某些分子與冰的表面緊密結(jié)合，形成彎曲的界面，可以阻止冰的進(jìn)一步生長(zhǎng)。一些昆蟲(chóng)，植物和海洋生物含有這種蛋白質(zhì)分子，它們充當(dāng)天然的防凍劑，使生物體能夠承受冰凍溫度。

在《化學(xué)物理學(xué)雜志》上，科學(xué)家們報(bào)告了一種計(jì)算方法，該模型使用偏向技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)冰的形成，從而在模擬中模擬冰的結(jié)合。

抗凍蛋白通過(guò)與冰和液態(tài)水之間現(xiàn)有的界面結(jié)合而起作用。產(chǎn)生的彎曲表面阻止了冰的生長(zhǎng)。也有冰核分子催化過(guò)冷的液態(tài)水形成冰。

兩種現(xiàn)象都需要了解分子與冰結(jié)合的方式。了解冰的結(jié)合對(duì)于諸如冷凍保存器官和氣候模型等多種應(yīng)用很重要，但是迄今為止，還沒(méi)有有效的方法可以有效地模擬這種現(xiàn)象。

作者Valeria Molinero說(shuō)：“偏冰模擬方法的主要優(yōu)勢(shì)在于，它可以同時(shí)識(shí)別冰層的表面，它所結(jié)合的冰面以及結(jié)合的方式。”

研究人員創(chuàng)建了兩種類型的模型。一種類型是全原子模型，其中包含水的液相和冰相以及防凍型分子中的所有原子。研究的另一種類型的模型稱為粗粒度模型，該模型通過(guò)將原子混合到更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中來(lái)節(jié)省計(jì)算資源。

這項(xiàng)研究研究了許多與冰結(jié)合的分子，包括聚乙烯醇，一種合成的冰再結(jié)晶抑制劑以及天然的防凍蛋白，例如甲蟲(chóng)黃粉蟲(chóng)的一種。蛋白質(zhì)具有非常小的結(jié)合冰的表面，因此提出了模擬挑戰(zhàn)。這限制了它們可以結(jié)合的冰晶的大小。

一些系統(tǒng)擁有多個(gè)可以結(jié)冰的位置。海冰硅藻Frailariopsis cylindrus中的天然抗凍蛋白就是這種情況。為了確定這種蛋白質(zhì)是否具有多個(gè)冰結(jié)合表面(IBS)，研究人員開(kāi)發(fā)了一種他們稱為“加蓋并重復(fù)”的方法。

Molinero說(shuō)：“在這種策略中，我們首先進(jìn)行了有偏見(jiàn)的模擬來(lái)檢測(cè)IBS。然后，我們對(duì)IBS進(jìn)行封蓋，以防止在其上結(jié)冰，然后進(jìn)行第二次有白因的模擬，以了解是否在其他地點(diǎn)形成了冰塊。”

這項(xiàng)研究中開(kāi)發(fā)的方法在許多應(yīng)用中顯示出巨大的希望，包括尋找在存儲(chǔ)過(guò)程中保護(hù)冷凍組織的分子，進(jìn)一步了解天然抗凍蛋白，以及在氣候模型中，大氣中的冰核起著關(guān)鍵作用。