人类的身体是不透明的。事实上，大多数哺乳动物的身体，都不是透明的。只有水母、斑马鱼、玻璃蛙等动物，才有着透明的身体。
“让身体变透明”，这听起来可能有些奇怪，但它实际上对医学研究很有帮助。因为观察一个人体内的情况，从来都不是件容易的事。如果我们的身体是透明的，那么就可以在不进行活体组织检查这样的侵入性手术，亦或是使用昂贵的成像仪器的情况下，轻易地看到看穿我们的身体，诊断器官的疾病。
现在，在一项开创性的新研究中，一组研究人员发现，通过将水和一种常见的食用色素——柠檬黄（FD&C Yellow #5）的混合物涂在活体小鼠的不同身体部位时，这些部位变得透明了。这一奇妙的发现发表在了近期的《科学》杂志上。
改变折射率
我们的身体之所以不透明，主要是因为我们的皮肤组织是一种散射介质，它可以将光散射，使得照射在我们身上的光在不同方向上被反射，无法直接穿过。
这种散射效应与人体组织是由许多不同的成分（水、脂肪、蛋白质等）组成的有关。这些成分具有不同的折射率，它们会以不同的方式减缓光在其中的传播速度。例如，对可见光来说，水的折射率约为1.33，而脂肪和蛋白质则更高。
在大多数组织中，这些成分都紧密的交织在一起，使得当可见光在穿过时会发生散射。也正是这种散射效应，我们的眼睛会将它们解读为不透明的有色生物材料。如果光能穿过这些组织，那么我们的身体就可以是透明的。
这让研究人员意识到，如果要使活体组织变透明，关键就在于找到一种方法来减少这些不同成分的折射率差异，这样光就可以畅通无阻地穿过。
一种常见的食用色素
在这新的研究中，研究人员受到了一个重要的光学概念的启发——克拉默斯-克勒尼希（Kramers–Kronig）关系。这个数学方程描述了一种材料的光吸收与折射率之间的关系，它表明光的颜色不是相互独立的，而是相互关联的：如果一种材料更多地吸收了某种颜色的光，那么这种吸收就会改变另一种颜色通过它的方式。
新研究是对这个已有几十年历史的方程的新应用。在新的实验中，研究人员选择了一种常见的食用色素——柠檬黄。
新研究的第一作者欧子豪手持一管柠檬黄溶液。（图/utdallas）
柠檬黄是美国食品药品监督管理局（FDA）认证的九种食用颜色添加剂之一，它能吸收大部分的可见光，尤其能吸收蓝光和紫外光。当将其溶解在水中时，会产生特有的橙红色。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，会使水对红光的折射率从1.33升高到与脂肪和蛋白质相当的1.45左右。当折射率匹配时，红光就不会再像之前那样被散射，它在水中的传播方式将与在脂肪中一样。如此一来，整个组织看起来就像是个一个单一的、均匀的材料，看起来变得透明了。
通过将水和柠檬黄混合在一起，研究人员使小鼠的皮肤变得透明了。这一现象之所以发生，是因为溶解在水中的柠檬黄改变了溶液的折射率，使溶液的折射率在某种程度上与组织成分（如脂类）的折射率相符。这个过程是可逆的，它或许能帮助科学家直接观察血管和内部器官。（图/Dr. Zihao Ou; schematics created with BioRender.com）
在新的小鼠实验中，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。当他们把它加到小鼠的头皮上时，他们可以看到小鼠脑中的血管；当他们把它涂抹在小鼠的腹部时，他们看见了小鼠的肠道；当他们把它涂抹在小鼠的四肢上时，他们看见了四肢上的肌肉纤维。
他们发现，一旦染料完全扩散到皮肤中，皮肤就会变得透明。整个过程都是无创的，不涉及任何组织的切除或手术。而且这个过程是可逆的——一旦用水冲洗掉残留的染料，或者等扩散到皮肤中的染料经代谢后通过尿液排出体外，皮肤就会恢复正常的不透明度。
动画描述了组织在涂抹了柠檬黄后变透明的过程，以及未来在人体上进测试时可能出现的效果。（图/Keyi "Onyx" Li/U.S. National Science Foundation）
“透明”的未来
当看到这样的研究结果时，研究人员首先想到的是它能如何用于改善生物医学研究。我们知道，如显微镜等光学设备，并不能直接用于研究活体人类或动物，因为光不能穿过活体组织。新的发现或许可以帮助让组织变透明，使科学家能够看到更详细的动态，彻底改变生物学中现有的光学成像研究。
目前，这项研究只在小鼠身上进行过。研究人员表示，他们尚且无法预测它在人类皮肤上能发挥怎样的作用。人类的皮肤比小鼠的厚10倍，对于需要多大的剂量以及使用何种递送方法才能穿透人类皮肤，仍是未知的。此外，虽然柠檬黄是一种已获得批准的食用染料，但它仍可能存在一定的健康风险，比如会引起过敏反应等。
对此，研究人员表示他们正在努力改进这项技术，使其可以应用于人类组织。他们的下一步研究将包括了解什么剂量的染料分子在人体组织中最有效，以及试验是否存在其他分子能比柠檬黄更有效地发挥作用。研究人员希望，有朝一日，这一发现能激发出新的、有助于改进现有医学成像研究方法的技术。
#创作团队：
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
https://new.nsf.gov/news/window-into-body-invisible-skin
https://news.utdallas.edu/science-technology/yellow-dye-solution-transparent-skin-2024/
https://theconversation.com/yellow-food-dye-can-make-living-tissue-transparent-these-methods-could-one-day-improve-cancer-treatment-blood-draws-and-even-tattoo-removal-236746
https://news.stanford.edu/stories/2024/09/using-a-common-food-dye-researchers-made-mouse-skin-transparent
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm6869
#图片来源：
封面图&首图：Alice Kitterman/U.S. National Science Foundation
