清大发现低温水世界 荣登国际顶尖期刊
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国立清华大学化学系教授江昀纬实验室，首度利用电子自旋共振实验技
术ST-ESR，验证水溶液降至-93℃的低温下，仍可以有两种不同液相存
在，为细胞低温保存技术的研究再推进一大步，荣登国际顶尖期刊。
（图由清大提供）
2018-06-20 10:39
〔记者林晓云／台北报导〕人类如果想在未来完成数百年的太空旅行，人体冷冻休眠的技
术将是关键，但细胞一旦结冰受损，目前技术恐难以回复原来功能。国立清华大学化学系
教授江昀纬实验室，首度利用电子自旋共振实验技术ST-ESR，验证水溶液降至-93℃的低
温下，仍可以有两种不同液相存在，为细胞低温保存技术的研究再推进一大步。
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国立清华大学化学系教授江昀纬实验室，首度利用电子自旋共振实验技
术ST-ESR，验证水溶液降至-93℃的低温下，仍可以有两种不同液相存
在，为细胞低温保存技术的研究再推进一大步，荣登国际顶尖期刊。
（图由清大提供）
这篇由江昀纬与其指导的博士生郭云轩完成的论文“水分子与蛋白质的动态关联”，揭开
了水与蛋白质互动的神秘面纱。过去学界多认为是水主控了蛋白质的运动，但这项研究证
实部分蛋白质运动元素实超脱了水分子的掌控。
此篇论文最近登上美国化学会跨领域类顶尖期刊ACS Central Science，这也是台湾学术
界在该期刊中发表的首篇长篇论文，文章更被置顶于期刊官网首页，标题写着“水‘奴役
’蛋白质运动吗？”显示这项突破性研究成果的重要性。
江昀纬团队采用全台仅有、价值4千多万元电子自旋共振实验设备ST-ESR，侦测水分子在
低温下的运动，观察到在-33至-93℃的低温下会发生“液-液临界现象”。
清华研究团体发现，调入微量甘油的水溶液在-13℃以下，就会进入“液相一”，温度再
降至-83℃“液相二”则会出现，这两种液态相都相当稳定，但密度等性质不同，运动方
式也不同。江昀纬说，“这现象似乎违反直觉，因为两种相的组成物都一样、都是液体，
但在低温下却可以彼此分离，存在于蛋白质表面。”
江昀纬解释，一般的食物水果若以低温冷冻，一旦结冰，细胞就易胀破，也就是说，结冰
的固态是最不理想的保存方式，很容易造成蛋白质的损伤。如果有天人类要去遥远的星球
太空旅行，需要冷冻数光年再复苏，就会需要更进步的低温保存方式，如以低温液态保存
，清华团队的研究即是往此方向推进一大步。
此外，这篇研究也解开了水与蛋白质互动之谜，朝低温方向展开研究，采用了罕见的电子
自旋共振实验技术ST-ESR，因而看到了过去其他技术看不到的慢尺度运动，开拓了一片新
的蛋白质动态研究领域。其次是对蛋白质进行定点突变、调控蛋白质侧链长度、改变其单
一侧链物理性质，在独特的化学修饰与作法下，即可清楚辨认出蛋白质与水分子各自的运
动，证明许多蛋白质运动元素确实可以脱离水分子的掌控，得以推翻过去学界普遍认为水
主控蛋白质运动的认知。
以建筑来比喻，要盖一栋摩天大楼，用一块块砖头砌墙绝不可能完成，如今提供了整栋摩
天大楼的钢骨结构（蛋白质基本运动元素），就只需要用混凝土隔间、糊外墙即可完成。
找出蛋白质基本运动元素，科学家将可以更清楚解析蛋白质如何借由运动改变自身结构与
功能，并在细胞内工作。
此篇论文的第一作者为郭云轩，去年刚从清大毕业，目前服替代役中，积极准备赴国外进
行博士后研究工作。江昀纬十分肯定云轩对科学的热情与坚持，“全球会ST-ESR技术的人
屈指可数，这项研究全靠云轩从头做起，取得多项创新成果。”
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