專利名稱：等溫滴定微測熱計(jì)裝置和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種微測熱計(jì)(microcalorimeter)，更具體地說，涉及改善微 測熱計(jì)，尤其是等溫滴定測熱計(jì)(isothermal titrationcalorimeter)的性能的特征。
背景技術(shù)：
微測熱計(jì)被廣泛地用于生物化學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及其它的領(lǐng)域。測熱法提 供了一種用于測量生物大分子的熱力學(xué)屬性的變化的直接方法。微測熱計(jì)通常是一種兩室 儀器，其中，將樣品室中的緩沖液中的試驗(yàn)物質(zhì)的稀釋溶液的屬性連續(xù)地與參照室中的相 等數(shù)量的緩沖液進(jìn)行比較。這兩個室的例如溫度或熱流的屬性之間的所測量的差異歸因于 樣品室中存在著試驗(yàn)物質(zhì)。一種類型的微測熱計(jì)是等溫滴定測熱計(jì)。等溫滴定測熱計(jì)(ITC)是一種差動裝 置，但在固定的溫度和壓力下操作，同時樣品室中的液體被連續(xù)地?cái)嚢?。滴定測熱法的最普 遍的應(yīng)用在于分子相互作用的熱力學(xué)特征。在這種應(yīng)用中，試驗(yàn)物質(zhì)(例如蛋白質(zhì))的稀 釋溶液放置在樣品室中，并且在各種時間將小體積的包含配位體的第二稀釋溶液注入樣品 室中，該配位體鍵合到試驗(yàn)物質(zhì)上。儀器測量由于新引入的配位體鍵合到試驗(yàn)物質(zhì)上而放 出或吸收的熱。對于試驗(yàn)物質(zhì)和配位體之間的特殊配對，從多次注入實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可確定屬 性，例如吉布斯能量、締合常數(shù)、焓和熵的變化以及鍵合的化學(xué)計(jì)量。雖然目前利用的ITC提供了可靠的鍵合數(shù)據(jù)結(jié)果，但是其在藥物發(fā)展的早期階段 中的廣泛利用被若干因素限制進(jìn)行鍵合測定所需要的相對較高的量的蛋白質(zhì)(例如，大 約0. 1毫克(mg)至大約1. Omg的蛋白質(zhì))、進(jìn)行測量所需要的時間以及使用常規(guī)的ITC的 復(fù)雜性。由于研究中所使用的生物物質(zhì)的極高的成本，所以需要減少用于各個實(shí)驗(yàn)的生物 物質(zhì)的量。用于測熱計(jì)實(shí)驗(yàn)的生物物質(zhì)的量的減少將需要比目前可獲得的測熱計(jì)更精確、 更靈敏且更可靠的滴定測熱計(jì)。此外，利用現(xiàn)有技術(shù)的ITC來收集鍵合數(shù)據(jù)需要從業(yè)人員進(jìn)行廣泛的準(zhǔn)備和技 巧。例如，使用現(xiàn)有技術(shù)的ITC，首先分別通過相應(yīng)的室管而用參照物質(zhì)和樣品物質(zhì)填充參 照室和樣品室。接下來，用滴定劑填充ITC的注射器。然后，通過通向樣品室的室管而將 ITC的針放置在樣品室中，同時將注射器裝配在ITC的夾持器中，使得注射器能夠圍繞其軸 線而旋轉(zhuǎn)。接下來，使注射器與樣品室對準(zhǔn)，使得針不與室管或樣品室接觸。然后，將注射 器連接到ITC的攪拌電動機(jī)和線性激勵器上，其中，攪拌電動機(jī)和線性激勵器也必須與樣 品室對準(zhǔn)。通過閱讀上述現(xiàn)有技術(shù)的過程，應(yīng)該懂得，利用現(xiàn)有技術(shù)的ITC，這些由現(xiàn)有技術(shù) 的ITC進(jìn)行的鍵合測量的質(zhì)量極大地取決于操作員的技巧和經(jīng)驗(yàn)，并包括相當(dāng)大量的準(zhǔn)備時間。更近年來研究的現(xiàn)有技術(shù)的ITC試圖簡化上述準(zhǔn)備過程。例如，在圖1中作為ITC 100而部分地顯示的一種這樣的現(xiàn)有技術(shù)的ITC中，注射器102、注射器夾持器104以及促 動注射器102的柱塞的線性致動器106整合成被稱為自動吸移管的單個單元。ITC 100還 包括攪拌機(jī)構(gòu)，該攪拌機(jī)構(gòu)包括附接到測熱計(jì)主體110上的攪拌電動機(jī)108。ITC 100還包 括位于注射器102的周圍的內(nèi)部磁性聯(lián)軸器112和位于測熱計(jì)主體110上并非?？拷鼣嚢?電動機(jī)108的外部磁性聯(lián)軸器114。來自攪拌電動機(jī)108的旋轉(zhuǎn)通過磁性聯(lián)軸器112和114 而傳遞至注射器102。附接到注射器102上的是針116和攪拌槳118。針116布置成通過 室管122而插入到樣品室120中，用于進(jìn)行ITC實(shí)驗(yàn)。出于參照的目的，ITC 100還包括未 顯示的參照室，該參照室通過參照室管而與環(huán)境大氣相連通。以上討論和圖1中所描繪的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)具有某些限制。例如，因?yàn)榇判月?lián)軸器 是軟傳動/柔性傳動，所以在某些旋轉(zhuǎn)速度和加速度下易于發(fā)生攪拌器的諧振，這對于儀 器的靈敏度產(chǎn)生負(fù)面影響。通過采用控制旋轉(zhuǎn)速度的不太靈敏的反饋機(jī)構(gòu)(這導(dǎo)致不太穩(wěn) 定的旋轉(zhuǎn)速度)，或者通過降低旋轉(zhuǎn)速度，可減少諧振。然而，不太穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度也減小了 ITC的靈敏度，而較低的旋轉(zhuǎn)速度阻礙了試劑的恰當(dāng)混合，這減小了 ITC的精度?，F(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的另一限制是攪拌電動機(jī)和磁性聯(lián)軸器被放置得非常靠近儀器的 靈敏的測量單元，并產(chǎn)生極大的交變磁場，該交變磁場產(chǎn)生電噪聲，該電噪聲對ITC的靈敏 的電子電路的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。因?yàn)镮TC的傳感器處理大約10_9伏的信號，并且，電動 機(jī)和磁性聯(lián)軸器所產(chǎn)生的噪聲與傳感器和噪聲源之間的距離成反比，所以進(jìn)一步改善這種 ITC設(shè)計(jì)的性能特征日益變得具有挑戰(zhàn)性。如先前所述，影響新型微測熱計(jì)的設(shè)計(jì)的其中 一個底層因素是需要減少用于每次實(shí)驗(yàn)的生物物質(zhì)的量。這要求更小的樣品室和更短的室 管，繼而導(dǎo)致室傳感器與電動機(jī)和磁性聯(lián)軸器(電噪聲源)之間更小的距離，這限制了儀器 的靈敏度。本文中所描述的本發(fā)明致力于改善現(xiàn)有技術(shù)的ITC的前述特征和使用，從而提高 ITC的靈敏度，減少測試所必需的生物物質(zhì)的量，改善由ITC產(chǎn)生的結(jié)果的可靠性，并簡化 7 ITC的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于等溫滴定微測熱系統(tǒng)的新型自動吸移管組件和ITC 系統(tǒng)，該吸移管組件和ITC系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺點(diǎn)。這通過獨(dú)立權(quán)利要求 中所限定的吸移管組件和ITC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這種吸移管組件和相關(guān)的ITC系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是與現(xiàn)有技術(shù)的ITC相比，可在不 減小靈敏度且在顯著更快的響應(yīng)時間的情況下，將隔室容積減少至大約1/7。這種ITC系統(tǒng) 允許以大約1/10的蛋白質(zhì)樣品，并在每小時總共只進(jìn)行大約2至4次滴定的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。除了減少與運(yùn)行ITC實(shí)驗(yàn)相關(guān)的成本之外，更小的室容積還拓展了 ITC應(yīng)用的數(shù) 量。例如由被稱為“c值”的參數(shù)指定可由ITC測量的鍵合親合力的范圍，該“c值”等于鍵 合親合力(Ka)和大分子的總濃度(Mt。tal)的乘積(c = [Mt。tal]Ka)。對于精確的親合力測定， c值必須在1至1000之間。如果使用相同量的蛋白質(zhì)，那么室體積減少至1/10將導(dǎo)致C值的類似的增加，并從而導(dǎo)致測量弱鍵合的能力。這種能力在尤其結(jié)合完全自動的儀器的、鍵 合親合力弱的藥物發(fā)現(xiàn)的早期階段是尤其重要的。


圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的等溫滴定微測熱計(jì)的示意性的示例，突出顯示了微測熱計(jì) 的自動吸移管特征；圖2以橫截面顯示了具有引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的本發(fā)明的等溫滴定測熱計(jì)系統(tǒng)的一個示意 性的實(shí)施例；圖3以橫截面顯示了用于等溫滴定微測熱系統(tǒng)的自動吸移管組件的一個示意性 的實(shí)施例；圖4顯示了圖2中所示的ITC系統(tǒng)的截面，其中吸移管組件從樣品室中收回；圖5a至5c以透視圖顯示了用于等溫滴定測熱計(jì)系統(tǒng)的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的一個示意性的 實(shí)施例；圖6以透視圖顯示了用于等溫滴定測熱計(jì)系統(tǒng)的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的另一示意性的實(shí)施 例。
具體實(shí)施例方式圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的ITC系統(tǒng)200的一個實(shí)施例。ITC系統(tǒng)200包 括微測熱計(jì)210和自動吸移管組件220。微測熱計(jì)210包括在熱容量和容積的方面被設(shè)計(jì) 成基本上相同的參照室240和樣品室250。室240和250由合適的化學(xué)惰性且導(dǎo)熱的材料 構(gòu)成，例如金、鉬、鉭、哈斯特洛伊合金等。室240和250基本上可為任何合適的形狀，但需 要為相同的形狀，從而可設(shè)置成完全對稱的布置，而且可實(shí)現(xiàn)滴定劑與樣品的有效混合。在 公開的實(shí)施例中，室240和250的橫截面為矩形，并且，橫向水平方向上的橫截面可以為圓 形，從而導(dǎo)致具有圓形的面對的表面的硬幣形狀的室。為了將任何外部的熱影響減少至最小，參照室240和樣品室250均被第一隔熱罩 260封閉，第一隔熱罩繼而被第二隔熱罩270封閉。隔熱罩260、270可由任何合適的導(dǎo)熱材 料構(gòu)成，例如銀、鋁、銅等。隔熱罩260、270還可由一個或多個熱互連的子罩(未顯示)構(gòu) 成，從而為測熱室240、250提供甚至更穩(wěn)定的溫度條件。為了控制罩260、270的溫度，可布置熱控制裝置，以控制其溫度。在ITC系統(tǒng)中， 所述熱控制裝置主要用于在開始滴定實(shí)驗(yàn)之前設(shè)定測熱計(jì)，即隔熱罩260、270的“等溫”溫 度。但如以下將更詳細(xì)地公開的那樣，所述熱控制裝置還可用于改善測熱計(jì)的隔熱性能。根 據(jù)一個實(shí)施例，熱控制裝置由一個或多個熱泵單元組成，例如基于珀?duì)栙N效應(yīng)的熱電熱泵 裝置等。其它類型的熱控制裝置包括被恒溫地控制的液體池、機(jī)械熱泵、化學(xué)加熱或冷卻系 統(tǒng)等。在公開的實(shí)施例中，布置了第一熱泵單元280，以在第一隔熱罩260和第二隔熱罩 270之間傳遞熱能，并布置了第二熱泵單元290以在第二隔熱罩270和散熱器300之間傳遞 熱能，該散熱器與環(huán)境溫度保持熱接觸。溫度控制器310被布置成控制第一熱泵單元280 和第二熱泵單元290，從而獲得所需的溫度條件。以下將更詳細(xì)地公開溫度控制器310和相 關(guān)的傳感器。
參照室管320和樣品室管330分別提供了通向參照室240和樣品室250的入口， 以供給參照流體和樣品流體、滴定流體，室的清洗等。在所公開的實(shí)施例中，室管320和330 均基本上垂直地穿過隔熱罩和散熱器，從而提供與室240和250的直接連通，并且，室管320 和330在第一隔熱罩260的空腔中各支撐其相應(yīng)的室240和250。自動吸移管組件210包括吸移管外殼340、注射器350以及線性激勵器370，注 射器350帶有被布置成插入到樣品室250中的用于供給滴定劑的滴定針360，線性激勵器 370用于驅(qū)動注射器350中的柱塞380。滴定針360可相對于外殼340而旋轉(zhuǎn)，并設(shè)有攪拌 槳390，該攪拌槳布置成攪拌樣品室250中的樣品流體，以實(shí)現(xiàn)滴定劑和樣品流體的有效混 合。自動吸移管組件210還包括用于驅(qū)動滴定針360的旋轉(zhuǎn)的攪拌電動機(jī)400。在圖2所公開的實(shí)施例中，攪拌電動機(jī)400是一種直接驅(qū)動的電動機(jī)，其具有被布 置成與注射器350和滴定針360同心的空心轉(zhuǎn)子410。注射器350在其上端由攪拌電動機(jī) 400支撐，以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在下端由軸承420支撐。示意性地公開了攪拌電動機(jī)400和軸承 420包括滾珠軸承，但可以使用能夠?yàn)榈味ㄡ?60提供平滑且低摩擦的旋轉(zhuǎn)的任何其它類 型的軸承、襯套等。在圖2所公開的實(shí)施例中，注射器350被布置成可相對于外殼340而旋轉(zhuǎn)，并且， 滴定針360不可旋轉(zhuǎn)地附接到注射器350上。在一個備選的實(shí)施例中(圖中未顯示)，針 360可相對于注射器350而旋轉(zhuǎn)，而注射器350相對于吸移管外殼340而靜止。圖3顯示 了一個備選的實(shí)施例，其中，注射器350可拆卸地布置在吸移管外殼340內(nèi)的旋轉(zhuǎn)框架430 中，旋轉(zhuǎn)框架430可旋轉(zhuǎn)地由電動機(jī)400和軸承420支撐。在所公開的實(shí)施例中，注射器 350通過蓋子440而被保持在旋轉(zhuǎn)框架430中，蓋子通過螺紋等而可拆卸地附接到旋轉(zhuǎn)框架 430上。通過除去蓋子440，可更換帶有滴定針360的注射器350。在圖中未顯示的一個備選的實(shí)施例中，攪拌電動機(jī)400通過諸如傳動皮帶裝置、 傳動輪裝置等的旋轉(zhuǎn)傳動裝置而驅(qū)動滴定針旋轉(zhuǎn)。在這種裝置中，可將驅(qū)動電動機(jī)放置在 離測熱室甚至更大的距離處。攪拌電動機(jī)由ITC系統(tǒng)的攪拌控制器450控制。攪拌控制器是常規(guī)的BLDC。線性 致動器由ITC系統(tǒng)的滴定控制器460控制。攪拌控制器450和滴定控制器460可布置在吸 移管組件220中，并繼而連接到ITC控制系統(tǒng)(未詳細(xì)顯示)，或者其可以為ITC控制系統(tǒng) 的集成部分。在公開的實(shí)施例中，線性激勵器370包括步進(jìn)電動機(jī)470，該步進(jìn)電動機(jī)被布置成 驅(qū)動螺紋柱塞380，該螺紋柱塞同軸地延伸穿過空心轉(zhuǎn)子480的孔并進(jìn)入注射器350中，其 中，其可旋轉(zhuǎn)地附接到吸移管尖端490上，該吸移管尖端抵著注射器350的內(nèi)壁而密封，以 容許從注射器350排出精確體積的滴定液體。吸移管組件還包括用于檢測螺紋柱塞380的 兩個預(yù)定位置的位置傳感器500a、500b。線性激勵器370可以是能夠以足夠的精度進(jìn)行受 控制的線性運(yùn)動的任何其它類型。這種設(shè)計(jì)容許注射器不取決于吸移管組件220的主體 340而旋轉(zhuǎn)；同時，線性激勵器370可驅(qū)動螺紋柱塞380。在ITC系統(tǒng)中，滴定控制器460被布置成控制吸移管組件220的線性激勵器。根 據(jù)一個實(shí)施例，滴定控制器460使用位置傳感器500a、500b，以用于檢測螺紋柱塞的兩個預(yù) 定位置，并且滴定控制器460被布置成記錄螺紋柱塞380的這兩個預(yù)定位置，并從步進(jìn)電動 機(jī)470為了在所述位置之間移動螺紋柱塞380而進(jìn)行的步進(jìn)數(shù)確定柱塞380的螺紋螺距。然后，吸移管控制器使用如此確定的螺紋柱塞的螺距，以提高排出小體積的滴定劑時的滴 定吸移管的精度。在公開的實(shí)施例中，吸移管組件外殼340用作攪拌電動機(jī)400的定子和線性激勵 器470的安裝底座。外殼340還可包括用于將吸移管組件相對于樣品室管精確地定位的附 接段。具有被布置在注射器350的上端或注射器350之上的集成的攪拌電動機(jī)400的自 動吸移管組件220不僅增加了攪拌電動機(jī)400 (即，交變電磁場的來源)和位于測熱計(jì)的熱 芯和/或其附近的靈敏的電子電路之間的距離，而且還容許減少操作攪拌電動機(jī)400所需 要的功率量。也就是說，由于攪拌電動機(jī)400放置在吸移管組件220上，所以攪拌電動機(jī) 400的尺寸不像將攪拌電動機(jī)放置在測熱計(jì)外殼上的現(xiàn)有技術(shù)的ITC那樣由樣品室和參照 室之間的空間確定(圖2)。這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，室管突出穿過磁性耦合的攪拌器的旋轉(zhuǎn)中 心。因此，攪拌機(jī)構(gòu)的尺寸下限由室管之間的空間確定。因此，可顯著地減小本發(fā)明的攪拌 電動機(jī)的尺寸，例如減小至現(xiàn)有技術(shù)的ITC中所找到的攪拌電動機(jī)的尺寸的1/5，從而導(dǎo)致 顯著地減小操作ITC所需要的功率量，例如與用于驅(qū)動常規(guī)已知的ITC的100瓦相比，為大 約2瓦。將攪拌電動機(jī)的尺寸減少至現(xiàn)有技術(shù)的ITC的攪拌電動機(jī)的尺寸的五分之一，將 攪拌電動機(jī)放置在吸移管上，使得攪拌電動機(jī)處于離測熱計(jì)的靈敏的電子電路大約50毫 米或更遠(yuǎn)的距離處，以及去除磁性聯(lián)軸器，這些關(guān)閉了存在于常規(guī)使用的ITC中的磁場。因 此，本文中所公開的攪拌電動機(jī)的安置方式所導(dǎo)致的較低功率、較低熱量、較低電力以及較 低噪聲和較低振動提高了本發(fā)明的ITC的靈敏度。此外，所公開的實(shí)施例還排除了磁性聯(lián) 軸器，該磁性聯(lián)軸器是額外的交變電磁場的來源。這些改進(jìn)減少了在靈敏的電子電路中所感應(yīng)的電噪聲，這繼而有助于改進(jìn)測熱計(jì) 的靈敏度，由此可顯著地減少樣品室和參照室的容積。減少樣品室和其相應(yīng)的室管的尺寸 繼而減少了用于每次實(shí)驗(yàn)的生物物質(zhì)的量。以下，表1代表現(xiàn)有技術(shù)的ITC和本發(fā)明的ITC的室管以及試驗(yàn)室和參照室的某 些關(guān)鍵尺寸。如表1中所示，本發(fā)明的ITC將攪拌電動機(jī)直接放置在吸移管組件上，而不是 將其定位在測熱計(jì)主體上，從而容許使用較小體積的試驗(yàn)物質(zhì)，因而減少了與執(zhí)行測熱計(jì) 實(shí)驗(yàn)相關(guān)的成本。
根據(jù)一個實(shí)施例，微滴定測熱系統(tǒng)200設(shè)有吸移管引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510，該吸移管引導(dǎo)機(jī) 構(gòu)布置成在至少兩個操作位置之間引導(dǎo)吸移管組件220。第一操作位置是吸移管清洗位置 580，其中，滴定針360插入在清洗裝置中(參見圖5a-5c)，并且，第二操作位置是滴定位 置560，在該位置，將注射器插入到用于測熱測量(calorimetric measurements)的樣品室 250中。在圖2的實(shí)施例中，引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510包括支撐吸移管組件220的吸移管臂520和基本 上垂直的引導(dǎo)桿530。吸移管臂520通過套管540而可移動地附接到引導(dǎo)桿530上，但其繞 著引導(dǎo)桿的運(yùn)動由引導(dǎo)桿530中的引導(dǎo)槽550和引導(dǎo)銷560限制，該引導(dǎo)銷從套管540的 內(nèi)表面突出并裝配在引導(dǎo)槽550中。所公開的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510是旋轉(zhuǎn)的類型，并且，操作位置 被布置在繞著引導(dǎo)組件的旋轉(zhuǎn)中心的相等距離處但位于不同的角度位置，其中，吸移管組 件220沿垂直方向的移動被限制到操作位置的角度位置，并且，僅當(dāng)?shù)味ㄡ?60從相應(yīng)的操 作位置完全收回時才允許吸移管組件220在角度位置之間的旋轉(zhuǎn)移動。圖4顯示了引導(dǎo)機(jī) 構(gòu)510，其處于吸移管組件220從滴定位置，即從樣品室250中完全收回的位置。在這個位 置，引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510將吸移管臂520的可能的移動限制到向下進(jìn)入到滴定位置的垂直運(yùn)動，或 到達(dá)另一操作位置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在帶有兩個操作位置的微滴定測熱系統(tǒng)200中，清洗裝置 600可被布置成，在完成吸移管組件的清洗之后，容許將滴定劑填充到吸移管組件220中。 作為備選，可通過例如注射器中的專用填充口等的其它裝置來進(jìn)行吸移管的填充。圖5a至5c顯示了具有吸移管引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510的微滴定測熱系統(tǒng)200的一個實(shí)施例 的示意性的透視圖，該吸移管引導(dǎo)機(jī)構(gòu)被布置成向著三個不同的操作位置560、570、580引 導(dǎo)吸移管組件220并從三個不同的操作位置560、570、580引導(dǎo)吸移管組件220。根據(jù)一個 實(shí)施例，第三操作位置是滴定劑填充位置570，其中，滴定針360插入在滴定劑源590中。圖 5a顯示了吸移管組件220處于滴定位置560時的狀態(tài)下的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510。圖5b顯示了介 于滴定位置560和填充位置570之間的狀態(tài)下的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510。圖5c顯示了吸移管組件 220的滴定針360處于填充位置570時的狀態(tài)下的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510。如圖4a至5c中公開的 那樣，與特定操作位置560、570、580相關(guān)聯(lián)的垂直引導(dǎo)槽550可布置成針對將要進(jìn)行的操 作而將吸移管組件220定位在預(yù)定的高度。圖6顯示了引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510的另一實(shí)施例，其中，引導(dǎo)桿530中的引導(dǎo)槽被同軸的外 部引導(dǎo)套管610替代，該外部引導(dǎo)套管帶有相應(yīng)的用于引導(dǎo)臂520的引導(dǎo)路徑620。根據(jù)一個實(shí)施例，微滴定測熱系統(tǒng)200包括一個或多個未顯示的位置傳感器，這 些位置傳感器被布置成當(dāng)吸移管組件220定位在一個或多個操作位置560、570、580時進(jìn)行記錄，其中，相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行由位置傳感器的狀態(tài)限制。傳感器例如可被布置成當(dāng)吸移管組件 220處于用于滴定560的正確位置時進(jìn)行記錄，并且，測熱系統(tǒng)200可被布置成防止滴定操 作的起動，除非所述傳感器確認(rèn)吸移管組件220處于正確位置。再次參照附圖，引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510確保吸移管組件220恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)和定位在樣品室250 等中。吸移管組件220的所有元件(注射器、針、攪拌槳、柱塞、線性激勵器、空心轉(zhuǎn)子)和 引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510優(yōu)選在制造過程中精確地對準(zhǔn)，并且在儀器的使用期間不需要任何額外的對 準(zhǔn)。預(yù)設(shè)的工廠對準(zhǔn)顯著地改善了儀器的可使用性和可靠性，相當(dāng)大地減少了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備 時間的量，并使得測量的質(zhì)量不取決于使用者的技巧。引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510還能夠使得吸移管組 件220恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谇逑囱b置600中，以用于清洗和干燥注射器，并例如用于用滴定劑填充 注射器。—種利用本文中所公開的ITC裝置的示范性方法包括在注射器的深度和寬度方 面的非手動對準(zhǔn)，以用于填充滴定劑，清洗吸移管以及將滴定劑運(yùn)送到注射器中。一種用于操作本發(fā)明的ITC裝置的示范性方法包括使用引導(dǎo)機(jī)構(gòu)510來定位吸移 管，以用滴定劑填充注射器(見圖5c)。在這個位置，帶有攪拌槳的針的末端被放置在滴定 劑中。注射器的柱塞從其下位置移動至其上位置，從而用滴定劑填充注射器。使用輔助注 射器通過室管而用樣品溶液填充樣品室。使用引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，將吸移管移動至用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的 位置(見圖5a)。激活用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的程序。與用于實(shí)驗(yàn)的程序一致的是，攪拌電動機(jī)的轉(zhuǎn) 子使注射器、針和攪拌槳以指定的速度旋轉(zhuǎn)，從而能夠恰當(dāng)?shù)鼗旌显噭?。與用于實(shí)驗(yàn)的程序 一致的是(例如，當(dāng)達(dá)到某一溫度和/或平衡時)，線性激勵器使柱塞移動，并將滴定劑注入 到樣品溶液中。根據(jù)程序設(shè)定，可間斷地(一步一步地)或連續(xù)地進(jìn)行注入。測熱計(jì)連續(xù) 地測量并記錄與試劑的相互作用相關(guān)聯(lián)的放熱/吸熱對時間的關(guān)系。根據(jù)所建立的算法， 可對結(jié)果進(jìn)行分析。再次參看圖2，溫度控制器310被布置成根據(jù)預(yù)定的控制模式而控制第一熱泵單 元280和第二熱泵單元290。溫度控制器310由功能模塊示意性地公開，并且其可被設(shè)計(jì)成 電子電路，基于CPU的控制器中的軟件或其組合。在公開的實(shí)施例中，熱控制器310可通過 模式選擇模塊630而在兩個操作模式之間進(jìn)行切換 等溫模式 熱設(shè)定模式在等溫模式中，熱控制器310被布置成控制第一熱泵280，以減小樣品室250和第 一隔熱罩260之間的溫度差。樣品室250和第一隔熱罩260之間的溫度差由與溫度控制器 310進(jìn)行通信的溫度傳感器裝置640記錄。在公開的實(shí)施例中，溫度傳感器裝置640是一種 差動熱電偶，當(dāng)兩個記錄點(diǎn)之間存在溫度差時，該溫度傳感器裝置給出非零的信號，并且， 來自熱電偶的輸出連接到溫度控制器310中的前置放大器650。來自前置放大器650的輸 出被模式選擇模塊630指引至第一熱泵控制器模塊660，該第一熱泵控制器模塊響應(yīng)于來 自前置放大器650的信號而控制第一熱泵280。通過這種布置，第一熱泵控制器660將試圖 補(bǔ)償在樣品室250和第一隔熱罩260之間的任何熱差，從而在測熱計(jì)210達(dá)到補(bǔ)償?shù)母魺?狀態(tài)。為了補(bǔ)償隔熱性能中的較小的系統(tǒng)漂移，可對來自前置放大器650的信號應(yīng)用偏離 參數(shù)670。偏離參數(shù)670可在測熱計(jì)210的校準(zhǔn)期間設(shè)定。在等溫模式中，溫度控制器310 被布置成控制第二熱泵290，以將第二隔熱罩270保持在由參數(shù)Tshield限定的預(yù)定溫度。第二熱泵290的控制由第二熱泵控制器模塊680進(jìn)行，該第二熱泵控制器模塊接收來自第二 比較器模塊690的輸出，其中，將Tshield與由第二隔熱罩熱傳感器700記錄的第二隔熱罩的 當(dāng)前溫度進(jìn)行比較。在溫度設(shè)定模式中，溫度控制器310被布置成控制第一熱泵280和第二熱泵290， 以將第一隔熱罩260和第二隔熱罩270置于由溫度Tshi6ld限定的預(yù)定溫度。這種模式主要 用于將測熱計(jì)210置于即將運(yùn)行ITC實(shí)驗(yàn)的溫度下。在這種模式中，第一比較器模塊710 將Tshield與由第一隔熱罩熱傳感器720記錄的第一隔熱罩的當(dāng)前溫度進(jìn)行比較，并且，由模 式選擇模塊630將第一比較器模塊710的輸出指引至第一熱泵控制器660。以與等溫模式 中相同的方式控制第二熱泵290。熱設(shè)定模式還可被用作備用模式，以在測熱計(jì)210中保持 恒定溫度。溫度控制器310還可包括用于控制室加熱元件740的室溫度控制器模塊730，室加 熱元件740被布置成根據(jù)由參數(shù)T。ell設(shè)定的預(yù)定溫度而加熱樣品室240和參照室250。室 加熱元件740主要用于精細(xì)地調(diào)節(jié)室240、250的溫度。參數(shù)Tshi6ld、T。6ll和偏差可通過熱控制器的專用用戶接口(未顯示)或例如通過運(yùn) 行于計(jì)算機(jī)760上的測熱計(jì)用戶接口等進(jìn)行設(shè)定。在ITC實(shí)驗(yàn)的期間用于感測樣品室250 和參照室240之間的溫度差的測熱傳感器750可例如通過前置放大器770而連接到計(jì)算機(jī) 760 上。關(guān)于以上的描述，應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明的零件的最佳尺寸關(guān)系，包括尺寸、材料、形 狀、形式、功能和操作方式、組裝和使用的變化，對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言都被認(rèn)為是 顯而易見的，并且，本發(fā)明應(yīng)包含與圖中所示和說明書中所述的關(guān)系等同的所有關(guān)系。因 此，前述應(yīng)被認(rèn)為僅是說明本發(fā)明的原理。另外，由于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易想到許多 修改和改變，所以并不需要將本發(fā)明限制在所顯示和所描述的精確構(gòu)造和操作上，所有合 適的修改和等同均被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種用于等溫滴定微測熱系統(tǒng)的自動吸移管組件，包括吸移管外殼、注射器以及線性激勵器，所述注射器具有滴定針，該滴定針被布置成插入到用于供給滴定劑的樣品室中，所述線性激勵器用于驅(qū)動所述注射器中的柱塞，所述滴定針能夠相對于所述外殼而旋轉(zhuǎn)，并設(shè)有攪拌槳，該攪拌槳被布置成攪拌所述樣品室中的流體，其中，所述自動吸移管組件包括用于驅(qū)動所述滴定針的旋轉(zhuǎn)的攪拌電動機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動吸移管組件，其特征在于，所述攪拌電動機(jī)是直接驅(qū)動 的電動機(jī)，具有與所述滴定針同心地布置的空心轉(zhuǎn)子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動吸移管組件，其特征在于，所述攪拌電動機(jī)通過旋轉(zhuǎn)傳 動裝置而驅(qū)動所述滴定針旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動吸移管組件，其特征在于，所述注射器能夠相對于所述 外殼而旋轉(zhuǎn)，并且所述滴定針不可旋轉(zhuǎn)地附接到所述注射器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動吸移管組件，其特征在于，所述注射器可拆卸地被布置 在所述吸移管外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)框架中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動吸移管組件，其特征在于，所述線性激勵器包括被布置 成驅(qū)動螺紋柱塞的步進(jìn)電動機(jī)，所述吸移管組件還包括用于檢測所述螺紋柱塞的兩個預(yù)定 位置的位置傳感器。
7.—種等溫滴定微測熱系統(tǒng)，具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動吸移管組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，包括吸移管控制器，該吸 移管控制器被布置成控制所述吸移管組件的線性激勵器和攪拌電動機(jī)，其中，所述線性激 勵器包括被布置成驅(qū)動螺紋柱塞的步進(jìn)電動機(jī)，所述吸移管組件還包括用于檢測所述螺紋 柱塞的兩個預(yù)定位置的位置傳感器，并且，所述吸移管控制器被布置成記錄所述螺紋柱塞 的兩個預(yù)定位置，并從所述步進(jìn)電動機(jī)為了在所述位置之間移動所述螺紋柱塞而進(jìn)行的步 進(jìn)數(shù)確定所述柱塞的螺距。
9.一種包括自動吸移管組件和吸移管引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的微滴定測熱系統(tǒng)，所述吸移管組件具 有滴定針，該滴定針被布置成插入到用于供給滴定劑的樣品室中，所述吸移管引導(dǎo)機(jī)構(gòu)被 布置成在至少兩個操作位置之間引導(dǎo)所述吸移管組件并將所述吸移管組件引導(dǎo)到該兩個 操作位置中，其中，第一操作位置是所述滴定針插入到清洗裝置中的吸移管清洗位置，第二 操作位置是所述注射器插入到用于測熱測量的所述樣品室中的滴定位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微滴定測熱系統(tǒng)，其特征在于，所述清洗裝置被布置成在完 成所述吸移管組件的清洗之后容許將滴定劑填充到所述吸移管組件中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微滴定測熱系統(tǒng)，其特征在于，包括以滴定劑填充位置為形 式的第三操作位置，其中，所述滴定針插入到滴定劑源中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微滴定測熱系統(tǒng)，其特征在于，所述引導(dǎo)機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)的類 型，并且，所述操作位置被布置在繞著所述引導(dǎo)組件的旋轉(zhuǎn)中心的相等距離處但位于不同 的角度位置，其中，所述吸移管組件沿垂直方向的移動被限制到所述操作位置的角度位置， 并且，僅當(dāng)所述滴定針從相應(yīng)的操作位置完全收回時才允許所述吸移管組件在所述角度位 置之間的旋轉(zhuǎn)移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微滴定測熱系統(tǒng)，其特征在于，包括被布置成當(dāng)所述吸移管 組件定位在其中一個所述操作位置時進(jìn)行記錄的位置傳感器，其中，相關(guān)操作被所述位置傳感器的狀態(tài)限制。
14.一種等溫滴定微測熱系統(tǒng)，包括均被第一隔熱罩封閉的樣品室和參照室，所述第一 隔熱罩繼而被第二隔熱罩封閉，第一熱泵單元被布置成在所述第一隔熱罩和所述第二隔熱 罩之間傳遞熱能，第二熱泵單元被布置成在所述第二隔熱罩和散熱器之間傳遞熱能，其中， 所述測熱系統(tǒng)還包括被布置成控制所述第一熱泵單元和所述第二熱泵單元的控制器以及 用于感測所述樣品室和所述第一隔熱罩之間的溫度差的溫度傳感器裝置，其中，所述控制 器在等溫模式下被布置成控制所述第一熱泵，以減小所述樣品室和所述第一隔熱罩之間的 溫度差。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器裝置 是差動熱電偶。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器在等溫模 式下被布置成控制所述第二熱泵，以將所述第二隔熱罩保持在預(yù)定的溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器在溫度設(shè) 定模式下被布置成控制所述第一熱泵和所述第二熱泵，以將所述第一隔熱罩和所述第二隔 熱罩置于預(yù)定的溫度下。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，包括被布置成加熱所 述樣品室和所述參照室的加熱元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)，其特征在于，其中一個所述隔熱罩 或兩個所述隔熱罩由兩個或多個子隔熱罩組成。
20.一種使用根據(jù)權(quán)利要求14所述的等溫滴定微測熱系統(tǒng)的等溫滴定微測熱方法，包 括如下的步驟填充所述樣品室和所述參照室；控制所述第一熱泵，以減小所述樣品室和所述第一隔熱罩之間的溫度差；以及進(jìn)行滴定測熱測量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，包括如下的步驟在填充樣品之后，控制所述第一熱泵和所述第二熱泵，以將所述第一隔熱罩和所述第 二隔熱罩置于預(yù)定的滴定溫度下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于等溫滴定微測熱系統(tǒng)的自動吸移管組件，包括吸移管外殼、注射器以及線性激勵器，注射器具有滴定針，該滴定針被布置成插入到用于供給滴定劑的樣品室中，線性激勵器用于驅(qū)動注射器中的柱塞，滴定針可相對于外殼而旋轉(zhuǎn)，并設(shè)有攪拌槳，該攪拌槳被布置成攪拌樣品室中的流體，其中，所述自動吸移管組件包括用于驅(qū)動所述滴定針的旋轉(zhuǎn)的攪拌電動機(jī)。本發(fā)明還提供了一種等溫滴定微測熱系統(tǒng)。
文檔編號G01N25/20GK101855541SQ200880114826
公開日2010年10月6日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者A·羅查爾斯基, V·V·普洛特尼科夫 申請人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生物科學(xué)公司