טכניקה Supercool שומר נוזלים נוזלים היטב מתחת להקפיא

Anonim

טכניקה Supercool שומר נוזלים נוזלים היטב מתחת להקפיא

פיזיקה

מייקל אירווינג

13 באוגוסט 2018

חוקרים פיתחו שיטה חדשה supercool נוזלים הרבה מתחת לקפוא ללא גבישים קרח להרכיב (אשראי: somchaij / Depositphotos)

הקפאה היא אחת השיטות הפשוטות ביותר לשימור מזון, רקמות ביולוגיות ומתכלים אחרים, אך היווצרותם של גבישי קרח עלולה לגרום נזק לתאים. עכשיו, חוקרים מבית החולים הכללי של מסצ'וסטס (MGH) פיתחו דרך חדשה למים "supercool " ופתרונות דומים כדי לשמור אותם במצב נוזלי הרבה מתחת לנקודת הקיפאון הרגילה.

כולם יודעים כי מים קופא על 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות), אבל לא כולם יודעים כי התהליך הוא לא כל כך פשוט. זה המקום שבו הנוזל מתחיל להקפיא, כמו מולקולות מים על פני השטח מתחילים להתגבש לקרח, אשר מתפשט למולקולות השכנות עד שכל גוף המים קפוא. במובן מסוים, הורדת הטמפרטורה רק מגבירה את ההסתברות שכל מולקולה מסוימת של נוזל תקפא.

ישנם יתרונות וחסרונות להקפיא דברים. מצד אחד, משהו קר יותר, תהליכים איטיים יותר מטבוליים ותגובות כימיות להתרחש. כלומר, החיידקים לא יגדלו והרקמה לא תתפוגג מהר. למרבה הצער, תהליך הקפאה גורם גבישי קרח להיווצר בין התאים, מזיק להם. מציאת דרכים לשמור על הדברים קר מאוד ללא אותם מקפיא כראוי יכול לעזור לנו לאחסן ולהעביר מזון, רקמות, איברים ורפואה במשך זמן רב.

בידיעה כי תהליך הקפאה מתחיל על פני השטח, שבו המים פוגש אוויר קר, הטכניקה MGH הוא פשוט להפתיע - לשמור על המים והאוויר נפרדים. כדי לעשות זאת, הצוות אטום את פני השטח עם שמן המבוסס על פחמימנים, ומצא כי הם יכולים לעצור את היווצרות קרח במדגם 1 מ"ל (0.03-oz) המאוחסן ב -13 מעלות צלזיוס (9 ° F) עד בשבוע.

"הגישה שלנו, שאותה כינינו" מעמיקים עמוקים ", היא פשוט לכסות את פני השטח של נוזל כזה בפתרון שאינו מתערבב במים, כמו שמן מינרלי, כדי לחסום את הממשק בין מים לאוויר, שהוא האתר העיקרי של התגבשות, "אומר O. ברק Usta, שיתוף המקביל מחבר המחקר. "גישה זו פשוטה להפליא, מעשית ועלות נמוכה לפתרון פתרונות על פני תקופות ממושכות, יכולה לאפשר שיטות רבות לשימור מזון ומזון, וכן ניסויים בסיסיים שלא היו אפשריים בעבר".

על סמך הבדיקות הראשונות, החוקרים התנסו בשמנים מורכבים יותר ופחמימנים פשוטים כמו אלכוהולים ואלקאנים. באמצעות אלה, הם הצליחו supercool 1 מ"ל דגימות של מים ותא השעיות ל -20 מעלות צלזיוס (4 מעלות צלזיוס) במשך 100 ימים. הגדלת זה עד כמויות שמיש יותר של נוזל, הם הצליחו לשמור על דגימות 100 מ"ל (3.2-oz) מקורר במשך שבוע.

לאחר מכן הצוות המשיך לבדוק עד כמה הטכניקה יכולה לשמר דברים כמו תאי דם אדומים. הניסויים המוקדמים שלהם הצליחו לשמור על 100 מ"ל של תרחיפים אדומים של תאי דם ב -13 מעלות צלזיוס למשך עד 100 ימים - פי שניים מהמקסימום האפשרי של 42 ימים עם שיטות עבודה קיימות.

"אנחנו כרגע מנהלים ניסויים כדי להגדיל את נפח תאי הדם האדומים דגימות אחסון עד רלוונטיות יותר מבחינה קלינית 300 ל 500 מ"ל (10 עד 17 עוז) טווח, " אומר Usta. "אנחנו גם עובדים על יישום שיטה זו על תאים אחרים ועל תרגום זה לרקמות גדולות ולאברים שלמים כמו הכבד, יחד עם יישומים פוטנציאליים ברפואה ושימור מזון, אנחנו גם מאמינים כי המצאה זו יכולה לשמש כדי ללמוד תגובות כימיות ב המדינה נוזלי בטמפרטורות נמוכות ללא ציוד יקר גבוה מסובך בלחץ גבוה. "

המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications .

מקור: בית החולים הכללי של מסצ'וסטס

חוקרים פיתחו שיטה חדשה supercool נוזלים הרבה מתחת לקפוא ללא גבישים קרח להרכיב (אשראי: somchaij / Depositphotos)