温滴定量热计和示差扫描量热计是热量测定的最佳组合 摘要: 超灵敏的等温滴定量热计（ITC）和示差扫描量热计（DSC）是互补的技术，能够提高我们对生物分子相互作用的结构和稳定性变化的认识。它们的联用是最佳的组合。该联用技术能够提供独特的方法分析如蛋白质、核苷酸和它们的复合物的分子结构。
在常温下测量非常小的反应热量的仪器（等温滴定量热计[ITC]）和测量由温度引起的较小热量的仪器（示差扫描量热计[DSC]）是超灵敏的量热仪器，它们在生物技术的研究中起着非常重要的作用。由于超灵敏的热量测定能够提供生物大分子结构的热力学信息和生物大分子与其他大分子或者小分子相互作用的信息，而这些信息恰恰是整个生物过程的中心，因而这些信息不仅引起了生命科学家极大的兴趣，而且对未来生物学、医学和制药科学的发展起着不可缺少的作用。
现今的超高灵敏的量热计提供了独特的方法去分析如蛋白质、核苷酸和它们的复合物的分子结构。随着我们对生物分子结构和相互作用的不断深入，可能会发现和发展新型的生物活性产品。
由于单独的结构信息不足以了解生物分子的功能，从而量热分析成为研究热点之一。这就需要通过热力学的知识来测定生物分子和它们复合物的结构。得到这个信息的唯一途径是通过直接量热测定单个分子（蛋白质、核苷酸等）的热性质，也就是热容量和相互作用产生的热量。
了解和精确地量化这种相互作用需要了解生物大分子、它们的突变体和合成类似物的特征结构和稳定性变化。这些变化是由不同的外部条件或者它们的结合分子与配体相互作用引起的。虽然这些过程可以用多种物理方法进行研究，但只有超灵敏热量测定能够直接提供所涉及的能量信息。
大分子结合过程中产生的热效应非常小，而且可利用的蛋白质和核苷酸的数量有限。为了测量这些热效应，发展了两种类型的超灵敏的微型量热计：DSC测量温度变动引起的热效应，ITC测量恒温条件下热相互作用。两种类型的量热方法相互补充，只有将两者结合才能得到研究的目标分子和它们相互作用的能量信息。
研究者们已经了解这两种工具是相互补充的：只有将ITC 和 DSC同时用来研究生物分子系统时才能得到大分子之间相互作用的完整热力学描述（这是所有生物学功能的基础）。利用这两种技术研究在稀水溶液中的生物分子系统很重要，这是因为大分子相互作用依赖于分子的精确结构和稳定性，而它们都与温度有关。因此，尽管ITC提供两个结合分子强度的详细信息，但是对于了解相互作用分子的热性质，DSC是不可缺少的。认识到这些会显著地影响制药工业，对与目标大分子有高亲和力和特异性的活性分子药物的研究开辟了新的途径。
超高灵敏的量热计能显著地提高分析的可靠性、基线的重现性和数据的一致性，从而能够进行更加精确的测量。在许多情况下，这些仪器能够使得科学家在单次实验中获得更加精确的测量，不必要进行多次测量，从而节约了时间和费用。
温度计|
温度表|
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照度计|
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声级计|
温湿度计|
红外线测温仪|
温湿度仪|
红外线温度计|
露点仪 Nano DSC III (Calorimetry Sciences Corp. [CSC], Lindon, UT)可以确保科学家获得稳定的实验基线；能够在较大温度范围内测量稀溶液中感兴趣的大分子的热容量以及蛋白质和特异性配体结合时的热容变化，并检测出蛋白质和配体结合的结构域。由于这些测量结果是在较大的温度范围内获得，因而可以基于这些结果对采用热量计获得的结合热数据进行校正。通过这种校正可以建立起热力学与复合物结构的相关性，这对于分析不同配体的行为和找寻生物活性药物是非常重要的。
虽然ITC非常适合于跟踪生物分子间结合反应热力学，但是将ITC和DSC相结合能够提供系统热力学更全面的描述，并且两种技术的联用仅使用非常少量的样品。当用ITC研究一个系统时，其数据可以明显地说明发生了什么，以此为依据，使用者就可以推断出各种条件。但如果没有正确的DSC数据，研究人员就不能对ITC数据进行必要的修正来进行推断和应用。
从本质上讲，ITC是一个热力学技术，它能够监测加入任何一个结合组分引起的化学反应，而成为生物分子相互作用表征的一个选择方法。当物质结合以后，热量就会被吸收或者释放。测定这个热量可以准确地确定结合常数、化学反应计量学、焓和熵，单次实验就能够提供分子相互作用的完整的热力学信息。
DSC可以用来研究生物大分子和类脂膜构象变化引起的热量以及生物大分子和生物膜结合配体引起的热量。伴随着构象变化和结合反应，能够容易地测定热容量、焓和熵的变化。将DSC与压力-体积变化结合，还可以测定自由能、压缩率和热膨胀系数。
单独使用ITC的缺点是实验人员需要在多个温度下进行测定实验，然后从ITC数据中得到热容量对温度的函数。然而，他们没有考虑到天然蛋白质的变化以及相应热容量的变化。因此要精确地测定那些热力学参数需要超灵敏的DSC和超稳定的基线。
CSC Nano DSC III 和Nano ITC III 是内置式的功率补偿量热计(见图1和2). 这些高精密度的量热计非常适合于生物大分子研究。由于许多生物大分子非常昂贵或者是难以得到，而不同的反应与它们在溶液中的浓度有关，因此就需要适合于扫描和滴定、使用少量的样品（微克级的生物大分子）、可以进行可靠的测量的仪器。
结论 超灵敏ITC和DSC是互补的技术，能够提高我们对生物分子相互作用的结构和稳定性变化的认识。它们的联用是最佳的组合，能够提供独特的方法用来分析蛋白质、核苷酸以及它们复合物等物质的分子结构。
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