記者2月19日從中國科學技術大學獲悉，該校資訊科學技術學院趙剛教授團隊通過分子材料設計、工程學策略和多物理場結合，實現了活細胞深低溫冷凍保存過程的協同抑冰，極大提升了活細胞低溫保存的效率和品質。研究成果日前發表在國際著名學術期刊《科學進展》上。
冰晶的形成、生長以及去除，在航空航太、大氣科學、低溫生物醫學等諸多領域均具有重要的研究意義。目前國際通用的生物樣本深低溫冷凍保存方法，主要可以分為慢速冷凍法和玻璃化法兩大類。然而，無論哪一種低溫保存方法都難以避免復溫融解過程可能出現的再結晶和反玻璃化，而復溫過程中的冰晶形成對樣品的損傷往往是致命的。因此，實現降復溫全過程中冰晶的協同抑制至關重要。
趙剛教授團隊首次從分子材料遴選與設計、工程與結構倣生、多物理場協同調控相結合的角度，全方位、多層次地提出了冰晶抑制的方法和策略。研究人員基于水熱法，通過調控合成參數，制備出奈米片和奈米花形態的奈米復合材料。奈米復合材料整合了抑制冰晶的形成、生長以及快速消融的一體化功能，因此可以顯著降低細胞低溫保存過程的冰晶損傷，極大地提高細胞保存效率。
研究結果表明：降溫過程中奈米材料具有可以調控冰晶成核的作用，顯著降低溶液過冷度，從而可以顯著降低樣品在降溫過程遭受的冰晶損傷。其次，奈米復合材料可以選擇性地吸附至冰晶界面處，從而抑制復溫過程中的冰晶再結晶，同時可以實現冰晶的快速消融，促使生物樣品快速穿過危險溫區，降低復溫過程遭受的低溫損傷。
此外，基于冰晶協同抑制效應，本次研究還實現了活細胞構建物在低濃度保護劑下的快速冷凍保存，具有與商用二甲基亞砜同等的保存效果，並且保存樣品可以在體內連續存活多天並且保持正常的增長增殖，表明該種保存方式的可靠性與穩定性，有望為後續的細胞治療提供全新的保存方式。
