冰晶动力学粗糙化转变及其在再结晶中的意义

固液界面上的粗糙化转变支配着多种体系中晶体形貌。在冰晶形成中，这些转变控制界面棱影和表面动力学。常常与冰活性分子相关联的棱面形貌是抑制再结晶且对冷冻保存至关重要的。我们假设在无冰活性试剂的情况下，尤其是在高溶质浓度伴随降低熔点的条件下，动力学粗糙化转变可诱导出棱面。我们利用冷光显微镜和实时图像分析研究了冰在二甜基苯酚（DMSO）和脯氨-水溶液中的动力学粗糙化转变。晶体在微滴中生长，维持近平衡条件，因为随着生长过程中溶质浓度增加，液态水转化为冰。应用抗冷冻蛋白III（AFPIII）以区分内在粗糙化与吸附介导效应。我们发现一个明确的动力学粗糙化转变温度（TR = -16.0 +/- 0.2 oC）被识别，标志着从较高温度处的圆形盘到较低温度处的棱面六边形板之间的形貌转变，独立于溶质类型。TR以下的再结晶显示生长界面与熔化界面的不对称性。AFPIII在TR以上促进棱影，即与步缝稳定和提升粗糙化转变温度一致。这些结果阐明了固有界面动力学与分子吸附之间的相互作用，对解释冰晶形貌、表面粗糙化以及冷冻保存设计具有意义。