《德國中間體生產方式化學》中科院化學所在仿生抗凍蛋白

為您介紹中科院化學所在仿生抗凍蛋白領域取得新進展。最近，中科院化學所和中科院上海應用物理所研究者合作，基于抗凍蛋白能使生活于寒冷地區的生物體避免冰凍造成危害的特性，深入研究了抗凍蛋白能夠有效地降低結冰溫度、克制冰晶生長和重結晶的作用機制。他們發現這類蛋白的冰吸附面上親疏水相間官能團（甲基和羥基）的有序排列，使其表面形成類冰水，從而能夠選擇性吸附到冰晶表面，克制冰晶的生長。該工作發表在《德國應用化學》上。

仿生抗凍蛋白的研發

受到抗凍蛋白的啟發，研究人員根據氧化（農藥中間體）（GO）特有的碳骨架結構，開展了GO調控冰晶生長的研究。研究發現GO不但能有效地克制冰晶生長和重結晶，而且能修飾冰晶形貌。分子動力學的模仿結果顯示GO表面具有穩定的類冰水，使得GO更傾向于與固態的冰形成穩定氫鍵，從而在大量液態水存在的條件下能夠選擇性地吸附到冰晶的表面。GO吸附到冰晶表面后，在GO間冰晶形成曲面，通過Gibbs-Thompson效應克制冰晶生長。

仿生抗凍蛋白與商業化抗凍劑對比

他們也首次將GO應用于低溫冷凍保留細胞。與商業化的抗凍劑相比，GO展現出了優異的冷凍保留效果，加入0.01 wt%的GO即可將馬精子活力從24.3%提高到71.3%。這一研究發現不但拓展了二維材料的應用領域，而且加深了人們對冰晶形成分子層面的了解。