作者:苏黎世联邦理工学院彼得·吕格 新型脂质中间相的三维模型:这种立方图案在材料中有规律地重复
信用:彼得·吕格/苏黎世联邦理工学院 水不结冰能达到零下263摄氏度吗？苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的研究人员说，是的，如果它局限在纳米尺度的脂质通道中，它可以
制作冰块是一个简单的过程:像大多数家庭一样，你拿一个塑料冰块托盘，装满水，然后放入冰箱
不久，水结晶并变成冰
如果你要分析冰晶的结构，你会看到水分子排列成规则的三维晶格结构
相比之下，在水中，分子是无组织的，这就是水流动的原因
玻璃水 由拉斐尔·梅赞加教授和埃胡德·兰道教授领导的苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的一组物理学家和化学家现在已经找到了一种不寻常的方法来防止水形成冰晶，因此即使在零下的极端温度下，它也能保持液体的无定形特征
在第一步中，研究人员设计并合成了一种新的脂质(脂肪分子)，以创造一种新形式的“软”生物物质，称为脂质中间相
在这种材料中，脂质自发地自组装并聚集形成膜，其行为与天然脂肪分子相似
然后，这些膜采用均匀排列，形成直径小于1纳米的连通通道网络
温度和含水量以及设计的脂质分子的新结构决定了脂质中间相的结构
类脂形成网状分支膜，将水(浅蓝色)包起来
信用:利维雅·萨尔瓦蒂·曼尼/苏黎世联邦理工学院 没有水晶体的空间 这种结构的特别之处在于——与冰块托盘不同——狭窄的通道中没有水形成冰晶的空间，所以即使在零下的极端温度下，它也是无序的
脂质也不会冻结
使用液氦，研究人员能够将由化学修饰的单酰基甘油组成的脂质中间相冷却到零下263摄氏度，仅比绝对零度高10度，仍然没有冰晶形成
在这个温度下，水变成“玻璃状”，研究人员能够在模拟中证明和证实这一点
他们对水被限制在脂质中间相时这种异常行为的研究最近发表在《自然纳米技术》杂志上
苏黎世联邦理工学院食品与软性材料实验室的拉斐尔·梅赞加教授解释说:“关键因素是脂类与水的比例。”
因此，混合物中的水含量决定了中间相几何形状变化的温度
例如，如果混合物含有12体积%的水，中间相的结构将在大约零下15摄氏度从立方迷宫转变为层状结构
细菌的天然防冻剂 苏黎世大学化学教授埃胡德·兰道说:“让开发这些脂质变得如此棘手的是它们的合成和纯化。”
他解释说，这是因为脂质分子有两个部分；一种是疏水的(排斥水),一种是亲水的(吸引水)
“这使得他们极难共事，”他说
由类脂膜和水形成的软生物材料具有复杂的结构，使水与疏水部分的接触最小化，并使其与亲水部分的界面最大化
利维雅·萨尔瓦蒂·曼尼和联邦理工学院教授拉斐尔·梅赞加用脂质中间相模型
信用:P
吕格/苏黎世联邦理工学院 研究人员在某些细菌的细胞膜上模拟了新的脂质种类
这些细菌还产生一种特殊的自组装脂质，能够自然地将水限制在它们的内部，使微生物能够在非常寒冷的环境中生存
兰道说:“我们脂质的新奇之处在于将高度紧张的三元环引入分子疏水部分的特定位置。”
“这使得必要的弯曲产生如此微小的水通道，并防止脂质结晶
" 研究软物质 这些新的脂质中间相将主要作为其他研究者的工具
它们可以用于在模拟膜的环境中非破坏性地分离、保存和研究大的生物分子，例如通过使用低温电子显微镜
生物学家越来越多地转向这种方法来确定大生物分子如蛋白质或大分子复合物的结构和功能
“在正常的冷冻过程中，当冰晶形成时，它们通常会损坏和破坏细胞膜和重要的大生物分子，这使得我们无法确定它们与脂质膜相互作用时的结构和功能，”迈赞加说
但新的中间相则不然，这种中间相是非破坏性的，能保持这些分子的原始状态，并存在生命的另一个关键组成部分，即脂质
“我们的研究为未来的项目铺平了道路，以确定蛋白质如何以其原始形式保存，并在非常低的温度下与脂质膜相互作用，”联邦理工学院的教授说
这种新的软物质也可以应用在任何必须防止水结冰的地方
“但我们的工作并不针对奇特的应用，”梅森加说:“我们的主要焦点是给研究人员一个新的工具，以促进低温下没有冰晶的分子结构的研究，并最终理解生命的两个主要组成部分，即我和我的大脑是如何在低温下工作的。”
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水和脂类在极端的温度和几何限制条件下相互作用。”他补充道
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