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冰沙|制作可乐冰沙的原理，能让“超冷冻”的心脏复跳？

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冰沙|制作可乐冰沙的原理，能让“超冷冻”的心脏复跳？
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等容过冷用的容器示意图 图片来源：Anthony Consiglio, UC Berkeley
长久以来 ， 心脏保存是个难题 ， 零度以上保存时效太短 ， 零度以下人体组织又会被冰晶破坏 。 科学家一直试图破解这个两难的局面 。 而现在 ， 他们找到了一条出路 。
撰文 |  栗子
心脏一旦脱离人体 ， 通常保存不了多久 。 利用现有的冷保存技术 ， 心脏细胞的功能会在4小时后开始衰竭 。 如果把这样的心脏移植给患者 ， 器官出现功能异常的风险便大大增加 。 由于时间限制 ， 捐献的心脏中大部分都无法及时移植给需要的患者 ， 只有被丢弃 。
但如今 ， 加州大学伯克利分校的科学家 ， 找到了一种能让心脏组织保存更久的办法 ， 使得心脏组织在零度以下储存3天后 ， 还能成功复苏 。 他们的研究成果发表在《通讯生物学》（Communications Biology）期刊上 。
温度虽低 ， 却不结冰
那要把物体保存在零度以下的环境 ， 都有怎样的方法？传统的冷冻方法又叫“等压冷冻”（isobaric freezing） ， 就是把物体放在气压恒定的地方冷冻 ， 比如一个标准大气压下面：当温度降到零度以下 ， 水会开始结冰 。
可是冰晶会破坏细胞结构 ， 让人体组织受到伤害 ， 不利于活体器官的保存 。 那么 ， 怎样才能实现既让温度降到冰点以下 ， 又不让组织结冰？
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冰沙|制作可乐冰沙的原理，能让“超冷冻”的心脏复跳？
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?冰比水的密度小 图片来源：Johnathon Choate
当水结成冰 ， 体积会膨胀 。 但如果在一个坚硬的容器中充满水 ， 排尽里面的气泡 ， 再将容器放进冷冻室 ， 由于没有多余的空间留给水去结冰 ， 于是 ， 冰点以下的水也能保持液态 。 这样就可以避免冰晶破坏人体组织 。
这种操作叫做“等容过冷”（isochoric supercooling） 。 你也可以做到类似的事 ， 比如把一瓶摇过的可乐放进冰箱的冷冻室 ， 几个小时后便会得到一瓶“超冷冻”可乐 。

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“超冷冻”可乐 图片来源：The Sci Guys
它原本没有结冰 ， 但假如摇晃瓶身 ， 就会发现里面的可乐迅速凝固：当二氧化碳气泡释放出来 ， 与液体部分充分接触时 ， 冰晶就在气泡周围形成了 。
当然 ， 伯克利的科学家们关心的不是“超冷冻”可乐能不能做成冰沙 ， 而是“超冷冻”心脏能不能保留它原本的功能 。
保留哪些功能才算成功？

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