RU217232U1 - MEASURING UNIT OF MULTI-CHANNEL MICROCALORIMETER - Google Patents
MEASURING UNIT OF MULTI-CHANNEL MICROCALORIMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU217232U1 RU217232U1 RU2022134468U RU2022134468U RU217232U1 RU 217232 U1 RU217232 U1 RU 217232U1 RU 2022134468 U RU2022134468 U RU 2022134468U RU 2022134468 U RU2022134468 U RU 2022134468U RU 217232 U1 RU217232 U1 RU 217232U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- measuring unit
- microcalorimeter
- multichannel
- chambers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области биохимии и молекулярной биологии, а именно к конструкции измерительного блока многоканального дифференциального сканирующего микрокалориметра. Измерительный блок предназначен для одновременного анализа нескольких жидкостных образцов, с этой целью он дополнительно содержит N измерительных камер, которые расположены равномерно относительно друг друга по внешнему кругу относительно вертикальной оси эталонной камеры, расположенной в центре рабочего объема внутреннего экрана измерительного блока. При этом измерительный блок дополнительно содержит N первых дифференциальных термочувствительных элементов, каждый из которых одновременно контактирует как с поверхностью эталонной камеры, так и с поверхностью одной из дополнительных измерительных камер. Одновременно измерительный блок дополнительно содержит N измерителей тепловых эффектов, входы которых подключены к соответствующим выходам первых дифференциальных термочувствительных элементов, а выходы измерителей тепловых эффектов подключены к входам многоканального АЦП, выход которого подключен к средству разъемного соединения измерительного блока. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Полезная модель предназначена для научных исследований в области изучения свойств биополимеров и физиологически-активных веществ с использованием сканирующих микрокалориметров.The utility model is intended for scientific research in the field of studying the properties of biopolymers and physiologically active substances using scanning microcalorimeters.
Сканирующая микрокалориметрия широко используется в физической химии, физико-химической биологии и при анализе свойств биологически активных биополимеров для медицины. Однако ее применение в биотехнологии и фармацевтике затрудняется тем, что при проведении тестовых работ и сертификации биополимерной продукции требуется проведение серий экспериментов с разными концентрациями и составами биополимеров для проведения сравнительного анализа их свойств относительно друг друга в одинаковых условиях проведения эксперимента.Scanning microcalorimetry is widely used in physical chemistry, physicochemical biology, and in the analysis of the properties of biologically active biopolymers for medicine. However, its application in biotechnology and pharmaceuticals is hampered by the fact that when carrying out test work and certification of biopolymer products, it is required to conduct a series of experiments with different concentrations and compositions of biopolymers in order to conduct a comparative analysis of their properties relative to each other under the same experimental conditions.
Известен высокочувствительный дифференциальный адиабатный сканирующий микрокалориметр [1]. С целью повышения чувствительности калориметрические камеры выполнены в виде плоскопараллельных дисков, на двух поверхностях каждого из которых равномерно распределены нагреватели и по периферии расположена термобатарея, при этом тепловые экраны выполнены в виде двух обращенных друг к другу тождественных полуобъемов, например полусфер. К недостатку данной конструкции относится применение золота для изготовления калориметрических камер, большой объем калориметрических камер и сложность в изготовлении.Known highly sensitive differential adiabatic scanning microcalorimeter [1]. In order to increase the sensitivity, the calorimetric chambers are made in the form of plane-parallel disks, on two surfaces of each of which heaters are evenly distributed and a thermopile is located along the periphery, while the heat shields are made in the form of two identical half-volumes facing each other, for example, hemispheres. The disadvantage of this design is the use of gold for the manufacture of calorimetric chambers, the large volume of calorimetric chambers and the complexity of manufacturing.
Известна конструкция дифференциального сканирующего калориметра и способ его применения для обнаружения термостабильных вариантов белков и/или метаболитов в биологическом образце, например, в ткани, в цельной крови, в плазме или сыворотке [2]. Объем биологического образца составляет примерно от 20 до 125 мкл. Концентрация белков, в измерительной пробе, составляет от 650 до 150 мкг/мл. К недостатку конструкции измерительной части относящейся к конструкции тестового и эталонного каналов можно отнести необходимость предварительной загрузки пробы в цилиндрический сосуд и введение сосуда в коническое пространство измерительных ячеек, что значительно снижает чувствительность и формирует большие ошибки при исследовании проб биополимеров с низкой концентрацией.Known design of the differential scanning calorimeter and method of its application for the detection of thermostable variants of proteins and/or metabolites in a biological sample, for example, tissue, whole blood, plasma or serum [2]. The volume of the biological sample is about 20 to 125 µl. The concentration of proteins in the measuring sample ranges from 650 to 150 µg/ml. The disadvantage of the design of the measuring part related to the design of the test and reference channels can be attributed to the need to pre-load the sample into a cylindrical vessel and insert the vessel into the conical space of the measuring cells, which significantly reduces the sensitivity and generates large errors in the study of biopolymer samples with low concentrations.
Известна конструкция дифференциального адиабатного сканирующего микрокалориметра [3], который широко используется в физико-химической биологии, биотехнологии и фармацевтике при проведении научно-исследовательских работ, сертификации продукции и разработке современных технологий. Микрокалориметр обладает высокой чувствительностью и выбран в качестве прототипа. Конструкция измерительного блока микрокаллориметра содержит внутренний и внешний адиабатные экраны, дифференциальный термочувствительный элемент, размещенный между эталонной и измерительной калориметрическими камерами, выход которого соединен с входом измерителя теплового эффекта, выход которого соединен с входом АЦП, другой дифференциальный термочувствительный элемент, контактирует с калориметрической эталонной камерой и внутренним адиабатным экраном, выход элемента соединен с входом регулятора температуры внутреннего адиабатного экрана. Блок содержит третий дифференциальный термочувствительный элемент, контактирующий с калориметрической эталонной камерой и внешним адиабатным экраном, выход которого соединен с входом регулятора температуры внешнего адиабатного экрана. Калориметрические камеры выполнены из стекла с рабочим объемом 0.34 мл.Known design differential adiabatic scanning microcalorimeter [3], which is widely used in physical and chemical biology, biotechnology and pharmaceuticals in research, product certification and development of modern technologies. The microcalorimeter has a high sensitivity and was chosen as a prototype. The design of the measuring unit of the microcalorimeter contains internal and external adiabatic screens, a differential temperature-sensitive element located between the reference and measurement calorimetric chambers, the output of which is connected to the input of the thermal effect meter, the output of which is connected to the input of the ADC, another differential temperature-sensitive element is in contact with the calorimetric reference chamber and internal adiabatic screen, the output of the element is connected to the input of the temperature controller of the internal adiabatic screen. The block contains a third differential temperature sensitive element in contact with the calorimetric reference chamber and an external adiabatic screen, the output of which is connected to the input of the temperature controller of the external adiabatic screen. The calorimetric chambers are made of glass with a working volume of 0.34 ml.
При поточном тестировании серий биополимеров с помощью данного микрокалориметра требуется большое количество времени из-за наличия в конструкции измерительного блока микрокалориметра только одной измерительной камеры для одного образца биополимера. При минимальной скорости нагрева 0,125°С/мин для прохождения одного цикла исследования одной пробы в диапазоне температур от 25°С до 125°С требуется около 17 часов непрерывной работы.When testing batches of biopolymers using this microcalorimeter, a large amount of time is required due to the presence in the design of the measuring block of the microcalorimeter of only one measuring chamber for one biopolymer sample. With a minimum heating rate of 0.125°C/min, it takes about 17 hours of continuous operation to complete one cycle of research of one sample in the temperature range from 25°C to 125°C.
Таким образом, в настоящее время отсутствуют микрокалориметры, которые с одной стороны обладали бы высокой чувствительностью и с другой стороны позволяли бы одновременно исследовать несколько образцов для ускорения процесса изучения структур биомолекул.Thus, at present, there are no microcalorimeters that, on the one hand, would have high sensitivity and, on the other hand, would allow simultaneous examination of several samples to speed up the process of studying the structures of biomolecules.
Задача состоит в расширении арсенала типов измерительных блоков микрокалориметров для повышения производимости при обеспечении одновременного потокового исследования группы слабоконцентрированных растворов биологически активных полимеров в одном и том же режиме.The task is to expand the arsenal of types of measuring blocks of microcalorimeters to increase productivity while providing simultaneous streaming study of a group of low-concentration solutions of biologically active polymers in the same mode.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в состав измерительного блока микрокалориметра содержащего эталонную и измерительную камеры дополнительно введены N измерительных камер, которые расположены равномерно друг относительно друга по внешнему кругу относительно вертикальной оси эталонной камеры закрепленной в центре рабочего объема внутреннего экрана. При этом на поверхности рабочей части эталонной камеры предварительно установлен проволочный электронагреватель, который подключен к выходу регулятора компенсации прогрева камер, вход которого подключен к разъемному соединению блока. Измерительный блок дополнительно содержит N первых дифференциальных термочувствительных элементов, каждый из которых одновременно контактирует как с поверхностью эталонной камеры, так и с поверхностью одной из измерительных камер. При этом измерительный блок дополнительно содержит N измерителей тепловых эффектов, входы которых подключены к соответствующим выходам первых дифференциальных термочувствительных элементов, а выходы измерителей тепловых эффектов подключены к входам многоканального АЦП, выход которого, подключен к средству разъемного соединения измерительного блока.The solution of the problem is achieved by the fact that N measuring chambers are additionally introduced into the measuring unit of the microcalorimeter containing the reference and measuring chambers, which are located evenly relative to each other along the outer circle relative to the vertical axis of the reference chamber fixed in the center of the working volume of the inner screen. At the same time, a wire electric heater is preliminarily installed on the surface of the working part of the reference chamber, which is connected to the output of the chamber heating compensation compensation controller, the input of which is connected to the detachable connection of the block. The measuring block additionally contains N first differential temperature-sensitive elements, each of which simultaneously contacts both with the surface of the reference chamber and with the surface of one of the measuring chambers. In this case, the measuring unit additionally contains N thermal effects meters, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the first differential temperature-sensitive elements, and the outputs of the thermal effects meters are connected to the inputs of a multichannel ADC, the output of which is connected to the means of detachable connection of the measuring unit.
Технические результат заключается в том, что предлагаемая конструкция измерительного блока микрокалориметра позволяет проводить одновременный анализ нескольких образцов слабоконцентрированных растворов биополимеров (от 0,1-0,5%) в одинаковых условиях, тем самым обеспечивает возможность сокращения времени исследования при потоковом сканировании образцов и экономии энергоресурсов в расчете на один анализ.The technical result lies in the fact that the proposed design of the measuring unit of the microcalorimeter allows for the simultaneous analysis of several samples of low-concentration solutions of biopolymers (from 0.1-0.5%) under the same conditions, thereby making it possible to reduce the research time during streaming scanning of samples and save energy per analysis.
Предложенное техническое решение конструкции измерительного блока микрокалориметра иллюстрируется следующим примером его выполнения.The proposed technical solution for the design of the measuring block of the microcalorimeter is illustrated by the following example of its implementation.
На фиг. 1 представлена конструкция измерительного блока дифференциального адиабатного сканирующего микрокалориметра с фронтальным сечением эталонной и измерительных камер, внешнего и внутреннего экранов.In FIG. Figure 1 shows the design of the measuring unit of a differential adiabatic scanning microcalorimeter with a frontal section of the reference and measuring chambers, external and internal screens.
На фиг. 2 представлена конструкция измерительного блока с поперечным сечением (А-А) эталонной и измерительных камер, внешнего и внутреннего экранов.In FIG. 2 shows the design of the measuring block with a cross section (A-A) of the reference and measuring chambers, external and internal screens.
Для решения поставленной задачи предлагается новая структура измерительного блока для многоканального дифференциального адиабатного сканирующего микрокалориметра. В состав многоканального измерительного блока микрокалориметра входят: эталонная калориметрическая камера (26), измерительные калориметрические камеры (20-25), внешний адиабатный экран (18), внутренний адиабатный экран (19), первые дифференциальные термочувствительные элементы (27-32), второй дифференциальный термочувствительный элемент (34), третий дифференциальный термочувствительный элемент (33), измерители теплового эффекта (12-17), регулятор (10) температуры внешнего адиабатного экрана (18), регулятор (8) температуры внутреннего адиабатного экрана (19), преобразователь сопротивления в напряжение (3), резистивный датчик температуры (5), аналого-цифровой преобразователь (11), разъемное соединение (38). При этом количество N дополнительных измерительных камер, дополнительных первых дифференциальных термочувствительных элементов, дополнительных измерителей тепловых эффектов выбирают в пределах от 1 до 5.To solve this problem, a new structure of the measuring unit for a multichannel differential adiabatic scanning microcalorimeter is proposed. The composition of the multichannel measuring unit of the microcalorimeter includes: reference calorimetric chamber (26), measuring calorimetric chambers (20-25), external adiabatic screen (18), internal adiabatic screen (19), first differential temperature-sensitive elements (27-32), second differential temperature sensitive element (34), third differential temperature sensitive element (33), thermal effect meters (12-17), external adiabatic screen temperature controller (10) (18), internal adiabatic screen temperature controller (8) (19), resistance converter voltage (3), resistance temperature sensor (5), A/D converter (11), plug connection (38). In this case, the number N of additional measuring chambers, additional first differential temperature-sensitive elements, additional thermal effect meters is selected in the range from 1 to 5.
Отдельные узлы измерительного блока связаны между собой следующим образом. Эталонная (26) камера и измерительные калориметрические камеры (20-25), расположены вертикально в рабочем объеме внутреннего экрана, на рабочей части эталонной камеры намотан проволочный электронагреватель (7), который подключен к выходу регулятора (4) компенсации прогрева камер, вход (37) которого подключен к разъемному соединению измерительного блока (38).The individual nodes of the measuring unit are interconnected as follows. The reference (26) chamber and measuring calorimetric chambers (20-25) are located vertically in the working volume of the inner screen, a wire electric heater (7) is wound on the working part of the reference chamber, which is connected to the output of the controller (4) ) which is connected to the detachable connection of the measuring unit (38).
Первые дифференциальные термочувствительные элементы (27-32) размещены между эталонной (26) камерой и измерительными калориметрическими камерами (20-25). Выходы дифференциальных термочувствительных элементов подключены к входам измерителей теплового эффекта (12-17), выходы измерителей теплового эффекта соединены с входами АЦП (11).The first differential temperature sensitive elements (27-32) are placed between the reference (26) chamber and the measuring calorimetric chambers (20-25). The outputs of the differential temperature sensitive elements are connected to the inputs of the thermal effect meters (12-17), the outputs of the thermal effect meters are connected to the ADC inputs (11).
Выход второго дифференциального термочувствительного элемента (34), контактирующего с калориметрической эталонной камерой (26) и внутренним адиабатным экраном (19) соединен с входом регулятора температуры (8) выход которого соединен с пленочным электронагревателем (6) внутреннего адиабатного экрана (19)The output of the second differential temperature-sensitive element (34), which is in contact with the calorimetric reference chamber (26) and the internal adiabatic screen (19), is connected to the input of the temperature controller (8), the output of which is connected to the film electric heater (6) of the internal adiabatic screen (19)
Выход третьего дифференциального термочувствительного элемента (33) контактирующий с калориметрической эталонной камерой (26) и внешним адиабатным экраном (18), соединен с входом регулятора температуры (10) выход которого соединен с пленочным электронагревателем (9) внешнего адиабатного экрана (18).The output of the third differential temperature-sensitive element (33), which is in contact with the calorimetric reference chamber (26) and the external adiabatic screen (18), is connected to the input of the temperature controller (10), the output of which is connected to the film electric heater (9) of the external adiabatic screen (18).
Внутренний адиабатный экран (19) укреплен внутри внешнего адиабатного экрана (18). Оба экрана изготовлены из материала с высоким коэффициентом температуропроводности, например, из алюминия или меди.The inner adiabatic screen (19) is fixed inside the outer adiabatic screen (18). Both shields are made of a material with a high thermal diffusivity, such as aluminum or copper.
Пленочные электронагреватели (6, 9) наклеены равномерно по всем внешним поверхностям внутреннего (19) и внешнего (18) адиабатных экранов.Film electric heaters (6, 9) are glued evenly over all outer surfaces of the inner (19) and outer (18) adiabatic screens.
Рабочие части эталонной (26) камеры и измерительных (20-25) калориметрических камер расположены в рабочем объеме внутреннего адиабатного экрана (19). Камеры выполнены из инертного материала, например, стекла в виде цилиндрических вертикально расположенных трубок с разной толщиной стенок в верхней и нижней части. В верхней части каждой камеры сформирован канал с внутренним диаметром до 1,5 мм, через который проходит заполнение через узел заправки (2) выбранных камер шприцом, содержащим раствор биополимера или эталонный образец. В нижней части камеры сформирован рабочий объем в форме пробирки с тонкими стенками до 0,2 мм с рабочим объемом каждой из них около 0,35 см. Для обеспечения равенства теплоемкостей камер, они откалиброваны по величине рабочего объема с погрешностью ± 0,005 см и по величине массы с погрешностью ± 0,005 мг. Объемы всех камер выбирается из диапазона от 0,3 до 0,4 см3.The working parts of the reference (26) chamber and measuring (20-25) calorimetric chambers are located in the working volume of the internal adiabatic screen (19). The chambers are made of an inert material, such as glass, in the form of cylindrical vertical tubes with different wall thicknesses in the upper and lower parts. In the upper part of each chamber, a channel with an inner diameter of up to 1.5 mm is formed, through which the filling passes through the filling unit (2) of the selected chambers with a syringe containing a biopolymer solution or a reference sample. In the lower part of the chamber, a working volume is formed in the form of a test tube with thin walls up to 0.2 mm with a working volume of each of them about 0.35 cm3. mass with an error of ± 0.005 mg. The volumes of all chambers are selected from the range from 0.3 to 0.4 cm 3 .
Между внешней поверхностью рабочей части эталонной калориметрической камеры (26) и внешними поверхностями каждой из рабочих калориметрических камер (20-25), установлены первые дифференциальные термочувствительные элементы (27-32) выполненные в виде Термобатарей. Выходы термобатарей подключены к входам соответствующих измерителей теплового эффекта (12-17), выходы которых подключены к входам аналого-цифрового преобразователя (11). Каждая термобатарея изготавливается из константанового провода диаметром 0.05 мм, который наматывается на оправку с шагом 0.05 мм. Затем на половину термобатареи вдоль оси намотки наносится гальванический слой меди. На заключительном этапе батарея покрывается клеем. После высыхания и термообработки батарея снимается с оправки. Сформированное число спаев термобатареи между константаном и медью составляет не менее 400 на рабочей длине 40 мм.Between the outer surface of the working part of the reference calorimetric chamber (26) and the outer surfaces of each of the working calorimetric chambers (20-25), the first differential temperature-sensitive elements (27-32) made in the form of Thermopiles are installed. The thermopile outputs are connected to the inputs of the corresponding thermal effect meters (12-17), the outputs of which are connected to the inputs of the analog-to-digital converter (11). Each thermopile is made of constantan wire 0.05 mm in diameter, which is wound on a mandrel with a pitch of 0.05 mm. Then, a galvanic copper layer is applied to half of the thermopile along the winding axis. At the final stage, the battery is covered with glue. After drying and heat treatment, the battery is removed from the mandrel. The generated number of thermopile junctions between constantan and copper is at least 400 at a working length of 40 mm.
На внешней донной части поверхности эталонной калориметрических камеры (26) закреплены второй (34) и третий (33) дифференциальные термочувствительные элементы, выполненные на основе термопар. Один спай термопар закреплен на эталонной калориметрической камере (26). Второй спай второго дифференциального термочувствительного элемента (34) закреплен на внутреннем адиабатном экране (19). В свою очередь второй спай третьего дифференциального термочувствительного элемента (33) закреплен на внешнем адиабатном экране (18). Выход второго дифференциального термочувствительных элемента (34) подключен к входу регулятора температуры (8), выход которого электрически соединен с нагревателем (6) внутреннего адиабатного экрана (19). Выход третьего дифференциального термочувствительных элемента (33) подключен к входу регулятора температуры (10), выход которого электрически соединен с нагревателем (9) внешнего адиабатного экрана (18).On the outer bottom part of the surface of the reference calorimetric chamber (26) the second (34) and third (33) differential thermosensitive elements are fixed, made on the basis of thermocouples. One thermocouple junction is attached to the reference calorimeter chamber (26). The second junction of the second differential temperature-sensitive element (34) is fixed on the internal adiabatic screen (19). In turn, the second junction of the third differential temperature-sensitive element (33) is fixed on the external adiabatic screen (18). The output of the second differential temperature-sensitive element (34) is connected to the input of the temperature controller (8), the output of which is electrically connected to the heater (6) of the internal adiabatic screen (19). The output of the third differential temperature-sensitive element (33) is connected to the input of the temperature controller (10), the output of which is electrically connected to the heater (9) of the external adiabatic screen (18).
На внутреннем адиабатном экране (19) закреплен датчик температуры (5) выполненный на основе резистора, электрически соединенного с преобразователем сопротивления в напряжение (3) выход (36) которого подключен к разъемному соединению (38).On the inner adiabatic screen (19) a temperature sensor (5) is fixed, made on the basis of a resistor electrically connected to a resistance-to-voltage converter (3) whose output (36) is connected to a detachable connection (38).
На внешней поверхности внешнего адиабатного экрана (18) закреплен контур охлаждения (35) для охлаждения экранов и камер после проведения этапа нагрева.A cooling circuit (35) is fixed on the outer surface of the outer adiabatic screen (18) to cool the screens and chambers after the heating stage.
Предложенная структура блока многоканального дифференциального адиабатного сканирующего микрокалориметра дает возможность реализовать режим поточного исследования биологически активных биополимеров в области создания фармакологических композиций.The proposed structure of the block of a multichannel differential adiabatic scanning microcalorimeter makes it possible to implement the mode of in-line research of biologically active biopolymers in the field of creating pharmacological compositions.
Режим работы блока измерительного блока микрокалориметра связан с заданием постоянного давления в камерах в диапазоне от 1 до 2,5 атм и с нагревом камер в диапазоне от -10 до +130°С, с выбранной скоростью прогрева. В начале работы через заправочные входы измерительных калориметрических камер (20-25) их заполняют жидкими образцами содержащими биополимеры. Через заправочный вход эталонной калориметрической камеры (26) в нее вводят эталонную жидкостью с известной теплоемкостью. После заправки измерительных камер (20-25) рабочими жидкостями, для исключения кипения жидкостей в камеры подается избыточное давление воздуха порядка 2 атм. с помощью штуцера (1).The operating mode of the measuring block of the microcalorimeter is associated with setting a constant pressure in the chambers in the range from 1 to 2.5 atm and heating the chambers in the range from -10 to +130°C, with the selected heating rate. At the beginning of work, through the filling inlets of the measuring calorimetric chambers (20-25), they are filled with liquid samples containing biopolymers. Through the filling inlet of the reference calorimetric chamber (26), a reference liquid with a known heat capacity is introduced into it. After filling the measuring chambers (20-25) with working fluids, an excess air pressure of about 2 atm is supplied to the chambers to prevent boiling of liquids. using the fitting (1).
Измерительный блок многоканального микрокалориметра обеспечивает нагрев калориметрических камер с постоянной линейной скоростью выраженной в °С/мин, выбираемой из группы состоящей из 2; 1; 0.5; 0.25; 0.125.The measuring unit of the multichannel microcalorimeter provides heating of the calorimetric chambers at a constant linear rate expressed in °C/min, selected from the group consisting of 2; 1; 0.5; 0.25; 0.125.
В период нагрева обеспечивается поддержание температур внутреннего адиабатного экрана (19) и внешнего адиабатного экрана (18), которые равны температуре калориметрических камер (20-25) с погрешностью не более 0,001 град. при любой скорости их нагрева. Для прогрева используют регуляторы температуры внутреннего адиабатного экрана (8) и регуляторы температуры внешнего адиабатного экрана (10), к входу которых подключены термобатареи для измерения разности температур между эталонной камерой и внутренней термостатирующей оболочкой (34) и термобатареи для измерения разности температур между эталонной камерой и внешней термостатирующей оболочкой (33).During the heating period, the temperatures of the internal adiabatic screen (19) and the external adiabatic screen (18) are maintained, which are equal to the temperature of the calorimetric chambers (20-25) with an error of not more than 0.001 deg. at any heating rate. For heating, temperature controllers of the internal adiabatic screen (8) and temperature controllers of the external adiabatic screen (10) are used, to the input of which thermopile is connected to measure the temperature difference between the reference chamber and the internal thermostatic shell (34) and thermopile to measure the temperature difference between the reference chamber and outer thermostatic shell (33).
Измеряемые тепловые эффекты в жидких образцах биополимеров, возникающие при линейном изменении температуры регистрируются измерителями теплового эффекта (12-17) по сигналу первых дифференциальных измерительных элементов (27-32). При этом воспроизводимость базовой линии при скорости сканирования 1°С/мин составляет около 0.5 микроватт, что позволяет количественно измерять слабые тепловые эффекты в слабоконцентрированных растворах биополимеров. До настоящего времени не существовало многоканальных дифференциальных адиабатных сканирующих микрокалориметров для исследования жидких образцов с такой чувствительностью.The measured thermal effects in liquid samples of biopolymers that occur with a linear change in temperature are recorded by the thermal effect meters (12-17) according to the signal of the first differential measuring elements (27-32). In this case, the reproducibility of the baseline at a scanning rate of 1°C/min is about 0.5 microwatts, which makes it possible to quantitatively measure weak thermal effects in weakly concentrated solutions of biopolymers. Until now, there were no multichannel differential adiabatic scanning microcalorimeters for studying liquid samples with such a sensitivity.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, связанных с возможностью работы в многоканальном режиме за счет новой конструкции измерительного блока, который расширяет арсенал типов микрокалориметров и позволяет проводить поточные исследования биологически активных биополимеров, используемых, в том числе, для медицинских приложений.The utility model has a previously unknown set of essential features associated with the ability to work in a multichannel mode due to the new design of the measuring unit, which expands the arsenal of microcalorimeter types and allows for in-line studies of biologically active biopolymers used, among other things, for medical applications.
Конструкция измерительного блока позволяет, с высокой точностью в ходе одного эксперимента получить температурные зависимости парциальной теплоемкости нескольких типов биополимеров, например, ферментов, липидов, белков, полинуклеиновых кислот или их смесей в разных концентрациях и провести анализ их характеристик, в том числе их тепловой стабильности.The design of the measuring unit allows, with high accuracy in the course of one experiment, to obtain the temperature dependences of the partial heat capacity of several types of biopolymers, for example, enzymes, lipids, proteins, polynucleic acids or their mixtures in different concentrations, and to analyze their characteristics, including their thermal stability.
Выбор материалов и конструктивных решений измерительных кювет позволяет проводить анализ веществ в форме сильно разбавленных растворов многоканальном режиме с высокой чувствительностью и хорошими динамическими характеристиками. Это сокращает время и повышает энергоэффективность при проведении серий экспериментов с разными составами биополимеров для сравнительного анализа их свойств в одинаковых условиях проведения эксперимента. Высокая чувствительность дифференциальных калориметров позволяет исследовать растворы белков, ферментов и других биологических объектов.The choice of materials and design solutions for measuring cuvettes makes it possible to analyze substances in the form of highly dilute solutions in a multichannel mode with high sensitivity and good dynamic characteristics. This reduces time and improves energy efficiency when conducting a series of experiments with different compositions of biopolymers for a comparative analysis of their properties under the same experimental conditions. The high sensitivity of differential calorimeters makes it possible to study solutions of proteins, enzymes and other biological objects.
Источники информацииInformation sources
1. Привалов П.Л., Плотников В.В. Адиабатический дифференциальный микрокалориметр. Авт. Свид. СССР №328776, (1974.07.05).1. Privalov P.L., Plotnikov V.V. Adiabatic differential microcalorimeter. Auth. Certificate USSR No. 328776, (1974.07.05).
2. Monaselidze J., Nemsadze G. Differential scanning microcalorimeter device for detecting disease and monitoring therapeutic efficacy. Патент США №US 11215573 (2016-01-14).2. Monaselidze J., Nemsadze G. Differential scanning microcalorimeter device for detecting disease and monitoring therapeutic efficacy. US Patent No. US 11215573 (2016-01-14).
3. Сенин А.А. Рекламный проспект дифференциальный сканирующий микрокалориметр "СКАЛ-1" (https://docs.yandex.ru/docs/view?url=ya-mail%3A%2F%2F179018085187998966%2F1.2&name=Scal.doc&uid=139740266&nosw=1).3. Senin A.A. Brochure differential scanning microcalorimeter "SKAL-1"
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU217232U1 true RU217232U1 (en) | 2023-03-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU276465A1 (en) * | 1968-12-16 | 1973-10-26 | вители Специальное конструкторское бюро биологического приборостроени | DIFFERENTIAL ADIABATED MICROCALORIMETER |
| SU328776A1 (en) * | 1970-04-10 | 1974-07-05 | П. Л. Привалов , В. В. Плотников Институт белка СССР | |
| SU1328692A1 (en) * | 1985-12-03 | 1987-08-07 | Московский государственный педагогический институт им.В.И.Ленина | Differential microcalorimeter |
| RU2364845C1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-08-20 | Институт белка РАН | Differential adiabatic scanning high-pressure microcalorimetre |
| WO2012103601A1 (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | Katholieke Universiteit Leuven | Differential adiabatic scanning calorimeter |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU276465A1 (en) * | 1968-12-16 | 1973-10-26 | вители Специальное конструкторское бюро биологического приборостроени | DIFFERENTIAL ADIABATED MICROCALORIMETER |
| SU328776A1 (en) * | 1970-04-10 | 1974-07-05 | П. Л. Привалов , В. В. Плотников Институт белка СССР | |
| SU1328692A1 (en) * | 1985-12-03 | 1987-08-07 | Московский государственный педагогический институт им.В.И.Ленина | Differential microcalorimeter |
| RU2364845C1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-08-20 | Институт белка РАН | Differential adiabatic scanning high-pressure microcalorimetre |
| WO2012103601A1 (en) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | Katholieke Universiteit Leuven | Differential adiabatic scanning calorimeter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Privalov et al. | Precision scanning microcalorimeter for the study of liquids | |
| US6193413B1 (en) | System and method for an improved calorimeter for determining thermodynamic properties of chemical and biological reactions | |
| EP1281067B1 (en) | Method for high-throughput lead profiling | |
| Wadsö | Microcalorimeters | |
| Yu et al. | Review of MEMS differential scanning calorimetry for biomolecular study | |
| CN101852752B (en) | Device and method for measuring heat conductivity of poor heat conductive materials | |
| JP2001507217A (en) | Apparatus for performing tests on cell specimens and the like | |
| CN101788513A (en) | Measurement device of thermal conductivity of materials and method thereof | |
| Garden et al. | Highly sensitive ac nanocalorimeter for microliter-scale liquids or biological samples | |
| Lappalainen et al. | Techniques of differential scanning calorimetry for quantification of low contents of amorphous phases | |
| JPH07117508B2 (en) | Fluid calorimeter | |
| RU217232U1 (en) | MEASURING UNIT OF MULTI-CHANNEL MICROCALORIMETER | |
| EP0253893B1 (en) | High-precision calorimeter | |
| Backman et al. | A system of microcalorimeters | |
| Wang et al. | A MEMS differential scanning calorimeter for thermodynamic characterization of biomolecules | |
| Zhu et al. | The development of ultrasensitive microcalorimeters for bioanalysis and energy balance monitoring | |
| US20170102346A1 (en) | MEMS Bio-DSC | |
| Matvienko et al. | Determination thermal and physical characteristics of liquids using pulse heating thermistor method | |
| WO2021081524A2 (en) | Microfabricated differential scanning calorimetry system and methods of use thereof | |
| CN110274930B (en) | Biological sample heat testing arrangement | |
| RU2364845C1 (en) | Differential adiabatic scanning high-pressure microcalorimetre | |
| CN1601262A (en) | Method and device for measuring thermal conductivity | |
| CN110346408B (en) | Thermal testing method for biological sample | |
| Wadsö | Recent developments in microcalorimetric instrumentation for studies of biochemical and cellular systems | |
| RU2727342C1 (en) | Adiabatic calorimeter |