差示掃描量熱分析(Differential Scanning Calorimetry,簡(jiǎn)稱DSC),是在過(guò)程控制溫度下,測(cè)量輸入到試樣和參比物的能量差隨溫度或時(shí)間變化的一種免標(biāo)記(label-free)技術(shù)。通過(guò)這些測(cè)量,可以表征蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及特異性或非特異性蛋白質(zhì)-配體結(jié)合,并定義了各結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性及其相互作用。儀器測(cè)試原理根據(jù)測(cè)量方式的不同,差式掃描熱儀一般可以分為兩種:功率補(bǔ)償型和熱流型,兩者最大的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理不同。
功率補(bǔ)償型DSC的原理功率補(bǔ)償型差示掃描量熱法是采用零點(diǎn)平衡原理。該類儀器包括外加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)和內(nèi)加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)兩種。外加熱功率補(bǔ)償差示掃描量熱計(jì)的主要特點(diǎn)是試樣和參比物仍放在外加熱爐內(nèi)加熱的同時(shí),都附加有具有獨(dú)立的小加熱器和傳感器,即在試樣和參比物容器下各裝有一組賽貝克(Seeback)熱電裝置。整個(gè)儀器由兩個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,其中一個(gè)控制溫度,使試樣和參比物在預(yù)定速率下升溫或降溫,另一個(gè)控制系統(tǒng)用于補(bǔ)償試樣和參比物之間所產(chǎn)生的溫差,即當(dāng)試樣由于熱反應(yīng)而出現(xiàn)溫差時(shí),通過(guò)補(bǔ)償控制系統(tǒng)使流入補(bǔ)償熱電傳感器的電流發(fā)生變化。
例如當(dāng)試樣吸熱時(shí),補(bǔ)償系統(tǒng)流入試樣側(cè)加熱器的電流增大;試樣放熱時(shí),補(bǔ)償系統(tǒng)流入?yún)⒈任飩?cè)加熱絲的電流增大,直至試樣和參比物二者熱量平衡,溫差消失。這就是所謂零點(diǎn)平衡原理。
功率補(bǔ)償型差示掃描量熱法原理S—試樣;R—參比物;1—溫度敏感元件;2—加熱器
熱流型DSC的原理熱流型差示掃描量熱法主要通過(guò)測(cè)量加熱過(guò)程中試樣吸收或放出熱量的流量來(lái)達(dá)到DSC分析的目的,有熱反應(yīng)時(shí)試樣和參比物仍存在溫度差。該法包括熱流式和熱通量式,兩者都是采用差熱分析的原理來(lái)進(jìn)行量熱分析。熱流式差示掃描量熱儀的構(gòu)造與差熱分析儀相近,它利用康銅電熱片作試樣和參比物支架底盤(pán)并兼作測(cè)溫?zé)犭娕?,該電熱片與試樣和參比物底盤(pán)下面的鎳鉻絲和鎳鋁絲組成熱電偶以檢測(cè)差示熱流。
當(dāng)加熱器在程序控制單元控制下加熱時(shí),熱量通過(guò)加熱塊對(duì)試樣和參比物均勻加熱。由于在高溫時(shí)試樣和周圍環(huán)境的溫差較大,熱量的損失較大。因此在等速升溫的同時(shí),儀器自動(dòng)改變差示放大器的放大系數(shù),溫度升高時(shí),放大系數(shù)增大,以補(bǔ)償因溫度變化對(duì)試樣熱效應(yīng)測(cè)量的影響。
基本應(yīng)用差示掃描量熱儀的基本應(yīng)用包括:材料的熔點(diǎn)測(cè)定、熱歷史研究、結(jié)晶度測(cè)定、油和蠟的熱分析、固化轉(zhuǎn)變、原材料分析、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量、結(jié)晶溫度測(cè)量、粘流轉(zhuǎn)變溫度測(cè)量、氧化誘導(dǎo)時(shí)間測(cè)量、比熱測(cè)量、等溫結(jié)晶及等溫動(dòng)力學(xué)研究、純度測(cè)量等,廣泛應(yīng)用于材料、生物、食品、醫(yī)藥、臨床、冶金、地質(zhì)、礦產(chǎn)、航空航天、石化、軍事考古等領(lǐng)域。
在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,差示掃描量熱技術(shù)(DSC)常用來(lái)評(píng)價(jià)重組蛋白藥物也包含抗體偶連藥物(ADC)。例如在對(duì)熱穩(wěn)定性的評(píng)估分析手段上,DSC是目前最常用的測(cè)量蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的方法,不僅可以得到變性溫度,還可以得到蛋白質(zhì)變性的焓、熵和自由能等信息。