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常见缓冲溶液的种类

更新时间:2023-08-18   点击次数:2535次

要用好缓冲溶液,需对不同的缓冲溶液有具体的了解。艾伟拓团队介绍几种常见的缓冲溶液及用途,为大家深入理解缓冲溶液提供参考。

1 磷酸盐缓冲溶液

 由于磷酸是三元酸,因此磷酸盐缓冲溶液的缓冲对可以为H3PO4/H2PO4-、H2PO4-/HPO42-或HPO42--PO43-。但生化体系中常用的磷酸盐缓冲溶液一般主要由H2PO4-/HPO42-的钠盐或钾盐配制而成。溶液中主要以H2PO4-+H2O←→HPO42-+H3O+平衡移动体系来维持溶液pH值的稳定,pH值范围一般为6.2~8.2。在生化体系中,通常在其中加入NaCl或者KCl构成磷酸盐缓冲生理盐水(简称PBS)来使用。

因磷酸盐缓冲溶液的pH值范围与一些生物活性物质存活的酸碱环境接近,所以在生化体系中应用较多,如可用来配置相关溶液、以及作为组织抗原修复的修复液、药物释放的溶媒等。另外,PBS作为一种溶剂目前在冷冻保存中也较受欢迎。

2 硼酸盐缓冲溶液

硼酸盐缓冲溶液中的硼酸盐常见为硼酸钠,简称硼砂,在水溶液中极易发生B4O5(OH)4-+5H2O←→2H3BO3+2B(OH)4-水解反应,生成互为缓冲对的H3BO3和B(OH)4-。常见的硼酸盐缓冲溶液有硼砂缓冲液、硼酸-硼砂缓冲液。

硼砂缓冲溶液的配制是将一定质量的硼砂溶于蒸馏水中,再用盐酸调节pH值至合适值,pH值范围一般为8.0~9.0;也可用氢氧化钠调节pH值,pH值范围一般为8.0~10.8。而硼酸-硼砂缓冲溶液则一般由一定量的硼酸和硼砂溶于蒸馏水中配制而成,pH值范围一般为6.5~8.9左右。当应用于生化溶液时,需要加入一定量的NaCl以维持溶液等渗。

因硼酸-硼砂缓冲液的pH值范围与泪液接近,所以在一些眼药水的制备中常作为pH值调节剂或渗透压调节剂,如普拉洛芬滴眼液的配制。而硼砂缓冲液则可作为一些药物的释放介质,如其对合(氯)霉素有助溶作用。

3 三羟甲基氨基甲烷—盐酸缓冲溶液(Tris- HCl)

三羟甲基氨基甲烷简称Tris,分子式为C4H11NO3,结构式见图1。分子中的氨基(—NH2)为碱性,因此Tris是一种弱碱,常与盐酸构成缓冲溶液,简称Tris-HCl缓冲液。该缓冲液一般由一定质量的Tris溶于蒸馏水中,再用HCl调节至适合的pH值。在配制时还需加入NaCl以维持溶液等渗。

因Tris-HCl缓冲液的pH值受溶液浓度、温度影响较大,以及易与空气中的二氧化碳反应,所以在使用时需现用现配制。

 

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Tris-HCl缓冲液的缓冲原理为:Tris中的-NH2与HCl结合生成Tris·HCl盐。季铵基团Tris·H+与Tris形成缓冲对,溶液中存在Tris·H++H2O←→Tris+H3O+平衡关系,凭借该平衡移动来发挥缓冲作用。其缓冲范围一般为7.0~9.0。

由于Tris对生化过程干扰很小,不与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀,所以在DNA、蛋白质等生物大分子实验中经常应用,Tris-HCl缓冲溶液可以做DNA、蛋白质的溶解液或提取液,也是DNA相关研究实验中的重要缓冲液,如DNA的捕获与释放、染色体的特异性标记等方面。

具体应用方面,目前已上市的新冠mRNA疫苗其中一款(mRNA-1273®,Moderna,2020)选用Tris作为缓冲体系。已上市抗体药物中也有Tris的应用,如quan球shou个全人源的肿瘤坏死因子拮抗剂注射用依那西普(Enbrel,恩利)。

4 羟yi基paiqin乙磺酸(供注射用)(HEPES) 

4-羟yi基paiqin乙磺酸(简称HEPES),分子式为C8H18N2O4S。分子结构中既含有酸性的磺酸基(-SO3H),又含有两个碱性叔胺氮,所以呈现两性,可用来配制两性离子缓冲液。该缓冲溶液一般由一定量的HEPES溶于蒸馏水中,再用氢氧化钠调节pH至适当值。其pH缓冲范围一般为6.8~8.2。缓冲溶液的浓度以及外界温度对其pH值影响不大,因此能够较长时间维持稳定的pH值。因HEPES分子中的-SO3H呈现较强的酸性,易给出H+;两个叔胺氮各含有一个孤对电子,呈现碱性,可以接受H+生成季铵盐。所以磺酸基和叔胺在水溶液中互为缓冲对。而且,单个HEPES分子中的叔胺和磺酸基也可传递H+生成内盐,即两性离子。在水溶液中,HEPES分子、内盐以及磺酸基和叔胺各自产生的离子之间因H+或OH-的转移而能够相互转化建立平衡关系,凭借该平衡关系的移动来抵御外来酸碱的影响来调节溶液pH值稳定,所以具有缓冲作用,其平衡转化关系见下图。

 

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HEPES 缓冲溶液具有对细胞无毒性、不易穿过生物膜、不参与细胞内生化过程等特点,所以在生化实验中具有广泛的应用,如可用于开放式细胞生长、细胞的长期观察、RNA 或 DNA 提取试剂盒中。其次,相关研究表明以 HEPES 溶液做缓冲液有利于多肽在金纳米粒子表面的偶联反应。另外,HEPES 缓冲溶液对镁生物降解影响的相关实验表明,HEPES 能提高镁的生物降解性以及抑制镁不溶盐层的形成。

 

具体应用方面,如盐酸伊立替康脂质体注射液(Onivyde)。2022年4月15日,施维雅公司(SERVIER)宣布,其胰腺癌治疗药物易安达(通用名:盐酸伊立替康脂质体注射液)获得中国国家药品监督管理局(NMPA)正式批准,与5-氟尿嘧啶(5-FU)和亚叶酸(LV)联合用于治疗接受吉西他滨治疗后进展的转移性胰腺癌患者。伊立替康脂质体注射液作为一款转移性胰腺癌治疗药物,早前已在全球多个国家和地区获批。更多信息详见《易安达(盐酸伊立替康脂质体注射液)正式获批!制剂处方,发展历程及市场前景深度分析》

 

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