核心目標

抗冷凍 / 干燥損傷、維持酶 / 核酸活性、穩定凍干結構、實現常溫儲運

一、糖類（最核心，水替代 + 玻璃態雙機制）

1. 海藻糖（黃金標準，PCR / 酶凍干）

1) 核心作用：

a.水替代：多羥基強氫鍵，替代蛋白 / 酶表面水分子，維持天然構象，防脫水變性；

b. 玻璃態：高玻璃化轉變溫度（Tg’），干燥后形成剛性無定形玻璃基質，“鎖死" 分子、抑制聚集 / 降解；

c.抗冰晶：預凍時干擾冰晶生長，減少機械剪切損傷；低吸濕性，儲存更穩。

2) 典型應用：Taq 酶、逆轉錄酶、探針 / 引物、預混液凍干；常與蔗糖 1:1 復配

2. 蔗糖（性價比高，通用型）

1) 核心作用：

a.  水替代 + 玻璃態：與海藻糖類似，保護酶與核酸二級 / 三級結構，成本更低；

b.  抗濃縮應力：稀釋鹽離子、緩沖 pH 漂移，減少冷凍階段蛋白聚集；

2) 典型應用：核酸擴增 / 提取試劑、蛋白酶 K；常用濃度 200–500 mmol/L。

3. 乳糖 / 麥芽糖 / 棉子糖

1)乳糖：兼顧保護與骨架，低吸濕性，改善外觀與復溶；

2) 麥芽糖：Tg’適中，協同雙糖提升穩定性，減少塌陷；

3)棉子糖（三糖）：高 Tg’，增強玻璃態剛性，適合高溫儲存場景。

二、多元醇（冷凍保護 + 骨架支撐）

1. 甘露醇（骨架，賦形劑）

1)核心作用：

a.結構支撐：結晶型填充劑，形成致密、低吸濕性凍干餅 / 珠，防塌陷、易分裝

b.抗冷凍：降低冰點、減少冰晶；稀釋鹽濃度、緩解 pH 波動

c.復溶促進：疏松結構，復溶快、無殘留

2) 典型應用：所有分子診斷凍干；占固含量 65%–68%，與蔗糖 / 海藻糖復配

2. 山梨醇 / 木糖醇

1)  山梨醇：非結晶型，協同甘露醇增強玻璃態，減少團聚、提升復溶

2)木糖醇：低吸濕性，保護核酸與酶，適合高濕環境儲存

三、聚合物（結構增強 + 抗聚集）

1. 聚乙二醇（PEG，如 PEG20000）

1) 核心作用：

a.骨架增強：提升凍干塊機械強度，防碎裂、易轉移

b. 空間位阻：大分子鏈包裹酶 / 核酸，減少分子間碰撞聚集

c.復溶改善：形成多孔通道，加速復溶

2)典型應用：凍干珠 / 微球；常用 2%–3%（w/v）

2. 葡聚糖 / HES

1)葡聚糖：高 Tg’玻璃態，長效穩定酶；適合長期常溫儲存

2) HES：抗冰晶 + 保結構，保護核酸與聚合酶，減少降解

四、氨基酸 / 蛋白類（協同保護 + 抗變性）

1. 甘氨酸 / 丙氨酸（小分子氨基酸）

1)核心作用：

a.抗冷凍：降低冰點、干擾冰晶，減少機械損傷

b. 電荷中和：掩蓋蛋白表面疏水 / 帶電區域，防聚集、穩構象

c.骨架輔助：與甘露醇協同，改善外觀、減少塌陷

2. 精氨酸 / 組氨酸（pH 緩沖 + 抗氧化）

1)精氨酸：強氫鍵供體，替代水保護酶；抑制蛋白聚集，提升熱穩定性

2)組氨酸：緩沖 pH（凍干后 pH 漂移小）；清除自由基、抗氧化，保護酶活性

3. BSA / 明膠 / 脫脂乳（大分子保護）

1) BSA：載體 + 穩定劑，包裹酶 / 核酸，防吸附、抗變性、抗氧化；適合高活性酶凍干

2)明膠 / 脫脂乳：膜保護，減少冰晶對酶 / 核酸的機械損傷；提升凍干結構完整性

五、表面活性劑（抗吸附 + 促復溶）

1. 吐溫（Tween-20/80）、Brij 系列

1) 核心作用：

a. 抗吸附：阻斷酶 / 核酸與管壁 / 容器吸附，減少活性損失

b.抗聚集：降低表面張力，防止分子團聚；改善復溶均一性

2) 典型應用：Taq 酶、逆轉錄酶、探針體系；常用 0.01%–0.1%

六、抗氧化劑 / 螯合劑（防氧化 / 金屬損傷）

1. 抗氧化劑（維生素 C/E、Na?S?O?、D - 異抗壞血酸）

1) 核心作用：清除氧自由基、阻斷氧化鏈，保護酶（如聚合酶）與核酸免被氧化降解

2. 螯合劑（EDTA/EGTA）

1)  核心作用：螯合重金屬離子（如 Fe3?、Cu2?），抑制核酸酶 / 氧化酶活性，保護核酸與酶

七、凍干助劑（提升效率 + 改善形態）

叔丁醇（TBA）

1) 核心作用：與水共熔形成針狀冰晶，升華后留管狀通道，大幅加快干燥速率、縮短周期；改善凍干結構、防塌陷

八、核心作用機制總覽（分子診斷專屬）

1.水替代機制：糖類 / 多元醇羥基替代水分子與酶 / 核酸氫鍵結合，維持天然構象，防脫水變性

2.玻璃態機制：高 Tg’保護劑（海藻糖、蔗糖、葡聚糖）形成剛性玻璃基質，抑制分子運動、阻止聚集 / 降解，實現常溫穩定

3.抗冰晶機制：降低冰點、干擾冰晶生長，減少機械剪切與濃縮應力，保護酶與核酸結構

4. 結構支撐機制：甘露醇、PEG、甘氨酸構建穩固骨架，防塌陷、易操作、促復溶

5. 抗吸附 / 聚集機制：表面活性劑、BSA、氨基酸減少吸附與分子團聚，提升活性回收率

九、分子診斷常用復配方案（示例）

1.PCR 預混液：海藻糖 + 蔗糖 + 甘露醇 + PEG20000 + Tween-20（活性 + 結構 + 復溶）

2核酸提取（磁珠 / 蛋白酶 K）：蔗糖 + 甘露醇 + PEG20000 + BSA（酶活 + 磁珠穩定）

3.等溫擴增（LAMP/RPA）：海藻糖 + 葡聚糖 + 精氨酸 + 組氨酸（高溫穩定 + 抗聚集）

十、選型要點（分子診斷場景）

1.酶 / 核酸優先：海藻糖 / 蔗糖（水替代 + 玻璃態）

2.結構必選：甘露醇（骨架 + 防塌陷）

3. 復溶 / 強度：PEG20000

4.抗吸附 / 聚集：Tween-20 + BSA / 甘氨酸

5.抗氧化 /pH：組氨酸 + EDTA + 維生素 C