我的天才朋友阿达奥比·阿迪贝（Adaobi Adibe）发来一篇让生物组织变透明的论文。在《Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules》中，作者把鸡胸肉等组织泡进柠檬黄（tartrazine）溶液使其透明；柠檬黄正是多力多滋（Doritos）上的鲜亮黄橙色色素。我照部分方案把5毫米厚鸡胸肉切片在约0.19 M柠檬黄溶液中室温泡6小时，再切下约2毫米厚样品，只得到部分透明，未达论文程度，但下方网格线透出来，触感不变却像软糖。

我的天才朋友 Adaobi Adibe 给我发了一篇关于让生物组织透明的论文，这个想法主要归功于她，我们仍在进行中！在《Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules》中，作者通过把鸡胸肉等生物组织浸泡在柠檬黄（tartrazine）溶液中，使其变得透明。柠檬黄是一种非常明亮的黄橙色食用色素，多力多滋（Doritos）上就有。我们正准备尽快进行更雄心勃勃的重复实验。但作为热身，我尝试重复该方案的一部分：把鸡胸肉泡在柠檬黄溶液中。我只得到了部分透明，没达到论文里的程度。下面这个样本是从 5mm 厚切片上切下的约 2mm 厚生鸡胸肉，在室温下于约 0.19 M 柠檬黄溶液中浸泡 6 小时。我用台灯拍了张照片，可以看到下方的网格线透出来。虽然摸起来质地没变，但这块鸡肉在视觉上有了类似小熊软糖的质感。

原论文用的是 0.62 M、40 °C 和机械摇床，但我找不到安全实现的方法，也没有相应设备，所以改动了方案。下图是我的样本的另一个角度。左边是和上面相同的约 2mm 厚鸡胸肉切片，右边是对照组，泡在水里（因为操作过程很脏乱，沾上了柠檬黄粉尘，所以略微发黄）。

在样本的上半部分确实能看到一些透明，5mm × 5mm 的网格透了出来。这块鸡胸肉呈现出类似小熊软糖的视觉质感。要不是吃了会得沙门氏菌，我都有点想嚼一口。

我可不想被 Doritos 告侵权，所以下面用一张卡通示意图展示在“野外”哪里能找到柠檬黄。

这是怎么起作用的？我们目前的模型是：柠檬黄的吸收特性也会改变水的折射率。通过把水的折射率推到与蛋白质和脂质溶液相近，我们就能让物体更透明。后面我会详细解释。

柠檬黄购自 APC Pure，染料含量 >80%，这意味着真实摩尔浓度存在一定不确定性（实际值可能低至约 15%）。我按以下摩尔浓度配制了三种柠檬黄溶液，其中一种是 0 浓度作为对照。

• 柠檬黄：0 g，自来水：20 g，w/w：0%，质量摩尔浓度（mol/kg 水）：0，柠檬黄（mmol）：0，摩尔浓度（约）：0 M（对照）
• 柠檬黄：2 g，自来水：18 g，w/w：10%，质量摩尔浓度（mol/kg 水）：0.21，柠檬黄（mmol）：3.7，摩尔浓度（约）：~0.19 M
• 柠檬黄：6 g，自来水：14 g，w/w：30%，质量摩尔浓度（mol/kg 水）：0.80，柠檬黄（mmol）：11.2，摩尔浓度（约）：~0.56 M

柠檬黄的摩尔质量 M = 534.4 g/mol。摩尔数按标称质量计算（粉末染料含量 >80%，所以真实值最多会低约 15%）。摩尔浓度假设最终溶液体积约为 20 mL。

柠檬黄长这样。它没有气味，而且似乎被 FDA 视为食品安全，所以我这一步就没戴手套。下面是柠檬黄及其规格的照片。

• 产品：Tartrazine E102 FG, C.I. 19140
• 染料含量：>80%
• 分子式：C16H9N4Na3O9S2
• 分子量：534.37 g/mol
• λmax（水中）：425 nm
• 水不溶物：<0.20%
• 副染料：<1.00%
• 重金属（以 Pb 计）：<40 mg/kg

配制溶液时，我用珠宝秤称出所需量，然后按表中质量加入自来水。

为了溶解柠檬黄，我在室温下用玻璃棒搅拌，直到没有可见团块¹。

下面是不同浓度的溶液，最左边是最高浓度，中间是中间浓度，右边是水对照。

接着，我从 Tesco 买了鸡胸肉片。我切出一块 5mm 厚的厚片，再裁出三块约 15mm 长的小块。

然后我把 5mm 厚的鸡胸肉片分别泡进这三种溶液里。

浸泡 6 小时后，结果如下。首先，最高浓度溶液里的鸡肉失败了，因为柠檬黄似乎结晶了。它看起来完全结了一层壳。

中间浓度（~0.19 M）下的鸡肉呈胶状，但并不透明。对照组的鸡肉仍然完全不透光。

我把这些样本扔掉，然后按下面的方法重试。我又用相同流程做了一次，目标是在室温下浸泡 12 小时。鉴于最高浓度（~0.56 M）出现了问题，这次我只试了水对照和中间浓度（~0.19 M）。但这次我把鸡肉放进试管并盖上盖子，因为要在室温下放置 12 小时，我想降低食品安全风险。

这是浸泡 12 小时后的样本。虽然相机不太容易拍出来，但与对照相比，它确实出现了一些轻微的半透明。

为了观察，我把它放在上方光源下。

然后我切出约 2mm 厚的鸡肉片。处理一小块滑溜溜的肉挺费劲。下面是它与对照组的对比样子。

这项技术已被用于让活体动物的荧光成像变得容易得多。就我而言，如果能做好，就能为独立科学家在家成像增添一种手段。我们或许可以更随意地探测物体的内部结构。让东西透明可以得到更好的图像，也能让独立科学家更仔细地观察组织结构。

低成本下的有效观察是我研究的一个主题。顺着这个主题，我很想尝试各种奇怪又酷的技术，让结构更容易被探测！

下面是关于光学透明性的超详细解释，可能超出你想知道的范围。

一种材料不透明有两个原因。第一，材料会吸收并阻挡光。第二，由于不同折射率，光会被打乱（散射）。

首先，来自另一侧的光线在穿过时可能被吸收。如果光被吸收，就无法到达你的眼睛，也就看不到另一侧。光可以包含多种波长，而材料吸收哪些波长由它的光谱决定。要计算光谱，我们可以把分子的物理行为近似为势场中的一个电子。薛定谔方程告诉我们，这个系统只能占据一组离散的能量值，并给出具体是哪些。这些能量之间的差值，决定了材料最终吸收的波长。

现实中，材料由许多不同成分组成，因此也会吸收不同波长。

不透明的另一个原因不那么明显，但更有趣。折射率表示光在介质中传播的快慢。当光在折射率不同的材料之间传播时，会发生轻微偏折。如果一种材料内部塞满了折射率各异的子材料，内部折射就会让光线来回乱撞，从而发生散射。

生物材料内部混合了纤维、细胞、蛋白质等多种子材料，各自折射率不同。当一种折射率的材料嵌在另一种折射率的材料里，就会发生散射，把来自另一侧的光打乱。我们可以把生物材料建模为以水为“基底材料”，里面嵌着折射率各不相同的脂质和蛋白质团块。

要让某物透明，就需要针对这两个不透明成因下手。一种方法是改变材料的吸收光谱，让它吸收更少波长。另一种（也是本帖要讲的方法）是改变内部水的折射率，使其与嵌入介质匹配。如果你能用染料改变水的折射率，就能把它调到与蛋白质和脂质的折射率一致——后者稍高一些。如果能在不明显改变材料吸收的前提下做到这一点，就应该能让它更透明。

好了，我们的目标就是改变折射率。接下来需要做一些计算，才能知道如何修改材料的折射率。

为了理解折射率在定量模型里的作用，我们按麦克斯韦方程组来建模光的传播。光是一种电磁波，由振荡的电场和磁场组成。本文只关注电场部分，以抓住关键直觉。使用复数表示，如果光沿 z 轴在真空中传播，可以写下光波方程；因为它是一种波，我们可以写出其波动形式。为方便起见使用复数，其中 E₀ 是振幅（场的强度），ω 是角频率（在固定点，场每隔 T = 2π/ω 完成一次振荡），c 是光速，z 是沿光束的距离，t 是时间。波峰到波峰的波长为 λ = 2πc/ω。

但在介质中，光速会改变，还会伴随一定吸收。我们把方程改写后，指数项里的系数 n′ 是空间项前的乘子，代表实折射率。κ 表示波的衰减程度，代表吸收。实际处理时，可以把 n′ + iκ 合起来视为一个数，称为复折射率。

首先，我们要设法改变实折射率。如果能把水的折射率提高到与组织折射率匹配，材料就会更透明。水的折射率为 1.33；尽管这个数值会有变化，但富含蛋白质和脂质的结构折射率约为 1.45。所以目标是把周围水的折射率朝 1.45 调整，从而更透明。

无论怎么改水，都要确保吸收不会太高。如果 κ 太大，光会被全部吸收，也就没法透明了。

那么如何移动折射率？要理解折射率，先要理解极化。粗略地说，材料由束缚在原子核上的电子组成。施加电场后，电子相对原子核的位置会发生变化。

对于正负电荷粒子，极化是电荷量乘以两者位移。要算极化，需要建模电子在电场下相对原子核移动多远。电场对自由电荷施加力；建模时我们把原子核视为固定，电子视为自由，并用洛伦兹振子模型。该模型把电子视为像阻尼弹簧一样束缚在原子核上，电场提供驱动力，解法与阻尼弹簧问题相同。设电子位置 ansatz 为 x(t) = x₀ e^(−iωt)（电子以驱动频率振荡），可得到电子相对原子核位移的表达式。偶极矩 p = −ex；若单位体积内有 N 个电子，单位体积极化强度为相应表达式。这里 ω₀ 是束缚电子的固有频率，也就是分子吸收的频率（对柠檬黄来说是 425 nm 峰），γ 是阻尼率，决定吸收峰宽，ω 是电场频率。

按惯例，极化强度与电场成正比：P = ε₀ χ E，其中 ε₀ 是真空介电常数，χ 是电极化率（衡量材料极化难易程度的无量纲数），E 是电场。与洛伦兹振子结果对比后，可把 χ(dye) 分成实部和虚部。

极化与电场还被编码在电位移场 D 中，D 与电场线性相关，系数是相对介电常数 εᵣ。相对介电常数与复折射率有关（证明见脚注²，由 AI 辅助并人工核对）。因此，要改变复折射率，就要改变材料的相对介电常数。

近似处理：混合两种材料时，极化密度可相加。加柠檬黄前，水满足相应关系；加染料后，总极化密度为水和染料极化之和。已知 P(water) = ε₀ χ(water) E，P(tartrazine) = ε₀ χ(dye) E。与 D = ε₀εᵣE 比较，并用到纯水的 εᵣ(water) = 1 + χ(water) = n(water)²，可得染色水的相对介电常数。对于稀染料，χ(dye) 远小于 n(water)²，可展开平方根并做泰勒展开，得到加染料后水的修正折射率。

复折射率 n_c = n′ + iκ。把 χ(dye) 的实部和虚部分开后，染料会移动实折射率并引入吸收，其关系由洛伦兹形式的 χ(dye) 给出。对柠檬黄和红光而言，ω 低于共振 ω₀，因此 ω₀² − ω² > 0，Δn′ 为正，意味着染料提高了水的折射率。同时 κ 的分子带有 γω 因子，只在 ω ≈ ω₀ 附近才较大，因此不会产生吸收。

² 下面是材料中电场和磁场的麦克斯韦方程组（由 Claude 生成）。问题是它们与折射率有什么关系？在无自由电荷或电流（ρ = 0，J = 0）、非磁性条件下，法拉第定律说电场的旋度等于磁场时间导数的负值。对法拉第定律取旋度，再代入安培–麦克斯韦定律（J = 0）。代入 B = μ₀H 和 D = ε₀E + P = ε₀εᵣE：εᵣ 就是在这里进入的——极化电流 ∂P/∂t 叠加到真空位移电流上。然后（取 εᵣ 不随时间变化，即在单一频率下工作）若把两边相等，就得到平面波方程。平面波写作 E = E₀ e^(i(kz − ωt))，与前面衰减波写出的 k = (n′ + iκ) ω/c 比较即可。

讨论气氛轻松玩梗，多数人把“用 Doritos 做出的透明鸡肉”当作趣味科学猎奇，或对其高度化学化、把肉变成“异形”感到反感与不安。分歧主轴是：这究竟是 Doritos 真能把鸡肉变透明，还是只是用其色素处理极薄肉片造成的轻微透明效果；少数意见明确指出实验被夸大，并非 Doritos 本身做出了透明鸡肉。

把它当作有趣的技术猎奇和科学玩笑

• 社区用“透明 Doritos 鸡块”等说法调侃基础科学的意外收获，整体情绪是戏谑而非严肃对待。（较多人） > 这就是必须资助科学的原因，否则我们哪来的透明 Doritos 鸡块？（@mbStavola）

认为实验技术上迷人但食物层面令人反感或不安

• 一方面肯定文章写得不错、技术上有趣；另一方面指出 Doritos 的强烈化学属性，以及把肉变成“异形”般物质的做法，已经远离食物作为营养与天然产物的本意，因而让人不安甚至反胃。（较多人） > 这种把肉变成异形物质、高度化学化的做法，已经远离了食物作为营养与天然产物的本意。（@JSR_FDED）

认为实验被夸大，并非 Doritos 真的做出了透明鸡肉

• 实际情况只是用 Doritos 粉尘中最常见的色素，把极薄的鸡肉片处理到略微透明；并不是把一堆 Doritos 磨碎、裹在鸡胸肉上就做出了某种透明鸡肉，标题和想象都被放大了。（少数人） > 说实话，他们并没有真把一堆 Doritos 磨碎、把鸡胸肉在粉里晃一晃就做出透明鸡肉。（@mock-possum）
• 若透明效果只是溶液折射率匹配等物理作用，那么蔗糖溶液等其他溶液也该有相同效果，Doritos 粉尘并不特殊。（少数人）

有价值的补充

• 实验操作建议：生鸡肉切薄片困难，轻微冷冻（或冷冻后放到近解冻）会更容易；表面粗糙度会影响透明度，可在样品与网格间及其上方加水，甚至在水下操作，也可先冷冻再切来获得更光滑表面。
• 后续形态与烹饪：有人问若做真空低温烹调浴，鸡肉是否可长达72小时才变成完全糊状；也有人想知道这种处理过的鸡肉煮熟后，和正常鸡肉在外观上有何不同。
• 相关参照：有人贴出 MrGreenGuy 制作透明鸡肉的 YouTube 视频，可作为同类尝试的参照。
• 法规与成分冷知识：欧洲（包括英国）的 Doritos 并不含“酒石黄”；在欧盟，含该色素的食品必须标注“可能对儿童的活动和注意力有不良影响”，但该色素并未被禁用。
• 命名冷知识：过去配料表直接写作“黄色5号”，并曾有说法称其对男性有害；有人表示自己才是第一次听说这种色素也叫“酒石黄”。