Analisadores térmicos

O que é um analisador térmico?

Qualquer instrumento que utilize a adição ou subtração de calor para monitorar as propriedades físicas ou químicas de uma amostra pode ser considerado um analisador térmico. Nesta categoria de instrumento científico, a exposição da amostra a uma mudança na temperatura pode alterar outras propriedades físicas, incluindo derretimento, desdobramento, ligação, força mecânica, composição, cristalização ou transição de vidro, propriedades reológicas e muito mais. 

Alguns instrumentos de análise térmica podem monitorar a mudança de temperatura de uma amostra até 0,000001 °C ou menos. Essas mudanças sutis na temperatura podem ser a diferença entre, por exemplo, dois estados dobrados de uma proteína ou a formação de uma estrutura cristalina, e podem resultar em propriedades físicas significativamente diferentes, como estabilidade, toxicidade, viscoelasticidade e condutividade.

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Tipos de analisadores térmicos

Analisador térmico	Abreviação	Calor aplicado ou monitorado	Propriedade observada	Propriedades derivadas
Calorímetro de varredura diferencial	DSC	Aplicado e monitorado	Temperatura	Ponto de fusão (Tm) Início do desdobramento (Tonset) Entalpia (∆H) Capacidade térmica (ΔCp)
Calorímetro de titulação isotérmica	ITC	Monitorado	Temperatura	Constante de ligação (KD) Estequiometria (n) Entalpia (ΔH) Entropia (ΔS) Energia livre de Gibbs (ΔG)
Fluorescência de varredura diferencial	DSF	Aplicado	Fluorescência intrínseca	Ponto de fusão (Tm) Início do desdobramento (Tonset) Número de transições (n) Entalpia (ΔH) Energia livre de Gibbs (ΔG)*
Análise termogravimétrica	TGA	Aplicado	Massa da amostra	Temperatura de transição de fase Mudança de massa da amostra
Análise mecânica dinâmica	DMA	Aplicado	Propriedades mecânicas	Armazenamento de cisalhamento e módulos de perda (G', G'')
Analisador de condutividade térmica	TCA	Aplicado	Condutividade	Condutância térmica

* Ao realizar um experimento de desnaturação química isotérmica

Aplicações dos analisadores térmicos

Os analisadores térmicos têm uma ampla variedade de aplicações em vários setores, algumas das quais incluem:

1. Análise biofarmacêutica: Para produtos biofarmacêuticos, a estabilidade estrutural e coloidal de uma proteína em uma determinada formulação é considerada relativa à estabilidade térmica ou ao ponto de fusão (T _m ) de uma proteína. Um ponto de fusão mais alto indica maior estabilidade e vida útil.
2. Análise farmacêutica: Os analisadores térmicos podem ser usados no desenvolvimento e na análise de medicamentos para determinar sua estabilidade térmica, estrutura cristalina , degradação, prazo de validade e compatibilidade com outros componentes.
3. Cinética de reação: O calor liberado ou absorvido durante uma reação química pode ser usado para monitorar as propriedades da reação, incluindo a constante de ligação (K _D ), a estequiometria (n), a entalpia (ΔH) e a entropia (ΔS).
4. Ciência dos alimentos: Os analisadores térmicos podem ser usados para estudar as propriedades térmicas dos alimentos, como a temperatura de transição vítrea de açúcares e gorduras, o que é útil para o desenvolvimento de produtos alimentícios e condições de armazenamento.
5. Fabricação de produtos químicos: Os analisadores térmicos podem ser usados na otimização e no controle de qualidade de processos químicos, como a determinação do comportamento de fusão e de cristalização de compostos químicos.
6. Caracterização de polímeros: Os analisadores térmicos podem fornecer informações críticas sobre as propriedades térmicas e mecânicas dos polímeros, o que é importante para o desenvolvimento e a otimização de produtos à base de polímeros, como plásticos, borracha e compostos.

Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC) MicroCal

Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC) é uma técnica microcalorimétrica usada para caracterizar a estabilidade estrutural de uma proteína ou outra biomolécula. Ela faz isso por meio da medição da alteração de calor associada à desnaturação térmica da molécula quando aquecida a uma taxa constante.

Teoricamente, quanto mais alto for o ponto médio da transição térmica (T_m), mais estável será a molécula. A DSC mede a entalpia (∆H) de desdobramento que resulta da desnaturação induzida por calor. Ela também é usada para determinar a alteração na capacidade de calor (ΔCp) da desnaturação. A DSC pode elucidar os fatores que contribuem para a dobragem e a estabilidade das biomoléculas. Eles incluem interações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio, entropia conformacional e ambiente físico.

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Calorimetria de Titulação Isotérmica (ITC) MicroCal

Calorimetria de Titulação Isotérmica (ITC) é uma técnica de quantificação sem rótulo usada em estudos de interações biomoleculares. Ela funciona medindo o calor liberado (reações exotérmicas) ou absorvido (reações endotérmicas) durante um evento de ligação.

A ITC é a única técnica que pode determinar simultaneamente todos os parâmetros de ligação em um único experimento. Não requer nenhuma modificação dos parceiros de ligação, seja com etiquetas fluorescentes ou por meio de imobilização, medindo a afinidade dos parceiros de ligação em seu estado nativo.

Medir a transferência de calor durante a ligação permite a determinação precisa de constantes de ligação (K_D), estequiometria de reação (n), entalpia (∆H) e entropia (ΔS). Isso fornece um perfil termodinâmico completo da interação molecular.

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Fluorescência de varredura diferencial (DSF) 

Fluorimetria de varredura diferencial (DSF) é uma técnica baseada em espectroscopia de fluorescência que monitora o espectro de emissão intrínseco de uma proteína em relação à temperatura aplicada. Durante um processo de desnaturação térmica, os aminoácidos que compõem uma proteína são expostos a ambientes mais hidrofílicos, fazendo com que o sinal máximo (λ_máx.) dos aminoácidos intrinsecamente fluorescentes (Trp, Tyr) mude de 330 nm para 350 nm. Esse sinal facilmente observável pode então ser plotado em relação à temperatura e a segunda derivada aplicada aos dados para encontrar as temperaturas de transição térmica (T_m). 

Muitas vezes, podem ocorrer várias transições térmicas em uma única proteína, o que torna essa técnica altamente adequada para aplicações de monitoramento, como o efeito de mutações na estabilidade estrutural da proteína e o efeito da composição do buffer na estabilidade da proteína. A técnica pode até ser aplicada para estudar as afinidades de ligação de ligantes de baixo peso molecular, para classificar as afinidades de ligação de possíveis candidatos a medicamentos.