製作冰塊的過程很簡單:你拿一個塑料冰塊託盤，就像你在大多數家庭裏看到的那樣，裝滿水，然後放進冰箱。不久，水就會結晶並變成冰。如果你要分析冰晶的結構，你會發現水分子是以規則的三維晶格結構排列的。相比之下，在水裏，分子是無組織的，這就是水流動的原因。

　　由Raffaele Mezzenga教授和Ehud Landau教授領導的蘇黎世聯邦理工學院和蘇黎世大學的一組物理學家和化學家發現了一種不尋常的方法來阻止水形成冰晶，因此即使在極低的溫度下，水仍然具有液體的非晶態特徵。

　　在第一步中，研究人員設計併合成了一類新的脂類(脂肪分子)，以創造一種新的“軟”生物物質形式，稱爲脂質中間相。在這種材料中，脂質自發地自我組裝和聚集形成膜，其行爲方式與天然脂肪分子相似。然後，這些薄膜採用統一的排列方式，形成一個由直徑小於1納米的連接通道組成的網絡。溫度、含水量以及所設計的新型脂質分子結構決定了脂質中間相的結構。

　　這種結構的特別之處在於——不像在冰塊託盤中——在狹窄的通道中沒有空間讓水形成冰晶，所以即使在極低的零度溫度下，它仍然是無序的。脂質也不會凍結。利用液氦，研究人員能夠將由化學修飾的單酰基甘油組成的脂質中間相冷卻到零下263攝氏度，僅比絕對零度高10度，而且仍然沒有形成冰晶。在這個溫度下，水變成了“玻璃狀”，正如研究人員能夠在模擬中證實的那樣。最近，他們在《自然納米技術》雜誌上發表了一篇論文，研究了在脂質中間相中，水的這種不尋常行爲。

　　蘇黎世聯邦理工學院食品與軟性材料實驗室的Raffaele Mezzenga教授解釋說:“關鍵因素是脂質與水的比例。”因此，正是混合物中的含水量決定了中相幾何形狀變化的溫度。例如，如果混合物的體積中含有12%的水，中間相的結構將在零下15攝氏度時從立方迷宮轉變爲層狀結構。

　　蘇黎世大學(University of Zurich)化學教授埃胡德 蘭多(Ehud Landau)表示:“這些脂質如此難以開發，是因爲它們的合成和純化。”他解釋說，這是因爲脂質分子有兩部分;疏水的(排斥水)和親水的(吸引水)。他說:“這讓他們非常難以共事。”由脂質膜和水形成的軟生物材料具有複雜的結構，使水與疏水部分的接觸最小化，並使其與親水部分的界面最大化。研究人員在某些細菌的細胞膜上建立了一類新的脂質模型。這些細菌還產生一種特殊的自組裝脂質，可以自然地將水限制在內部，使微生物能夠在非常寒冷的環境中生存。“我們的脂類的新奇之處在於，在分子的疏水性部分引入了高度緊張的三元環，”Landau說。“這些使必要的曲率產生如此微小的水渠，並防止脂質結晶。”

　　這些新的脂質中間相將主要作爲其他研究人員的工具。它們可以用於非破壞性的分離，保存和研究大的生物分子在膜模擬環境中，例如使用低溫電子顯微鏡。生物學家越來越多地轉向這種方法來確定蛋白質或大分子複合物等大型生物分子的結構和功能。

　　Mezzenga說:“在正常的冷凍過程中，當冰晶形成時，它們通常會破壞細胞膜和重要的大生物分子，這使得我們無法確定它們與脂質膜相互作用時的結構和功能。”但在新的中間相中就不一樣了，這種中間相是無損的，它能將這些分子保持在它們原來的狀態，並與生命的另一個關鍵組成部分——脂質共存。“我們的研究正在爲未來的項目鋪平道路，以確定蛋白質如何以其原始形式保存下來，並在非常低的溫度下與脂質膜相互作用，”這位ETH教授說。