科学家们找到了永远不会变成冰的水

科学家们找到了永远不会变成冰的水

冰是一种复杂的物质。虽然冰的状态好像仅有一种，但科学家们实际上知道冰大约20种不同的分子变种，有些如此深奥和罕见，它们可能只存在于计算机模拟中，或埋藏在遥远的行星中。

因为水可以通过许多不同的方式冻结成固体，其结晶有可能避免的。

在一项新实验中，科学家们能够创造出似乎永远不会变成冰的水，即使在接近绝对零度的温度下也是如此。

有许多方法可以创造出所谓的“无定形水”，但科学家们不断寻找新方法来测试这些技术的极限。

其中一些涉及研究所谓的无定形冰，一种无定形但固体形式的水，其中冰从未形成，因为水分子被阻止进入结晶过程。

去年，瑞典的科学家成功地将液态水冷却到了-45摄氏度的创纪录低温，没有结冰，但现在瑞士的研究人员走得更远了。

苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的研究人员在合成的脂质膜的帮助下，使用一种“纳米细胞”水分子，能够将水冷却到了-263摄氏度而没结冰，仅比绝对零度（即−273.15℃）高10摄氏度。

研究人员在论文中解释道：“纳米级水的物理限制可以在控制其性质方面发挥重要作用，特别是，在纳米范围内的限制可以抑制水分子排列成冰结构，从而防止在零下温度下结晶并产生无定形水状态。”

为了捕获水分子，该团队合成了一类新的脂肪分子，形成一种称为脂质中间相的柔软生物材料。

脂质中间相的3D模型

在这种结构中，脂肪分子自组装成一种排列，形成一个极窄的连接通道网络，每个通道的直径小于1纳米。

在这些微小的隧道内部，水分子可以以液体形式存在，但是空间是如此令人难以置信的限制，在分子水平上冰结晶是不可能的，甚至当脂质中间相用液氦冷却到大约10开尔文(-263.15摄氏度)时也是如此。

研究人员说，由于脂肪物质原子结构内部的分子修饰,这种纳米结构重新排列了中间相的疏水（疏水）和亲水（吸水）部分。

苏黎世大学的化学家Ehud Landau说:“我们的脂质的新颖性是将高度应变的三元环引入分子疏水部分的特定位置,这些能够产生必要的曲率，从而产生如此微小的水通道，防止脂质结晶。”

该材料形成可限制水的分支膜，图中浅蓝色所示

虽然没有发生结晶，但在这些超低温下，水确实变成“玻璃状”：物质的亚状态，虽然在分子水平上是固体，但却不是冰，它不像冰一样结晶。

鉴于冰晶从未形成，研究人员表示，脂质中间相膜有朝一日可以帮助科学家保存基于蛋白质的物质，而不会损坏它，在极低温度下保持其原始形态，或帮助我们找到防止水结成冰的新方法。

苏黎世联邦理工学院的物理学家和软材料研究员Raffaele Mezzenga说：“我们的主要重点是为研究人员提供一种新工具，以促进低温分子结构的研究，不含冰干扰晶体，最终了解生命的两个主要组成部分，水和脂质如何在极端温度和几何条件下相互作用。“

该研究结果发表在《自然纳米科技》杂志上。