热分析仪是指通过增加或减少热量来监测样品物理或化学特性的任何仪器。在这类科学仪器中,暴露在温度变化环境中的样品可能会发生其他物理特性改变,包括熔解、去折叠、结合、机械强度、成分、结晶或玻璃化转变、流变特性等。
某些热分析仪可以监测样品温度变化,最低可达 0.000001 °C 或更低。这些细微的温度变化可能是由蛋白质的两种折叠状态或晶体结构形成之间的差异造成,并且可能导致物理特性明显不同,包括稳定性、毒性、粘弹性和导热性。
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热分析仪 | 缩写 | 加热或监测 | 观察到的特性 | 衍生特性 |
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差示扫描量热仪 | DSC | 加热并监测 | 温度 | 熔点 (Tm)
初始去折叠温度 (Tonset) 焓 (∆H) 热容 (ΔCp) |
等温滴定量热仪 | ITC | 监测 | 温度 | 结合常数 (KD)
化学计量 (n) 焓 (ΔH) 熵 (ΔS) 吉布斯自由能 (ΔG) |
差示扫描荧光 | DSF | 加热 | 本征荧光 | 熔点 (Tm)
初始去折叠温度 (Tonset) 转换次数 (n) 焓 (ΔH) 吉布斯自由能 (ΔG)* |
热重分析 | TGA | 加热 | 样品质量 | 相变温度
样品质量变化 |
动态机械分析 | DMA | 加热 | 机械特性 | 剪切存储模量和损耗模量 (G’, G’’) |
热导率分析仪 | TCA | 加热 | 导热率 |
传热系数 |
*进行等温化学变性实验时
热分析仪在不同行业有着广泛应用,其中包括:
适用于监管环境的蛋白质稳定性分析标准
差示扫描量热法 (DSC) 是一种微量热技术,用于鉴定蛋白质或其他生物分子的结构稳定性。该技术通过测量与分子恒速加热时热变性相关的热量变化予以实现。
理论上,热跃迁中点 (Tm) 越高,分子越稳定。DSC 可测量因热变性造成的去折叠热焓 (∆H)。此外,它也用于确定变性过程中的热容变化 (ΔCp)。DSC 可以说明有助于生物分子折叠和保持稳定的因素。这些因素包括疏水相互作用、氢键结合、构象熵和物理环境。
一次分析试验就可测定生物分子的多项结合参数
等温滴定量热法 (ITC) 是一种无标记定量分析技术,可用于研究生物分子相互作用。其工作原理是测量结合事件期间释放的热量(放热反应)或吸收的热量(吸热反应)。
ITC 是唯一一种能够在一次试验中同时确定所有结合参数的技术。其可以测定结合配偶体在自然状态下的亲和力,无需通过荧光标记或固定化技术对结合配偶体进行修饰。
通过测量结合过程中的热传递,就能够准确地确定结合常数 (KD)、反应化学量 (n)、焓 (∆H) 和熵 (ΔS)。这就提供了有关分子相互作用的完整热力学信息。
差示扫描荧光分析法 (DSF) 是一种基于荧光光谱的技术,可监测蛋白质相对于加热温度的固有发射光谱。在热变性过程中,组成蛋白质的氨基酸暴露在更亲水的环境中,导致本征荧光氨基酸 (Trp, Tyr) 的最大信号 (λmax) 从 330 nm 变为 350 nm。然后,可以将这一易于观测的信号根据温度进行标注,并对数据进行二阶导数运算,从而找到热转化温度 (Tm)。
单个蛋白质中通常会发生多次热转化,因此该技术非常适合监测突变对蛋白质结构稳定性的影响,以及缓冲液成分对蛋白质稳定性的影响等应用。该技术甚至可用于研究低分子量配体的结合亲和力,对潜在候选药物的结合亲和力进行排序。
MicroCal DSC 系列适用于监管环境的蛋白质稳定性分析标准 |
MicroCal ITC 系列一次分析试验就可测定生物分子的多项结合参数 |
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技术类型 | ||
差示扫描量热法 (DSC) | ||
等温滴定量热法 (ITC) | ||
微量热法 | ||
测量类型 | ||
无标记分析 | ||
蛋白质稳定性 |