日本首次开卖中国研发的15分钟新冠检测试纸，它是什么原理？_风闻

【本文由公众号“把科学带回家”提供，ID：steamforkids】

在这场席卷全球的疫情中，邻国传来了好消息。

从本月16号开始，日本开始发售一种新冠快速检测试纸，这种试纸只需要15分钟就可以给出检测结果，检测精度为95%。

有了这种试纸以后，就可以在机场、火车站、学校或者工厂等人流量大的地方对疑似病人进行快速检测。

这是日本首次销售这种新冠检测试纸。该试纸是日本化工巨头倉敷紡績（Kurabo Industries Ltd）生产的，而研发单位则是该企业在中国的商业伙伴（倉敷紡績并没有透露这个中国合作伙伴的名字）。

该试纸盒的价格是2.5万日元，合1638元。倉敷紡績打算首先向研究和检测单位供应这种试纸盒，产能预计能达到每天1万份。

我们之前介绍过，新冠病毒的核酸检测过程比较复杂（点我查看详情），需要受过训练的专业人士操作，从取样到给出结果要花数小时。和病毒核酸检测相比，这种试纸更为经济高效。

被新冠病毒感染后，人体会产生特异性的抗体 IgG。

但是，快速检测试纸并不检测病毒核酸本身，而是检测人体是否出现了针对新冠病毒的抗体 IgG。

IgG 的发音是爱GG，也叫免疫球蛋白G，是人的血液中含量最高的一类免疫球蛋白，它具有特异性，也就是说不同的病毒（或其他什么病原体）会诱发人体产生配套的 IgG。

倉敷紡績的新冠抗体 IgG 检测试纸操作和结果示意图 图片来源：倉敷紡績

如果你身体里出现了新冠病毒的 IgG，那就说明你GG了感染了新冠病毒，那么你就会看到试纸上出现了中队长的双杠；反之如果没有中招，就会看到小队长的单杠，这和普通的验孕棒有点像。

回到我国。实际上，国家药监局在2月22日就应急审批通过了3家企业的检测产品，其中就包括原理类似的2种试剂盒。

浙江东方基因生物制品股份有限公司也在最近公布了新型冠状病毒 IgM/IgG 抗体检测试纸（胶体金法）。根据东方基因的说法，目前全世界有20个国家向其订购了试纸。

这种原理，就叫做侧流免疫层析技术（LFIA）。日本的这种试纸属于夹心一步法的侧流免疫层析技术。夹心法的侧流免疫层析技术被广泛用于血液、乳汁、尿液、血清、植物的汁液以及食品中特定化合物的快速检测。我们具体来看看它的原理。

当你的血液样本被滴在试纸盒上时，首先会被过滤一波。多层纤维会过滤掉更大的红血球。

你可能会问，为什么要过滤红血球？这是因为防止红色的红血球干扰检测结果，也就是那两根红线。

接着，滴入缓冲液。缓冲液会推动血浆沿着试纸向前方的胶体金垫扩散（层析）。

顾名思义，胶体金垫上有金，不过这是一种特殊的纳米金——胶体金标记试剂（gold conjugated antibodies）。胶体金标记试剂就是头顶检测物质的纳米金颗粒，它们可以和新冠抗体 IgG 结合，成为金标结合物。

涌来的血浆中的物质（白色）和胶体金垫上的胶体金标记试剂（红色）接触，新冠抗体 IgG 会和纳米金颗粒上的分子结合。

接着，金标结合物会顺应毛细作用，向试纸另一端扩散。

图片来源：proteometech

流着流着，它们就会经过两排站岗检测的物质——检查线和对照线。

检查线和对照线是能够捕捉胶体金的不同物质。成功捕捉后，它俩就会显色变红，这样就可以给出检测结果了。

携带新冠抗体 IgG 的纳米金颗粒（有红球的Y）被检查线（蓝色和绿色的Y）拦截。这里有两种检查线是因为检查了两种不同的抗体。日本的试纸只检查一种。

其中，检查线是专门为新冠病毒 IgG 抗体准备的。在检查线上，新冠病毒 IgG 抗体可以和检查线结合，而 IgG 还吸着纳米金小球球呢，所以纳米金就在检查线上聚集起来，使检查线发红。

新冠抗体 IgG （类似狗骨头的短棒）和检查线上的特异性物质（红色凸起）结合，并和纳米金标记试剂（红色圆球）结合。纳米金聚集，使检查线发红。

如果没有新冠病毒 IgG 抗体经过，那么就不会有纳米金在检查线上聚集，检查线自然也不会发红。

对照线（紫色）可以和多余的纳米金颗粒（黑红头的）结合，如果对照线发红，说明操作无误。

被检查线拦下一波后，剩余的纳米金小球球继续往前流动，被对照线拦截。如果对照线变红，就说明前方检查线拦下的纳米金小球球确实是因为新冠 IgG，而不是因为什么奇怪的原因集体卡在那边过不来。

当然，如果只有对照线变红，而检查线没有变红，那就说明测试本身合规，但样本是阴性的。

你可能想问，为啥用的是金，但是检查线和对照线却是红色的而不是金色的呢？

实际上，这种红色是一个特殊的物理现象——表面等离子共振（surface plasmon resonance）的结果。

金属有一种特别的性质，那就是入射光会被金属表面的电子吸收，这些电子会发生共振，形成表面等离子体（surface plasmon），并反射出相应波长的光。

对于金这种元素来说，如果金纳米颗粒直径很小，比如在30纳米左右，那么表面等离子体就会吸收波长为450纳米的光，反射光看起来就是红色的。

反之，如果直径变大，那么红光会被吸收，反射光看起来就偏蓝。如果金纳米颗粒直径更大，那么表面等离子体吸收的波长就进入红外区域，反射的是大部分可见光，这种情况下金纳米颗粒看起来就是透明的。

不同直径的金纳米颗粒的颜色和金箔（右）的对比 图片来源：sustainable nano

在侧流免疫层析法中，使用的金纳米颗粒直径比较小，它们反射的是红光。不过在浓度比较低的情况下，它们的红色看起来并不浓艳。

这也是检查线和对照线是条状的原因。条状线可以把金纳米颗粒聚集起来，变成一条红杠。

要注意的是，虽然检测很快很方便，夹心一步法侧流免疫层析试纸也有不少缺点。

首先，如果被检测的病人体内的抗原（如病毒）浓度过高，反而会给出阴性的结果，奇怪吧。

这种假阴性被叫做钩状效应（hook effect），它也是侧流免疫层析法的老毛病了。为了对抗钩状效应，现在出现了一种大队长试纸——三条杠，它利用的是竞争免疫反应。相信小学生不会有兴趣的我就不讲了。

其次，日本的这种试纸检测的 IgG 抗体是在人体发生感染后的一段时间出现的，所以不太适合感染初期的检测（出现时间稍早的 IgM 抗体也一样）。

新冠抗体IgM和IgG的出现时间和峰值示意图 图片来源：pharmact-health.com

也是因为这个原因，初期的新冠病毒感染还是要依靠核酸检测。2月24日，华大基因下属子公司深圳华大因源总经理陈唯军在接收财新采访时表示，在新冠肺炎病人发病早期，核酸检测方法仍是最有效的检测途径，“人体感染新冠肺炎后，并不会立即产生抗体。胶体金法抗体检测并不适合早期筛查。”

但好消息是，由于 IgG 抗体在感染发生后可以持续多年，为人体提供多年保护，所以 IgG 抗体检测可以充当事后诸葛亮的作用，和核酸检测互补。

目测在日本马上要出现一批奇怪的精神小伙，他们拿着一根奇怪的棒棒，互相关切地询问：“你有了吗？”