含有大量水分的食物、藥物和生物組織在被凍結時，會形成冰晶，從而破壞細胞膜和胞器官等。爲此，人們開發了透過添加冷凍保存劑來抑制冰晶成長的方法。然而，目前尚不清楚保存劑是怎樣抑制冰晶成長的。
日本核能研究開發機構（JAEA）物質科學研究中心的熊田高之研究主幹、中川洋研究主幹、關根由莉奈研究副主幹等，與財團法人綜合科學研究機構（CROSS）的大石一城次長、廣島大學研究生院統合生命科學研究科的川井清司教授等共同利用自旋對比調變中介子小角散射法，首次成功觀測到了葡萄糖水溶液中冰晶成長初期的特殊形狀。相關成果已發表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》上。
圖1 常規方法（左）和自旋對比法（右）獲得的葡萄糖水溶液的中介子小角散射曲線（供圖：日本核能研究開發機構）
研究團隊透過在J-PARC（位於日本茨城縣東海村的大強度質子加速器設施）的中介子小角和高角散射裝置中加入氫核偏振裝置，進行了自旋對比調變中介子小角散射實驗。實驗結果表明，當添加葡萄糖後，生成的冰晶形成了相對於2～3奈米的厚度擴展至數十奈米以上的板塊。該厚度與在過冷水中形成冰晶核所需的尺寸（臨界直徑）大致相同。
到目前爲止，人們一直認爲糖可以透過束縛（水合）周圍的水分子來阻止冰晶的成長，但本次的研究結果揭示了葡萄糖不僅可以水合水分子，還可能與其他冷凍保存劑一樣，具有與冰晶的特定面緊密結合，並抑制冰晶向該面的方向成長的功能。
熊田研究主幹表示：「今後，我們將致力於研究各種糖和其他冷凍保存劑抑制冰晶成長的機制。此外，還將透過明確寒冷地區植物產生的特定糖的功能闡明生命維持的機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：The Journal of Physical Chemistry Letters
論文：Polarized Neutrons Observed Nanometer-Thick Crystalline Ice Plates in Frozen Glucose Solution
DOI：doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01448
