抗原检测为啥是红杠？相同的原理还可能检测家⾥酒的年龄。早在古埃及和古罗马时期，⼈们就学会了向玻璃中添加特定的⾦属盐来制作彩⾊玻璃。其中最著名的彩⾊玻璃制品之⼀当属公元前4世纪左右制成的莱克格斯杯。它⾼16.5厘⽶，直径13.2厘⽶，如今“躺”在⼤英博物馆的41号展厅⾥，看起来就像⼀个普通的玻璃杯。但它其实是⼀类特殊的玻璃杯——笼形杯。现存的笼形杯⾮常罕见，全世界⼤约有50~100个。
这类杯⼦都有⼀个由⼏何图案组成的玻璃外层，就像外⾯有⼀个铁丝笼包围着杯⼦⼀样，因此被称作“笼形杯”。更重要的是，莱克格斯杯可以呈现出两种颜⾊：它从外⾯看上去是绿⾊的，但是如果特意将光源放在杯内，它就变成了红⾊。这⼀点特别引起材料科学家的注意，他们想知道，当时的玻璃⼤师是如何制作这个杯⼦的，又是如何导致了如此的颜⾊变换？但是，莱克格斯杯对⾃⼰的秘密⼀直“缄⼜不⾔”。
直到1959年，随着化学分析技术的发展，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。
为了证实这个猜想，基于⼤英博物馆在1962年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。布⾥尔拥有物理化学博⼠学位，他对化学和考古学的迷恋相辅相成，毕⽣都投⾝于对古代玻璃化学组成的研究——这是化学专业的⼀种出路。
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年历史的玻璃杯的确含有平均粒径为70纳⽶的⾦属颗粒——要知道1990年时的芯⽚都没有做到这么⼩的尺⼨。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，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、风味和⼜感。不过值得⼀提的是，市场上⼤约90%的威⼠忌都是调和型（blended whisky）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（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。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（Rachel Barrie）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年成为了世界上第⼀位⼥性威⼠忌调酒⼤师（master whisky blender）。
根据2016年的数据，当时全世界总共只有12位享有如此头衔（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（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？“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。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（immunogold labelling）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. Page Faulk）和G. 马尔科姆·泰勒（G. Malcolm Taylor）在1971年第⼀次将胶体⾦引⼊免疫学领域：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。新研究中利⽤纳⽶⾦的⽅法叫做⽐⾊法（colorimetric test）。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。