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科普——可乐新冠抗原检测阳性的真相和原理

发布时间:2022-04-22

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近日疫情严峻,已有上千万居民在家完成了抗原自测。对于这种新奇的自己捅鼻子戳嗓子的检测方式,也激起了无数网友的好奇心。下面这张图网络流传已久,各种液体都被当成了小白鼠,本期榕嘉在线将在上一篇《科普——抗原检测、核酸检测和抗体检测》的基础上,进一步为大家介绍抗原检测以及揭示可乐变阳性的真相。

 

 

其实这份好奇心不是国内网友独一份,早在欧盟和北美开始躺平居家自测开始,已有无数外国网友脑洞大开,英国甚至发生了学生借此假装阳性翘课在家的闹剧。德国图宾根大学医学院教授整理了所有测试,于2021年10月发了篇简报在期刊(IF=3.62)International Journal of Infectious Diseases上,把脑洞转化成了学术。

 

 

从这篇文献入手,图宾根大学医学院Thirumalaisamy P Velavan教授用可乐在内的11种饮料(可乐、红牛、芬达、气泡水、橙汁、白兰地、伏特加等等)分别滴入检测条,除了健怡可乐和零度可乐外,其余所有饮料均呈现阳性(下图1),这一点和国内网友大部分实验结果一致。但科学家显然不仅限于此,第二次实验中,以上的11种饮料先等比例加入试剂缓冲液后,再次滴入检测条,这一次结果显示正常(下图2)。科学家们还实验了使用化学物质(包括乙酸、无菌和无水酒精)进行测试,结果并未出现阳性。最后教授提出这些饮料的pH值影响了实验结果,当pH值经过缓冲液稳定后,结果不再受影响。

 

这篇文章引出了一个概念:pH值,接下来我们将结合抗原的检测原理来阐述可乐变阳的真相。

 

 

 

抗原检测的原理

抗原检测的是新冠表面的N蛋白,全称核衣壳蛋白,是由呼吸道分泌物中复制的病毒产生,是新冠病毒主要表达的结构蛋白之一。用鼻咽拭子采样后,将拭子放入样本提取液缓冲管里,挤压旋转,取出拭子后盖上盖子,按说明书要求在卡式检测器的样品孔中滴入四滴液体进行检测。

 

卡式检测器如下图所示,分为样品孔、连接垫、共轭垫和吸收垫。连接垫上固定着胶体金标记的抗新冠病毒抗体(抗体1),如果标本中含有新冠病毒N抗原,将会在此处与抗体1结合;共轭垫上有两条硝酸纤维素膜,分别为测试线(Test,T线)和质控线(Control,C线),测试线上固定着单克隆抗新冠病毒抗体(抗体2),质控线上固定着单克隆抗-胶体金标记抗体(抗体3),胶体金纳米粒子聚集会吸收和散射光,导致红色出现,因此可作为视觉指示器,最后吸收垫使得样品能在测试条上移动。

 

 

当混合液滴入样品孔后,此时T线和C线会发生4种情况:

1. 阳性:混合液会因为毛细作用向前渗透(比如卫生纸吸水现象),当到达第一个连接垫时,抗原会与胶体金标记的抗体1相结合,继续向前,在测试线上,抗体2会抓住N抗原,形成抗体1-抗原-抗体2夹心复合物,同时胶体金形成红色的色带,被人们读取识别。复合物继续向前到达质控线,抗体3识别抗体1,胶体金再次呈现红色色带。

2. 阴性:混合液滴和抗体1一起向前渗透,到达测试线时,由于无抗原结合抗体1和抗体2,因此无色带出现,但不论阴性阳性,在质控线上,抗体3均能识别到抗体1,出现红色色带。

 

3. 无效:不论T线是否红色,C线均不显色。

 

 

总结来说,阳性是T线和C线红色,表明标本阳性以及试剂盒正常;阴性是C线红色,表明标本阴性以及试剂盒正常;无效是C线和T线均无显示或仅T线红色,证明试剂盒本身有问题,可联系厂家。

 

可乐阳性的真相

 

因此,新冠抗原检测其实就是通过抗原抗体结合原理来测阴阳性,所以正常来说只要不含有新冠病毒N抗原,检测结果都应该是阴性。那回到之前的问题,难道真的是可乐中携带了病毒么?

开头的文献已提示了pH对整个实验结果的重要性,而我们实验时使用的缓冲液试剂管除了充当转移媒介外,还起到调节pH值的作用。缓冲液中一般包含PBS、Brij58、超纯水等)。PBS通常有固定的盐分浓度,主要成分是NaCl,同时还有一对由Na2HPO4和KH2PO4组成的缓冲对,能够在加入一定量其他物质时减缓pH的改变,在pH5.8-8.0范围内均有较强的缓冲能力,使得缓冲液始终保持在pH7.4。满足这种关系的一对酸和碱称为共轭酸碱(conjugate acid-base pair),酸给出质子后就成为碱,碱接受质子后就变成酸。

由于蛋白的相互结合主要靠氢键结合力、静电引力、范德华力、疏水作用等,因此任何盐分浓度的改变及pH环境的变化,都会引起抗体抗原产生非特异性结合,从而造成假阳性或假阴性结果。

因此当可乐橙汁苏打水等这些pH值过高或过低的饮料直接滴入检测器中时,实验检测环境的pH=7.4被破坏,例如橙汁pH在3和4之间,各种复杂成分也会导致胶体金异常析出在T线沉淀,造成假阳性结果。

 

而参照图宾根大学实验,如果将这些饮料先等比例混入缓冲液,如能通过共轭酸碱作用调节pH值到7.4,则结果显示正常,若超出pH调节范围,仍然会因为pH和盐分浓度的改变,蛋白质电性发生变化,造成异常结果。

 

结  论

 

综上所述,饮料中的复杂化学成分和pH酸碱度改变了试剂的盐分浓度,破坏了实验环境,导致了胶体金的异常析出,最终造成假阳性或假阴性结果。所以大家在进行抗原检测的时候,还是需严格按照规范流程进行,避免异常结果出现。

 

其实这种检测方法大家都不陌生,和验孕棒是一个技术原理,只是验孕棒已经太过常见,没有人会好奇的用可乐橙汁苏打水去实验有没有怀孕,而核酸抗原检测对大家来说还是一个新东西,好奇心激发了无限脑洞。但好奇的背后还是需尊重科学,遵循原则,配合抗疫,人人有责。

 

 

参考文献:

1. How to use a COVID-19 antigen rapid test with soft drinks? Thirumalaisamy P Velavan, Srinivas Reddy Pallerla, Peter G Kremsner,Int J Infect Dis. 2021 Oct; 111: 28–30. Published online 2021 Aug 18. doi: 10.1016/j.ijid.2021.08.023

2. 龚跃法,郑炎松,陈东红等编著. 有机化学. 武汉:华中科技大学出版社, 2012.02.

 

 

作者:润达榕嘉市场部  杨觐瑜博士

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