用于量化过冷水体系稳定性的异相冰成核极值统计模型
材料科学
2023-12-04 v1
摘要
水在低于其平衡熔点的温度下保持亚稳态液相的倾向，在低温保存生物材料（如组织和器官）方面具有重大潜力。其所带来的益处直接源于较低温度渐进降低代谢消耗，同时避免冰晶化造成的不可逆损伤。遗憾的是，临床相关体相系统中水的冻结由未表征的痕量杂质引发的无规异相成核主导，且这种行为显著的不可预测性阻碍了过冷技术在受控实验室环境之外及体积大于几毫升时的应用。在此，我们发展了一个统计模型，该模型利用常规泊松统计捕捉成核固有的随机性，并通过二元极值统计捕捉异相成核催化的随机变异性。单独地，这两类模型均无法同时解释成核的时间依赖特性以及与异相催化相关的样品间变异性，且传统极值模型仅考虑了特征成核温度的变异。我们开展了一系列使用生理盐溶液的恒定冷却速率和等温成核实验，并利用该统计模型评估动力学和热力学成核参数的自然变异性。通过量化作为温度、过冷持续时间和体系体积函数的冻结概率，同时考虑成核位点变异性，本研究也为稳定过冷生物保存方案的合理设计提供了基础。
引用
@article{arxiv.2304.10455,
title = {An extreme value statistics model of heterogeneous ice nucleation for quantifying the stability of supercooled aqueous systems},
author = {Anthony N. Consiglio and Yu Ouyang and Matthew J. Powell-Palm and Boris Rubinsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.10455},
year = {2023}
}