出品：科普中国

作者：郭菲（烟台大学）

监制：中国科普博览

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不久前，在斯坦福大学的实验室里，科学家们小心翼翼地将一种淡黄色的溶液涂抹在实验小鼠的皮肤上。短短几分钟后，令人难以置信的一幕发生了——小鼠的皮肤逐渐变得透明，体内跳动的心脏、蠕动的肠道清晰可见。更神奇的是，当他们用清水冲洗掉这种溶液时，皮肤又恢复如初。

这项突破性的发现于2024年9月6日发表在顶级学术期刊《科学》上，立即引起了全球科学界的轰动。这一发现不禁让人想起H.G.威尔斯1897年的科幻小说《隐形人》，更重要的是，它为生命科学研究开辟了一个全新的领域。

光线与皮肤的相互作用可以令皮肤变“透明”

（图片来源：参考文献1）

寻常物质中的非凡发现

这种能让生物组织变透明的神奇物质，竟是我们日常生活中随处可见的食用色素——柠檬黄，这种食品添加剂为许多食品、饮料甚至是化妆品和日用品带来鲜艳的色彩。谁能想到，这个平凡的色素分子竟藏着如此不平凡的秘密？

科学家们的第一个实验对象是普通的鸡胸肉。当他们将不同浓度的柠檬黄溶液滴在薄片的鸡胸肉上时，一个奇妙的变化开始发生：随着溶液的渗入，原本不透明的肉片逐渐变得通透，放在下面的字迹清晰可见。实验的初步成功给了研究团队极大的信心，也为后续的活体实验奠定了基础。

经过染料处理后的薄鸡肉片

（图片来源：参考文献1）

接下来的活体实验更是令人振奋，当柠檬黄溶液涂抹在小鼠的头部时，大脑表面纵横交错的血管网络清晰可见，科学家们可以直接观察到血液在血管中的流动；涂抹在腹部时，内脏器官的蠕动尽收眼底，甚至可以看到肠道的收缩运动；涂在四肢时，甚至能观察到肌肉纤维的精细结构。这种前所未有的观察方式，让科学家们仿佛获得了一双透视眼。

小鼠腹部皮肤在溶液处理后变得透明

（图片来源：参考文献1）

最令人惊喜的是，这种透明化效果是完全可逆的。用清水冲洗掉染料后，组织会在短时间内恢复原状。研究还发现，残留在组织中的染料会在48小时内随着新陈代谢自然排出体外，这意味着这项技术具有极高的生物安全性。这种可控性和安全性，是此前任何组织透明化技术都无法比拟的。

小小一滴柠檬黄，为何有如此神奇的魔力？

皮肤为什么是不透明的？这要从光的行为说起。我们的皮肤组织中充满了水分、脂肪和蛋白质等不同成分，它们就像镶嵌在一起的无数微小镜片，每种成分对光的折射程度都不同。当光线试图穿过皮肤时，会在这些不同“镜片”的交界处发生折射和散射，最终让皮肤呈现出不透明的状态。

而这项新技术的奇妙之处源于克拉默斯-克朗尼希关系，一个一百年前就被发现的物理定律：如果一种物质在某个波长的光下表现出强烈的吸收性，那它就能影响其他波长光的折射行为。

科学家们发现柠檬黄分子会强烈吸收蓝色光波段，调节水溶液折射率的本领。当柠檬黄溶解在组织的水分中后，就能巧妙地将水分的折射率调整到与周围脂肪、蛋白质的折射率相匹配。

这样一来，光线就能像穿过一块完整的玻璃那样，畅通无阻地穿过组织。这种源自物理学的精妙机制，在时隔百年后，终于在生命科学领域找到了革命性的应用。

小鼠皮肤变透明的原理示意图

（图片来源：参考文献1）

开创性的技术突破

这项发现之所以如此重要，在于它彻底改变了我们观察生命的方式。在此之前，科学家们想要观察生物体内部，要么需要进行手术切开组织，要么要依赖X射线、核磁共振等昂贵的医疗设备。即便是现有的组织透明化技术，也往往需要使用高浓度的化学试剂，如甘油、糖类或酸性溶液**。这些方法要么会造成细胞脱水和炎症，要么只能用于死亡的样本，无法观察活体内的动态过程。**

而这种基于柠檬黄的新技术，就像给生命装上了一扇魔法窗户。它不仅安全、可逆，而且操作简单，成本低廉。最重要的是，它能够在不影响生命活动的情况下，让我们直接观察活体内部的动态变化。这就好比我们过去只能通过快照了解生命，现在却可以观看一部生动的纪录片。该技术不需要复杂的设备，只需要一种普通的食用染料，就能让我们看到此前难以观察到的生命现象。

未来的无限可能

这项技术的发现犹如打开了一扇通向未来的大门。在基础研究领域，它将帮助科学家们更好地了解生命体内的各种过程。比如，研究人员可以直接观察神经元的活动，了解大脑如何处理信息；可以观察血管的形成和生长，研究癌症的转移机制；甚至可以追踪免疫细胞的运动，揭示免疫系统如何抵抗疾病。

如果这种新技术在人体上被证明有效，或许会在人手上呈现出此类效果

（图片来源：Keyi ‘Onyx’ Li/U.S. National Science Foundation）

**在医疗应用方面，**这项技术的前景更是令人期待。它可能帮助医生更准确地进行静脉注射，因为血管的位置将清晰可见；可能提高微创手术的精确度，因为医生将能够直接看到深层组织；甚至可能为癌症的早期诊断和治疗提供新的方法，因为它能让我们更容易发现异常的组织变化。

在药物研发领域，这项技术也可能带来革命性的变化。研究人员可以直接观察药物在活体内的分布和作用，了解药物如何影响各个器官，这将大大加快新药的开发过程。此外，这项技术还可能用于生物工程领域，帮助科学家们开发更好的组织工程产品。

前途光明但道路可能仍然漫长

当然，要将这项技术应用到人体上还需要克服不少挑战。人类的皮肤比小鼠厚得多，大约是其十倍，这意味着需要研究更有效的染料渗透方法。同时，**虽然柠檬黄作为食品添加剂已经被证明是安全的，但用于皮肤透明化时的安全性还需要更多研究。**此外，对于骨骼等硬组织的透明化效果如何，以及能否实现更深层组织的透明化，都还需要进一步探索。

一个世纪前的物理学定律在今天找到了崭新的应用一样，科学的魔力往往在意想不到的地方展现。从某种意义上说，这项技术实现了科幻小说中的一个梦想。也许在不久的将来，医生们就能通过这扇“生命之窗”，更好地了解和治疗各种疾病；科学家们也能借此揭示更多生命的奥秘。

参考文献：

1.ZIHAO OU et. al., Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules

来源: 中国科普博览

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