Life Science in der thermischen Analyse

Ein Fokus auf DSC, TGA und STA

In der Welt der Life Sciences sind Präzision und Zuverlässigkeit nicht nur wünschenswert, sondern absolut notwendig. Die thermische Analyse bietet genau das – eine Möglichkeit, die Eigenschaften von Materialien und Substanzen mit einer Genauigkeit zu verstehen, die für die Entwicklung von Pharmazeutika, Biotechnologie und verwandten Bereichen unerlässlich ist.

Insbesondere drei Methoden stehen im Mittelpunkt:

• DSC (Differential Scanning Calorimetry),
• TGA (Thermogravimetric Analysis) und
• STA (Simultaneous Thermal Analysis).

Differential Scanning Calorimetry (DSC)

DSC ist eine Technik, die die Wärme, die von einer Probe aufgenommen oder abgegeben wird, misst und analysiert. In den Life Sciences ist diese Methode für das Verständnis von Protein-Faltung und –Denaturierung, Lipidmembran-Phasenübergängen und der Stabilität von Arzneimitteln verantwortlich.

Die Fähigkeit, thermische Ereignisse wie Schmelz- und Glasübergänge zu identifizieren, ist für die Charakterisierung von Biomolekülen und deren Interaktionen von unschätzbarem Wert.

Thermogravimetric Analysis (TGA)

TGA misst die Masseänderung einer Probe über die Zeit bei einer kontrollierten Temperaturerhöhung. Diese Methode ist besonders nützlich, um den Trocknungsverlust zu bestimmen – ein kritischer Parameter in der Qualitätskontrolle vieler Produkte.

Der Trocknungsverlust gibt Aufschluss über den Feuchtigkeitsgehalt und die Präsenz flüchtiger Bestandteile in einer Probe, was für die Formulierung und Lagerung von pharmazeutischen Produkten entscheidend sein kann.

Simultaneous Thermal Analysis (STA)

STA vereint DSC und TGA in einem einzigen Analysevorgang. Diese simultane Messung von Wärme- und Masseänderungen bietet einen umfassenden Einblick in das Verhalten von Materialien unter thermischer Belastung. Für Wissenschaftler in den Life Sciences bedeutet dies eine Zeitersparnis und eine Erhöhung der Datenqualität, da beide Eigenschaften gleichzeitig gemessen werden.

Anwendung und Bedeutung der Thermoanalyse in Life Science

• Protein-Faltung: Thermische Analyse hilft bei der Untersuchung der Faltung und Denaturierung von Proteinen. Dies ist entscheidend, um ihre Funktion und Stabilität zu verstehen.

• Lipidmembran-Studien: Die Untersuchung der Phasenübergänge in Lipidmembranen und deren Wechselwirkungen mit Proteinen oder Medikamenten kann durch thermische Analyse erfolgen.

• Arzneimittelentwicklung: Durch die Bestimmung der Schmelzpunkte und Kristallisationsverhalten von Arzneimitteln können Wissenschaftler deren Stabilität und Löslichkeit optimieren.

• Polymorphie: Thermische Analyse kann verwendet werden, um verschiedene kristalline Formen eines Moleküls zu identifizieren, was in der Pharmaindustrie von großer Bedeutung ist.

• Enzymkinetik: Die Aktivität von Enzymen kann temperaturabhängig sein. Durch thermische Analyse können optimale Bedingungen für enzymatische Reaktionen bestimmt werden.

• Bindungsstudien: Thermische Analyse kann Aufschluss über die Bindungsenergien und -affinitäten zwischen Molekülen geben, was für die Medikamentenentwicklung wichtig ist.

• Materialprüfung: In der regenerativen Medizin und Gewebezüchtung können Materialien für Implantate und Scaffolds mit thermischer Analyse getestet werden.

• Qualitätskontrolle: In der pharmazeutischen Industrie wird thermische Analyse zur Qualitätskontrolle eingesetzt, um die Konsistenz und Qualität von Produkten zu gewährleisten.

• Studium von Biomaterialien: Die Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Biomaterialien, wie Hydrogele und Biopolymere, ist entscheidend für ihre Anwendung in der Medizin und Biotechnologie.

• Thermische Stabilität: Die Bestimmung der thermischen Stabilität von Biomolekülen, insbesondere in der Biotechnologie, ist entscheidend für die Lagerung und Formulierung.