东京奥运会和残奥会在即，但对于国际体育比赛至关重要的兴奋剂检测系统的故事却很少报道。
2016年上届里约奥运会，俄罗斯被指控系统性使用兴奋剂，引发了大问题。由于情况没有好转，他参加东京奥运会的可能性不大。
影响运动员和体育组织未来的兴奋剂检测实际上是如何进行的？
如何确保其科学依据？
如何检测违禁药物？
蓝背队考察队参观了2018年在米乐m6官方网站开设的“兴奋剂检测标准研究实验室”。
实验室位于计量标准中心材料测量标准研究部实验室主任是高级首席研究员 Toshihide Ihara。尽管伊原先生的部门名字很刺耳，但他的举止却很柔和，缓解了我的紧张情绪。
先生井原
井原先生告诉我的第一件事是一个意想不到的故事。
“实际上，我们并不进行兴奋剂检测。尿液和血液分析是由专门的分析机构进行的。我们为分析违禁兴奋剂物质提供了一把尺子。”
什么是量尺？
例如，伊原先生将用于识别睾酮的物质进行了比较，睾酮是一种肌肉增强剂，作为一种“测量”。这是因为没有精确的量尺，就无法进行严格的分析。
探险队成员只是想象可以将运动员收集的尿液放入机器中并做出判断，但测试机制似乎很复杂。让我们再次回顾一下兴奋剂检测过程。
我不知道它属于谁。检查尿液和血液
兴奋剂测试是通过让专门的测试人员收集运动员的尿液或血液样本来进行的，然后将其带到实验室进行分析。分析者不知道样本属于哪个玩家。它有一个非常严格和公平的制度。
兴奋剂检查图片照片由 Adobe Stock 拍摄
兴奋剂禁用物质已被公开，有数百种。即使与1968年奥运会第一次兴奋剂检测时指定的约30个物种相比，可以想象，兴奋剂之争已变得极其复杂。
最近，有这样的新闻。
11年前的2019年5月，2008年北京奥运会4x100米接力银牌被授予四名日本运动员。一名获胜的牙买加运动员被发现服用兴奋剂违规，因此他的排名从铜牌升至银牌。
您可以看到四位获得银牌的运动员脸上的困惑：麻原伸治、高平慎司、末次真吾和冢原直树。
为什么会发生这种情况？
当使用先进的分析技术重新检查时
这只能归功于违禁掺杂物质分析技术的进步。
根据奥运会等指定赛事，分析实验室需要将样本保存 10 年。如果参赛运动员随后在另一场比赛中出现兴奋剂违规行为，则可以检查以前国际比赛的样本，这就是用于此目的的存储期。
如果分析技术同时进步，将有可能检测出在收集样本时无法检测到的非法物质。这就是为什么会出现10年后奖牌被剥夺的情况。
照片由 Adobe Stock 拍摄
分析专家表示，如果违禁药物的数量增加十倍，分析技术就必须提高十倍甚至一百倍。
世界反兴奋剂机构 (WADA) 判定兴奋剂违规行为。它于1999年由国际奥林匹克委员会（IOC）等成立，是世界上唯一推动反兴奋剂活动的国际组织。
根据世界反兴奋剂机构的建议，国际奥委会将决定运动员的资格和其他处罚。它的权威如此之大，以至于在上届里约奥运会上，它认为俄罗斯是国家资助的欺诈行为，并暂停了许多运动员的比赛。我仍然记得世界反兴奋剂机构决定将这项运动排除在东京奥运会之外，国际奥委会也决定效仿。
分析机构可能被取消资格
为了进行严格的兴奋剂测试，WADA 还对分析违禁兴奋剂物质的实验室进行审查，并要求每年多次进行认证测试。
目前，世界上有 29 至 30 个获得认可的分析机构，其中包括日本LSI 媒体由于兴奋剂检测不仅关系到运动员的生命，还关系到一个国家的声誉，因此分析机构的审查也非常严格。
除了俄罗斯实验室被取消资格外，其他实验室也未能通过认证考试，实验室数量从几年前的35个减少。此外，由于审查的严格性，分析机构可能会撤销其认证。
WADA 每年进行 300,000 次兴奋剂检测。这将由世界各地的分析机构共享。
日本分析机构将在 2020 年东京奥运会和残奥会上发挥核心作用。相关准备工作已经开始。
每种物质成分的精确分析
让我们回到井原先生的故事。
据说它提供了检测违禁兴奋剂物质的“措施”。
“为了检测物质，例如违禁兴奋剂药物，您必须为每种物质准备一个秤。一个秤无法同时测量肉类和蔬菜。如果您想检测睾酮，请准备一个睾酮秤。这不仅限于兴奋剂测试，在化学分析领域也是如此。”（井原先生）
不同的尺度被用来测量物质的每种成分！？这是一件大事，不是吗？
“没错。例如，肉店的秤本身并不知道 100 克的重量。您将 100 克的重量放在秤上，并将秤设置为 100 克。
此过程的技术术语是“校对”。我们定期进行这种校准，以检查秤是否正确。”
现在想起来，去年的探险是在AIST这里“公斤原型机”改版的故事时，我也听到了校对这个词。
一公斤以“国际公斤原型”为基础，由铂铱制成，已使用 130 年。修改公斤原型的想法是用物理常数替换该原型，并于 2019 年 5 月实施。
国际公斤原型的 3D 渲染iStock 拍摄
超市的秤也会定期使用以 1 公斤为单位的精密砝码进行校准。
化学比物理更麻烦
我们是否需要对每种物质的每种成分进行这样的校准？
“有必要。无论是农药残留还是兴奋剂检测，如果不能准确检测出违禁物质，检测就没有意义了。
如果尺子不准确，以原始值的一半作为参考值，则检测到的值将是原来的两倍。即使是安全的人也可能最终违反兴奋剂规定。这就是为什么拥有一把准确的测量尺如此重要。”
这是一个无法通过精确复制单个权重来创建的世界。
``物理科学家经常感到惊讶。为什么我们不能只使用``公斤原型''？但这就是化学的麻烦之处（笑）：我们需要为不同的物质创建不同的原型。
每种物质的这种量尺称为“标准材料”。我们的工作就是创建和分发它。”
因此，您的工作涉及制作用于测量化学物质的复杂砝码。
“是的。事实上，自从我加入该工厂以来，我一直在生产标准材料。”
生产一种标准材料需要两年时间
事情是这样的，伊原先生一边说，一边拿出一个指尖大小的小瓶子。一种粉末状物质装在一个高度遮光的瓶子里，看起来像是放在科学室上锁的架子上。
睾酮量表
“这款产品花了两年多的时间才推向世界。这就是睾酮，它是一种违禁兴奋剂药物，但其他物质一般需要一到两年的时间。”
有很多类型的工作，每件都需要一到两年的时间这是一项需要耐心的工作。难道不能像药品一样批量生产吗？
“需要时间来评估其准确性。例如，如果您以 998% 纯度的证书出售它，则必须编写一份证书来表明 998% 的准确性。”
如果有一位“了解化学品的上帝”就好了……
如何检查这种准确性？
“如果有一个对化学很了解的神说‘这是100%纯睾酮’’就更容易了（笑），但当然不可能，我们也没有办法，只能自己研究并发表声明。
具体来说，我们寻找杂质以证明 100% 纯度。我们使用各种测量仪器来确定是否有杂质。这是一个非常耗时的过程。”
井原先生笑得好像他拥有了一个“麻烦的家伙”。
“简而言之，这就像捡起肉眼看不到的垃圾，而你别无选择，只能销毁它。”
标准材料创建何时以及如何开始？
公司从1996年开始制定有机化合物标准物质。虽然制定国家标准是一项重要的工作，但却很不起眼。你是怎么开始的？
“我们制造的第一个东西是乙醇”
当您说乙醇时，您是指酒精吗？
“你做过吗？在警察检查站，警察要求你‘吹气’。这是酒精呼气测试。”
照片由 Adobe Stock 拍摄
需要3000多种标准材料！
事实上，在此之前，日本并没有可以被视为乙醇原型的标准材料。由于这无法进行准确的酒精测试，因此首先创建乙醇标准物质并将其用作量尺来进行测试。
换句话说，30 年前和今天的酒精测试准确度存在差异。
“即使是纯化的乙醇也不是100%纯净的。当然，还残留有水，而且还含有乙醇以外的酒精等各种杂质。可以通过做把戏、捡垃圾来做到这一点。乍一看似乎很愚蠢，但这是世界各地都在做的事情。当然，只有有耐力的国家才能做到，所以可能不到10个国家。”
乙醇之后产生的许多标准物质也已用于各种分析。
“污染、农药、环境问题……需要标准物质来衡量。需要超过3000种标准物质。例如，仅《食品卫生法》规定的农药清单就约有800种。如果需要两年时间来创建一种标准物质，需要多长时间……这令人难以置信。”
用完后从头开始再生
问题在于，一旦标准物质被制成并在瓶子中使用，每次打开盖子时其质量都会下降。当然，当实际用于分析时，瓶中的内容物会减少。
“如果有人告诉我再做一个，因为它已经消失了，我必须从头开始重复相同的过程。为了尽可能减少这个过程，我还会重新检查瓶子中的物质并延长有效期。”
为了减轻如此沉重的负担，人们开始尝试用新技术来代替捡垃圾的繁重工作。
这是什么？
将“观看级别”从分子升级到原子
“我们将使用一种称为 qNMR（定量 NMR）的分析方法，它是 NMR（核磁共振）原始技术的演变。让斋藤君解释一下 qNMR。”
先生伊原向我介绍了坐在我旁边的一位年轻研究员。我是研究员 Naoki Saito。
先生齐藤
“传统方法（例如捡拾垃圾时的色谱法）会观察化学物质的“分子”。另一方面，qNMR 可以让您看到构成分子的“原子”。这可以实现更通用的测量。”
先生齐藤随意地提高了显微镜的放大倍数。无论如何，我们谈论的是看不见的世界。
“如果您知道某种物质的分子结构，您还可以找出该分子上附着有多少个氢原子。qNMR 是一种计算氢原子的技术。它不再像过去那样捡起垃圾，而是查看“最爱”，这样您就可以快速准确地确定物质成分的含量。”
随着qNMR的出现，分析瓶中标准物质是否保持其有效性，即校准，已经取得了长足的进步。据说这是一项突破性技术。
“因为我们有这个速度，所以我们可以应对像奥运会这样需要在短时间内出检测结果的情况。事实上，直到去年，我们对兴奋剂检测一无所知。但因为我们有这个技术，所以我们能够参与到支持兴奋剂检测的工作中。” （井原先生）
qNMR是负责调查兴奋剂的“特殊任务”单位的王牌。
“无法使用的技术”
令人惊讶的是，qNMR 是一项一度几乎从世界上消失的技术。
该技术本身是在美国提出的，在2000年代，世界各地的计量机构都用它来竞争测量标准材料的纯度。然而，由于两国都没有达到预期的精度，该技术被视为“不可用的技术”而被拒绝。
然而，井原先生和他的同事对日本产生的测量值充满信心，并且相信 qNMR 的巨大潜力，继续他们的研究。
在2010年的一次对比测试中，曾发生过一些“事件”，各国坚持传统方法，接连漏掉大量“垃圾”，但qNMR却能不受此影响，得出正确的测量结果。起初，每个人都持怀疑态度，认为这不可能是真的，但后来，伊原和他的同事使用不同的测量方法发现了这大块“垃圾”。他们证明垃圾确实扰乱了每个国家的数字。
自获得认可以来，qNMR 现已成为一项标准技术。
“国际比较测试，各国测量标准组织齐聚一堂，对我们来说就像奥运会。如果测量值不好，那个国家的可信度就会下降。”
这项技术又引发了一场国内危机。
大家可能还记得，2009年日本民主党上台时，有一个叫做“商业排序”的东西。事实上，当时这项技术是保密的，经济产业省的五年项目在第一年就结束了。
这场危机也是通过国内工程师的坚韧克服的。
“每家公司都捐了钱，每个人都带着午餐继续研究。这都是因为这项技术感觉像是未来。” （井原先生）
如何快速准确地测量
qNMR现已成为国际标准技术，将应用于支持奥运会兴奋剂检测的技术中。
qNMR
距离东京奥运会和残奥会仅剩几个月，当前的挑战是“使用量”和“速度”。
“我们希望能够使用比以前更少的量来准确测量标准物质的纯度，这意味着减少使用量。我们希望将其增加到目前数量的五分之一左右。” （齐藤先生）
``标准材料毕竟很贵。Zara有一些1克要100万到200万日元。
它是如此宝贵，如果我们每次用 qNMR 测量时都使用大量，那将是一场灾难。首先，即使减少用量，我们也需要能够测量纯度。如果你在奥运会期间用完了量尺，你就会陷入与时间的赛跑。测量速度也很重要。''（井原先生）
根据 WADA 规定，通常有 10 天的测试时间，但在奥运会期间，这一时间可以大大压缩，可能短至 24 小时。如果在颁奖之后才公布测试结果，排名发生变化，这将不可避免地让运动员和观众感到困惑。
如何处理不减少的积极反应
世界反兴奋剂机构 (WADA) 每年 1 月都会发布禁用物质清单。现在这个数字已经超过300并且还在持续增加。
兴奋剂、类固醇、生长激素、避免被发现的掩蔽剂、血液替代品……兴奋剂使用者使用的药物以及掩盖它们的技术变得越来越复杂。
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那些想要违法的人正在寻找新的漏洞，而试图阻止他们的监管者正在堵塞漏洞。这就是为什么兴奋剂被称为“猫捉老鼠”。
每一次，违禁药物的数量都会增加，测试也会变得更加严格。偶尔有报道称，有人因意外摄入感冒药中含有的违禁物质而未能通过兴奋剂检查，但这种“意外服用兴奋剂”的情况被认为每年只发生几十次左右。
待测物质数量持续增加
换句话说，大多数案件都是故意的兴奋剂违规行为。每年进行的约 300,000 次测试中，超过 1% 继续产生阳性结果。
奥运会后战斗仍在继续
出于这个原因，世界反兴奋剂机构正在努力积极主动地进行测试，以防止兴奋剂逃逸。为了加强对未来可能出现的禁用物质的检测体系，标准材料也正在准备中。
“2015年，水质检测方法进行了修订，现在正在使用合适的尺子。2018年，《反兴奋剂活动促进法》颁布。未来，越来越多的情况会使用准确的尺子。我很高兴，但我也认为，会有更多需要毅力的工作（苦笑）”（井原先生）
先生即使东京奥运会和残奥会结束后，伊原和他的同事们仍将继续工作。
先生伊原先生（右）和齐藤先生（左）