微雨眾卉新，一雷驚蟄始。
田家?guī)兹臻e，耕種從此起。
——《觀田家》唐 · 韋應(yīng)物
驚蟄，是春季的第三個(gè)節(jié)氣，它通常反映了這段時(shí)間內(nèi)氣溫回暖、春雷乍動(dòng)，雨水開(kāi)始增多，自然界的萬(wàn)物萌發(fā)生機(jī)，因此該節(jié)氣對(duì)農(nóng)耕有著重要意義。
本次的節(jié)氣科普，將給大家介紹一下生物緩沖劑。
什么是pH？
在了解生物緩沖劑前，我們先來(lái)復(fù)習(xí)一下中學(xué)的化學(xué)知識(shí)：什么是pH？——pH是指水溶液中的氫離子濃度指數(shù)(hydrogen ion concentration)，可以表達(dá)水溶液的酸堿度。
緩沖液的pH可以用亨德森-哈塞爾巴爾赫方程(Henderson-Hasselbalch Equation)來(lái)估算。以弱酸HA為例：
比如人體中保持血液pH值的緩沖體系是碳酸(H2CO3)和它的共軛堿碳酸氫根離子(HCO3-)。
以弱堿Tris為例（其中B為Tris）：
其pH可以表示為：
綜合以上，我們可以看出：
pH緩沖劑通常由一對(duì)酸和堿構(gòu)成，也稱共軛酸堿對(duì)，其酸和堿可以隨著溶液中氫離子的變化而變化；
pH緩沖劑可以“吸收”多余的酸或堿，保持體系的pH穩(wěn)定；
可以抵抗由于內(nèi)部或環(huán)境因素影響的氫離子濃度變化，也是維持生物系統(tǒng)中穩(wěn)定pH的關(guān)鍵；
pH緩沖劑的pH緩沖范圍由其pKa值決定，后者會(huì)受溫度或濃度的影響。
生物緩沖劑
人體中有三大pH緩沖體系，能夠幫助維持體內(nèi)的pH平衡，如上述的碳酸-碳酸氫根共軛酸堿對(duì)。而生命科學(xué)領(lǐng)域中pH緩沖劑也扮演著無(wú)可替代的作用，因此又叫生物緩沖劑。
生物緩沖劑是一類專用于生命科學(xué)研究的緩沖體系，是生命科學(xué)中的重要成分。在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，緩沖溶液起著不可或缺的作用，幫助體系維持最接近生理環(huán)境的pH值。
生命科學(xué)領(lǐng)域常用的生物緩沖劑，包括Tris、Tris-HCl、Hepes、Mops、PIPES、MES、CAPS、BIS-TRIS、Bicine、Tricine等各類緩沖劑，可精準(zhǔn)控制體系的pH，保持相應(yīng)組分的生物活性（結(jié)構(gòu)的和功能的），或幫助分離純化特定成分等。
生物緩沖劑可用于細(xì)胞培養(yǎng)、聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)、藥物篩選、診斷試劑(IVD)、生物加工、純化以及最終制劑應(yīng)用。
生命科學(xué)領(lǐng)域的客戶可根據(jù)不同的應(yīng)用以及pH和pKa值選擇合適的緩沖劑。
舉例來(lái)說(shuō)，COVID-19的mRNA疫苗配方中就采用了Tris和Tris-HCl用于穩(wěn)定體系pH，以及Tris-HCl可以作為一種羥基自由基清除劑，具有穩(wěn)定核酸大分子的特點(diǎn)，可確保mRNA疫苗的儲(chǔ)存品質(zhì)，避免有效成分失活。
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