抗冻糖蛋白(AFGP1-5)溶液中自由生长条件下冰晶生长激活能的计算

根据冰晶生长速率理论，计算了抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ１－５）溶液中自由生长条件下冰晶生长的激活能．这种定量计算对研究抗冻糖蛋白溶液中冰晶生长习性有重要意义．     

抗冻糖蛋白（AFGP1—5）溶液中自由生长条件下冰晶生长激…

根据冰晶生长速率理论，计算了抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ１－５）溶液中自由生长条件下冰晶生长的激活能，这种定量计算对研究抗冻糖蛋白溶液中冻晶生长习性的有重要意义。     

鱼抗冻多肽溶液中冰晶生长习性

分析了鱼抗冻多肽分子的结构特点和鱼抗冻多肽溶液中抗冻多肽分子（ＡＦ（Ｇ）Ｐ）与冰晶表面的相互作用机理．提出了鱼抗冻多肽溶液中的冰晶生长理论．合理地解释了冰晶生长的各向异性习性．并给出了周期性键链理论的一个定量形式．     

鱼抗冻蛋白溶液的热滞与蛋白分子量的关系

分析了鱼抗冻糖蛋白的抗冻机理，根据冰晶生长理论和Ｆｌｏｒｙ的大分子溶液理论，导出了抗冻糖蛋白的热滞（熔点与冰晶生长点之差）与抗冻糖蛋白的分子量的关系，结果与实验数据较好地符合。     

在低过冷度HPLC-6溶液中冰晶生长习性的研究

通过推广冰晶在纯水中的生长理论 ,结合冰晶的空间结构及 HPLC-6分子在冰晶表面的吸附模式 ,计算了在低过冷度条件下 ,冰晶在 HPLC-6溶液中沿 a轴和 c轴两个不同方向的生长速率 ,得到的结果与实验结果符合较好 .     

抗冻蛋白诱导冰晶界面层融化的分子动力学模拟

在低温环境中生存的某些生物体内,有可以保护生物体避免冰冻带来伤害的特殊功能的蛋白质,这类蛋白质被称为抗冻蛋白.抗冻蛋白可以非依数性降低冰晶的生长点温度.利用分子动力学模拟的方法,通过计算体系总能量和氢键数目的变化,分析在冰水界面处吸附结合的黄粉虫抗冻蛋白(TmAFP)和鱼类的冬碟(wfAFP)抗冻蛋白对冰晶界面结构的影响.研究结果显示,在冰晶熔点与生长点的温度区间内,吸附到冰晶表面上的黄粉虫抗冻蛋白和冬碟抗冻蛋白,可以影响冰晶界面层的稳定性,使固相水分子向液相水分子转变,诱导冰晶的界面层融化.     

抗冻蛋白活性的吸附动力学模型

根据抗冻蛋白溶液中抗冻蛋白分子与冰晶表面相耳作用特点，提出抗冻蛋白与冰晶表面相互作用模型。进而，利用饱和分数与抗冻活性之间的关系，给出抗冻活性与抗冻蛋白浓度的理论关系。根据此关系做出了与实验数据符合较好的抗冻活性与抗冻蛋白浓度关系的理论曲线。另外，对抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用的特点作了进一步的讨论．     

离子水合对胞内冰成核与生长的影响

使用Karlsson于1994年建立的细胞内冰晶成核与生长的模型研究了细胞内Na 和Cl-离子的水合对细胞内冰晶成核的影响.对水合层中的水分子数h取3个典型值0.0,1.0,2.0,详细研究了细胞内冰晶的成核与生长过程.取细胞内溶液为H2O-NaCl-丙三醇(Glycerol)三元系统,研究发现随着h值的增加,细胞内最终冰晶体积分数减少,而胞内冰晶成核的起始温度不变.取玻璃化转变对应的冰晶体积分数临界值为10,结果表明h的取值对玻璃化转变条件的确定有本质影响.对H2O-NaCl-Glycerol研究表明,在描述胞内冰成核与成长的理论模型中,h应为一状态函数h([cw,cs,ca],T)(其中cw,cs,ca分别是细胞内H2O,NaCl和丙三醇的质量分数).为进一步完善胞内冰晶成核与生长的模型,必须建立低温下h值与溶液组分、温度之间的函数关系.     

热滞蛋白活性的化学动力学的进一步研究

根据热滞蛋白溶液中抗冻分子与冰晶表面相互作用特点，提出了热滞蛋白在冰晶表面吸附的动力学理论，导出了热滞蛋白活性的表达式．计算了各种热滞蛋白溶液的热滞值，得到了与实验结果符合较好的结论，并讨论了热滞蛋白分子在冰晶表面吸附反应过程中的协同效应     

生物组织冻结相变过程的数值模拟

建立了生物组织(含正常生物组织和肿瘤)冻结过程的传热模型.生物组织作为一种多孔介质,其相变发生在一个温度范围内,且存在一个固相与液相共存的糊状过渡区.采用显热容法模拟了生物组织冻结过程中的传热和冰晶增长过程.模拟结果显示,在冻结过程中,冷刀的初始温度越低,冷刀的降温速率越快,生物组织内温度下降和冰晶增长的速率越快.结果还表明组织中液相流动会增加生物组织内传热和冰晶生长的速度.计算结果为冷刀设计和冷冻外科手术提供了理论依据.     

交变电场作用下离子扰动对KMnO4水溶液相变过程的影响

为探索生物材料低温保存的新方法,以质量分数为0.9%的KMnO4溶液为实验样品,将其置于-30℃低温环境中冷冻,同时施加交变电场(频率为50 Hz~100 kHz)干扰,通过显微观察研究交变电场对含盐溶液液-固相变过程的影响.研究发现,交变电场作用对溶液中冰晶生长具有明显的抑制作用,形成的纯水冰晶体积明显减小,离子分布趋于均匀,部分区域可能形成微晶冰或含盐冰.分析认为,对于强电解质溶液,交变电场作用下产生的离子扰动是影响含盐水溶液液-固相变过程的主要原因.     

抗冻（糖）蛋白聚合吸收模型（部分二）：热滞的定量结果和生长速率

分析了抗冻溶液中冰晶界面层的特性，给出了热滞的定理结果，定量计算了冰晶生速率，解释了抗蛋白溶液中冰晶生长的各向异性特点和生长速率，这些结果与实验数据很好地符合。     

第一类鱼抗冻蛋白分子对冰晶表面平衡结构的影响

根据冰晶生长理论,在一定的生长驱动力作用下,冰晶界面生长机制和动力学规律决定于冰晶界面的微观结构.从大分子溶液热力学性质出发,得到了结合抗冻蛋白后冰晶表面微观平衡结构的变化,并讨论了这种变化对冰晶生长形态的影响.结果显示抗冻蛋白造成冰晶表面微观平衡结构改变,是抗冻蛋白溶液中冰晶生长的形态与纯水中冰晶生长的形态有显著区别的原因之一.     

生命材料低温保护剂溶液二维降温结晶过程中的分形特征

在低温显微镜下,观察了低温保护剂溶液在降温过程中冰晶的成核与生长过程,并对异相成核结晶过程的图像做了数字处理.观察了冰晶在降温过程中的边界变化规律,发现异相成核后溶液的冰晶最终呈树枝状结构生长,而且随着降温速率加快,冰晶快速生长.对其进一步的分析表明,该过程具有分形的特征.鉴于这种结构形态变化的时间尺度易于观测,同时也反映了随着溶液黏度升高,水分子扩散难度越来越大,而水分子数目则随结冰量增加又减少等内在规律,则可以通过观察该过程结构形态变化,来研究溶液黏度、水分子扩散和结晶能力随降温速率、保护剂类型及浓度的变化规律.其结构的分形特征,恰好提供了理论工具,即可以在分形理论的框架内分析和了解这些规律.在目前还没有找到合适物理模型的情况下,研究低温保护剂溶液降温结晶和升温再结晶/反玻璃化的预防措施具有非常重要的意义.     

抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型

在分析抗冻蛋白溶液中冰晶生长的实验结果和抗冻蛋白分子结构的基础上，提出了一个抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型，并用计算机对模型进行了数值模拟，得出冰晶界面层厚度与系统中水分子吸附量以及抗冻蛋白浓度的关系，数值模拟的结果和实验结果附合较好。模型对于指导实验上定量测定冰晶界面层的吸附情况和解释实验结果的机理有一定意义。     

磁场影响水溶液冰晶的试验及装置

为寻找生物组织低温无损保存的新方法,研究了磁场对KMnO4溶液冰晶形成的影响.建立了不同形式的磁场发生装置,包括旋转磁场、方波叠加正弦波磁场、50kHz磁场.为保证样品降温过程慢速均匀,运用虚拟仪器技术建立了温度测控系统.使用低温显微系统对磁场影响下样品冰晶的形态进行了记录.结果表明,低频旋转磁场对生物溶液冰晶的形成产生了影响,尤其50kHz交变磁场对溶液中冰晶的生长具有较为显著的抑制作用,说明在易于产生的低冷冻速率下,交变磁场对生物组织的低温无损保存研究具有重要意义,适合实际应用.     

抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型

在分析抗冻蛋白溶液中冰晶生长的实验结果和抗冻蛋白分子结构的基础上,提出了一个抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型,并用计算机对模型进行了数值模拟, 了冰晶界面层厚度增量和系统中水分子吸附量与抗冻蛋白浓度的关系,模型对于指导实验上定量测定冰晶界面层的吸附情况和解释实验结果的机理有一定意义。     

第一类热滞蛋白HPLC-6热滞活性的研究

应用二维刚性粒子流体模型计算了第一类热滞蛋白溶液中HPLC-6分子在冰晶表面吸附的覆盖度,得到了覆盖度与溶液浓度的关系.应用拉普拉斯方程计算了由冰晶表面吸附的HPLC-6分子影响使冰晶表面曲率发生变化而产生的附加压强,并根据一级Gibbs-Thomson方程得到了相应浓度下由此附加压强造成的热滞温度,理论计算结果与实验结果符合较好.     

静电场作用下H2O偶极极化对冰晶形成过程的影响

采用去离子水为实验样品，在-30℃低温环境中冷冻，冷冻过程中施加不同强度的静电场干扰，研究静电场对去离子水冰核形成及冰晶生长过程的影响．研究发现，在冷冻过程初期静电场的引入可以诱发冰核形成，导致过冷点升高，但在随后液相到固相的相变过程中，静电场对冰晶生长具有抑制作用．分析认为，在静电场作用下电偶极矩沿电场方向分布的H2O具有最稳定的状态，能量的分布函数具有最大值，这些结果是诱发冰核形成、抑制冰晶生长的原因．     

"表面互补"模型--抗冻蛋白通用的分子机理

抗冻蛋白(antifreeze protein,AFPs)是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之间发生重结晶的蛋白质,能在结冰或亚结冰条件下保护生物体不受伤害.AFPs具有两种明显不同的活性--热滞活性和重结晶抑制活性.AFPs虽然在氨基酸序列、物种来源和高级结构等方面具有很大的差异,但都能通过吸附作用与特定的冰晶表面相结合,从而表现出相应的抗冻活性.AFPs与冰晶结合的分子机理主要有"氢键结合"模型和"表面互补"模型,而后者具有更强的优势,已逐渐发展成AFPs通用性的分子机理.目前已测定或建模了三维结构的AFPs都能与冰晶的特定表面形成表面互补,但形成这种表面互补的各种作用力还有待于进一步的研究.