常見緩沖溶液的種類及作用
要用好緩沖溶液，需對不同的緩沖溶液有具體的了解。艾偉拓團隊介紹幾種常見的緩沖溶液及用途，為大家深入理解緩沖溶液提供參考。
1、磷酸鹽緩沖溶液
由于磷酸是三元酸，因此磷酸鹽緩沖溶液的緩沖對可以為H3PO4/H2PO4-、H2PO4-/HPO42-或HPO42--PO43-。但生化體系中常用的磷酸鹽緩沖溶液一般主要由H2PO4-/HPO42-的鈉鹽或鉀鹽配制而成。溶液中主要以H2PO4-+H2O←→HPO42-+H3O+平衡移動體系來維持溶液pH值的穩(wěn)定，pH值范圍一般為6.2~8.2。在生化體系中，通常在其中加入NaCl或者KCl構(gòu)成磷酸鹽緩沖生理鹽水（簡稱PBS）來使用。
因磷酸鹽緩沖溶液的pH值范圍與一些生物活性物質(zhì)存活的酸堿環(huán)境接近，所以在生化體系中應(yīng)用較多，如可用來配置相關(guān)溶液、以及作為組織抗原修復(fù)的修復(fù)液、藥物釋放的溶媒等。另外，PBS作為一種溶劑目前在冷凍保存中也較受歡迎。
2、硼酸鹽緩沖溶液
硼酸鹽緩沖溶液中的硼酸鹽常見為硼酸鈉，簡稱硼砂，在水溶液中極易發(fā)生B4O5(OH)4-+5H2O←→2H3BO3+2B(OH)4-水解反應(yīng)，生成互為緩沖對的H3BO3和B(OH)4-。常見的硼酸鹽緩沖溶液有硼砂緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液。
硼砂緩沖溶液的配制是將一定質(zhì)量的硼砂溶于蒸餾水中，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至合適值，pH值范圍一般為8.0~9.0；也可用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍一般為8.0~10.8。而硼酸-硼砂緩沖溶液則一般由一定量的硼酸和硼砂溶于蒸餾水中配制而成，pH值范圍一般為6.5~8.9左右。當(dāng)應(yīng)用于生化溶液時，需要加入一定量的NaCl以維持溶液等滲。
因硼酸-硼砂緩沖液的pH值范圍與淚液接近，所以在一些眼藥水的制備中常作為pH值調(diào)節(jié)劑或滲透壓調(diào)節(jié)劑，如普拉洛芬滴眼液的配制。而硼砂緩沖液則可作為一些藥物的釋放介質(zhì)，如其對合（氯）霉素有助溶作用。
3、三羥甲基氨基甲烷—鹽酸緩沖溶液（Tris- HCl）
三羥甲基氨基甲烷簡稱Tris，分子式為C4H11NO3，結(jié)構(gòu)式見圖1。分子中的氨基（—NH2）為堿性，因此Tris是一種弱堿，常與鹽酸構(gòu)成緩沖溶液，簡稱Tris-HCl緩沖液。該緩沖液一般由一定質(zhì)量的Tris溶于蒸餾水中，再用HCl調(diào)節(jié)至適合的pH值。在配制時還需加入NaCl以維持溶液等滲。
因Tris-HCl緩沖液的pH值受溶液濃度、溫度影響較大，以及易與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，所以在使用時需現(xiàn)用現(xiàn)配制。
Tris-HCl緩沖液的緩沖原理為：Tris中的-NH2與HCl結(jié)合生成Tris·HCl鹽。季銨基團Tris·H+與Tris形成緩沖對，溶液中存在Tris·H++H2O←→Tris+H3O+平衡關(guān)系，憑借該平衡移動來發(fā)揮緩沖作用。其緩沖范圍一般為7.0~9.0。
由于Tris對生化過程干擾很小，不與鈣、鎂離子及重金屬離子發(fā)生沉淀，所以在DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子實驗中經(jīng)常應(yīng)用，Tris-HCl緩沖溶液可以做DNA、蛋白質(zhì)的溶解液或提取液，也是DNA相關(guān)研究實驗中的重要緩沖液，如DNA的捕獲與釋放、染色體的特異性標(biāo)記等方面。
具體應(yīng)用方面，目前已上市的新冠mRNA疫苗其中一款（mRNA-1273®，Moderna，2020）選用Tris作為緩沖體系。已上市抗體藥物中也有Tris的應(yīng)用，如全球首個全人源的腫瘤壞死因子拮抗劑注射用依那西普（Enbrel，恩利）。
4、羥乙基哌嗪乙磺酸（供注射用）（HEPES）
4-羥乙基哌嗪乙磺酸（簡稱HEPES），分子式為C8H18N2O4S。分子結(jié)構(gòu)中既含有酸性的磺酸基（－SO3H），又含有兩個堿性叔胺氮，所以呈現(xiàn)兩性，可用來配制兩性離子緩沖液。該緩沖溶液一般由一定量的HEPES溶于蒸餾水中，再用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至適當(dāng)值。其pH緩沖范圍一般為6.8~8.2。緩沖溶液的濃度以及外界溫度對其pH值影響不大，因此能夠較長時間維持穩(wěn)定的pH值。因HEPES分子中的-SO3H呈現(xiàn)較強的酸性，易給出H+；兩個叔胺氮各含有一個孤對電子，呈現(xiàn)堿性，可以接受H+生成季銨鹽。所以磺酸基和叔胺在水溶液中互為緩沖對。而且，單個HEPES分子中的叔胺和磺酸基也可傳遞H+生成內(nèi)鹽，即兩性離子。在水溶液中，HEPES分子、內(nèi)鹽以及磺酸基和叔胺各自產(chǎn)生的離子之間因H+或OH-的轉(zhuǎn)移而能夠相互轉(zhuǎn)化建立平衡關(guān)系，憑借該平衡關(guān)系的移動來抵御外來酸堿的影響來調(diào)節(jié)溶液pH值穩(wěn)定，所以具有緩沖作用，其平衡轉(zhuǎn)化關(guān)系見下圖。
HEPES 緩沖溶液具有對細(xì)胞無毒性、不易穿過生物膜、不參與細(xì)胞內(nèi)生化過程等特點，所以在生化實驗中具有廣泛的應(yīng)用，如可用于開放式細(xì)胞生長、細(xì)胞的長期觀察、RNA 或 DNA 提取試劑盒中。其次，相關(guān)研究表明以 HEPES 溶液做緩沖液有利于多肽在金納米粒子表面的偶聯(lián)反應(yīng)。另外，HEPES 緩沖溶液對鎂生物降解影響的相關(guān)實驗表明，HEPES 能提高鎂的生物降解性以及抑制鎂不溶鹽層的形成。
具體應(yīng)用方面，如鹽酸伊立替康脂質(zhì)體注射液（Onivyde）。2022年4月15日，施維雅公司（SERVIER）宣布，其胰腺癌治療藥物易安達（通用名：鹽酸伊立替康脂質(zhì)體注射液）獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）正式批準(zhǔn)，與5-氟尿嘧啶（5-FU）和亞葉酸（LV）聯(lián)合用于治療接受吉西他濱治療后進展的轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者。伊立替康脂質(zhì)體注射液作為一款轉(zhuǎn)移性胰腺癌治療藥物，早前已在全球多個國家和地區(qū)獲批。
1、磷酸鹽緩沖溶液
由于磷酸是三元酸，因此磷酸鹽緩沖溶液的緩沖對可以為H3PO4/H2PO4-、H2PO4-/HPO42-或HPO42--PO43-。但生化體系中常用的磷酸鹽緩沖溶液一般主要由H2PO4-/HPO42-的鈉鹽或鉀鹽配制而成。溶液中主要以H2PO4-+H2O←→HPO42-+H3O+平衡移動體系來維持溶液pH值的穩(wěn)定，pH值范圍一般為6.2~8.2。在生化體系中，通常在其中加入NaCl或者KCl構(gòu)成磷酸鹽緩沖生理鹽水（簡稱PBS）來使用。
因磷酸鹽緩沖溶液的pH值范圍與一些生物活性物質(zhì)存活的酸堿環(huán)境接近，所以在生化體系中應(yīng)用較多，如可用來配置相關(guān)溶液、以及作為組織抗原修復(fù)的修復(fù)液、藥物釋放的溶媒等。另外，PBS作為一種溶劑目前在冷凍保存中也較受歡迎。
2、硼酸鹽緩沖溶液
硼酸鹽緩沖溶液中的硼酸鹽常見為硼酸鈉，簡稱硼砂，在水溶液中極易發(fā)生B4O5(OH)4-+5H2O←→2H3BO3+2B(OH)4-水解反應(yīng)，生成互為緩沖對的H3BO3和B(OH)4-。常見的硼酸鹽緩沖溶液有硼砂緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液。
硼砂緩沖溶液的配制是將一定質(zhì)量的硼砂溶于蒸餾水中，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至合適值，pH值范圍一般為8.0~9.0；也可用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，pH值范圍一般為8.0~10.8。而硼酸-硼砂緩沖溶液則一般由一定量的硼酸和硼砂溶于蒸餾水中配制而成，pH值范圍一般為6.5~8.9左右。當(dāng)應(yīng)用于生化溶液時，需要加入一定量的NaCl以維持溶液等滲。
因硼酸-硼砂緩沖液的pH值范圍與淚液接近，所以在一些眼藥水的制備中常作為pH值調(diào)節(jié)劑或滲透壓調(diào)節(jié)劑，如普拉洛芬滴眼液的配制。而硼砂緩沖液則可作為一些藥物的釋放介質(zhì)，如其對合（氯）霉素有助溶作用。
3、三羥甲基氨基甲烷—鹽酸緩沖溶液（Tris- HCl）
三羥甲基氨基甲烷簡稱Tris，分子式為C4H11NO3，結(jié)構(gòu)式見圖1。分子中的氨基（—NH2）為堿性，因此Tris是一種弱堿，常與鹽酸構(gòu)成緩沖溶液，簡稱Tris-HCl緩沖液。該緩沖液一般由一定質(zhì)量的Tris溶于蒸餾水中，再用HCl調(diào)節(jié)至適合的pH值。在配制時還需加入NaCl以維持溶液等滲。
因Tris-HCl緩沖液的pH值受溶液濃度、溫度影響較大，以及易與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，所以在使用時需現(xiàn)用現(xiàn)配制。
Tris-HCl緩沖液的緩沖原理為：Tris中的-NH2與HCl結(jié)合生成Tris·HCl鹽。季銨基團Tris·H+與Tris形成緩沖對，溶液中存在Tris·H++H2O←→Tris+H3O+平衡關(guān)系，憑借該平衡移動來發(fā)揮緩沖作用。其緩沖范圍一般為7.0~9.0。
由于Tris對生化過程干擾很小，不與鈣、鎂離子及重金屬離子發(fā)生沉淀，所以在DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子實驗中經(jīng)常應(yīng)用，Tris-HCl緩沖溶液可以做DNA、蛋白質(zhì)的溶解液或提取液，也是DNA相關(guān)研究實驗中的重要緩沖液，如DNA的捕獲與釋放、染色體的特異性標(biāo)記等方面。
具體應(yīng)用方面，目前已上市的新冠mRNA疫苗其中一款（mRNA-1273®，Moderna，2020）選用Tris作為緩沖體系。已上市抗體藥物中也有Tris的應(yīng)用，如全球首個全人源的腫瘤壞死因子拮抗劑注射用依那西普（Enbrel，恩利）。
4、羥乙基哌嗪乙磺酸（供注射用）（HEPES）
4-羥乙基哌嗪乙磺酸（簡稱HEPES），分子式為C8H18N2O4S。分子結(jié)構(gòu)中既含有酸性的磺酸基（－SO3H），又含有兩個堿性叔胺氮，所以呈現(xiàn)兩性，可用來配制兩性離子緩沖液。該緩沖溶液一般由一定量的HEPES溶于蒸餾水中，再用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至適當(dāng)值。其pH緩沖范圍一般為6.8~8.2。緩沖溶液的濃度以及外界溫度對其pH值影響不大，因此能夠較長時間維持穩(wěn)定的pH值。因HEPES分子中的-SO3H呈現(xiàn)較強的酸性，易給出H+；兩個叔胺氮各含有一個孤對電子，呈現(xiàn)堿性，可以接受H+生成季銨鹽。所以磺酸基和叔胺在水溶液中互為緩沖對。而且，單個HEPES分子中的叔胺和磺酸基也可傳遞H+生成內(nèi)鹽，即兩性離子。在水溶液中，HEPES分子、內(nèi)鹽以及磺酸基和叔胺各自產(chǎn)生的離子之間因H+或OH-的轉(zhuǎn)移而能夠相互轉(zhuǎn)化建立平衡關(guān)系，憑借該平衡關(guān)系的移動來抵御外來酸堿的影響來調(diào)節(jié)溶液pH值穩(wěn)定，所以具有緩沖作用，其平衡轉(zhuǎn)化關(guān)系見下圖。
HEPES 緩沖溶液具有對細(xì)胞無毒性、不易穿過生物膜、不參與細(xì)胞內(nèi)生化過程等特點，所以在生化實驗中具有廣泛的應(yīng)用，如可用于開放式細(xì)胞生長、細(xì)胞的長期觀察、RNA 或 DNA 提取試劑盒中。其次，相關(guān)研究表明以 HEPES 溶液做緩沖液有利于多肽在金納米粒子表面的偶聯(lián)反應(yīng)。另外，HEPES 緩沖溶液對鎂生物降解影響的相關(guān)實驗表明，HEPES 能提高鎂的生物降解性以及抑制鎂不溶鹽層的形成。
具體應(yīng)用方面，如鹽酸伊立替康脂質(zhì)體注射液（Onivyde）。2022年4月15日，施維雅公司（SERVIER）宣布，其胰腺癌治療藥物易安達（通用名：鹽酸伊立替康脂質(zhì)體注射液）獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）正式批準(zhǔn)，與5-氟尿嘧啶（5-FU）和亞葉酸（LV）聯(lián)合用于治療接受吉西他濱治療后進展的轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者。伊立替康脂質(zhì)體注射液作為一款轉(zhuǎn)移性胰腺癌治療藥物，早前已在全球多個國家和地區(qū)獲批。
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