差示扫描量热法 (DSC)

差示扫描量热法 (DSC) 是一种用于直接鉴定蛋白质或其他生物分子在自然状态下的稳定性的技术。 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。

测量原理：

溶液中的生物分子在其自然（折叠）和变性（展开）构象之间保持平衡。 热跃迁中点 (T_m) 越高，分子越稳定。 DSC 可测量因热变性造成的去折叠热焓 (∆H)。 它也被用于确定变性过程中的热容变化 (ΔC_p)。 DSC 可以说明有助于原生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。

从 DSC 获得的准确且高质量的数据，可提供有关蛋白质在工艺开发过程中和潜在候选治疗药物配制过程中的稳定性的重要信息。

大分子和大分子组合体（>5000 道尔顿），如蛋白质、核酸和脂类，可形成经过热诱导构象变化的清晰结构。 这些结构重组的结果是，非共价键重新分配导致热吸收。 差示扫描量热仪可测量这种热摄取。

DSC 的工作原理

DSC 系统的热核心包括两个池，一个参比池和一个样品池。 从设计角度来看，该装置可使这两个池在加热期间保持相同的温度。

进行测量

如需进行 DSC 测量，首先要向参比池中注入缓冲液，同时向样品池中注入样品溶液。 然后以恒定的扫描速率对其进行加热。 当蛋白质展开导致两池之间有温差 (ΔT) 时就会发生热吸收，从而在整个珀耳帖单元内形成热梯度。 这就建立了电压，该电压被转换成电力，并用于控制珀耳帖单元将ΔT（温差）恢复为 0°C。 或者，也允许两个池通过传导而被动达到热平衡。

数据生成和分析

蛋白质展开状态的热焓是浓度正态化 DSC 峰下的面积，并且每摩尔有多个热量单位（或焦耳）。 在某些情况下，可使用热力学模型拟合数据，以获得吉布斯自由能 (Δg)、量热焓 (Δhcal)、范特霍夫焓_cal)、范特霍夫焓 (ΔH_vH)、熵 (ΔS) 和与跃迁相关的热容变化 (ΔC_p)。

DSC 广泛用于药物发现和开发。 主要应用包括：

• 鉴定和选择生物治疗药物开发过程中最稳定的蛋白质或潜在候选药物
• 配体相互作用研究
• 纯化和生产条件的快速优化
• 简易、快速确定液体制剂的最佳条件
• 对用于筛选的靶蛋白进行快速稳定性指示分析