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記者2月19日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院趙剛教授團(tuán)隊(duì)通過分子材料設(shè)計(jì)、工程學(xué)策略和多物理場(chǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞深低溫冷凍保存過程的協(xié)同抑冰，極大提升了活細(xì)胞低溫保存的效率和質(zhì)量。研究成果日前發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。
冰晶的形成、生長(zhǎng)以及去除，在航空航天、大氣科學(xué)、低溫生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域均具有重要的研究意義。目前國(guó)際通用的生物樣本深低溫冷凍保存方法，主要可以分為慢速冷凍法和玻璃化法兩大類。然而，無(wú)論哪一種低溫保存方法都難以避免復(fù)溫融解過程可能出現(xiàn)的再結(jié)晶和反玻璃化，而復(fù)溫過程中的冰晶形成對(duì)樣品的損傷往往是致命的。因此，實(shí)現(xiàn)降復(fù)溫全過程中冰晶的協(xié)同抑制至關(guān)重要。
趙剛教授團(tuán)隊(duì)首次從分子材料遴選與設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)仿生、多物理場(chǎng)協(xié)同調(diào)控相結(jié)合的角度，全方位、多層次地提出了冰晶抑制的方法和策略。研究人員基于水熱法，通過調(diào)控合成參數(shù)，制備出納米片和納米花形態(tài)的納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料集成了抑制冰晶的形成、生長(zhǎng)以及快速消融的一體化功能，因此可以顯著降低細(xì)胞低溫保存過程的冰晶損傷，極大地提高細(xì)胞保存效率。
研究結(jié)果表明：降溫過程中納米材料具有可以調(diào)控冰晶成核的作用，顯著降低溶液過冷度，從而可以顯著降低樣品在降溫過程遭受的冰晶損傷。其次，納米復(fù)合材料可以選擇性地吸附至冰晶界面處，從而抑制復(fù)溫過程中的冰晶再結(jié)晶，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)冰晶的快速消融，促使生物樣品快速穿過危險(xiǎn)溫區(qū)，降低復(fù)溫過程遭受的低溫?fù)p傷。
此外，基于冰晶協(xié)同抑制效應(yīng)，本次研究還實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞構(gòu)建物在低濃度保護(hù)劑下的快速冷凍保存，具有與商用二甲基亞砜同等的保存效果，并且保存樣品可以在體內(nèi)連續(xù)存活多天并且保持正常的增長(zhǎng)增殖，表明該種保存方式的可靠性與穩(wěn)定性，有望為后續(xù)的細(xì)胞治療提供全新的保存方式。
