Techniklexikon

Mikrokalorimetrie

Laserphysik und -technik, technisch verfeinertes Verfahren der Kalorimetrie, welches mit Probenmengen im Bereich von mg und sogar mg auskommt. Diese Entwicklung war essentiell für die Anwendung der Kalorimetrie in der molekularen Biophysik zur Untersuchung der thermodynamischen Eigenschaften von Biomakromolekülen und ihrer Aggregate in wässriger Lösung und im festen Zustand (orientierte Schichten, Kristalle, dehydratisierte Formen). Selbst kleine hochgereinigte Mengen biologisch interessanter Moleküle erforden schnell einen hohen Arbeits- bzw. Kostenaufwand.

Mit der Methode der Mikrokalorimetrie kann man die Wärmekapazität einer kleinen biologischen Probe im Temperaturintervall von 2-400 K messen, die Enthalpien und die charakteristischen Temperaturen der Konformationsübergänge (Konformation) der untersuchten Makromoleküle bestimmen als auch die Menge und den Zustand des Hydratwassers analysieren (Hydratation). Ein wesentliches Resultat der Mikrokalorimetrie besteht darin, dass die Wärmekapazität von Proteinen zwischen den beiden Temperaturen der Kälte- und Hitze-Denaturierung nicht von der Temperatur abhängt.

Das Mikrokalorimeter arbeitet nach dem adiabatischen Prinzip, die Probe wird thermodynamisch von der Umgebung isoliert. Die Untersuchung erfolgt in der Regel im Regime des Wärmestosses oder der langsamen stetigen Erwärmung. Im letzteren Fall kann direkt die Wärmekapazität aufgezeichnet werden (differential scanning microcalorimetry (DSM), Heizrate im Gleichgewichtsregime » 1 K / Stunde). Die Küvettengrösse liegt im Bereich von 0,1-1 cm³, so dass von einer hohen Konzentration des untersuchten Moleküls im Vergleich zum physiologischen Zustand ausgegangen werden muss. Die Genauigkeit kann je nach technischem Aufwand in der Temperaturmessung 10^-1 K und in der Leistung 10^-7 Watt erreichen.