熱分析儀

什麼是熱分析儀？

凡是藉由增加或減低熱的方式監測樣本物理或化學屬性的儀器，都可以視為熱分析儀。在這類科學儀器中，使樣本暴露於溫度變化，可以改變其他物理特性，包括熔化、展開、結合、機械強度、組成、結晶或玻璃轉化、流變性質等。 

有些熱分析儀器監測樣本溫度的變化幅度最低可達 0.000001°C 以下。這些細微的溫度變化可能是蛋白質兩種摺疊狀態之間的差異或晶體結構形成，且可能導致顯著不同的物理屬性，包括穩定性、毒性、黏彈性和傳導性等。

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熱分析儀的類型

熱分析儀	英文縮寫	熱量施加或監測	觀測屬性	推導屬性
示差掃描熱分析儀	DSC	施加與監測	溫度	熔點 (Tm) 展開發生點 (Tonset) 焓 (∆H) 熱容 (ΔCp)
等溫滴定熱分析儀	ITC	監測	溫度	結合常數 (KD) 化學計量 (n) 焓 (ΔH) 熵 (ΔS) 吉布氏自由能 (ΔG)
示差掃描螢光法	DSF	施加	固有螢光特性	熔點 (Tm) 展開發生點 (Tonset) 轉化數 (n) 焓 (ΔH) 自由能 (ΔG)*
熱重分析	TGA	施加	樣本質量	相轉化溫度 樣本質量變化
動態機械分析	DMA	施加	機械特性	剪切儲能模量與損耗模量 (G'、G'')
熱傳導性分析儀	TCA	施加	傳導性	熱導

* 在執行等溫化學變性實驗時

熱分析儀的應用

熱分析儀的應用範圍遍及各種產業，其中包括：

1. 生物製藥分析： 在生物製藥領域，一般認為特定配方中的蛋白質結構和膠體穩定性與蛋白質的熱穩定性或熔點 (T _m ) 相關。熔點愈高，就表示穩定性愈佳，保存期限也愈長。
2. 製藥分析： 熱分析儀可用於開發和分析藥物，以測定其熱穩定性、 晶體結構 、劣化、保存期限，以及與其他成分的相容性。
3. 反應動力學： 化學反應期間釋放或吸收的熱能，可用於監測反應的屬性，包括結合常數 (K _D )、化學計量 (n)、焓 (ΔH) 和熵 (ΔS)。
4. 食品科學： 熱分析儀可用於研究食物的熱屬性，例如糖和脂肪的玻璃轉化溫度，有助於開發食品並改善保存條件。
5. 化學品製造： 熱分析儀可用於化學製程的最佳化與品質控制，例如測定化學化合物的熔化和結晶行為。
6. 聚合物表徵分析： 熱分析儀可提供有關聚合物的熱屬性及機械屬性等重要資訊，對於塑膠、橡膠與複合材料等聚合物基產品的開發與最佳化非常重要。

MicroCal 示差掃描熱分析儀 (DSC)

示差掃描量熱法 (DSC) 是一種微量熱計量技術，可用來分析蛋白或其他生物分子的結構穩定性。其運作方式為測量與分子以固定速度加熱時與熱變性相關的熱變化。

理論上，熱轉變中點 (T_m) 愈高，分子愈穩定。DSC 測量熱引發變性所導致之展開的焓(∆H)。它也可以用來判定變性的熱容變化 (ΔCp)。DSC 可以釐清促成生物分子之摺疊與穩定性的各項因素。這些因素包括斥水性交互作用、氫鍵結、構形熵和物理環境。

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MicroCal 等溫滴定量熱法 (ITC)

等溫滴定量熱法 (ITC) 是一種免標記量化技術，可用來研究生物分子間的交互作用。其運作方式為測量結合過程中釋放 (放熱反應) 或吸收 (吸熱反應) 的熱能。

ITC 是唯一能在單次實驗中同時測定所有結合參數的技術，不需要使用螢光標記或透過固定化來修飾結合配對物種，便能測量結合配對物種在其原始狀態下的親和力。

藉由測量結合過程中的熱傳遞，可精準測定結合常數 (K_D)、反應化學計量 (n)、焓 (∆H) 和熵 (ΔS)。這可針對分子間交互作用提供完整的熱力學概貌，

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示差掃描螢光法 (DSF) 

示差掃描螢光法 (DSF) 是一種螢光光譜技術，可監測蛋白質相對於施加溫度的固有放射光譜。在熱變性過程中，構成蛋白質的氨基酸暴露於更親水的環境，導致固有螢光氨基酸 (Trp、Tyr) 的最大訊號 (λ_max) 從 330 nm 變成 350 nm。接著，這種易於觀察的訊號可對照溫度繪成圖表，並將二階導數應用於資料，即可求出熱轉化溫度 (T_m)。 

單一蛋白質可能經常發生多種熱轉化，因此這項技術非常適合用於監測多種應用，例如突變對蛋白質結構穩定性的影響，以及緩衝液組成對蛋白質穩定性的影響。此技術甚至可用於研究低分子量配體的結合親和力，依此排序潛在候選藥物的結合親和力。