抗原测出来是黑的怎么办 抗原检测为啥是红杠

加一点酸，就能知道你家的酒几岁了？这种方法与抗原检测有什么共同之处？

在伦敦的大英博物馆，有一件十分奇特的文物长期展出，总是受到参观者的惊叹。这是一个样式非常华丽的雕铸高脚杯，来源于四世纪的古罗马，名字翻译为中文是“莱克格斯酒杯”。

最令人啧啧称奇的是，这个酒杯在光线向下照射到它内部时，原本平淡无奇的青绿色杯身会瞬间变成妖艳的酒红色，如同盛满了红酒或是鲜血，让人无比震撼。

科学家研究这个酒杯时，直言它不可思议，使用了现代的纳米技术，这究竟是怎么回事呢？

莱克格斯杯可以呈现出两种颜色（图片来源：wikipedia）

1959年，来自英国通用电气公司的材料科学家利用X-射线衍射，确定这是一种玻璃（此前有人怀疑这不是一种玻璃器皿），包含1%的金和银，以及0.5%的镁。他们推测是这些微量的金属元素带来了特殊的光学性能。

1962年通过大英博物馆寄来的玻璃碎片样本，康宁玻璃公司（Corning Glass）的罗伯特·布里尔（Robert Brill）与通用电气公司的研究团队合作，成功从这些玻璃碎片中分离出40ppm的金和300ppm的银。
他猜想，这些微量的金和银会被加入到熔融盐中，然后用还原剂进行热处理。在这个过程中，金和银的离子会被还原到金属态，并形成纳米级的胶体。遗憾的是，当时布里尔还不能通过实验来证实胶体的存在。
又等了20多年后，在1990年左右，电子显微镜的发展使材料科学家找到了这个玻璃杯中所含合金胶体的痕迹。
分析结果表明，这个约有1700年历史的玻璃杯使用了与现代纳米技术极其相似的工艺。他们将金银物质的微型颗粒物植入玻璃当中，这些颗粒物仅仅只有70纳米左右的大小，相当于一粒盐的千分之一，如此准确精湛的工艺让人无法想象是一千多年前的技术，被当代科学家惊呼不可能。
他们发现纳米金可以散射绿光并使红光透过。因此，当光线从玻璃杯的内部发射时，散射出的绿光会被限制在杯内，而红光能够穿过玻璃进入人的眼睛。
如今，这种古老的显色工艺被格拉斯哥大学的化学家拿来，对威士忌做了年龄测试。面对不同年纪的酒，纳米金会表现出不同的光学特性。近期，他们将这项研究发表在ACS Applied Nano Materials杂志上。

威士忌的年龄怎么算
威士忌是一种由大麦等谷物经过发酵制成的蒸馏酒，在生产威士忌的时候，蒸馏之后还面临着最关键的一步——熟成（maturation）。根据法律规定，想要被称作“苏格兰威士忌”，就必须将蒸馏后的酒液放在橡木桶中熟成3年以上。而在木桶中熟成的时长就是它们的年龄。
因此，熟成过程对它们的“成长与成熟”至关重要。在这个过程中，酒液自身经历的变化、不同酒液之间以及酒液和木桶之间发生的相互作用，都会影响熟成后的威士忌所含有的化学组分（脂肪族和芳香族化合物）。从化学的角度来看，正是这些组分决定了酒的年龄，以及相应年纪所拥有的香味、风味和口感。
目前市场上大约90%的威士忌都是调和型（blended whisky）的。原因是即便严格控制制备条件，世界上也没有哪两个单桶威士忌是一样的。所以对酒厂而言，如何保证一种威士忌的品质不变是一项巨大的挑战。

图片来源：Chris McCall2
调酒大师（master blender）会从多桶不同类型的酒（如酒龄和批次）中精确选择合适的酒液，并确定配比，同时根据实际情况做些许调整，以保证威士忌的一致性。整个过程他们只能依靠自己的嗅觉，而一名调酒大师大多需要修炼10年左右。
“了解熟成过程中某种酒液会如何与不同类型的木桶发生反应，是调酒大师才拥有的一项技能。”蕾切尔·巴利（Rachel Barrie）说道，她是英国爱丁堡大学化学系的毕业生，在2003年成为了世界上第一位女性威士忌调酒大师（master whisky blender）。
她所在的实验室，为了检验威士忌的品质，他们会利用气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC），分别检测酒液中的可挥发性组分（如醇类和低分子量的酯类）和其他非挥发性组分。
但是，无论是GC还是HPLC，还是有时会联合使用的质谱仪（MS），以及1H核磁共振波谱仪都相对比较昂贵，而且需要从酒厂取液并送到实验室后才能得到测试，因此非常耗时。
对此，威尔·佩弗勒（Will Peveler，这项研究的通讯作者）的研究团队在想，他们是否可以设计开发出简易便携的设备，在酒厂现场就能得到分析结果？于是他们尝试联系了苏格兰威士忌研究所（SWRI），以获得一些威士忌样品。“我们想要将威士忌和氯金酸混合在一起，然后看看是否可以产生金的纳米颗粒。”佩弗勒说。
他们知道，酮类和苯酚类化合物——威士忌中可能含有的物质，能够将金离子还原成金原子。而且现在，金的纳米颗粒作为一种标记物，已经渗透到了我们生活的许多方面。

纳米金就在身边
当你拿到一个抗原试剂盒的时候，有没有注意到上面写了什么？

图片来源：网络
“胶体金法”——你很有可能会看到这个标识。由于纳米金往往处在溶液中，所以常常会将它称作胶体金。在碱性条件下，它的表面带负电，可以通过静电作用与带正电的物质（如蛋白质等生物大分子）结合在一起。例如，纳米金或纳米银可以与新冠病毒抗体形成一种结合物。而且静电作用力并不会改变它所结合的蛋白质的性质。
我们知道需要10分钟左右的时间才能看到抗原结果，这主要是因为测试样本会通过毛细作用从检测卡的样品孔出发，依次经过纳米金/新冠病毒抗体结合物所在的位置、T条带（含有新冠病毒抗体）和C条带（含有免疫球蛋白，可与纳米金/新冠病毒抗体的结合物发生相互作用）。
在T条带处，如果样本中含有由新冠病毒诱发产生的抗原，就会将含有新冠抗原和纳米金的复合物留下。这时我们肉眼就能看到一个红杠。而剩下的结合物会继续攀爬到C条带，其中的纳米金和新冠病毒抗体会停留在这里，由此显示出另一个红杠。

抗原检测的原理（图片来源：Sci Rep 11, 23009 (2021) ）

那这些测试中为什么会出现红色？

纳米金的颜色
金属可视为一种特殊等离子体。当金属体积缩小至纳米尺度时，其比表面积有所增加，电子能级还将是离散分布的。当受到某种波长光照射时，金属纳米粒子中自由电子集体振荡的可能性极大，这就是局域表面等离子体共振（LSPR）。此时入射光子频率等于这些电子振荡频率引起共振，由此，这些纳米粒子在给定波长范围内对光具有强烈吸收作用。从而形成了一个以不同光波波长为依据的吸收光谱。但是实际工作中，经常要用到消光光谱，也就是由吸收与散射两部分光谱组成。
比如对粒径在5~10纳米之间的球形纳米金，LSPR波长在520~580纳米之间。即该纳米金对绿光或者黄光的吸收，因而表现为红或者紫。

在最新的研究中，使用纳米金被称为比色法（colorimetric test）。（图片来源：原论文）

并且在这一新的研究中，研究者在从苏格兰添加氯金酸时，按照一定的比例添加、日本及美国15种威士忌，多数溶液迅速变红。当他们通过透射电子显微镜对这些溶液进行观察时，发现，多数呈红色溶液中均有球形纳米金同时存在，它们的消光光谱峰值将在530~535纳米之间，且半峰宽比较窄。相反，也有一些样品中存在粒径较大的纳米颗粒（如80纳米），与此相应，其消光光谱峰值出现红移和谱峰展宽现象。这样，它们极有可能变成较深的红色或灰色，而非鲜亮红。

他们还用水、40%的乙醇和伏特加作比较，研究发现，这类液体无法还原氯金酸为纳米粒子，所以仍将几乎是透明的样子。即乙醇没有起到将氯金酸还原成纳米金，而木桶里的熟成过程，则是这个关键。
接下来，研究人员还利用这种方法，追踪了一桶威士忌在6年内的熟成过程。他们发现，新酒（可以认为是0岁时）表现得类似前面测试过的伏特加，然后随着它不断成熟，谱峰峰值会发生红移，谱峰也会逐渐展宽。这种变化趋势表明，在如此长时间的熟化过程中，更多来自木桶的不同物质会浸入威士忌中，从而改变纳米金的还原速率和表面稳定性。
值得一提的是，木桶中含有一定量的单宁酸。而威士忌的熟化过程可以说就是这种酸的不断渗入，以及它发生分解反应的过程——分解产物包括没食子酸在内的酸，以及醛类。
因此可以粗略地将这些物质进入酒液的速率与纳米金的形成相关联，包括粒子的尺寸、形貌和形成速率，进而将纳米金的形成与威士忌的年龄联系在一起。不过，他们也表示，这些很有可能不是唯一能够还原纳米金颗粒的组分。未来，他们会继续研究威士忌中其他可能的还原性物质。 他们还畅想，这种方法或许可以用来设计一种像抗原试剂盒那样的工具，尽管还有很长一段路要走。

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