张 宁 李维仲 陈 聪 左建国

(大连理工大学，海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024)

1 引言

低温保护技术广泛应用于生物技术、动植物育种工程和生物制药等领域.虽然低温环境可以极大地减缓细胞的新陈代谢过程，但是胞内冰的形成会对细胞产生致命的损伤.低温保护剂可以有效地抑制胞内外冰晶的形成，并保持生物组织和细胞的完整性.长期以来，低温保护剂的保护机理在低温生物领域中一直都是研究的热点.由于受到实验手段所能观测的尺度和精度的限制，对保护剂溶液微观结构以及动力学特性的认识还不足以解释其对细胞的低温保护机理.近年来，随着分子尺度数值模拟方法的飞速发展，对低温保护剂溶液微观特性的研究受到越来越多科研人员的关注.

二甲基亚砜(DMSO)具有许多独特的物理化学性质，如高沸点(189°C)、高偶极矩.1由于这些特性，DMSO广泛地应用于低温保护及医药工业领域.从分子结构上看，DMSO分子中存在两个疏水性的甲基团，但是DMSO与水分子之间仍然具有较强的氢键作用.正是这些氢键的存在才减弱了DMSO水溶液中冰晶形成的相变驱动力.2此外，研究者发现，甲基的存在可以有效地抑制保护剂分子间的相互作用，使其只与水分子发生氢键作用，从而增强了保护剂对溶液中冰晶抑制的效果.因此，DMSO水溶液的氢键结构和动力学性质受到了广大科研者的关注.Soper和Luzar3采用分子动力学方法分析了不……