stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
مقياس الحرارة الدقيق متساوي الحرارة
المنهجية الأساسية > إدخال العينة

بعد تثبيت درجة الحرارة، إذا استُخدمت أمبولة مُجهزة خارجيًا (أو بعض العينات الصلبة ذات أبعاد الأمبولة)، يجري إدخالها ببطء (على سبيل المثال خفضها) في وحدة القياس الخاصة بالأداة، وعادةً ما يحدث ذلك على مراحل. الغرض من ذلك هو التأكد من أنه بحلول الوقت الذي تكون فيه الأمبولة/العينة في وضع القياس، تكون درجة حرارتها قريبة من درجة الحرارة القياسية (يُسمح بفرق في حدود 0.001 درجة مئوية). ويحدث ذلك بحيث يكون أي تدفق حراري يجري قياسه بعد ذلك نتيجة للعمليات في العينة وليس نتيجة لعملية مستمرة لجلب العينة إلى درجة الحرارة المحددة. الوقت اللازم لإدخال العينة في أمبولة IMC سعة 3-20 مل إلى موضع القياس هو تقريبًا 40 دقيقة في العديد من الآلات. وهذا يعني أن تدفق الحرارة من أي عمليات تجري داخل العينة خلال فترة الإدخال لن يجري تسجيله.
إذا استُخدمت أمبولة موضعية، وحُقن بعض العوامل أو العينات، فإن هذا يؤدي أيضًا إلى فترة من عدم الاستقرار، ولكنها في حدود 1 دقيقة. يوضح الشكل 5 أمثلة لكل من الفترة الطويلة اللازمة لتثبيت الجهاز إذا جرى إدخال أمبولة مباشرة، والفترة القصيرة من عدم الاستقرار بسبب الحقن.
المنهجية الأساسية > تسجيل البيانات

بعد عملية الإدخال، يمكن تسجيل تدفق الحرارة للعينة بدقة وبشكل مستمر، للمدة المطلوبة. إن الاستقرار الشديد للأجهزة المخصصة للبحث ( < ±100 μK/24h) يعني أنه يمكن إجراء قياسات دقيقة (وهذا يحدث غالبًا) لفترة تمتد لأيام. نظرًا لأن إشارة تدفق الحرارة قابلة للقراءة بشكل أساسي في الزمن الحقيقي، فهي وسيلة لتحديد ما إذا كان تدفق الحرارة المطلوب لا يزال يحدث أم لا. بالإضافة إلى ذلك، تقوم الأجهزة الحديثة بتخزين بيانات تدفق الحرارة مع الوقت في صورة ملفات حاسوب، وبالتالي فإن العرض الرسومي في الزمن الحقيقي والاسترجاعي والتحليل الرياضي للبيانات أمر ممكن.
قابلية الاستخدام

كما هو موضح أدناه، تتمتع أجهزة IMC بالعديد من المزايا كطريقة لتحليل العمليات، ولكن هناك أيضًا بعض التحذيرات التي يجب الانتباه إليها.
قابلية الاستخدام > المزايا > قابل للتطبيق على نطاق واسع

يمكن دراسة أي عملية معدل تغير إذا كانت العينات تتناسب مع الأبعاد الهندسية لجهاز IMC، وتستمر بمعدلات مناسبة لمنهجية IMC (انظر أعلاه). كما هو موضح أدناه تطبيقات، يُستخدم IMC لقياس نطاق واسع للغاية من عمليات معدل التغير في المختبر - على سبيل المثال استقرار الحالة الصلبة للبوليمرات (Hardison et al. 2003) لمعرفة فعالية المركبات الدوائية ضد الديدان الطفيلية (Maneck et al. 2011). يمكن لجهاز IMC أيضًا تحديد المعدل الإجمالي للتفاعلات غير المحددة أو المعقدة أو المتعددة (Lewis & Daniels). وهذا مفيد بشكل خاص للفحص المقارن - على سبيل المثال تأثير مجموعات مختلفة من تركيب المواد و/أو عمليات التصنيع على الاستقرار الفيزيائي والكيميائي العام.
قابلية الاستخدام > المزايا > في الزمن الحقيقي والمستمر

يمكن الحصول على بيانات تدفق الحرارة من جهاز IMC على هيئة تقلبات في الجهد مقابل الوقت، وتخزينها على هيئة ملفات حاسوب ويمكن عرضها بشكل أساسي في الزمن الحقيقي — أثناء حدوث عملية التغير. حيث ييكون الجهد المرتبط بتدفق الحرارة مستمرًا بمرور الوقت، ولكن في الأجهزة الحديثة لا يحدث قياس مستمر مع الزمن وإنما تُؤخذ عينات من القياسات عادةً رقميًا. يمكن التحكم في تردد أخذ العينات الرقمية حسب الحاجة - أي أخذ عينات متكررة من تغيرات تدفق الحرارة السريعة للحصول على دقة زمنية أفضل أو أخذ عينات أبطأ من التغييرات البطيئة من أجل الحد من حجم ملف البيانات.
قابلية الاستخدام > المزايا > حساس وسريع

تعتبر أجهزة IMC حساسة بدرجة كافية للكشف عن التفاعلات وقياسها في أوقات قصيرة (ساعات، أيام) والتي تستهلك فقط نسبة قليلة من المتفاعلات على مدى فترات طويلة (أشهر). وبالتالي، يتجنب جهاز IMC الانتظار الطويل اللازم غالبًا حتى يتراكم ما يكفي من مُنتَج التفاعل للاختبارات التقليدية (مثل الكيميائية). ينطبق هذا على العينات الفيزيائية والبيولوجية على حد سواء (انظر التطبيقات).
قابلية الاستخدام > المزايا > مباشر

في كل مجموعة من متغيرات العينة ودرجة الحرارة المحددة المطلوبة، يوفر جهاز IMC تحديدًا مباشرًا لحركية تدفق الحرارة ومعدل الحرارة التراكمي للعمليات. يؤدي هذا إلى تجنب أي حاجة إلى افتراض أن عملية التغير تظل كما هي عند تغيير درجة الحرارة أو المتغيرات الأخرى التي يجري التحكم فيها قبل قياس IMC.
قابلية الاستخدام > المزايا > بسيط

لإجراء مقارنات بين تأثير المتغيرات التجريبية (على سبيل المثال التركيزات الأولية) على عمليات التغيير، لا يتطلب جهاز IMC تطوير واستخدام طرق التحليل الكيميائية أو غيرها من الطرق. إذا كانت هناك حاجة إلى بيانات مطلقة (على سبيل المثال كمية المُنتَج الناتج بواسطة عملية ما)، فيمكن إجراء الاختبارات بالتوازي على عينات مطابقة لتلك المستخدمة في جهاز IMC (و/أو على عينات IMC بعد تشغيلات IMC). تُستخدم بيانات التحليل الناتجة لمعايرة بيانات معدل التغير التي نحصل عليها بواسطة جهاز IMC.
قابلية الاستخدام > المزايا > لا تداخل

لا يتطلب جهاز IMC إضافة علامات (على سبيل المثال، المواد الفلورية أو المشعة) لالتقاط عمليات معدل التغير. يمكن استخدام العينات غير المغشوشة، وبعد تشغيل IMC، تظل العينة دون تغيير (باستثناء العمليات التي حدثت). يمكن إخضاع العينة بعد IMC لأي نوع من التقييم الفيزيائي أو الكيميائي أو المورفولوجي أو أي تقييم آخر ذي أهمية.
قابلية الاستخدام > تحذيرات > البيانات المفقودة

كما هو موضح في وصف المنهجية، عندما يُستخدم طريقة IMC لإدخال أمبولة محكمة الغلق، فإنه من غير الممكن التقاط تدفق الحرارة لمدة 40 دقيقة أثناء إدخال العينة ببطء إلى درجة الحرارة المحددة. لذلك، في هذا الوضع، يكون جهاز IMC هو الأنسب لدراسة العمليات التي تبدأ ببطء أو تحدث ببطء عند درجة حرارة معينة. ينطبق هذا التحذير أيضًا على الوقت قبل الإدخال - أي الوقت المنقضي بين تحضير العينة (حيث قد تبدأ عملية معدل التغير) وبدء عملية إدخال IMC (Charlebois et al. 2003). يجري عادةً تقليل هذا التأثير الأخير إذا كانت درجة الحرارة المختارة لجهاز أعلى بشكل كبير (على سبيل المثال 37 درجة مئوية) من درجة الحرارة التي يجري بها تحضير العينة (على سبيل المثال 25 درجة مئوية).
قابلية الاستخدام > تحذيرات > البيانات غير ذات الصلة

يلتقط جهاز IMC إجمالي إنتاج أو استهلاك الحرارة الناتجة عن جميع العمليات التي تجري داخل العينة، بما في ذلك على سبيل المثال:
التغيرات المحتملة في الحالة الفيزيائية والكيميائية لأمبولة العينة نفسها؛ على سبيل المثال تقليل الضغط في المكونات المعدنية، وأكسدة المكونات البوليمرية.
تحلل وسط المزرعة يجري فيه دراسة عملية التمثيل الغذائي ونمو الخلايا الحية.
لذلك، يجب توخي عناية كبيرة في التخطيط والتصميم التجريبي لتحديد جميع العمليات المحتملة التي قد تحدث. غالبًا ما يكون من الضروري تصميم وإجراء دراسات أولية تهدف إلى تحديد ما إذا كانت هناك عمليات متعددة تحدث بشكل منهجي متزامن، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي مساهماتها في تدفق الحرارة الكلي. إحدى الاستراتيجيات، من أجل القضاء على بيانات تدفق الحرارة غير ذات الصلة، هي مقارنة تدفق الحرارة لعينة تجري فيها عملية معدل التغير المطلوبة مع تدفق عينة فارغة تتضمن كل شيء في العينة المطلوبة - باستثناء العنصر الذي سيخضع لعملية معدل التغير المطلوبة. يمكن إنجاز ذلك بشكل مباشر باستخدام أجهزة تحتوي على وحدات IMC مزدوجة الاتجاه والتي تُظهر فرق التدفق الحراري الصافي بين أمبولتين.
التطبيقات

بعد مناقشة بعض المصادر الخاصة بمعلومات تطبيقات جهاز IMC، وُجد أنه يُغطي العديد من الفئات المحددة لتحليل عمليات معدل التغير، وفيما يلي مناقشة لبعض الأمثلة الحديثة (مع المراجع المنشورة) في كل فئة.
التطبيقات > مصادر خاصة لمعلومات تطبيق IMC > كتيبات

تسرد قائمة الفهرس أربعة مجلدات موسعة من كتاب دليل التحليل الحراري والسعرات الحرارية: المجلد-1 المبادئ والممارسة (1998)، المجلد-2 تطبيقات على المواد غير العضوية والمتنوعة (2003)، المجلد-3 تطبيقات على البوليمرات والبلاستيك (2002)، والمجلد-4 من الجزيئات الكبيرة إلى الإنسان (1999). تشكل هذه المصادر مصدرًا رئيسيًا للمعلومات (والمراجع المنشورة) حول أمثلة لتطبيقات IMC المنشورة قبل عام 2000.
التطبيقات > مصادر خاصة لمعلومات تطبيق IMC > ملاحظات التطبيق

قام بعض مصنعي أجهزة IMC بتجميع ملاحظات التطبيق وجعلها متاحة للجمهور. الملاحظات في كثير من الأحيان (ولكن ليس دائمًا) هي تعديلات لأوراق بحثية من المجلات. ومن الأمثلة على ذلك كتاب Microcalorimetry Compendium المجلد I و II من إصدار TA Instruments، Inc. وهو مذكور في قائمة المراجع.
"البروتينات" القسم الأول من الملاحظات في المجلد I، لا يهم هنا، لأنه يصف الدراسات التي تستخدم قياس السعرات الحرارية بالمعايرة المتساوية الحرارة ITC. بينما الأقسام اللاحقة من المجلد I فتحتوي على أمثلة من سلسلة العلوم الحياتية والبيولوجية والصيدلانية وملاحظات تطبيقية لكل من IMC وقياس السعرات الحرارية التباينية. المجلد II من الكتاب مخصص بالكامل تقريبًا لتطبيقات IMC. وتحمل أقسامه عناوين: الأسمنت، والطاقة، والمواد، وغيرها. لكن يوجد عيب في هاذين المجلدين المحددين هو أن الملاحظات غير مؤرخة. على الرغم من أن هذه الملخصات نُشرت في عام 2009، فإن بعض الملاحظات تصف أدوات IMC التي كانت قيد الاستخدام منذ سنوات ولم تعد متاحة. وهكذا، فإن بعض الملاحظات، رغم أهميتها وفوائدها، تصف في كثير من الأحيان دراسات أجريت قبل عام 2000.
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات

بشكل عام، فإن التطبيقات الممكنة لجهاز IMC يحددها الشخص الذي يختار استخدام الجهاز كأداة تحليلية - ضمن القيود الموصوفة سابقًا والتي تقدمها أدوات ومنهجية IMC الحالية. وذلك لأنه وسيلة عالمية لمراقبة أي عملية كيميائية أو فيزيائية أو بيولوجية. فيما يلي بعض فئات تطبيقات IMC مع أمثلة لكل منها. في معظم الفئات، يوجد عدد أكبر بكثير من الأمثلة المنشورة من تلك المذكورة والمشار إليها. الفئات حادة إلى حد ما، وغالبا ما تتداخل. ربما يكون من المنطقي وجود مجموعة مختلفة من الفئات، ومن الممكن إضافة المزيد من الفئات.
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > المواد الصلبة > تشكيل المواد الصلبة

تُستخدم أجهزة IMC على نطاق واسع لدراسة معدلات تكوين مجموعة متنوعة من المواد من خلال عمليات مختلفة. من الأفضل دراسة العمليات التي تحدث ببطء، أي على مدى ساعات أو أيام. ومن الأمثلة البارزة على ذلك دراسة تفاعلات الترطيب والتصلب لصيغ الأسمنت المعدني الكالسيوم. تقدم إحدى الورقات البحثية نظرة عامة لذلك (Gawlicki، et al. 2010) وتصف ورقة أخرى نهجًا بسيطًا (Evju 2003). تركز دراسات أخرى على الرؤى المتعلقة بترطيب الأسمنت التي توفرها تقنية IMC جنبًا إلى جنب مع التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (Ylmen et al. 2010) وعلى استخدام تقنية IMC لدراسة تأثير المتغيرات التركيبية على ترطيب الأسمنت وأوقات التصلب (Xu et al. 2011).
يمكن أيضًا استخدام IMC بسهولة لدراسة معدل وكمية الترطيب (في الهواء ذي الرطوبة المعروفة) للمعادن الكالسيومية أو المعادن الأخرى. لتوفير هواء ذو رطوبة معروفة لمثل هذه الدراسات، يمكن وضع حاويات صغيرة من المحاليل الملحية المشبعة في أمبولة جهاز IMC مع عينة معدنية غير مائية. وبعد ذلك تُغلق الأمبولة ونقوم بإدخالها إلى جهاز IMC. يحافظ محلول الملح المشبع على الهواء داخل الأمبولة عند درجة رطوبة نسبية معروفة rH، وتوفر محاليل الملح الشائعة المختلفة رطوبة تتراوح من 32% إلى 100% rH. أُجريت مثل هذه الدراسات على جزيئات هيدروكسيباتيت الكالسيوم بحجم ميكرومتر وجزيئات "نانو" زجاجية نشطة بيولوجيًا تحتوي على الكالسيوم (Doostmohammadi et al. 2011).
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > المواد الصلبة > الاستقرار

تعتبر أجهزة IMC مناسبة تمامًا لقياس معدلات التغيرات البطيئة في المواد بسرعة (Willson et al. 1995). تُوصف مثل هذه التقييمات بشكل مختلف على أنها دراسات للاستقرار، أو التدهور، أو مدة الصلاحية.
على سبيل المثال، يُستخدم IMC على نطاق واسع لسنوات عديدة في دراسات العمر الافتراضي لمستحضرات الأدوية الصلبة في صناعة الأدوية (Pikal et al. 1989، Hansen et al. 1990، Konigbauer et al. 1992.) تتمتع أجهزة IMC بالقدرة على اكتشاف التحلل البطيء أثناء محاكة التخزين على الرفوف في وقت أسرع كثيرًا من الطرق التحليلية التقليدية ودون الحاجة إلى استخدام تقنيات التحليل الكيميائي. تُعد أجهزة IMC أيضًا طريقة سريعة وحساسة لتحديد المحتوى غير المتبلور الذي غالبًا ما يكون مهمًا وظيفيًا للأدوية مثل نيفيديبين (Vivoda et al. 2011).
مكن استخدام IMC لتحديد معدل التغيرات البطيئة في البوليمرات الصناعية بسرعة. على سبيل المثال، من المعروف أن استخدام أشعة غاما لتعقيم مادة تُستخدم بشكل متكرر في عمليات زرع الأعضاء الجراحية - البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي  ‏ (UHMWPE) - يؤدي إلى إنتاج جذور حرة في البوليمر. وتكون النتيجة هي الأكسدة البطيئة والهشاشة التدريجية غير المرغوب فيها للبوليمر عند التخزين على الرف أو داخل الجسم. يمكن لجهاز IMC اكتشاف الحرارة المرتبطة بالأكسدة وتحديد معدل الأكسدة بحوالي 1% سنويًا في البولي إيثيلين UHMWPE المشع في درجة حرارة الغرفة في الهواء (Charlebois et al. 2003). في دراسة ذات صلة، أمكن تحديد طاقة التنشيط من خلال القياسات عند سلسلة من درجات الحرارة (Hardison et al. 2003).
كما أن أجهزة IMC مفيدة للغاية في تقييم "جهد الهروب runaway potential" للمواد التي تشكل مخاطر كبيرة للحرائق أو الانفجار. على سبيل المثال، فقد استُخدم لتحديد حركية التحفيز الذاتي لبيروكسيد الكومين  ‏ (CHP)، وهو وسيط يستخدم في الصناعة الكيميائية والذي تسبب تحلله المفاجئ في عدد من الحرائق والانفجارات. الشكل 4 يوضح بيانات IMC التي توثق التحلل الحراري لبيروكسيد الكومين  ‏ CHP عند 5 درجات حرارة مختلفة (Chen et al. 2008).
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > علم الأحياء والطب

يمكن استخدام مصطلح علم الأيض metabolismics لوصف دراسات القياس الكمي لمعدل إنتاج الحرارة أو استهلاكها مقابل الوقت بواسطة الخلايا (بما في ذلك الميكروبات) في المزرعة، أو بواسطة عينات الأنسجة، أو بواسطة الكائنات الحية الصغيرة الكاملة. كما هو موضح لاحقًا، يمكن أن يكون علم التمثيل الغذائي مفيدًا كأداة تشخيصية؛ وخاصةً في (أ) تحديد طبيعة العينة من تدفق الحرارة مقابل الزمن في ظل مجموعة معينة من الظروف، أو (ب) تحديد تأثيرات المركبات الصيدلانية، على سبيل المثال، على العمليات الأيضية أو النمو العضوي أو القدرة على البقاء. يرتبط علم الأيض بعلم الميتابولوميات metabolomics. أما الأخير فهو الدراسة المنهجية للبصمات الكيميائية الفريدة التي تتركها العمليات الخلوية المحددة وراءها؛ أي دراسة ملفات تعريف نواتج الأيض الجزيئية الصغيرة. عندما يُستخدم IMC لتحديد التمثيل الغذائي، فإن منتجات العمليات الأيضية المدروسة تكون متاحة لاحقًا للدراسات الميتابولومياتية. نظرًا لأن IMC لا يستخدم علامات كيميائية حيوية أو مشعة، فإن العينات التي يجري جمعها بعد IMC تتكون فقط من المنتجات الأيضية ووسط المزرعة المتبقي (إذا استُخدم أي منها). إذا استُخدم علم التمثيل الغذائي وعلم الميتابولوميات معًا، فيمكنهما توفير سجل شامل لعملية التمثيل الغذائي التي تحدث في المختبر: معدلها وطاقتها ومنتجاتها الأيضية.
لتحديد التمثيل الغذائي باستخدام IMC، يجب بالطبع أن يكون هناك ما يكفي من الخلايا أو الأنسجة أو الكائنات الحية الموجودة في البداية (أو موجودة لاحقًا إذا كان التضاعف يحدث أثناء قياسات IMC) لتوليد إشارة تدفق حراري أعلى من حد اكتشاف جهاز معين. قدمت ورقة بحثية عامة بارزة صدرت عام 2002 حول موضوع التمثيل الغذائي منظورًا ممتازًا يمكن من خلاله النظر في الدراسات الأيضية لـ IMC (انظر المراجع، West، Woodruff and Brown 2002). يصف كيف ترتبط معدلات التمثيل الغذائي وكيفية تدرجها على النطاق الكامل من "الجزيئات والميتوكوندريا إلى الخلايا والثدييات". ومن المهم بالنسبة لـ IMC أن المؤلفين لاحظوا أيضًا أنه في حين ينخفض معدل التمثيل الغذائي لنوع معين من الخلايا الثديية في الجسم الحي بشكل ملحوظ مع زيادة حجم الحيوان (الكتلة)، فإن حجم الحيوان المانح ليس له تأثير على معدل التمثيل الغذائي للخلية عند زراعته في المختبر.
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > علم الأحياء والطب > علم الأحياء الخلوية والأنسجة

تتمتع الخلايا الثديية في المزرعة بمعدل أيضي يبلغ حوالي 30×10 −12 واط/خلية (الشكلان 2 و3 في المراجع: ويست، وودروف وبراون 2002). حسب التعريف، تتمتع أجهزة IMC بحساسية لا تقل عن 1×10−6 W (أي 1 μW). لذلك، فإن الحرارة الأيضية لقرابة 33000 خلية يُمكن اكتشافها. وبناءً على هذه الحساسية، فقد استُخدمت أجهزة IMC لإجراء عدد كبير من الدراسات الرائدة حول عملية التمثيل الغذائي للخلايا الثديية المزروعة في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين في السويد. تعتبر إحدى الأوراق البحثية (Monti 1990) هي دليل موسع للعمل الذي تم إنجازه حتى عام 1990. وتحتوي على نص توضيحي و42 مرجعًا لدراسات IMC لتدفق الحرارة من كريات الدم الحمراء والصفائح الدموية واللمفاويات وخلايا الليمفوما والحبيبات والخلايا الدهنية والعضلات الهيكلية والأنسجة العضلية القلبية البشرية المزروعة. أجريت الدراسات لتحديد كيفية وأين يمكن استخدام IMC كطريقة تشخيصية سريرية و/أو تقديم رؤى حول الاختلافات الأيضية بين الخلايا من الأشخاص الأصحاء والأشخاص الذين يعانون من أمراض مختلفة أو مشاكل صحية.
أدت التطورات التي حدثت في مجال أجهزة IMC منذ عام 2000 (على سبيل المثال، الأجهزة المتوازية الضخمة، والتخزين والتحليل المستند إلى الحاسوب في الزمن الحقيقي لبيانات تدفق الحرارة) إلى تحفيز المزيد من استخدام IMC في علم الأحياء الخلوية المزروعة. على سبيل المثال، استُخدم IMC لتقييم تكاثر الخلايا الليمفاوية المستحث بالمستضد (Murigande et al. 2009) وكشف عن جوانب من التكاثر لم يُمكن رؤيتها باستخدام طريقة اختبار العلامة المشعة غير المستمرة التقليدية. وقد أمكن تطبيق IMC أيضًا في مجال هندسة الأنسجة. أظهرت إحدى الدراسات (Santoro et al. 2011) أنه يمكن استخدام IMC لقياس معدل النمو (أي الانتشار) في مزرعة الخلايا الغضروفية البشرية المحصودة لاستخدامها في هندسة الأنسجة. وأظهرت الدراسة أن تقنية IMC يمكن أن تساعد في تحديد فعالية تركيبات وسائط النمو المختلفة، وكذلك تحديد ما إذا كانت الخلايا التي يتبرع بها فرد معين يمكن زراعتها بكفاءة كافية للنظر في استخدامها لإنتاج الأنسجة الهندسية.
كما استُخدم IMC لقياس الاستجابة الأيضية للخلايا البلعمية المزروعة لبقايا التآكل الناتجة عن الغرسات الجراحية. أظهرت IMC أن الاستجابة كانت أقوى لجزيئات البولي إيثيلين ذات النطاق الحجمي ميكرومتر مقارنة بجزيئات سبائك الكوبالت ذات الحجم المماثل (Charlebois et al. 2002). تتناول ورقة بحثية ذات صلة الموضوع العام لتطبيق IMC في مجال المواد الصلبة الاصطناعية المستخدمة في الجراحة والطب (لويس ودانييلز 2003).
أشارت دراستان على الأقل إلى أن جهاز IMC يمكن أن يكون له استخدام كبير في علم أمراض الأورام. في إحدى الدراسات (Bäckman 1990)، أمكن قياس معدل إنتاج الحرارة لخلايا الليمفوما التائية T-lymphoma cells المزروعة في المعلق. لقد أدت التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة إلى حدوث اختلافات كبيرة، ولكن معدل التحريك وتركيز الخلايا لم يُحدثا أي اختلافات. وقد أسفرت دراسة أكثر مباشرة للاستخدام التشخيصي المحتمل (Kallerhoff et al. 1996) عن نتائج واعدة. بالنسبة لعينات خزعة أنسجة الجهاز البولي التناسلي التي تمت دراستها، أظهرت النتائج:
«"من الممكن التمييز بين عينات الأنسجة الطبيعية وأنسجة الأورام من خلال القياس الدقيق للسعرات الحرارية استنادًا إلى النشاط الأيضي العالي بشكل واضح للأنسجة الخبيثة. علاوة على ذلك، يسمح القياس الدقيق للسعرات الحرارية بالتمييز بين عينات الأنسجة وتصنيفها وفقًا لتصنيفها النسيجي."»
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > علم الأحياء والطب > علم الأحياء الدقيقة

بدأت المنشورات التي تصف استخدام IMC في علم الأحياء الدقيقة في ثمانينيات القرن العشرين (Jesperson 1982). في حين استخدمت بعض دراسات علم الأحياء الدقيقة جهاز IMC لدراسة الفيروسات (Heng et al. 2005) والفطريات (Antoci et al. 1997)، إلا أن معظمها كان معنيًا بالبكتيريا. توفر ورقة بحثية حديثة (Braissant et al. 2010) مقدمة عامة لطرق التمثيل الغذائي في علم الأحياء الدقيقة ونظرة عامة على التطبيقات في علم الأحياء الدقيقة الطبي والبيئي. تشرح الورقة أيضًا كيف أن بيانات تدفق الحرارة مقابل الوقت للبكتيريا في المزرعة هي تعبير دقيق - كما تحدث بمرور الوقت - عن التقلبات في النشاط الأيضي للكائنات الحية الدقيقة ومعدلات التكاثر في وسط معين (الشكل 6).
بشكل عام، يبلغ حجم البكتيريا حوالي 1/10 من حجم الخلايا الثديية وتُنتج ربما 1/10 من الحرارة الأيضية، أي حوالي 3x10 −12 واط/خلية. وهكذا، بالمقارنة مع الخلايا الثديية (انظر أعلاه) حوالي 10 أضعاف عدد البكتيريا تقريبًا 330,000 - يجب أن تكون موجودة لإنتاج تدفق حراري يمكن اكتشافه - أي 1 ميكروواط. ومع ذلك، فإن العديد من البكتيريا تتكاثر بسرعة أكبر بكثير من الخلايا الثديية، وغالبًا ما يتضاعف عددها في غضون دقائق (انظر نمو البكتيريا). ونتيجة لذلك، فإن عددًا أوليًا صغيرًا من البكتيريا الموجودة في المزرعة والتي لا يمكن اكتشافها في البداية بواسطة IMC تُنتج بسرعة عددًا يمكن اكتشافه. على سبيل المثال، فإن 100 بكتيريا تتضاعف كل 20 دقيقة سوف تُنتج في أقل من 4 ساعات ما يزيد عن 330,000 بكتيريا وبالتالي تدفق حراري يمكن اكتشافه بواسطة أجهزة IMC. وبالتالي، يمكن استخدام IMC للكشف السهل والسريع عن البكتيريا في المجال الطبي. تشمل الأمثلة الكشف عن البكتيريا في منتجات الصفائح الدموية البشرية (Trampuz et al. 2007) والبول (Bonkat et al. 2011) والكشف السريع عن مرض السل (Braissant et al. 2010، Rodriguez et al. 2011). يوضح الشكل 7 مثالاً لأوقات الكشف عن بكتيريا السل كدالة للكمية الأولية للبكتيريا الموجودة في أمبولة IMC مغلقة تحتوي على وسط مزرعة.
بالنسبة للميكروبات الموجودة في وسائط النمو في أمبولات مغلقة، يمكن أيضًا استخدام بيانات تدفق الحرارة IMC لتقدير معاملات نمو الميكروبات الأساسية عن كثب؛ أي الحد الأقصى لمعدل النمو ومدة مرحلة التأخر قبل تحقيق الحد الأقصى لمعدل النمو. وهذا تطبيق خاص مهم للتحليل الأساسي لهذه المعاملات التي جرى شرحها سابقًا ( نظرة عامة: البيانات التي تم الحصول عليها).
لسوء الحظ، تحتوي المنشورات حول IMC على بعض الأوراق المنشورة التي جرى فيها فهم العلاقة بين بيانات تدفق الحرارة ونمو الميكروبات في الأمبولات المغلقة بشكل خاطئ. ومع ذلك، في عام 2013 نُشر توضيح موسع يصف (أ) تفاصيل العلاقة بين بيانات تدفق الحرارة IMC ونمو الميكروبات، (ب) اختيار النماذج الرياضية التي تصف نمو الميكروبات و (ج) تحديد معاملات نمو الميكروبات من بيانات IMC باستخدام هذه النماذج (Braissant et al. 2013).
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > علم الأحياء والطب > الديناميكية الدوائية

في امتداد منطقي لقدرة أجهزة IMC على اكتشاف وقياس نمو البكتيريا، يمكن إضافة تركيزات معروفة من المضادات الحيوية إلى مزرعة البكتيريا، ومن ثم يمكن استخدام IMC لقياس آثارها على القدرة على البقاء والنمو. يمكن لـ IMC في الأمبولات المغلقة التقاط المعلومات الدوائية الأساسية بسهولة - على سبيل المثال الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) للمضاد الحيوي اللازم لإيقاف نمو كائن حي معين. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه توفير معاملات نمو ديناميكية في وقت واحد - وقت التأخير ومعدل النمو الأقصى (انظر الشكل 2، Howell et al 2011، Braissant et al. 2013)، والتي تقيم آليات العمل. يُشار إلى الفعل القاتل للبكتيريا (انظر مبيد البكتيريا) من خلال زيادة وقت التأخير كدالة لزيادة تركيز المضاد الحيوي، في حين يُشار إلى الفعل المضاد للبكتيريا (انظر العامل المضاد للبكتيريا) من خلال انخفاض معدل النمو مع التركيز. لقد أمكن إثبات نهج IMC لتقييم المضادات الحيوية لعدد من أنواع البكتيريا والمضادات الحيوية (von Ah et al. 2009). يمكن لـ IMC في الأمبولات المغلقة أيضًا التمييز بسرعة بين سلالات البكتيريا الطبيعية والمقاومة مثل المكورات العنقودية الذهبية (von Ah et al. 2008، Baldoni et al. 2009). استُخدم IMC أيضًا لتقييم تأثيرات المطهرات على قابلية بقاء البكتيريا الفموية الملتصقة بمواد زراعة الأسنان (Astasov-Frauenhoffer et al. 2011). في دراسة سابقة ذات صلة، استُخدم IMC لقياس حرارة التصاق البكتيريا السنية بالزجاج (Hauser-Gerspach et al. 2008).
وقد ثبُت استخدام ناجح مماثل لـ IMC لتحديد تأثيرات الأدوية المضادة للأورام على خلايا الورم في المزرعة في غضون ساعات قليلة (Schön and Wadsö 1988). وبدلاً من نهج الأمبولة المغلقة، استُخدم إعداد IMC الذي سمح بحقن الدواء في العينات المخفوقة.
التطبيقات > أمثلة للتطبيقات > علم الأحياء والطب > الكائنات متعددة الخلايا

من الممكن استخدام IMC لإجراء دراسات أيضية للكائنات الحية متعددة الخلايا - إذا كانت صغيرة بما يكفي لوضعها في أمبولات IMC (Lamprecht & Becker 1988). أُجريت دراسات بجهاز IMC على عملية التمثيل الغذائي لعذراء الحشرات أثناء حركات التهوية (Harak et al. 1996) وتأثيرات العوامل الكيميائية على نمو العذراء (Kuusik et al. 1995). وقد أثبتت نتائج IMC أيضًا فعاليتها في تقييم تأثيرات الشيخوخة على عملية التمثيل الغذائي للديدان الخيطية (Braekman et al. 2002).
لقد أثبتت تجارب IMC أيضًا أنها مفيدة للغاية في التقييمات المختبرية لتأثيرات الأدوية على الديدان الطفيلية الاستوائية (Manneck et al. 2011-1، Maneck et al. 2011-2، Kirchhofer et al. 2011). ومن السمات المثيرة للاهتمام في هذه الدراسات استخدام نظام حقن يدوي بسيط لإدخال الأدوية في أمبولات مغلقة تحتوي على الديدان. كما أن نتائج IMC لا توثق فقط الانخفاض الأيضي العام بمرور الوقت بسبب الأدوية، بل توثق أيضًا التردد الإجمالي لنشاط الحركة لدى الديدان وانخفاضه في السعة بمرور الوقت كما ينعكس في التقلبات في بيانات تدفق الحرارة.