王健君，現(xiàn)為中國科學院化學研究所研究員。2010年，他回國到中國科學院化學研究所工作，致力于控冰材料基礎研究，在結(jié)冰機理、防覆冰涂層材料、細胞/組織的凍存材料等方面取得了一系列創(chuàng)新性成果。他主持了國家自然科學基金委員會杰出青年項目、JKW創(chuàng)新專題項目及松山湖材料實驗室創(chuàng)新樣板工廠等項目。研究成果發(fā)表于《Nature》《Science Advances》《JACS》和《PNAS》等國際知名期刊，在仿生控冰凍存材料和防覆冰涂層材料領域申請了系列專利包。

在冰晶成核、生長機制方面突破

在交通、通訊、電力、航空、軍事等領域，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)帶來極大不便，嚴重時導致災害，甚至造成生命和經(jīng)濟損失。細胞和組織的冷凍保存是組織工程和再生醫(yī)學領域不可或缺的支撐，目前存在凍存后復蘇率低或者不能凍存的問題。王健君面向控冰材料應用需求，從基礎原理突破入手，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)晶過程，形成晶核是其中的關(guān)鍵步驟�！敖�(jīng)典成核理論”預測：只有當偶然形成的晶核尺寸超過臨界尺寸后，冰晶才能自發(fā)形成。以往的大量研究工作已經(jīng)證實了經(jīng)典成核理論的許多推論，但是對其核心概念“臨界冰核”的認識長期停留在理論階段，始終沒有直接的實驗證據(jù)。王健君團隊利用納米顆粒對臨界冰核的邊界效應，首次實驗探測到隨機、瞬間存在的納米臨界冰核，闡明了臨界冰核的形成機制，驗證了經(jīng)典成核理論的普適性（Nature 2019,576,437-441）。通過定向固定抗凍蛋白，選擇性研究能控制冰晶生長的抗凍蛋白不同面對冰晶生長的控制作用，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），進一步首次提出控冰材料在冰水界面充分鋪展性是實現(xiàn)高效控冰性能的分子機制（Sci. China Chem.2019,62(7),909-915），為控冰材料的設計提供了理論指導。

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)境等問題。受自然界中霧凇現(xiàn)象啟發(fā)，王健君在表面引入促進冰晶成核的納米顆粒，實現(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與離開表面生長兩種模式。他通過模仿天然霧凇的疏松型冰晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了誘導冰晶離開表面生長的仿霧凇防覆冰涂層表面，在實現(xiàn)材料持久防冰的同時具有超低冰粘附效應，其使表面附著的冰在微風作用下得以脫落（Proc. Natl. Acad. Sci. USA,2017,114,11285-11290）�！禢ature》在2017年10月11日的Research Highlights中以“Watching how surface properties affect ice growth”為題亮點報道了構(gòu)建可控冰晶生長超低冰粘附表面的防冰新策略，指出：“王健君等對于冰晶生長模式的新發(fā)現(xiàn)為防冰材料的設計提供了新的思路”。同時，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)亮點報道：“王健君等提出的具有可再生固體層材料解決了液體潤滑層耐久性差的問題”。開發(fā)了系列防覆冰涂層，于2021年對貴州、陜西兩地的大型風機進行了防覆冰技改，技改的大型風機在2021年冬季每臺約增發(fā)十萬度電。

創(chuàng)制新型凍存試劑

生物材料的冷凍保存是指將細胞、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)是實現(xiàn)細胞與組織等長期存儲和遠程輸運的前提，是干細胞治療、再生醫(yī)學及組織工程等領域不可或缺的支撐。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。王健君針對卵母細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，導致凍存后細胞復蘇率低、功能大大降低等問題，設計制備了系列可生物降解的高分子控冰材料。王健君與北京大學第三醫(yī)院的生殖醫(yī)學中心合作，首次研制出二甲基亞砜零含量的新型控冰冷凍保存試劑，實現(xiàn)凍存后的小鼠卵母細胞復蘇率大于99%，線粒體等細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胞與組織的深低溫冷凍保存，部分新型控冰凍存試劑實現(xiàn)商品化，部分專利實現(xiàn)了轉(zhuǎn)讓。

同時，王健君作為控冰材料課題的負責人參與了北京分子科學交叉研究平臺的建設。北京分子科學交叉研究平臺旨在圍繞化學與生命、化學與材料、化學與能源和環(huán)境交叉領域的重大科學問題、面向國家重大需求，集中力量、重點突破，實現(xiàn)高端實驗平臺與前沿科學研究的無縫對接和相互發(fā)展�？乇�材料課題建設將為航空、軍事等領域的防覆冰與生物細胞、組織的冷凍保存提供不可或缺的技術(shù)支持。