在下雪或结冰天气中，需要一种道路融雪盐的替代品。
道路融雪盐不仅价格高昂，还会损坏道路，并对自然环境产生负面影响。
科学家正在研制鱼类、昆虫乃至某些植物中所发现的抗冻蛋白的合成版本。
许多人一想到新下的雪，就会联想到热巧克力和冬季运动等乐趣。但对城市居民而言，它也可能意味着盐渍结块，粘在鞋子、衣摆和汽车上。这是因为，一旦气温降至冰点以下且预报有降水，地方政府便会开始撒布除冰盐，以防止道路结冰。
这些盐通常是精制程度较低的食盐，即氯化钠，但也可能包含其他化合物，例如氯化镁和氯化钾。它们的作用原理是降低水的冰点。
除冰盐还会对汽车、基础设施和环境造成广泛损害。而城市的用量极为庞大——美国雪带城市每年的用量接近2000万吨。加拿大、欧洲和日本的雪带城市加拿大、欧洲和日本同样大量使用除冰盐。
但新的替代方案正在研发之中。我是一名材料科学家，我通过研究自然界应对冰雪的方式，寻求解决人行道过度撒盐问题的方案。鱼类、昆虫乃至某些植物，经过数十万年的演化，已学会适应寒冷气候，它们自行产生防冻物质，以在零度以下的气温中存活。师法自然，我和同事希望研发出既有效、又更温和的防冻化合物。
盐的有害影响
许多驾驶者深有体会，道路盐会缩短汽车的使用寿命，原因是它加速了生锈过程。一项2010年的研究估计，美国驾驶者因腐蚀造成的车辆损坏，每年因使用除冰盐而承担的费用为全国范围内每年234亿美元。
道路盐还会损坏我们行驶的路面。它们含有氯离子——即带负电荷的原子——会改变水的化学性质，使水在接触混凝土和钢材等材料时更具腐蚀性。
因此，道路盐会加剧老化结构物已有的负荷。除冰盐曾导致桥梁坍塌，并造成开裂及其他形式的风化，影响公路路面。
除冰盐对自然界同样有广泛影响。如果你在经历漫长多雪的冬季后驾车行经林区道路，可能会注意到路边的树木看起来比其他树木略显发褐。这是因为道路盐会置换土壤和地下水中的矿物质，从而造成一种被称为生理性干旱的状况。
这意味着，即使土壤中有充足的水分，树木也无法通过根部吸收水分。在科罗拉多等本已存在自然干旱的地区，生理性干旱会使植物更易被点燃，从而增加野火风险。
溪流、河流和湖泊尤其容易受到含有除冰盐的径流影响。盐中的氯会妨碍鱼类产卵，并降低水中溶解氧的含量，从而危害鱼类及其他水生生物。含盐径流还可能促进危险的蓝藻（又称蓝绿藻）的滋生。某些蓝绿藻会产生毒素，人类或动物若在饮用水中摄入这些毒素，可能引发疾病。
天然防冻剂
替代性除冰方案应当无毒，并分解为无害成分，但分解速度不能过快，否则其效果将无法持久。要理解这一点的重要性，不妨以用于飞机除冰的丙二醇为例。
丙二醇之所以被用于此目的，是因为其毒性低于使汽车散热器不致冻结的乙二醇。但丙二醇的效果持续时间短，因此飞机在除冰与起飞之间通常只能等待有限的时间。这也是丙二醇很少被喷洒在道路和地面上的原因。此外，尽管丙二醇一般被归类为对人类安全，但它仍可能对水生生物致命。
南极齿鱼生活在地球上最寒冷的水域中，这得益于其组织中天然的抗冻蛋白。
那么，天然替代品又如何呢？科学家已在阿拉斯加的昆虫和蜘蛛体内发现了能够产生抗冻蛋白的物质，这些蛋白可将水的冰点降低数度。另有一些鱼类，例如南极齿鱼（Dissostichus mawsoni），能够产生抗冻糖蛋白，使其血管中的血液在地球上最寒冷的水域中不致冻结。
这些糖蛋白大多是结构精细的分子，在严酷的外部环境中会迅速分解。但我和同事正在学习如何通过模仿，制造我们自己的防冻化合物。我们面临的首要挑战，是了解天然防冻物质的作用机制，以便重新制造它们。
尽管仍有许多问题尚未弄清，我们正借助先进的计算机建模，观察抗冻蛋白如何与水分子相互作用。其他科学家发现，鱼类抗冻糖蛋白包含两个主要片段，并且某些片段比其他片段更为关键。
具体而言，由氢原子和氧原子组成的、被称为羟基的小分子承担了大部分作用。这些小分子会与水分子像钥匙插入锁孔一样嵌合，从而阻止冰的形成。它们还是蛋白质中最关键片段的组成部分，这些片段能够附着在任何正在形成的冰晶表面，阻止其继续长大。
抗冻蛋白是天然聚合物，即由较小的重复分子连接而成、如链条般的巨大长分子。重新制造这类化合物绝非易事，但我们可以在实验室中以聚乙烯醇（PVA）为起点，制造自己的合成版本。这是一种简单且价格低廉的化合物，对人类和水生生物均无毒，并且是许多日常个人护理产品中的常见成分。
PVA含有与鱼类抗冻蛋白中相同的羟基。借助一些化学工程手段，我们可以改变这些羟基在聚合物结构中的位置，使其更接近鱼类所产生的化合物。未来，我们或许能够将PVA从一种日常化合物，转变为可在几乎任何地方使用的抗冰物质。
由于PVA不会过快降解，它有潜力应用于需要保持无冰状态的表面，例如道路、人行道和扶手。其长链化学结构使其适合被加工成喷雾剂或涂层。或许有朝一日，城市在冬季可依赖无毒的喷涂式防冻剂，既不会弄脏你的衣物，也不会腐蚀你的汽车。
