低温环境下甘氨酸水溶液的分子互作与结构动力学：揭示蛋白质行为的关键机制

本研究通过脉冲回波技术（5 MHz）测定甘氨酸水溶液在278.15–303.15 K温度区间的声速（u）、绝热压缩性（β）等参数，揭示了低温下甘氨酸-水分子间氢键网络的形成机制，为蛋白质低温稳定性（cryopreservation）及地外生命化学（astrobiology）研究提供了重要实验依据。

　　

Highlight

材料

西格玛奥德里奇公司提供的99%纯度甘氨酸（分子量75.07 g·mol^?1）直接用于实验。使用精度0.0001 g的电子天平（Mettler Toledo ME-204）配制不同摩尔浓度的水溶液。

测量

采用Roop Telsonic Ultrasonix UX 4400MV探伤仪进行声速检测，该设备以5 MHz高频脉冲精准捕捉分子间相互作用动态。

密度（ρ）与粘度（η）

随着甘氨酸浓度增加，溶液密度和粘度显著上升（图2）。低温环境进一步强化该趋势，表明分子间堆积密度增强和氢键网络重构。

结论

声学光谱证实：甘氨酸浓度升高时，超声速度（u）、声阻抗（Z）等参数的增长源于甘氨酸-水氢键的形成。低温下孤立水合单体的出现导致甘氨酸分子间相互作用增强，而绝热压缩性（β）和分子自由程（L_f）数据佐证了该现象。突破性发现是冰态环境中甘氨酸周围形成"水合壳层"（hydration shell），其水合数（N_H）显著提高。