在近期发表在《先进材料》上的一篇通信文章中,来自福州大学的郭良洽、中国科学院的王健君及其同事们报道了利用石墨化氮化碳衍生物来调节冰晶生长的方法,并将这些氮化碳衍生物成功地用作细胞保存的防冻剂。

Video Abstract:氧化氮化碳量子点抑制冰生长

 

水在冬天可经历一个美丽的相变过程而变成冰。但与其他大多数化合物不同的是,固态的冰因其密度比液态水小而漂浮在水面上。海水因高浓度盐的存在可降低水的凝固点而难以结冰。如果需要避免冰形成时伴随的体积膨胀,那么使用能够降低水凝固点的添加物(即防冻剂)便非常关键。对于生物相关的应用而言,寻找到无毒副作用的防冻剂是一项挑战。 在近期发表在《先进材料》上的一篇通信文章中,来自福州大学的郭良洽、中国科学院的王健君及其同事们报道了利用石墨化氮化碳衍生物来调节冰晶生长的方法,并将这些氮化碳衍生物成功地用作细胞保存的防冻剂。 由氢键形成引发的冰晶生长过程可通过具备合适结构的材料吸附在冰晶表面来抑制。石墨化氮化碳中的叔胺氮原子上的孤对电子能通过调整构型到合适的位置使得相关衍生物能够抑制冰晶生长。研究者们合成了两种量子点:氧化石墨化氮化碳量子点(OCNs),可使冰晶像在纯水中时,于凝固点以下0.08 oC(ΔT)形成;氧化石墨化类氮化碳量子点(OQCNs),可生成正六边形的冰晶。这种行为与植物和昆虫体内的防冻蛋白表现出的行为极为类似,即低于凝固点0.1 oC时冰晶急速形成。 虽然冰晶在OCN分散液中的生长行为类似于在纯水中,但在不同种类的OQCNs分散液中,冰晶在低于临界过冷温度时的生长却被遏止。冰亲和力测试表明OQCNs与冰之间存在吸附平衡,从而确认了该微粒可吸附在冰晶表面。 利用光学显微镜对量子点分散液的骤冷过程的观察揭示了OQCNs能抑制水在解冻过程中的重结晶。OQCNs的低生物毒性使得其可作为用于细胞保存的防冻剂。意想不到的是,同商用的羟乙基淀粉防冻剂相比,使用OQCNs冷冻保存的羊红细胞的复活率被提高了两倍,达到55%的高值。 欲了解更多关于这些颇具潜力的防冻剂,请访问《先进材料》网站主页。