美国TA仪器——等温滴定量热技术在生物领域之应用
等温滴定量热仪(ITC)在分子相互作用中的应用
非特异性结合
ITC 技术的应用领域
分子相互作用：
溶液中的几乎所有天然状态分子： 包括蛋白质、核酸、多肽、药物分子、 脂类、金属离子、小分子等等；
工艺过程的开发和控制
酶动力学 药物研发 非生物系统
抗生素抗性的菌种为什么能更好的 消灭抗生素
Tobromycin binding to aminoglycoside nucleotidyltransferase(2”)
量热池
样品池
对照池
∆T1：样品池温度反馈
神奇的微量热控制—功率补偿
SR
The DP is a measured power differential between the reference and sample cells to maintain a zero temperature between the cells
酶反应动力学的研究 (不一般的ITC曲线）
Kcat：催化速率常数 KM：米氏常数
酶反应动力学应用
测量PP1-γ磷酸酶水解PNPP
ITC测量PP1-γ磷酸酶水解 PNPP速度的原始数据
PP1-γ磷酸酶水解PNPP的MichaelisMenten曲线
ITC Applications Enzyme Kinetics
研究所
中科院生化细胞所 中科院生物物理所 北京生命科学研究所 诺华制药研发中心……
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陈雍硕
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令人郁闷的公式说明了什么？
1. 相同的KD有着相同的∆G； 2. 相同的∆G却有着不同的∆H与∆S组合。
TAMAIR等温量热仪-TAInstruments
tam air
水泥和混凝土的水化 研究水泥和混凝土水化过程的强大工具
测定水泥和混凝土的水化热是非常重要的。传统方法一般是藉由测量溶解热来测定水化热(ASTM C186)。但是近年来，采用TAM Air进行等温量热测试日益受到亲睐，因为这种 方法不仅能够准确可靠地测量水化热(ASTM C1702)，同时还能预测多种水泥混合料的固化行为。TAM Air测试的样品通常为浆状样品，它可连续跟踪水泥在一段时间内的水化过 程；除水泥测试外，砂浆或混凝土最终混合料的测试也同样非常重要，因为测试最终混合料有助于检测材料间的相容性。即使是相同的水泥，在水泥浆和混凝土混合料中的混合效 果也不尽相同，因为聚集物会导致剪切力增大。
< 80 µW* <± 20 µW <± 45 µW
* 基线漂移指标基于24小时的室温循环，且可持续数日甚至数周有效
八通道 标准体积 量热计
8 5 ºC to 90 ºC
空气 ± 0.02 ºC
20 mL
4 µW <± 2.5 µW ± 20 µW
< 40 µW* <± 10 µW &g)
5 41
3 3
2
1
2 0
0
10
水泥和混凝土标准化测试的首选仪器
4
20
30
40
50
60
time (h)
第一阶段： 快速初始过程 — 离子溶解和初始水化 第二阶段： 诱导期 — 产热低，硅酸盐溶解慢 第三阶段： 加速期 — 硅酸盐水化 第四阶段： 减速反应期 — 硫酸盐耗尽，硅酸盐水化过程减速
2
可靠、耐用、通用性强
八通道标准体积TAM Air非常适合用于测量均质浆状样品，而三通道大体积量热计还可用于测量异质性较高的混凝土样品。热流曲线的形状将反映水泥的水化过程，从中可以确定 复杂水化过程的不同阶段。
等温滴定量热仪(ITC)在分子相互作用中的应用
HO
O
O
O
O
N H
N
NH
OH
S
Kd = 0.5 nM ∆H = -5.5 kcal/mol
∆∆H = -4.3 kcal/mol -T∆∆S = 2.2 kcal/mol
Freire, Drug Disc. Today, 13 869 (2008)
酶反应动力学的研究
令人郁闷的公式说明了什么？
1. 相同的KD有着相同的∆G； 2. 相同的∆G却有着不同的∆H与∆S组合。
引发焓变和熵变的主要因素
Enthalpy (-∆H) 焓变
Hydrogen bonds 氢键
Ionic interactions 离子作用
特异性结合
Entropy (+∆S) 熵变
Hydrophobic interactions 疏水作用
抗疟疾新药就这样放弃吗？
Optimize Enthalpy, Minimize Entropy Compensation
O
O
O
O
N H
N
N
H
OH
S
Kd = 16 nM ∆H = -1.2 kcal/mol
HO
O
O
O
O
N H
N
NH
OH
S
Kd = 76 nM ∆H = -6.0 kcal/mol
PlmII Inhibitor Optimization ∆∆H = -4.8 kcal/mol
Conformational freedom 构象自由度
非特异性结合
ITC 技术的应用领域
分子相互作用：
等温滴定微量热仪(ITC)简介
等温滴定微量热仪(ITC)简介等温滴定量热法在生命科学研究中应用申明：本资料来源于网络，版权归原作者所有！等温滴定量热法(Isothermal Titration Calorimetry, ITC)是近年来发展起来的一种研究生物热力学与生物动力学的重要方法，它通过高灵敏度、高自动化的微量量热仪连续、准确地监测和记录一个变化过程的量热曲线，原位、在线和无损伤地同时提供热力学和动力学信息。
微量热法具有许多独特之处。
它对被研究体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何限制条件，即具有非特异性的独最小可检测热效应0.125uJ，生物样品最小用量0.4ug，温度范围2 0C - 80 0C，滴定池体积1.43 ml)。
实验时间较短(典型的ITC实验只需30-60分钟，并加上几分钟的响应时间)，操作简单(整个实验由计算机控制，使用者只需输入实验的参数，如温度、注射次数、注射量等，计算机就可以完成整个实验，再由Origin 软件分析ITC得到的数据)。
测量时不需要制成透明清澈的溶液, 而且量热实验完毕的样品未遭破坏，还可以进行后续生化分析。
尽管微量热法缺乏特异性但由于生物体系本身具有特异性，因此这种非特异性方法有时可以得到用特异方法得不到的结果，这有助于发现新现象和新规律，特别适应于研究生物体系中的各种特异过程。
ITC的用途获得生物分子相互作用的完整热力学参数，包括结合常数、结合位点数、摩尔结合焓、摩尔结合熵、摩尔恒压热容，和动力学参数(如酶活力、酶促反应米氏常数和酶转换数)。
ITC的应用范围蛋白质-蛋白质相互作用(包括抗原-抗体相互作用和分子伴侣-底物相互作用)；蛋白质折叠/去折叠；蛋白质-小分子相互作用以及酶-抑制剂相互作用；酶促反应动力学；药物-DNA/RNA相互作用；RNA折叠；蛋白质-核酸相互作用；核酸-小分子相互作用；核酸-核酸相互作用；生物分子-细胞相互作用；……加样体积：（实际体积）cell：1.43 ml，syringe：300 μl准备样品体积（最少量）cell：2 ml，syringe：500 μl样品浓度cell：几十μM到几mMsyringe：几百μM到几十mM测量Kb范围102-1012 M-1滴定实验前恒温30-60 min等温滴定量热实验所需时间，一般1.5-4 hrSample Preparation Guidelines (ITC).Proper sample preparation is essential for successful ITC testing. In particular, the minimal guidelines below must be strictly followed to insure an accurate estimate of stoichiometry (n), heat of binding (H), and binding constant (Kb) (or dissociation constant Kd = 1/Kb).1.) The macromolecule solution (the sample to be placed in the reaction cell) must have a volume of at least2.1 ml. The lowest concentration which can be studied is 3 M and this is adequate only for tight binding where Kd is smaller than 1 M. For weaker interactions, the macromolecule concentration should be 5 times Kd, or higher if possible. Preferably, the macromolecule solution should be dialyzed exhaustively against buffer for final equilibration.2.) The ligand solution (the sample to be placed in the injection syringe) must have a volume of at least 0.7 ml. Its concentration should be at least 10 times higher than the concentration of macromolecule (if the macromolecule has multiple binding sites for ligand, then the ligand concentration must be increased accordingly). The buffer solution in which the ligand is dissolved should be exactly the same buffer against which the macromolecule has been equilibrated.3.) After both solutions have been prepared, the pH of each should be checked carefully. If they are different by more that 0.05 pH units, then one of the solutions must be back-titrated so they are within the limit of 0.05 pH units. If any particles are visible in either solution, they should be filtered out.4.) If possible, the concentrations of both solutions should be accurately determined after final preparation. Accurate determination of binding parameters is only possible if concentrations of binding components are known precisely.5.) At least 20 ml of buffer must be sent along with the two samples, since this is used for rinsing the cell and for dilution if necessary.6.) If possible, DTT should be avoided as a disulfide reagent and replaced by -mercaptoethanol or TCEP.等温滴定微量热仪（ITC）基本介绍等温滴定微量热仪（ITC）基本介绍（美国MicroCal ，美国微量热公司）仪器设备名称：等温滴定微量热仪制造国别：美国制造厂商：美国微量热公司规格型号：VP-ITC品牌：MicroCal总代理商：华嘉（香港）有限公司技术指标：短期噪音水平：0.5纳卡/秒(2 纳瓦)。
等温滴定微量热仪Nano ITC注意事项
TA仪器等温滴定微量热仪Nano ITC是专为来源有限的、纯的、释释的生物样品的结合与动力学研究设计的。
使用Nano ITC，可以在1纳摩尔或更少量的生物聚合物中检测到低至120纳焦耳的热量。
Nano ITC采用一个固态的热电加热和冷却系统来精确地控制温度，并用独特的抽取式注射器来有效精确的进行滴定。
Nano ITC内置且准确的等温功率补偿设计，能在最快的响应时间（12秒）内进行及时的补偿。
Nano ITC等温滴定微量热仪的高灵敏度测量池是采用99.999%的黄金或哈司特镍碳合金制成，以适应绝大多数化学试剂。
圆锤形的设计不仅使清洗变得容易，而且也使溶液的搅拌更为有效。
Nano ITC等温滴定微量热仪的绝热板封装在密闭真空室中，使得仪器不易受环境变化的影响，温度稳定性可达±0.005℃。
独特的、可移动的抽取式注射器其末端包含一个桨状机械搅拌器，搅拌速度极容易调节，以适应样品的物理性质。
纳瓦ITC的这种整体组装的搅拌装置能够保证样品快速充满、样品清理及精确的滴定。
等温滴定微量热仪性能参数：
最低可检测热量0.1微焦耳
最高可检测热量10,000微焦耳
低噪音水平0.004微瓦
基线稳定性0.04微瓦/小时
温度稳定性25℃时0.005℃
工作温度2～80℃
测量池类型固定圆锥形
样品体积 1.0毫升
响应时间12秒。
等温滴定量热仪和差示扫描量热仪在生物制剂研发中的应用
等温滴定量热仪和差示扫描量热仪在生物制剂研发中的应用液剂中蛋白药物的稳定的一个重要因素是适当的辅料的选择，适宜的辅料浓度能够在延长药物保质期的同时确保患者的最高的用药安全。
尽管过去十年间的文献报道了维持稳定性的一般准则，但是在存储期间辅料如何提升蛋白药物的稳定性，其机制尚未完全明晰。
为能合理优化蛋白制剂，掌握有关蛋白-辅料相互作用机理的知识十分重要。
通过微量热技术来研究来探索蛋白-辅料的相互作用，因而被越来越多的应用于生物制剂的研发和优化。
通过使用等温滴定量热仪（ITC）和差示扫描量热仪（DSC）等技术，评估与相互作用有关的热力学参数，例如辅料-蛋白的结合，辅料参与下蛋白质伸展等，揭示研发最优制剂所需的重要机理信息。
这里我们列举两个ITC和DSC是怎样辅助蛋白制剂研发的例子。
在第一个例子中，使用ITC揭示了聚山梨酯80（常用表面活性剂，通过降低蛋白表面吸附和聚集以稳定蛋白性质）与蛋白X（ProX）之间的相互作用。
使用单位点模型拟合ITC数据计算得出结合亲和常数（K A）=1430±260 M-1，结合焓（△H）=-6.3±1.1 kcal/mol，每个ProX 分子结合位点数（n）=2.6±0.3。
另外一个例子中，使用DSC和ITC产生的数据集显示在抗菌防腐剂，苯酚存在的条件下，ProX在pH5.7时结构最稳定。
因而在上述两个研究中，来自于GE Healthcare生命科学部的等温滴定量热仪ITC200 和差示扫描量热仪VP-Capillary DSC在探寻制备ProX最佳制剂方法方面提供了非常重要的信息。
由于蛋白质分子内在的不稳定性，包括物理不稳定性（伸展、聚集、吸附）和化学降解性（氧化、脱酰胺、断裂），以基于蛋白质的治疗发展面临着巨大的挑战。
蛋白的不稳定可以导致蛋白活性降低甚至可能产生潜在的免疫原性。
为增加蛋白的稳定性，可以尝试改变蛋白所在溶剂的性质，包括选择缓冲液系统，调节pH值，添加辅料/添加剂，即研发最佳剂型。
等温滴定量热法对镇痛药与止吐药术后联合应用的相互作用研究
等温滴定量热法对镇痛药与止吐药术后联合应用的相互作用研究龚丽娜;李天佐【摘要】目的:采用等温滴定量热法探讨镇痛药与止吐药术后联合应用的相互作用,并明确可否同一装置给药.方法:根据临床用药习惯把试验样品分成四组,采用等温滴定量热法观察临床常用的术后镇痛药舒芬太尼、曲马多、羟考酮、氟比洛芬酯、右美托咪定及止吐药昂丹司琼的相容性.模拟手术室温度为25℃,测定各药物的热力学参数吉布斯自由能ΔG和结合常数焓变ΔH和熵变ΔS,得到相应的反应活性图谱,通过比较|ΔH|与T|ΔS|,结合数据绘图定性分析来判断溶合反应类型.结果:四组试验样品两两溶合过程中均为|ΔH|<T|ΔS|,反应活性谱热量变化(<0.05μJ)为熵驱动反应,未发生质变.结论:舒芬太尼、曲马多、羟考酮、氟比洛芬酯、右美托咪定及昂丹司琼结合未发生化学反应,临床上的联合应用是安全可靠的,可在同一给药装置配泵给药.【期刊名称】《中国医院用药评价与分析》【年(卷),期】2019(019)004【总页数】7页(P393-398,402)【关键词】术后镇痛药;同一装置给药;相容性;等温滴定量热法【作者】龚丽娜;李天佐【作者单位】首都医科大学附属世纪坛医院麻醉科,北京 100089;首都医科大学附属世纪坛医院麻醉科,北京 100089【正文语种】中文【中图分类】R969.2随着外科手术量的逐年增长、快速康复外科理念的影响及人们对术后舒适度的要求不断提高，术后镇痛泵的应用越来越多，应用的药物种类也在增加，多模式镇痛和联合用药已成为趋势[1-2]。
目前主要使用阿片类药物[3]、非甾体药及止吐药等。
理论上，根据不同药物的作用靶点不同的机制可使镇痛更加完善，减少各药物的不良反应[4]。
但临床实际应用中，各药物之间是否发生成分的改变尚不清楚，特别是术后镇痛泵中经常加入4种甚至更多药物在同一装置给药。
联合用药在具有优势的同时[5-7],也存在着风险和危害[8-9]。
等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法[发明专利]
![等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/03b90152f4335a8102d276a20029bd64783e629b.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011008921.4(22)申请日 2020.09.23(71)申请人 上海理工大学地址 200093 上海市杨浦区军工路516号(72)发明人 徐斐 张坤 阴凤琴 袁敏 曹慧 叶泰 吴秀秀 (74)专利代理机构 上海德昭知识产权代理有限公司 31204代理人 郁旦蓉(51)Int.Cl.G01N 25/48(2006.01)G01N 24/08(2006.01)G01N 31/16(2006.01)(54)发明名称等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法(57)摘要本发明提供一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，包括：S1，配制缓冲溶液；S2，采用缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子溶液以及功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；S3，将处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的金属离子溶液中的金属离子与处理后的功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；S4，利用核磁共振光谱仪测定金属离子与生物小分子之间结合的具体结合位点。
权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 112113998 A 2020.12.22C N 112113998A1.一种等温滴定量热法探究金属离子与生物小分子相互作用方法，用于测定金属离子与生物小分子结合过程中的热力学参数和具体结合位点，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，配制一定浓度的缓冲溶液；步骤S2，采用所述缓冲溶液分别配制一定浓度的金属离子和功能单体溶液，而后进行超声处理、冷冻离心，得到处理后的金属离子溶液以及处理后的功能单体溶液；步骤S3，将处理后的所述金属离子溶液以及处理后的所述功能单体溶液分别加入等温滴定量热仪的滴定针和样品池中，并设置相关试验参数，而后测定处理后的所述金属离子溶液中的金属离子与处理后的所述功能单体溶液中的生物小分子之间结合的热力学参数；步骤S4，利用核磁共振光谱仪测定所述金属离子与所述生物小分子之间结合的具体结合位点。
等温滴定微量热仪设备安全操作规程
等温滴定微量热仪设备安全操作规程等温滴定微量热仪是一种常见的热分析仪器，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
安全操作等温滴定微量热仪，不仅可以保证实验室人员的人身安全，还可以保证实验的准确性和可靠性，避免实验数据受到污染和误差。
本文将介绍等温滴定微量热仪的设备安全操作规程。
一、前提准备在进行等温滴定微量热仪的试验前，需要进行一系列的前提准备工作，以确保实验数据的准确性和人身安全。
1.1 实验室安全标准在进行等温滴定微量热仪的试验前，需要了解实验室的安全标准，并遵守以下规则：•禁止在实验室内吸烟或进食；•禁止在实验室内运动或嬉戏；•禁止携带易燃、易爆、有毒或有害物质进入实验室。
1.2 实验室环境安全检查在进行等温滴定微量热仪的试验前，应对实验室环境进行安全检查，并确保以下环境条件：•实验室内温度、湿度、压力、气氛等相关参数要符合实验要求；•所有电气设备的接地要良好，电源线绝缘要完好；•实验室内要配备灭火器或灭火设备，并放置在易燃物品附近。
1.3 设备安全检查在进行等温滴定微量热仪的试验前，应对设备进行安全检查，并确保以下设备安全条件：•设备的电源安全开关和保险丝要保持完好；•设备外壳和内部结构要保持干燥、清洁、整洁和光滑；•采样管和试样夹要保持干燥，采样管要无油且没有残留。
二、操作步骤在进行等温滴定微量热仪的试验时，应按以下操作步骤进行，并遵守以下实验规则：2.1 准备操作2.1.1 着装要求在进行等温滴定微量热仪的试验前，需要注意以下着装要求：•穿着合适的实验服，避免穿过长、过宽或过紧、过短的衣服；•戴上实验手套和安全眼镜，避免接触试剂和实验注射液。
2.1.2 调试仪器在进行等温滴定微量热仪的试验前，需要进行如下操作：•按照操作手册进行仪器调试，以保证仪器的工作状态正常；•在开始试验前进行基底扫描，以确保实验仪器的准确性和规范性。
2.2 试样操作2.2.1 试样准备在进行等温滴定微量热仪的试验前，需要进行如下操作：•试样应按照实验要求，准确称取或按体积分装，并进行预处理；•简要检查采样管和试样盖的条纹是否清晰、无杂质，并检查试样盖的防尘功能是否正常。
等温滴定量热法浓度优化
等温滴定量热法浓度优化等温滴定量热法（Isothermal Titration Calorimetry，ITC）是一种广泛应用于生物化学、药物研发和生物医学领域的实验技术。
通过测量反应在等温条件下产生或吸收的热量，ITC可以帮助研究人员了解溶液中分子之间的相互作用，如配体和受体的结合、酶催化反应以及protein-protein 相互作用。
通过优化等温滴定量热法的浓度参数，可以提高实验结果的质量和可靠性。
在优化等温滴定量热法的浓度时，有几个关键因素需要考虑。
首先是实验物质的浓度范围。
选择适当的浓度范围可以确保反应产生的热量在仪器检测范围内，同时减少背景噪音的干扰。
一般来说，对于正常的反应热量，推荐使用0.1-2.0 mM的溶液浓度。
然而，对于特殊的反应系统，需要事先进行一些初步实验，以确定最佳的溶液浓度范围。
其次是选择合适的滴定量。
滴定量是指每一次滴加到反应体系中的试剂量。
在进行等温滴定量热法实验时，滴定量的选择将直接影响到实验的敏感性和准确性。
一般来说，滴定量应尽量小，以确保每一次反应的热效应可以被仪器检测到，同时避免反应溶液的剧烈稀释或稀释不足。
通常情况下，滴定量为0.5-2.5 μL。
还需要考虑实验温度和缓冲溶液的选择。
实验温度应根据实验系统的特性和要研究的反应进行合理的选择。
对于生物体系来说，一般选择25℃或37℃作为实验温度。
而对于非生物体系，可根据需要进行调整。
缓冲溶液的选择应该使得反应体系在所选温度下保持稳定，并且不对测量结果产生干扰。
在实施等温滴定量热法浓度优化实验时，以下是一些有效的实践经验和技巧：1. 从简单到复杂地确定浓度范围。
首先可以进行一些初步实验，选择几个不同浓度的溶液进行测试，进而找到适合体系的浓度范围。
可以根据实验结果调整溶液的浓度，并逐渐扩大范围。
2. 手动混匀溶液，确保均匀分布。
在进行实验前，用手动混匀的方法将溶液均匀混合，以确保反应物质在整个试验过程中处于均一的状态。
等温滴定微量热法在雷公藤红素微乳制备中的应用
等温滴定微量热法在雷公藤红素微乳制备中的应用
刘荻;马卓
【期刊名称】《湖北工业大学学报》
【年(卷),期】2016(031)005
【摘要】用等温滴定微量热法测定雷公藤红素微乳中水的体积,微乳中乳化剂为蓖麻油聚氧乙烯醚(ELP),助乳化剂为正丁醇,油相为油酸乙酯,研究ELP与正丁醇质量比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、3∶1下形成微乳时各组分的质量,根据混合溶液与水滴定过程中的热量变化曲线,判断微乳是否形成,得出形成微乳时水的质量,做出4个比例下的伪三元相图,确定最优处方.最优处方比例配制的微乳稳定性好,粒径符合微乳的尺度,证明等温滴定微量热法在雷公藤红素微乳制备中具有可行性.
【总页数】4页(P114-117)
【作者】刘荻;马卓
【作者单位】湖北工业大学生物工程与食品学院,湖北武汉430068;湖北工业大学生物工程与食品学院,湖北武汉430068
【正文语种】中文
【中图分类】R945
【相关文献】
1.等温滴定微量热法在中药研究中的应用 [J], 刘荻;曾勤;马卓
2.反相微乳技术在纳米粒子制备中的应用 [J], 彭春玉;旷亚非;周海晖
3.反相微乳技术在纳米粒子制备中的应用 [J], 彭春玉;旷亚非;周海晖
4.微乳技术在伊维菌素剂型制备中的应用及展望 [J], 王丽坤;金振华;李烨;张备;张莹;鹿凌岩;秦建玲
5.微乳技术在伊维菌素剂型制备中的应用及展望 [J], 王丽坤;金振华;李烨;张备;张莹;鹿凌岩;秦建玲
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TAMAIR等温量热仪-TAInstruments
人工搅拌的Admix安瓿瓶
带搅拌马达的
应用
水泥水化过程的复杂性
水泥的水化过程与温度相关，其作用机理非常复杂。通过多温度受控研究可获得各条件下的固化曲线，帮助深入了解多种化学反应及其各自的温度相关性。 TAM Air测量过程的直接实测输出的是历时热流曲线。图A直接反映了同一系统在三种温度下的反应速率，而根据时间的积分累加热流（即总热）可用于评估反应的程度，如图B所示。 利用几个限定反应程度（总热）下的反应速率（热流）的Arrhenius曲线图，可以计算整个过程各阶段的表观活化能。如果是单一机理的反应，则整个反应过程的活化能是恒定的。如图D所示， 水泥的水化过程非常复杂，需要经历多个子过程，因此存在多个活化能。
TAM AIR 等温量热仪
通过监控化学程序、物理程序和生物程序的热活性或热流，可以得到其他技术所不能提供的信息。等温量热法是一种研究热量变化的强大技术， 不会对样品造成任何损坏或侵害。TAM Air具有无与伦比的灵敏度及长期的温度稳定性，可满足样品的多种分析要求。
TAM Air是适用于大规模量热实验的理想工具，它能够在等温条件下同步测量多个样品。此外，该仪器尤其适用于测量耗时数天或数周的热量变 化过程（如水泥和混凝土的水化过程、食物腐败、微生物活性等等）。
4.0
3.0
2.0
等温滴定量热技术
等温滴定量热技术等温滴定量热技术是一种能够研究溶解热、反应热、吸附热等反应热效应的实验技术，它可以定量测定物质的热化学性质，包括热力学参数、化学反应动力学参数等，是化学和材料学等领域重要的实验手段。
等温滴定量热技术的基本原理是利用微量热法，即将被测样品在等温条件下加入到反应池中，在一定时间间隔内持续注入滴定液，从而发生显著反应，这种反应释放或吸收能量，导致反应体系温度发生变化，采用高精度量热仪测量反应热效应，从而获得样品的热化学性质。
等温滴定量热技术主要分为平衡热量法和动态热量法两种方法。
平衡热量法是通过将反应池维持在等温状态，在一段时间内等待反应体系达到平衡状态，然后进行滴定，测量反应热量。
这种方法可以减小反应过程中外部因素的影响，同时也可以消除热失控导致的误差。
而动态热量法则是在滴定过程中，实时测量反应体系的温度变化，以获得较高的实验精度。
等温滴定量热技术具有以下优点：首先，利用等温条件进行反应，保证了反应的可重复性。
其次，在不需求外热量或热量损失的情况下，可以实现精确测量反应热，避免了因加热或冷却而导致的额外的误差。
最后，由于等温滴定量热技术对样品量非常少，因此可以进行昂贵或危险的试剂或实验条件下的实验。
应用等温滴定量热技术可以获得广泛的信息，例如热容、热力学参数、化学反应速率、表面化学结构和气体吸附等。
在实践中，等温滴定量热技术用于研究各种类型的化学反应，例如溶解、复分解、离子交换等。
它还可以应用于催化剂、生物大分子、纳米材料等重要领域的研究。
总之，等温滴定量热技术是一种非常强大的实验手段，它可以准确地测定物质的热化学性质，从而为学术研究和工业生产提供关键的信息。
随着技术的不断完善，这种实验技术将会发挥越来越重要的作用。
2024年等温滴定量热仪市场分析现状
2024年等温滴定量热仪市场分析现状概述等温滴定量热仪（Isothermal Titration Calorimeter，ITC）是一种重要的分析仪器，用于研究化学反应和生物分子间的相互作用。
本文将对等温滴定量热仪市场的现状进行分析，并探讨该市场的趋势和发展前景。
市场规模等温滴定量热仪市场在过去几年呈现稳定增长的趋势。
目前，全球等温滴定量热仪市场规模约为5000万美元，预计未来几年将保持每年3%的增长率。
市场驱动因素1. 物质研究的增加随着化学和生物科学的发展，对于物质的研究需求越来越大。
等温滴定量热仪可以用于测量化学反应的热效应，帮助科学家了解化学反应的热力学性质。
同时，ITC还可以用于研究生物分子的相互作用，例如蛋白质与配体的结合过程。
这些应用领域的增加促进了等温滴定量热仪市场的发展。
2. 新技术的应用近年来，等温滴定量热仪市场受益于新技术的应用。
例如，一些新型的微量热效应探测器的出现，使得等温滴定量热仪在灵敏度和分辨率方面有了显著的提升。
此外，自动化技术的发展也使得操作更加简便，提高了实验效率。
市场趋势1. 生物医药领域的快速增长生物医药领域的快速发展将成为等温滴定量热仪市场的主要推动力。
例如，药物设计过程中需要了解药物与蛋白质之间的相互作用，这就需要使用ITC进行研究。
随着生物医药领域的研究和发展逐渐成熟，对于等温滴定量热仪的需求将大幅增加。
2. 自动化技术的应用随着自动化技术的不断发展，等温滴定量热仪市场将迎来新的机遇。
自动化技术可以使实验操作更加简便和高效，节约时间和人力成本。
预计未来几年，自动化等温滴定量热仪将成为市场的主流产品。
3. 多学科交叉应用等温滴定量热仪的应用领域不仅局限于化学和生物学，还可以在其他学科中发挥作用。
例如，材料科学领域中对于材料的热稳定性研究可以采用等温滴定量热仪。
多学科交叉应用将进一步推动等温滴定量热仪市场的发展。
市场竞争格局目前，全球等温滴定量热仪市场主要由几家大型企业垄断，例如MicroCal、Malvern、TA Instruments等。
等温滴定量热仪TANANOITC操作规程
等温滴定量热仪（TA NANO ITC）操作规程
1、准备样品
该仪器滴定handle不耐有机溶剂、强酸、强碱等，将样品根据实验需要配置成适宜浓度的澄清水溶液（溶液体系需要稳定，不能在试验过程中析出固体物质）；如果试验涉及到金属离子，切忌金属离子在试验过程中与滴定池发生金属置换反应。
2、清洗仪器
用去离子水清洗仪器至少3次，每次1000mL（使用前、后各清洗3次）
3、样品脱气
对样品进行脱气处理，一般样品脱气时间≥10min
4、注入样品
参比池中加入300μL去离子水作为参比（至少每周更换一次），反应池中加入300μL被滴定液，滴定针中吸入50μL滴定液（注：溶液均已进行脱气处理）
5、仪器校准home resetting
试验首次滴定前需要对仪器进行校准，通过home resetting校准30s，校准后，装滴定针，设置参数（包括：转速，温度，单次滴定量等）
6、运行与保存
点运行按钮（蓝色三角），之后保存按钮（绿色三角），该仪器将按照设定的程序自行运行，并保存原始记录。
其他注意事项：
1、滴定针和清洗针属于易损配件，使用过程中需小心。
2、切忌样品中有机溶剂挥发对handle的腐蚀，当然其他酸碱性溶剂需要慎用！
3、试验操作前后，一定要用大量去离子水清洗，避免滴定池污染。
4、如仪器长时间不用，需要将参比池和滴定池的溶液清洗干净，避免滋生微生物。
5、试验过程中，如果仪器handle紧涩，需要适当润滑维护后方可使用。
6、在试验过程中，切忌强行将handle拔出。
7、定期保养维护，避免灰尘污染脱气设备和滴定装置。
8、该设备应置于平稳台面，周边不能剧烈震动或强烈噪音。
2024年等温滴定量热仪市场调研报告
等温滴定量热仪市场调研报告1. 引言等温滴定量热仪是一种应用广泛的实验室仪器，用于测量化学反应中的热变化。
本市场调研报告旨在分析等温滴定量热仪的市场现状、发展趋势和竞争状况，为相关企业和研究机构提供参考。
2. 市场概述等温滴定量热仪市场近年来呈现稳定增长态势。
主要因素包括化学领域的发展需求、研发投入增加以及实验室技术的升级。
等温滴定量热仪在化学研究、药物开发、材料测试等领域发挥着重要作用，并得到了广泛应用。
3. 市场竞争分析目前，市场上存在多个等温滴定量热仪品牌和型号。
主要竞争因素包括价格、性能、品质和售后服务。
以下是几个主要竞争品牌的简要分析：3.1 品牌A品牌A是市场上的领导者，其等温滴定量热仪在性能和品质方面表现出色。
该品牌产品价格相对较高，但其可靠性和稳定性得到了用户的广泛认可。
此外，品牌A在售后服务方面也相当出色，拥有专业团队为用户提供技术支持和维修服务。
3.2 品牌B品牌B在价格上更具竞争力，因此吸引了一部分中小型实验室的用户。
然而，品牌B在性能和可靠性方面与品牌A相比稍逊一筹。
此外，品牌B的售后服务也需要进一步改进以满足用户需求。
3.3 品牌C品牌C是市场上的新晋品牌，尚未完全建立起自己的竞争优势。
该品牌产品价格相对较低，但其在性能和品质方面仍存在一定差距。
品牌C的售后服务尚不完善，需要进一步提升以与其他竞争品牌形成差异化。
4. 市场发展趋势随着科学研究和实验室技术的不断进步，等温滴定量热仪市场有望继续保持稳定增长。
以下是一些主要市场发展趋势：4.1 自动化技术的应用近年来，自动化技术在实验室领域得到广泛应用。
等温滴定量热仪也开始采用自动化技术提高实验效率和准确性。
自动化技术的应用有助于降低人为误差，并能进行大规模高通量实验。
4.2 多功能集成设计市场对于多功能集成设计的需求日益增长，用户希望等温滴定量热仪能够实现更多样化的实验需求。
因此，厂商在产品设计上将更多的关注于功能的多样性和可扩展性。
等温滴定量热法(ITC)
等温滴定量热技术摘要：生物大分子可以和很多配体特异性结合，当物质结合时，热量要么产生，要么吸收。
生物大分子与配体相互作用的定量描述需要确定反应过程中热力学参数的变化。
相互作用过程中产生的热量变化可以用量热计定量监测。
等温滴定量热技术（Isothermal Titration Calorimetry, ITC）是一种监测由结合成分的添加而起始的任何化学反应的热力学技术，它已经成为鉴定生物分子间相互作用的首选方法。
它通过高灵敏度、高自动化的微量量热仪连续、准确地监测和记录一个变化过程的量热曲线，原位、在线和无损伤地同时提供热力学和动力学信息，如结合常数（Ka）、结合位点数（n），结合焓（△H）、熵（△S）、恒压热容（△Cp）和动力学数据（如酶促反应的Km和kcat ）。
这些信息提供了生物分子相互作用的真实写照。
由于几乎所有的生化反应过程都有热量变化，所以ITC具有很广泛的应用，它可以应用于蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质折叠/去折叠、蛋白质-小分子相互作用、酶-抑制剂相互作用、酶促反应动力学、药物-DNA/RNA相互作用、RNA折叠、蛋白质-核酸相互作用、核酸-小分子相互作用、核酸-核酸相互作用、生物分子-细胞相互作用等方面。
关键字：等温滴定量热技术、相互作用、热力学商业化的测量生物分子相互作用热量的灵敏的量热计出现在上世纪80年代后期[1]。
从此这种技术被广泛应用。
在过去的20年中，等温滴定量热技术（ITC）成为研究相互作用的常用方法。
随着现代ITC仪器的发展，ITC更加灵敏、快速、易用。
分子识别是一个复杂的过程，是生命活动的基础。
生物分子识别过程需要结合反应的热力学参数来阐明。
等温滴定微量量热法可以直接定量检测滴定反应过程中的热量变化，确定反应的结合常数K B 、结合计量比（n）、反应焓变（∆H）、熵变（∆S）、恒压热容（△Cp）和动力学数据（如酶促反应的Km和kcat ）等热力学参数，用来表征生物分子间的相互作用。
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• Blue: integration of heats over time (J vs. mole ratio)
• Ka = 1.4 x 107 M-1, enthalpy = 135 KJ mol-1, stoichiometry = 1.15
→
Enthalpy / Entropy Compensation
Nano ITC Standard Volume
0.10 5,000 ± 0.02 ± 0.0025 1.0 1.6 150-400 rpm
a – Stirring = 0 rpm b - Maximum signal in linear range. Nano ITC LV: >3,000 J is achievable with proper chemical calibration Nano ITC SV: >5000 J is achievable with proper chemical calibration c - Averaged Standard Deviation without stirring, 3-minute window and no slope correction
2 1.5
Estimate:
Kd, ΔG, ΔS, stoichiometry ΔCp, Δ[H+], Km, kcat, Ki
time (seconds)
Rationalize: Δ (biomolecular structure)
Lead optimization Δ (Mutant Activities) Metal/Proton affinities
Kawasaki & Freire Drug Discolications using ITC
Binding between macromolecules:
binding constant stoichiometry enthalpy entropy free energy
New Nano ITC Low Volume
Available with • 1 mL • Cylindrical • Gold/ Hastolley Sample Cells
• Reliable • Flexible • Minimum Sample Consumption
• Maximum Sensitivity
Experimental approaches are applicable to all biological macromolecules, not just proteins
Protein/Protein Interactions
• ITC
is ideal for characterizing heterodimer association and
Twisted stirrer paddle
Standard Volume (1 mL) – 100 L and 250 L syringe Low Volume (190 L) – 50 L syringe
Nano ITC Ready for Titration
Guide the buret with injection
Nano ITC Specifications
Nano ITC Low Volume
Min detectable heat (J)a Max detectable heat (J)b Baseline stability (W/hr)a Short term noise (W)c Active Cell volume (mL) Sample Fill Volume (mL) User- selectable stirring speeds 0.05 3,000 ± 0.02 ± 0.0014 0.190 0.300 150-400 rpm
dissociation, homodimer dissociation • Titrate porcine pancreatic trypsin (440 M, 100 L, 20 x 5 L aliquots) into soybean trypsin inhibitor (2.1 M, 1.0 mL), pH 4.5 • Red: heat produced from each injection
Favorable hydrogen bonds Dominated by hydrophobic interactions Favorable hydrogen bonds Hydrophobic interactions
10 5 0
dG dH -TdS
kcal/mole
-5 -10 -15 -20
Entropy Hydrophobic interactions Solvation entropy due to release of water (favorable)
Enthalpy Directly associated to number and strength of H-bonds broken or formed Choice of solvent important
Nano ITC Design
Choice of Sample Cell Volume
190 µL
1.0 mL
Nano ITC - Burette and Titration Syringe
Embedded linear actuator
Threaded syringe mount Spring loaded electronic connections for wire free operation
(258 µM 2'CMP, 70 µM RNAseA, 5 µL injections, 250 rpm stirring)
3.5 0.8 3 2.5 K = 1.9 x 106 mol-1 DH = -57.5 kJ/mol n = 1.00 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 1 0.2 0.5 0 -0.5 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0.1 0 -0.1 7000
ITC measures the production and absorption of heat
Direct measure of Enthalpy
Provides information on thermodynamics of the reaction
Technique of choice for affinity measurements
Isothermal Titration Calorimetry (ITC)
Why use Nano ITC?
ITC is recognized as “Gold Std” technique for measuring molecular binding reactions Completely general technique
Figure Courtesy of TA Consultant Phil Synder, Harvard University
heat rate (µcal/s)
heat rate (µJ/s)
ITC Data
Thermodynamic Signature Reflects the Magnitude of Different Contributions to Binding
Etc. – Any interacting molecules
Protein-Protein Interaction
The affinity of an interaction is a basic chemical property of the interaction. Researchers identify the affinity of an interaction, so they can then try and block/strengthen the interaction to influence a therapeutic-cellular response. Drug discovery, Enthalpy and stoichiometry provide additional information Type of binding (hydophobic/H-bonding) Ratio of binding
The Basics of ITC
1. Mix two solutions 2. Measure the Heat (ΔH) 3. Analyze heat changes using an assumed model
DG = -RTlnKa = DH-TDS
2'CMP titrated into RNAseA
Binding to complex macromoleculer targets (e.g., higher order complexes/liposomes) Nanomaterial association Competition experiments Enzyme kinetics
Natural, unmodified ligands and substrates can be used Requires neither immobilization or labeling
Equally useful for macromolecules and small molecules Compatible with essentially any buffer or additive
等温滴定量热技术在生物领域之应用