細胞熱力學監(jiān)測分析系統(tǒng)是一個為科研者提供在天然環(huán)境中進行細胞生物能量測量無標記、實時檢測分析工具，此系統(tǒng)利用活體細胞熱流測量監(jiān)測代謝變化的技術(shù)實時監(jiān)測、分析細胞熱譜曲線的變化，實時、連續(xù)監(jiān)測細胞發(fā)熱功率和生物能量代謝產(chǎn)生熱量的變化，并進行實時、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)應用廣泛，可以進行包括細胞代謝分析、氧呼吸測定、藥物代謝分析、線粒體有氧代謝和糖酵解等功能的細胞代謝。

細胞熱力學監(jiān)測分析系統(tǒng)概述： 

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

發(fā)明了業(yè)界*款多通道、高靈敏、無需標記的CalScreener細胞代謝和生物能量實時連續(xù)監(jiān)測分析系統(tǒng)，集高靈敏度和優(yōu)異的基線穩(wěn)定性于一身。

該系統(tǒng)可以進行包括細胞代謝分析、氧呼吸測定、藥物代謝分析、線粒體有氧代謝和糖酵解等功能的細胞代謝和生物能力所有類型的變化。
通過特殊的48孔細胞培養(yǎng)微孔板設計，在測量時臨時形成的微環(huán)境中，利用無創(chuàng)的熱傳感器同步地實時探測溶解氧和pH值變化，從而快速了解細胞內(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，細胞化學反應是一定伴隨熱量的變化，利用實時監(jiān)測、分析細胞熱譜曲線的變化，實時、連續(xù)監(jiān)測細胞發(fā)熱功率和生物能量代謝產(chǎn)生熱量的變化，并進行實時、連續(xù)分析。 
細胞熱力學監(jiān)測分析系統(tǒng)功能：
該系統(tǒng)一個為科研者提供在天然環(huán)境中進行細胞生物能量測量的無標記、實時檢測分析工具，可實現(xiàn)對細胞、酵母、細菌生物能量與代謝的微量熱進行實時連續(xù)數(shù)據(jù)監(jiān)測分析, 監(jiān)測分析代謝過程變化。提供重要的細胞熱動力學數(shù)據(jù).
對物理、化學或生物刺激引起生物過程預期的代謝變化都可進行有效的分析.
事實已證明微量熱技術(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檢測細胞的代謝混亂。

1. 研究線粒體的功能和代謝機制:

線粒體是細胞中極為重要的細胞器。在生命體能量代謝過程中,除一部分能量用于ATP 合成外,其余則以熱的 
形式釋出。用CalScreener精密量熱計可測量線粒體代謝過程中的熱量輸出,此方法對研究線粒體的功能和代謝機制具有十分重要的意義.
ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫符號，它是各種活細胞內(nèi)普遍存在的一種高能磷酸化合物.
武漢大學目前已經(jīng)建立了一系列數(shù)學模型,用于線粒體熱動力學參數(shù)的研究。目前已研究了呼吸鏈阻斷劑[20 ] 、毒物[21 ] 、稀土[22 ]等對線粒體代謝影響的動力學和熱力學特征。朱軍成等[23 ] 研究了路化汞對鯉魚線粒體的影響,結(jié)果顯示路化汞在低濃度下促進線粒體代謝,伴有強烈的解偶聯(lián)效應,而高濃度*抑制,磷酸化系統(tǒng)失效。此研究說明路化汞對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對代謝過程中多項指標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用提供了較好的佐證。
2.監(jiān)測細胞的代謝過程，研究產(chǎn)熱量與細胞代謝之間的內(nèi)在:
細胞在生長過程中,營養(yǎng)物質(zhì)氧化會產(chǎn)生能量,并通過代謝zui終以熱的形式釋放出來。靈敏的微量熱儀可以通過 
監(jiān)測細胞的代謝過程研究產(chǎn)熱量與細胞代謝之間的內(nèi)在。

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

—病變癌癥細胞熱功率大于正常細胞熱功率。 
譚安民等[25] 研究正常細胞和HIV 1 病毒感染的細胞的微量熱譜圖,發(fā)現(xiàn)病毒感染細胞的代謝熱明顯高于正常細胞。劉欲文等[26 ] 研究了兩種細胞分別被不同病毒感染,一種細胞感染后比未感染的代謝熱高20 % ,提示為*感染;而另一種細胞感染后代謝熱明顯增大,提示為殺細胞性感染,病毒大量繁殖 
4.研究藥物對細胞代謝的影響： 
曹俊嶺等[27 ]用微量熱法研究人參皂苷對小鼠脾淋巴細胞的影響,并用MTT 法對實驗結(jié)果進行驗證,兩種實驗結(jié)果基本*,人參皂苷能增加脾淋巴細胞的生物熱活性。目前利用微量熱技術(shù)對腫瘤細胞等病變細胞的研究是這一領域的熱點。 
研究癌細胞的代謝產(chǎn)熱及藥物對其影響,對于研究癌細胞的生長代謝規(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卵巢癌細胞的影響。利用微量熱法測定細胞代謝熱的變化,并利用透射電鏡觀察其形態(tài)的變化。通過對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)研究了高溫對肝癌細胞系Bel 7402 代謝熱的影響,通過熒光顯微鏡觀察細胞形態(tài)學變化,并采用流式細胞術(shù)研究凋亡細胞的百分比。結(jié)果表明微量熱技術(shù)可以與其他技術(shù)相結(jié)合,更有效的說明細胞生長代謝的狀態(tài)。 
5.研究細胞代謝與凋亡過程 
微量熱技術(shù)與透射電鏡結(jié)合可以研究細胞代謝與凋亡過程,在測定過程中插入電極,如pH 電極和氧電極,可同時測定過程中pH 值和氧濃度的變化 
6.細胞呼吸爆發(fā)的微量量熱研究:
? 微量量熱法為細胞呼吸爆發(fā)的研究提供為定量測量方法，微量熱分析可以繪制生物體生長熱譜圖,通過建立數(shù)學生長模型,可以得到生長速率常數(shù)k,zui小抑菌濃度MIC,zui大發(fā)熱功率Pm,及總發(fā)熱量Qtot等一系列熱動力學參數(shù),能定性和定量的說明問題。 
7.使用微量量熱法研究藥物對細胞的抑制與保護作用
8.使用微量量熱法可檢測細胞活性： 
9.細胞不同代謝研究：細胞不同代謝類型的熱化學研究, 鑒別靜息細胞代謝的新方法 
10.微量量熱法測定細菌生長的熱譜 
11.微量量熱法對細菌zui低生長溫度的研究 
12. 無論是合成代謝還是分解代謝都能被檢測分析 
13.毒理性應用: CalScreener多通道細胞微量量熱儀適用于zui常見的實驗將包括比較新型化合物與其他已知不同毒理標準的代謝反應.
CalScreener多通道細胞微量量熱儀適用于藥物研發(fā)和代謝研究，并在細胞代謝總體狀況監(jiān)測中提供一個真正的表型反應。CalScreener還可進一步適用于毒理學試驗，工藝開發(fā)和環(huán)境監(jiān)測。數(shù)據(jù)獲取的無標記原理使得CalScreener適用于更廣的細胞科學應用領域。
CalScreener多通道細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)細胞、酵母和培養(yǎng)細菌均可能使用。CaScreener直接描述測量代謝率的熱功率，還可監(jiān)測合成代謝過程與分解代謝過程。 
CalScreener多通道細胞微量量熱儀可用于多種代謝率變化的應用類型如化合物篩選、鉛物質(zhì)優(yōu)化、生物利用度研究、細胞毒性研究、生物制藥工藝優(yōu)化和抗生素研發(fā)。 
CalScreener多通道細胞微量量熱儀可有效地監(jiān)測由物理、化學和生物刺激引起的生物過程變化。代謝活性變化將引起細胞、組織或生物體的熱耗散變化。根據(jù)對生物過程涉及到不同動力學行為的預期，下圖是不同細胞過程在不同熱功率隨著時間推移而發(fā)生變化的理想案例。

CalScreener多通道細胞微量量熱儀是便捷使用的微量量熱測量監(jiān)測系統(tǒng)，本設備設計采用的calPlate微滴定板系統(tǒng)合適細胞生長和分析。 系統(tǒng)亮點：  該CalScreener細胞微量熱分析在生命科學領域中具有*的優(yōu)勢：  1.微量量熱法優(yōu)勢：  1.1 在測量中不用添加任何試劑,能直接監(jiān)測生物體系所固有的代謝過程,不會引入干擾生物體系正?；顒雍痛x的因素; 1.2 不需要制成透明清澈的溶液,可直接測量離體的組織和懸浮液;  1.3 在微量熱實驗之后,研究對象沒有任何破壞,樣品還可以做進一步的分析測試實驗研究;  1.4 實時、動態(tài)、在線;  1.5 方法靈敏、準確、高通量、普適性好。  2.*款專為細胞生物學而研制的多通道、納瓦級 細胞微量量熱系統(tǒng)，適用于任何類型的培養(yǎng)細胞、酵母和培養(yǎng)細菌. 3. 性能的溫度控制和穩(wěn)定性  CalScreener多通道細胞微量量熱儀系統(tǒng)微量量熱檢測極限優(yōu)于50 nW，培養(yǎng)細胞檢出孔功率范圍也在3～10uW 4.獨立于細胞形態(tài)的無標記檢測  5. 可測量細胞代謝產(chǎn)生的熱量，真正的表型應答測量  6.可以細胞代謝和生物能量熱量進行實時連續(xù)性測量  當前許多現(xiàn)有的細胞生物分析技術(shù)依賴于“終點”測量，其中的數(shù)據(jù)為點數(shù)據(jù)，如報告基因檢測。 calScreener采集連續(xù)的數(shù)據(jù)流，以促進動力學行為研究，比如細胞生長或者凋亡。連續(xù)讀出方式更容易找到感興趣的時間點用來測量細胞活動。  7.無需通路和具體目標功能的先驗知識  8.無需了解途徑相互作用，便可同時測量協(xié)多元化合物的協(xié)同效應  主要應用領域  SymCel*臺于細胞分析而研制的微量熱量計，不僅適合的細胞代謝研究，而且還應用于新藥物探索研發(fā), 藥物研發(fā)。  ●化合物篩選  ●先導[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 藥物研發(fā) 1.1生物利用度—你的化合物能夠影響活體細胞嗎？  1.2靶目標確認  1.3命中驗證；快速評估細胞作用影響  1.4在線毒性試驗命中化合物快速過濾  1.5先導[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 3.1研究過程早期識別毒性事件 基礎研究 4.1代謝監(jiān)測  4.2增殖試驗  4.3其他  系統(tǒng)應用原理  物理、化學或生物刺激引起生物過程預期的代謝變化使用微量量熱法都可進行有效的分析。 calPlate包括單個密封罩杯，用于保持培養(yǎng)細胞放置于一個恒溫室裝置中，且目標溫度值設置精度在幾千開爾文之內(nèi)。  罩杯?？吭跓嵬繖z測傳感器即熱電偶之上。傳感器連接到一個相比于細胞培養(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正比例于熱流通量。 因此，所測熱量是獨立于相關(guān)的模型系統(tǒng)或過程。我們擁有一個無標記、實時探測系統(tǒng)，可以應用于更廣泛的生物系統(tǒng)檢測領域。  (1) 量熱法主要原理是測量由生物過程化學干預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過程類型也可被監(jiān)測， 比如制藥生產(chǎn)中蛋白過表達。calScreener是基于培養(yǎng)細胞的熱反應測量，且不依賴于任一具體或繁瑣的試驗配方。 由于無須添加底物或事先了解具體途徑和靶目標，因此，將大幅地縮減實驗結(jié)果的時間及獲得實驗數(shù)據(jù)的花費。  (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應用范圍。通過添加化學或生物化合物， calScreener可以檢測到代謝率變化，并提供一個可直接測量細胞過程的方法，特別是無需了解代謝途徑的先驗知識 或物質(zhì)效應篩選的作用機理。  (3) calScreener是*適用于監(jiān)測三維培養(yǎng)細胞反應和行為的新興研究興趣方向，無標記系統(tǒng)是*獨立的樣本形態(tài)。 基于三維培養(yǎng)的球形矩陣可用于研究細胞反應和生物能量學。 calScreener不只限于上述這些應用領域，應用領域僅僅由科學家的想象力所局限。我們大力鼓勵您能與我們討論無標記 細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孔標準板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設計符合標準的微量滴定板格式。系統(tǒng)的標準化設計風格很適合細胞生長與熱量測量的兩者需求。 calPlate系統(tǒng)不僅使用方便、節(jié)約成本，而且同時可zui大限度地減少環(huán)境負荷。 calplate樣品容器池適合粘壁細胞測試如肌肉、脂肪、腎臟、卵巢、肝臟等粘壁細胞。 48孔格式可同時對32個樣本細胞以2×8位置進行測量，以便用作熱量測量參考以提升測量靈敏度和性能。  calPlate包括單個密封罩杯，用于保持培養(yǎng)的細胞放置于一個恒溫室裝置中，且目標溫度值設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)的應用軟件具有用戶友好圖形界面，它允許用戶每個試驗孔的實時數(shù)據(jù)， 并可同時觀察所有試驗過程的圖形窗口，以及單項試驗圖的近視圖。  數(shù)據(jù)采集圖  數(shù)據(jù)分析圖  主要技術(shù)品規(guī) 檢測原理 對稱差熱通量量熱法(Symmetric differential heat flux calorimetry) 工作溫度 環(huán)境實驗溫度 數(shù)據(jù)采樣 連續(xù)的實時讀取 數(shù)據(jù)采集溫度 37℃ calPlate檢測微孔板 標準微孔板尺寸 樣品數(shù) 48孔，同步進行32個細胞采樣（32 simultaneous cell samples），16內(nèi)參考點 樣品量 200-300μL介質(zhì),貼壁細胞（推薦），懸浮細胞、酵母和細菌放入沉淀溶液中也可以 分析的細胞類型 本儀器zui初研發(fā)目的是用于分析粘壁真核細胞，但也可用于所有懸浮或粘壁細胞類型包括細菌和酵母 測量細胞反應類型 細胞代謝的所有類型變化都可以被監(jiān)測到。calScreener能夠測量代謝率的組合變化，絕大多數(shù)細胞過程如細胞死亡和細胞增殖極大地影響到細胞代謝。  更微妙的過程如細胞信號轉(zhuǎn)導也引起代謝更新變化。因此，使用量熱技術(shù)方法探測重要的或微秒的細胞活動是一個*的技術(shù)方法。  SymCel公司的calScreener產(chǎn)品設計是為細胞生物學研究領域提供一個高精度、高靈敏、易用的微量熱計量系統(tǒng)。 它為科研學家和藥物開發(fā)打開了一個新設立的研究機遇。 微量熱檢測極限 小于50nW(納瓦)，典型細胞熱量輸出范圍是：3 – 10uW(微瓦),因為可以檢測分析所有類型細胞微量熱量.  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 平均的溫度波動小于±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)