基于糖醇的V型低共熔溶剂低温特性研究及其在防冰与低温保存中的应用

《Sustainable Chemistry and Pharmacy》：Low-temperature characterization of sugar alcohol-based type V deep eutectic solvents for anti-icing and cryopreservation applications

本研究针对防冰和低温保存领域的需求，开发并系统表征了基于糖醇的V型低共熔溶剂(DESs)。研究团队通过理化性质分析、差示扫描量热法(DSC)和低温拉曼光谱等技术，发现这些DESs具有高玻璃化转变温度、低熔点及低冰晶形成能力等特点，特别适合低温保存应用。研究还证实V型DESs符合绿色化学原则，为开发可持续的冰控剂提供了新方案。

　　

在航空安全、道路维护、食品保鲜和生物样本保存等领域，冰晶的形成与控制始终是关键技术难题。传统防冰剂和低温保护剂存在环境污染、细胞毒性等问题，迫切需要开发新型绿色替代方案。深共晶溶剂(Deep Eutectic Solvents, DESs)作为一种新兴的绿色溶剂，因其可生物降解、低毒性和可持续性等特点受到广泛关注。特别是由非离子组分组成的V型DESs，避免了卤素污染问题，更具环境友好性。

在这项发表于《Sustainable Chemistry and Pharmacy》的研究中，明尼苏达大学双城分校的研究团队系统研究了糖醇基V型DESs在防冰和低温保存中的应用潜力。研究通过综合运用多种表征技术，揭示了这些材料独特的低温特性。

研究采用的关键技术方法包括：差示扫描量热法(DSC)用于分析热物理性质，低温拉曼光谱用于观察冰晶形成过程，理化性质测试用于测定pH值和水活性。所有实验均在明尼苏达大学表征中心完成，样本包括不同配比的糖醇与氨基酸/糖类组合。

理化性质表征

研究发现氨基酸-糖醇DESs呈弱碱性(pH 8-12)，而糖-糖醇DESs接近中性。所有纯DESs均表现出极低的水活性，表明其与水分子的强相互作用能力。这一特性对抑制冰晶形成至关重要。

热物理表征

DSC分析显示玻璃化转变温度(T_g)随糖醇分子量增加而升高。不同稀释度下均保持较高的T_g值，证明其适合玻璃化保存。DESs的熔点随稀释度增加而上升，但仍低于理想混合物。与纯水相比，DESs具有显著较低的熔点和熔化焓，这使其在防冰和常规低温保存中更具优势。

低温拉曼光谱分析

拉曼光谱揭示了不同稀释度下DESs的冰抑制差异：低稀释度时糖-糖醇DESs表现更佳，高稀释度时氨基酸-糖醇DESs效果更好。冰晶形态分析显示，稀释DESs形成的冰晶尺寸明显小于纯水，证实其优异的冰控能力。

可持续性评估

初步的绿色化学评估表明，这些V型DESs符合绿色化学原则，其生物基组分和免卤素特性使其成为环境友好的冰控剂。

研究结论表明，糖醇基V型DESs通过其独特的热物理性质和冰晶控制能力，在防冰和低温保存领域展现出巨大应用潜力。高玻璃化转变温度使其适合生物样本的玻璃化保存，而低熔点特性则有利于防冰应用。不同类型的DESs在不同稀释度下各具优势，为特定应用场景的材料选择提供了指导。更重要的是，这些DESs的可持续特性符合当前绿色化学的发展趋势，为开发下一代环保型冰控材料提供了新思路。

该研究的创新之处在于系统阐明了V型DESs的构效关系，特别是稀释度对性能影响的规律性认识，为材料设计和优化提供了理论依据。未来研究可进一步探索这些材料在实际应用场景中的性能表现和作用机制。