在一项开创性的新研究中，研究人员将水和一种常见的黄色食用色素酒黄的混合物涂在活老鼠的头骨和腹部，使这些部位变得透明。
德克萨斯大学达拉斯分校的物理学助理教授欧子豪博士是这项研究的主要作者，该研究发表在9月6日出版的《科学》杂志上。
活体皮肤是一种散射介质。像雾一样，它会散射光线，这就是为什么它不能被看穿。
“我们将黄色染料和皮肤结合起来，黄色染料是一种吸收大部分光线的分子，尤其是蓝光和紫外线，皮肤是一种散射介质。单独来说，这两种物质阻挡了大部分光线通过它们。但当我们把它们放在一起时，我们能够实现老鼠皮肤的透明度，”欧说，他和同事们在斯坦福大学做博士后研究员时进行了这项研究，然后在8月份加入达拉斯德州大学自然科学与数学学院。
“对于那些了解这背后的基本物理原理的人来说，这是有道理的;但如果你不熟悉它，它看起来就像一个魔术。”
“神奇”的发生是因为将吸收光的分子溶解在水中会改变溶液的折射率——一种物质弯曲光的方式的测量——在某种程度上与组织成分(如脂类)的折射率相匹配。从本质上讲，染料分子降低了光在皮肤组织中的散射程度，就像驱散雾库一样。
在他们对老鼠的实验中，研究人员将水和染料溶液摩擦在动物头骨和腹部的皮肤上。一旦染料完全扩散到皮肤中，皮肤就变得透明了。这个过程是可逆的，只要洗掉任何残留的染料。扩散到皮肤中的染料经代谢后通过尿液排出体外。
“需要几分钟的时间，透明才会出现，”欧说。“这与面霜或面膜的工作原理类似:所需的时间取决于分子扩散到皮肤中的速度。”
通过头骨的透明皮肤，研究人员直接观察到大脑表面的血管。在腹部，他们观察到内脏器官和蠕动，肌肉收缩使内容物通过消化道。
欧说，透明区域呈现橙色。该溶液中使用的染料通常被称为FD&C Yellow #5，经常用于橙色或黄色的零食片、糖果涂层和其他食品。美国食品和药物管理局认证了九种用于食品中的颜色添加剂，酒黄石是其中之一。
“重要的是染料具有生物相容性——它对生物体是安全的，”Ou说。“此外，它非常便宜和高效;我们不需要太多就能工作。”
研究人员还没有在人类身上测试这个过程，人类的皮肤比老鼠的皮肤厚10倍。欧说，目前还不清楚需要多大剂量的染料或递送方法才能穿透整个厚度。
“在人类医学中，我们目前有超声波来观察活体的更深处，”欧说。“许多医疗诊断平台都非常昂贵，而且大众无法使用，但基于我们技术的平台不应该如此。”
欧说，这项技术的第一个应用可能是改进现有的光学成像研究方法。
他说:“我们的研究小组主要是学者，所以当我们看到实验结果时，我们首先想到的是这可能会如何改善生物医学研究。”光学设备，如显微镜，不能直接用于研究活体人类或动物，因为光不能穿过活体组织。但现在我们可以使组织透明，这将使我们能够看到更详细的动态。它将彻底改变生物学中现有的光学研究。”
在他在UTD的新动态生物成像实验室，Ou将继续他与斯坦福大学材料科学与工程助理教授洪国松博士一起开始的研究，洪国松博士是该研究的通讯作者。欧说，研究的下一步将包括了解什么剂量的染料分子在人体组织中最有效。此外，研究人员正在试验其他分子，包括工程材料，可以比酒黄石更有效地发挥作用。
来自斯坦福大学的研究作者，包括共同通讯作者Mark Brongersma博士，材料科学与工程系的Stephen Harris教授，由联邦机构资助，包括美国国立卫生研究院，美国国家科学基金会和空军科学研究办公室。作为一名跨学科的博士后学者，欧得到了斯坦福大学吴仔神经科学研究所的支持。研究人员已经为这项技术申请了专利。
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