Новая технология переохлаждения удерживает воду в жидком состоянии при более низких температурах

Новая методика поможет усовершенствовать способы консервации продуктов питания и хранения биологических тканей.

Иллюстрация Global Look Press.

Заморозка – один из самых простых и доступных методов сохранения пищи и даже биологических тканей. Между тем образование кристаллов льда повреждает клетки, что делает ткани неподходящими для последующего изучения и трансплантации, а также портит вкусовые качества и внешний вид замораживаемых продуктов.

Недавно исследователи из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне (MGH) разработали новый способ "переохлаждения" воды и растворов на её основе, позволяющий удержать их в жидком состоянии при температуре значительно более низкой, чем точка замерзания.

Каждый человек знает, что вода замерзает примерно при нуле градусов Цельсия, но не каждому известно, насколько сложен этот вроде бы совсем простой процесс.

Жидкость начинает замерзать, поскольку молекулы воды начинают образовывать кристаллы льда. Процесс распространяется на соседние молекулы, пока вся вода не замёрзнет.

Заморозка, как уже отмечалось выше, позволяет сохранить самые разные объекты. Но у неё есть как плюсы, так и минусы.

С одной стороны, при более низких температурах определённые метаболические процессы и химические реакции протекают медленнее. А это означает, что состояние различных тканей будет ухудшаться чуть медленнее. С другой стороны, процесс заморозки приводит к образованию кристаллов льда, которые повреждают клетки.

Специалисты не первый год разрабатывают методы, помогающие удержать жидкость в очень холодном состоянии без замораживания. Они могут помочь хранить и транспортировать пищу, ткани, органы и лекарство гораздо дольше.

Американские учёные знали, что процесс замерзания начинается у поверхности, где вода встречается с холодным воздухом, и потому предложили удивительно простой способ избежать кристаллизации льда: держать воду и воздух раздельно.

Чтобы добиться этого, учёные закрыли поверхность жидкостью на углеводородной основе. Оказалось, что такая плёнка может предотвратить образование льда в образце объёмом один миллилитр, хранящемся при температуре минус 13 градусов по Цельсию до одной недели.

"Наш подход, который мы назвали "глубоким переохлаждением", заключается в простом покрытии поверхности жидкости раствором, который не смешивается с водой, например, минеральным маслом. Цель – закрыть границу между водой и воздухом, которая является основным местом кристаллизации", — говорит один из авторов исследования Берк Уста (O. Berk Usta).

По его словам, этот удивительно простой, практичный и недорогой подход к переохлаждению растворов в течение длительного времени поможет усовершенствовать медицинские и пищевые методы сохранения, а также позволит проводить фундаментальные эксперименты, которые ранее были невозможны.

Экспериментируя с различными растворами на основе углеводородов, специалисты смогли "переохладить" образцы воды объёмом один миллилитр и клеточные суспензии до минус 20 градусов по Цельсию. Образцы сохранялись в таком состоянии 100 дней.

Затем специалисты проверили, насколько хорошо технология может сберечь, например, красные кровяные тельца (эритроциты). Предварительные эксперименты позволили сохранить 100 миллилитров суспензии эритроцитов суперохлаждёнными при температуре минус 13 градусов Цельсия в течение 100 дней. Существующие методики могут похвастаться хранением эритроцитов лишь на протяжении максимум 42 дней.

Как говорит Уста, сегодня он и его коллеги пытаются увеличить объём сохраняемых эритроцитов до клинически значимого диапазона (300-500 миллилитров).

По его словам, его группа также работает над тем, чтобы применить этот метод к другим клеткам и начать использовать его для заморозки тканей и даже целых органов (печени, например).

"Наряду с потенциальными применениями в медицине и консервации пищевых продуктов, мы также считаем, что это изобретение может быть использовано для изучения химических реакций, проходящих в жидкой среде при низких температурах, без обычного дорогостоящего и сложного оборудования, работающего при высоком давлении", — заключает учёный.

Результаты исследования представлены в научном издании Nature Communications.

К слову, авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) не впервые описывают способы сохранения органов, например, для пересадки нуждающимся в них людям. Так, учёные создали метод, эффективно сохраняющий до пересадки почки любых доноров.