Ультратонкие металло-органические слои предотвращают образование кристаллов льда
Небольшие количества нанометровых металло-органических слоев эффективно защищают эритроциты при замораживании и оттаивании. Нанопокрытия на основе металло-органических каркасов из гафния предотвращают образование кристаллов льда при очень низких концентрациях. Этот новый эффективный механизм криозащиты может быть использован для разработки новых криопротекторов в бионауках.
Криопротекторы предотвращают образование кристаллов льда при заморозке образцов. Растущие кристаллы могут повредить хрупкие клеточные мембраны и компоненты клеток. Металло-органические каркасы (MOFs) — это трёхмерные кристаллические сети из ионов металлов, соединённых органическими лигандами. Эти лиганды можно настроить для связывания молекул воды, что позволяет точно контролировать процесс образования кристаллов льда.
Вэй Чжу из Южно-Китайского технологического университета и коллеги обнаружили, что по мере истончения MOFs на основе гафния их способность связывать и влиять на молекулы воды возрастает, поскольку становится доступно больше сайтов связывания лигандов. Команда разработала метод контролируемой деконструкции трёхмерных каркасов до получения только двумерных тонких нанослоев (MOLs).
Для проверки эффективности гафниевых MOLs в качестве криопротекторов команда заморозила эритроциты — тип клеток, которые необходимо хранить в больших количествах для медицинских целей, но которые легко разрушаются кристаллами льда. По сравнению с гидроксиэтилкрахмалом (HES), обычно используемым в качестве криопротектора, гафниевые MOLs показали отличную криозащиту при минимальной концентрации менее 0,1%. Растворы HES обычно используются в концентрациях до 30%.
Команда объяснила, что MOLs настолько эффективны, потому что нерегулярная двумерная структура лигандов, связывающих молекулы воды, препятствует образованию регулярных центров кристаллизации льда. Уменьшение размерности MOFs представляет собой интересную новую перспективу для получения высокоэффективных криопротекторов.