如果你想把自己冻起来
2020-07-08 18:28

如果你想把自己冻起来

“《神雕侠侣》中小龙女睡的寒冰玉床可以修炼疗伤,《太空旅客》中神奇的冰冻睡眠,可以帮助人类穿越时间和空间限制,进行太空旅行。以往这种神奇的低温功效只存在在影视作品中。直到液氮超低温冷冻治疗的出现,人们意识到,原来这些想象真的可能变成现实。”


本文来自微信公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:沈俊,题图来自:电影《太空旅客》


沈俊,中国科学院理化技术研究所研究员


今天我来给大家,讲一讲温度的故事。



这个图片是很多科幻电影里都会出现的场景。一个美女躺进非常漂亮的棺,之后飞行几百年,再出来还是美女。有没有人想把自己冻起来?如果有,来找我,我可以把你冻起来。


低温冷冻复活术?


实际上所谓的冻人,就是把你放在一个液氮罐里。但真的能把人冻起来吗?我可以告诉你,现在是肯定不可以的,但未来是肯定可以的。未来我们一定可以把人冻起来。



这是在网上很火的一个视频,就是把金鱼放到液氮里面冻住,然后放到水里后它马上又复活了。动物冻起来真的能复活吗?答案是不可以。


实际上,把金鱼放在液氮里只有几秒的时间,只能把金鱼的表层冻住,金鱼的里面,内脏这些都没有冻住。如果里面全部冻了的话,它是绝对复活不了的。也就是说到目前为止,生命体的复活,对于人类来说还是一个难题。


刚才说了半天整个生物不可以,有没有可以的呢?


细胞,比如说精子、卵子,它冻完了以后我们再给它复温,复温之后再把它受精,还可以孕育出非常健康活泼的小朋友。



也就是说细胞层面的冷冻是可以的,另外组织的冷冻可以到什么尺度呢?


比如说人类的皮肤、角膜,我们身体里面比较小的器官它也是可以的,比如说皮肤,在毫米这样一个尺度冻个十年二十年,再拿出来还是可以用的。所以现在有很多医疗机构、美容院,说要保存细胞,通过冷冻是可以达到目的的。


到目前为止,人体的器官、还有人冻起来之后,是不可能复活的。



现在做这种生意的有几家公司,美国有最出名的是Alcor公司,有一个非常知名的作家,他把他的头送到了这个公司。现在任何人想冻自己都可以把自己送到这个公司去冻,冷冻全身大概需要二十万美元,如果你想冻个头大概只要几万美元就可以实现。


但是可以告诉大家,现在不管是Alcor还是俄罗斯的KrioRus,只是做遗体的保存。你想把活着的自己冻上二十年,然后再复活,现在我们的技术是达不到的。


为什么?就是因为这个尺度大,我们身体里面大概70%都是水,包括骨头里面大概有25%到30%的水。


水在低温状态下会结冰,它会产生结晶体,就是冰晶或者结晶态,结晶态会刺破你的细胞和肌体组织。也就是说这种结晶态,会导致你整个器官功能的丧失、破坏。



这是一张《三体》图片,大家可能都看过三体。作者是大刘,刘慈欣。我认为他做了非常多的功课,也非常有科学素养。


他提到三体人在三星耀日的时候,突然间脱水。如果把水全部都脱掉,就不会产生结晶态,器官也不会被破坏,大刘这个方法非常好。


但是怎么才能瞬间脱水呢?《三体》中有三个太阳,有三个太阳就可以脱水了,大刘这个方法是一个非常非常好的方法。


现实中我们也在研究各种各样的方法,比如说用磁性的或者是其他的一些纳米颗粒,用微尺度,来替换你身体里面所有的组织、水,用这样的方法来进行人体的冷冻。


目前想冻整个人,还达不到这样的技术。我们做过一种低温的小冰箱,它可以用来转运人体的器官或者血液血浆。


冻人听起来比较炫,但实际上就是把人放到液氮罐里,这只是制冷的冰山一角,制冷还能做很多很多,方方面面的事情。



可以看到这是一个温度计,从室温到最低是零下273.15度,也就是我们的绝对零度,在整个这样的温区内,我们的工作就是定制你想要的温度。你想要一个什么样的温度,我们就做这样一个温度提供给你,这就是我的工作。


生活定制:-40℃


平时用的冰箱、空调,大概就是到零下四十度这样一个温区。说到空调,夏天大家能舒服地在室内,而不是很烤的这样一种状况,空调可能是必不可少的。但是我们都知道空调有一个问题,就是它有氟里昂。


氟里昂会破坏臭氧,还会产生GWP温室效应,还有ODP的排放等等,这样一些不好的地方。京都议定书,蒙特利尔协议告诉我们不到十年,到2025年世界上的氟里昂都不能使用了,到时候我们怎么办?



冰箱空调不能用了,你们同意吗?


现在我们就在研究各种各样的替代物质来进行新的制冷。我们现在的制冷方式,是采用蒸汽压缩式制冷,有这样一个液体,液体在里面循环,它从液体变成气体,然后再回来,通过这样的循环,达到我们的目的。



我们现在还在研究一种新型技术——磁制冷,这个技术是用固体来制冷。



可以看到左边的这个图,它是一个稀土,中间是我们在磁制冷里面用的材料,它是蓝铁硅。


氟里昂这种都是液体,我们不要液体了。我们用固体,把它放在一个磁场里面,加上和去掉磁场的时候,就会产生温度的变化,然后把温度变化循环起来,形成制冷,这样就能够达到绿色环保的目的。



这个是我们实验室研制的磁制冷机,目前在市场上还不能够买到。因为我们现在还有材料的问题、回热器换热效率低、系统的制冷能力等等这样一些问题。但是我们正在逐步解决这些问题,大约几年之内,我相信你们能够在市场上看到了。


现在也有一些原型机,我们做的磁制冷机就属于原型机。这个是美国通用GE公司的原型机。这种磁制冷机可以把前面的啤酒冷下来。伦敦奥运会时,也有这样的应用,把啤酒放进去一会儿就凉了。这是磁制冷冰箱。




右边的是在2015年美国CES消费展上展出的海尔公司制作的磁制冷酒柜——是用磁制冷这项技术做的一个酒柜。实际上海尔里面的这个机器是美国的一家公司制作的。而目前为止,我们国家自主知识产权的磁制冷技术就是我们在做。


交叉定制:-80℃


为什么叫交叉定制呢?因为做温度做制冷也可以为其他很多学科服务。比如说化学。来自化学所,做化学材料的合成的青促会第一任理事长罗三中,曾来找我问能否给他们高温的化学合成做个低温制冷的。


后来,我们就做了一个低温下的化学合成的反应器。他们用这个反应器合成了非常多,非常有价值的新材料。



这是我在中科院丽江的天文观测站的照片。他们是专门邀请我来给他们解决问题。



丽江云南属于偏远的地区,想要液氮,但昆明云南的总台不给,所以说这个天文台无法做实验。所以我说可以直接给他们做一个液氮机,从空气中采集氮气,然后再把这个氮气液化成液氮,就可以做实验了。


工业定制:-196℃


我们现在能做每天产十升到一千升液氮的液氮机,提供给用户做一些科学的实验等等。其实液氮温度已经是零下196摄氏度了,也就是我们说的液氮77K,那它还有什么应用呢?


一是应用在绿色清洁能源天然气的采集。



大约在十年前,我到新疆图喀,看到了很多冲天的火炬,上面烧的竟是天然气。


为什么?因为他们要采底下的油、煤,但上面那个气田它可能没有那么大,只够采五年、十年。而像这种小一点的气田他们全部都烧掉了。所以每年我们国家要烧掉两百个亿左右!


这都是钱呀,你们说能不能烧啊?当然是不能继续浪费。那怎么办?其中一种方法是将天然气液化。


但需要建场站,建工厂,而这个工厂的造价可能是非常非常的高。比如说这个气田,采了五年十年以后,它没了那怎么办?


后来还有一种方法,是铺管线,铺管线它造价也是非常的高,所以一般都是国际间这种大的气田传输才铺管线。


我们后来想出一个方式——做一个小型的液化天然气设备。类似于这样的 ,就像一个集装箱的大小。



我们使用非常好的流程设计,使得它整个非常紧凑。这就像有游戏里的主基地一样,设备在这个地方采气,之后把它液化,天然气液化前的体积是压缩后的六百倍。再到另外一个地方采。最后卖给天然气的加气站等,就直接可以变成钱了。


这个天然气液化的装置,我们做的非常好,为此成立了一家公司。目前在内蒙、山西、陕西已经投产了十几套。它的市场占有率现在能超过40%,同时也为二氧化碳减排等做一些贡献。



科学定制:全温区


另外还有一些低温的应用,比如说大的科学装置,超导射频和它的低温系统,还有军事上用的红外遥感遥测。



以及我们都知道的北京正负电子对撞机。所有的这些大型科学装置内都离不开低温。



极限定制:-273℃


还有上海的超导磁悬浮列车也是需要低温制冷存在的。最低的温度是零下273.15度,我们的太空里面,也需要这样的低温。



左边是美国做的一个磁制冷的设备,它能够达到50毫K,也就是说在1K以下50毫K这样的一个温度,可以用在空间的望远镜上面。



散热定制全温区


散热是制冷的另外一种表述。下图是特斯拉工厂,里面一个工人都没有,全是机器。我们也想建立这样的工厂,要来做什么呢?



比如说汽车钢板的割焊接。还有飞机的焊接。飞机翅膀上有无数的铆钉,而用激光的焊接替代这些铆钉,能使机身减重,并且总体成本下降。机身减重之后,能有更多乘客坐在同一架飞机上。



而当时半导体所制作的激光器遇到一个问题。上图为空客A380的蒙皮。他们一千瓦的激光器焊不了这个蒙皮,必须要三千瓦、五千瓦,并且它要从面积约为一平方毫米的激光芯片上发出来。


但是一平方毫米,大概为人类指甲盖的1/100。在这样小的面积上要有超高的热流密度,它才能产生足够强的激光来焊接、溶覆。


所以我们刚才说的特斯拉工厂里面,焊汽车、焊飞机这种事情热流密度要达到太阳表面的热流密度:大概要到10^7瓦每平方米。这是非常非常难的。



因此,要在一个非常小的面积,非常快速地给它降温,我们设计出新型激光器的热沉结构及其制冷系统。



后来,我们不仅为半导体所,还为我们国家解决了这个问题。半导体所做出来的新一代半导体激光器就用于国家将来的先进制造2025,也就是说我们要做中国的特斯拉工厂。



所以,温度定制,就存在于我们身边每个方面,包括冰箱、空调、军事、航天等等。


我们就是来定制你们想要的温度,如果你们想把自己冻起来都可以来找我。谢谢!


本文来自微信公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:沈俊

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