冰的形成是最普遍且最重要的自然现象之一。但是，由于对许多生物系统的有害影响以及对某些日常生活和工业生产的潜在威胁，因此冰晶有时非常不受欢迎。在自然界中，抗冻蛋白(AFPs)吸附在冰晶上，通过冰结合面(IBF)和非冰结合面(NIBF)的双重特性来抑制冰的生长。本文提出了一种新的抑制冰生长的策略，将AFPs的双重特性整合到仿生二维纳米材料中。通过分子动力学模拟，-CH₃和-OH基团以一种特殊的有序排列进行修饰，比如石墨烯两面AFPs的冰结合面，从而构建一种仿生衍生物(GR-CH₃-OH-Mimic)。由于GR–CH₃–OH–Mimic对冰和水具有界面水结构和动力学特性的双重特性，该衍生物能有效抑制冰晶的生长。进一步的模拟表明，从GR–CH₃–OH–Mimic到环氧、羟基改性的石墨烯到胺、羟基改性的石墨烯到羧基改性的石墨烯，对冰生长的抑制作用均有所减弱。这个序列通过我们的实验观察得到了巩固。
 
 
Fig. 1 通过GR–CH₃–OH–Mimic在冰晶上的稳定吸附来抑制冰的生长。
 
  
Fig. 2 在GR–CH₃–OH-Mimic的界面水对冰和水的结构和动态特性的双重特性。
 
 
Fig. 3 MD模拟。
 
 
Fig. 4 不同系统的冰生长速率。
 
       相关研究成果于2020年由上海大学Guosheng Shi课题组，发表在Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/D0TA06421A)上。原文：Suppressing ice growth by integrating the dual characteristics of antifreeze proteins into biomimetic two-dimensional graphene derivatives。

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