王健君，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員。2010年，他回國(guó)到中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所工作，致力于控冰材料基礎(chǔ)研究，在結(jié)冰機(jī)理、防覆冰涂層材料、細(xì)胞/組織的凍存材料等方面取得了一系列創(chuàng)新性成果。他主持了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)杰出青年項(xiàng)目、JKW創(chuàng)新專題項(xiàng)目及松山湖材料實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新樣板工廠等項(xiàng)目。研究成果發(fā)表于《Nature》《Science Advances》《JACS》和《PNAS》等國(guó)際知名期刊，在仿生控冰凍存材料和防覆冰涂層材料領(lǐng)域申請(qǐng)了系列專利包。

在冰晶成核、生長(zhǎng)機(jī)制方面突破

在交通、通訊、電力、航空、軍事等領(lǐng)域，結(jié)冰與結(jié)霜現(xiàn)象普遍存在，經(jīng)常給人們的生活與生產(chǎn)帶來(lái)極大不便，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致災(zāi)害，甚至造成生命和經(jīng)濟(jì)損失。細(xì)胞和組織的冷凍保存是組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域不可或缺的支撐，目前存在凍存后復(fù)蘇率低或者不能凍存的問(wèn)題。王健君面向控冰材料應(yīng)用需求，從基礎(chǔ)原理突破入手，開展了系列的原創(chuàng)性研究工作，取得了具有重要影響的成果。

水結(jié)冰是典型的結(jié)晶過(guò)程，形成晶核是其中的關(guān)鍵步驟�！敖�(jīng)典成核理論”預(yù)測(cè)：只有當(dāng)偶然形成的晶核尺寸超過(guò)臨界尺寸后，冰晶才能自發(fā)形成。以往的大量研究工作已經(jīng)證實(shí)了經(jīng)典成核理論的許多推論，但是對(duì)其核心概念“臨界冰核”的認(rèn)識(shí)長(zhǎng)期停留在理論階段，始終沒(méi)有直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。王健君團(tuán)隊(duì)利用納米顆粒對(duì)臨界冰核的邊界效應(yīng)，首次實(shí)驗(yàn)探測(cè)到隨機(jī)、瞬間存在的納米臨界冰核，闡明了臨界冰核的形成機(jī)制，驗(yàn)證了經(jīng)典成核理論的普適性（Nature 2019,576,437-441）。通過(guò)定向固定抗凍蛋白，選擇性研究能控制冰晶生長(zhǎng)的抗凍蛋白不同面對(duì)冰晶生長(zhǎng)的控制作用，發(fā)現(xiàn)抗凍蛋白具有既親冰又親水的特性（Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.,2016,113,14739-14744），進(jìn)一步首次提出控冰材料在冰水界面充分鋪展性是實(shí)現(xiàn)高效控冰性能的分子機(jī)制（Sci. China Chem.2019,62(7),909-915），為控冰材料的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。

制備超低冰黏附防覆冰涂層材料

傳統(tǒng)防覆冰方法具有高能耗、低效率及耐久性差與污染環(huán)境等問(wèn)題。受自然界中霧凇現(xiàn)象啟發(fā)，王健君在表面引入促進(jìn)冰晶成核的納米顆粒，實(shí)現(xiàn)冰晶形成由氣-液-固到氣-固的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)冰晶在固體表面具有緊貼表面生長(zhǎng)與離開表面生長(zhǎng)兩種模式。他通過(guò)模仿天然霧凇的疏松型冰晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了誘導(dǎo)冰晶離開表面生長(zhǎng)的仿霧凇防覆冰涂層表面，在實(shí)現(xiàn)材料持久防冰的同時(shí)具有超低冰粘附效應(yīng)，其使表面附著的冰在微風(fēng)作用下得以脫落（Proc. Natl. Acad. Sci. USA,2017,114,11285-11290）。《Nature》在2017年10月11日的Research Highlights中以“Watching how surface properties affect ice growth”為題亮點(diǎn)報(bào)道了構(gòu)建可控冰晶生長(zhǎng)超低冰粘附表面的防冰新策略，指出：“王健君等對(duì)于冰晶生長(zhǎng)模式的新發(fā)現(xiàn)為防冰材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路”。同時(shí)，王健君提出了具有可再生固體層的超低冰粘附防覆冰涂層材料（Adv.Mater.(2017,29,1700865)）。研究成果受Nature Reviews Materials(2017,2,17035)亮點(diǎn)報(bào)道：“王健君等提出的具有可再生固體層材料解決了液體潤(rùn)滑層耐久性差的問(wèn)題”。開發(fā)了系列防覆冰涂層，于2021年對(duì)貴州、陜西兩地的大型風(fēng)機(jī)進(jìn)行了防覆冰技改，技改的大型風(fēng)機(jī)在2021年冬季每臺(tái)約增發(fā)十萬(wàn)度電。

創(chuàng)制新型凍存試劑

生物材料的冷凍保存是指將細(xì)胞、組織甚至器官等保存于超低溫狀態(tài)下，使其新陳代謝減慢甚至停止，恢復(fù)正常生理溫度后又能繼續(xù)發(fā)育的技術(shù)。該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與組織等長(zhǎng)期存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程輸運(yùn)的前提，是干細(xì)胞治療、再生醫(yī)學(xué)及組織工程等領(lǐng)域不可或缺的支撐。冷凍保存試劑可以控制保存體系中冰晶的形成，使細(xì)胞和組織等免受冰凍損傷，是冷凍保存的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)。王健君針對(duì)卵母細(xì)胞凍存液中含有大量的、不易除去的具有毒性的二甲基亞砜等小分子，導(dǎo)致凍存后細(xì)胞復(fù)蘇率低、功能大大降低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)制備了系列可生物降解的高分子控冰材料。王健君與北京大學(xué)第三醫(yī)院的生殖醫(yī)學(xué)中心合作，首次研制出二甲基亞砜零含量的新型控冰冷凍保存試劑，實(shí)現(xiàn)凍存后的小鼠卵母細(xì)胞復(fù)蘇率大于99%，線粒體等細(xì)胞器的功能也得以大大提高，研究結(jié)果發(fā)表于Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,11436和J.Am.Chem.Soc.,2017,139,12517等期刊中。創(chuàng)制的新型控冰凍存材料用于細(xì)胞與組織的深低溫冷凍保存，部分新型控冰凍存試劑實(shí)現(xiàn)商品化，部分專利實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)讓。

同時(shí)，王健君作為控冰材料課題的負(fù)責(zé)人參與了北京分子科學(xué)交叉研究平臺(tái)的建設(shè)。北京分子科學(xué)交叉研究平臺(tái)旨在圍繞化學(xué)與生命、化學(xué)與材料、化學(xué)與能源和環(huán)境交叉領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題、面向國(guó)家重大需求，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)高端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與前沿科學(xué)研究的無(wú)縫對(duì)接和相互發(fā)展�？乇�材料課題建設(shè)將為航空、軍事等領(lǐng)域的防覆冰與生物細(xì)胞、組織的冷凍保存提供不可或缺的技術(shù)支持。