 기능(B)을 통해 정제의 로고 디자인과 가장자리를 강조 표시하면서 보다 자세히 시각화할 수 있습니다. 이미지 제공: 에버테이 대학교 S Greenfield
 그림4.A-1 |  그림4.A-2 |
 그림4.A-3 |  그림4.A-4 |
 그림4.B-1 |  그림4.B-2 |
 그림4.B-3 |
종이의 펜 자국
문서는 여러 가지 이유로 거짓 조작되거나 위조될 수 있습니다. 신원 도용과 수당 사기는 흔히 발생하고, 살인자가 피해자를 대신해 가짜 유서를 작성하기도 합니다. 분석 과정의 일차적인 목적은 문서에 손상이나 변경을 가하지 않고 가능한 한 많은 정보를 확보하는 것이며, 이것은 광학 현미경의 비파괴 특성이 잘 맞는 경우입니다. 이러한 문서의 분석에는 흔히 필기, 잉크 및 종이가 포함되며, 에버테이 대학교의 한 프로젝트에서는 종이의 볼펜 자국을 구분하는 연구를 진행하고 있습니다. 종이에 선을 그으면, 펜의 뾰족한 끝이 종이 섬유를 왜곡하여 파인 자국을 남깁니다. 이 파인 자국의 형태는 사용자의 글쓰기 스타일뿐 아니라, 펜, 종이 품질, 기초 기질의 유연성과 단단함 정도에 따라 달라질 수 있습니다. 잉크의 화학 성분과 같은 보완적인 정보를 제공하기 위해 광학 현미경 검사와 함께 다른 여러 방법을 사용할 수도 있습니다. 하지만 크로마토그래피는 폴리머 잉크인 겔 펜 잉크로 제한적이고 용해하기 어려워 다른 분석 방법이 필요합니다.
광학-디지털 현미경을 사용하여 확보한 배율 덕분에 종이의 실제 섬유를 시각화하는 동시에 잉크의 색상 범위와 분포를 유지할 수 있었습니다. 또한 파인 자국 깊이를 2D 또는 3D로 보고 분석할 수 있는 높이 맵 형태로 측정하고 시각화할 수 있습니다(그림 5).
종이의 펜 자국 분석.
종이의 펜 자국을 구분하면 글쓴이의 신원 확인에 대한 정보를 확보할 수 있습니다. 여기서 펜 자국은 명시야(A)에서 DSX110, 높이 맵(B) 기반의 2D 이미징, 높이 맵(C) 기반의 3D 이미징을 사용하여 시각화했습니다. 이미지 제공: 에버테이 대학교 K Denovan.
 그림5.A |  그림5.B |
 그림5.C |
법정에서
현미경 검사를 통해 확보한 분석 정보는 과학 수사에 매우 중요하지만, 이와 마찬가지로 이 증거를 법정에 제시하는 방법도 중요합니다. 그림은 천 개의 단어를 함축하고, 이미지의 정보는 숫자나 언어적 설명을 사용한 것 보다도 배심원들을 훨씬 더 쉽게 이해시킬 수 있습니다. 그림 6은 데이터를 DSX110의 보고 기능에 명확하게 전달할 수 있는 방법을 보여줍니다. 또한, 앞서 설명한 3개 프로젝트 모두에서 이미지 분석에 이미지 스티칭 기능이 필수적이었습니다. 지문, 불법 약물 로고 또는 문제가 되는 문서의 확장된 펜 자국 등을 조사하는 경우 증거를 배심원들에게 전달하려면 큰 이미지를 만들어 제출해야 합니다. 상황에 맞는 증거를 제시하기 위해 이 이미지를 소급 확대하여 샘플의 가장 세밀한 부분까지도 선별하여 훨씬 더 유용한 분석 정보를 확보할 수 있습니다.
데이터 보고 기능은 법정 증거 제시에 필수적입니다.
 그림6 | 종이의 펜 자국 3D 프로파일과 분석은 캡처 설정과 같은 추가 정보와 함께 여기에서 보고됩니다. 이미지 제공: 에버테이 대학교 K Denovan |
요약
광학 현미경 검사는 과학 수사 연구와 조사에서 다양하게 사용될 수 있습니다. 최신 현미경 설계는 점차 디지털 기술의 영향을 받아 올림푸스 광학-디지털 제품군과 같은 시스템의 해상도 및 분석 능력을 크게 개선해줍니다. 에버테이 대학교의 과학 수사 연구 그룹에서는 Olympus DSX110 광학-디지털 시스템의 첨단 기능 다수를 활용하여 다양한 과학 수사 샘플에 대한 보다 뛰어난 분석 정보를 확보했습니다.
다른 여러 기법과 함께 보완적인 방법을 제공하는 광학 현미경을 사용하면 비파괴적인 방식으로 수고는 줄이면서 보다 빠른 결정을 내릴 수 있습니다. 이것은 특히 한정된 예산으로 효율성이 점차 중요해지고 있는 과학 수사 시설에 특히 중요합니다. 광학 현미경의 속도와 접근성 덕분에 이 기법이 발전함에 따라 연구에서 응용 조사, 그리고 심지어 법정에 이르기까지 과학 조사 어플리케이션을 계속 개선해줄 것입니다.
