多力多滋玉米脆片中的染料可以使老鼠变得透明

X 射线眼镜和隐形斗篷是科幻和幻想的产物，但有时科学比小说更离奇。一种食用染料可以使某些苏打水和零食呈现出标志性的橙色，它使老鼠皮肤几乎完全透明，这是一种可逆的、可能无毒的研究方法，可以改变医学和科学成像。根据 9 月 5 日发表在《科学》杂志上的一项研究，由于一种违反直觉的基本物理原理，柠檬黄（也称为黄色 5）可以暂时使生物组织在肉眼下透明。

到目前为止，这项新发现背后的科学家已经利用这种方法观察了小鼠完整腹部的器官，瞥见了啮齿动物头骨周围的脉动血管，并通过显微镜获得了异常清晰的肌肉组织视图。随着安全性和有效性的进一步研究，该方法可能会激发新的科学发现，促进显微镜技术的发展，并改善医学诊断策略和治疗方法。

“我一看到它就惊呼，‘天哪，这太具有革命性了’，”伦敦帝国理工学院高级讲师兼生物光子学研究员克里斯托弗·罗兰兹 (Christopher Rowlands) 说道。罗兰兹没有参与这项研究，但在担任这项研究的审稿人后，他撰写了一篇相关观点文章。“在光学领域，我们花费了大量时间试图将 [我们对组织的观察能力] 提高 20% 或 50%。而这些家伙的出现将这个界限缩小了 10 倍。”罗兰兹说，目前最先进的光学成像（即非侵入性、不依赖辐射）技术可能允许科学家看到活体组织几毫米的内部，但新方法可以使肉眼看到深度超过 1 厘米的细节。“这不是魔术，但仍然非常强大，”他补充道。

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方法很简单。简而言之，根据研究，在几分钟内将柠檬黄溶液按摩到无毛小鼠的皮肤上或使用微针疗法可实现“可见光谱红色区域的完全光学透明”。洗掉染料，皮肤就会恢复到自然的不透明状态。

“生物组织，比如皮肤，通常不透明，因为光线穿过它们时会发生散射，”本文共同资深作者、斯坦福大学生物工程师 Guosong Hong 说道。他解释说，动物肉是不同物质的基质，主要是水和脂肪，这两种化合物会以不同的角度折射光线。正常情况下，光粒子或光子穿过组织时会从水粒子移动到脂质粒子，四处弹跳，走一条漫长而曲折的路径，而且经常被沿途与之碰撞的众多分子之一吸收。

但 Hong 表示，柠檬黄染料通过对蓝色波长的光的强吸收，将水的折射率改变为更接近脂肪的折射率。这是通过一种称为 Kramers-Kronig 关系的基本物理原理实现的，该原理规定波（如光波——既是粒子又是波）是可预测信号的结果。因此，光子可以穿过皮肤，就像组织是同质的一样。它走一条更短的路径，避免了所有增加光吸收可能性的反弹和角度变化，最终照亮了老鼠的内部。

这一过程中涉及的物理概念非常基础，罗兰兹告诉《大众科学》杂志： “我很后悔自己没有想到这一点。这是显而易见的时刻之一，但你需要别人先告诉你。回想起来，这非常有意义。”他补充说，这是“基础理解的胜利”，这表明当对理论的深刻理解与现实世界的实验相结合时，会发生什么。

Hong 和他的同事通过模拟不同染料如何改变光在组织中的传播方式，找到了精确的方法。他们选定了黄色 5 号和其他一些颜料作为提高透明度的候选材料。然后，他们在混合了二氧化硅颗粒的液体、生鸡胸肉、活老鼠和其他老鼠组织样本中对其进行了测试，测量了染料分散的速度和深度。他们进一步将染料与其他光学显微镜技术相结合，表明酒石黄可用于改进现有技术。最后，他们进行了初步毒性分析，寻找啮齿动物测试对象的短期和长期影响，并跟踪老鼠通过尿液和粪便从体内清除染料的速度。科学家们确定，黄色 5 号会在 24 小时内穿过人体，几乎不会引起炎症或刺激，并且表现出“最小的全身毒性”。

然而，该方法还不够完善，比如无法让整只活鼠隐形，也无法让我们立即看到人类腹部的内部结构。首先，黄 5 只能渗透到组织中一定深度，因此，如果没有针对性的输送策略和对最佳浓度的精细理解，它在透过较厚、渗透性较差的肉体（如人类肉体）进行成像时就不那么有用。此外，Rowlands 指出，虽然这种染料可以减少光子散射，但并不能完全消除光子散射。在组织越厚的情况下使用，得到的图像就会越暗、越不清晰。最后，虽然初步的毒性评估结果不错，但 Rowlands 并不确定通过进一步测试，酒石黄在长期内是否会完全无害。“我怀疑，将那么多的任何东西倒入活体生物体内都会产生一些实质性的影响，”他说。

洪也指出，还需要进行更多的安全研究。他告诉《大众科学》杂志： “我们强烈反对在人体皮肤上尝试这种技术，因为染料分子在人体中的毒性，尤其是局部使用时，尚未得到充分评估。”

Hong 表示，如果 Yellow 5 染料确实被证明在人类局部应用中是安全的，那么它最终可能会用于多种用途，例如早期皮肤癌检测、简化难以发现静脉的常规抽血过程、加快激光纹身去除速度或增强光热癌症治疗。然而，即使零食染料技术仍然仅限于实验室小鼠，它也为我们提供了一个比以往更好的窗口来观察最常用的模型生物之一。“在短期内，它是一种研究工具，”Rowlands 表示，他预计这项发现很快就会取得巨大进展：例如，对完整小鼠大脑进行光学成像。“如果那不是一篇论文（一年内），我会吃掉我的帽子。”