溶剂壳

在物理化学中，溶剂壳（Solvation shell）为一种用来描述溶剂化的结构。溶剂壳为一种任何化学物质像溶剂一样，围绕着溶质物质的现象。当溶剂为水时，所形成似壳的现象，通常会被称为水合壳或水合球。典型的例子为，当水分子形成壳状，围绕在金属离子附近时，水中带有电负性的氧原子以电负性被吸引到金属离子上。这就是造成水分子环绕在金属离子的周围的原因。根据离子的电荷，可造成不同分子厚度的壳状物。溶剂化数可由溶剂和溶液的压缩性来决定。n s = ( 1 − β β 0 ) n i n 0 {displaystyle n_{s}=(1-{frac {beta }{beta _{0}}}){frac {n_{i}}{n_{0}}}}其中 β {displaystyle beta } 与 β 0 {displaystyle beta _{0}} 表示溶液与溶剂的压缩性，而 n i {displaystyle n_{i}} 与 n 0 {displaystyle n_{0}} 则为溶液与溶剂的量。蛋白质周围水合壳（有时也称作水合层）的形成在生物化学上，是很重要的。蛋白质和周围水分子的交互作用，常被称为蛋白质的水合，这也是蛋白质活性的基础。蛋白质外面的水合层被发现与周围的水因分子动力学不同的关系，有1nm的距离，又会因周围的水网拓展至2nm。特殊的水分子和蛋白质表面的接触时间大概在毫微秒的范围内，而分子动力学的刺激，使水与外围水分子混和之前形成水合层的时间，可在飞秒至毫秒之间。根据其他的溶剂及溶质，不同的空间及动能因子，皆会影响溶剂壳。蛋白质肽链间的氢键往往包裹在非极性基团之中，这种在疏水性环境中的氢键非常稳定。但有一部分氢键处在非极性基团的不完全包裹中 ，会与水分子接触，在蛋白质和水的边界产生界面张力。这些氢键有热力学自发地脱水的倾向。阿列尔·费尔南德斯及合作者称这些氢键为脱水元（dehydron）。蛋白质相互作用或蛋白质与药物分子的结合都能促进脱水元周围区域的脱水过程发生。可以通过计算形成单位蛋白质水界面需要做的可逆功，即蛋白质和水边界的表面张力，来识别脱水元。脱水元可被用于药物的研发，包括新药的挖掘和对已有药物的改进。蛋白质与药物分子相结合，并包裹住脱水元，防止其被水攻击。由于同源蛋白质分子拥有特定的脱水元，根据包裹脱水元的思路设计出的药物有很高的选择性和特异性。包裹脱水元的药物研发技术已经成功申请专利，详见美国专利：US 8,466,154 and US 9,051,387。