伟大的科学源于好奇心和勤奋。在这种情况下，一切都始于一个坏掉的冰箱。
明子,小林(MS & # 39; 91)和加州理工学院professor 约瑟夫Kirschvink (b,女士& # 39;75)本;夫妻团队的研究人员将时间划分为日本和美国.—回到家里发现他们的冰箱已经死了在他们的缺席。
在选购新冰箱的时候，小林尊看到一则广告，广告上说有一种特殊的冰箱可以利用磁场来保持食物的新鲜，这种冰箱可以通过"超级制冷来保持食物的新鲜。她没有买，但是她想知道为什么过冷可以改善冷冻食品，磁场如何导致过冷。
当水被冷却到0摄氏度以下时，水分子就会在水中有矿物质或其他固体悬浮的地方形成冰晶，这就是所谓的成核点。完全纯净的水，没有成核点，可以冷却到低于通常的冰点，但仍然是液体——这一过程称为过冷。
过冷具有商业优势。事实上，日本渔民在不了解其工作原理的情况下，一直在使用磁控冷冻机将鱼长距离运往市场。这种疗法据说可以减少鱼类细胞的损伤。肉，保持风味和质地完整。这些鱼经常在竞争激烈的鱼类市场上以与新鲜捕获的品种相当的价格出售。
当你在水结冰之前对它进行过冷处理，生成的冰的体积不会像普通冰那样膨胀，因为它具有不同的晶体结构。小林"说，如果你要冷冻含有水分的组织，组织膨胀越小，对细胞的损伤就越小。这个过程也提供了科学上的优势。作为一名电子显微镜专家，小林常常要先冷冻生物组织才能生成图像。她的主要目标之一是找到冷冻生物组织的方法，同时尽量减少冰晶形成造成的损害。
问题是，为什么磁场会对未纯化的水产生影响，比如细胞中的水，会被过冷?"问小林，他是东京理工大学地球生命科学研究所的高级研究科学家，加州理工学院地质和生物学客座教授。
在研究能够形成冰核的矿物时，她意识到:答案可能就在磁铁矿中。磁铁矿是一种天然存在的铁和氧的化合物，具有磁性。
小林和克什文克的研究小组长期以来一直在研究磁铁矿。小林是第一个成功的提取和成像生物磁铁矿纳米晶体在人类的大脑,和Kirschvink尼科和玛丽莲·范Wingen加州理工学院的生物学教授,在过去30年探索生物磁铁可能扮演什么角色magnetoreception—生物感应磁fields 的能力;
他们的工作建立在1952年加入加州理工学院的古生态学家海因茨·洛温斯坦(Heinz Lowenstam)的研究基础上。虽然众所周知，动物可以在牙齿和骨骼中产生坚硬的矿物质，但洛温斯塔姆在1962年发现石顿(一种海洋软体动物)的牙齿上覆盖着磁铁矿。磁铁矿是任何动物都能制造的最坚硬的矿物，后来人们发现它是细菌、蜜蜂、鸟类和哺乳动物(包括人类)体内的一种生物沉淀物。
小林已经证明，微量的磁铁矿颗粒加入水中对水的冻结温度有很大的影响。Kobayashi/Kirschvink研究小组在早些时候的一篇论文中指出，在超纯水中加入数十亿分之一的磁铁——没有任何其他成核位点的水——几乎完全阻止了过冷。深入研究后，他们发现，在温度略低于0摄氏度的情况下，磁铁矿颗粒表面的冰很容易结晶。
模型研究磁场如何操纵磁铁矿颗粒，使其保持运动状态，使冰晶不能沿其表面形成。信贷:小林/ Kirschvink
他们的推理是，磁铁矿表面的任何轻微破坏都应该破坏这一过程并防止冻结，接下来他们设计了一系列实验，使用的旋转磁场大约是地球磁场的20倍——强到足以震动磁铁矿分子。通过保持磁铁矿分子的恒定运动，他们阻止了冰在其表面形成，并且能够像超纯水一样冷却浸透磁铁的水。这种方法甚至在两种有代表性的组织中奏效:芹菜(用于蔬菜)和牛肌肉(用于肉类)。通过摇动植物和动物组织细胞中的磁铁矿分子，他们能够使这些细胞过冷，并最终冷冻它们，从而减少对组织的损伤。
小林尊说，这一发现证实了日本渔民多年来一直在使用这项技术，并证实磁铁矿是导致组织中形成破坏性冰的根本原因。它也表明一种帮助解决世界饥饿,她说只由国家资源保护Councilindicate最近估计,40%的人类食品供应之间失去了农场和餐桌,弗罗斯特和冰箱损害负责的部分损失。小林说，如果通过控制磁场的应用可以减轻这种损害，更多的食物可能会进入世界各地的餐桌，从而减少现代农业所需的燃料、化肥和水。了解组织在冷冻时为什么会形成有害的冰，还可以改进活卵子、精子、胚胎，甚至小型动物的低温贮藏技术
对于Kirschvink来说，这个发现仅仅是个开始。他说，磁铁矿可能是自然界中冰成核的主要原因。几十年来，气候科学家一直在试图确定冰成核的来源，以便我们能够改进大气环流模型，即人工降雨。
这项名为“"纳米磁铁矿对非均质冰成核过程的磁控制:生物物理和农业意义”的研究发表在5月7日的《美国国家科学院院刊》上。小林和Kirschvink的合著者是东京理工大学的堀川雅本和卡内基梅隆大学的哈里·戈拉什(15年级)。这项研究的经费来自日本科学促进会向小林尊提供的两笔赠款。
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