由于折射系数的不同，生物组织通常处于光学不透明的状态，因此脱脂步骤是组织透明化中的关键步骤。几乎所有流行的透明化技术中都存在某种形式的脂质去除步骤，例如CLARITY，iDISCO，SHIELD和CUBIC。就锘海目前常用的SHIELD技术而言，采用了十二烷基硫酸钠（SDS）用于溶解细胞膜中的脂质，以改善组织的透明度。（同样的原理还体现在肥皂和洗涤剂可以有效地消灭细菌和病毒哦）

为了更好地理解这种机制，我们首先来看一下脂质膜和去污剂的物理结构。存在于哺乳动物细胞中的脂质膜被称为磷脂双分子层，脂双层由磷脂单体组成，其上分布着多种蛋白质和其他分子（图1），这些磷脂单体具有亲水性的头部和疏水性的尾部。当其形成双分子层时，亲水性头部面对细胞质和细胞外空间的水性环境，而疏水性尾部则被保护在脂双层的中心。

图1：磷脂单体与脂双层

在水溶液中，去污剂主要以两种形式存在：单体和胶束。当水溶液中的去污剂浓度低时，他们的存在形式为单体，这些单体看起来与磷脂非常相似，他们也具有亲水性头部和疏水性尾部（图2a）。随着去污剂浓度的增加，溶液最终将达到临界胶束浓度（Critical MicelleConcentration，CMC）。此时，较大的去污剂簇开始自发组装成胶束（图2b），但溶液中仍然存在一些去污剂单体，此时继续添加去污剂则会形成另外的胶束（图2c），形成的胶束与磷脂双分子层的原理相同。

图2：SDS和胶束的结构

那么去污剂实际上是如何溶解细胞膜的？我们以SDS为例，通常其机制为三步法。首先，去污剂单体进入脂双层的外层，其排列方式与磷脂相似（图3a）。插入的去污剂单体会在该层上引起机械应变，并使该层物理弯曲（图3b）。SDS会发生这种物理弯曲是因为它的触发速率很慢，这意味着去污剂单体从脂膜的外部翻转到内部需要花费较长的时间。因此，他们会积聚在膜的外侧。接下来，脂双层由于机械应变而达到断裂点，这会在膜上形成膜孔（图3c）。最后，去污剂单体继续分布在多孔结构中，并形成磷脂和去污剂的混合胶束，最终完全破裂并溶解脂膜（图3d）。

图3：SDS破裂细胞膜示意图

因为反应不是瞬间的，所以这一步骤需要时间，且需要单体和胶束扩散到样品中。例如，用SDS完全去除整个小鼠大脑的脂质大约需要一个月的时间。但是，利用主动式的透明化设备，例如锘海的SmartClear II Pro，借助电泳可以大大加快该过程。在水中，SDS溶解为带正电的钠离子和带负电的去污剂单体和胶束。在电场的作用下，这些带电分子会受到电场力的作用，从而为渗透组织提供额外的加速度，这意味着该过程不再依赖于分子被动扩散到组织中。主动式的脱脂步骤可以将渗透速度提高大约一个数量级，现在我们利用SDS完全去除整个小鼠大脑的脂质只需要2-3天的时间，从而实现科学实验。

原文作者：Zachary Woods, M.E.

中文校对：锘海应用工程师

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