【2024年09月28日訊】（記者薛止墨編譯報導）醫學成像技術的一大挑戰在於穿透不透明的皮膚及其它組織，以觀察生物體內部結構及器官的運作過程。因此，我們需要使用超聲波、磁共振或X光等技術。雖然有一些化學清除劑（chemical clearing agent），如丙烯酰胺或四氫呋喃，可以使皮膚組織變得透明，但它們幾乎從不在活體中使用，因為它們要麼具有高度毒性，要麼會溶解掉生命活動所必需的一些分子。
不過，斯坦福大學的科學家們最近找到了一種能夠以可逆的方式使皮膚透明且不損害其結構的化學試劑。這種試劑是「檸檬黃」（tartrazine），一種流行的黃橙色食品染料，它被用於為「多力多滋」（Doritos）上色。此研究結果於9月6日發表在《科學》（Science）雜誌上。
玩弄光線
我們無法透過皮膚看到內部，因為皮膚是一種複雜的組織，包含水基成分，如細胞內部的水和其它液體，以及蛋白質和脂質。折射率是一個指標，顯示光在通過材料時（與通過真空相比）速度降低的程度。水基成分的折射率較低，而蛋白質和脂質的折射率較高。因此，光在皮膚中傳播時，會不斷彎折，因為它會無休止地穿越高折射率和低折射率材料之間的邊界。
這會導致光的散射，一旦光穿透皮膚，就再也無法返回到體外被看到。我們所看到的只是從皮膚表面反彈的光。使物體透明的關鍵在於使它們的折射率均勻，這樣光或至少光譜中的某些部分，就不會一直彎曲和被散射。這正是多力多滋染料的作用所在。
「這項研究中最令人驚訝的部分是，我們通常認為染料分子會使物體變得不透明，」斯坦福大學材料科學與工程助理教授、論文的資深作者洪國松（Guosong Hong，音譯）表示。「例如，如果你將藍色墨水混入水中，添加的墨水越多，水中能通過的光就越少。然而，在我們的實驗中，當我們將檸檬黃溶解在像肌肉或皮膚這樣的不透明材料中時，這些材料通常會散射光，添加的檸檬黃越多，材料就變得越清晰。這與我們對染料的典型預期相悖。」
透明乳液
研究團隊簡單地將染料溶解在水溶液中，創造出一種透明誘導乳液。這是有效的，因為染料減少了水和皮膚中脂質之間的折射率差異。然後，團隊開始輕輕地將其按摩進一小塊模擬組織光散射特性的聚合物凝膠中。接著，他們進一步測試薄切的雞胸肉和活老鼠。
這種「透明乳液」在塗抹到老鼠皮膚上後，只需幾分鐘便能開始發揮作用。當它被按摩到剃光的頭皮上時，科學家們可以利用激光斑點對比成像技術觀察腦部血管，而這種技術在通常情況下需要移除頭皮才能使用。當塗抹在老鼠的腹部時，所有內臟，包括肝臟、膀胱和小腸，都能肉眼可見。要逆轉此效果並使皮膚再次變得不透明，只需用水將乳液沖洗掉即可。
然而，這裡有一些問題。其中之一是檸檬黃會吸收約257和428奈米波長的大部分光線，而這些波段使我們看到紫色和藍色的色調。另一方面，它對600奈米以上波段的吸收極少，這意味著透明的皮膚會將一切染成紅色。第二個問題是滲透深度。乳液僅在皮膚較薄的地方效果良好，無法深入較厚的皮膚。
最後，它的配方並不通用。它依賴於找到一種化學物質，當溶解在水中時能夠匹配脂質的折射率，因此乳液的確切成分是通過反覆試驗所確定的。如果老鼠之間的差異性很大，可能會使通用的解決方案變得很難。
刺青和針頭
「使用微針貼片施用器或皮下注射可以幫助將分子送入更厚的皮膚層，」洪解釋道。他建議，紅色染色問題可能通過測試不同的染料來解決。「我們實驗室的研究目前專注於識別在近紫外區域具有尖銳吸收的分子，最小化可見光範圍的光譜尾巴，以確保組織透明而不帶紅色調，」洪說。
「這項研究目前僅在動物身上進行。然而，如果同樣的技術能夠應用於人類，則可能在生物學、診斷甚至化妝品方面提供多種好處，」洪建議。他所關注的好處包括在不依賴活檢的情況下評估深層腫瘤，通過對靜脈更容易的定位來減少血液檢測的難度，甚至通過讓皮膚下的顏料能夠被精確地定位而改善激光去除刺青的效果。
但也有一些壞消息。儘管這種染料被廣泛可用，但在家中複製洪的結果並自行製作透明乳液是不明智的。「我們強烈不建議在人體皮膚上進行嘗試，因為染料分子在人體中的毒理學，特別是當局部應用時，尚未得到全面的評估，」洪說。
而且，最終這可能根本無法奏效。洪解釋道：「人類的皮膚明顯比老鼠的皮膚厚，角質層作為表皮的最外層，形成了一個重要的屏障，阻礙分子有效地進入真皮層。」◇
