常用的保护剂有如下几类物质: a) 糖类/多元醇:蔗糖、海藻糖、甘露醇、乳糖、葡萄糖、麦芽糖等; b) 聚合物:HES、PVP、PEG、葡聚糖、白蛋白等; c) 无水溶剂:乙烯乙二醇、甘油、DMSO、DMF等; d) 表面活性剂:Tween 80等; e) 氨基酸:L-丝氨酸、谷氨酸钠、丙氨酸、甘氨酸、肌氨酸等; f) 盐和胺:磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐等;
冻干保护:在冻干过程中,由于蛋白质的水合层被除去,优先作用机理不再适用。对于冻干保护机理,仍在研究探讨之中,目前主要有两种: a) 水替代假说。许多研究者认为由于蛋白质分子中存在大量氢键,结合水通过氢键与蛋白质分子联结。当蛋白质在冷冻干燥过程中失去水分后,保护剂的羟基能替代蛋白质表面的水的羟基,使蛋白质表面形成一层假定的水化膜,这样可保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中,稳定蛋白质的高级结构,防止蛋白质因冻干而变性,使其即使在低温冷冻和干燥失水的情况下,仍保持蛋白质结构与功能的完整性。
b) 玻璃态假说。研究者认为在含保护剂溶液的干燥过程中,当浓度足够大且保护剂的结晶不会发生时,保护剂-水混合物就会玻璃化。研究发现在玻璃态下,物质兼有固体和流体的行为,粘度极高,不容易形成结晶,且分子扩散系数很低,因而具有粘性的保护剂包围在蛋白质分子的周围,形成一种在结构上与玻璃状的冰相似的碳水化合物玻璃体,使大分子物质的链锻运动受阻,阻止蛋白质的伸展和沉淀,维持蛋白质分子三维结构的稳定,从而起到保护作用。