用科技手段體驗(yàn)“透視眼”？媽媽再也不用擔(dān)心扎針找不到血管？

人與水母有什么區(qū)別？最直觀之處就在于我們的身體是不透明的。

但現(xiàn)在，正有一項(xiàng)開創(chuàng)性研究向人們展示出，其實(shí)哺乳動物的皮膚也有變透明的可能。甚至只需要通過將水和一種常見食用色素——檸檬黃（FD&C Yellow #5）的混合物涂在身上，再靜等幾分鐘，便可看到體內(nèi)縱橫交錯(cuò)的血管、怦怦跳動的心臟及持續(xù)蠕動的腸道，而沖洗掉染料后，這塊如同被開了“天窗”一般的皮膚又可恢復(fù)如常。

或許這聽上去實(shí)在有些瘋狂，但這項(xiàng)近乎魔法般的發(fā)現(xiàn)就“水靈靈”地發(fā)表在近期的《科學(xué)》（Science）雜志上。

讓皮膚變“透明”

皮膚真的是一道屏障

在嘗試解釋“魔法”之前，我們恐怕必須了解一下，哺乳動物的身體究竟為什么不能像水母一樣透明。

本質(zhì)上講，身體不透明的根本原因在于皮膚組織是一種散射介質(zhì)。當(dāng)外界有光線照到上面時(shí)，它的第一反應(yīng)是阻擋、攔截，將光反射出去，而不是任由其穿行無阻。

即便有部分光線能夠僥幸“躲過此劫”，可人體組織的構(gòu)成成分之復(fù)雜——由水、脂肪、蛋白質(zhì)等多種物質(zhì)構(gòu)成，光也很難在這種復(fù)雜情況下“占到便宜”——這些成分彼此間各異的折射率會以不同的方式減緩光在其中的傳播速度。例如，對可見光來說，水的折射率約為1.33，而脂肪和蛋白質(zhì)則更高。在人體大多數(shù)組織中，這些成分都緊密地交織在一起，使得當(dāng)可見光在穿過時(shí)必會發(fā)生散射。而這種效應(yīng)最終最大的影響就是告訴我們的眼睛，皮膚就是一種不透明的有色生物材料。

但同時(shí)，這也給了研究人員以遐想：如果能夠精確調(diào)控細(xì)胞的折射率，使其與周圍介質(zhì)的折射率完美匹配，從而避免光線在兩者的邊界發(fā)生散射，豈不是就可以讓皮膚變成透明的？

理論上講，完全正確。但若想找到一種方法來減少不同成分的折射率差異，何其困難。而令這支來自美國斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也沒有想到的是，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)想的物質(zhì)竟然就近在眼前。

天賦異稟的檸檬黃

有多近呢？這么說吧，作為美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)證的9種食用顏色添加劑之一，檸檬黃被廣泛添加在雞精、膨化食品、汽水、配制酒等食品飲料中。不止是餐桌，在梳妝臺、洗手臺上的口紅、牙膏、洗發(fā)水、洗滌劑等化妝品和日用品當(dāng)中，也完全不難找到它的身影。

研究的第一作者手持一管檸檬黃溶液

那么，這種無孔不入潛藏在你我身邊的色素，到底是如何“逆天改命”的？

首先要引入一個(gè)重要的光學(xué)概念，即克拉默斯-克勒尼希（Kramers–Kronig）關(guān)系。它表明光的顏色不是相互獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的：如果一種材料更多地吸收了某種顏色的光，那么這種吸收就會改變另一種顏色的光通過它的方式。而檸檬黃恰好能吸收大部分的可見光，尤其是藍(lán)光和紫外光。

根據(jù)克拉默斯-克勒尼希關(guān)系，藍(lán)光與紫外光的吸收會改變紅光等其他可見光的通過方式。在實(shí)驗(yàn)中，體現(xiàn)為使水對紅光的折射率從1.33升高到與脂肪和蛋白質(zhì)相當(dāng)?shù)?.45左右。這時(shí)，紅光就不會再像之前一樣被散射出去，而會順利傳播，且在水中的傳播方式將與在脂肪中一樣。如此一來，整個(gè)組織看起來就像是一種單一的、均勻的材料，在視覺上變得透明。

通過調(diào)節(jié)折射率實(shí)現(xiàn)光學(xué)透明化的原理示意圖

目前，相關(guān)理論已完成活體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究人員將含有檸檬黃的溶液涂抹在小鼠身體的不同部位，當(dāng)他們把它抹到小鼠頭皮上時(shí)，便可看到小鼠腦中的血管；當(dāng)他們把它涂抹在小鼠腹部時(shí)，便可看到小鼠的腸道；而當(dāng)他們把它涂抹在小鼠的四肢上時(shí)，他們又看見了四肢上的肌肉纖維。更重要的是，一旦染料完全擴(kuò)散到皮膚中，皮膚就會變得透明，且整個(gè)過程都是無創(chuàng)而可逆的，不僅不涉及任何組織的切除或手術(shù)，一旦用水沖洗掉殘留的染料，或者等擴(kuò)散到皮膚中的染料經(jīng)代謝后通過尿液排出體外，皮膚還可恢復(fù)至正常的不透明度，如同魔術(shù)師謝幕一般，有始有終。

“透明技術(shù)”該何去何從？

“讓身體變透明”聽起來除了獵奇實(shí)在有些無用武之地，甚至細(xì)品還有一絲奇怪和“變態(tài)”的意味，但如果創(chuàng)造一些特殊的生活場景，便不難想象它的光輝前景。例如，手術(shù)臺、采血處，以及采用昂貴儀器才能一窺病灶的時(shí)刻。當(dāng)透明化皮膚技術(shù)加以推廣，未來，我們或許在這些地方就能少聽到一些哭聲。

但毫無疑問的是，未來還遠(yuǎn)，歲月仍長。研究人員表示，他們尚且無法預(yù)測它在人類皮膚上能發(fā)揮怎樣的作用。因?yàn)槿祟惖钠つw比小鼠的厚10倍，對于需要多大的劑量及使用何種遞送方法才能穿透人類皮膚，仍是未知的。此外，雖然檸檬黃是一種已獲得批準(zhǔn)的食用染料，但它仍可能存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn)，比如引起過敏反應(yīng)等。

對此，研究人員也同時(shí)表示了自己的努力和決心。他們正在加緊腳步努力改進(jìn)這項(xiàng)全新技術(shù)，使其可以應(yīng)用于人類組織。下一步研究，他們擬將目光投向了解什么劑量的染料分子在人體組織中最有效，以及實(shí)驗(yàn)是否存在其他分子能比檸檬黃更有效地發(fā)揮作用等，希望有朝一日能激發(fā)出新的、有助于改進(jìn)現(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像研究方法的技術(shù)。