抗原检测为啥是红杠，还可以检测酒的年龄？

王怡博

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，它与白酒、伏特加、朗姆酒、白兰地和金酒一起并称为世界六大蒸馏酒。顾名思义，蒸馏酒比其他类型的酒多一个蒸馏的工艺过程。另外，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）。例如，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——必须是橡木桶，而不能是其他类型的木桶——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。

不过值得一提的是，市场上大约90%的威士忌都是调和型（blendedwhisky）的。这主要是因为世界上没有哪两个单桶威士忌是一样的，即便严格控制制备条件。因此对于一家酒厂而言，如何保证一种威士忌的品质不变是一项巨大的挑战。

对此，调酒大师（masterblender）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。在这个过程中，他们最有力的武器就是他们的鼻子，或者说嗅觉。而为了使自己的嗅觉和味觉更加灵敏，他们大多需要10年左右的修炼才有可能成为一名调酒大师。

蕾切尔·巴利（RachelBarrie）表示，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。而她作为一名分析化学家所接受的培训便派上用场了——这是化学专业的另一个出路。巴利是英国爱丁堡大学化学系的毕业生，在2003年成为世界上第一位女性威士忌调酒大师（masterwhiskyblender）。根据2016年的数据，当时全世界总共只有12个享有如此头衔（威士忌调酒大师）的人。

如果走进她所在的实验室，你很有可能会看到一瓶瓶酒液——它们大多是来自蒸馏厂等待质量测试的样本。在这里，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。此外，想要测试酒龄，就需要随着酒的熟成连续从木桶中取液，以此跟踪分析酒液的成熟情况，判断是否可以装瓶或混合。

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（WillPeveler，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？

“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，它的表面帶负电，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。

除此之外，验孕棒会出现红杠也是因为其内含的纳米金。这其实是一种基于免疫胶体金（immunogoldlabelling）的免疫层析法（immunochromatography）。而免疫胶体金是英国的两位科学家W.佩奇·福克（W.PageFaulk）和G.马尔科姆·泰勒（G.MalcolmTaylor）在1971年第一次引入免疫学领域：他们用胶体金吸附兔抗沙门氏菌抗血清作为一种标记，然后在透射显微镜（TEM）下利用这种结合物来检测沙门氏菌。

但还有一个问题在于，这些测试中为什么会出现红色？

纳米金的颜色

金属可以看作一种特殊的等离子体。随着金属的尺寸减小到纳米尺度，它的比表面积增大，电子能级也会呈离散分布。在一定波长光的照射下，金属纳米粒子的自由电子很有可能会发生集体振荡，即局部表面等离子体共振（LSPR）。这时，入射光子的频率与这些电子的振荡频率相当而产生共振，从而使这些纳米粒子对给定波长的光产生很强的吸收作用。由此就可以形成一张基于不同光波波长的吸收光谱。但在实际应用时往往会使用消光光谱，即包括吸收和散射的光谱。

例如，对于粒径为5～10纳米的球形纳米金而言，LSPR的波长位于520～580纳米的范围内。也就是说，这种纳米金会吸收绿光或黄光，从而呈现出红色或紫色。

而在这项新研究中，当研究人员将氯金酸按比例加入来自苏格兰、日本和美国的15种威士忌时，大部分溶液很快就变成了红色。当他们透过透射电子显微镜观察这些溶液时发现，大部分呈现红色的溶液中都含有球形的纳米金，与此同时，它们消光光谱的峰值会出现在530～535纳米的范围内，并且具有相对较窄的半峰宽。相比之下，有一些样本存在粒径更大的纳米粒子（如80纳米），相应的，它们消光光谱的峰值会发生红移，且谱峰展宽。这样一来，它们很有可能会变成更暗的红色或灰色，而不是鲜亮的红色。

此外，他们还用水、40%的乙醇和伏特加作为对比，发现这些液体并不能将氯金酸还原成纳米粒子，因此仍然会保持近乎透明的模样。也就是说，乙醇并不能发挥还原氯金酸到纳米金的作用，而木桶中的熟成过程却对此至关重要。

接下来，研究人员还利用这种方法，追蹤了一桶威士忌在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。