X 射线眼镜和隐形斗篷是科幻和奇幻小说中的素材，但有时科学比小说更离奇。一种有助于为某些汽水和零食赋予标志性橙色的食用染料，能在研究中将小鼠皮肤变得几乎完全透明，这种方法可逆且可能无毒，有望彻底改变医学和科学成像。由于一个反直觉的基础物理原理，酒石黄（也称为黄色 5 号）可以暂时使生物组织对肉眼透明，正如 9 月 5 日发表在《科学》杂志上的一项研究所述。
到目前为止，这项新发现背后的科学家们已经使用该方法观察了小鼠完整腹腔内的器官，瞥见了啮齿动物头骨周围搏动的血管，并能通过显微镜极其清晰地观察肌肉组织。随着进一步的安全性和有效性研究，该方法可能会激发新的科学发现，促进显微镜技术的进步，并改进医学诊断策略和治疗。
“我立刻看了它，然后说，‘天哪，这简直是革命性的！’”伦敦帝国理工学院的高级讲师兼生物光子学研究员 Christopher Rowlands 说。Rowlands 没有参与这项研究，但在他作为该研究的审稿人后，为该研究撰写了一篇配套的观点文章。“在光学领域，我们花费大量时间试图将（穿透组织的深度）提高 20% 或 50%。这些人出现了，他们将界限消除了 10 倍。” Rowlands 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观察到活体组织几毫米深处，而新方法可以让肉眼看到一厘米多深处的细节。“这不是魔法，但它仍然非常强大，”他补充道。
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该方法很简单。简而言之，根据研究，在几分钟内将酒石黄溶液按摩到无毛小鼠皮肤上，或使用微针，可在“可见光谱的红色区域实现完全光学透明”。洗掉染料后，皮肤会恢复其自然的不透明状态。
“皮肤等生物组织通常不透明，因为光线在穿过它们时会被散射，”斯坦福大学生物工程师、该研究的共同资深作者Guosong Hong说。他解释说，动物组织是由不同材料组成的基质，主要是水和脂肪，这两种化合物以不同的角度折射光线。在正常情况下，穿过组织的粒子或光子，会从一个水分子移动到另一个脂肪分子，被弹来弹去，走一条漫长而曲折的路径，并且常常被沿途碰撞的许多分子吸收。
但 Hong 说，酒石黄染料通过其对蓝光的强大吸收，使水的折射率变得更接近脂肪。这是通过一个称为克拉默斯-克罗尼希关系的基本物理原理实现的，该原理规定波（如光——既是粒子也是波）是可预测信号的结果。因此，光子可以几乎像组织是均匀的一样穿过皮肤。它走的路程更短，避免了所有增加光吸收可能性的弹射和角度变化，最终照亮了小鼠的内部。
Rowlands 告诉《大众科学》：“这个过程中涉及的物理概念非常基础，以至于‘我真该死，我怎么没想到’。”“这是显而易见的时刻之一，但你需要别人先告诉你。回顾起来，这非常有道理。”他补充说，这是“基本理解的胜利”，它表明了深入理解理论与实际实验相结合会发生什么。
Hong 和他的同事们通过模拟不同染料如何改变光在组织中的传播方式，找到了他们精确的方法。他们重点关注黄色 5 号和其他几种颜料作为提高透明度的候选物。然后，他们在与二氧化硅颗粒混合的液体、生鸡胸肉、活体小鼠和其他小鼠组织样本中进行了测试，测量染料扩散的速度和深度。他们还将染料与其他光学显微镜技术结合使用，表明酒石黄可用于改进现有技术。最后，他们进行了初步的毒性分析，观察了实验啮齿动物受试者的短期和长期影响，并追踪了小鼠通过尿液和粪便清除染料的速度。科学家们确定，黄色 5 号在 24 小时内通过身体，引起轻微的炎症或刺激，并显示出“最小的全身毒性”。
然而，该方法尚未完美，例如，它无法使整只活体小鼠隐形，也无法立即让我们看到人类腹腔的内部运作。首先，黄色 5 号只能穿透一定深度的组织，因此如果没有靶向输送策略和对最佳浓度精细的理解，它对于成像穿透较厚、渗透性较差的组织（如人类的组织）将没有那么有用。此外，Rowlands 指出，尽管染料减少了光子的散射，但并未完全消除它。你使用的组织越厚，最终的图像就越暗，越不清晰。最后，尽管初步的毒性评估结果良好，但 Rowlands 对酒石黄长期来看是否完全无害持怀疑态度，还需要进一步的测试。“我怀疑将那么多任何东西倾倒入活体生物都会产生一些实质性的影响，”他说。
Hong 也指出，还需要更多的安全研究。“我们强烈建议不要在人类皮肤上尝试这种方法，因为染料分子在人体内的毒理学，尤其是在局部应用时，尚未得到充分评估，”他告诉《大众科学》。
如果黄色 5 号染料对人类外用被证明是安全的，它最终可能被用于各种用途，例如早期皮肤癌检测、简化对静脉难找者的常规抽血过程、加速激光纹身去除，或增强光热癌症治疗，Hong 说。然而，即使这种零食染料技术仍然局限于实验小鼠，它也为我们提供了比以往任何时候都更深入了解最常用的模式生物之一的窗口。“短期内，它是一种研究工具，”Rowlands 说，他预计这一发现将很快带来重大进展：例如，对完整小鼠大脑进行光学成像。“如果一年内这篇论文发不出来，我就会吃我的帽子。”
