了解聚合物如何抑制冰再结晶可以指导设计新的冷冻保护剂

　　当生物材料(细胞、血液、组织)被冷冻时，冷冻保护剂用于防止在冷冻过程中与冰的形成相关的损害。除了现有的冷冻保护剂外，新的聚合物冷冻保护剂也在不断涌现，但它们究竟是如何控制冰的形成和生长的，在很大程度上仍然是未知的。对于PVA来说尤其如此，PVA是一种看似简单的合成聚合物，通过原子水平上的机制与冰相互作用，这要归功于华威大学的研究人员。

　　冷冻保护剂在冷冻生物材料时是至关重要的，以减少与冰形成有关的细胞损伤。冰再结晶，即以小冰晶为代价生长大冰晶的过程，是影响目前低温保存方案的主要问题之一，但人们对它的理解仍然很少。华威大学的研究人员研究了一种很受欢迎的聚合物是如何与生长中的冰晶结合在一起的，这种聚合物有可能用于低温保存。

　　在发表在该杂志上的论文《PVA的冰重结晶抑制活性的原子细节》中，华威大学的研究人员发现，与新兴的共识相反，聚乙烯醇(PVA)的较短或较长的聚合链都与冰结合。

　　到目前为止，该社区一直在假设短聚合物与冰晶的结合不够强，但在这项工作中，Sosso博士和同事已经证明，这些结合相互作用与聚合物在冰界面上占据的有效体积之间的微妙平衡决定了它们在阻碍冰再结晶方面的有效性。

　　这项工作结合了冰再结晶抑制的实验测量和计算机模拟。后者是获得微观过程的宝贵工具，例如冰的形成，因为它们能够看到在非常快或非常小的过程中发生的事情，即使是最先进的实验技术也很难看到。

　　这项工作揭示了冰再结晶核心的基本原理，确定了可以直接用于设计下一代冷冻保护剂的设计原则。这一成就证明了华威大学被人们深情地称为“Team Ice”的力量，这是一个不断发展的合作网络，有可能在冰形成的许多方面产生巨大影响，从大气科学到药物化学。

　　Sosso博士(化学系)研究小组的博士生Fabienne Bachtiger率先开展了这项工作，他解释说:“我们发现，即使是相当短的PVA链，只包含十个聚合物单元，也能与冰结合，而且PVA的小块共聚物也能结合。对于实验界来说，了解这一点是很重要的，因为到目前为止，他们一直在不同的假设下工作。事实上，这意味着我们可以成功地使用比以前想象的更小的聚合物。这是帮助开发新的更有效的冷冻保护剂的关键信息。”

　　来自华威大学化学系的Gabriele Sosso博士正在领导一项研究生物物质中冰形成的重要计算工作，他指出:“有了这一贡献，我们为聚合物冷冻保护剂与生长中的冰晶究竟如何相互作用的难题增加了一个关键部分。这是我的团队正在进行的一项更大的计算和理论工作的一部分，目的是了解冷冻保护剂在分子水平上是如何工作的，从而确定我们的实验同事可以直接探索的设计原则。沃里克是进一步了解冰的理想场所，这项工作展示了我的研究小组和吉布森集团之间非常令人兴奋的合作的影响。”