抗原檢測的工作原理是什么？| 問答
最近大家應(yīng)該都做過
抗原自測
為什么兩道杠就能代表陽性？
C和T分別代表什么意思？
Q1 萊頓弗羅斯特效應(yīng)是什么？
by 鑠鑠
答：
萊頓弗羅斯特效應(yīng)描述的是當(dāng)液體接觸一個(gè)溫度遠(yuǎn)超過其沸點(diǎn)的物體表面時(shí)，氣化速率相比于物體溫度略超其沸點(diǎn)時(shí)反而降低的現(xiàn)象。萊頓弗羅斯特效應(yīng)產(chǎn)生的原因是，液體接觸到這樣一個(gè)高溫表面時(shí)，靠近表面的液體迅速氣化，產(chǎn)生一層有隔熱作用的蒸汽，使剩余液體不與熱源直接接觸，能夠以液態(tài)存在較長時(shí)間。這種只有表面層氣化而液體內(nèi)部不變的狀態(tài)被稱作薄膜沸騰。
萊頓弗羅斯特效應(yīng)有許多有趣的應(yīng)用[2]。比如向熱鍋中撒幾滴水，水會(huì)在鍋表面游走而不氣化；而如果鍋不夠熱，水會(huì)固定在一處沸騰。有經(jīng)驗(yàn)的廚師可以據(jù)此判斷鍋的溫度。此外，一些演示實(shí)驗(yàn)中徒手觸摸液氮也是類似的原理（該實(shí)驗(yàn)存在凍傷風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)勿私下模仿）。
令某種液體產(chǎn)生萊頓弗羅斯特效應(yīng)的溫度被稱為萊頓弗羅斯特點(diǎn)，也就是使液體產(chǎn)生穩(wěn)定的薄膜沸騰的最低溫度。就水而言，萊頓弗羅斯特點(diǎn)受水溫、水中雜質(zhì)含量、高溫固體表面材質(zhì)等因素影響（此處省略一個(gè)復(fù)雜公式，感興趣讀者可以參考文獻(xiàn)[1]）。粗略地說，水在平底鍋上的萊頓弗羅斯特點(diǎn)約193℃。
參考資料：
[1]?https://zh.wikipedia.shutcm.cf/wiki/%E8%8E%B1%E9%A1%BF%E5%BC%97%E7%BD%97%E6%96%AF%E7%89%B9%E7%8E%B0%E8%B1%A1
[2]?https://www.zhihu.com/zvideo/1575533794748157952
by 藏癡
Q2 閉上眼睛看到的是什么顏色？
by 一顆星
答：
眼睛閉上后能看到什么顏色？有時(shí)看到的是真實(shí)的色彩，有時(shí)看到的是幻象。二者相互交融，難以分辨。
當(dāng)你閉上眼睛，眼瞼遮蓋了眼球，如果此時(shí)面向太陽，會(huì)看到淡淡的紅色，這其實(shí)就是眼瞼的顏色。如果面對(duì)著發(fā)出強(qiáng)光的白熾燈閉上眼睛，此時(shí)仍有很多光會(huì)進(jìn)入眼睛，看到的會(huì)是白色。而當(dāng)在光線很暗的環(huán)境里，閉上眼后幾乎沒有光進(jìn)入眼睛，此時(shí)眼睛感覺到的就是黑色。這些都是眼睛真實(shí)看到的色彩。
但有時(shí)候，我們緊緊閉上眼睛會(huì)“看”到色彩斑斕的幻象，例如彩色的圖案或者閃爍的光點(diǎn)，這種在閉眼后看到隨機(jī)顏色的隨機(jī)圖形的現(xiàn)象叫做光幻視。
一種可能造成光幻視的原因叫做視覺后像。例如，在明亮的環(huán)境中突然切斷光源（通過閉眼、關(guān)燈等方式），短時(shí)間內(nèi)視野中還會(huì)殘留一些光斑光點(diǎn)，這種視覺暫留的現(xiàn)象就屬于“視覺后像”的一種。另外，長時(shí)間注視一個(gè)物體，在閉上眼睛后也會(huì)看到視野中保留著一個(gè)對(duì)應(yīng)的幻象。這些現(xiàn)象產(chǎn)生的科學(xué)機(jī)理目前沒有確定結(jié)論，大部分研究認(rèn)為，視覺感受器和相關(guān)神經(jīng)細(xì)胞在光線的刺激終止之后，不會(huì)立刻停止工作，而是會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)保持活動(dòng)，向大腦輸送刺激信號(hào)。
對(duì)于光幻視現(xiàn)象出現(xiàn)另一種可能的解釋是，在視覺形成的過程中，視覺細(xì)胞產(chǎn)生的電信號(hào)，經(jīng)由視覺神經(jīng)傳遞到大腦，大腦才是視覺信號(hào)的受體和產(chǎn)生視覺的部位。在某些情況下，例如眼球受到機(jī)械壓力刺激了視覺神經(jīng)，或是視覺神經(jīng)和大腦自發(fā)產(chǎn)生的興奮信號(hào)刺激視覺皮層，也會(huì)導(dǎo)致人產(chǎn)生看到亮光的錯(cuò)覺。舉個(gè)例子，當(dāng)我們不小心撞到頭部時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“眼冒金星”的現(xiàn)象，這實(shí)際上就是位于大腦后部的視神經(jīng)在被撞擊后產(chǎn)生了錯(cuò)誤的信號(hào)，顯然并不是真的看到了星星。
事實(shí)上，即使是沒有光進(jìn)入我們的眼睛，我們視覺系統(tǒng)中的神經(jīng)元也總是活躍的。即使在睡覺的時(shí)候，丘腦（大腦中負(fù)責(zé)傳遞感覺信號(hào)的部分）、視覺皮層和視網(wǎng)膜也始終處于開啟的狀態(tài)。因此，閉上眼后有時(shí)仍能看到一些幻象是很正常的現(xiàn)象。由于人與人的神經(jīng)的構(gòu)造和對(duì)光線的敏感程度都有差別，不同人能看到的幻象也是不同的。有少部分人就表示，他們能在閉上眼后“看”到非常豐富的奇特景象，不過這種幻象一般是很難受到大腦自主控制的。遺憾的是，答主并沒有這種“特異功能”，如果你有在閉上眼睛后看到奇妙的場景的體驗(yàn)，歡迎到評(píng)論區(qū)來與大家分享！
by Childe
Q3 抗原的工作原理是什么？
by 陽敵
答：
首先我們需要了解常見的可用于檢測病毒的幾種方法，根據(jù)美國食品和藥物管理局(FDA)的授權(quán)，目前約有三種可用于檢測新冠病毒的方法：快速抗原檢測（也稱為即時(shí)檢測）；分子檢測（也稱為核酸擴(kuò)增、基因、RNA或PCR檢測）；抗體測試（也稱為血清學(xué)測試）。
一般來說，我們普通人常接觸的有前兩種，其中（我們?cè)诤怂嵬に?jīng)歷的）實(shí)時(shí)熒光RT-PCR方法非常靈敏并且非常適合診斷急性感染，但它們價(jià)格昂貴，需要使用特殊試劑、設(shè)備和經(jīng)過專門培訓(xùn)的臨床實(shí)驗(yàn)人員，而基于橫向流動(dòng)技術(shù)的快速診斷測試(RDT)價(jià)格低廉，并且允許在非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行患者測試。
至于抗原如何檢測大家最近都有所接觸想必我就不用多說了吧（手動(dòng)狗頭）?？焖倏乖瓩z測是需要患者呼吸道標(biāo)本（通常是咽或鼻拭子）的免疫測定，收集后，將樣本置于提取緩沖液或試劑中，并測試是否存在病毒特異性蛋白質(zhì)（稱為抗原）的一種檢測方法。
現(xiàn)在我們來看其原理的分子機(jī)制，抗原快速檢測技術(shù)基于抗體，這些抗體可以特異性結(jié)合病毒的表面蛋白。這里會(huì)用到三種不同的變體，第一組比較不同，它們會(huì)與一些（比如金）顆粒結(jié)合以用作標(biāo)記（示蹤劑），檢測區(qū)的第二組抗體會(huì)被固定在測試墊上，控制區(qū)的第三組抗體是可以識(shí)別示蹤劑的抗體。當(dāng)含有病毒成分的樣品放在測試墊上時(shí)，它們會(huì)與部分一抗結(jié)合，由于毛細(xì)作用，使得液體向下流動(dòng)，二抗也會(huì)捕獲樣本，我們可以看到，樣本中的抗原靶標(biāo)在固定的測試二抗和自由流動(dòng)的結(jié)合了金膠體的一抗之間架起了一座橋梁。如果當(dāng)經(jīng)過了一抗的分析物通過二抗的測試線時(shí)抗原存在于分析物中，則會(huì)出現(xiàn)可視化線條，如果有足夠多的金結(jié)合抗體被卡住，它們就會(huì)顯示為一條清晰的紅線，未在此處捕獲的病毒成分將流到三抗線那里，那里的三抗可以捕獲被標(biāo)記了的一抗，這樣又會(huì)出現(xiàn)一條紅線。
外在表現(xiàn)即為兩條杠——陽性。
同理，若是沒有病原體的樣品，整體流程也與之差不多，只是經(jīng)過二抗時(shí)不會(huì)與之結(jié)合，這些金結(jié)合抗體會(huì)簡單地流過測試線，流向有三抗的控制區(qū)與試紙條的末端。從而也就少了一條紅線。
外在表現(xiàn)即為一條杠——陰性。
最后，RDT通常不如PCR測試敏感，當(dāng)病毒載量高時(shí)（出癥狀的最初幾天）最準(zhǔn)確。如果抗原陰可以用PCR再次印證，但是如果抗原陽就一定是陽不用分子檢測確認(rèn)，因?yàn)?strong>抗原檢測具有高度特異性。
參考資料：
[1]?https://www.fda.gov/emergency-preparedness-and-response/counterterrorism-and-emerging-threats/coronavirus-disease-2019-covid-19
[2]?Frew, E., Roberts, D., Barry, S. et al. A SARS-CoV-2 antigen rapid diagnostic test for resource limited settings. Sci Rep 11, 23009 (2021)
[3]?Pedro Estrela, Katarzyna M. Koczula, Andrea Gallotta; Lateral flow assays. Essays Biochem 30 June 2016; 60 (1): 111–120.
[4]?https://www.youtube.com/watch?v=VmQmY-_QYWs
by 十七
Q4 為啥會(huì)有接觸電阻？
by 匿名
答：
首先吐槽一下，在進(jìn)行電輸運(yùn)測量中，接觸電阻真的很“煩人”！
對(duì)于接觸電阻產(chǎn)生的主要原因有兩種，一是收縮電阻，二是表面在空氣中形成的膜電阻。收縮電阻的產(chǎn)生是因?yàn)榻佑|面的凹凸不平（即使看起來很光滑，在微米量級(jí)下就會(huì)顯的非常凹凸，除非有三體“水滴”的工藝狗頭）導(dǎo)致兩個(gè)導(dǎo)電金屬的實(shí)際接觸面會(huì)減少很多，那么當(dāng)電流流過這個(gè)接觸面時(shí)導(dǎo)電截面大大縮小，從而導(dǎo)致電阻增加。
膜電阻的產(chǎn)生是因?yàn)榻佑|面在空氣中與氧氣形成的一層導(dǎo)電性很差的氧化物膜，從而導(dǎo)致電阻增大。
最后再給大家說一下導(dǎo)體的接觸形式大體可以分為點(diǎn)接觸，面接觸和線接觸。對(duì)于點(diǎn)接觸收縮電阻占主導(dǎo)地位，而對(duì)于面接觸膜電阻占主導(dǎo)地位。所以實(shí)際情況考慮時(shí)要采用不同的處理方法。
參考資料：
[1] 陳森昌,遲彥惠,張平.電接觸現(xiàn)象和接觸電阻模型的研究進(jìn)展[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2015,36(2):40-44
by iu
Q5 過年點(diǎn)旺火之后為什么火堆周圍的空氣看起來會(huì)變形？
by 蘋初
答：
這個(gè)問題可以從兩個(gè)方面來解釋：一是溫度對(duì)空氣折射率的影響，二是溫度對(duì)空氣流動(dòng)的影響。
首先是溫度對(duì)空氣折射率的影響?；鸲褧?huì)加熱周圍的空氣，形成溫度梯度場。溫度的改變會(huì)影響空氣介質(zhì)的密度和分子動(dòng)能等因素，從而改變介質(zhì)對(duì)光子吸收和發(fā)射的速率，進(jìn)而改變空氣的折射率。在可見光范圍內(nèi)，溫度對(duì)空氣折射率的影響大致可以用下面的公式描述[1]：
當(dāng)空氣介質(zhì)對(duì)光的折射率不均勻時(shí)，光在周圍的空氣中就不會(huì)像在均勻介質(zhì)中一樣直線傳播，而是會(huì)類似水-空氣界面的偏折一樣曲線傳播，從而發(fā)生變形。
其次是溫度對(duì)空氣流動(dòng)的影響。由于火堆周圍的空氣處在非均勻的溫度場中，因此空氣的密度并不均勻?？拷鸲阎醒氲目諝鉁囟雀呙芏鹊?，傾向于向上流動(dòng)。而遠(yuǎn)離火堆的空氣溫度低密度高，傾向于向下流動(dòng)。因此周圍的空氣形成了對(duì)流，加劇了光線傳播的不確定性。
因此，我們看到的火堆周圍的物體通常是變形的。
參考資料：
[1]?https://www.ias.ac.in/article/fulltext/sadh/002/02/0179-0195
by 單身男青年 有意請(qǐng)留言
Q6 避雷針是如何避雷的？
by 匿名
答：
四個(gè)大字：尖端放電！
尖端放電：因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度沿場強(qiáng)方向的變化率與該點(diǎn)的等勢(shì)面的曲率半徑呈負(fù)相關(guān)，曲率半徑越小電場強(qiáng)度越強(qiáng)，對(duì)于導(dǎo)體來說，等勢(shì)面的形狀與導(dǎo)體表面的形狀幾乎一樣，所以導(dǎo)體尖端處等勢(shì)面曲率小，電場強(qiáng)度大。而尖端附近強(qiáng)大的電場就會(huì)讓附近空氣發(fā)生電離造成空氣極易導(dǎo)電，這就叫做尖端放電。
那么把“尖端放電”帶入到避雷針的物理過程是怎么樣的呢？當(dāng)雷雨天氣時(shí)，假設(shè)帶電云層帶負(fù)電荷，高層建筑物會(huì)感應(yīng)出正電荷，由于尖端放電原理，大量電荷只會(huì)聚集到避雷針處，與帶電云層形成導(dǎo)電通路然后把雷電導(dǎo)入大地中。
所以避雷針可以叫“引雷針”更貼切些～
參考資料：
[1]江志東,李云,霍立平,邱實(shí),劉瑋.建筑物尺度對(duì)避雷針防雷性能影響的數(shù)值評(píng)估[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2016,17(3):278-283
by iu
Q7 怎么將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?/span>
by 帝閽
答：
首先要想知道如何將交流電轉(zhuǎn)化為直流電需要提前了解以下概念：
直流電：是指電壓的大小和正負(fù)極方向都不隨時(shí)間（在一定范圍內(nèi)）而變化的電流。
交流電：是指電流方向隨時(shí)間作周期性變化的電流，在一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零。
二極管：是用半導(dǎo)體材料制成的一種電子器件，具有的單向?qū)щ娦阅?。一般來說，對(duì)于普通的二極管，給二極管兩側(cè)加上正向電壓時(shí)，二極管可以通過電流。當(dāng)給二極管兩側(cè)加上反向電壓時(shí)，二極管通過的電流非常小，一般可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為是斷路。
交流電轉(zhuǎn)化為直流電：根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，可?個(gè)二極管組合成整流橋，整流橋就可以將交流電轉(zhuǎn)為直流電。
簡單來說交流電變直流電就是：交流電—整流（就是4個(gè)二極管組合起來把正負(fù)電壓變成單向的）—濾波（修正波形使其平滑）—穩(wěn)壓（固定輸出）—直流電。主要分為整流階段和濾波階段。整流階段：
當(dāng)在正半周期時(shí)，電流通過整流橋時(shí)如下圖所示：
當(dāng)在負(fù)半周期時(shí)，電流通過整流橋時(shí)如下圖所示：
通過整流橋后的電壓波形變化如下圖所示：
濾波階段：
給電路中加入一個(gè)電容，電路中加入電容的作用就是起濾波作用。因?yàn)榻?jīng)過整流橋直接整流過的電壓還不夠平滑，所以還需要濾波電路電壓進(jìn)行修正。濾波電路作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，波形變得比較平滑，從而獲得穩(wěn)定的電壓。最終將交流電被轉(zhuǎn)化為直流電。
參考資料：
[1]?https://m.elecfans.com/article/1806943.html
[2]?https://www.bilibili.com/video/av544092991/
[3]?https://blog.csdn.net/qq_36347513/article/details/120721636
by 掃地僧
Q8 為什么酸堿中和滴定圖像中，越接近反應(yīng)終點(diǎn)pH變化速率越快？
by 匿名
答：
我們可以定量計(jì)算一下這個(gè)問題。如果我們考慮使用
濃度的氫氧化鈉溶液滴定
體積的濃度
為濃度的鹽酸，可以計(jì)算溶液pH值和加入的氫氧化鈉溶液的體積的變化關(guān)系（忽略溶液混合前后的體積變化）。此時(shí)溶液中只有
、
、
、
四種離子，它們應(yīng)該滿足電荷守恒
水中的氫離子濃度和氫氧根例子濃度的乘積應(yīng)該等于水的離子積
又因?yàn)闅溲趸c和氯化氫在水溶液中完全電離，所以鈉離子和氯離子濃度應(yīng)該為
根據(jù)這些方程就可以計(jì)算得到氫離子濃度的表達(dá)式
溶液的pH值為氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)
。這樣我們可以畫出溶液的pH值隨著滴入氫氧化鈉溶液的體積的變化（假設(shè)
）
從圖中可以很明顯的看出，在
的時(shí)候，pH的變化速率非?？?，此時(shí)也正好對(duì)應(yīng)于化學(xué)計(jì)量點(diǎn)。從數(shù)值上分析，造成pH變化速率非?？斓脑蚴?，水自身的電離實(shí)在是太微弱了，或者說水的離子積
實(shí)在是太小了，一般我們?nèi)?img type="latex" class="latex" src="https://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=K_%5Cmathrm%7Bw%7D%3D10%5E%7B-14%7D%5C%20%5Crm%20mol%5E2%5Ccdot%20L%5E%7B-2%7D" alt="K_%5Cmathrm%7Bw%7D%3D10%5E%7B-14%7D%5C%20%5Crm%20mol%5E2%5Ccdot%20L%5E%7B-2%7D">。我們可以做一個(gè)簡單的估算來體會(huì)一下
這比純水電離的氫離子濃度
仍然高出了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以此時(shí)溶液的氫離子濃度可以近似為
，換算成為pH為4.3。也就是說，對(duì)于100mL的水來說，僅僅需要一滴0.1mol/L的鹽酸就可以實(shí)現(xiàn)pH從7到4.3的變化，這是非常劇烈的。
by Paarthurnax
#本期答題團(tuán)隊(duì)
藏癡、Childe、十七、iu、單身男青年 有意請(qǐng)留言、掃地僧、Paarthurnax
#點(diǎn)擊這里或識(shí)別下方二維碼快速提問
編輯：牧羊
