(CNN)——在H.G.威尔斯1897年的科幻小说《看不见的人》中，主人公发明了一种血清，通过控制体内细胞弯曲光线的方式，使其变得透明。
100多年后，科学家们发现了这种物质的现实版本:根据周四发表在《科学》杂志上的一项新研究，一种常用的食用色素可以使老鼠的皮肤暂时透明，让科学家们看到它的器官功能。
这一突破可能会给生物医学研究带来革命性的变化，如果在人体上测试成功，它将在医学和卫生保健领域有广泛的应用，比如使静脉更清晰地抽血。
研究人员把水和一种叫做酒黄石的黄色食用色素混合在一起，使活老鼠的头骨和腹部的皮肤变得透明。洗掉任何残留的溶液会逆转这一过程，这对动物没有伤害。在使用该溶液之前，将老鼠的皮毛去除。
“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，”该研究的第一作者、德克萨斯大学达拉斯分校的物理学助理教授欧子豪在一份声明中说。
“魔法”运用了光学领域的洞察力。吸收光的染料分子通过抑制组织散射光的能力来增强光通过皮肤的传输。
当这种染料与水混合时，会改变组织水部分的折射率——一种衡量物质弯曲光线的方式——以更好地匹配组织中蛋白质和脂肪的指数。这个过程类似于消散的云雾。
“我们将黄色染料和皮肤结合在一起，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，而皮肤是一种散射介质，”欧说，他是加州斯坦福大学的博士后研究员，负责这项研究。
他说:“单独来看，这两种材料可以阻挡大部分光线。”“但当我们把它们放在一起时，我们就能实现老鼠皮肤的透明。”
一旦染料完全扩散到皮肤中，皮肤就变得透明了。
“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。”
研究小组先用鸡胸肉做实验，然后再用活体动物做实验。
在老鼠身上，研究人员能够通过透明的头骨皮肤直接观察到大脑表面的血管。在小鼠的腹部，可以看到它们的内脏器官，也可以看到通过消化道移动食物的肌肉收缩。
欧说，透明区域呈现橙色，类似于食用染料。
溶液中使用的染料通常被称为FD&C黄色5号，由美国食品和药物管理局认证使用。这种合成染料经常用于橙色或黄色的零食片、糖果涂层、冰淇淋和烘焙食品。然而，加州环境健康危害评估办公室2021年的一项研究将着色与儿童的行为困难和注意力下降联系起来。一项州法案，如果签署成为法律，将禁止在加州公立学校提供的食物中使用食用色素。
欧说，重要的是染料具有生物相容性，对生物体是安全的。“此外，它非常便宜和高效;我们不需要太多就能工作，”他说。
研究人员还没有在人体上测试这一过程，也不清楚需要多少剂量的染料或递送方法。据研究人员称，人类的皮肤比老鼠的皮肤厚10倍。
斯坦福大学材料科学助理教授、资深作者洪国松通过电子邮件表示:“展望未来，这项技术可以使静脉更清晰可见，简化了抽血或通过针头输液的过程，尤其是对静脉难以定位的老年患者。”
“此外，这项创新可以帮助早期发现皮肤癌，提高光动力和光热疗法等深层组织治疗的光穿透能力，并使激光纹身去除更直接。”
克里斯托弗·罗兰兹(Christopher Rowlands)是伦敦帝国理工学院(Imperial College London)生物工程系的高级讲师，他说自己“后悔”没有像斯坦福大学领导的团队那样提出同样的见解，这个见解是基于一个被广泛研究且存在已久的物理学原理，即克雷默斯-克洛尼关系:当一种材料在一种颜色上吸收大量光时，它会在其他颜色上弯曲更多的光。
罗兰兹说:“当有人指出这一点时，这是显而易见的，但100多年来没有人想到这一点。”罗兰兹没有参与这项研究，但与研究报告一起发表了一篇评论。
罗兰兹与同一机构的实验光学物理学家乔恩·戈雷基(Jon Gorecki)(他也没有参与这项研究)一起写道，这种方法提供了一种新的方法，可以以一种安全、暂时和无创的方式，将活体动物深层组织和器官的结构和活动可视化。
“它就是管用。你把它擦在老鼠身上，就能看到它早餐吃了什么。它就是那么强大，”他补充道。
Rowlands和Gorecki说，现有的使组织透明的方法使用的溶液有脱水和肿胀等副作用，并且可以改变组织的结构。然而，他们写道，酒黄石的使用浓度很低，它的影响很容易消除，可能会促进对活体动物生物过程的长期研究。
两人指出，这一发现是生活模仿艺术的一个例子，染料溶液与《看不见的人》(The Invisible Man)中想象的血清相呼应。
他们写道:“(故事中的)主角发明了一种血清，通过精确控制细胞的折射率，使其与周围介质(空气)的折射率相匹配，从而使体内的细胞变得透明。”
“127年后……生物相容性染料通过调节周围介质的折射率来匹配细胞的折射率，使活组织变得透明。”
然而，Ou和Hong说，完全隐形的老鼠是一种延伸:目前的方法不能使骨头透明。
“到目前为止，我们只测试了软组织，包括大脑、肌肉和皮肤。我们还没有对骨头等硬组织做过很多研究，所以我不确定我们是否能让老鼠完全隐形，”Ou在电子邮件中说。
“然而，部分透明的(老鼠)已经为回答与发育、再生和衰老有关的问题提供了许多研究机会。”
