Физики из Объединенного института высоких температур Российской академии наук разработали теоретическую модель, которая объясняет влияние аминокислот и сахаров на рост кристаллов льда.
Эти вещества не только понижают температуру замерзания, но и самоорганизуются в наночастицы. Те, в свою очередь, прилипают к кристаллам льда и препятствуют их слиянию.
Когда вода превращается в лед, между кристаллами остаются тонкие прослойки жидкости, в которых скапливаются растворенные вещества. Мы показали, что при сильном охлаждении эти молекулы начинают объединяться в наночастицы, которые «прилипают» к границе кристаллов и мешают им сливаться. Фактически это тот же принцип, по которому работают антифризные белки у арктических рыб, только в этом случае речь идет о гораздо более простых и синтетически доступных молекулах.
Эффективность механизма определяется двумя факторами: низкой растворимостью вещества, способствующей формированию стабильных наночастиц, и геометрическим соответствием их поверхности кристаллической решетке льда, что обеспечивает прочное сцепление и торможение роста кристаллов.
Способ позволяет контролировать рост льда без использования сложных или токсичных соединений. Открытие может найти применение в криоконсервации клеток и тканей, хранении пищевых продуктов и создании морозостойких материалов. Исследование опубликовано в журнале Chemical Communications.
Ранее Наука Mail писала о первой в России «холодной» геотермальной станции.
