染料变身救命神药

姜林

五颜六色的衣服、七彩斑斓的玩具、花花绿绿的药丸，我们常常见到的这些物品之所以拥有美丽的颜色，都要归功于各种各样或天然或人工合成的染料。染料不仅装点了人类的生活，它们还能帮助人类对付病痛。

将染料用来治病

如果问你人类最早发现的抗生素是什么，你一定能很快回答出来——青霉素。青霉素的故事在小学我们就已经耳熟能详。可是，如果要说人类获得的第一件对付细菌的武器是什么，很多人可能不太了解。青霉素的出名让我们常常误以为在其意外被发现之前，人类拿细菌束手无策，但其实有一种对付细菌的药物比青霉素投入临床应用早了近十年，那就是名叫百浪多息的染料。染料与抗菌药有什么关系？

科学家是如何开始将染料当作抗菌药研究的？将染料变成药物的思路始于19世纪德国免疫学家保罗·埃尔利希。在研究中，埃尔利希发现，不同细胞有不同的酸碱度，而由于酸碱度不同，当遇到染料时，细胞们会被染上不同的颜色，由此埃尔利希发明了活体染色法。埃尔利希首次提出将白细胞按所含颗粒染色特性进行分类的方法，并通过染色发现了嗜酸性粒细胞，首先鉴别了髓细胞性白血病的各种类型。在给细胞染色的过程中，埃尔利希想到：既然某些染料可以给细胞上色，那是不是也存在一种染料能特异性地与病原体结合，如果它还恰好具有毒性，能将病原体杀死，不就能作为药物了吗？

在这种思路引導下，1891年，埃尔利希开始寻找能治病的染料。几年后，埃尔利希真的找到了两种能治病的染料——能治愈疟疾的亚甲蓝和能有效治疗梅毒的砷凡纳明，这两种基于染料制成的药物也是人类首次尝试并合成的人造药物，化学药正式诞生。埃尔利希的“染料药”思想影响了更多人，其中就包括制出了百浪多息的德国药学家格哈德·多马克。

世界上第一种抗菌药

与许多药学家相似，多马克制造抗菌药的动力来自于残酷战争带来的绝望和挫败。1914年，参加了一战的多马克目睹了许多战友因伤口被细菌感染而截肢甚至死亡，然而医生却对此束手无策，多马克因此改变了志向，他决定从只能依靠已有知识治病的医生转行成寻找新药物的科研人员。

从医学院毕业后，多马克加入了德国拜耳公司。当时拜耳公司依靠埃尔利希传承下来的抗疟药赚得盆满钵满，尝到了甜头的公司高层将多马克召进公司，正是希望他沿袭这一思路，将“染料抗菌药”研发出来，好在这个仍然一片空白的领域占有一席之地。

然而从无到有从来不是容易的事情，在四年的时间里，多马克团队尝试了超过3000种化合物，无一例外都失败了。1932年，多马克等人意识到现有的染料是无法达到目的的，他们开始尝试着改变染料结构。多马克想到，埃尔利希当年发现红色的偶氮染料对锥虫有效，偶氮染料能抗寄生虫，能不能抗链球菌呢？人多力量大，团队里另一位化学家提议可以在偶氮染料的结构中加上磺胺基团，吸引链球菌然后毒死它们。

这次，奇迹出现了，当多马克将这种改造后的“染料药”喂给已感染链球菌的小白鼠之后，这些小白鼠逐渐康复了！而且，毒性实验表明，这种药物对生物的生理毒性也很小，实验动物对药物的耐受量大，各种器官也没有受到损伤。研发小组兴奋地将这个化合物命名为百浪多息。

也不知是幸运还是不幸，就在多马克研发出百浪多息后的第三年，他的小女儿不小心摔倒，不洁的针头刺入手掌，伤口被链球菌感染了。小女孩的病情很快恶化，除了截肢外没有其他挽救生命的办法。绝望的多马克抱着死马当活马医的念头，给女儿注射了一剂百浪多息，两天后女儿状况奇迹般地好转，并且几乎没有任何副作用。于是多马克发表论文，将百浪多息正式介绍给了大众，百浪多息很快做出了巨大贡献：在二战中，基于百浪多息制成的抗菌药成了最重要的战场急救药物之一，挽救了成千上万士兵的生命。

靶向癌细胞的染料

既然染料能给细胞染色，那么能不能特异性地给肿瘤细胞染色呢？如果通过染色，肿瘤细胞能与其他细胞界限分明，医生在切除肿瘤细胞时，就能清晰地看到肿瘤的范围和走向，从而尽可能切除全部肿瘤，同时减少损伤周围健康组织。

美国南加州大学的生物医学工程教授克里斯蒂娜·扎瓦莱特致力于寻找这样一种专属于癌细胞的染料。为了安全，扎瓦莱特从用于刺青、食品药品加工的染料中寻找目标。通过光谱分析，扎瓦莱特发现有许多种染剂有特别的光学性质，具备侦测癌细胞的潜力。可是，这些染料同时也能将健康细胞进行染色，如何区分癌细胞和健康细胞呢？

研究人员开发了一种可携带色素的新型纳米颗粒。新型纳米颗粒的大小适中、渗透力较强，从而能够快速通过健康组织，却在肿瘤区域停留更长的时间。若将少量染料包裹在纳米颗粒中，就可以获得更好的显影效果，医生能够更加轻松地确定癌症区域。目前，这种生物染料已获得美国食药监局的批准。

在肿瘤治疗方面，染料也大有可为。光敏疗法是一种治疗癌症的新型疗法，预先把光敏剂注入机体，使之进入肿瘤组织，然后以特定波长的光线进行照射，使光敏剂产生反应，释放毒性物质，破坏或杀死肿瘤细胞。科学家研制出了一些特殊染料，可以作为光敏剂被吸附到肿瘤当中，进行光敏治疗。在同样治疗效果下，光敏疗法对组织细胞的毒性大大降低，对于体内无法光照的部位，还可以通过内窥镜进行身体深处肿瘤的治疗。

对付核辐射的蓝色染料

除了病原体和癌细胞，染料还可以帮助治疗核辐射和重金属中毒。

1994年，一起骇人听闻的投毒案进入人们的眼帘：清华才女朱某因不明原因发病住院，从腹痛、呕吐到脱发高烧，朱某在重症病房住了一个多月，病情并未有所好转，反而愈加严重。后来，医生判断，朱某的病情是由于铊中毒。铊对人体的毒性超过了铅和汞，近似于砷，最小致死剂量是12mg/kg。铊离子能取代钾离子，和某些酶的亲和力比钾大10倍，从而导致人体因缺钾而出现各种神经毒性反应。

朱某的病情来势汹汹，可是医生们却没有办法帮助她。朱某的同学通过互联网向世界各地的医生发送了求救信，这才获知了一个“偏方”：普通工业颜料普鲁士蓝可以治疗铊中毒。由此，朱某当时终于捡回了一条命。这个神奇的“普鲁士蓝”究竟是何方神圣？

其实，普鲁士蓝的诞生也是源于偶然。1704年的一天，一个名叫迪斯巴赫的德国人正像往常那样进行着生产胭脂红颜料的工作，可是这一次，尽管与原先的工作步骤一模一样，迪斯巴赫最终得到的颜料却不是红色的，而是一种深蓝色颜料，发生了什么事？

制造颜料时，迪斯巴赫需要将胭脂虫、碳酸钾和硫酸铁等物质混合在一起进行焙烧，再用水浸取焙烧后的物质，在过滤掉不溶解的物质以后，浓缩溶液就得到了需要的颜料。但在这次浓缩过程中，迪斯巴赫首先得到一种黄色的晶体，当这种黄色晶体与三氯化铁的溶液相遇，便产生了一种颜色很鲜艳的蓝色沉淀。

迪斯巴赫经过进一步的试验，发现这种蓝色沉淀竟然是一种性能优良的涂料，迪斯巴赫将之命名为普鲁士蓝。从此，普鲁士蓝作为一种稀有颜料，在市场中大受欢迎。后来，人们才知道，原来迪斯巴赫购买到的碳酸钾中掺有动物油，其与硫酸铁经过一系列的化学反应后产生了亚铁氰化铁，也就是普鲁士蓝。

普鲁士蓝化学名为亚铁氰化铁，在许多闻氰色变的人看来，这种蓝色物质或许有着某种不为人知的毒性。但实际上，普鲁士蓝不仅无毒，而且还是一种功效极佳的解毒剂。由于普鲁士蓝含有铁，铁与重金属铊和放射性铯等元素能够发生置换，使其形成不溶性物质，随粪便排出，有效阻止人体吸收铊和铯，所以具有解毒效果。20世纪70年代以来，用普鲁士蓝缓解铊中毒的案例频繁出现在医学论文和报告中。

1986年4月26日，切尔诺贝利核电站发生核泄漏，1700多吨石墨爆炸燃烧，释放出大量铯、锶、铈等放射性物质和铊、铅等重金属元素。切尔诺贝利核泄漏事件发生后，普鲁士蓝成了“大功臣”，仅是解救铊中毒的成功案例就有几十例。2003年10月，美国食药监局正式批准可溶性普鲁士蓝用于铊中毒的救治，铊中毒这一原本的不治之症终于等来了它的专属神药。所以说，染料们不仅有美丽的“外表”，还有更加美丽的“内在”，等待着人类继续去挖掘。

（六月的雨摘自《大科技》2023年第9期）