抗原檢測為啥是紅杠，還可以檢測酒的年齡？

王怡博

威士忌的年齡怎么算

威士忌是一種由大麥等谷物經過發(fā)酵制成的蒸餾酒，它與白酒、伏特加、朗姆酒、白蘭地和金酒一起并稱為世界六大蒸餾酒。顧名思義，蒸餾酒比其他類型的酒多一個蒸餾的工藝過程。另外，在生產威士忌的時候，蒸餾之后還面臨著最關鍵的一步——熟成（maturation）。例如，根據法律規(guī)定，想要被稱作“蘇格蘭威士忌”，就必須將蒸餾后的酒液放在橡木桶中——必須是橡木桶，而不能是其他類型的木桶——熟成3年以上。而在木桶中熟成的時長就是它們的年齡。

因此，熟成過程對它們的“成長與成熟”至關重要。在這個過程中，酒液自身經歷的變化、不同酒液之間以及酒液和木桶之間發(fā)生的相互作用，都會影響熟成后的威士忌所含有的化學組分（脂肪族和芳香族化合物）。從化學的角度來看，正是這些組分決定了酒的年齡，以及相應年紀所擁有的香味、風味和口感。

不過值得一提的是，市場上大約90%的威士忌都是調和型（blendedwhisky）的。這主要是因為世界上沒有哪兩個單桶威士忌是一樣的，即便嚴格控制制備條件。因此對于一家酒廠而言，如何保證一種威士忌的品質不變是一項巨大的挑戰(zhàn)。

對此，調酒大師（masterblender）會從多桶不同類型的酒（如酒齡和批次）中精確選擇合適的酒液，并確定配比，同時根據實際情況做些許調整，以保證威士忌的一致性。在這個過程中，他們最有力的武器就是他們的鼻子，或者說嗅覺。而為了使自己的嗅覺和味覺更加靈敏，他們大多需要10年左右的修煉才有可能成為一名調酒大師。

蕾切爾·巴利（RachelBarrie）表示，了解熟成過程中某種酒液會如何與不同類型的木桶發(fā)生反應，是調酒大師才擁有的一項技能。而她作為一名分析化學家所接受的培訓便派上用場了——這是化學專業(yè)的另一個出路。巴利是英國愛丁堡大學化學系的畢業(yè)生，在2003年成為世界上第一位女性威士忌調酒大師（masterwhiskyblender）。根據2016年的數據，當時全世界總共只有12個享有如此頭銜（威士忌調酒大師）的人。

如果走進她所在的實驗室，你很有可能會看到一瓶瓶酒液——它們大多是來自蒸餾廠等待質量測試的樣本。在這里，為了檢驗威士忌的品質，他們會利用氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC），分別檢測酒液中的可揮發(fā)性組分（如醇類和低分子量的酯類）和其他非揮發(fā)性組分。此外，想要測試酒齡，就需要隨著酒的熟成連續(xù)從木桶中取液，以此跟蹤分析酒液的成熟情況，判斷是否可以裝瓶或混合。

但是，無論是GC還是HPLC，還是有時會聯合使用的質譜儀（MS），以及1H核磁共振波譜儀都相對比較昂貴，而且需要從酒廠取液并送到實驗室后才能得到測試，因此非常耗時。

對此，威爾·佩弗勒（WillPeveler，這項研究的通訊作者）的研究團隊在想，他們是否可以設計開發(fā)出簡易便攜的設備，在酒廠現場就能得到分析結果？于是他們嘗試聯系了蘇格蘭威士忌研究所（SWRI），以獲得一些威士忌樣品?！拔覀兿胍獙⑼考珊吐冉鹚峄旌显谝黄?，然后看看是否可以產生金的納米顆粒。”佩弗勒說。他們知道，酮類和苯酚類化合物——威士忌中可能含有的物質，能夠將金離子還原成金原子。而且現在，金的納米顆粒作為一種標記物，已經滲透到了我們生活的許多方面。

納米金就在身邊

當你拿到一個抗原試劑盒的時候，有沒有注意到上面寫了什么？

“膠體金法”——你很有可能會看到這個標識。由于納米金往往處在溶液中，所以常常會將它稱作膠體金。在堿性條件下，它的表面帶負電，可以通過靜電作用與帶正電的物質（如蛋白質等生物大分子）結合在一起。例如，納米金或納米銀可以與新冠病毒抗體形成一種結合物。而且靜電作用力并不會改變它所結合的蛋白質的性質。

我們知道需要10分鐘左右的時間才能看到抗原結果，這主要是因為測試樣本會通過毛細作用從檢測卡的樣品孔出發(fā)，依次經過納米金/新冠病毒抗體結合物所在的位置、T條帶（含有新冠病毒抗體）和C條帶（含有免疫球蛋白，可與納米金/新冠病毒抗體的結合物發(fā)生相互作用）。

在T條帶處，如果樣本中含有由新冠病毒誘發(fā)產生的抗原，就會將含有新冠抗原和納米金的復合物留下。這時我們肉眼就能看到一個紅杠。而剩下的結合物會繼續(xù)攀爬到C條帶，其中的納米金和新冠病毒抗體會停留在這里，由此顯示出另一個紅杠。

除此之外，驗孕棒會出現紅杠也是因為其內含的納米金。這其實是一種基于免疫膠體金（immunogoldlabelling）的免疫層析法（immunochromatography）。而免疫膠體金是英國的兩位科學家W.佩奇·?？耍╓.PageFaulk）和G.馬爾科姆·泰勒（G.MalcolmTaylor）在1971年第一次引入免疫學領域：他們用膠體金吸附兔抗沙門氏菌抗血清作為一種標記，然后在透射顯微鏡（TEM）下利用這種結合物來檢測沙門氏菌。

但還有一個問題在于，這些測試中為什么會出現紅色？

納米金的顏色

金屬可以看作一種特殊的等離子體。隨著金屬的尺寸減小到納米尺度，它的比表面積增大，電子能級也會呈離散分布。在一定波長光的照射下，金屬納米粒子的自由電子很有可能會發(fā)生集體振蕩，即局部表面等離子體共振（LSPR）。這時，入射光子的頻率與這些電子的振蕩頻率相當而產生共振，從而使這些納米粒子對給定波長的光產生很強的吸收作用。由此就可以形成一張基于不同光波波長的吸收光譜。但在實際應用時往往會使用消光光譜，即包括吸收和散射的光譜。

例如，對于粒徑為5～10納米的球形納米金而言，LSPR的波長位于520～580納米的范圍內。也就是說，這種納米金會吸收綠光或黃光，從而呈現出紅色或紫色。

而在這項新研究中，當研究人員將氯金酸按比例加入來自蘇格蘭、日本和美國的15種威士忌時，大部分溶液很快就變成了紅色。當他們透過透射電子顯微鏡觀察這些溶液時發(fā)現，大部分呈現紅色的溶液中都含有球形的納米金，與此同時，它們消光光譜的峰值會出現在530～535納米的范圍內，并且具有相對較窄的半峰寬。相比之下，有一些樣本存在粒徑更大的納米粒子（如80納米），相應的，它們消光光譜的峰值會發(fā)生紅移，且譜峰展寬。這樣一來，它們很有可能會變成更暗的紅色或灰色，而不是鮮亮的紅色。

此外，他們還用水、40%的乙醇和伏特加作為對比，發(fā)現這些液體并不能將氯金酸還原成納米粒子，因此仍然會保持近乎透明的模樣。也就是說，乙醇并不能發(fā)揮還原氯金酸到納米金的作用，而木桶中的熟成過程卻對此至關重要。

接下來，研究人員還利用這種方法，追蹤了一桶威士忌在6年內的熟成過程。他們發(fā)現，新酒（可以認為是0歲時）表現得類似前面測試過的伏特加，然后隨著它不斷成熟，譜峰值會發(fā)生紅移，譜峰也會逐漸展寬。這種變化趨勢表明，在如此長時間的熟化過程中，更多來自木桶的不同物質會浸入威士忌中，從而改變納米金的還原速率和表面穩(wěn)定性。

值得一提的是，木桶中含有一定量的單寧酸。而威士忌的熟化過程可以說就是這種酸的不斷滲入，以及它發(fā)生分解反應的過程——分解產物包括沒食子酸在內的酸，以及醛類。

因此可以粗略地將這些物質進入酒液的速率與納米金的形成相關聯，包括粒子的尺寸、形貌和形成速率，進而將納米金的形成與威士忌的年齡聯系在一起。不過，他們也表示，這些很有可能不是唯一能夠還原納米金顆粒的組分。未來，他們會繼續(xù)研究威士忌中其他可能的還原性物質。

他們還暢想，這種方法或許可以用來設計一種像抗原試劑盒那樣的工具，盡管還有很長一段路要走。