NHQLive+耿洪亚+Adv. Mater. | 提出跨尺度生物样本冻存新策略
11月29日，倍捷锐"燎原试用计划"合作伙伴——清华大学深圳国际研究生院耿洪亚课题组在国际权威期刊Advanced Materials (IF=26.8)上发表了题为Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation的重要研究成果。该研究在倍捷锐NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析系统的助力下，提出了从单细胞到类器官再到复杂管腔组织乃至器官级体系的通用冻存策略，为构建高质量类器官库、推动精准医疗、促进细胞与组织制剂产业化提供了新的技术基础。
研究突破：
从单细胞到器官级冻存的“抑冰-升温”双解方案
冷冻保存技术是细胞治疗、再生医学、器官移植及生物资源保存的基础支撑技术，其中冰晶的形成、长大与重结晶，是所有冻存系统最主要且难以被完全避免的损伤来源。当保存对象从单细胞扩展到复杂组织甚至大尺寸器官时，冰晶的形成、扩散以及复温过程中出现的重结晶，会迅速放大对结构和功能的破坏。因此，实现真正的跨尺度冻存，必须同时破解低温下的抑冰能力、复温阶段的高效均匀升温能力两个关键问题。
面向跨尺度冻存的高效抑冰和升温设计
图源：Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation
针对这一问题，耿洪亚团队在前期研究抗冻多肽和抑冰-光热纳米冻存剂的基础上，设计了一种具有雪人状结构的Janus纳米杂化材料（VPF），从“抑冰-升温”两条主线同步展开，通过结构设计、界面调控与能量耦合策略，实现了在微观与宏观尺度上均极具突破性的抑冰与超快均匀复温能力。
高效抑冰：Janus结构实现界面协同调控
研究中构筑的Janus材料由磁性Fe3O4NPs与光热PPy不对称组合而成，形成一个类似雪人的头部-躯体结构。这一结构在冰-水界面表现出极强的“水化-去匹配”双调控效应：Fe3O4NPs通过强水合作用破坏局部氢键网络，削弱自由水分子与冰界面的匹配；PPy与冰晶表面贴合形成微曲界面，通过Gibbs-Thomson效应抑制重结晶，并驱动水分子由冰界面转移至亲水“头部”。分子动力学模拟进一步揭示了这种Janus构型在冰-水界面的协同抑冰机制，使冰晶平均面积减少高达98.4%。
Janus纳米杂化材料实现高效抑冰及其界面调控机制解析
图源：Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation
超快均匀复温：光热-磁热协同实现体相加热
在升温方面，该材料基于光热-磁热协同原理，能够在交变磁场（AMF）和近红外光（NIR）作用下产生动态旋转，使热量得以在各方向迅速、均匀扩散。与传统外水浴加热方式不同，VPF在组织内部实现“热源自内而外”的体相加热模式，从根本上消除温度梯度与热应力问题，使大尺度组织得以安全通过最危险的结冰温度区间（图3）。该方法实现了超过920 ℃/min的超快升温速率，并可穿透数厘米厚组织，为器官级冻存提供了此前难以实现的复温条件。
Janus纳米杂化材料在跨尺度体系中缩窄热危险区间的高效升温性能
图源：Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation
跨尺度验证：从细胞到器官的完整保护
依托这一抑冰-升温双机制，研究取得了系统性的验证成果：
细胞层面：人脐静脉内皮细胞、MSC、神经细胞等多种细胞类型均保持高活性与功能；
微生物层面：益生菌在无DMSO情况下仍保有近86%活性；
类器官层面：神经细胞球在低浓度冷冻保护剂条件下完整保留了3D结构、线粒体功能与神经分化潜能；
组织器官层面：在复杂度更高的50mL级猪气管样本中，组织纤毛、胶原分布及力学特性均与新鲜组织高度一致，显示出对器官尺度的良好适配性。
更为关键的是，VPF具备优异的磁响应特性，可在升温后实现超过98%的快速分离，极大降低了操作难度，为未来GMP转化铺平了道路。
猪气管的结构化冻存与复温效果展示
图源：Janus Nanohybrids Enable Superflash Warming and High-Affinity Ice Confinement for Cross-Scale Cryopreservation
这一工作提出了从单细胞到类器官再到复杂管腔组织乃至器官级体系的通用冻存策略，为构建高质量类器官库、推动精准医疗、促进细胞与组织制剂产业化提供了新的技术基础。
技术赋能：NHQLive精准量化细胞状态
今年2月28日，倍捷锐NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析系统正式入驻清华大学深圳国际研究生院耿洪亚课题组，而本项研究中使用了NHQLive的细胞干重测量功能。该设备基于定量相位成像技术，无需任何荧光标记即可对活细胞进行长时程、高内涵的动态成像与分析，能够精准、非侵入性地监测冻存前后细胞的形态、干重、活性和增殖行为等多项指标。
NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析系统
成果嘉奖：致敬卓越科研贡献
为祝贺耿洪亚团队取得该研究成果，12月17日，倍捷锐在深圳光明墨相科学咖啡Science nature & coffee bar举办颁奖晚会，现场为耿洪亚团队颁发 8 万元现金奖励，致敬他们在跨尺度生物样本冷冻保存这一重要领域取得的卓越贡献与突破性进展。
倍捷锐产品总监李锋华为耿洪亚教授颁发燎原试用计划证书
晚会中双方就无标记活细胞成像技术在冷冻保存机理研究、细胞状态评估中的深入应用，以及未来在组织工程、再生医学等方向的合作可能，展开了富有启发的讨论。墨相科学咖啡作为倍捷锐打造的科研交流空间，为科研成果的庆祝与思想的碰撞提供了理想平台。
团队合影
此次奖励的颁发，不仅是“燎原试用计划”成果激励承诺的兑现，更彰显了倍捷锐坚持以实际行动支持前沿探索的决心。我们相信，在开放共享与深度合作的生态中，产业与学术的碰撞将催生出更多改变未来的力量。
研究团队与项目支持
清华大学深圳国际研究生院助理教授耿洪亚为论文通讯作者，深圳国际研究生院2023级硕士生柯涛和2023级博士生范欣为论文共同第一作者。研究得到国家自然科学基金委、教育部、广东省科技厅、深圳市科创局等单位、北京市科技计划项目和倍捷锐"燎原试用计划"的支持。
燎原试用计划：最高3年使用权+15w奖励！首期效果超群，第二期试用计划破势而出！
耿洪亚
清华大学深圳国际研究生院 助理教授
清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院助理教授（特别研究员），博士生导师。耿洪亚教授领衔的仿生功能性水凝胶课题组主要开展生物材料、仿生功能水凝胶、导电高分子和有机无机杂合纳米结构的制备和加工，及其在组织工程假体和冷冻保存方面的应用研究。
近年来，耿洪亚教授先后承担国家自然科学基金委青年项目、清华大学战略项目、广东省面上项目、深圳市国际合作项目、中国博士后面上项目、博士后特别资助项目、欧盟“玛丽居里学者”个人项目、欧盟“快速传染病检测”项目等。迄今在相关领域发表了SCI期刊论文40余篇，包括Nature Communications，Journal of the American Chemical Society 等国际知名期刊；耿洪亚教授申报国家和香港地区发明专利16项，入选首届教育部海外引才专项，广东省珠江学者，深圳市孔雀计划海外高层次人才，欧盟“玛丽居里”学者称号。
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