在整个 18 世纪，许多科学家都在质疑热的本质。Isaac Newton 认为，热量通过粒子的振动进行传递，而 Robert Hooke 则认为，热量是物体的一种属性，由其各部分的运动产生。1 不过，在热测量历史中，广为人知的首位贡献者是苏格兰医生兼化学家 Joseph Black。1 1761 年，他通过精确测量发现，对处于熔点的冰或处于沸点的水加热不会导致温度变化。1 他的观察使他成为第一个区分温度和热量的科学家，标志着热力学的开端。

继 Joseph Black 之后，许多重要的科学家为量热法和微量热法的发现做出了贡献。Antoine Lavoisier 于 1789 年建造了第一台量热仪，并利用收集到的数据确定，呼吸过程是一种燃烧反应。1 但是，James Prescott Joule 被认为是首位精确测量热量的人。1841 年，他确定了热量的机械当量，即每卡路里做功 4.184 焦耳，可使 1 磅水的温度升高 1 华氏度。1 Joule 的研究证明，热是一种可测量的能量形式。总之，这些重要的里程碑引领我们发展了现代量热法和微量热法。

对现代量热法的首个重大贡献是 20 世纪 20 年代末的用于测量合金混合热的 Kawakami 量热仪。1 近十年后，第一台绝热反应量热仪问世，用于测量金属互化物的直接合成过程。 1 随着技术的进步，测量纳米级反应的能力也得以发展，并被称为微量热法。

微量热法对于评估和推导与物体的状态变化（如由化学反应或物理变化引起）相关的热传递至关重要。近年来，该技术在分子相互作用的生物物理表征中变得尤为有用，以帮助了解结构与功能之间的关系。这些测量的特性包括：

• 焓
• 平衡常数
• 熵
• 吉布斯自由能
• 结合化学计量学

与结构信息相结合，微量热法提供了合理药物设计所必需的大量关键信息。

目前，等温滴定量热仪 (ITC) 和纳米差示扫描量热仪 (DSC) 等高灵敏度微量热仪是最受欢迎的应用仪器。ITC 已成为测量反应过程中释放或消耗热量的主要工具，其受欢迎的原因在于该仪器能够直接快速地确定所有热力学参数，而无需化学标记或固定。2 这使得 ITC 成为一个出色的溶液内检测方法，可用于各种应用中的浑浊、有色溶液或特定悬浮液。2

Nano DSC 被认为是热分析（包括分析材料的热性质和生物分子的熔化温度）中最重要的方法之一。³ 收集的数据非常有助于药物的设计和开发。

这些量热仪易用并配有不同的数据分析软件，可进行更精确的有助于整体分析的测量。

在药物研发过程中，了解药物如何与靶点相互作用至关重要。其特征是，在进入预配方研发的后期阶段使用 ITC 充分了解相互作用背后的驱动力，之后再实施进一步的研发。在大多数情况下，研发目标是获得可与其靶标特异性结合的药物。这将有助于减少任何不必要的副作用。

可根据所表征的相互作用热力学曲线确定结合特异性。结合自由能 (ΔG) 由焓 (ΔH) 和熵 (ΔS) 两部分组成。由熵贡献驱动的相互作用更具特异性，原因是该热量来自 Van der Waals 相互作用和在结合口袋中形成的氢键，不同于作为熵贡献一部分的由疏水相互作用所驱动的相互作用。ITC 还可用于研究酶动力学，而无需任何染料或固定。

酶是一类特殊的治疗药物，因为它们不仅与靶点结合，而且还将靶点转化为产物。在酶学实验中，ITC 可用于监测酶在此过程中产生的热量。通过分析，我们可确定 Vmax（最大催化速率）和 Km（达到半最大速率所需的底物浓度）。研发中可利用这些数值来生产具有更高效力和特异性的酶。

在研发进程中筛选出一批候选产品并准备进行深入研究时，了解分子的构象稳定性和高阶结构非常重要。这将作为分子在不同研发阶段的基准。测量该基准的标准方法是通过 Nano DSC 确定其 T_M（或熔化温度）。生物分子的 T_M 取决于配方缓冲液。通常的做法是测试不同的 pH、盐浓度、赋形剂和表面活性剂，在筛查中查看分子在特定条件下处于稳定还是不稳定状态。然后对配方进行修改，直到达到所需 T_M 的同时可将凝聚降至最低。此外，在生产过程中对高阶结构进行监控同样至关重要，以最大限度降低批次间差异并确保生产出所需的产品。

总之，微量热法在促进对材料和生物过程的理解方面有着悠久的创新历史。如今，在生物药物研发中使用的微量热法工具和技术让研究人员能够检测和开发挽救生命的药物。ITC 和 Nano DSC 是有助于了解生物分子如何与其暴露的环境相互作用的两种测量方法，可在药物研发周期中提供关键见解。