让皮肤透明的普通染料【梦幻】

一种普通的食用染料涂抹老鼠，使它们的皮肤透明 通过一种微妙的效果，奇多零食中的一种黄色色素使光线能够直接穿过组织

要观察皮肤下的情况，医生们依赖于一系列昂贵的成像技术——X射线、超声波、磁共振成像、内窥镜等。然而，一组材料科学家找到了一种更简单的方式至少可以透视小鼠体内的器官。研究人员今天在《科学》杂志上报告说，通过应用一种常见的色素可以使动物的皮肤暂时变得透明，从而揭示下面的器官。（万一你仍然有食欲：这种色素正是给零食食品Cheetos着色的那种。）

东京大学的生物学家Hiroki Ueda没有参与这项工作，他说：“这在我们的领域里简直是个梦想。”尽管这项技术远未准备好用于人类，他说，但它可能在研究中立即得到应用。

任何曾经用手遮住手电筒的孩子都知道，光会让你的手指变红，但不会提供关于骨头、肌肉和血管内部的清晰图像。这是因为组织散射光线，使其不会从手电筒直线射出。

这种散射之所以发生，是因为生物组织是材料的混合物。每种透明材料都有一个所谓的折射率，这是光在真空中的速度与材料中光速的比值。光在水中的传播速度是在真空中的四分之三，使得水的折射率为1.33。空气的折射率略高于一。当光穿过不同折射率的材料时，其路径会弯曲。这与让你眼镜中的镜片将光聚焦到你的视网膜上的原理相同。

在组织中，构成细胞膜的脂质的折射率约为1.4，高于周围的水。因此，细胞就像一个个随机排列的透镜一样，向各个方向散射光线。现有技术可以通过去除脂质留下水凝胶来使组织甚至整个小鼠变得透明，让光线穿过而不散射。但由于这些技术破坏了细胞膜，它们不能应用于活体动物。

斯坦福大学的材料科学家Guosong Hong及其同事有一个不同的想法。他们不是通过去除脂质使样本的折射率与水相匹配，而是提高样本中水的折射率以匹配脂质和许多蛋白质的折射率。他们计算得出，一种叫做酒石黄的黄色合成染料能将光减速至恰到好处的速度。酒石黄已获得美国食品药品监督管理局的批准，用于染色包括多力多滋和酷爱在内的一系列食品，因此研究人员预计它对生物组织使用是安全的。

通常情况下，给水添加颜色会使它变得不那么透明。但是由于这种染料既吸收蓝光又减缓光速以减少水和脂质之间的折射不匹配，组织允许红色和橙色光穿过而不散射，使其对这些颜色变得透明。Hong表示：“水和脂质在化学上仍然不同，但是光看不见这一点，并且可以非常容易地穿透。”

当研究人员剃掉小鼠的毛发并在裸露的皮肤上按摩染料后，这项技术只需几秒钟就能创造出一个橘色调的生物彩色玻璃窗，透视动物的内部。突然间，他们能够观察到每只动物的心脏跳动以及其消化系统推动食物通过肠道。

使用显微镜，Hong的团队还观察了其他组织，包括小鼠剃毛腿中的肌肉纤维，这通常只能通过在动物皮肤中植入内窥镜才能看到。他们甚至将染料擦在小鼠的裸露头皮上使其变得透明。借助于深红色荧光染料的帮助，研究人员可以看到大脑最外层神经元的激活。（由于小鼠的头骨非常薄，所以天生半透明。）最终，这样的窗口可以让研究人员在小鼠进行正常行为或执行任务时观察大脑的活动。

研究人员用水冲洗掉染料后，皮肤的自然颜色恢复，小鼠在几周后被处死前没有任何明显的副作用。

Hong表示这项技术仍有局限性。因为窗口是橘色的，大多数荧光染料无法透过它们看见。另一个问题是组织的厚度。在初步研究中，Hong的团队发现皮下注射酒石黄可以让研究人员看到更深的结构。最后，染料无法补偿血液中铁含量丰富的血红蛋白和某些与水和脂质折射率不同的蛋白质，因此这些组织不会被染料变透明。

尽管如此，该领域的其他研究人员对这项技术的潜力感到兴奋。“我觉得这项研究很有趣，”慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的神经科学家Ali Ertürk说。然而，他表示，在这项技术可以用于人或作为医学的一部分之前，研究人员需要更好地了解身体如何排除染料，以及与其他非侵入性方法（如超声波）相比，这项技术的好处是否大于风险。

Hong表示，他的实验室现在正在筛选大量的分子库，以识别一些能够吸收紫外线的分子，这将使团队能够在活体皮肤下看到更广泛的颜色范围。“找到适合不同应用的分子将会非常令人兴奋。”