元素百科为您介绍中科院化学所在仿生抗冻蛋白领域取得新进展。最近，中科院化学所和中科院上海应用物理所研究者合作，基于抗冻蛋白能使生活于寒冷地区的生物体避免冰冻造成危害的特性，深入研究了抗冻蛋白能够有效地降低结冰温度、抑制冰晶生长和重结晶的作用机制。他们发现这类蛋白的冰吸附面上亲疏水相间官能团（甲基和羟基）的有序排列，使其表面形成类冰水，从而能够选择性吸附到冰晶表面，抑制冰晶的生长。该工作发表在《德国应用化学》上。

仿生抗冻蛋白的研发

受到抗冻蛋白的启发，研究人员根据氧化石墨烯（GO）特有的碳骨架结构，开展了GO调控冰晶生长的研究。研究发现GO不但能有效地抑制冰晶生长和重结晶，而且能修饰冰晶形貌。分子动力学的模拟结果显示GO表面具有稳定的类冰水，使得GO更倾向于与固态的冰形成稳定氢键，从而在大量液态水存在的条件下能够选择性地吸附到冰晶的表面。GO吸附到冰晶表面后，在GO间冰晶形成曲面，通过Gibbs-Thompson效应抑制冰晶生长。

仿生抗冻蛋白与商业化抗冻剂对比

他们也首次将GO应用于低温冷冻保存细胞。与商业化的抗冻剂相比，GO展现出了优异的冷冻保存效果，加入0.01 wt%的GO即可将马精子活力从24.3%提高到71.3%。这一研究发现不但拓展了二维材料的应用领域，而且加深了人们对冰晶形成分子层面的理解。