從膠體金到新冠病毒抗原檢測

提到“金”，你首先想到的會是什么呢？想必是元寶、金幣、皇冠、項鏈等等這些黃澄澄、金燦燦的貴重物品吧?？梢姡鹗琴F金屬也是貨幣金屬。另外，金的元素符號是Au，怎么記呢？“哎呦，我的金戒指丟了！”這下記住了吧。 那么金又是什么顏色的呢？黃金，黃金，黃和金相連，金無疑是黃色的了。其實，金并不總是黃色，它可能是紅色、也可能是紫色、還可能是藍色、甚至是黑色。這些不同的顏色與金存在的尺寸和狀態(tài)密切相關——塊體的金是黃色的，納米尺寸的金顆粒粉末是黑色的，而納米尺寸的金顆粒在懸浮液中則表現(xiàn)為上述其它一些顏色。與金的顏色相關的一個著名例子是制造于公元4~5世紀羅馬帝國的Lycurgus杯。這個杯子外觀看上去是綠色的（下圖左），但是當用光照射內部時，它的顏色就變成了紅色（下圖右）。20世紀90年代的科學分析表明，這種雙色現(xiàn)象是由于玻璃杯中含有金納米顆粒。
（圖片來自網(wǎng)絡）

那么金為什么會有這么多顏色呢？這就不得不提到一個名詞，“量子尺寸效應”。說的是，當物質顆粒的尺寸小到一定程度時，它的電子能級將不再連續(xù)，光學、電學、磁學等性質會發(fā)生明顯不同于塊體物質的特殊改變。并且這些性質還會伴隨顆粒尺寸的變化而變化。因此，當黃色的金塊，不斷減小它的尺寸時，顏色就會變得不同尋常起來。 再來說說什么是膠體吧。日常生活中的牛奶和豆?jié){就是膠體，它們看起來是溶液，其實不然，是一種“假”溶液，也就是蛋白質的小液滴分散在水中，被水分子所包裹，而并沒有完全溶解。納米尺寸的金顆粒分散在水中就構成了金的膠體溶液，也稱作金溶膠或者膠體金。膠體金最早見于文獻報道是在1857年，由英國的印刷作坊學徒出身的傳奇物理學家和化學家法拉第制備得到?，F(xiàn)在常用的膠體金制備方法是從20世紀50年代發(fā)展起來的，通常是由檸檬酸鹽與氯金酸溶液反應得到，尺寸約為20納米（1納米大約是一根頭發(fā)直徑的6萬分之一）。 膠體金可以以液體狀態(tài)穩(wěn)定存在，通常為紅色，并且在堿性條件下表面帶負電，可以通過靜電相互作用結合帶正電的物質（通常是蛋白質等生物大分子）。顯然，膠體金有著醒目的顏色，并且可以牢牢抓住其他物質，這兩個特點就決定了它可以在生物化學檢測領域大顯身手。
1971年，來自澳大利亞和英國的兩位科學家首次將膠體金引入了免疫化學研究，1990年美國科學家首次提出了基于膠體金的免疫檢驗方法（免疫層析法），這種方法不需要特殊的儀器設備和復雜的檢驗程序，可以實現(xiàn)快****速便捷的檢測。現(xiàn)在日常生活中可以接觸到的乙肝病毒表面抗原檢測、早孕檢測等就是用的這種方法。 最近新冠病毒引發(fā)的疫情仍在肆虐，除了核酸檢測之外，抗原檢測也得到了廣泛推廣應用。抗原檢測常用的方法就是膠體金免疫層析法，可以自己在家中檢測，方便、快速，而且大家普遍的感受是痛苦較小，鼻拭子和鼻咽拭子的感受可是大不相同哦！ 那么膠體金法新冠病毒抗原檢測又是怎么回事呢？
膠體金法新冠病毒抗原檢測卡實際上主要是由一條吸水紙（成分為硝酸纖維素）構成，好比是一條馬路。這條路上有四個公交站點，第一站是一個包含玻璃纖維的樣品孔（標記為S，即Sample），第二站是膠體金納米顆粒與新冠病毒抗體的結合物，它們通過靜電相互作用緊緊相連，并可以結合新冠病毒抗原，第三站是含有新冠病毒抗體的條帶（標記為T，即Test），這種抗體會與膠體金/新冠病毒抗體/抗原三元復合物形成四元夾心復合物，第四站是含有免疫球蛋白的條帶（標記為C，即Control），它可以與膠體金/新冠病毒抗體結合物產生相互作用形成復合物。檢測卡是全固態(tài)的，但是第二、三和四站的有效物質可以在液體中溶解。 下面讓我們來看看新冠病毒抗原檢測的奇妙之旅吧。 首先將樣本液體滴加在樣品孔中，液體會由于毛細管作用在這條吸水紙上擴散、移動，相當于公交車發(fā)車了。公交車發(fā)車時，可能有乘客，也可能沒有。如果有乘客就是新冠病毒抗原（新冠病毒的一部分，可以引起免疫反應，刺激機體產生新冠病毒抗體，并可以與抗體結合）。 樣本液體經過第二站時會把含有膠體金的新冠病毒抗體結合物溶解，成為粉紅色的溶液，繼續(xù)擴散，這時相當于公交車在這一站上來了一些乘客，并且都穿著紅衣服，其中一位紅衣乘客與始發(fā)站的乘客（新冠病毒抗原）是老朋友，于是坐在一起一路攀談起來。
公交車繼續(xù)開行到了第三站（T），站臺上出現(xiàn)了始發(fā)站乘客（新冠病毒抗原）的另一位朋友（新冠病毒抗體），他在等待自己的老朋友相聚，于是始發(fā)站乘客帶著第二站的紅衣乘客一起下了車，他們三人聚在一起噓寒問暖，站臺上馬上一片紅彤彤，表明了始發(fā)站乘客（新冠抗原）的到來。
這時車上只剩了第二站上車的其他紅衣乘客（膠體金/新冠病毒抗體結合物），他們繼續(xù)前進，到了第四站（C），這里有他的朋友（免疫球蛋白）在等待他，于是他也下了車，站臺上一片紅彤彤。他的順利到站，表明了這趟公交車運營正常，暢通無阻。
如果沒有新冠病毒抗原，也就是沒有始發(fā)站乘客，會怎樣呢？那么這趟公交車空車出發(fā)，到了第二站上來了兩位紅衣乘客，第三站（T）不是他們的目的地，沒有等待他們的朋友，于是不動聲色，繼續(xù)行駛，直至第四站（C）到站下車，與朋友相見，站臺上一片紅彤彤，這也表明了公交車的運營正常。 可見紅衣乘客（含有膠體金的結合物）是這次檢測之旅的重要標記，同時他們能否抵達第四站（C）也是驗證此次檢測是否順利的重要指標。參考文獻：

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本文轉自微信公眾號“化無止境”，并發(fā)表與《科學畫報》。