一眼把你望到底！科学家如何把皮肤变透明

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(de)方(fāng)变(biàn)透(tòu)明(míng)。不(bù)要(yào)以(yǐ)为(wèi)这(zhè)是(shì)什(shén)么(me)难(nán)得(de)一(yī)见(jiàn)的(de)试(shì)剂(jì)，这(zhè)种(zhǒng)混(hùn)合(hé)物(wù)只(zhǐ)需(xū)要(yào)两(liǎng)种(zhǒng)再(zài)常(cháng)见(jiàn)不(bù)过(guò)的(de)物(wù)质(zhì)，水(shuǐ)和(hé)柠(níng)檬(méng)黄(huáng)，也(yě)就(jiù)是(shì)一(yī)种(zhǒng)再(zài)常(cháng)见(jiàn)不(bù)过(guò)的(de)食(shí)用(yòng)色(sè)素(sù)。让(ràng)我(wǒ)们(men)一(yī)起(qǐ)来(lái)看(kàn)看(kàn)这(zhè)项(xiàng)发(fā)表(biǎo)在(zài)《科(kē)学(xué)》杂(zá)志(zhì)上(shàng)的(de)开(kāi)创(chuàng)性(xìng)研(yán)究(jiū)。

为(wèi)了(le)了(le)解(jiě)透(tòu)明(míng)，我(wǒ)们(men)先(xiān)来(lái)说(shuō)说(shuō)“不(bù)透(tòu)明(míng)”。我(wǒ)们(men)都(dōu)知(zhī)道(dào)，大(dà)多(duō)数(shù)动(dòng)物(wù)的(de)身(shēn)体(tǐ)都(dōu)不(bù)是(shì)透(tòu)明(míng)的(de)，比(bǐ)较(jiào)著(zhe)名的(de)透(tòu)明(míng)动(dòng)物(wù)有(yǒu)水(shuǐ)母(mǔ)、斑(bān)马(mǎ)鱼(yú)、玻(bō)璃(lí)蛙(wā)。而(ér)我(wǒ)们(men)的(de)身(shēn)体(tǐ)之(zhī)所(suǒ)以(yǐ)不(bù)透(tòu)明(míng)，主要(yào)是(shì)因(yīn)为(wèi)皮(pí)肤(fū)组(zǔ)织(zhī)是(shì)一(yī)种(zhǒng)散(sàn)射(shè)介(jiè)质(zhì)，它(tā)可(kě)以(yǐ)散(sàn)射(shè)光(guāng)，让(ràng)照(zhào)在(zài)我(wǒ)们(men)身(shēn)上(shàng)的(de)光(guāng)在(zài)不(bù)同(tóng)方(fāng)向(xiàng)上(shàng)被(bèi)反(fǎn)射(shè)出(chū)去(qù)，而(ér)无(wú)法(fǎ)直(zhí)接(jiē)穿(chuān)过(guò)去(qù)。

这(zhè)种(zhǒng)散(sàn)射(shè)效(xiào)应(yīng)和(hé)人(rén)体(tǐ)组(zǔ)织(zhī)的(de)成(chéng)分(fēn)有(yǒu)关。我(wǒ)们(men)的(de)身(shēn)体(tǐ)有(yǒu)许(xǔ)多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)成(chéng)分(fēn)，比(bǐ)如(rú)水(shuǐ)、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(dàn)白(bái)质(zhì)的(de)折(zhé)射(shè)率(lǜ)差(chà)不(bù)多(duō)的(de)数(shù)值(zhí)。这(zhè)样(yàng)一(yī)来(lái)，红(hóng)光(guāng)就(jiù)不(bù)会(huì)再(zài)像(xiàng)之(zhī)前(qián)那(nà)样(yàng)被(bèi)散(sàn)射(shè)了(le)，整(zhěng)个(gè)组(zǔ)织(zhī)就(jiù)好(hǎo)像(xiàng)是(shì)一(yī)种(zhǒng)单(dān)一(yī)成(chéng)分(fēn)的(de)均(jūn)匀(yún)材(cái)料(liào)，看(kàn)上(shàng)去(qù)也(yě)就(jiù)透(tòu)明(míng)了(le)。

研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)将(jiāng)含(hán)有(yǒu)柠(níng)檬(méng)黄(huáng)的(de)溶(róng)液(yè)涂(tu)抹(mǒ)在(zài)小(xiǎo)鼠(shǔ)身(shēn)体(tǐ)的(de)不(bù)同(tóng)部(bù)位(wèi)，果(guǒ)然(rán)产(chǎn)生(shēng)了(le)神(shén)奇(qí)的(de)效(xiào)果(guǒ)。涂(tu)到(dào)小(xiǎo)鼠(shǔ)的(de)头(tóu)皮(pí)上(shàng)，他(tā)们(men)能(néng)看(kàn)到(dào)小(xiǎo)鼠(shǔ)脑(nǎo)中(zhōng)的(de)血(xuè)管(guǎn)；涂(tu)在(zài)腹(fù)部(bù)，就(jiù)能(néng)看(kàn)见(jiàn)肠(cháng)道(dào)；涂(tu)在(zài)四(sì)肢(zhī)上(shàng)，就(jiù)能(néng)看(kàn)到(dào)四(sì)肢(zhī)的(de)肌(jī)肉(ròu)纤(xiān)维(wéi)。

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(bù)用(yòng)担(dān)心(xīn)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(huò)动(dòng)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(guāng)学(xué)成(chéng)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·创作培育计划扶持作品

作者名称： 吕同舟

审核：梁(liáng)前(qián)进(jìn) 北(běi)京(jīng)师(shī)范(fàn)大(dà)学生命科学学院 教授

出品：中(zhōng)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