含有大量水分的食物、药物和生物组织在被冻结时，会形成冰晶，从而破坏细胞膜和细胞器官等。为此，人们开发了通过添加冷冻保护剂来抑制冰晶生长的方法。然而，目前尚不清楚保护剂是怎样抑制冰晶生长的。
日本原子能研究开发机构（JAEA）物质科学研究中心的熊田高之研究主干、中川洋研究主干、关根由莉奈研究副主干等，与财团法人综合科学研究机构（CROSS）的大石一城次长、广岛大学研究生院统合生命科学研究科的川井清司教授等共同利用自旋对比调制中子小角散射法，首次成功观测到了葡萄糖水溶液中冰晶生长初期的特殊形状。相关成果已发表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》上。
图1 常规方法（左）和自旋对比法（右）获得的葡萄糖水溶液的中子小角散射曲线（供图：日本原子能研究开发机构）
研究团队通过在J-PARC（位于日本茨城县东海村的大强度质子加速器设施）的中子小角和高角散射装置中加入氢核偏振装置，进行了自旋对比调制中子小角散射实验。实验结果表明，当添加葡萄糖后，生成的冰晶形成了相对于2～3纳米的厚度扩展至数十纳米以上的板块。该厚度与在过冷水中形成冰晶核所需的尺寸（临界直径）大致相同。
到目前为止，人们一直认为糖可以通过束缚（水合）周围的水分子来阻止冰晶的生长，但本次的研究结果揭示了葡萄糖不仅可以水合水分子，还可能与其他冷冻保护剂一样，具有与冰晶的特定面紧密结合，并抑制冰晶向该面的方向生长的功能。
熊田研究主干表示：“今后，我们将致力于研究各种糖和其他冷冻保护剂抑制冰晶生长的机制。此外，还将通过明确寒冷地区植物产生的特定糖的功能阐明生命维持的机制。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：The Journal of Physical Chemistry Letters
论文：Polarized Neutrons Observed Nanometer-Thick Crystalline Ice Plates in Frozen Glucose Solution
DOI：doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01448
