Образование льда может повредить биологические образцы, ткани и материалы во время замерзания и оттаивания. В природе специальные молекулы (белки, связывающие лед), предотвращают чрезмерное увеличение размеров кристаллов льда, помогая организмам выживать в условиях сильного холода.
Ученые давно пытались воспроизвести это поведение с помощью синтетических материалов, но большинство разработок были сосредоточены на том, как молекулы взаимодействуют со льдом на их поверхности.
В исследовании, опубликованном в журнале Chemical Science, группа ученых впервые показала, что ключевую роль в контроле роста льда играет не их внешняя поверхность, а внутренняя структура полимерных наночастиц.
Ученые сделали набор полимерных наночастиц с помощью технологии самосборки: у каждой частицы есть внешний слой, который соприкасается с водой, и скрытое внутреннее ядро. Оказалось, что именно состав этого ядра сильно влияет на способность частиц сдерживать рост ледяных кристаллов со временем. Частицы с «мягким» ядром гораздо лучше подавляют увеличение льда, а с жестким — работают слабее. При этом, если жестко закрепить структуру ядра, способность останавливать рост льда пропадает вовсе.
Это открытие важно для разных сфер: от хранения клеток и тканей до улучшения качества замороженных продуктов и создания покрытий, которые мешают образованию наледи. Новый подход позволит создавать более удобные и недорогие заменители природных «антифризных» белков. Кроме того, исследование показывает, что при разработке функциональных наночастиц нужно учитывать не только поверхность, но и внутреннюю структуру, которая может определять свойства материала не меньше, чем химия его внешнего слоя.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые подвергли сомнению одну из базовых идей химии.
