Замерзание и последующее оттаивание часто наносят непоправимый вред биологическим образцам, тканям и материалам из-за роста кристаллов льда. В природе эту проблему решают специализированные белки-антифризы. Ученые давно пытались воспроизвести механизм их действия с помощью синтетических материалов, но все их усилия были сосредоточены на том, как молекулы взаимодействуют со льдом на своей поверхности.
Новое исследование подсветило иную сторону вопроса, перенеся фокус на то, что происходит внутри. Группа ученых под руководством профессора Мэтью Гибсона в сотрудничестве с профессором Стивом Армесом из Шеффилдского университета доказала, что ключевую роль в контроле роста льда играет не внешняя поверхность, а внутренняя структура полимерных наночастиц, пишет Phys.org.
Команда создала целую библиотеку наночастиц с помощью технологии самосборки. Каждая частица состояла из внешнего слоя, контактирующего с водой, и скрытого внутреннего ядра. К удивлению исследователей, именно химический состав ядра оказался решающим фактором. Частицы с «мягкими» ядрами демонстрировали значительно более высокую активность, эффективно подавляя перекристаллизацию льда, в то время как частицы с более жесткими ядрами были менее действенны. Более того, химическая фиксация внутренней структуры полностью устранила эту способность.
«Работа показывает, что мы можем регулировать свойства, контролирующие образование льда, путем модификации внутренней структуры наночастиц, а не только их поверхности», — отметил профессор Гибсон. Это открытие опровергает общепринятое мнение о том, что со льдом взаимодействует только поверхность. Полученные данные закладывают новый принцип проектирования функциональных материалов.
Таким образом, исследование открывает возможности для создания более эффективных и экономически выгодных альтернатив природным антифризным белкам. Материалы, контролирующие рост льда, имеют огромный потенциал применения — от сохранения клеток и тканей для трансплантации и улучшения текстуры замороженных продуктов до разработки противообледенительных покрытий нового поколения.
Ранее растение, которое считали исчезнувшим десятилетия назад, внезапно «вернулось» благодаря случайной находке и одному посту в интернете. Подробнее о неожиданной находке рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru