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图虫创意
柠檬黄，是一个人工合成的偶氮类酸性染料，主要用作食品、饮料、医药和日用化妆品的着色剂。听起来很陌生，但实际上我们日常生活中经常会遇到它，饮料、冰淇淋、酸奶等食品中就有它的身影。除此之外，它还有一种神奇的功能——使皮肤变透明。
2024年9月6日，美国斯坦福大学的科研小组在《科学》杂志上发表了一项成果，柠檬黄可以可逆地使活体啮齿动物的皮肤、肌肉和结缔组织变得透明。在实验中，在涂抹了柠檬黄之后，老鼠的腹部变得半透明，研究人员肉眼就能直接看到老鼠的肝脏、小肠和膀胱等内脏器官。
柠檬黄是如何使皮肤变透明的？我们在家是不是也可以尝试把自己变透明？
要让皮肤变透明，我们首先得知道透明度和什么有关。
物体的透明度和光密切相关。光照射到物体上时可能会发生反射、折射、吸收或散射。我们能看见物体就是因为物体把光反射到我们眼睛里。如果光线都物体吸收，那我们就只能看见一团黑。如果大部分光不被反射，不被吸收，穿过物体，那在我们看来，这个物体就是透明的。
所以，让物体透明的关键在于，如何尽可能的让光穿过该物体。为了达到这个目的，需要考虑很多因素，比如物体对光的吸收、散射、反射和折射等，其中有一个很重要的因素是折射率。
折射率指的是光在真空中的传播速度与在介质中传播速度的比值。不同折射率的物质可以使光发生不同程度的偏折，比如，把筷子放进一个装满水的透明水杯，筷子看起就像被折断一样。这就是因为光从空气进入水中，发生了偏折。光在不同折射率的介质间穿行容易发生散射，不能顺利穿过物体，所以物体看起来不透明。也就是说，如果改变物体内部的折射率，使其保持一致，或接近，就能提高物体的透明度。
实际上，我们都有类似的经验：纸张打湿之后变透明。
纸张主要由纤维素纤维组成，纤维之间充满了空气。纤维的折射率为 1.5，空气的折射率为 1，两者差异非常大，导致光线穿过纸张时会发生强烈的散射，所以纸张一般都是不透明或半透明的。
纸被打湿后，纤维之间的空隙被水填充，水的折射率是1.33，和纤维很接近，光散射程度变小，更多光线能顺利穿过纸张，所以纸张变成半透明了。
开头提到的科研成果，就是通过给实验鼠涂抹柠檬黄溶液，改变了皮肤中水的有效折射率，使其接近脂肪和蛋白质的折射率，把皮肤变透明。
你是不是在想，这么神奇？我也来试试！的确很神奇，科研人员用的柠檬黄就是随处可见的食用柠檬黄，但是想在家让自己变透明却没那么简单。
首先，柠檬黄溶液的配比必须非常精确。实验中使用的柠檬黄是严格配制的染料溶液，浓度、纯度和溶剂的配比都是经过精确计算和调控的。比如实验中的柠檬黄溶液浓度必须控制住0.3-0.6摩尔，这是柠檬黄染料溶液的摩尔浓度，也就是说，一升柠檬黄溶液溶液中，柠檬黄的含量必须控制在0.3-0.6摩尔。因为柠檬黄的作用是改变水的折射率，减少水和脂肪、蛋白质等皮肤成分之间折射率的差异。如果柠檬黄的浓度过低，可能达不到调整折射率的效果。如果浓度过高，光可能会被溶液吸收，反而降低皮肤的透明效果。另外，柠檬黄溶液浓度过高，还可能对生物组织造成刺激，带来负面影响。
其次，给实验鼠涂抹柠檬黄溶液也是个技术活。实验前，需要对老鼠进行麻醉，剃掉腹部、头部和后肢等涂抹部位的毛发。然后，为了使柠檬黄溶液持续时间更长，科研人员还使用了低熔点琼脂糖凝胶和柠檬黄溶液的混合溶液。低熔点琼脂糖凝胶是一种特殊的琼脂糖凝胶，其实我们经常和它打交道，果冻、冰淇淋就有它。
为了提高皮肤对柠檬黄溶液的吸收效果，科研人员还需要对老鼠进行“马杀鸡”，确保柠檬黄溶液均匀渗透，减少散射。
另外，想要看清楚也有门槛。虽然经过上述操作之后，科研人员已经能用肉眼透过老鼠的皮肤，看到它的内脏了，但是不高清而且有码。
因为柠檬黄溶液透明的效果只有在特定的光波长范围（主要在红外或近红外区域）下才能充分展现出来。而在人类肉眼可见的可见光范围内，透明效果有限。所以，在不做其他操作的情况下，肉眼只能看见模糊的内脏轮廓。为了提高观察的清晰度，科研人员使用了多种成像技术和观察设备，比如能够清晰显示肌肉纤维中的肌节等微观结构的第二谐波生成成像技术；能追踪血管、细胞活动以及特定蛋白质的分布的荧光显微镜。
除了上面说的这些“技术壁垒”之外，目前这个方法只能透视3mm的皮肤。人类除了眼睑比较薄之外，其他部位的皮肤基本上都超过了这个厚度。所以，想在家尝试给自己做“X光”的念头还是先放一放。
除了可以让皮肤变透明之外，这项技术还有两个厉害之处，一个是可作用于活体生物，另一个是可逆。实验中，把老鼠头上的柠檬黄溶液冲洗掉之后，透视效果就消失了。
不过这项技术目前还处于早期阶段，应用在人类身上还有很长的路要走，但它在医学影像和诊断领域展现出的潜力已经很让人期待。想象一下，医生能够直接透过皮肤观察血管、肌肉和器官的状态，而无需进行手术或使用复杂的成像设备。这不仅可能提高诊断的准确性和速度，还可能降低医疗成本和患者的不适感。在皮肤病学、血管外科和肿瘤学等领域，这项技术可能带来革命性的变革。
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：马宁
审核： 周晓亮 北京交通大学物理学实验室 高级工程师
出品：中国科协科普部
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
