열 분석기

열 분석기란 무엇입니까?

열의 가감을 활용하여 샘플의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 모든 기기는 열 분석기로 볼 수 있습니다. 이 범주의 과학 기기에서 샘플을 온도 변화에 노출하면 용융, 풀림, 결합, 기계적 강도, 조성, 결정화 또는 유리 전이, 유변학적 특성 등의 물리적 성질을 변화시킬 수 있습니다. 

일부 열 분석 장비는 0.000001°C 이하의 샘플 온도 변화를 모니터링할 수 있습니다. 이렇듯 미세한 온도의 변화는 단백질의 두 접힌 상태 또는 결정 구조의 형성 등의 차이를 뜻할 수 있으며 안정성, 독성, 점탄성 및 전도성과 같은 물리적 특성에서 상당한 차이를 초래할 수 있습니다.

Malvern Panalytical의 열 분석용 미세 열랑측정계에 대해 알아보십시오.

열 분석기의 유형

열 분석기	약어	가열 또는 모니터링	관찰된 속성	파생된 속성
시차 주사 열량측정계	DSC	가열 및 모니터링	온도	녹는점(Tm) 풀림의 시작(Tonset) 엔탈피(∆H) 열 용량(ΔCp)
등온 적정 열량측정계	ITC	모니터링	온도	결합 상수(KD) 화학량론(n) 엔탈피(ΔH) 엔트로피(ΔS) 기브스 자유 에너지(ΔG)
시차 주사 형광측정법	DSF	가열	고유 형광측정법	녹는점(Tm) 풀림의 시작(Tonset) 전이의 수(n) 엔탈피(ΔH) 기브스 자유 에너지(ΔG)*
열중량 분석	TGA	가열	샘플 질량	상 전이 온도 샘플 질량 변화
동적 기계 분석	DMA	가열	기계적 속성	전단저장탄성계수 및 손실전단탄성계수(G', G'')
열 전도율 분석기	TCA	가열	전도도	열 전도율

* 등온 화학 변성 실험을 수행할 때

열 분석기의 응용 분야

열 분석기는 다양한 산업의 광범위한 응용 분야에서 사용되며, 그중 일부는 다음과 같습니다.

1. 바이오 제약 분석: 바이오 의약품의 경우, 특정 제형에서 단백질의 구조적 및 콜로이드 안정성은 단백질의 열 안정성 또는 녹는점(T _m )과 관련이 있는 것으로 간주합니다. 녹는점이 높을수록 안정성과 보관 수명이 높아집니다.
2. 제약 분석: 열 분석기는 약물의 개발 및 분석 분야에서 열 안정성, 결정 구조 , 분해, 보관 수명 및 다른 구성 요소와의 호환성을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.
3. 반응 속도론: 화학 반응 중에 방출되거나 흡수된 열은 결합 상수(K _D ), 화학량론(n), 엔탈피(ΔH) 및 엔트로피(ΔS) 등 반응의 특성을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.
4. 식품 과학: 열 분석기는 당분 및 지방의 유리 전이 온도와 같은 식품의 열 특성을 연구하는 데 사용할 수 있으며, 이는 식품 및 보관 조건의 개발에 유용합니다.
5. 화학 제품 제조: 열 분석기는 화학 화합물의 용해 및 결정화 거동의 판정과 같은 화학 공정의 최적화 및 품질 관리에 사용할 수 있습니다.
6. 고분자 특성 분석: 열 분석기는 플라스틱, 고무 및 복합물과 같은 고분자 기반 제품의 개발 및 최적화에 중요한 고분자의 열 및 기계적 특성에 대한 필수적인 정보를 제공할 수 있습니다.

MicroCal 시차 주사 열량측정계(DSC)

시차 주사 열량측정법 (DSC)은 단백질 또는 그 외 생체 분자의 구조적 안정성을 직접 분석하는 데 사용되는 미세 열량측정 기법입니다. 일정한 속도로 가열되면 분자의 열적 변성과 연관된 열 변화를 측정하여 이러한 분석을 수행합니다.

이론적으로는 열 전이 중간점(T_m)이 높을수록 분자가 더 안정적인 상태가 됩니다. DSC는 열 유도 변성으로 인한 풀린 형태의 엔탈피를 측정합니다. 또한 변성에 따른 열용량(ΔCp)의 변화를 측정하는 데 사용됩니다. DSC는 생체 분자의 접힘과 안정성에 기여하는 요소를 해석합니다. 이 요소에는 소수성 상호 작용, 수소 결합, 구조적인 엔트로피(conformational ​entropy) 및 물리적 환경이 포함됩니다.

Malvern Panalytical의 MicroCal DSC 제품군은 여기에서 보실 수 있습니다.

MicroCal 등온 적정 열량측정법(ITC)

등온 적정 열량측정법 (ITC)은 생체 분자 상호 작용 연구에 사용되는 무표지 정량화 기법입니다. 결합 이벤트 중에 방출된 열(발열 반응) 또는 흡수된 열(흡열 반응)을 측정하는 방식으로 작동합니다.

ITC는 단일 실험에서 결합 매개 변수를 동시에 측정할 수 있는 유일한 기법입니다. 결합 파트너를 변경할 필요 없이 고정화 또는 형광 태그를 사용하여 네이티브 상태에 있는 결합 파트너의 친화도를 측정합니다.

결합 중 열 전달을 측정하면 결합 상수(K_D), 반응 화학량론(n), 엔탈피(∆H) 및 엔트로피(ΔS)를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이를 통해 분자 상호 작용에 대한 완전한 열역학적 프로필을 제공합니다.

Malvern Panalytical의 MicroCal ITC 제품군은 여기에서 보실 수 있습니다.

시차 주사 형광측정법(DSF) 

시차 주사 형광측정법(DSF)은 적용 온도에 따른 단백질의 고유 방출 스펙트럼을 모니터링하는 형광 분광법 기반 기법입니다. 단백질을 구성하는 아미노산은 열 변성 과정 동안 친수성이 더욱 강한 환경에 노출되어 고유한 형광 아미노산(Trp, Tyr)의 최대 신호(λ_max)가 330nm에서 350nm로 이동합니다. 이 쉽게 관찰 가능한 신호는 온도에 따라 기록할 수 있으며, 데이터에 이계도함수를 적용하면 열 전이 온도(T_m)를 찾아낼 수 있습니다. 

단일 단백질에서 여러 개의 열 전이가 발생하는 일이 잦으므로 이 기술은 단백질 구조 안정성에 대한 돌연변이의 영향 및 완충액 조성이 단백질 안정성에 미치는 영향 등의 모니터링 응용 분야에 매우 적합합니다. 이 기법은 저분자량 리간드의 결합 친화도 연구에도 적용하여 잠재적 약물 후보의 결합 친화도 순위를 매길 수 있습니다.