寒冷条件下的结冰会给人类带来不便和极大的风险。同样，在低温生物学领域，冰的形成和生长会在低温保存期间对细胞、组织、器官和其他生命资源造成致命伤害。特别是冰损伤，已成为器官移植领域的限制性瓶颈。
近日，中国科学技术大学信息科学技术学院赵刚教授与医院刘会兰主任合作，基于二维碳化钛MXene纳米片的协同抑冰效应，实现了活细胞的高效深低温冷冻保存。相关研究成果发表于《美国化学会-纳米》。
二维碳化钛MXene纳米片的协同抑冰效应课题组供图
低温保存“大有学问”
所谓低温保存技术是指将细胞、组织、器官以及其他生命材料置于深低温环境之下（通常为-80℃、-℃），在此条件下生物体体内的各种生化反应延缓甚至暂停，细胞处于“假死”或“休眠”的状态。
为什么需要低温保存活细胞？“这是因为活细胞从获取到最终使用之间，往往存在一个时间差，少则几天，多则几个月，甚至是几年。为确保使用细胞时，它们是‘活’的，生物学功能仍完好，就需要在它们状态最好时进行冷藏冷冻。”赵刚向《中国科学报》介绍。
因此，低温保存作为众多生命资源必不可少的储存方式，在细胞治疗、生物样本库建立、再生医学等领域发挥不可替代的作用。比如冻存免疫细胞可以用于治疗疾病；冷冻卵细胞可以使女性生育力得以保存。
目前，国际通用的深低温冷冻保存方法，主要分为慢速冷冻保存法和玻璃化保存法两大类。然而，这两种方法都面临一个共同的挑战——样品使用前的复温融解过程，都需要较快的复温速率。假如复温速率不够快，样品内部可能就会出现重结晶或反玻璃化。
“简单来说就是，在复温过程中，小冰晶会发生形状、方位的变化，变成大冰晶，玻璃态的水再次形成冰核，最终变成大冰晶。这个过程会对细胞造成致命性损伤，损伤程度甚至比降温过程冰晶形成造成的损伤还要严重。”赵刚进一步解释说，这是目前国际公认的挑战性问题。
因此，实现降复温过程中冰晶的协同抑制至关重要。其中，最重要的是寻找到一种合适的抑冰材料。
课题组成员在做低温显微镜实验课题组供图
细胞活力提高到81%
功能性纳米材料是抑冰材料的研究热点，但现有研究大多