細(xì)胞熱力學(xué)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)是一個(gè)為科研者提供在天然環(huán)境中進(jìn)行細(xì)胞生物能量測(cè)量無(wú)標(biāo)記,、實(shí)時(shí)檢測(cè)分析工具，此系統(tǒng)利用活體細(xì)胞熱流測(cè)量監(jiān)測(cè)代謝變化的技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),、分析細(xì)胞熱譜曲線的變化，實(shí)時(shí),、連續(xù)監(jiān)測(cè)細(xì)胞發(fā)熱功率和生物能量代謝產(chǎn)生熱量的變化,，并進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)分析,，集高靈敏度和優(yōu)異的基線穩(wěn)定性于一身,該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,，可以進(jìn)行包括細(xì)胞代謝分析、氧呼吸測(cè)定,、藥物代謝分析,、線粒體有氧代謝和糖酵解等功能的細(xì)胞代謝。

細(xì)胞熱力學(xué)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)概述： 

利用活體細(xì)胞熱流測(cè)量監(jiān)測(cè)代謝變化是一個(gè)成熟完善的技術(shù),。瑞典symcel利用其微量熱量檢測(cè)分析技術(shù),，

發(fā)明了業(yè)界*款多通道、高靈敏,、無(wú)需標(biāo)記的CalScreener細(xì)胞代謝和生物能量實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng),，集高靈敏度和優(yōu)異的基線穩(wěn)定性于一身。

該系統(tǒng)可以進(jìn)行包括細(xì)胞代謝分析,、氧呼吸測(cè)定,、藥物代謝分析、線粒體有氧代謝和糖酵解等功能的細(xì)胞代謝和生物能力所有類型的變化,。
通過(guò)特殊的48孔細(xì)胞培養(yǎng)微孔板設(shè)計(jì)，在測(cè)量時(shí)臨時(shí)形成的微環(huán)境中,，利用無(wú)創(chuàng)的熱傳感器同步地實(shí)時(shí)探測(cè)溶解氧和pH值變化,，從而快速了解細(xì)胞內(nèi)包括兩大能量轉(zhuǎn)換途徑（線粒體的有氧代謝和糖酵解）在內(nèi)的全部能量代謝狀態(tài)。 
原理： 
從能量守恒定律講,，細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)是一定伴隨熱量的變化,，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析細(xì)胞熱譜曲線的變化,，實(shí)時(shí),、連續(xù)監(jiān)測(cè)細(xì)胞發(fā)熱功率和生物能量代謝產(chǎn)生熱量的變化,，并進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)分析,。 
細(xì)胞熱力學(xué)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)功能：
該系統(tǒng)一個(gè)為科研者提供在天然環(huán)境中進(jìn)行細(xì)胞生物能量測(cè)量的無(wú)標(biāo)記,、實(shí)時(shí)檢測(cè)分析工具，可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞,、酵母,、細(xì)菌生物能量與代謝的微量熱進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析, 監(jiān)測(cè)分析代謝過(guò)程變化。提供重要的細(xì)胞熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù).
對(duì)物理,、化學(xué)或生物刺激引起生物過(guò)程預(yù)期的代謝變化都可進(jìn)行有效的分析.
事實(shí)已證明微量熱技術(shù)是一種靈敏而快速的生物鑒定方法,，在癌癥研究中可以用其來(lái)檢測(cè)細(xì)胞的代謝混亂。

1. 研究線粒體的功能和代謝機(jī)制:

線粒體是細(xì)胞中極為重要的細(xì)胞器,。在生命體能量代謝過(guò)程中,除一部分能量用于ATP 合成外,其余則以熱的 
形式釋出,。用CalScreener精密量熱計(jì)可測(cè)量線粒體代謝過(guò)程中的熱量輸出,此方法對(duì)研究線粒體的功能和代謝機(jī)制具有十分重要的意義.
ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫符號(hào)，它是各種活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種高能磷酸化合物.
武漢大學(xué)目前已經(jīng)建立了一系列數(shù)學(xué)模型,用于線粒體熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)的研究,。目前已研究了呼吸鏈阻斷劑[20 ] ,、毒物[21 ] 、稀土[22 ]等對(duì)線粒體代謝影響的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征,。朱軍成等[23 ] 研究了路化汞對(duì)鯉魚線粒體的影響,結(jié)果顯示路化汞在低濃度下促進(jìn)線粒體代謝,伴有強(qiáng)烈的解偶聯(lián)效應(yīng),而高濃度*抑制,磷酸化系統(tǒng)失效,。此研究說(shuō)明路化汞對(duì)線粒體的作用具有濃度依賴性。曹俊嶺等[24 ]研究了人參不同提取部位對(duì)大鼠肝臟線粒體的影響,研究結(jié)果表明人參不同部位通過(guò)對(duì)代謝過(guò)程中多項(xiàng)指標(biāo)的影響均可提高線粒體的能量利用率,。此研究為微量熱技術(shù)在中藥的活性篩選中的應(yīng)用提供了較好的佐證,。
2.監(jiān)測(cè)細(xì)胞的代謝過(guò)程，研究產(chǎn)熱量與細(xì)胞代謝之間的內(nèi)在:
細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化會(huì)產(chǎn)生能量,并通過(guò)代謝zui終以熱的形式釋放出來(lái),。靈敏的微量熱儀可以通過(guò) 
監(jiān)測(cè)細(xì)胞的代謝過(guò)程研究產(chǎn)熱量與細(xì)胞代謝之間的內(nèi)在,。

1. 3.用于研究病理狀態(tài)下細(xì)胞的代謝與正常細(xì)胞的異同, 用于疾病的輔助診斷

—病變癌癥細(xì)胞熱功率大于正常細(xì)胞熱功率。 
譚安民等[25] 研究正常細(xì)胞和HIV 1 病毒感染的細(xì)胞的微量熱譜圖,發(fā)現(xiàn)病毒感染細(xì)胞的代謝熱明顯高于正常細(xì)胞,。劉欲文等[26 ] 研究了兩種細(xì)胞分別被不同病毒感染,一種細(xì)胞感染后比未感染的代謝熱高20 % ,提示為*感染;而另一種細(xì)胞感染后代謝熱明顯增大,提示為殺細(xì)胞性感染,病毒大量繁殖 
4.研究藥物對(duì)細(xì)胞代謝的影響： 
曹俊嶺等[27 ]用微量熱法研究人參皂苷對(duì)小鼠脾淋巴細(xì)胞的影響,并用MTT 法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本*,人參皂苷能增加脾淋巴細(xì)胞的生物熱活性,。目前利用微量熱技術(shù)對(duì)腫瘤細(xì)胞等病變細(xì)胞的研究是這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 
研究癌細(xì)胞的代謝產(chǎn)熱及藥物對(duì)其影響,對(duì)于研究癌細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝規(guī)律和抗癌藥物篩選等均有重要意義,。李莉等[28 ]研究了高溫及抗癌藥卡莫氟對(duì)卵巢癌細(xì)胞的影響,。利用微量熱法測(cè)定細(xì)胞代謝熱的變化,并利用透射電鏡觀察其形態(tài)的變化。通過(guò)對(duì)宏觀及微觀兩方面的研80 藥物生物技術(shù)第17 卷第1 期　究表明高溫和抗癌藥均能使卵巢癌細(xì)胞凋亡和壞死,兩者具有協(xié)同作用,。周暉等[29 ] 利用微量熱技術(shù)研究了高溫對(duì)肝癌細(xì)胞系Bel 7402 代謝熱的影響,通過(guò)熒光顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化,并采用流式細(xì)胞術(shù)研究凋亡細(xì)胞的百分比,。結(jié)果表明微量熱技術(shù)可以與其他技術(shù)相結(jié)合,更有效的說(shuō)明細(xì)胞生長(zhǎng)代謝的狀態(tài)。 
5.研究細(xì)胞代謝與凋亡過(guò)程 
微量熱技術(shù)與透射電鏡結(jié)合可以研究細(xì)胞代謝與凋亡過(guò)程,在測(cè)定過(guò)程中插入電極,如pH 電極和氧電極,可同時(shí)測(cè)定過(guò)程中pH 值和氧濃度的變化 
6.細(xì)胞呼吸爆發(fā)的微量量熱研究:
? 微量量熱法為細(xì)胞呼吸爆發(fā)的研究提供為定量測(cè)量方法,，微量熱分析可以繪制生物體生長(zhǎng)熱譜圖,通過(guò)建立數(shù)學(xué)生長(zhǎng)模型,可以得到生長(zhǎng)速率常數(shù)k,zui小抑菌濃度MIC,zui大發(fā)熱功率Pm,及總發(fā)熱量Qtot等一系列熱動(dòng)力學(xué)參數(shù),能定性和定量的說(shuō)明問(wèn)題,。 
7.使用微量量熱法研究藥物對(duì)細(xì)胞的抑制與保護(hù)作用
8.使用微量量熱法可檢測(cè)細(xì)胞活性： 
9.細(xì)胞不同代謝研究：細(xì)胞不同代謝類型的熱化學(xué)研究, 鑒別靜息細(xì)胞代謝的新方法 
10.微量量熱法測(cè)定細(xì)菌生長(zhǎng)的熱譜 
11.微量量熱法對(duì)細(xì)菌zui低生長(zhǎng)溫度的研究 
12. 無(wú)論是合成代謝還是分解代謝都能被檢測(cè)分析 
13.毒理性應(yīng)用: CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀適用于zui常見的實(shí)驗(yàn)將包括比較新型化合物與其他已知不同毒理標(biāo)準(zhǔn)的代謝反應(yīng).
CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀適用于藥物研發(fā)和代謝研究，并在細(xì)胞代謝總體狀況監(jiān)測(cè)中提供一個(gè)真正的表型反應(yīng),。CalScreener還可進(jìn)一步適用于毒理學(xué)試驗(yàn),，工藝開發(fā)和環(huán)境監(jiān)測(cè),。數(shù)據(jù)獲取的無(wú)標(biāo)記原理使得CalScreener適用于更廣的細(xì)胞科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。
CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀可被用作不同生物系統(tǒng)的篩選工具,。任何類型的培養(yǎng)細(xì)胞,、酵母和培養(yǎng)細(xì)菌均可能使用。CaScreener直接描述測(cè)量代謝率的熱功率,，還可監(jiān)測(cè)合成代謝過(guò)程與分解代謝過(guò)程,。 
CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀可用于多種代謝率變化的應(yīng)用類型如化合物篩選、鉛物質(zhì)優(yōu)化,、生物利用度研究,、細(xì)胞毒性研究、生物制藥工藝優(yōu)化和抗生素研發(fā),。 
CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀可有效地監(jiān)測(cè)由物理,、化學(xué)和生物刺激引起的生物過(guò)程變化。代謝活性變化將引起細(xì)胞,、組織或生物體的熱耗散變化,。根據(jù)對(duì)生物過(guò)程涉及到不同動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)期，下圖是不同細(xì)胞過(guò)程在不同熱功率隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化的理想案例,。

CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀是便捷使用的微量量熱測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，本設(shè)備設(shè)計(jì)采用的calPlate微滴定板系統(tǒng)合適細(xì)胞生長(zhǎng)和分析。 系統(tǒng)亮點(diǎn)：  該CalScreener細(xì)胞微量熱分析在生命科學(xué)領(lǐng)域中具有*的優(yōu)勢(shì)：  1.微量量熱法優(yōu)勢(shì)：  1.1 在測(cè)量中不用添加任何試劑,能直接監(jiān)測(cè)生物體系所固有的代謝過(guò)程,不會(huì)引入干擾生物體系正?；顒?dòng)和代謝的因素; 1.2 不需要制成透明清澈的溶液,可直接測(cè)量離體的組織和懸浮液;  1.3 在微量熱實(shí)驗(yàn)之后,研究對(duì)象沒(méi)有任何破壞,樣品還可以做進(jìn)一步的分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究;  1.4 實(shí)時(shí),、動(dòng)態(tài)、在線;  1.5 方法靈敏,、準(zhǔn)確,、高通量、普適性好,。  2.*款專為細(xì)胞生物學(xué)而研制的多通道,、納瓦級(jí) 細(xì)胞微量量熱系統(tǒng)，適用于任何類型的培養(yǎng)細(xì)胞,、酵母和培養(yǎng)細(xì)菌. 3. 性能的溫度控制和穩(wěn)定性  CalScreener多通道細(xì)胞微量量熱儀系統(tǒng)微量量熱檢測(cè)極限優(yōu)于50 nW,，培養(yǎng)細(xì)胞檢出孔功率范圍也在3～10uW 4.獨(dú)立于細(xì)胞形態(tài)的無(wú)標(biāo)記檢測(cè)  5. 可測(cè)量細(xì)胞代謝產(chǎn)生的熱量，真正的表型應(yīng)答測(cè)量  6.可以細(xì)胞代謝和生物能量熱量進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)性測(cè)量  當(dāng)前許多現(xiàn)有的細(xì)胞生物分析技術(shù)依賴于“終點(diǎn)”測(cè)量,，其中的數(shù)據(jù)為點(diǎn)數(shù)據(jù),，如報(bào)告基因檢測(cè)。 calScreener采集連續(xù)的數(shù)據(jù)流,，以促進(jìn)動(dòng)力學(xué)行為研究，比如細(xì)胞生長(zhǎng)或者凋亡,。連續(xù)讀出方式更容易找到感興趣的時(shí)間點(diǎn)用來(lái)測(cè)量細(xì)胞活動(dòng),。  7.無(wú)需通路和具體目標(biāo)功能的先驗(yàn)知識(shí)  8.無(wú)需了解途徑相互作用,，便可同時(shí)測(cè)量協(xié)多元化合物的協(xié)同效應(yīng)  主要應(yīng)用領(lǐng)域  SymCel*臺(tái)于細(xì)胞分析而研制的微量熱量計(jì)，不僅適合的細(xì)胞代謝研究,，而且還應(yīng)用于新藥物探索研發(fā), 藥物研發(fā),。  ●化合物篩選  ●先導(dǎo)[化合]物優(yōu)化  ●弓形蟲研究  ●生物制藥工藝優(yōu)化  ●抗生素的發(fā)展  ●環(huán)境監(jiān)測(cè) 藥物研發(fā) 1.1生物利用度—你的化合物能夠影響活體細(xì)胞嗎？  1.2靶目標(biāo)確認(rèn)  1.3命中驗(yàn)證,；快速評(píng)估細(xì)胞作用影響  1.4在線毒性試驗(yàn)命中化合物快速過(guò)濾  1.5先導(dǎo)[化合]物優(yōu)化 蛋白生產(chǎn) 2.1高產(chǎn)克隆鑒定  2.2培養(yǎng)條件優(yōu)化 毒理學(xué) 3.1研究過(guò)程早期識(shí)別毒性事件 基礎(chǔ)研究 4.1代謝監(jiān)測(cè)  4.2增殖試驗(yàn)  4.3其他  系統(tǒng)應(yīng)用原理  物理,、化學(xué)或生物刺激引起生物過(guò)程預(yù)期的代謝變化使用微量量熱法都可進(jìn)行有效的分析。 calPlate包括單個(gè)密封罩杯,，用于保持培養(yǎng)細(xì)胞放置于一個(gè)恒溫室裝置中,，且目標(biāo)溫度值設(shè)置精度在幾千開爾文之內(nèi)。  罩杯?？吭跓嵬繖z測(cè)傳感器即熱電偶之上,。傳感器連接到一個(gè)相比于細(xì)胞培養(yǎng)罩杯質(zhì)量大許多的散熱片中。 所有產(chǎn)生的熱量將被轉(zhuǎn)移至散熱片,，從而引起熱電偶傳感器信號(hào)正比例于熱流通量,。 因此，所測(cè)熱量是獨(dú)立于相關(guān)的模型系統(tǒng)或過(guò)程,。我們擁有一個(gè)無(wú)標(biāo)記、實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng),，可以應(yīng)用于更廣泛的生物系統(tǒng)檢測(cè)領(lǐng)域,。  (1) 量熱法主要原理是測(cè)量由生物過(guò)程化學(xué)干預(yù)新陳代謝變化所引起的產(chǎn)熱變， 以及其他產(chǎn)生熱功率變化的誘導(dǎo)過(guò)程類型也可被監(jiān)測(cè),， 比如制藥生產(chǎn)中蛋白過(guò)表達(dá),。calScreener是基于培養(yǎng)細(xì)胞的熱反應(yīng)測(cè)量，且不依賴于任一具體或繁瑣的試驗(yàn)配方,。 由于無(wú)須添加底物或事先了解具體途徑和靶目標(biāo),，因此，將大幅地縮減實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間及獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的花費(fèi),。  (2) calScreener產(chǎn)品的多樣性和速度使得其可被用于更廣的代謝試驗(yàn)應(yīng)用范圍,。通過(guò)添加化學(xué)或生物化合物， calScreener可以檢測(cè)到代謝率變化,，并提供一個(gè)可直接測(cè)量細(xì)胞過(guò)程的方法,，特別是無(wú)需了解代謝途徑的先驗(yàn)知識(shí) 或物質(zhì)效應(yīng)篩選的作用機(jī)理。  (3) calScreener是*適用于監(jiān)測(cè)三維培養(yǎng)細(xì)胞反應(yīng)和行為的新興研究興趣方向,，無(wú)標(biāo)記系統(tǒng)是*獨(dú)立的樣本形態(tài),。 基于三維培養(yǎng)的球形矩陣可用于研究細(xì)胞反應(yīng)和生物能量學(xué)。 calScreener不只限于上述這些應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用領(lǐng)域僅僅由科學(xué)家的想象力所局限,。我們大力鼓勵(lì)您能與我們討論無(wú)標(biāo)記 細(xì)胞分析想法和必要條件,。 系統(tǒng)組成部分 熱電偶傳感控制系統(tǒng)模塊 48孔標(biāo)準(zhǔn)板calplate樣品恒溫槽 calplate樣品容器池是為保證calScreener系統(tǒng)性能正確而量身定制的耗材系列，作為樣本容器,， calPlate設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的微量滴定板格式,。系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)風(fēng)格很適合細(xì)胞生長(zhǎng)與熱量測(cè)量的兩者需求。 calPlate系統(tǒng)不僅使用方便,、節(jié)約成本,，而且同時(shí)可zui大限度地減少環(huán)境負(fù)荷。 calplate樣品容器池適合粘壁細(xì)胞測(cè)試如肌肉,、脂肪,、腎臟、卵巢,、肝臟等粘壁細(xì)胞,。 48孔格式可同時(shí)對(duì)32個(gè)樣本細(xì)胞以2×8位置進(jìn)行測(cè)量，以便用作熱量測(cè)量參考以提升測(cè)量靈敏度和性能,。  calPlate包括單個(gè)密封罩杯,，用于保持培養(yǎng)的細(xì)胞放置于一個(gè)恒溫室裝置中，且目標(biāo)溫度值設(shè)置精度在幾千開爾文之內(nèi),。 3.CalView數(shù)據(jù)采集與分析軟件  內(nèi)部開發(fā)的應(yīng)用軟件具有用戶友好圖形界面,，它允許用戶每個(gè)試驗(yàn)孔的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 并可同時(shí)觀察所有試驗(yàn)過(guò)程的圖形窗口,，以及單項(xiàng)試驗(yàn)圖的近視圖,。  數(shù)據(jù)采集圖  數(shù)據(jù)分析圖  主要技術(shù)品規(guī) 檢測(cè)原理 對(duì)稱差熱通量量熱法(Symmetric differential heat flux calorimetry) 工作溫度 環(huán)境實(shí)驗(yàn)溫度 數(shù)據(jù)采樣 連續(xù)的實(shí)時(shí)讀取 數(shù)據(jù)采集溫度 37℃ calPlate檢測(cè)微孔板 標(biāo)準(zhǔn)微孔板尺寸 樣品數(shù) 48孔，同步進(jìn)行32個(gè)細(xì)胞采樣（32 simultaneous cell samples）,，16內(nèi)參考點(diǎn) 樣品量 200-300μL介質(zhì),貼壁細(xì)胞（推薦）,，懸浮細(xì)胞、酵母和細(xì)菌放入沉淀溶液中也可以 分析的細(xì)胞類型 本儀器zui初研發(fā)目的是用于分析粘壁真核細(xì)胞,，但也可用于所有懸浮或粘壁細(xì)胞類型包括細(xì)菌和酵母 測(cè)量細(xì)胞反應(yīng)類型 細(xì)胞代謝的所有類型變化都可以被監(jiān)測(cè)到,。calScreener能夠測(cè)量代謝率的組合變化，絕大多數(shù)細(xì)胞過(guò)程如細(xì)胞死亡和細(xì)胞增殖極大地影響到細(xì)胞代謝,。  更微妙的過(guò)程如細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也引起代謝更新變化,。因此，使用量熱技術(shù)方法探測(cè)重要的或微秒的細(xì)胞活動(dòng)是一個(gè)*的技術(shù)方法,。  SymCel公司的calScreener產(chǎn)品設(shè)計(jì)是為細(xì)胞生物學(xué)研究領(lǐng)域提供一個(gè)高精度,、高靈敏、易用的微量熱計(jì)量系統(tǒng),。 它為科研學(xué)家和藥物開發(fā)打開了一個(gè)新設(shè)立的研究機(jī)遇,。 微量熱檢測(cè)極限 小于50nW(納瓦),，典型細(xì)胞熱量輸出范圍是：3 – 10uW(微瓦),因?yàn)榭梢詸z測(cè)分析所有類型細(xì)胞微量熱量.  Detection limit better than 50nW; well within the limits since a typical thermal output from  a culture of cells this size is in the range of 3 – 10uW 測(cè)量單元  控制單元 395(W)×370(H)×850(D) mm 365(W)×153(H)×350(D) mm（維度尺寸包括電纜）(W×H×D; mm) 平均的溫度波動(dòng) 平均的溫度波動(dòng)小于±6μK 溫度漂移 ±60μK calView數(shù)據(jù)采集軟件操作系統(tǒng) Windows操作系統(tǒng) calResult數(shù)據(jù)分析包操作系統(tǒng) Windows操作系統(tǒng)