低温下冷冻保护剂水溶液中玻璃化与冰形成的相互作用
软凝聚态物质
2022-04-27 v1 化学物理
摘要
水易于结晶的特性是理解其在过冷状态下假想奇异行为的主要障碍，也构成了生物系统低温保存的强烈实际限制。添加一定浓度的甘油具有防止水结晶的冷冻保护效应，已被提出作为一种可能的解决途径，前提是浓度足够小以使水保留部分体相特征并/或限制甘油对生物体的损害。与先前预期相反，我们表明在约18%的“临界”甘油摩尔浓度下，虽快速冷却可实现无结晶的玻璃化，但水溶液在低于其量热玻璃化转变温度等温退火时仍会发生结晶。通过时间分辨极化中子散射研究，我们提取了冰晶的尺寸与形状、结晶水比例、结晶时间等关键参数，这些对冷冻保护十分重要，并给出了它们随退火温度的变化关系。我们还表征了低温下存在的非平衡液相的性质，提供了更多反对存在等组分液-液相变的论据。最后，我们提出了一个经验法则来估算水溶液中不发生水结晶的温度下限。
引用
@article{arxiv.2111.12183,
title = {Interplay of vitrification and ice formation in a cryoprotectant aqueous solution at low temperature},
author = {Christiane Alba-Simionesco and Patrick Judeinstein and Stéphane Longeville and Oriana Osta and Florence Porcher and Frédéric Caupin and Gilles Tarjus},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.12183},
year = {2022}
}
备注
Main text (12 pages, 4 figures) and Supplementary Information (10 pages, 16 figures). Accepted in PNAS