北极熊皮毛上的油性涂层启发科学家研新型除冰解决方案

研究人员利用先进的化学模拟揭示了北极熊皮毛中的特定脂质可以减少冰的粘附。这些发现可能会带来改变交通和能源领域防冰技术的革命性进展。

北极熊皮毛天生具有抗冰能力，科学家认为这种独特的能力可以带来更安全、更可持续的方式来防止航空和可再生能源等行业结冰。萨里大学的研究人员与一个国际团队合作，发现了皮毛的油性涂层如何帮助防止冰粘住，即使在北极的极寒天气中也是如此。

《科学进展》杂志发表的一项研究表明，秘密在于皮毛的皮脂，这是皮肤产生的天然油脂。这种皮脂含有一种特殊的脂质混合物，包括胆固醇和二酰甘油，可显著减少冰的粘附。随着气候变化增加了风力涡轮机和飞机机翼等关键基础设施结冰的风险，这种天然防御机制可能会激发新的防冰解决方案。

萨里大学的计算化学团队在这一发现中发挥了关键作用，他们利用先进的量子化学模拟来分析毛皮的脂质如何与冰相互作用。

萨里大学化学与化学工程学院副教授 Marco Sacchi 博士是这项研究的共同作者，他领导了该团队：

“我们发现皮脂中的特定脂质，如胆固醇和二酰甘油，在冰上的吸附能非常低。这种弱相互作用可以防止冰粘附在毛皮上。”

实验证实了这些理论发现，测量了毛皮天然油脂去除前后的冰粘附强度。研究人员发现，未经处理的北极熊毛皮的性能与体育和工业中使用的高性能氟碳涂层相当。然而，当清洗以去除皮脂时，冰粘附力比未清洗的样品高出四倍。

这项研究还探索了毛皮的疏水性（防水性能），以及它如何延缓严酷的北极地区（气温降至零下 40°C）的结冰时间。然而，仅凭这些特性还不足以解释其卓越的防冰性能。

研究小组利用气相色谱-质谱 (GC-MS)、液相色谱-质谱 (LC-MS/MS) 和核磁共振 (NMR) 等技术，发现独特的脂质混合物（特别是大量的胆固醇和二酰甘油）是这种能力的来源。

针对这一发现，Sacchi 博士评论道：“看到进化如何优化皮脂成分以避免冰粘附真是令人着迷。我们发现角鲨烯（其他海洋哺乳动物中常见的脂质）在北极熊皮毛中几乎完全不存在。我们的计算机模拟显示角鲨烯能牢牢粘附在冰上，而角鲨烯的缺失显著增强了皮毛的防冰性能。”

该项研究由挪威极地研究所和卑尔根大学牵头，都柏林圣三一学院、伦敦大学学院和丹麦国家博物馆也参与其中。研究还强调了土著人对北极的了解的重要性，并在此基础上进一步发展。因纽特人社区早已认识到北极熊皮毛的独特属性，并将其用于工具和服装中。

Sacchi 博士补充道：“我们的研究结果凸显了跨学科合作的力量。我们结合实验证据、计算化学和北极土著人的见解，发现了一种令人着迷的自然防御机制——它可以改变我们在从航空到可再生能源等各个领域对抗冰的方式。”

萨奇博士在萨里大学的计算团队包括 Neubi F. Xavier Jr. 博士和 Adam Pestana Motala，他们进行了支撑该研究结论的分子建模。

编译自/ScitechDaily