最近，中科院化學(xué)所和中科院上海應(yīng)用物理所研究者合作，基于抗凍蛋白能使生活于寒冷地區(qū)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(jié)冰溫度、抑制冰晶生長和重結(jié)晶的作用機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)這類蛋白的冰吸附面上親疏水相間官能團(tuán)（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，抑制冰晶的生長。該工作發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。 受到抗凍蛋白的啟發(fā)，研究人員根據(jù)氧化石墨烯（GO）特有的碳骨架結(jié)構(gòu)，開展了GO調(diào)控冰晶生長的研究。研究發(fā)現(xiàn)GO不但能有效地抑制冰晶生長和重結(jié)晶，而且能修飾冰晶形貌。分子動(dòng)力學(xué)的模擬結(jié)果顯示GO表面具有穩(wěn)定的類冰水，使得GO更傾向于與固態(tài)的冰形成穩(wěn)定氫鍵，從而在大量液態(tài)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(yīng)抑制冰晶生長。
他們也首次將GO應(yīng)用于低溫冷凍保存細(xì)胞。與商業(yè)化的抗凍劑相比，GO展現(xiàn)出了優(yōu)異的冷凍保存效果，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(fā)現(xiàn)不但拓展了二維材料的應(yīng)用領(lǐng)域，而且加深了人們對(duì)冰晶形成分子層面的理解。
