"Çoğu ışığı, özellikle de mavi ve ultraviyole ışığı emen bir molekül olan sarı boyayı, saçıcı bir ortam olan deri ile birleştirdik. Bu iki şey tek başlarına ışığın çoğunun içlerinden geçmesini engelliyor. Ancak bunları bir araya getirdiğimizde, fare derisinin şeffaflığını elde etmeyi başardık." diyen çalışmanın başyazarı Dr. Zihao Ou, Ağustos 2024'te Dallas'taki Texas Üniversitesi'ne katılmadan önce Stanford Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacıyken meslektaşlarıyla birlikte çalışmayı yürüttü.
Yeni teknikte ustalaşmak için Dr. Ou ve meslektaşları, ışığın boyalı biyolojik dokularla nasıl etkileşime girdiğini tahmin etmenin bir yolunu geliştirdiler. Bu tahminler ışığın saçılmasının yanı sıra ışığın bir malzemeden diğerine geçerken hızını değiştirdiği ve büküldüğü kırılma sürecinin derinlemesine anlaşılmasını gerektiriyordu.
Saçılma, vücudumuzun içini göremememizin nedenidir: yağlar, hücrelerdeki sıvılar, proteinler ve diğer malzemelerin her biri, gelen bir ışık dalgasının ne kadar önemli ölçüde büküleceğini belirleyen bir özellik olan farklı bir kırılma indisine sahiptir.
Çoğu dokuda bu malzemeler birbirine sıkıca kenetlenmiştir, bu nedenle farklı kırılma indisleri ışığın içinden geçerken dağılmasına neden olur. Gözlerimizin opak, renkli, biyolojik malzemeler olarak yorumladığı şey saçılma etkisidir.
Araştırmacılar, biyolojik malzemeyi şeffaf hale getirmek istiyorlarsa, ışığın engellenmeden geçebilmesi için farklı kırılma indislerini eşleştirmenin bir yolunu bulmaları gerektiğini fark ettiler.
Optik alanındaki temel bilgilerden yola çıkan araştırmacılar, ışığı absorbe etmede en etkili olan boyaların aynı zamanda ışığı geniş bir kırılma indisi aralığında eşit bir şekilde yönlendirmede de oldukça etkili olabileceğini fark ettiler.
Bilim insanlarının özellikle etkili olacağını tahmin ettikleri bir boya, daha yaygın olarak FD & C Yellow 5 olarak bilinen gıda boyası tartrazindi.
Haklı oldukları ortaya çıktı: tartrazin molekülleri suda çözündüğünde ve dokular tarafından emildiğinde, kırılma indislerine uyacak ve ışığın saçılmasını önleyerek şeffaflık sağlayacak şekilde mükemmel bir yapıya sahip oluyor.
Yazarlar tahminlerini ilk olarak ince tavuk göğsü dilimleriyle test ettiler. Tartrazin konsantrasyonları arttıkça, kas hücreleri içindeki sıvının kırılma indisi, kas proteinlerinin kırılma indisiyle eşleşene kadar yükseldi — dilim şeffaflaştı. Daha sonra, geçici bir tartrazin solüsyonunu farelerin üzerine hafifçe sürdüler.
İlk olarak, solüsyonu kafa derisine uyguladılar ve beyni çaprazlayan kan damarlarını ortaya çıkarmak için deriyi şeffaf hale getirdiler. Daha sonra, solüsyonu karın bölgesine uyguladılar ve bu da bağırsak kasılmalarını ve kalp atışları ve nefes almanın neden olduğu hareketleri göstermek için dakikalar içinde soldu.
Teknik, mikron ölçeğindeki özellikleri çözdü ve hatta mikroskop gözlemlerini geliştirdi. Boya durulandığında, dokular hızla normal opaklığına geri döndü.
Tartrazinin uzun vadeli etkileri görülmedi ve fazlası 48 saat içinde atık olarak atıldı. Dr. Ou, "Boyanın biyouyumlu olması önemli — canlı organizmalar için güvenli" dedi. "Ayrıca, çok ucuz ve verimli; çalışmak için çok fazlasına ihtiyacımız yok."
Ekip, derisi bir fareninkinden yaklaşık 10 kat daha kalın olan insanlar üzerinde bu işlemi henüz test etmedi. Dr. Ou, "Şu anda tüm kalınlığa nüfuz etmek için hangi boya dozajının veya iletim yönteminin gerekli olacağı net değil" dedi.
"İnsan tıbbında, şu anda canlı vücudun daha derinlerine bakmak için ultrasona sahibiz. Birçok tıbbi tanı platformu çok pahalı ve geniş bir kitle için erişilemez durumda, ancak bizim teknolojimize dayalı platformlar böyle olmamalı."
Çalışma bu hafta Science dergisinde yayımlandı.