在大自然中,高寒地区的植物、鱼和昆虫生物体内存在的抗冻蛋白具有降低水冻结温度,抑制冰生长和冰重结晶的独特能力。因为抗冻蛋白有序排列的羟基分子结构能与冰上有序的氧原子相互匹配,所以能够吸附在冰晶的表面上并产生微曲线。抗冻蛋白在冰晶上的优先吸附性还为其提供了修饰冰晶形貌的效果,并能够抑制冰生长和冰重结晶。抗冻蛋白是天然的具有抗冻功能的材料,但是其造价高昂、提取困难、稳定性低和制备困难,所以限制了其广泛的应用。因此,人们高度期望具有低细胞毒性、设计简单和大规模生产的仿生抗冻蛋白冷冻保护剂出现。本论文用简单的方法制备了仿生抗冻蛋白碳点及仿生抗冻蛋白Janus材料并对其控制冰晶性能进行了研究。主要内容如下:(1)我们通过自下而上的方法,以葡萄糖作为前驱体水热合成的碳点(G-CDs)在功能特性上与抗冻蛋白基本一致,G-CDs能在冰晶上优先吸附,并具有修饰冰晶形貌的效果,同时能够抑制冰生长和冰重结晶。G-CDs具有高的冰重结晶抑制活性和低细胞毒性使其成为很有前途的抗冻材料。因此,不含任何有机溶剂的G-CDs可以显著提高绵羊红细胞的恢复率,达到60%左右。G-CDs具有低成本、生物相容性、商业可得性和大规模生产的特性,为冷冻保护剂材料的制备提供了新的思路和重要的实验基础。(2)我们以葡萄糖作为前驱体,通过对前驱体浓度和温度的控制可以制备出不同颗粒尺寸的G-CDs。利用精确控温装置的纳升和冷台对不同尺寸的G-CDs进行表征,得出小尺寸的G-CDs对冰晶形貌影响比较大,同时抑制冰生长和冰重结晶的能力较强。(3)我们通过配体竞争的方法制备出了S-Au Janus材料,然后通过修饰亲水性的3-巯基-1-丙烷磺酸钠化合物得到修饰后的3-S-Au Janus材料。利用精确控温装置的纳升和冷台对S-Au Janus和3-S-Au Janus进行表征,得出3-S-Au Janus有修饰冰晶形貌的效果,同时能够抑制冰生长和冰重结晶。