助水溶劑提高氫氣溶解性的設想

最近《科學》雜誌報道一篇論文，發現ATP這種傳統的細胞能量單元有一種新功能，就是一種天然的細胞助水溶劑，能幫助高濃度蛋白質在細胞內呈現溶解狀態，幫助在半固體狀態下高濃度生物大分子實現生理功能，這一發現對理解基本的細胞學功能十分重要，也對解釋某些疾病狀態提供了新的視角。

作為氫醫學研究者，我從這個研究中看到一個新的研究角度。我們知道，氫水是一種理想的補充氫氣的工具，但是也存在一個非常難以克服的困難，就是氫氣的溶解度非常低，如何提高氫氣在水中穩定溶解的方法就成為這個領域的一個重要問題。增加氣體溶解的方法，主要有增加顆粒物、納米氣泡、增加氣體分壓等方法。其實還有一種方法就是增加水和氣體的互溶性，或者增加氣體溶解度的介質。也就是我們今天給大家介紹的方法。

我們最早想到並使用的一個方法是增加水中固體顆粒物，利用大分子顆粒物表面吸附微小氣泡的特點來實現增加水中氣體溶解的目的，例如可用微量右旋糖苷或納米活性炭等中性顆粒物。但加入顆粒物的方法不適合普通飲用水和醫用注射液。另外一種更好的方法是利用納米氣泡技術，因為納米氣泡不僅有非常高的氣體聚合能力，更重要的是能在水中保持非常長的時間。

這兩種方法雖然都非常有效，能明顯增加水中氣體的容存時間和數量，但本質上都沒有增加氣體在水中的溶解度，而是在水中增加了一些微小氣泡。助水溶劑的手段則可以成為另一提高氣體溶解度的手段，因為氫氣所以在水中難溶解，一個重要原因是氫氣沒有極性，這種分子更容易和沒有極性的物質結合，助水溶劑就是增加非水溶性分子在水中的溶解度，當然最終選擇ATP還是選擇其他化合物，關鍵的是不僅要考慮助溶效果，也要考慮這種化合物的人體安全性，最好絕對無毒，至少在一般使用劑量上沒有毒性，才可以放心使用。否則就會導致氫氣巨大安全性的特徵就失去意義。

有沒有增加氣體水溶解度的方法，當然有，最根本的方法就是有效提高氣體分壓，但提高分壓會增加操作複雜性，也有一定線制。

1916年Neuberg首次報道一類具有兩親結構hydrotrope型化合物。這種化合物能夠大幅度提高某些難溶於水的有機化合物在水中的溶解度，表現出很顯著的增溶作用。根據hydrotrope型化合物自身特殊的性質，把hydrotrope中譯為助水溶劑。近年來由於其獨特性質和廣泛應用前景引起越來越多關注，除增溶作用外，助水溶劑型化合物還可和一些兩親化合物複合，協同產生不同功能，用於囊泡製備、選擇性分離提純、提高化學反應速率或者作為微乳液的穩定劑、藥物製造等方面。這類化合物分子結構類似於表面活性劑，在水溶液中的濃度超過某一特定值後，通過分子間非共價鍵相互作用發生締合形成聚集體，由分子疏水部分組成具有非極性的微區。不過這類化合物與表面活性劑不同，因為疏水作用比表面活性劑低，不能形成表面活性劑膠束那樣確定結構的聚集體，一般認為，這種化合物在水溶液中締合作用是一個逐步形成分子聚集體的過程，通過疏水締合作用形成二聚體、三聚體，再進一步締合形成較大堆砌狀或開放式層狀結構聚集體。

目前一般常用的助水溶劑型化合物是一些含有中性親水基團或離子的短烷基鏈、脂肪環或芳環類化合物，如水楊酸鈉、兒茶酚、烷基苯磺酸鈉、烷基羧酸鹽等。但這些普通的助水溶劑具有一些固有的結構缺陷，限制了它們大量的實際應用，如它們用於改善藥物水溶性因用量大和自身又容易被人體吸收引起致毒反應。同時助水溶劑對客體疏水分子的增溶作用常常具有較大的選擇性。

無論哪種方法，都是在解決具體問題中使用，任何方法也分別存在缺陷。從生物醫學和安全性角度考慮，納米氣泡技術是最可行最合理的增溶技術。目前也被用於包裝氫水製作和小型氫水機設備，非常值得驕傲的是，中國的企業如北京活力氫源和上海納諾巴伯等在氫納米氣泡技術應用方面走在國際前列。

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