生命之光

我“天真年少”的时候，总喜欢幻想自己有一些奇怪的超能力，比如随时隐身，自由变形等等。但说实话，我从来没有想过让自己的皮肤变透明。如果这是一种超能力，那听上去可太奇怪了，而且好像没什么用。

但换个角度来看，对医生来说，这可大有用处。从古至今，想要知道一个人的体内发生了什么，从来都不是一件容易的事儿。比如如果能把我们肚子上的一块皮肤变透明，或许就能免于手术，甚至不需要借助昂贵的成像仪器，轻松看穿我们体内的情况。

最近，科学家发现，把一种混合物涂在活小鼠的不同身体部位时，就会让这些地方变透明。不要以为这是什么难得一见的试剂，这种混合物只需要两种再常见不过的物质，水和柠檬黄，也就是一种再常见不过的食用色素。让我们一起来看看这项发表在《科学》杂志上的开创性研究。

为了了解透明，我们先来说说“不透明”。我们都知道，大多数动物的身体都不是透明的，比较著名的透明动物有水母、斑马鱼、玻璃蛙。而我们的身体之所以不透明，主要是因为皮肤组织是一种散射介质，它可以散射光，让照在我们身上的光在不同方向上被反射出去，而无法直接穿过去。

这种散射效应和人体组织的成分有关。我们的身体有许多不同的成分，比如水、脂质、蛋白质等等。这些成分都有不一样的折射率，它们会以不同的方式减缓光在它们之中的传播速度。比如，对可见光来说，水的折射率大概是1.33，而脂质和蛋白质就要更高一些。

在大多数组织中，这些折射率各不相同的成分紧密结合，可见光在穿过时就会发生散射。也正是这种散射效应，让我们觉得它是不透明的。

那么反过来想，想要让活体组织变透明，就得让光能穿过去。而想要光畅通无阻地穿过，关键就在于找到一种方法来减少不同成分的折射率差异。

有了这个基本思路，研究人员又找到了一个重要的光学概念。有一个数学方程，被称为克拉默斯-克勒尼希关系。它描述了一种材料的光吸收与折射率之间的关系。它告诉我们，材料和不同颜色的光之间的互动其实有一种微妙的联系，如果一种材料吸收了更多某种颜色的光，这会改变另一种颜色通过材料的方式。

这并不是一个新发现的方程，几十年前科学家已经注意到了这种关系。而这项新研究就是对这个方程的全新应用。

研究人员选择了一种相当常见、相对安全的食用色素——柠檬黄。它能吸收大部分的可见光，尤其能吸收蓝光和紫外光。如果有机会你可以做个小实验：当将柠檬黄在水中溶解的时候，会产生一种特有的橙红色。这是因为可见光的蓝色部分被吸收了，只留下了橙色到红色的部分。

根据克拉默斯-克勒尼希关系，蓝光的吸收，会让水对红光的折射率从1.33升高到大约1.45。不要小瞧这一点的升高，它恰好达到了和脂质和蛋白质的折射率差不多的数值。这样一来，红光就不会再像之前那样被散射了，整个组织就好像是一种单一成分的均匀材料，看上去也就透明了。

研究人员将含有柠檬黄的溶液涂抹在小鼠身体的不同部位，果然产生了神奇的效果。涂到小鼠的头皮上，他们能看到小鼠脑中的血管；涂在腹部，就能看见肠道；涂在四肢上，就能看到四肢的肌肉纤维。

而一旦染料完全扩散到皮肤中，皮肤就会变得透明。这个过程完全是无创的，也就是说，不需要任何手术。而且这个过程是可逆的，只要冲洗掉残留的染料，或者等到染料经过代谢、通过尿液排出体外，皮肤就会恢复如常。完全不用担心不必要的“隐私泄露”！

研究人员相信，这种染料可以在生物医学研究中大展身手。我们知道，我们没法拿显微镜这样的光学设备直接研究活体的人或动物，因为我们是不透明的，光穿不过去。这项新发现也许可以帮助组织变得透明，让科学家详细观察活体的动态过程，颠覆生物学中的光学成像研究。

目前，这项研究还仅仅在小鼠身上进行过。严格来说，我们还不知道它在人类皮肤上的效果。毕竟，人类皮肤比小鼠的要厚10倍，到底需要多少剂量，或者用怎么样的递送方法，才能让人的皮肤变透明，这些都是很现实的问题。此外，虽然柠檬黄的确相对安全，但它仍然可能存在一定的健康风险，比如过敏。

研究人员正在努力改进这项技术。下一步，他们希望了解多少剂量在人体组织中最有效，同时也希望尝试更多分子，也许就能找到比柠檬黄更好的物质。我们拭目以待！

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

审核：梁前进 北京师范大学生命科学学院 教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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