冰的形成是最普遍且最重要的自然現象之一。但是，由于對許多生物系統的有害影響以及對某些日常生活和工業生產的潛在威脅，因此冰晶有時非常不受歡迎。在自然界中，抗凍蛋白(AFPs)吸附在冰晶上，通過冰結合面(IBF)和非冰結合面(NIBF)的雙重特性來抑制冰的生長。本文提出了一種新的抑制冰生長的策略，將AFPs的雙重特性整合到仿生二維納米材料中。通過分子動力學模擬，-CH
3和-OH基團以一種特殊的有序排列進行修飾，比如石墨烯兩面AFPs的冰結合面，從而構建一種仿生衍生物(GR-CH
3-OH-Mimic)。由于GR–CH
3–OH–Mimic對冰和水具有界面水結構和動力學特性的雙重特性，該衍生物能有效抑制冰晶的生長。進一步的模擬表明，從GR–CH
3–OH–Mimic到環氧、羥基改性的石墨烯到胺、羥基改性的石墨烯到羧基改性的石墨烯，對冰生長的抑制作用均有所減弱。這個序列通過我們的實驗觀察得到了鞏固。
Fig. 1 通過GR–CH
3–OH–Mimic在冰晶上的穩定吸附來抑制冰的生長。
Fig. 2 在GR–CH
3–OH-Mimic的界面水對冰和水的結構和動態特性的雙重特性。
Fig. 3 MD模擬。
Fig. 4 不同系統的冰生長速率。
相關研究成果于2020年由上海大學Guosheng Shi課題組，發表在Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/D0TA06421A)上。原文：Suppressing ice growth by integrating the dual characteristics of antifreeze proteins into biomimetic two-dimensional graphene derivatives。
轉自《石墨烯雜志》公眾號：
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