Анализ механизма снижения низкотемпературной растворимости биологического буфера CAPS

В биохимических экспериментах CAPS буфер, как важный щелочной буфер, широко используется в вестерн-блоттинге, ферментативных реакциях и разделении методом ВЭЖХ благодаря стабильному значению pKa (около 10,4), хорошей растворимости в воде (до 11,07 мг/мл при 25 ℃) и низкой проницаемости через клеточную мембрану. Однако экспериментаторы часто обнаруживают, что растворимость CAPS значительно снижается при низких температурах (например, 4 ℃ или -20 ℃), что приводит к трудностям при приготовлении буфера или неравномерной концентрации, что, в свою очередь, влияет на надежность результатов экспериментов. В этой статье будет проанализировано это явление с трех уровней: молекулярные механизмы, факторы окружающей среды и экспериментальные операции, а также предложены целевые решения по оптимизации.

Молекулярный механизм снижения растворимости при низкой температуре

Процесс растворения CAPS по сути является процессом образования его молекулами гидратного слоя с молекулами воды посредством водородной связи. При комнатной температуре сульфоновая группа (- SO3H) и аминогруппа (- NH -) в молекулах CAPS соединяются с молекулами воды посредством полярных взаимодействий с образованием стабильных комплексов растворенное вещество-растворитель. Однако по мере снижения температуры тепловое движение молекул воды ослабевает, а сеть водородных связей стремится стать жесткой, что приводит к снижению энергии связи между молекулами CAPS и молекулами воды. Экспериментальные данные показывают, что растворимость CAPS снижается примерно на 30% при 4 ℃ по сравнению с 25 ℃, что тесно связано с изменениями динамических свойств молекул воды.

Кроме того, поведение кристаллизации CAPS претерпевает значительные изменения при низких температурах. При комнатной температуре молекулы CAPS диспергированы в неупорядоченном состоянии в растворе; Когда температура падает ниже критической точки, молекулы образуют упорядоченную решетчатую структуру посредством гидрофобных взаимодействий и π - π стекинга. Этот процесс фазового перехода еще больше снизит растворимость CAPS и даже приведет к выпадению нерастворенных твердых частиц. Например, при приготовлении буферного раствора CAPS, если растворитель недостаточно предварительно нагрет, часто можно наблюдать белые хлопьевидные осадки, что является прямым проявлением кристаллизации, вызванной низкой температурой.

Синергетический эффект факторов окружающей среды на растворимость

В экспериментах с ионной силой растворителя для приготовления буферного раствора CAPS часто используется деионизированная вода. Однако, если в воде остаются остаточные ионы металлов (например, Ca ² ⁺, Mg ² ⁺), они будут образовывать комплексы с сульфоновыми группами в молекулах CAPS, снижая их эффективную растворимость. При низких температурах гидратация ионов усиливается, стабильность комплекса улучшается, что еще больше усугубляет снижение растворимости. Например, в растворе, содержащем 0,1 мМ Ca ² ⁺, растворимость CAPS при 4 ℃ снижается на 15% по сравнению с системой чистой воды.

Растворимость CAPS тесно связана с его состоянием диссоциации из-за колебаний pH. Когда pH ниже pKa (10,4), молекулы CAPS существуют в протонированной форме (- SO3H) с высокой растворимостью; Когда pH приближается или превышает pKa, растворимость депротонированной формы (- SO ∝⁻) значительно снижается. В условиях низкой температуры значение pH буферного раствора может смещаться из-за растворения CO ₂ или гидролиза примесей, косвенно влияя на поведение растворения CAPS.

Понимая молекулярный механизм и факторы окружающей среды, которые способствуют снижению растворимости CAPS при низкой температуре, исследователи могут целенаправленно оптимизировать процесс приготовления и условия хранения, чтобы обеспечить стабильность характеристик буфера. В будущем, с развитием новых цвиттерионных буферных агентов, ожидается, что ограничения CAPS в низкотемпературных экспериментах будут устранены в корне.

Как профессиональный биологический буферный агент производитель, Desheng стремится предоставлять высококачественные буферные агенты CAPS. У нас есть не только профессиональный персонал для надзора и контроля процесса от использования сырья до подготовки на заводе, но и постоянная оптимизация методов тестирования для удовлетворения разнообразных потребностей наших клиентов. На складе имеется товар для продажи по низкой цене. Если у вас есть какие-либо соответствующие намерения, пожалуйста, не стесняйтесь нажать на веб-сайт, чтобы узнать подробности и совершить покупку в любое время!