溫滴定量熱計和示差掃描量熱計是熱量測定的最佳組合 
  
摘要: 超靈敏的等溫滴定量熱計（ITC）和示差掃描量熱計（DSC）是互補的技術，能夠提高我們對生物分子相互作用的結構和穩定性變化的認識。它們的聯用是最佳的組合。該聯用技術能夠提供獨特的方法分析如蛋白質、核苷酸和它們的復合物的分子結構。 
    在常溫下測量非常小的反應熱量的儀器（等溫滴定量熱計[ITC]）和測量由溫度引起的較小熱量的儀器（示差掃描量熱計[DSC]）是超靈敏的量熱儀器，它們在生物技術的研究中起著非常重要的作用。由于超靈敏的熱量測定能夠提供生物大分子結構的熱力學信息和生物大分子與其他大分子或者小分子相互作用的信息，而這些信息恰恰是整個生物過程的中心，因而這些信息不僅引起了生命科學家極大的興趣，而且對未來生物學、醫學和制藥科學的發展起著不可缺少的作用。 
    現今的超高靈敏的量熱計提供了獨特的方法去分析如蛋白質、核苷酸和它們的復合物的分子結構。隨著我們對生物分子結構和相互作用的不斷深入，可能會發現和發展新型的生物活性產品。 
    由于單獨的結構信息不足以了解生物分子的功能，從而量熱分析成為研究熱點之一。這就需要通過熱力學的知識來測定生物分子和它們復合物的結構。得到這個信息的唯一途徑是通過直接量熱測定單個分子（蛋白質、核苷酸等）的熱性質，也就是熱容量和相互作用產生的熱量。 
    了解和精確地量化這種相互作用需要了解生物大分子、它們的突變體和合成類似物的特征結構和穩定性變化。這些變化是由不同的外部條件或者它們的結合分子與配體相互作用引起的。雖然這些過程可以用多種物理方法進行研究，但只有超靈敏熱量測定能夠直接提供所涉及的能量信息。 
    大分子結合過程中產生的熱效應非常小，而且可利用的蛋白質和核苷酸的數量有限。為了測量這些熱效應，發展了兩種類型的超靈敏的微型量熱計：DSC測量溫度變動引起的熱效應，ITC測量恒溫條件下熱相互作用。兩種類型的量熱方法相互補充，只有將兩者結合才能得到研究的目標分子和它們相互作用的能量信息。 
    研究者們已經了解這兩種工具是相互補充的：只有將ITC 和 DSC同時用來研究生物分子系統時才能得到大分子之間相互作用的完整熱力學描述（這是所有生物學功能的基礎）。利用這兩種技術研究在稀水溶液中的生物分子系統很重要，這是因為大分子相互作用依賴于分子的精確結構和穩定性，而它們都與溫度有關。因此，盡管ITC提供兩個結合分子強度的詳細信息，但是對于了解相互作用分子的熱性質，DSC是不可缺少的。認識到這些會顯著地影響制藥工業，對與目標大分子有高親和力和特異性的活性分子藥物的研究開辟了新的途徑。 
    超高靈敏的量熱計能顯著地提高分析的可靠性、基線的重現性和數據的一致性，從而能夠進行更加精確的測量。在許多情況下，這些儀器能夠使得科學家在單次實驗中獲得更加精確的測量，不必要進行多次測量，從而節約了時間和費用。溫度計| 溫度表| 風速計| 照度計| 噪音計| 輻照計| 聲級計| 溫濕度計| 紅外線測溫儀| 溫濕度儀| 紅外線溫度計| 露點儀  
    Nano DSC III (Calorimetry Sciences Corp. [CSC], Lindon, UT)可以確保科學家獲得穩定的實驗基線；能夠在較大溫度范圍內測量稀溶液中感興趣的大分子的熱容量以及蛋白質和特異性配體結合時的熱容變化，并檢測出蛋白質和配體結合的結構域。由于這些測量結果是在較大的溫度范圍內獲得，因而可以基于這些結果對采用熱量計獲得的結合熱數據進行校正。通過這種校正可以建立起熱力學與復合物結構的相關性，這對于分析不同配體的行為和找尋生物活性藥物是非常重要的。 
    雖然ITC非常適合于跟蹤生物分子間結合反應熱力學，但是將ITC和DSC相結合能夠提供系統熱力學更全面的描述，并且兩種技術的聯用僅使用非常少量的樣品。當用ITC研究一個系統時，其數據可以明顯地說明發生了什么，以此為依據，使用者就可以推斷出各種條件。但如果沒有正確的DSC數據，研究人員就不能對ITC數據進行必要的修正來進行推斷和應用。 
    從本質上講，ITC是一個熱力學技術，它能夠監測加入任何一個結合組分引起的化學反應，而成為生物分子相互作用表征的一個選擇方法。當物質結合以后，熱量就會被吸收或者釋放。測定這個熱量可以準確地確定結合常數、化學反應計量學、焓和熵，單次實驗就能夠提供分子相互作用的完整的熱力學信息。 
    DSC可以用來研究生物大分子和類脂膜構象變化引起的熱量以及生物大分子和生物膜結合配體引起的熱量。伴隨著構象變化和結合反應，能夠容易地測定熱容量、焓和熵的變化。將DSC與壓力-體積變化結合，還可以測定自由能、壓縮率和熱膨脹系數。 
    單獨使用ITC的缺點是實驗人員需要在多個溫度下進行測定實驗，然后從ITC數據中得到熱容量對溫度的函數。然而，他們沒有考慮到天然蛋白質的變化以及相應熱容量的變化。因此要精確地測定那些熱力學參數需要超靈敏的DSC和超穩定的基線。 
    CSC Nano DSC III 和Nano ITC III 是內置式的功率補償量熱計(見圖1和2). 這些高精密度的量熱計非常適合于生物大分子研究。由于許多生物大分子非常昂貴或者是難以得到，而不同的反應與它們在溶液中的濃度有關，因此就需要適合于掃描和滴定、使用少量的樣品（微克級的生物大分子）、可以進行可靠的測量的儀器。
  
結論 
    超靈敏ITC和DSC是互補的技術，能夠提高我們對生物分子相互作用的結構和穩定性變化的認識。它們的聯用是最佳的組合，能夠提供獨特的方法用來分析蛋白質、核苷酸以及它們復合物等物質的分子結構。