Z punktu widzenia fizyki, czy myślisz, że byłoby możliwe prawie natychmiastowe zamrożenie krwi do punktu, w którym kryształy są wystarczająco małe, aby nie rozszerzyć się poza pojemność kanału Haversa? Jak byś to zrobił?
Nie. Kiedy tworzą się kryształy lodu, przestrzeń zajmowana przez każdą molekułę rozszerza się, więc nie można uniknąć ogólnej ekspansji. Niezależnie od tego, jak małe lub duże są kryształy, rozszerzanie się jest nieuniknione.
Jedną z alternatyw jest tworzenie „lodu amorficznego”, czyli zamrażanie wody tak szybko i pod tak dużym ciśnieniem, że woda nie krystalizuje się, a zamiast tego po prostu zastyga w swojej pozycji, tak jakby była cieczą. Niestety, nie znaleźliśmy metody, która generuje amorficzny lód na poziomie 1.00g/mL, a cały amorficzny lód wymaga ekstremalnie wysokich ciśnień (~GPa), których nasze struktury biologiczne nie są w stanie przetrwać.
Czy nie byłoby bardziej efektywne znalezienie sposobu na bezpieczne wprowadzenie substancji chemicznej zapobiegającej zamarzaniu, takiej jak ta widoczna w niektórych arktycznych gatunkach ryb?
„Substancja chemiczna zapobiegająca zamarzaniu” w tych gatunkach ryb różni się od tej, której używamy w samochodach. Środki zapobiegające zamarzaniu w samochodach to zazwyczaj mieszanina alkoholi, która obniża temperaturę zamarzania wody (pomyśl: przechowywanie wódki w zamrażarce). Ten rodzaj środka przeciw zamarzaniu niszczy struktury biologiczne, takie jak ściany komórkowe i białka poprzez zaburzanie interakcji hydrofobowych.
Chemikalia przeciw zamarzaniu w tych gatunkach ryb są w rzeczywistości złożonymi białkami, które mają powierzchnię podobną do lodu (AntiFreeze Proteins/AFPs). Najlepsze zdjęcie, jakie udało mi się znaleźć, to miniaturka tutaj. AFP wiążą się z małymi, zarodkującymi kryształkami lodu i powstrzymują je przed dalszym wzrostem. Nie usuwa to małych kryształków lodu, ale skutecznie zatrzymuje ich wzrost, co pozwala uniknąć mikropęknięć.
Ponieważ AFP nie rozpuszczają ponownie kryształków lodu, reakcja nie jest odwracalna, a więc musimy regularnie uzupełniać AFP. Osiągniemy pewien punkt, w którym nie będzie można dodać więcej AFPs, więc ta metoda nie może być używana do zachowania czegoś w nieskończoność.
Alternatywnie, potrzebujemy metody do ponownego rozpuszczenia jąder lodu, które są związane przez AFPs in situ. Jakiś rodzaj zaawansowanego MRI/NMR do wyłapywania jąder lodu i ukierunkowane ogrzewanie laserowe, być może?
Aby przeczytać więcej o AFP:
-
http://www.nature.com/nature/journal/v308/n5956/abs/308295a0.html
-
http://www.nature.com/nature/journal/v375/n6530/abs/375427a0.html
-
http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6988/abs/429153a.html