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相信不少同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，或多或少都遇到過一些特別“不聽話”的化合物——它們就是不肯好好溶解，這十分讓人抓狂。

 

不過別擔(dān)心，這并不代表是你的實(shí)驗(yàn)思路出現(xiàn)了問題，因?yàn)槿芙庑运旧砭褪且粋€(gè)復(fù)雜的難題。今天我們就來一起好好探討一下如何破解實(shí)驗(yàn)中的化合物溶解難題！

 

2. 化合物不溶解會有什么問題？

在生物實(shí)驗(yàn)中，我們接觸的化合物種類繁多，從合成的小分子藥物到天然產(chǎn)物，再到復(fù)雜的蛋白質(zhì)和核酸。它們能否在水性環(huán)境中穩(wěn)定、均勻地溶解，直接關(guān)系到我們實(shí)驗(yàn)的成敗。一個(gè)溶解度不佳的化合物，可能會導(dǎo)致：

● 藥效或活性評估不準(zhǔn)確： 細(xì)胞培養(yǎng)或動物實(shí)驗(yàn)中，藥物實(shí)際濃度遠(yuǎn)低于預(yù)期，影響結(jié)果判斷。

● 重復(fù)性差： 批次間溶解情況不一，實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以復(fù)現(xiàn)。

● 毒性問題： 未溶解的顆?？赡苤苯訐p傷細(xì)胞，或因使用了高濃度助溶劑而引入毒性。

● 分析困難： 沉淀或渾濁的樣品無法進(jìn)行光譜、色譜等分析。

 

要想解決化合物溶解性難題，核心在于“對癥下藥”。下面我們從以下幾種化合物類型出發(fā)，一起來看看該如何選擇有效的方法進(jìn)行溶解。

 

3. 小分子化合物

許多用于細(xì)胞、酶學(xué)或動物模型的小分子藥物、信號通路抑制劑或天然產(chǎn)物，往往具有一定的脂溶性，在水溶液中容易出現(xiàn)“水土不服”的現(xiàn)象。這時(shí)候我們就可以搬出“救兵”，請出助溶劑來幫忙！

助溶劑是解決難溶化合物問題的“得力助手”。它們種類繁多，作用機(jī)制各異，但核心目標(biāo)都是通過各種方式提高化合物在溶劑（特別是水）中的溶解度。

 

助溶劑本身其實(shí)對難溶化合物物是沒有直接溶解作用的，但當(dāng)它們與溶劑和難溶物三者同時(shí)存在時(shí)，能協(xié)同提高難溶物在溶劑中的溶解度。它們通常不通過化學(xué)反應(yīng)改變難溶物的結(jié)構(gòu)，而是通過形成絡(luò)合物、改變?nèi)軇┙殡姵?shù)、降低表面張力等非共價(jià)相互作用來達(dá)到增溶效果。

● DMSO（二甲基亞砜）：DMSO 是生物實(shí)驗(yàn)中最常用且首選的助溶劑。它對大多數(shù)有機(jī)小分子都能表現(xiàn)出優(yōu)異的溶解能力，是配置高濃度儲存液的理想選擇。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，通常會將化合物先溶解于少量DMSO，配制成高濃度的母液，需要使用時(shí)再用培養(yǎng)基或緩沖液稀釋到所需工作濃度。

雖然DMSO能溶解很多化合物，但細(xì)胞通常只能耐受非常低的DMSO終濃度（通常建議低于0.1%-0.5% v/v）。但要注意，有些細(xì)胞系對DMSO敏感，我們使用時(shí)需謹(jǐn)慎。

● DMF（二甲基甲酰胺）： 與DMSO類似，也是一種強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑，溶解力也不錯(cuò)。但相比起DMSO，DMF的細(xì)胞毒性可能會略高一些，我們在使用時(shí)需要更嚴(yán)格控制其終濃度。

● 乙醇（Ethanol）或甲醇（Methanol）： 對于一些脂溶性較強(qiáng)的化合物，我們可以考慮使用無水乙醇或甲醇。但醇類溶劑對細(xì)胞的毒性可能比DMSO更明顯，尤其是在高濃度下。因此，使用醇類作為溶劑時(shí)，我們同樣需要將終濃度降到最低，并進(jìn)行必要的毒性測試。

● 吐溫（Tween 20, Tween 80）： 這是非離子型表面活性劑的典型代表，廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)和藥物制劑中。它們能通過形成膠束包裹疏水性化合物，使其穩(wěn)定分散在水溶液中。

例如，紫杉醇作為一種高度疏水的藥物，不溶于水，但在丙酮、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑中容易溶解。在做相關(guān)的動物實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們嘗試可以使用5% DMSO + 5% Tween 80 + ddH2O的溶劑體系來溶解。

● 環(huán)糊精及其衍生物： 這類助溶劑是通過形成“宿主-客體”包合物來增溶。常用的環(huán)糊精有羥丙基-β-環(huán)糊精 (HP-β-CD）和磺丁基-β-環(huán)糊精 (SBE-β-CD）兩種。

HP-β-CD有一個(gè)疏水性的內(nèi)部空腔和一個(gè)親水性的外部結(jié)構(gòu)，能將疏水性分子包裹在空腔中，從而提高其水溶性，且生物相容性通常較好。SBE-β-CD是另一種常用的環(huán)糊精衍生物，其引入的帶電荷磺丁基進(jìn)一步增強(qiáng)了水溶性和增溶能力。

在面對許多難溶性藥物，如伊曲康唑（Itraconazole）、伏立康唑（Voriconazole），以及維生素D3等，我們可以嘗試?yán)铆h(huán)糊精對其進(jìn)行增溶。

 

4. 蛋白質(zhì)分子

酶活實(shí)驗(yàn)的核心是考察酶的催化活性，酶本身也是蛋白質(zhì)。如果作為催化劑的酶溶解性不好、發(fā)生聚集或沉淀，那么就可能會出現(xiàn)：

● 無法形成均勻的反應(yīng)體系： 酶發(fā)生沉淀，無法與底物充分接觸，導(dǎo)致酶活測定結(jié)果不準(zhǔn)確。

● 酶活性降低或喪失： 聚集和沉淀往往伴隨著酶的構(gòu)象變化，使其活性位點(diǎn)暴露不佳或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而導(dǎo)致酶活性下降甚至完全喪失。

● 結(jié)果重復(fù)性差： 每次配制酶溶液時(shí)，其溶解狀態(tài)可能不一致，導(dǎo)致重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果波動大。

蛋白質(zhì)的溶解性是出了名的復(fù)雜，它受自身氨基酸序列、等電點(diǎn)（pI）、構(gòu)象等多種因素影響。選擇合適的緩沖液是溶解蛋白質(zhì)，是其穩(wěn)定的核心。

 

● 合適的pH值：緩沖液的pH是非常值得關(guān)注的一點(diǎn)，我們要盡可能避開蛋白質(zhì)等電點(diǎn)（pI）。當(dāng)溶液的pH接近pI時(shí)，蛋白質(zhì)表面的凈電荷會趨近于零(即正負(fù)電荷相等)，此時(shí)蛋白質(zhì)分子在溶液中會因?yàn)闆]有相同電荷的相互排斥，分子相互之間的作用力減弱，極易發(fā)生碰撞、凝聚而產(chǎn)生沉淀，所以蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)，其溶解度最小，最易形成沉淀物。

我們在選擇緩沖液時(shí)，通常會選擇比pI高或低1-2個(gè)單位的（例如pI=5.5的蛋白質(zhì)宜用pH 7.4的PBS緩沖液），以確保蛋白質(zhì)攜帶穩(wěn)定的正/負(fù)電荷，通過靜電排斥維持溶解狀態(tài)。

● 合適的鹽濃度：離子強(qiáng)度對蛋白質(zhì)的溶解度也至關(guān)重要。適當(dāng)?shù)柠}濃度（如一定濃度的NaCl）能通過“鹽溶”效應(yīng)來增加蛋白質(zhì)的溶解度。這是因?yàn)辂}離子能有效屏蔽蛋白質(zhì)分子間的電荷相互作用，幫助蛋白質(zhì)更好地水合。

但如果鹽濃度過高的話，便會發(fā)生“鹽析”效應(yīng)，此時(shí)大量的鹽離子會爭奪水分子，破壞蛋白質(zhì)的水合層，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集并從溶液中沉淀出來。