Çeşitli kalem mürekkeplerinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik koşullarda moleküler dönüşümlerinin incelenmesi
Examination of molecular transformations of various pen inks under physical, chemical and biological conditions
Yazar: FATMA ÇAVUŞ YONAR
Danışman: PROF. DR. SALİH CENGİZ
İstanbul Üniversitesi / Adli Tıp Enstitüsü / Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Adli Tıp = Forensic Medicine ; Genetik = Genetics ; Kimya = Chemistry

Özet:
Suç dünyası her zaman adalet ile yarışarak öne geçmeye çalışmaktadır. Adalet sisteminin önemli bir öğesi olan adli bilimler suçu önleme mücadelesinde öne geçmek için; yeni yöntemler üretmek, yeni teknolojileri bir deneyler bütünü içinde kullanarak ve sonuçlarını değerlendirerek adalete hizmet etmelidir. Bu bağlamda Adli Belge İnceleme analizlerinde ilgili birimlerin bir araya gelerek güçlerini birleştirmesi ve ortak bir platformda buluşarak farklı perspektifler sunması büyük önem arz etmektedir. Bu konuda farkındalık yaratılma amacı güdülmesi bu çalışmanın şekillenmesine öncülük etmiştir. Hakim veya savcıların bilirkişiliğe başvurduğu konuların başında, belgeyi düzenleyenin kim olduğu ya da belgedeki imzanın kime ait olduğu, aynı veya farklı belge üzerindeki mürekkeplerin tespiti ve ayrıştırılması, belge üzerine mürekkebin ne zaman aktarıldığı ve bu mürekkebin bulunduğu ortamdan nasıl ve ne derece etkilendiği soruları gelmektedir. İncelenmek üzere gönderilen bir belgenin saklandığı fiziksel koşullar ile mürekkebin bu fiziksel koşullardan nasıl etkilendiği, incelemeleri etkileyen önemli unsurlardandır. Tüm bu unsurlar ve soruların cevaplanmasında, mürekkeplerin belirli bir üretim standardının olmaması, formülasyonlarının üretici tarafından gizli tutulması belge inceleme uzmanlarının karşılaştıkları sorunları arttırmaktadır. 
Günümüzde gelişen DNA teknolojisi sayesinde, dokunma yolu ile belge yüzeyine transfer edilen epitel hücrelerden DNA elde etmek ve elde edilen DNA'nın kalitesini ve miktarını belirleyerek adli belge üzerinde identifikasyon gerçekleştirmek olasıdır. Bu olasılık doğrultusunda çalışmanın genetik inceleme kısmında, araştırıcının kendisinin bası uygulayarak 4 farklı kağıt yüzey üzerine oluşturduğu el sürüntüsü örneklerinden 4 farklı yöntemle epitel hücreler toplanarak silika temelli DNA izolasyonu yapıldı. DNA izolasyon işlemi sonrasında izolasyonun başarısını gözlemlemek için DNA izolatları %2' lik agaroz jel elektroforezinde yürütüldü. Beklenen kalite ve miktarda DNA elde edilemediğinden izolasyon prosedürü modifiye edildi ve izolasyon sonrası çekitlenen DNA'lar saflaştırıldı. PCR işleminde kullanılacak amplifikasyon kitine özgü konsantrasyonda DNA miktarını ayarlayabilmek için Qubit Florimetre Cihazı ile florimetrik olarak DNA miktar tayini yapıldı. Daha sonra aynı örneklerde insan genomik DNA'sına özgü primerler kullanılarak PCR işlemi 3 farklı STR kiti (AmpFlSTR® MiniFiler™ PCR, AmpFlSTR® IdentiFiler™ PCR ve AmpFlSTR® GlobalFiler™ PCR amplifikasyon kiti) ile gerçekleştirildi. PCR işlemi sonrasında ABI 3130 kapiller elektroforez cihazında elektroforezi yapılan örnekler Genemapper IDx yazılım programı kullanılarak analizlendi ve genotiplendirildi. Çalışmamızda kağıt yüzey üzerine bırakılan el sürüntüsü örnekleri ile birlikte kontrol amaçlı mukayese yapabilmek ve çalışmanın başarı oranını belirleyebilmek için aynı kişiye ait ağız içi sürüntü örnekleri de kullanıldı. Belgeye temas süresinin, farklı yüzey tipindeki belgelerin ve belgenin saklandığı koşulun; teması gerçekleştiren kişinin cinsiyeti, yaşı, kullandığı kozmetik ürünler, epitelyum vericiliği ve çevresel şartlar elde edilen DNA miktarını ve kalitesini etkilediği bilindiğinden analizler yapılırken bu parametreler de dikkate alındı. Elde edilen bulgular neticesinde geliştirilen yöntem çalışmaya gönüllü katılmayı kabul eden 3 kişiden alınan kağıt yüzeyler üzerine bırakılan el sürüntü örneklerine, 1 gün ila 10 yıl zaman aralığında farklı tükenmez kalemlerle aynı kişi tarafından yazılmış bir günlükten ve bir hukuk bürosu arşivinde birden fazla kişinin imzası bulunan belgelerden alınan örneklere uygulandı. Epitel hücreden DNA elde etme teknikleri, rutinde kullanılan tekniklerden daha farklı ve hassastır. Çünkü belge üzerinden elde edilen DNA miktarı diğer rutin çalışmalara göre eser miktarda ve degrade olabilmektedir.  Elde ettiğimiz sonuçlara göre geliştirdiğimiz yöntem ile belge sahteciliği suçlarının tespitinde analitik yöntemlerin yetersiz kaldığı veya başka ikincil deliller tarafından desteklenmesi gerektiği durumlarda DNA profili elde etmek ve belgeye kişinin dokunup dokunmadığını tespit etmek yüksek derecede olasıdır.
Çalışmanın mikrobiyoloji kısmında belgenin saklama koşullarında ortamda bulunabilecek olan mikroorganizmaların tükenmez kalem mürekkebinin bileşiğindeki boyar maddelerin zamanla değişimine etkisini incelemek için, arşiv ortamında ve belge üzerinde olabilecek küf, mantar ve bakteri türleri kültür araştırması ile belirlendi. Saf suşları temin edilen  Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus, Penicillium sp., Cladosporium sp., Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Mycobacterium lentiflavum mikrobiyolojik etkenleri ile kontrollü bir şekilde kontamine edilmiş ve kurutularak oda ısısında 6 aya kadar bekletilmiş örnekler İnkbiyogram yapılarak aşama aşama incelendi. 
Mürekkep içerisinde mikrobiyal üremeye karşı eklenen diğer katkı maddelerinin yapısı ve miktarı üreticiden üreticiye değiştiğinden,  inceleme sonucunda inkbiyogramların aynı mikroorganizmaya karşı inhibisyon çapları arasında farklılıklar gözlemlenmiştir.  Boyanmış zon çaplarındaki farklılıklar, mürekkep formülasyonlarındaki farklılıklardan kaynaklanan sebeplerle agarın içine farklı miktarlarda ve çaplarda diffüze olmasından kaynaklanıyor olabilir. Bu da kağıt üzerindeki yazının mikroorganizmalarla etkileşiminde; antimikrobiyal etkiye sahip MV molekülünün yanısıra, bu molekülün kağıt yüzeyine ve derinine daha fazla ya da daha az diffüze olmasını sağlayan bir formülasyonun da etkisi olduğunu düşündürmektedir.   Bu artıştan hareketle kontamine edilmiş kağıt-mürekkep disklerinin içerisindeki mürekkep boyar maddelerinin zamanla moleküler dönüşümüne mikrobiyal etkiyi incelemek amacıyla aynı şartlarda bekletilen kontamine edilmiş ve kontamine edilmemiş kağıt-mürekkep disklerinin 0., 3. ve 6. aydaki zamana karşı solma eğrileri Matriks Yardımlı Lazer Desorpsiyon İyonizasyon-Uçuş Zamanlı-Kütle Spektrometrisi (MALDI-TOF-MS) analiz dataları kullanılarak çizildi. Eğri çiziminde; herbir mürekkebin zamanla kağıt üzerinde solmasına ilişkin oluşan ve zamana bağlı olarak artış göstermesi beklenen küçük pikler ile metil viyole (MV) iyon şiddeti toplamının kristal viyole (CV) iyon şiddetine oranı temel alındı. Kontamine edilmiş ve kontamine edilmemiş örneklerin zamana karşı solma oranları arasında anlamlı bir farklılık gözlemlenmedi.
Yapılan çalışmalarda mürekkep boyar maddelerinin bir metil grubu (-CH3) kaybederek kristal viyolenin zamanla metil viyoleye, metil viyolenin zamanla tetrametil pararozaniline ve tetra metil pararosanilinin diğer fotodegredasyon ürünlerine dönüşmesi nedeniyle, mürekkep renginde solma meydana geldiği ortaya çıkarılmıştır. Bu moleküler dönüşümden/solmadan hareketle belge üzerine yazılan yazının oluşturulma zamanı hakkında yorum yapılabilmektedir. Çalışmanın tükenmez kalem mürekkebi içerisindeki boyar maddelerin moleküler dönüşümlerinin incelendiği bu aşamasında öncelikle MALDI-TOF-MS cihazında herhangi bir ön ekstraksiyon işlemi yapmaksızın 1.2 mm çaplı kağıt örneğinden doğrudan mürekkep yapı analizine ilişkin yöntem geliştirildi. İyi bir yüzey analizi yapabilmek için geliştirilen yöntem optimize edildi. Yöntem optimizasyonu sonrasında pararosanilin (PR), metil viyole (MV), kristal viyole (CV) ve viktorya mavisi (VB) mürekkep boyar maddelerinin ayrı ayrı hazırlanan standard çözeltileri ile piyasadan rastgale seçilmiş 5'er adet mavi ve siyah tükenmez kalem mürekkepleri piyasadan kolaylıkla temin edilebilen iki farklı kalitedeki (80g/m2 ve 100g/m2) A4 fotokopi kağıdına tatbik edildi. Yapay soldurma tekniği uygulanan örneklerde zamanla kağıt üzerindeki mürekkep boyar maddelerinin solma oranları MALDI-TOF-MS ile analizlendi ve zamana karşı solma eğrileri çizildi. Bu solma eğrisinin gerçeğe uygunluğunun irdelenmesi için, iki farklı arşivden gerçek örnekler alınarak geliştirilen yöntemle analizlendi ve sonuçlar ışık fotonlarıyla yapay soldurulmuş ve solma zamanları bilinen örneklerle karşılaştırıldı.

Abstract:
The world of crime is always trying to get ahead, competing with justice. Forensic sciences, which is an important element of the justice system, should serve to justice through producing new methods, using new technologies in a whole set of experiments and evaluating the results of justice, in order to take the lead in the fight against crime. In this context, it is of great importance that the relevant units come together and join forces in the Questioned Document Investigations and present different perspectives in a common platform. The aim of creating awareness about this issue has led to the design of the study. The subjects which judges or prosecutors apply for expertise mostly are; the questions about by whom the document was drafted or who the signature belongs to, the identification and differentation of the inks on the same or different document, when the ink is transferred onto the document and how and to what extent the ink is influenced. The physical storage conditions of the document, sent for investigation and how the ink on the paper is affected by these physical conditions are important factors influencing the investigations. In answering all these elements and questions, the fact that the inks do not have a specific production standard and the formulations are kept secret by the manufacturer, increases the problems that the document examiners face.
	Thanks to the developing DNA technology, it is possible to obtain DNA from the epithelial cells transferred to the surface of the document through touching and to identify the quality and amount of DNA obtained and to be able to perform identification on the forensic document. In line with this possibility, in the genetic examination part of the study, silica based DNA isolation was performed by collecting epithelial cells with 4 different methods, from 4 hand swabs formed on 4 different paper surface by the hand pressure of the researcher himself. DNA isolates were run on 2% agarose gel electrophoresis to observe the success of isolation following DNA isolation. Since the expected quality and quantity of DNA could not be obtained, the isolation procedure was modified and the DNA extracted after isolation was purified. In order to adjust the amount of DNA at the concentration specific to the amplification kit to be used in the PCR process, fluorimetric DNA quantification was carried out with the Qubit Fluorimeter Device. Then, PCR was performed using 3 different STR kits in the same samples (AmpFlSTR® MiniFiler ™ PCR, AmpFlSTR ® IdentiFiler ™ PCR and AmpFlSTR® GlobalFiler ™ PCR amplification kit) using primers specific for human genomic DNA. After PCR, electrophoresis samples were analyzed using ABI 3130 capillary electrophoresis instrument and genotyped using Genemapper IDx software program. In this study, we also used mouth swab specimens of the same person in order to compare the hand swab samples left on the paper surface for control purposes and to determine the success rate of the study. Since it is known that document contact time, different surface types of documents, the condition where the document is stored, the gender, age, epithelium donation of the person who made the contact, the cosmetic products used by this person and environmental conditions influences the amount and quality of DNA, these parameters were kept in consideration during analyses. The method developed as a result of the findings, was applied to the hand swab specimens left on paper surfaces of taken from 3 volunteers who agreed to participate in the study and to the samples from a diary and some documents carrying signatures of more than one person in the archive of a law office, with different ballpoint pens, from a time period of 1 day to 10 years. Techniques for obtaining DNA from the epithelial cell are different and more sensitive than the techniques used in routine. Because the amount of DNA obtained from the document may be in trace amounts and degraded when compared to other routine studies. According to our results, it is highly possible to obtain DNA profile and to show if the person had touched the document or not,  when the analytical methods are insufficient for the detection of document fraud offenses or if support by other secondary evidences are necessary. 
	In the microbiology section of the study, to investigate the effect of microorganisms (which may be present in the storage conditions of the document) on the change of the pigments in the composition of the ball pen ink with the time; the mold, fungus and bacterial species which may exist in the archives and on the documents were determined by microbiological culture investigation. The samples on which controlled contamination have been performed with pure strains of Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus, Penicillium sp., Cladosporium sp., Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Mycobacterium lentiflavum and kept 6 months at ambient temperature after drying, were investigated step by step through making inkbiograms.
Since the structure and amount of other additives added to ink changed according to the manufacturer, differences were observed in the inkbiograms of the same microorganisms, from the point of inhibition diameters. Differences in stained zone diameters probably occur due to the diffusion of different amounts and diameters into the agar due to differences in ink formulations. So it suggests that; in addition to the MV molecule which has antimicrobial action, a formulation that allows this molecule to more or less diffuse to the surface and depth of the paper, may also effect the interaction of the ink on paper with microorganisms. From this increase, to examine the microbial effect on the molecular transformation of ink pigments in contaminated paper-ink discs, the fading curves of contaminated and non-contaminated paper-ink discs held under the same conditions were constructed versus 0th, 3th and 6th months, using the analysis data obtained from  Matrix assisted laser desorption ionization - Time-of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF-MS) experiments. In the construction of the curve; the ratio of the sum of small peaks and methyl violet (MV) ion intensity (which are formed as a result of the fading of ink on paper and expected to increase over time) to crystal violet (CV) ion intensity, was taken as a measure.  No significant difference was observed between the fading ratios of contaminated and non-contaminated samples versus-time. 
	In the studies carried out, it is found out that ink color fading occurs due to the loss of a methyl group (-CH3) from the pigments in the ink, as in the conversion of the crystal violet to the methyl violet, the methyl violet to the tetramethyl pararosaniline and the tetramethyl pararosaniline into other photodegradation products over time. From this molecular transformation / fading, a comment can be made on the time of the script on the document. In this phase of the study, where the molecular transformations of the pigments in the ball-point pen ink were investigated, a method for ink structure analysis was developed on paper samples with 1-2 mm diameters, without any sample preparation, using MALDI-TOF-MS instrument. The method developed was optimized in order to perform a good surface analysis.
During the optimization of the method, the ink matrices of the 5 blue and black ball pen inks which are selected randomly from the market and the prepared-solutions of pararosaniline (PR), methyl violet (MV), crystal violet (CV) and victoria blue (VB) pigment standards were applied to two different quality (80g / m2 and 100g / m2) A4 copy paper. Fading rates of ink pigments on paper samples on which an artificial fading technique is applied, were analyzed by MALDI-TOF-MS and fading curves were plotted against time. In order to examine the feasibility of this fading curve, real samples from two different archives were analyzed with the developed method and the results were compared with those of the artificially photo-faded samples with known fading times.