时间：5月26日（周二） 上午10:20-11:10

地点：勤园20-516

报告摘要：

生物材料（如细胞、组织和器官）的长期低温保存对器官移植、细胞治疗及再生医学具有重要意义。玻璃化保存通过低温保护剂（CPA）诱导水在超低温下形成无定形冰，可有效避免传统冷冻过程中晶态冰导致的机械与渗透压损伤。然而，高浓度 CPA 的毒性、配方设计对经验试错的依赖，以及冰相变微观机制认识不足，仍是制约该技术发展的关键问题。本报告介绍 CPA 溶液抑冰性能的预测方法与微观机制，并探讨高效低毒 CPA 溶液的理性设计方法。通过分子动力学（MD）模拟过冷水均相成核过程，从分子尺度分析经典成核理论对成核速率预测的偏差，并建立成核温度与水活度之间的定量关系。进一步基于机器学习构建水活度与玻璃化转变温度预测模型，揭示影响成核与玻璃化行为的关键微观因素。结合光谱实验与 MD 模拟发现，CPA 分子的亲疏水基团可通过调控局域水结构、氢键网络及分子动力学行为抑制冰晶成核，而低温下动力学异质性的增强及氢键网络重组则主导了玻璃化转变过程中的动力学减缓行为。在此基础上，构建了兼顾抑冰性能与细胞毒性的多目标优化框架，实现了高效低毒 CPA 配方的理性筛选，并成功应用于大鼠细胞及器官层面的玻璃化保存。相关研究为高效低毒低温保护剂的理性设计提供了新的思路。

报告人简介：

曹海山，清华大学能源与动力工程系副教授，博士生导师，国家级青年人才计划入选者。主要从事深低温冷却、高热流冷却与无定形水冰研究。担任中国制冷学会小型制冷机低温生物医学专业委员会委员，中国机械工业教育协会制冷与低温工程学科教学委员会委员，期刊《Cryo》编委，《制冷学报》与《真空与低温》青年编委，曾获得欧洲航天局NPI基金、国际低温工程委员会克里宾奖、低温领域期刊《Cryogenics》年度最佳论文奖等奖励。