CN113853519A - 用于制造生产分析反应器的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供涉及测量代表分析化学反应动力学的一个或几个表征参数的值的方法和系统，包括‑提供包括反应室(28)的校准工具(26)；‑对于给定的定义特征组，在至少一个操作参数的不同组的校准值下执行一系列的校准实验，‑提供在校准工具中代表分析化学反应动力学的数字校准模型，其中分析数字校准模型包括一个或几个表征参数，其值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组；‑基于一系列校准实验结果，通过计算拟合该给定的定义特征组的表征参数值，其中反应室(28)是搅拌釜反应器。
Description
本发明属于用于制造生产分析反应器的方法和设备领域，包括测量代表在这种生产分析反应器中进行的分析化学反应动力学的一个或多个表征参数的值。
更具体地，本发明属于这样的方法和设备领域，其涉及给定配体物质和给定分析物物质之间的化学反应，该给定配体物质涂覆在给定载体材料的固体表面上以在其上形成反应性固体表面，该给定分析物物质包含在反应性流体中。在这样的分析反应中，给定分析物物质能够根据分析化学反应与给定的配体物质结合。
以下将更具体地描述本发明，其中分析化学反应是或包括抗原/抗体相互作用。这种分析化学反应是典型的免疫测定技术。因此必须理解，在本申请的上下文中，术语化学反应应理解为包括此类抗原和抗体相互作用。更广泛地，术语化学反应应理解为包括共价和非共价化学反应，包括静电相互作用、氢键、范德华力、疏水相互作用和更一般的吸附过程。当然，可用于免疫测定技术并固定在反应性固体表面上的任何其他配体物质，例如抗体片段、抗原受体、噬菌体蛋白、适体等，都包括在本发明内。
分析化学反应是上述广义含义内的化学反应，其发生并且在分析中起重要作用。分析(assay)是一种用于定性评估或定量测量目标物质的存在、数量或功能活性的程序。在本发明的上下文中，目标物质可以是能够与配体物质结合的分析物物质。然而，在分析中所涉及的分析的目标物质可能不同于在分析化学反应中能够与配体物质结合的分析物物质。例如，分析物物质可以是分析中涉及的中间化学反应的产物。它可以是能够结合配体以及目标物质的抗配体，例如抗体。它可以是与标记物(例如荧光标记物)连接(linked)的靶标，该标记物能够使其稍后被检测到。它可以是DNA或RNA分子。
因此，本发明适用于免疫测定(immunoassays)领域，但也适用于其他领域，例如配体结合分析，其中分析物物质可以是能够与可以是大蛋白质的配体物质结合的小分子。本发明是鉴于固相免疫测定而特别设计的，其中配体由固相载体物负载。
免疫测定技术是用于体外诊断的最有效和最可靠的工具之一，以检测生物样品中目标分子的存在或测量其浓度。它主要依赖于抗原和免疫类型配体(如抗体)之间的特异性识别或相互作用。在固相免疫测定中，对待检测的分析物物质(例如抗原)具有特异性的配体物质(例如抗体)固定在固体表面上以例如通过吸附或类似过程与反应性流体中的分析物物质相互作用，以便将它们与其余的反应性流体组分分开。
例如，术语“免疫测定”中的前缀“免疫”在本申请中不应被视为严格地表示结合配偶体必然是免疫学来源的配偶体，例如抗体或抗体片段。事实上，正如本领域技术人员所熟知的，该术语还更广泛地用于表示其中结合配偶体不是免疫学来源/性质的配偶体，而是由例如需要检测和/或定量的分析物的接受体组成的测试和方法。基本条件是所讨论的结合配偶体能够与所寻找的分析物结合，在目前抗体性质的情况下，优选特异性结合。因此，已知的做法是将ELISA分析用于这样的分析，其使用非严格意义的免疫学的，更广泛地称为“配体结合分析”的分析，而术语“免疫”包含在对应于首字母缩略词ELISA的扩展名中。为清楚和统一起见，本申请中使用术语“免疫”来表示使用至少一种适合与所寻找的分析物结合并检测和/或量化后者的优选特异性结合配偶体的任何生物学分析，即使当所述结合配偶体在严格意义上不具有免疫学性质或来源时。
反应性流体可以来自各种来源，例如生物、食品、环境、兽医、临床、药物或化妆品样品。生物样品的例子包括血液及其衍生物(血浆、血清)、尿液或粪便样品。食品样品的例子包括乳制品(酸奶、奶酪等)、肉类、鱼类、鸡蛋、水果、蔬菜、水、饮料等......所有这些样品，如果不是液体形式，都预先转化为液体形式。通过测量与配体物质结合的分析物物质的量，或测量其变量代表，可以估计反应性流体中分析物物质的初始浓度。与配体物质结合的分析物物质的量可以用标记分子如放射性标记、荧光标记、发光标记或重新标记的酶来检测。它还可以通过压电效应、电化学或光学技术(如椭偏仪、光波导和表面等离子体共振(SPR))进行检测。
当面临设计用于定性评估或定量测量目标物质的存在、数量或功能活性的分析的任务时，有必要定义分析的许多不同方面。分析的定义包括分析的定义特征(definingfeatures)的选择。要选择的定义特征可以包括载体材料(组成、尺寸、形状和/或粗糙度……)、配体物质和将用于分析的分析物物质。定义特征还可以包括用于将配体物质固定在固体载体上的技术，这可能影响反应室中涂覆在载体材料上的配体物质的数量或浓度，在生产中，该反应室由生产分析反应器构成。至少在某些情况下，定义特征还可以包括分析期间反应性流体的温度。
分析的定义还可以包括定义分析化学反应的至少一个操作参数。至少一个操作参数可以涉及反应性流体流速、反应性流体中分析物物质的浓度、载体体积、流体体积、载体表面积、搅拌速度和/或时间等....
本领域技术人员众所周知，定义特征和操作参数都可能对分析的性能产生影响，包括从不提供结果的分析到提供高度准确、灵敏和快速结果的分析，在或多或少方便的操作参数下提供或多或少令人满意的结果的分析。实际上，给定分析的价值可能在于准确性、可重复性、稳健性、持续时间、成本、实施的简易性等之间的平衡......分析的关键价值要素可能是其灵敏度、特异性和/或出结果的时间。这些价值要素对于要重复无数次的生产分析至关重要。
在固相免疫测定领域，定义分析的一个关键部分是选择用于制造生产分析反应器的合适配体和固体载体，因为如上所述，它将直接影响灵敏度、特异性和/或生产分析的出结果时间。特别地，选择一方面将影响结合到固体载体的效率以及一旦配体结合在载体表面上时配体对分析物的可及性。因此，选择至少基于两个复杂的问题。传统上，这些选择是凭经验做出的，并进行了一些试错试验，这在某些情况下可能证明是冗长和昂贵的，和/或可能证明无法给出最佳结果。定义特征的选择，例如适当的配体和固体载体，不容易重复，因为这意味着制造原型生产分析反应器，包括诸如模塑原型，然后用适当的配体物质涂覆这些原型等步骤。这种原型通常不能使用与用于生产分析反应器相同的工具和方法来制造，因为用于制造生产分析反应器的工具通常是根据它们的大规模制造能力来选择的。
另一方面，即使可以制造这样的原型，仍然需要能够评估这些原型的性能，更具体地说，能够评估配体物质和固体载体材料的选择对于反应性能的贡献。
因此，拥有一种有助于定义此类分析的方法将非常有用。
本发明的一个目的是能够制造由包含反应活性表面的载体材料制成的生产分析反应器，其允许在适合于生产分析的一组操作参数下最佳地进行分析化学反应。
这种定义的一个关键方面是能够针对给定的定义特征组来预测分析化学反应的动力学。分析化学反应的动力学可以由用于该给定的定义特征组的分析化学反应的一个或几个表征参数表示。
使用代表为分析化学反应的分析数字模型是众所周知的。这种分析数字模型，一旦定义，就可以用于计算和/或预测一个或多个输出变量的值，这些变量应该代表一个或几个描述分析化学反应进程的物理或化学参数。通常，这样的输出变量可以包括物质的浓度、物质的存在、持续时间等......数字模型，例如分析数字模型，包括在其形式下的分析数字校准模型及其形式下的分析生产模型，如以下所述，其可以是一组参数方程，该组可能包括参数微分方程。
分析数字模型通常与它所代表的分析的一组定义特征相关联。分析数字模型可能具有模型的某些项，这些项取决于执行分析化学反应的一些操作参数。这些操作参数中的至少一些可以与用于执行分析化学反应的设置相关联，例如在实验设置和生产设置之间不同。因此，当数字模型应用于实验设置时，分析数字模型的至少一些项可以对模型提供的结果没有影响，或者当数字模型被应用于生产设置时，对模型提供的结果没有影响。另一方面，分析数字模型通常包括项，即表征参数，其取决于定义特征组但优选地不取决于操作参数。表征参数与给定的定义特征组相关联。当数字模型用于描述操作参数的第一组的给定化学分析反应时，它们是有效的，例如当数字模型应用于第一设置时；但当数字模型用于描述操作参数的第二组的相同给定化学分析反应(其具有与操作参数的第一组不同的一些操作参数)时，它们还是有效的，例如，当分析数字模型应用于生产设置时。
因此，能够访问那些与定义特征密切相关的表征参数的值，对于首先确定一组定义特征是否适合其预期用途具有实际用途，即确定根据所选择的一组定义特征(至少包括固体载体和固定在其上的配体)制造的最终产品(包括例如最终产品分析反应器)是否适用于其预期用途。它还可以是通过计算来定义至少针对预期用途的某些操作参数的最佳值的关键。
有几种动力学数字模型描述了分析物物质与固定在固体表面上的配体物质的结合。
其中一些模型首先基于表示动态缔合/解离过程的模型，涉及分析化学反应，即抗原-抗体相互作用。
简单的生物分子或一对一相互作用模型可能是模拟给定分析物物质与给定物质相互作用的最简单模型。此类模型在以下文献中进行了描述：
-Morton et al.,1995:Morton,T.,Myszka,D.,and Chaiken,I.(1995).“Interpreting Complex Binding Kinetics from Optical Biosensors:A Comparisonof Analysis by Linearization,the Integrated Rate Equation,andNumericalIntegration”.Analytical Biochemistry,227(1):176-185；
-Karlsson et al.,1991:Karlsson,R.,Michaelsson,A.,and Mattsson,L.(1991),“Kinetic analysis of monoclonal antibody-antigen interactions with anew biosensor based analytical system”,Journal of Immunological Methods,145(1-2):229-240；
-Voss,1993:Voss,E.W.(1993),“Kinetic measurements of molecularinteractions by spectrofluorometry”,Journal of Molecular Recognition,6(2):51-58；
-Renard et al.,1995:Renard,J.,Vidal-Madjar,C.,and Lapresle,C.(1995).《Determination by Chromatographic Methods of the Adsorption Rate ConstantofHSA on Immobilized Polyclonal and Monoclonal Antibodies”,Journal of Colloidand Interface Science,174(1):61-67；
-Bongrand,1999:Bongrand,P.(1999),“Ligand-receptor interactions”Reports on Progress in Physics,62(6):921-968；
-
and von Proff,2012:
M.and von Proff,L.(2012),“Temperature-Dependent Antibody Kinetics as a Tool in Antibody LeadSelection”,In Proetzel,G.and Ebersbach,H.,editors,Antibody Methods andProtocols,volume 901,pages 183194,Humana Press,Totowa,NJ；
-Chang et al.,2012:Chang,L.,Rissin,D.M.,Fournier,D.R.,Piech,T.,Patel,P.P.,Wilson,D.H.,and Duffy,D.C.(2012),“Single molecule enzyme-linkedimmunosorbent assays:Theoretical considerations”,Journal of ImmunologicalMethods,378(1-2):102115；
-Dinh et al.,2016:Dinh,T.L.,Ngan,K.C.,Shoemaker,C.B.,and Walt,D.R.(2016),“Using Antigen-antibody Binding Kinetic Parameters to UnderstandSingle-Molecule Array Immunoassay Performance”,Analytical Chemistry,88(23):11335-11339.
两态构象变化模型也已在上面提到的Morton等人(1995)和以下文献中描述：Myszka et al.,1997:Myszka,D.G.,Morton,T.A.,Doyle,M.L.,and Chaiken,I.M.(1997),“Kinetic analysis of a protein antigen-antibody interaction limited by masstransport on an optical biosensor”,Biophysical Chemistry,64(1-3):127-137。
上面提到的Myszka等人(1997)的文献还描述了三态构象变化模型。
Morton等人(1995)和Myszka等人(1997)也描述了表面异质性(或异质配体)模型，两者都在上面引用。
二价分析物结合模型也描述于以下文献中：
-Tiwari et al.,2015:Tiwari,P.B.,
A.,He,J.,Darici,Y.,and Wang,X.(2015).Note:“Model identification and analysis of bivalent analyte surfaceplasmon resonance data”,Review of Scientific Instruments,86(10):106107；
-Gelinsky-Wersing et al.,2017:Gelinsky-Wersing,D.,Wersing,W.,andPompe,W.(2017),“Bivalent kinetic binding model to surface plasmon resonancestudies of antigen-antibody displacement reactions”,Analytical Biochemistry,518:110-125.
竞争分析物模型描述于以下文献中：John R.Crowther(2009),TheELISAGuidebook-2nd Edition,Humana Press,21:36。
上述代表抗体-抗原相互作用中涉及的动态缔合/解离过程的模型可以有利地由质量传递模型补充，该质量传递模型代表与分析物物质进出配体物质涂覆的固体表面的运输相关的过程。此类传质模型的示例可在以下文献中找到：
-Myszka et al.,1997,referenced above；
-Bird et al.,2007:Bird,R.B.,Stewart,W.E.,and Lightfoot,E.N.(2007),“Transport phenomena”,Wiley,New York,rev.2.ed edition,OCLC:255914840；
-Karlsson et al.,1994:Karlsson,R.,Roos,H.,
L.,and Persson,B.(1994),“Kinetic and Concentration Analysis Using BIA Technology”,Methods,6(2):99110；
-Myszka,1997:“Kinetic analysis of macromolecular interactions usingsurface plasmon resonance biosensors”,Current Opinion in Biotechnology,8(1):50-57.
亲和色谱
色谱法是一种物理化学方法，可用于分离混合物中存在的不同物质。在色谱法中，携带不同组分的流动流体相(气体或液体)流过固定相，例如固相。流动相的组分可能与固定相相互作用。取决于流动相组分与固定相之间相互作用的强度，固定相或多或少强烈地保留流动相组分。这就是组分的分离方式。在流通柱中进行亲和色谱是已知的。在柱的出口处，由于放射性、紫外线或可见光吸收、荧光、光散射，可以检测组分。色谱法可用于研究流动相组分与固定相之间相互作用的动力学。
亲和色谱是一种流体色谱，其中使用固定的生物相关剂作为固定相。固定的生物相关剂可称为配体。流动相包含可称为分析物的溶质，其稀释在溶剂中并能够与配体结合。亲和色谱中的常见配体包括抗原、抗体、抑制剂、底物、辅因子、辅酶、凝集素、蛋白A、蛋白G、DNA、RNA、硼酸盐、合成染料、金属离子螯合或其他可通过肽的组合化学产生的配体、噬菌体展示(phage display)或适体配体。亲和色谱中的常见溶质包括抗原(例如，药物、激素、肽、蛋白、病毒、细胞成分)、抗体、酶、糖、糖蛋白、糖脂、DNA/RNA结合蛋白、碳水化合物、核苷、核苷酸、核酸、糖蛋白、儿茶酚、金属结合氨基酸。
在亲和色谱中，配体固定在反应室中的色谱载体上，例如亲和色谱柱，而与配体互补并在流体载体中稀释的分析物在初始时间点t＝0时注入色谱柱的入口。在反应室的出口处测量分析物浓度并且可以绘制洗脱曲线(分析物浓度对时间或分析物浓度对从初始时间点t＝0开始穿过色谱柱的流动相的体积作图)。然后使用所观察到的注入分析物的峰或洗脱曲线来提取有关分析物和配体之间相互作用动力学的信息。在设计亲和色谱方法时，必须仔细选择载体材料(通常是多孔的以最大化固定表面)，同时考虑以下标准：
-化学惰性：载体材料必须对溶质呈惰性，但易于与配体偶联。
-化学稳定性：载体材料在操作参数定义的操作条件下必须是化学稳定的。
-机械稳定性：载体材料必须承受整个色谱反应室的压降。
-孔径：载体材料的孔径是允许分析物进入孔和最大化用于固定配体的表面积之间的折衷。
-粒径：载体材料的粒径是防止传质限制和不引起过高压降之间的折衷。
-颗粒形状：载体材料的颗粒形状是减少传质限制和压降并同时增加载体表面积的一种方式。
进行分析亲和色谱有两种主要的不同方式：
-区域洗脱，涉及一个短的分析物脉冲注入。洗脱体积，即分析物分子通过反应室所需的平均流动相体积，其由流出物峰的第一时刻确定。
-正面洗脱，涉及将分析物连续注入色谱柱，直到色谱柱中的固相饱和。洗脱体积由整个流出物浓度响应确定，其有时称为穿透曲线(breakthrough curve)。
正面洗脱可以更好地确定洗脱体积，但与区域洗脱相比，它需要更多的样品。洗脱体积由洗脱曲线确定，通常绘制分析物浓度与流动相体积的关系图。保留时间，记为tR，被确定为分析物浓度对时间的曲线的第一矩。n阶矩是由函数t^nf(t)dt的两个时间t1和t2之间的积分定义的数学函数。这里的函数f(t)是浓度曲线与时间的关系。它也称为平均停留时间，对应于特定分析物通过反应室所需的平均时间。
已对色谱反应室中发生的缔合和解离过程进行建模，以便从洗脱曲线中提取动力学参数，如亲和力、缔合和解离速率常数。
在亲和色谱中，多孔颗粒通常用作固定载体，以提供非常大的表面积并具有改进的纯化或分离能力。最近使用无孔颗粒作为色谱载体物。据报道，对于无孔颗粒，由于不存在与孔扩散相关的阻力，蛋白质分离速度更快(Lee和Chen，2001，见下文)。
然而，已提出描述分析物A与固定在无孔颗粒上的配体B结合形成复合物AB的模型：
-Mao et al.,1991:Mao,Q.,Johnston,A.,Prince,I.,and Hearn,M.(1991),“High-performance liquid chromatography of amino acids,peptides andproteins”,Journal of Chromatography A,548:147-163；
-Lee and Chen,2001:Lee,W.-C.and Chen,C.-H.(2001),“Predicting theelution behavior of proteins in affinity chromatography on non-porousparticles”,Journal of Biochemical and Biophysical Methods,49(1-3):63-82.
所使用的动力学模型是上述一对一相互作用模型，传质模型也如上文详述。流体动力学模型是一维的，并考虑球形颗粒。该模型假设轴向弥散可以忽略不计，并且流体速度在柱的横截面上是均匀的，并且随时间保持恒定。
多位作者提出了更复杂的模型，其中不忽略轴向弥散：
-Chaiken and Chemical Rubber Company,1987:Chaiken,I.M.and ChemicalRubber Company,editors(1987).Analytical affinity chromatography,CRC Pr,BocaRaton,Fla.OCLC:246691774；
-Sridhar et al.,1994:Sridhar,P.,Sastri,N.V.S.,Modak,J.M.,andMukherjee,A.K.(1994),“Mathematical simulation of bioseparation in an affinitypacked column”,Chemical Engineering&Technology,17(6):422429；
-Sandoval et al.,2012:Sandoval,G.,Andrews,B.A.,and Asenjo,J.A.,(2012),“Elution relationships to model affinity chromatography using ageneral rate model”,Journal of Molecular Recognition,25(11):571579；
-de Sousa Junior et al.,2016:de Sousa Junior,F.C.,de Araújo Padilha,C.E.,Chibério,A.S.,Ribeiro,V.T.,Martins,D.R.A.,de Oliveira,J.A.,de Macedo,G.R.,and dos Santos,E.S.,(2016),“Modeling and simulation of breakthroughcurves of recombinant 503 antigen using immobilized metal affinity expandedbed adsorption chromatography”,Separation and Purification Technology,164:3440.
亲和色谱中的参数估计
模型基于可以从实验洗脱曲线中验证的机制。可以从这些数据中提取相应的动力学参数，
a)分析方法
也称为板高度法(plate height method)，带宽法(brand broadening method)是最早用于动力学研究的色谱方法。该方法依赖于色谱板理论，需要线性条件。色谱柱被分成N个理论上充分混合的级段，称为“板”。级数(N)是跨柱后色谱峰展宽的直接量度。峰越宽，理论塔板数就越多。
为了进行动力学测量，经常使用“反向作用(“reversed-role”)”亲和色谱法。这种类型的色谱使用一种小的可溶性试剂，它与分析物竞争结合配体。这种可溶性试剂称为抑制剂(参见上文引用的Chaiken and Chemical Rubber Company，1987年)。
分析物以多种流速注入亲和柱和惰性对照柱，该惰性对照柱含有相同的载体物但没有固定的配体。
对于每个流速，通过评估实验洗脱曲线的一阶矩和二阶矩来确定亲和力和惰性柱的塔板高度值。惰性色谱柱用于确定由于分析物-固定相相互作用以外的过程引起的塔板高度贡献。
因此，通过计算亲和柱的总塔板高度与惰性柱的总塔板高度之间的差异来确定由于分析物-固定相相互作用引起的塔板高度贡献。保留时间由实验曲线计算。
可以确定合适的配体和固体载体Ka，也称为分析物/配体对的亲和力(m3·mol-1)，以及内在缔合和解离速率ka(m3·mol-1.s-1)和kd(s-1)。
b)数值方法
数字模型可以使用编程语言(如Matlab、Fortran、C、C++或Python)来实现，而不是使用洗脱曲线来确定与理论板相当的高度。液相和固相中的平衡方程可以使用离散元(discrete elements)离散化，以获得可以使用Matlab函数(例如odel5s)求解的常微分方程(参见上文引用的Sandoval等人，2012年)。然后可以使用这些实施的模型模拟洗脱曲线，并拟合实验洗脱曲线以通过最小化模型预测和实验结果之间的距离来提取参数(参见上文引用的Sandoval等人，2012年和deSousa Junior等人，2016年)。
表面等离子体共振(SPR)生物传感器
基于亲和力的光学生物传感器是亲和色谱的演变。配体不是固定在放置在色谱柱中的颗粒上，而是固定在传感器表面上。色谱柱出口处的分析物检测被传感器表面上分析物-配体复合物形成的实时监测所取代。因此，使用光学生物传感器，直接研究结合过程，而不是在色谱柱中间接研究。一种广泛使用的光学生物传感器是基于表面等离子体共振(SPR)。
SPR技术比亲和色谱更直接。直接在传感器表面测量相互作用，信号与结合分析物的量成正比。信号取决于分析物对配体的亲和力，但也取决于分析物大小和分析物浓度。因此，可能难以检测小分析物或小浓度。
表面等离子体共振通常用于监测两种蛋白质之间以及蛋白质与其他分子(候选药物、核酸、脂质等)之间分子相互作用的动力学。它已被用于表征抗体-抗原相互作用约二十年。
a)现有的基于SPR的技术
1990年，Pharmacia Biosensor(1996年更名为BiacoreAB)开发了基于SPR现象的实时监测分子相互作用的系统。这个名为
的系统能够研究固定配体和分析物之间的结合。
通过监测SPR角度的变化，
能够实时跟踪与配体结合的分析物的浓度，而无需任何荧光、电化学或放射性标记。
b)SPR系统建模
一对一相互作用均匀模型假设可以忽略传质。此外，由于分析物在流动池中连续注入，分析物溶液被不断补充，流动池中分析物的游离浓度被认为是恒定的、均匀的并且等于注入的分析物浓度。然而，SPR信号不仅由这种动态缔合/解离过程驱动。在与配体结合之前，分析物必须首先被运输到传感器表面。因此，SPR信号反映了与运输过程相关的化学过程，如以下文献所述：Myszka等人,1998:Myszka,D.G.,He,X.,Dembo,M.,Morton,T.A.,andGoldstein,B.,1998,“Extending the range of rate constants available fromBIACORE:interpreting mass transport-influenced binding data”,BiophysicalJournal,75(2):583-594。
当由于实验限制而无法避免传质限制时，必须使用更现实的包括传质的模型(Myszka，1997，上文引用)。为了考虑传质，首先引入了一个简单的模型：两隔室模型或薄膜模型。该模型假设分析物从大量流体到颗粒表面的传输由薄膜阻力机制描述，并将
流动室分为两个隔室：
-内部隔室，靠近传感器表面(薄膜)；
-更大的外部隔室，容纳了大部分流体。
两个隔室中分析物的浓度随时间变化，但它们在每个隔室中被认为是均匀的。已经表明，运输和结合的近似描述足以准确分析数据。用这种两隔室模型提取的缔合和解离速率常数已被证明与用二维模型提取的那些一致，该二维模型不进行这种均匀性假设(Myszka等人，1997，上文引用)。
还提出了更复杂的二维模型，它们不将流通池分成两个隔室，但考虑了流通池高度的相关性
c)参数估计
先前公开的模型可用于从曲线中提取动力学参数。使用这些模型模拟数据，然后拟合实验数据以提取参数。
c1)解析积分
在模型具有解析解的情况下，可以进行解析积分(analytical integration)。
-对于缔合阶段(从t＝0以恒定的分析物入口浓度注入分析物)
假设kd和分析物入口浓度已知，可以进行曲线拟合。因此，可以用非线性最小二乘法估计ka，该方法确定最佳值以最小化实验和模拟数据之间的差异。分析物入口浓度是已知的，因为它是注入的分析物浓度。此外，
系统提供了一个称为Rmax的值，在某些有限的情况下，例如对于某些蛋白质，据说该值与结合到配体元件(ligand element)(其涂覆在载体材料上)的分析物物质的最大浓度具有某种比例或至少某种关系。然而，在这些非常具体的情况之外，无法推断与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的最大浓度。
-对于缔合阶段后的解离阶段(在t＝0时注入不含分析物的缓冲溶液)：
kd可以通过使用非线性最小二乘法的曲线拟合来确定(O'Shannessy等人，1993)。
c2)数值积分
时间被离散化，并且考虑到初始条件，计算每个时间步的复合物和分析物浓度，这要归功于给出所选模型浓度随时间变化的方程(Morton等人，1995，上文引用)。然后将ka、kd，kM(传质系数)确定为最佳值，以通过数据的非线性最小二乘拟合来最小化实验数据和模拟数据之间的差异(Myszka等人，1998，上文引用)。同样，除了在一些非常特殊的情况下，无法推断与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的最大浓度。
为了提高参数估计的准确性，已经提出了一种称为全局分析(global analysis)的方法。该方法包括对不同浓度的固定配体获得的数据同时进行拟合。事实上，对于低配体浓度，传质不是限制步骤，数据对传质系数不敏感。因此，无法准确确定该参数。相反，对于高配体浓度，动力学不是限制步骤，数据对缔合和解离速率不敏感。数据适用于大范围的配体浓度，确保数据取决于传质和动力学(参见Morton等人，1995年；Myszka，1997年和Myszka等人，1997年，均在上文中引用)。
需要注意的是，
系统提供的ka、kd值在适用于
系统的特定定义特征下有效。然而，在大多数情况下，生产分析将对应于定义特征的不同组。例如，
系统中的载体材料对于系统中使用的相应芯片是特异性的。没有办法用不同的载体材料来实施该系统。因此，所提供的ka、kd值不能用于精确估计具有不同载体材料的表征参数。
因此，本发明提供了一种测量代表分析化学反应动力学的一个或几个表征参数的值的方法，该分析化学反应发生在以下物质之间：
-给定配体物质涂覆在给定载体材料的固体表面上，以在其上形成反应性固体表面，和
-给定分析物物质，其包含在反应性流体中，
-当含有给定分析物物质的反应性流体与该其上涂覆有给定配体物质的给定载体材料接触时，根据所述分析化学反应，给定分析物物质能够与给定配体物质结合。
该方法包括：
-提供包括反应室的校准工具；
-对于给定的定义特征组，包括给定载体材料、给定配体物质和给定分析物物质，在反应室中提供离散颗粒，所述离散颗粒包括具有反应性固体表面的离散反应性颗粒，反应性固体表面由其上涂覆有一定量的给定配体物质的给定载体材料制成，和
-对于给定的定义特征组，执行一系列的校准实验：
-其中具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体被注入到反应室中，
-对于一个给定的校准实验，其中校准实验结果包括，在该给定的校准实验期间，以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行的多次测量，
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的校准值的不同组下执行一系列不同的校准实验，该至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积；
-在电子计算机单元中提供代表校准工具中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型，其中分析数字校准模型包括一个或多个表征参数，其值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组；
-基于一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中计算，拟合该给定的定义特征组的表征参数值。
在该方法中，反应室是搅拌釜反应器。
本发明还提供了一种预测涂覆在给定载体材料的固体表面上的给定配体物质与包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应动力学的方法，其中该方法包括使用代表分析化学反应动力学的分析数字生产模型，通过用于给定的定义特征组的表征参数值来计算至少一个输出变量，所述表征参数值已根据前述方法通过基于一系列校准实验的计算进行拟合。
本发明还提供了一种生产具有固体表面的生产分析反应器的方法，该固体表面由涂覆有给定配体物质的给定载体材料制成，其中给定载体材料和给定配体物质中的至少一种根据所述用于预测涂覆在给定载体材料的所述固体表面上的给定配体物质与包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应动力学的方法进行选择。
本发明还提供了一种制造用于生产分析的生产分析反应器的方法，该生产分析涉及生产分析化学反应，所述生产分析反应器具有由载体材料制成的固体表面，在该载体材料上涂覆有配体物质；当含有给定分析物物质的反应性流体与生产分析反应器的所述反应性固体表面接触时，所述生产分析化学反应发生在反应性流体中包含的给定分析物物质和配体物质之间。
该方法包括：
i.提供校准工具，包括反应室，其中反应室是搅拌釜反应器；
ii.选择给定的定义特征组，除了所述给定分析物物质之外，还包括给定载体材料和给定配体物质；
iii.对于该选择的给定的定义特征组，测量分析化学反应的表征参数，所述分析化学反应发生在反应性流体中包含的给定分析物物质与由涂覆有给定配体物质的给定载体制成的反应性固体表面上的给定配体物质之间；所述测量通过以下进行：
a.制造离散颗粒，包括离散反应性颗粒，并且将所述离散颗粒提供至反应室中；该离散反应性颗粒具有由给定载体材料制成的反应性固体表面，该载体材料上涂覆有一定量的给定配体物质；
b.执行一系列校准实验：
-其中将具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中，
-其中校准实验结果包括，对于一个给定的校准实验，在该给定的校准实验期间，以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行的多次测量，
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的不同组的校准值下进行一系列不同的校准实验，该至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积；
c.对于给定的定义特征组，基于一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中拟合来计算代表校准工具中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型的表征参数的值，其中表征参数的值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组，
iv.修改该给定的定义特征组，并使用修改后的定义特征的组来执行步骤iii，只要表征参数的计算值不适合生产分析反应或只要未完全扫描定义特征组范围；
v.存储为合适的定义特征，包括至少一种合适的载体材料和相应的合适的配体物质，至少一组所述给定的定义特征，其表征参数的计算值适合于生产分析；
vi.根据合适的定义特征，制造生产分析反应器，包括制造具有由合适的载体材料制成的载体表面的生产分析反应器，并用相应的合适的配体物质涂覆所述载体表面。
本发明还提供用于测量一个或多个表征参数值的系统，所述表征参数值代表涂覆在给定载体材料的固体表面上以在其上形成反应性固体表面的给定配体物质和包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应的动力学。所述系统包括：
-校准工具，包括反应室，该反应室包含离散颗粒，该离散颗粒具有由给定的载体材料制成的反应性固体表面，在该载体材料上涂覆有一定量的给定配体物质，和；
-入口回路，其被配置为在反应室中注入具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体，以用于一系列校准实验；
-至少一个传感器，其被配置为测量给定校准实验的校准实验结果，包括在所述给定校准实验期间以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行多次测量，
-电子计算机单元，其被配置为针对给定的定义特征组，包括给定载体材料、给定配体物质和给定分析物物质，记录来自一系列校准实验的校准实验结果，其中一系列不同校准实验是在所述系统的至少一个操作参数的不同组的校准值下进行的；所述至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积。
在所述系统中，反应室是搅拌釜反应器。
下面将结合附图对根据本发明的方法和系统作进一步详细描述，附图示出了本发明的一些实施方案。
图中：
图1表示用于免疫测定的生产分析反应器的示例；
图2表示图1的生产分析反应器的一部分的放大示意图，说明分析化学反应；
图3表示用于测量一个或几个表征参数值的系统的实验设置的一些元件的方案，这些参数代表涂覆在给定载体材料的固体表面上的给定配体物质和包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应动力学，这些元件可用于实施根据本发明的方法的至少一些步骤；
图4表示可用于根据本发明的方法中的反应室的一个实例的示意性分解透视图。
图5表示图4的反应室的示意性分解剖视图。
图6是图4的反应室组装后的剖视示意图。
图7A-7D表示一系列校准实验结果的图；和
图8是表示用于制造生产分析反应器的方法的步骤的图，该反应器用于涉及生产分析化学反应的生产分析中。
详细说明
根据一个方面，本发明涉及用于测量代表分析化学反应动力学的一个或几个表征参数的值的方法。这种测量不一定是直接测量，而可以是基于分析化学反应的物理输出变量的测量的间接测量。一个或几个表征参数是从这些测量中导出的。用于测量一个或几个表征参数值的此类方法可并入用于预测生产分析的动力学的方法中，和/或用于制造生产分析的方法中。
分析化学反应是给定配体物质和给定分析物物质之间的相互作用，所述分析物物质可以例如包含在反应性流体中。更准确地说，本发明涉及这样的情况，其中在分析化学反应中，给定配体物质被涂覆在给定载体材料的固体表面上。在下文中，术语“涂覆的”和“涂层”意味着给定配体物质固定在给定载体材料的固体表面上，使至少一部如此固定的配体物质群体易于与合适的分析物物质反应，无论用于此类固定的技术如何。被给定配体物质涂覆的固体表面部分可称为反应性固体表面。根据分析化学反应，当含有给定分析物物质的反应性流体与其上涂覆有给定配体物质的给定载体材料接触时，给定分析物物质能够与给定配体物质结合。
本发明主要针对确定定义特征的直接工业应用，该特征将允许制造适用于涉及分析化学反应并旨在重复多次的生产分析的生产分析反应器，因此，对分析进行微调至关重要。因此，制造生产分析反应器也是本发明的一个目标。
通常，考虑到鉴定和/或量化给定分析物来设计生产分析。为此，有必要确定，对于生产分析，应使用哪种配体物质，应使用哪种载体材料，以及可能的其他定义特征，例如用于将配体物质涂覆在载体材料上的方法。此外，可能需要确定生产分析反应器中流体的温度。
实际上，生产分析实施生产分析反应器，在该反应器中和/或在该反应器上和/或朝向该反应器提供可能含有分析物物质的反应性流体，以便与配体物质接触以达到能够进行化学分析反应的目的。
生产分析反应器可以例如是用于反应性流体的容器，例如呈锥形、试管、孔、包括若干孔的测试板中的孔等的形式。生产分析反应器可以是测试表面，例如测试板上的测试点，负载反应性流体。生产分析反应器可以是浸在反应性流体中的浸入仪器。在一个假设中，生产分析反应器的至少一部分是具有由载体材料制成的固体表面的活性部分，在该载体材料上涂覆有指定的配体物质，其中活性部分在生产分析过程中与反应性流体接触。在一些情况下，生产分析反应器可以包括反应珠，其中反应珠例如容纳在反应容器中，并且其中反应珠由给定的载体材料制成，给定的配体物质涂覆在该载体材料上，使得珠的表面形成生产分析反应器的反应性固体表面。
生产分析反应器可以是一次性的或多次使用的，但通常是批量生产的，它可以被视为附件或消耗品。
在一些情况下，生产分析反应器被配置为用于生产分析系统，该生产分析系统包括用于至少部分地使分析自动化的分析机。分析机可以包括一个或几个用于感测描述分析反应的一个或几个物理或化学参数的传感器。一个或几个物理或化学参数可以直接或间接地限定或量化在生产分析反应器中、之上或朝着生产分析反应器发生或不发生的分析反应。分析机可以控制化验反应的操作参数中的至少一个或几个，包括例如时间、反应液体流速、搅拌程度等中的一个或几个。
能够定义适用于生产分析的分析数字模型，对于给定的定义特征组，将能够通过以最少的实验测试计算预先检查是否以及如何选择给定的定义特征组，来生产将用于生产分析的生产分析反应器。此外，一旦确定了适用于生产分析的分析数字模型，对于给定的定义特征组，仅通过计算机模拟就可以确定用于生产分析的最佳操作参数值，同样无需或需要很少的实验测试。
根据本发明的方法和系统的一个目的是为给定的定义特征组计算表征参数的值，这些表征参数是代表分析化学反应动力学的分析数字模型的关键元件。
在下文中，将结合示例性实施方案描述本发明，其中分析化学反应是或包括抗原/抗体相互作用。
图1表示生产分析反应器10的一个实例，此处为锥形。这种类型的锥形反应器用于以商标为
已知的生产分析系统，由申请人之一bioMérieux销售。在使用中既用作移液管的末端又用作反应室的锥体在每一端、在底端12处开口，以用于与一个或多个流体孔进行流体连接以及在顶端14处开口，以用于连接到泵。通过使用泵，该系统能够将流体从流体孔吸入锥体，或将流体从锥体释放到流体孔中。在生产分析的使用期间，系统以这样的方式操作，即锥体的开口端内部空间16能够接收和容纳流体，通常是反应性流体，更准确地说是作为反应性流体的液体。锥体形式的生产分析反应器10通常由合成聚合材料制成。例如，该材料可存在于或可形成锥形内部固体表面18，当反应性流体被填充到生产分析反应器10中时，该内部固体表面旨在与反应性流体接触。
如图2所示，内表面18或其至少一部分涂覆有配体物质20，例如抗体。内表面的涂覆部分因此形成反应性固体表面，其中涂覆在反应性固体表面上的至少一些配体具有与相应分析物结合的能力，在此为抗体物质所针对的抗原物质的抗原元件22，根据相应的分析化学反应。需要注意的是，并非所有配体物质的涂覆元件(此处为抗体)都能够有效地与分析物(此处为抗原)结合，至少不是在所有操作条件下都是如此。已经观察到，在大多数情况下，在给定的一组操作条件下，涂覆在反应性固体表面上的配体物质的元件总量中只有一小部分可以有效地结合并保留相应的分析物元件22。与配体物质的非反应性元件相比，配体物质的此类元件可称为配体物质的反应性元件。涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件相对于涂覆在载体材料上的配体物质的元件总量的比例可能随分析物和配体物质而变化，但也随载体材料(组成，尺寸、形状和/或粗糙度……)以及用于在反应性固体表面上涂覆配体的方法而变化。
因此，该方法的输入是给定的定义特征组，至少包括给定载体材料(组成、尺寸、形状和/或粗糙度、...)、给定配体物质和给定分析物物质。因此，定义特征是已知的。可能存在其他定义特征，特别是取决于所涉及的化学分析反应。例如，至少在某些情况下，温度可能是一个定义特征。至少在某些情况下，分析反应中使用的缓冲液(组成和/或浓度，...)可能是一个定义特征。在一些情况下，可以将定义特征分类为诸如一级定义特征和二级定义特征的类别，这取决于例如它们对分析性能的影响的大小。在一些示例中，给定载体材料、给定配体物质和给定分析物物质将是一级定义特征。在这些情况下，温度可能是一级或二级定义特征。在这些情况下，分析反应中使用的缓冲液可能是二级定义特征。
计算表征参数值的方法涉及在校准工具中执行校准实验。通常，在校准实验中使用的定义特征组是那些预期用于生产分析的特征。
该方法涉及使用分析数字模型，该模型代表分析化学反应的动力学，其中包括驱动模型特定项的表征参数，但表征参数是未知的。表征参数的值取决于给定的定义特征组。在该方法中，基于在执行校准实验期间获得的一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中的计算来拟合该给定的一组定义特征的表征参数值。
对于根据本发明的方法的一部分，分析数字模型将以应用于校准设置的形式，或更一般地，以应用于校准实验的形式使用。换句话说，它将在应用于校准实验中适用的操作参数值的形式下使用。在这种形式中，它可以被称为分析数字校准模型。
对于根据本发明的至少一些方法的其他部分，分析数字模型将以应用于生产分析设置的形式，或更一般地，以应用于生产分析的形式使用。换句话说，它将在应用于生产分析中适用的操作参数值的形式下使用。在这种形式下，它可以被称为分析数字生产模型。
为了计算尽可能接近定义在生产分析反应器中进行的生产分析的表征参数的预测表征参数，使用由与载体材料相同的载体材料制成的离散颗粒进行校准实验，该载体材料是用于或考虑用于给定的现有或考虑的生产分析反应器。离散颗粒涂覆有与生产分析中使用或预期的相同的配体物质，从而形成离散的反应性颗粒，从化学角度来看，其尽可能接近给定生产分析反应器的反应性固体表面。优选地，使用与用于或预期用于制造给定生产分析反应器相同的方法将配体物质涂覆在离散颗粒上，因此在下文中将不详述。
因此，校准实验通常涉及在下述反应室28中提供离散的颗粒，包括离散的反应性颗粒，该离散的反应性颗粒具有由给定载体材料制成的反应性固体表面，其上涂覆有一定量的给定配体物质。
在一些实验中，可以规定反应室中提供的一些离散颗粒没有被给定配体物质涂覆，因此认为对于给定分析反应而言不是反应性颗粒，因此可以被称为非反应性颗粒。在这种情况下，可以指定反应性颗粒和非反应性颗粒在反应室中排列在一起的方式。例如，反应性颗粒和非反应性颗粒可以在反应室中均匀混合。或者，在反应室中混合的反应性颗粒和非反应性颗粒可以布置在单独的层或区域中，其中至少一个单独的层或区域仅具有反应性颗粒，和/或其中至少一个单独层或区域仅具有非反应性颗粒。
离散的反应性颗粒具有被选择的尺寸和形状，以便与容纳那些离散的反应性颗粒所需的体积相比具有足够的颗粒反应性固体表面比率。此外，当堆叠在校准工具中时，可以在选择离散反应性颗粒的尺寸和几何形状时考虑反应性流体流过离散反应性颗粒的容易程度。
离散的反应性颗粒可以直接从生产分析反应器产生，或者从以与生产分析反应器相同的方式制造的反应器产生。通常，这需要将生产分析反应器切割成颗粒。
在某些情况下，离散的反应性颗粒已经通过研磨生产分析反应器产生。然而，研磨会损坏涂覆的配体。离散的反应性颗粒可以通过用给定配体物质涂覆由给定载体材料制成的离散颗粒来获得。如果需要，取决于颗粒的初始尺寸，优选在涂覆过程之前研磨初始颗粒，以形成随后可以用配体物质涂覆的最终颗粒。
例如，在一些实施方案中，市售的3-4mm-直径的颗粒已经过研磨和筛分，研磨后用配体物质涂覆。这种可商购的3-4mm直径颗粒以其原始形式使用，因此在涂覆后获得3-4mm直径的颗粒以用于校准实验。
总而言之，对于给定校准实验中使用的一组给定颗粒，校准实验中使用的离散反应性颗粒表现出一个尺寸，确定为该组中每个颗粒的最大尺寸的算术平均值，其在0.01mm到50mm的范围内，优选地在0.1mm到20mm的范围内，最优选地在1mm到10mm的范围内。
图3示意性地表示系统的实验装置24的一些元件的例子，该系统用于测量一个或几个表征参数的值，这些参数代表涂覆在给定载体材料的固体表面上的给定配体物质和反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应的动力学，其可用于进行校准实验。
该设置包括校准工具26，该校准工具包括反应室28。
应当注意，本发明的一个目的是提供一种用于确定生产分析反应器的定义特征的系统。这种系统通常可以包括校准工具、用于将反应性流体注入校准工具中的入口系统、至少一个传感器和运行特定分析数字校准模型的电子计算机单元，该系统在计算资源方面是节俭的，例如在处理器能力和/或存储空间方面，该系统用于测量一个或几个代表分析化学反应动力学的表征参数值。因此，所述系统使用户能够快速且稳健地测试定义特征的多个集合并选择一个，其能够制造生产分析反应器以进行适合作为生产分析的分析。根据由此确定的限定特征，可以实施若干机器，包括模压机和涂布机以有效地制造生产分析反应器。
如图3所示，校准工具26的反应室28形成搅拌釜反应器。在搅拌釜反应器中，只要搅拌反应室内所含的流体，就可以认为反应室内所含的不同物质的浓度在任何给定的时间点上在整个反应室内是均匀的。可以看出，通过允许使用不包括空间考虑的分析数字校准模型，该特征将影响可在该方法中使用的分析数字校准模型。因此，此功能允许使用这样的分析数字校准模型，其对于方法的给定准确度和/或稳健性需要较少的计算能力。
可以提供各种系统以引起反应室内部的流体的搅拌。例如，如图3示意性所示，搅拌可由反应室中的移动搅拌器引起。如实例所示，移动搅拌器可包括在反应室26内部的磁棒34，其经受由位于反应室28附近的磁场发生器36产生的旋转磁场。或者，可以机械驱动移动搅拌器。移动搅拌器可以是反应室的壁或其他结构之一。反应室内的流体的搅拌也可由反应室的移动流体入口或通过使反应室经受振动(例如将反应室安装在振动板上)引起。
实际上，在优选的实施方案中，反应室28是流通室的形式，其包括用于反应性流体的流体入口30和流体出口32。
使用这样的反应室28，可以实施校准实验，其中具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体在其流体入口处被注入校准工具的流通室中。在给定的校准实验期间，给定分析物物质的已知输入浓度可能随时间在已知的时间变化规律下变化。
在校准实验中，测量输出变量，例如在校准工具26的流体输出处收集的流体中给定分析物物质的浓度。
然而，在一些实施方案中，反应室可以是非流通室或封闭室，其中在实验开始时反应室中存在一定量的反应性流体，并且不时或连续地测量输出变量。
在图3的实施方案中，反应室28因此是连续流动的搅拌釜反应器。
因此，在图3的实施方案中，实验装置24包括至少一个泵38，该泵能够泵送容纳在储器40中的反应性流体并且将反应性流体通过入口回路42递送到反应室28的流体入口30。
在所示实例中，相同的泵38还能够泵送容纳在次级储器44中的缓冲溶液并且将缓冲溶液通过相同的入口回路42输送到反应室28的流体入口30。因此，在入口回路42中提供上游回路46，该上游回路46具有连接到容纳反应性流体的储器40的第一上游分支48、连接到次级储器44的第二上游分支50，两个上游分支分别连接到阀52的一个输入端口。阀52的输出端口通过上游回路46的连接支路54连接到泵38的入口端口。阀52可以是选择阀，将联合分支54专门连接到上游分支48、50中的一个或另一个，或者是能够按比例混合来自上游分支48、50的流体的混合阀。
可以在该方法中使用的校准工具26的示例更详细地显示在图4-6中。
在该实施例中，连续流搅拌釜反应器包括限定反应室28的内部容积，其物理上分为：
-输入隔室56，其中流体入口30排放到该输入隔室中；
-输出隔室58，其中流体出口32排放到该输出隔室中；
-在输入隔室56和输出隔室58之间的用于接收离散反应性颗粒的反应隔室60。
因为反应室28是流通室的形式，所以它被配置成使得反应性流体通过反应隔室60从输入室56流到输出隔室58。对于形状和尺寸仅引起反应性流体通过隔室60的最小压降(如果可能的话可以忽略不计)的离散反应性颗粒，并且具有位于反应室底部附近的移动搅拌器，反应性流体应该有利地从输出隔室58流到靠近反应室顶部的输入隔室56。在一些设计中，可以根据给定的流体分子在经由流体出口32流出反应室28之前多次流过反应隔室60而引起再循环，这可以提高分析反应的性能。
如图4至图6所示，反应隔室60可通过各自的筛网62、64与输入隔室56和输出隔室58隔开，该筛网62、64构造成截流离散的反应性颗粒但允许反应性流体流过。筛网可由具有穿孔的壁形成。每个筛网62、64的穿孔均具有抑制离散反应性颗粒通过但允许反应性流体(当然包括分析物物质)通过的横截面。给定的筛网62、64中的穿孔数量应该足够多，使得筛网的穿孔的组合横截面对于通过筛网的反应流仅引起最小的，如果可能可以忽略不计的压降。此外，穿孔优选地在给定筛网的整个延伸部上均匀分布，以促进在筛网的整个延伸部上从一个隔室到另一个隔室的均匀流动。这与反应性流体的搅拌相结合，促进了包括输入隔室56、输出隔室58和反应隔室60的整个反应室28中反应性流体中分析物物质浓度的均匀性。
在所描绘的实施方案中，反应隔室60是围绕输入隔室56的环形隔室，并且输出部58是围绕反应隔室60的环形隔室。
更准确地说，反应室28由围绕中心轴线A0的管状的圆柱形状的外周壁66界定，并且由均横向于中心轴线A0的顶壁68和底壁70构成。两个筛网62、64被接收在反应室28内并且每个都由围绕中心轴线A0的圆柱形状的管状穿孔壁制成。筛网，包括内筛网62和直径大于内筛网的外筛网64，同心地布置并且在它们之间径向地划分反应隔室60。优选地，每个筛网62、64沿中心轴线A0的轴向在顶壁68和底壁70之间的反应室的整个高度上延伸。优选地，对于一个筛网，或更优选地对于两个筛网，穿孔也分布在顶壁68和底壁70之间的反应室的整个高度上。优选地，对于一个筛网，或更优选地对于两个筛网，穿孔也分布在围绕中心轴线A0的整个360度角延伸上。如在所示实例中，流体入口30可有利地沿中心轴线A0布置在顶壁68的中心，以便直接排放到输入隔室56中，输入隔室56被界定在内筛网62内。如在所示示例中，流体出口32可以有利地沿着垂直于中心轴线A0的方向布置在外围壁66中，以便直接排放到输出隔室58中，该输出隔室58径向地限定在外筛网64以及外围壁66之间。
在所示实施方案中，校准工具26由三部分构成。外围壁66和底壁70可以形成为第一单个组件。顶壁68可以形成为第二单个组件，形成反应室的盖子。顶壁68可以通过任何合适的可拆卸紧固装置例如螺钉、夹子等固定到第一单个组件上……
在所示实施方案中，筛网62、64可从反应室26移除。在所示实施方案中，筛网62、64结合在一起以形成可移除的篮子72。篮子72因此包括以径向划分反应隔室60的方式布置的两个筛网62、64，并且包括横向于中心轴A0的在平面中延伸的底部底板74，并且其可以将离散的反应性颗粒保持在反应隔室60中。底部底板74至少在两个筛网62、64之间延伸。它可以是在两个筛网的圆形底部边缘之间延伸的环形表面。然而，在所示实施方案中，底部底板74是具有外筛网64直径的圆盘。在所示实施方案中，篮子被接收在布置在底壁70的顶表面76上的凹部76中。凹部76的轮廓与篮子72的轮廓匹配，这里是底部底板74的轮廓，以便沿所有方向精确地固定篮子72在反应室28内的位置。沿着中心轴线A0的方向，凹槽76的深度优选地等于篮子的底壁74的厚度，从而避免筛网的下部受到任何阻碍。
在操作中，对于校准实验，可以将篮子插入反应室中。在该插入之前或该插入之后，可以在反应隔室60中提供离散的反应性颗粒。然后可以紧固顶壁68以关闭反应室28。优选地，除了提供流体入口30和流体出口32之外，例如通过在外围壁66和顶壁68之间的界面处提供垫圈，使反应室28不透流体。
在示例性实施方案中，反应器28的壁66、68、70和筛网62、64端部由合成聚合物材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)。
该方法涉及对给定的一组定义特征执行一系列校准实验：
-其中将具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中，
-其中执行测量以产生校准实验结果，包括，在所述给定校准实验期间，对于给定的校准实验，以不同的连续测量次数进行至少一个输出变量的多次测量，通常是反应性流体中给定分析物物质浓度的多次测量；
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的不同值组下进行一系列不同校准实验。
至少一个操作参数可以在一系列的两个不同校准实验之间变化。可以在列表中选择至少一个操作参数，该列表包括反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积、反应室中载体材料的反应性固体表面的总体积、反应室中反应性流体的总体积、实验持续时间和搅拌速度。
通常，对于校准实验，注入反应室的反应性流体具有已知输入浓度的给定分析物物质。该知识可以直接或间接地从所使用的给定分析物物质的浓度的知识中导出，例如储存在储器40中。如果专用上游回路46用于反应性流体，则反应性流体中给定分析物物质的浓度没有理由在储器40和进入反应室26的流体入口30之间发生变化。然而，如由图3的实验装置所举例说明的，在使用部分共享的上游回路46情况下，在进入反应室26的流体入口30中，给定分析物物质的浓度可能不同于流体储器40中的浓度。
在图3的例子中，该装置可能之前已经用于在反应室中注入容纳在次级储器44中的缓冲溶液，该缓冲溶液具有已知输入浓度(其为零)的给定分析物物质的。在此期间，上游回路46因此充满缓冲溶液。如果阀门52在给定的时间点切换，使得现在来自储器40的反应性流体被泵送，流体入口30处的流体成为相同的反应性流体则需要一些时间。在沉降期间，在反应室的流体入口30处由上游回路46提供的流体的性质将或多或少地将纯缓冲溶液逐渐变为纯或基本上纯的流体，其组成与储存在储器40中的流体相同。当从储器40中储存的反应性流体转换为第二储器44中储存的缓冲液时，情况正好相反。在这种情况下，仍然存在能够知道流体入口30处的流体中给定分析物物质的输入浓度的不同方式。一种方式可以是在流体入口处或非常靠近流体入口处直接测量所述浓度。另一种方式是预测流体入口处的所述浓度。可以简单地进行初步测量以建立经验法则，该经验法则可以例如表示在从一种流体切换到另一种流体之后流体入口处的流体组成随时间的变化。例如，该系统可以进行初步测量以建立经验定律，该定律表示在从具有第一电导率的第一测试流体切换到另一个具有第二电导率的第二测试流体之后流体入口处的流体电导率随时间的变化。然后可以转置相同的变化规律，以建立关于流体入口30处流体中给定分析物物质的输入浓度的预测变化规律。预测流体入口处的所述浓度的另一种方式是提供考虑到上游回路46中的流体动力学的数字模型。这种数字模型可以通过纯理论获得，或者可以通过考虑测试测量来改进。这样的数字模型然后将被包括在分析数字校准模型中。
输出变量的测量可包括直接或间接测量收集在反应室或反应室下游的流体的物理或化学参数。
对于给定的校准实验，校准结果包括这样的几个测量。几个测量可以构成连续测量，该术语将包括准连续测量，其中在校准实验的一部分或全部期间，与输出变量的可能变化相比，以高频率进行测量。与输出变量的可能变化相比，可以在较低频率下进行几次测量，因此不时地沿着校准实验的一部分或全部进行。在许多情况下，给定校准实验中的几次测量说明了所测量的输出变量随时间的变化。这种时间变化可以说明化学分析反应的动力学。
校准结果可能限于一个或多个输出变量的这种几个测量，或者可以包括其他信息。
通常，在校准实验期间可以直接或间接测量的一个输出变量是反应室中给定分析物物质或至少其标记物的浓度。可以记住，在搅拌釜反应器中，可以认为给定分析物物质的浓度在反应室中是均匀的，因此在反应室的流体出口处收集的流体具有与反应室中的流体相同的给定分析物浓度。
在一些情况下，可以在反应室中直接测量输出变量，例如通过在反应室中使用一个或多个传感器，或者通过从反应室采样流体，并且流体样品中的输出变量可以在一个独立的机器80，以类似于下面将要描述的方式进行测量。
输出变量可以直接在反应室28的流体出口32处测量，或者它可以在流体出口32的下游测量。
在图3的实验装置中，校准工具26连接到下游回路78，用于收集从反应室排出的流体。下游回路78具有上游终端，其在流体出口32处连接到反应室。输出变量的测量，其通常涉及流体的物理或化学量的直接或间接测量，因此可以在这样的下游回路78中进行，例如在距反应室28的流体出口32一定距离处的下游收集终端。
类似于上面关于输入浓度的知识所描述的内容，可能有必要根据化学分析反应和实验装置(尤其是任何下游电路78的设计)考虑下游电路78的任何影响，例如通过考虑由实验装置对输出变量的测量引起的任何时间延迟。这可能涉及预测这种影响。这种预测可以依赖于初步测量来建立经验法则，和/或可以依赖于下游回路78中流体动力学的数字模型，该数字模型可以通过纯理论获得或者可以通过考虑测试测量来改进。这种数字模型可以描述，一方面，连接到反应室的上游终端处的流体中分析物物质的浓度，与另一方面，在下游收集终端的流体中分析物物质的浓度之间的联系。这样的数字模型然后将被包括在分析数字校准模型中。
通常，输出变量的测量将使用一个或几个传感器进行。这种传感器可以直接集成在实验装置中，例如集成在校准工具26和/或下游电路78中。用于测量输出变量的一些或所有传感器可以是独立机器80的一部分，如图3的示例中所示。
实际上，在申请人进行的校准实验中，输出变量的测量，在这种情况下是反应性流体中给定分析物物质的浓度，是通过进行光学分析，特别是通过荧光法和/或比色法，用检测和/或量化样品中存在的至少一种分析物的机器进行的。
这种机器是已知的，特别是通过荧光测定法进行体外诊断的自动仪器的形式，例如以下文献所述：EP0864089B1、EP0871863B1、EP0241268A1、US5757013A、EP0802413和WO2004/055502A2。此外，申请人之一bioMérieux以商标名
销售基于这些原则的机器。此类机器通常包括：
-一个或多个接收区域，每个区域用于接收样品以进行分析；
-制备和自动反应装置，用于制备样品并使其与试剂反应以形成测量溶液；
-一个或多个光学分析区域，每个区域用于接收通过与样品反应获得的测量溶液；和
-能够检测和/或量化测量溶液对电磁刺激的光学响应的光学传感器装置，该光学传感器装置包括至少一个能够照亮分析区域的电磁辐射源，以及光电接收器，其布置用于接收来自容纳在分析区中的被测溶液的光辐射并且能够检测被测溶液的光学响应。
这种机器通常包括集成的电子计算机单元，该单元可以包括存储用于实现测量算法的指令的计算机存储器和用于执行所述指令以便确定作为参数的函数的输出变量值，所述参数包括被测溶液的光学响应。集成电子计算机单元例如是台式计算机或笔记本电脑。测量结果可以电子方式存储在集成电子计算机单元中和/或显示在例如所提供的机器的显示器上。在一个变体中，部分或全部测量算法可以在单独的电子计算机单元82中执行，该电子计算机单元82可以通过有线或无线通信连接到机器80。
在图3的实验装置中，下游回路78被设计成允许不时地从流体流中收集样品，该流体从反应室的流体出口32处收集。下游回路78包括例如通向开关阀84的输入端口的管道。在该管道中，在开关阀84的上游，可以提供限流器86。开关阀84可以有两个输出口，一个连接到采样出口90，另一个连接到排放出口92。在校准实验期间，流体流通过泵38以可由流量泵38结合流量限流器86调节的流速递送到反应室。因此，一定流速的流体通过流体出口32从反应室排出到下游回路78中。在操作期间，开关阀84可将流引导至排放出口92。不时地，开关阀84可以被瞬时切换以将流体流导向采样出口90，在采样出口90处可以在容器94中收集限定体积的流体。收集在容器94中的流体然后可用于测量机器80中的测量。取样出口90因此形成下游收集终端，在该收集终端处测量收集的流体中的分析物物质的浓度。然而，在图3的设置中，认为下游回路对输出变量的唯一后果是反应室的流体出口32处的输出变量的电位变化与下游收集终端90处输出变量的对应变化之间的潜在时间延迟。在某些情况下，特别是如果下游电路78足够短，这种潜在的时间延迟小到可以忽略不计。
图7A到7D表示一系列校准实验结果与时间的关系图。这些图中的每一个都代表了一系列校准实验的校准实验结果。一个校准实验的这些校准结果包括不时进行的几次测量，每次测量都由图中的一个点表示。例如，校准结果表示为归一化的在反应室的流体出口处的流体中分析物物质浓度。
图7A和7B是被称为突破实验的校准实验类型的示例，其中从初始时间点t＝0开始将具有已知恒定输入浓度(其不为零)的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中。因此，这些图显示了流体出口32处流体中给定分析物物质的测量浓度随时间逐渐增加。这两个图显示了各种实验是在不同的操作条件下进行的，此处是在反应性流体通过反应室的不同流速下，但也可能是在不同的初始条件下。
图7C和7D是称为吹扫实验的校准实验类型的示例，其中从初始时间点t＝0开始将具有已知输入浓度(其为零)的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中。换言之，在该实验中，反应流体可以是缓冲液。吹扫实验通常在穿透实验之后进行，在此期间分析物物质的元件将与涂覆在反应性载体表面上的配体物质的反应性元件结合，优选达到配体物质的反应性元件被所结合的分析物物质饱和的程度。
优选地，在针对给定的定义特征组的一系列校准实验中，至少一个校准实验是吹扫实验，并且至少一个校准实验是突破实验。
如上所述，校准实验是用至少一个操作参数的不同值进行的。例如，一个操作参数可以在一个系列的一个校准实验中具有第一值，而在同一系列的另一个校准实验中具有另一值。在另一示例中，一个操作参数在一个系列的一个校准实验中可以具有固定值，而在同一系列的另一个校准实验中可以具有变化的值。例如，在系列校准实验的至少一个中，反应性流体的输入浓度可以在校准实验的持续时间内具有变化的值。但是，可以使用同一组的操作参数来执行两个或更多个校准实验。例如，可以使用反应性流体中给定分析物物质的相同输入浓度和反应室中载体材料的反应性固体表面的相同总面积来进行若干实验。
例如，图7A和7B对应于使用一组操作参数进行的两个校准实验，这些操作参数的不同在于反应性流体通过校准工具的流速分别为5mL.min-1和7mL.min-1。图7C和图7D对应于使用一组操作参数进行的两个校准实验，这些操作参数的不同在于通过校准工具的流体流速分别为5mL.min-1和7mL.min-1，这里流体流速是缓冲流体流速，因此流体中给定分析物物质的输入浓度为零。
根据本发明，校准实验结果用于计算分析数字校准模型的表征参数的值，使得在校准实验的上下文中，具有表征参数的计算值的分析数字校准模型能够提供定义化学反应分析的给定的定义特征组的输出变量，包括适用于校准实验的操作参数。
这部分过程通常在电子计算机单元中执行。电子计算机单元可以集成在上面讨论的测量机器80中，或者可以是单独的电子计算机单元82，例如台式电脑或笔记本电脑。这种电子计算机单元可以具有计算机存储器，该计算机存储器存储实施所述方法的所述步骤所需的所有参数和指令，包括数字模型，至少是分析数字校准模型。该方法的结果，包括计算出的表征参数和包括这些计算出的表征参数的数字模型，可以存储在电子计算机单元中和/或显示在屏幕上和/或提供在可移动数据存储器(USB记忆棒、闪存卡等)和/或通过有线或无线通信(Ethernet,Internet,
等)以电子方式传输到另一个电子计算机单元。
基于一系列校准实验结果，可以通过拟合函数来执行对于给定的一组定义特征的表征参数值的计算。
例如，表征参数可以通过拟合函数来计算，该拟合函数最小化通过实验设置获得的实验数据与使用初始表征参数值通过分析数字校准模型计算的模拟数据之间的差异。这种拟合方法可以包括非线性最小二乘拟合方法和信赖域反射算法。实验数据包括校准实验结果ψf，exp(t＝texp，i)。模拟数据包括使用分析数字校准模型获得的输出变量ψf(t＝texp，i)的模拟值，考虑到用于校准实验的相同给定定义特征和相同集合的操作参数。例如，可以使用以下标准，其中平方误差的总和被最小化：
其中：
texp，i是在校准实验期间测量出口变量值的实验时间点。
P是需要计算的表征参数的向量，Nexp是实验点的数量。
可以根据以下式评估Pestim的置信区间，参数的估计向量，：
其中
tstud是遵循Student分布的变量，具有Nexp-NP自由度和Vij，方差矩阵的第i行和第j列的元件，定义如下：
H是Hessian矩阵:
可以评估估计参数之间的相关性。
Corrij是Pestim，i和Pestim，j之间的相关系数，由下式给出：
通过基于一系列校准实验结果的计算拟合的分析数字模型，因此是分析数字校准模型的一个表征参数可以表示涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度Cs,max，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。所述基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面的涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度Cs,max，可以近似为结合到涂覆在载体材料上的配体元件的分析物物质的最大浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
可以通过基于一系列校准实验结果的计算来拟合的分析数字模型，因此为分析数字校准模型的另一个表征参数是分析化学反应的固有缔合速率常数ka。固有意味着对流和扩散速率不影响动力学参数的估计值。
事实上，作为一个例子，涉及分析物物质A与配体物质B结合的分析化学反应可以通过一对一的相互作用模型来描述，该模型通常表示如下：
分析化学反应的固有缔合速率常数ka，可以用m3.mol-1.s-1表示，代表分析化学反应的缔合速率rads，指示分析物物质的多个元件根据所考虑的分析化学反应与配体物质的结合，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，以及每单位时间。在搅拌釜反应器中，并考虑到如下所述的传质的“薄膜”模型，分析化学反应的固有缔合速率常数ka与分析化学反应的缔合速率rads通过以下关系式相关联(可以例如表示为mol.m-3.s-1)：
kaCint(t)(Cs,max-Cs(t))＝rads(t)
其中：
Cint(t)是接触反应性固体表面的反应性流体的薄体积(由“薄膜”模型中的所谓“薄膜”定义的体积，如下所述)中分析物物质的浓度流体，基于每单位体积的流体；
Cs(t)是与配体物质的反应性元件结合的分析物物质的浓度，基于每单位体积的载体材料(如在实施例中)或每单位面积的载体材料的反应性固体表面；
Cs,max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料(如在实施例中)或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
可以通过基于一系列校准实验结果的计算来拟合的分析数字模型，因此为分析数字校准模型的的另一个表征参数是分析化学反应的固有解离速率常数kd，如上所示。分析化学反应的这种固有解离速率常数kd以s-1表示，它代表分析化学反应的解离速率rdes，表示在所考虑的载体材料上根据分析化学反应从配体物质中解离的分析物物质的元件数量，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，以及每单位时间。在搅拌釜反应器中，分析化学反应的固有解离速率常数kd与分析化学反应的解离速率rdes(在示例中可以用mol.m-3.s-1表示)通过以下关系式相关联：
kdCs(t)＝rdes(t)
其中
Cs(t)是与配体结合的分析物物质的浓度，基于每单位体积的载体材料(如在实施例中)或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
需要注意的是，在平衡状态下，如Langmuir吸附模型中所假设的，可以认为分析化学反应的解离速率rdes和缔合速率rads相等：
rdes(t)＝rads(t)。
通常，根据本发明的方法中使用的分析数字校准模型可以包括：
-反应室中反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，和
-与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的质量平衡的表达。
由于在校准实验中使用了搅拌釜反应器，这两个表达，即反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，以及与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡的表达，可以相对于时间来表示，但无需考虑在反应室中的位置。实际上，这意味着反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达考虑到反应性流体中分析物物质的浓度在给定时间点在整个反应室中是均匀的，至少在接触反应性固体表面的薄体积流体外部是均匀的(因此具有相同的值)，但可能随时间变化。对于给定的准确度和给定的过程稳健性，这导致分析数字校准模型的重要简化。
如下将显而易见，这两个表达都可以分别以微分方程的形式表达，分别表示为反应性流体中分析物物质浓度的函数和表示为结合到涂覆在载体材料上的配体元件的分析物物质浓度的函数。
因此，鉴于上述情况，在所提出的方法中，分析数字校准模型可包括反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，其包括：
-对于流通室，反应性流体中通过流通室的分析物物质的通量的表达，即流入和流出流通室的分析物物质的通量之间的平衡，通量为由每单位时间的分析物物质的量表示。例如，质量平衡方面的通量表达式可以采用fCf(t)的形式；
-基于每单位体积的反应性流体，反应性流体中分析物物质浓度随时间变化的表达式，例如可以用
形式的质量平衡来表示；
-反应性流体中剩余的分析物物质的量与结合至涂覆在载体材料上的配体物质的元件的分析物物质的量之间的分析物物质通量的表达。例如，质量平衡方面的通量的这种表达可以是以下形式Nech(t)Sech。
反应性流体中剩余的分析物物质的量与结合至涂覆在载体材料上的配体物质的元件的分析物物质的量之间的分析物物质的通量Nech(t)，可以根据描述传质过程的所谓的“薄膜模型·”来测定。事实上，在与配体结合之前，分析物必须首先被传输到固体反应性表面。已经表明，当发生快速的分析物/配体结合速率时，整体结合过程可能会受到分析物向固体表面的传输的限制。同样，如果分析物和配体之间的解离速度很快，解离过程可能会受到分析物从固体表面的传输的限制。当由于实验限制而无法避免传质限制时，因此优选包含传质的模型。
可以使用一个简单的模型来考虑传质：所谓的“薄膜模型”。该模型将反应室中反应性流体所占的体积分为以下概念：
-内部隔室，其靠近反应性固体表面(所谓的“薄膜”)，显示分析物物质的体积浓度Cint(t)(mol.m-3)，
-外部隔室，即反应室的其余部分，其因此具有大得多的体积并因此包含反应室中的大部分反应性流体并且其表现出分析物物质的体积浓度Cf(t)(mol.m-3)。
在该模型中，考虑了一个两步过程：
-第一步是将分析物物质传输到反应性固体表面，并以传质系数kM为特征，
-第二步是分析物与固定配体的结合，其特征在于固有缔合和解离速率常数ka和kd。
在这样的模型中，认为反应性流体中剩余的分析物物质的量与结合至涂覆在载体材料上的配体物质的元件的分析物物质的量之间的分析物物质的通量Nech(t)与反应性流体主体中分析物物质的浓度Cf(t)，因此是在内部隔室之外(其是接触反应性固体表面的反应性流体的薄膜体积)，与接触反应性固体表面(内部隔室)的反应性流体的薄膜体积中的分析物物质的浓度Cint(t)之间的差异成比例。因此，这种比例可以表示为以下形式：
Nech(t)＝kM(Cf(t)-Cint(t))
因为与反应室的总体积相比，靠近反应性固体表面的内部“薄膜”隔室的体积被定义为非常小，因此假定它不积聚分析物。因此可以假设以下等式适用：
Nech(t)Sech＝rads(t)Vs–rdes(t)Vs
其中：
Nech(t)以mol.m-2.s-1表示；
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
rads(t)是分析化学反应的缔合速率，以mol.m-3.s-1表示；
rdes(t)是分析化学反应的解离速率，以mol.m-3.s-1表示。
因此，反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达可以例如以下形式表达：
其中f是反应性流体通过反应室的体积流体流速(m3.s-1)，Nech是反应性流体中剩余的分析物物质的量与结合至涂覆在载体材料上的配体物质的元件的分析物物质的量之间的分析物物质的通量(mol.m-2.s-1)，Sech是反应室中反应性固体表面的面积(m2)，Vf是反应室中反应性流体的体积(m3)，其假定是不变的。
Ce(t)是反应室的流体入口30处的反应性流体中分析物物质的体积浓度(mol.m-3)。如上所述，如果校准工具包括用于在反应室递送反应性流体的上游回路，则分析数字校准模型可以包括用于估计在反应室的流体入口的反应性流体中分析物物质的浓度Ce(t)的数字模型。
反应性流体中分析物物质的质量平衡表达式可以改写如下：
其中
是流动的时间常数特征。
同样鉴于上述情况，分析数字校准模型可以包括与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的质量平衡的表达，其包括：
-基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，结合到配体物质的反应性元件上的分析物物质的浓度随时间变化的表达，例如，质量平衡可以表达为形式
-反应性流体中剩余的分析物物质的量与结合至涂覆在载体材料上的配体物质的元件的分析物物质的量之间的分析物物质的通量的表达，例如，质量平衡可以表达为形式Nech(t)Sech；
其中Cs是与配体物质的反应性元件结合的分析物物质的体积浓度(mol.m-3)，而Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积(m3)。
考虑到Cf(t)在釜中是均匀的，Cs(t)也被认为是均匀的。反应室中与配体物质结合的分析物物质的质量平衡可以由以下方程表达：
使用前面的等式，可以推导出以下等式
kM(Cf(t)-Cint(t))Sech＝kaCint(t)(Cs，max-Cs(t))Vs-kdCs(t)Vs
Cint可以作为Cf和Cs的函数从这个表达式中消除：
反应性流体中分析物物质的质量平衡表达式可以改写为：
与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的质量平衡表达式变为：
上述方程包含许多要通过拟合实验数据来估计的参数。
建议通过使用第一个无量纲变量ψf(t)来使用变量的变化，使得
其中Cadim是参考浓度，Cf(t)是反应室中反应性流体主体中分析物物质的浓度，其在接触反应性固体表面的反应性流体的所述薄体积外部。Cadim可以连接到测量仪器的机构，其用于在校准实验中测量浓度。例如，它可以是仪器可以测量的最大浓度。作为另一个例子，当进行穿透实验时，它可以是反应室的流体入口30处的反应性流体中给定分析物物质的浓度。在这两个示例中，这会导致ψf(t)具有0到1的值。
还建议使用第二个无量纲变量
其中C*(t)是根据Langmuir模型在每个时间和位置与反应性固体表面平衡的流体中分析物物质的理论浓度，使得：
其中，如上所述，Cs(t)是与配体结合的分析物物质的浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
变量变化的一个优点是，如果校准工具的初始条件对应于应用入口步骤浓度之前的平衡状态，则可以测量整个初始浓度分布，因为在这种情况下：
C*(t＝0)＝Cf(t＝0)
这是一个很大的优势，因为当初始条件不为零时，初始平衡条件
不需要包含在参数估计过程中。
通过使用变量的这种变化，反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达式可以写成以下形式：
其中
Cs,max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，其在该要应用的方程中表达为基于每单位体积的载体材料(如在示例中)；
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
ka是分析化学反应的固有缔合速率常数；
kd是分析化学反应的固有解离速率常数。
通过使用相同的变量变化，与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡的表达可以写成以下形式：
其中
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
ka是分析化学反应的固有缔合速率常数；
kd是分析化学反应的固有解离速率常数；
Cs,max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，其在该要应用的方程中表达为基于每单位体积的载体材料(如在示例中)。
以上两个方程，分别反映反应流体中分析物物质的质量平衡以及与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡，可以使用合适的初始和边界条件对其进行积分。
然后可以实现这些方程以在诸如单独的电子计算机单元82的电子计算机单元上以合适的数学求解程序诸如来自TheMathWorks,Inc.的
软件，例如使用常微分方程求解器，例如
常微分方程求解器，以足够的初始边界和连接条件进行求解。
在这些方程中，一些参数是已知的。
-Vs，浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积(m3)，其可以通过称重引入反应室中的颗粒来确定，制备这些颗粒的载体材料的密度是已知的。
-Vf，反应室中反应性流体的体积(m3)，从反应室的尺寸得知，因此可以计算流体的理论体积。也可以通过称量填充反应室的液体量来获得。
-t0，流量的时间常数特性：可以测定
因为Vf是已知的，因此f也是已知的；选择体积流量，因为它是由泵控制的。
-Cadim，参考浓度，用于对浓度进行维度化(mol.m-3)。
因此，求解上述方程并将通过这些方程计算出的值与实验结果进行拟合，以确定未知的表征参数：
ka是固有缔合速率常数(m3.mol-1.s-1)；
kd是固有解离速率常数(s-1)。
Cs,max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料(如在此示例中)或每单位面积的载体材料的反应性固体表面(mol.m-2or mol.m-3)。
kM是传质系数。
因此，该方法的关键结果是能够针对给定的一组定义特征确定化学分析反应的至少一个表征参数中的值。事实上，这些参数，尤其是ka，固有缔合速率常数；kd，固有解离速率常数；和Cs,max，涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，是关键指标，可用于确定是否给定的一组定义特征定义了认为可用于生产分析的化学分析反应。
通常，上述方法因此可用于确定分析数字校准模型的表征参数，例如ka、kd和Cs,max。这样的分析数字校准模型可以如上构建，并且可以写成以下缩写形式：
ADCM(t,Ce,ka,kd,Cs，max,Pcal)
其中t是时间，Ce是反应性流体中分析物物质的输入浓度，而Pcal是代表适用于校准实验的操作参数的参数向量。该模型ADCM(t,Ce,ka,kd,Cs，max,Pcal)可以例如在对应于向量Pcal的该组操作条件下返回相应分析化学反应的一个或几个输出变量的计算值。
对于给定分析物的检测，可以针对不同的配体物质和/或不同的载体材料计算表征参数的值。这种计算可以基于校准实验来完成，这不需要制造生产分析反应器。基于计算出的表征参数，可以选择一个或几个最有希望的定义特征组。
在优选实施方案中，电子计算机82包括存储测试的定义特征和它们相关联的表征参数的数据库。
在优选实施方案中，电子计算机单元82自动选择适合于生产分析反应的定义特征。更具体地，电子计算机单元82可以被配置为自动选择定义特征，使得例如灵敏度或特异性或分析反应的灵敏度和特异性高于预定阈值，优选高于90％的阈值，更优选高于95％的阈值。在一个变体中，电子计算机单元82可以被配置为自动选择在灵敏度或特异性方面或者在分析反应的灵敏度和特异性方面的最佳定义特征。
一旦选择了一组最有希望的定义特征，就可以制造具有由给定载体材料制成的固体表面的生产分析反应器，并在该生产分析反应器的由给定载体材料制成的固体表面上涂覆给定的配体物质。
因此，总而言之，用于制造在涉及生产分析化学反应的生产分析中使用的生产分析反应器的方法可以包括在图8中举例说明的主要步骤。
该方法的初始步骤之一可以是通过选择定义该分析的给定的一组定义特征来定义预期分析反应的步骤100。这些定义特征通常包括给定分析物物质、给定载体材料和给定配体物质，并可能添加上述其他定义特征。
这种方法包括提供包括反应室28的校准工具26的步骤120。优选地，反应室是搅拌釜式反应器，例如上文关于图4到6所述的反应器。校准工具可以是如上文关于图3所述的实验装置的一部分。
对于选定的给定的一组定义特征，该方法涉及测量分析化学反应的表征参数的方法，该分析化学反应发生在反应性流体中包含的给定分析物物质和反应性固体表面上的给定配体物质之间，该反应性固体表面由涂覆有给定的配体物质的给定载体材料制成。
所述测量方法可以有利地包括制造离散颗粒的步骤140，所述离散颗粒包括具有由给定载体材料(其上涂覆有一定量的给定配体物质)制成的反应性固体表面的离散反应性颗粒，并在反应室中提供所述离散颗粒。
测量方法还可以包括进行一系列校准实验的步骤160：
-其中将具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中，
-其中校准实验结果包括，对于给定的校准实验，在所述给定的校准实验期间以不同的连续测量次数对至少一个输出变量的多次测量，
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的不同组的校准值下进行一系列不同的校准实验，该至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积。
对于给定的定义特征组，该方法还包括步骤180，其基于一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中拟合来计算代表校准工具中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型的表征参数的值，其中表征参数的值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组。
基于表征参数的那些测量值，该方法通常可以包括评估200，其评估由定义特征定义的分析反应是否适合作为生产分析。评估步骤可能涉及评估测定的灵敏度、特异性和/或出结果的时间。通常，它可能涉及评估灵敏性或特异性或出结果的时间是否达到或超过预定阈值。例如，可能需要灵敏度和/或特异性达到或超过90％，或更优选地达到或超过95％。当然，其可能涉及其他评估，包括与成本、可行性和/或实用性相关的评估。
例如，评估步骤可能涉及对给定的定义特征组使用分析数字生产模型，其中分析数字生产模型包含作为模型项的表征参数的值，其测定用于相同的定义特征，但使用分析数字校准模型和相应的校准结果，如上所述。通常，分析数字生产模型可用于计算预期分析的一个或几个输出变量的估计值。基于这些输出变量的估计值，可以预测预期的分析是否适合作为生产分析。
通常，相同的表征参数，例如ka、kd和Cs,max可因此用于分析数字生产模型，其可写为以下缩写形式：
ADPM(t,Ce,ka,kd,Cs，max,Pprod)
其中t是时间，Ce是反应性流体中分析物物质的浓度，而Pprod是代表适用于生产分析的操作参数的参数向量。这样的模型ADPM(t,Ce,ka,kd,Cs，mac,Pprod)可以例如返回相应分析化学反应的一个或几个输出变量的值，在对应于向量Pprod的操作参数集合下，其适用于生产分析。分析数字生产模型可以根据与上述用于构建分析数字校准模型相似的方法来构建，但要考虑到由于操作参数不同而导致的可能差异，包括所用设置中的可能差异。还可以参考本领域已知的用于构建数字模型的方法，包括在本说明书前序部分引用的文件中所描述的。
在某些情况下，同一给定的定义特征组的分析数字生产模型和分析数字校准模型都可以写为通用分析数字模型，例如以下形式：
ADM(t,Ce,ka,kd,Cs，max,Pcal,Pprod)
根据另一种可能的方法，评估步骤200可以通过将一个或几个表征参数的值或从其导出的值与参考值或参考值范围进行比较来执行。参考值或参考值范围可以凭经验、通过实验和/或通过计算确定。可以知道参考值或参考值范围以对应于合适的定义特征组。
评估步骤200可以包括进一步的实验测试，其优点是这种进一步的实验测试将仅限于定义特征的候选组的一部分，那些表征参数已经被确定为适合或可能适合上述方法中的至少一种。
只要表征参数的计算值不适合生产分析反应，意味着它们定义的分析反应不适合作为生产分析，该方法将迭代地涉及修改210给定定义特征的集合并使用修改后的定义特征集合执行步骤140到200。该迭代可以在合适的分析反应第一次出现时停止。或者，考虑到许多定义特征组的详尽性，只要定义特征组的范围没有被完全扫描，就可以重复该迭代。通常，可以因此研究不同的定义特征组。在这种情况下，可以比较已研究的不同组的适用性。他们可能会被排名。
在一个示例中，可以研究不同组的定义特征，其中特征组的不同仅在于定义特征中只有一个的值与该特征组中的特征组不同。例如，可以研究定义特征的不同组，其中特征组的不同之处仅在于组中的分析物物质不同于另一组，或者组中的配体物质不同于另一组，或者组中的载体材料不同于另一组，或者组中的温度不同于另一组。
有利地，该方法可以包括存储220，例如在电子存储器中，作为合适的定义特征，包括至少一种合适的载体材料和相应的合适的配体物质，至少一个所述给定的定义特征的组，其中表征参数的计算值适用于生产分析。
结果，该方法然后将允许步骤240，其根据合适的限定特征制造生产分析反应器，包括制造具有由合适的载体材料制成的载体表面的生产分析反应器和用相应的合适的配体物质涂覆所述载体表面。
通常，这种生产分析反应器将被大量生产。如果所选择的载体材料是合成聚合物材料，那么生产分析反应器的制造可以涉及模制，例如通过用压力机注射成型，其中压力机可以实现一个或几个反应器组件的多腔模具。然后可以在模制的反应器组件上进行生产分析反应器的涂覆。
生产分析反应器可以是中空的、开放的或封闭的。
配体物质例如通过吸附涂覆在反应器组件的内表面上。通常，将配体物质涂覆到生产分析反应器的载体表面是通过使含有配体物质的溶液与反应器组件的载体表面接触来完成。这可以静态地执行很长一段时间，例如超过6小时，并且在一些示例中为8至16小时，通常为12小时。专利文件FR2417094中描述了涂覆工艺的几个示例。在分析反应器的载体表面上施加配体物质的另一种方法包括提供含有配体物质的敏化溶液，然后任选地例如通过振动搅拌板或轨道运动进行搅拌并持续数小时，平均4小时。
文献WO2018234682公开了另一种方法，其可用于根据本发明的方法中，特别适用于制造生产分析反应器，其为在每端具有圆形或椭圆形开口的管或锥体形式。这种方法包括以下步骤：(i)将反应器组件连接到抽吸/排放装置，(ii)通过反应器组件的一端将包含所述至少一种配体物质的溶液吸入到反应器组件中，该溶液称为容纳在容器R1中的敏化溶液，(iii)使敏化溶液与反应器组件的内表面之间继续接触0秒到11分钟之间的时间，(iv)将敏化溶液排放到容器中，该容器是或不是所述容器R1，步骤(ii)至(iv)形成一个循环，其可以在至少1分钟且不超过2小时30分钟的总持续时间内重复至少一次。
然后可以在这样的生产分析反应器中进行涉及反应性流体中包含的给定分析物物质的分析。
根据本发明制造的生产分析反应器可用于通过用于免疫测定的自动化设备进行生产分析。作为用于免疫测定的自动化设备的实例，可以特别提及由申请人之一bioMérieux销售的设备，它是用于免疫测定的多参数自动化设备。该设备由一个分析模块组成，该模块自动执行分析的所有步骤，直到呈现结果。
测试的原理基于使用图1中描述的锥体作为生产分析反应器。锥体因此在其内壁表面上涂覆有配体物质。锥体为一次性使用，允许样品收集。在分析期间，它允许旨在连续使测定中涉及的多种试剂接触的抽吸/排放阶段。多孔条包含所有即用型试剂，分布在条的各个孔中。条的一个孔允许人们希望分析的测试样品的沉积。在免疫测定检测的每个阶段，锥体会多次吸入并推动条的孔中所含的不同试剂，直到最后的读数步骤。条的最后一个孔构成读取单元，在该单元中以荧光测量反应强度。文献WO2012017175描述了对这种过程的进一步改进。
如上所述，图7A至7D为代表一系列校准实验结果的图。这些图中的每一个都代表了一系列校准实验中一个校准实验的校准实验结果，其中每个测量值都由图中的一个点表示。然而，在数字上也表示了一条线。这条线代表模拟输出值，这些值是使用分析数字校准模型计算的，当实现给定的定义特征组的表征参数时，根据描述的方法，基于一系列校准实验通过计算拟合。由于该线与点的集合紧密匹配，因此在每个图中，可以看出分析数字校准模型显示出良好的准确性，并且使用给定的定义特征组的表征参数的分析数字校准模型(其已经通过基于使用同一组的定义特征执行的一系列校准实验的计算拟合)，因此可用于预测由该组的定义特征定义的分析化学反应的动力学。
图7A至图7D中，在同一图中的线和点分别代表对于操作参数值的相同组计算(或以其他方式所述模拟的)和测量的输出变量值。操作参数值的这个组，其在计算表征参数时已用于校准实验，可以称为操作参数校准值组。
然而，可以证明，表征参数，尽管它们可能因定义特征而异，但在大多数情况下是独立于操作参数的值，至少当这些参数保持在一定范围内时。
因此，对于使用给定的定义特征组的表征参数的数字模型，其中表征参数已通过基于使用相同组的定义特征执行的一系列校准实验的计算拟合，因此可用于预测由这组定义特征定义的分析化学反应的动力学，但在不同组的操作条件值下。
因此，对于至少一个操作参数的一组预期值，预测给定分析化学反应的动力学变得可能，其中至少一个操作参数的一组预期值不同于至少一个操作参数任何一组校准值。
例如，在具有相同定义特征但具有不同操作参数的分析数字生产模型中，可以使用已通过上述方法使用分析数字校准模型确定的一组给定定义特征的表征参数值(。
实际上，可以使用具有给定的一组定义特征的表征参数值的分析数字生产模型计算至少一个输出变量，即使在定义特征相同的条件下，特征参数的这些已经用分析数字校准模型确定。
Claims (49)
1.一种测量代表分析化学反应动力学的一个或几个表征参数的值的方法，所述分析化学反应发生在以下物质之间：
-给定配体物质，其涂覆在给定载体材料的固体表面上，以在其上形成反应性固体表面，和
-给定分析物物质，其包含在反应性流体中，
-当含有给定分析物物质的反应性流体与该其上涂覆有给定配体物质的给定载体材料接触时，根据所述分析化学反应，所述给定分析物物质能够与所述给定配体物质结合；
其中该方法包括：
-提供包括反应室(28)的校准工具(26)；
-对于给定的定义特征组，包括给定载体材料、给定配体物质和给定分析物物质，在反应室(28)中提供离散颗粒，所述离散颗粒包括具有反应性固体表面的离散反应性颗粒，所述离散反应性颗粒由其上涂覆有一定量的给定配体物质的给定载体材料制成，和
-对于给定的定义特征组，执行一系列的校准实验：
-其中具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体被注入到反应室中，
-对于一个给定的校准实验，其中校准实验结果包括，在该给定的校准实验期间，以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行的多次测量，
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的不同组的校准值下执行一系列不同的校准实验，该至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积；
-在电子计算机单元(80、82)中提供代表校准工具中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型，其中分析数字校准模型包括一个或多个表征参数，其值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组；
-基于一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中计算，拟合该给定的定义特征组的表征参数值，
其中反应室(28)是搅拌釜反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中反应室(28)为流通室的形式，包括用于反应性流体的流体入口(30)和流体出口(32)，并且其中，在校准实验中：
-具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体在校准工具的流通室的流体入口处被注入到校准工具的流通室中，
-所测量的至少一个输出变量是在校准工具的流体出口(32)处的流体的输出变量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中反应室(28)是连续流搅拌釜反应器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中连续流搅拌釜反应器包括内部容积，其物理划分为：
-输入隔室(56)，所述流体入口(30)排放到其中；
-输出隔室(58)，所述流体出口(32)排放到其中；
-在输入隔室和输出隔室之间的反应隔室(60)，其用于接收离散的反应性颗粒，
所述反应室(28)被构造成使得反应性流体从输入隔室(56)通过反应隔室(60)流到输出隔室(58)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中反应隔室(60)是围绕输入隔室(56)的环形隔室，并且其中输出隔室(58)是围绕反应隔室(60)的环形隔室。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中反应隔室(60)与输入隔室(56)和输出隔室(58)通过各自的筛网(62，64)隔开，该筛网被配置为截留离散的反应性颗粒但允许反应性流体通过。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在针对给定的定义特征组的一系列校准实验中，至少一个校准实验是用注入到反应室的反应性流体进行的，该反应性流体具有已知输入浓度且浓度不为零的给定分析物物质。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在针对给定的定义特征组的一系列校准实验中，至少一个校准实验是用注入到反应室的反应性流体进行的，该反应性流体具有已知且为零的已知输入浓度的给定分析物物质。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在针对给定的定义特征组的一系列校准实验中，至少一个校准实验是用注入到反应室的反应性流体进行的，该反应性流体具有已知输入浓度且浓度不为零的给定分析物物质；并且至少一个校准实验是用注入到反应室的反应性流体进行的，该反应性流体具有已知且为零的已知输入浓度的给定分析物物质。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括在代表生产分析反应器中的分析化学反应动力学的分析数字生产模型中，使用所述表征参数值来预测在预期的生产分析中所述分析化学反应的动力学，其中包含分析物物质的反应性流体存在于生产分析反应器(10)中，该生产分析反应器(10)具有由载体材料制成的固体表面(18)，在该载体材料上涂覆有配体物质。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个操作参数的一组预期的相应值不同于在所述一系列校准实验中实施的所述至少一个操作参数的校准值组。
12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中给定的定义特征组包括所述反应室中的给定温度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中分析数字校准模型的一个表征参数代表涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度(Cs，max)，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，所述分析数字校准模型基于所述一系列校准实验结果的计算进行拟合。
14.根据权利要求10所述的方法，其中涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度(Cs，max)，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性表面，近似为，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，与载体材料上涂覆的配体元件结合的分析物物质的最大浓度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型的一个表征参数是所述分析化学反应的固有缔合速率常数(ka)，所述分析数字校准模型通过基于所述一系列校准实验结果的计算进行拟合。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述分析化学反应的固有缔合速率常数(ka)代表所述分析化学反应的缔合速率(rads)，表示，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，以及每单位时间，根据在所考虑的载体材料上分析化学反应，与配体物质结合的分析物物质的元件数量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述搅拌釜反应器中，所述分析化学反应的固有缔合速率常数(ka)通过以下关系与所述分析化学反应的缔合速率(rads)相关联：
kaCint(t)(Cs，max-Cs(t))＝rads(t)
其中Cint(t)是在接触反应性固体表面的薄体积反应性流体中分析物物质的浓度，基于每单位体积流体；
Cs(t)是与配体物质的反应性元件结合的分析物物质的浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面；
Cs，max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中分析数字校准模型的一个表征参数是所述分析化学反应的固有解离速率常数(kd)，所述分析数字校准模型通过基于所述一系列校准实验结果的计算进行拟合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述分析化学反应的固有解离速率常数(kd)代表所述分析化学反应的解离速率(rdes)，表示，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面，以及每单位时间，根据所考虑的载体材料上的分析化学反应，从所述配体物质中解离的所述分析物物质的元件数量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述搅拌釜反应器中，所述分析化学反应的固有解离速率常数(kd)通过以下关系与所述分析化学反应的解离速率(rdes)相关联：
kdCs(t)＝rdes(t)
其中，Cs(t)是与配体结合的分析物物质的浓度，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括：
-反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，
-与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质的质量平衡的表达。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
-反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，和
-与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡的表达，
均与时间相关。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达是考虑到反应性流体中分析物物质的浓度在给定时间点在整个反应室中，至少在接触反应性固体表面的薄体积流体外部，是均匀的，但随时间变化。
24.根据权利要求21所述的方法，其中反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达和与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡的表达各自以微分方程的形式表示，其分别是表示反应性流体中分析物物质浓度的函数和表示与涂覆在载体材料上的配体元件结合的分析物物质浓度的函数。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，其包括：
-对于流通室，反应性流体中分析物物质通过流通室的通量的表达，
-反应性流体中分析物浓度随时间变化的表达，基于每单位体积的反应性流体，
-反应性流体中剩余的分析物物质的量和与涂覆在载体材料上的配体物质的元件结合的分析物物质的量之间的分析物物质通量的表达。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括与涂覆在所述载体材料上的配体元件结合的分析物物质的质量平衡的表达，其包括：
-与配体物质的反应性元件结合的分析物物质浓度随时间变化的表达，基于每单位体积的载体材料或每单位面积的载体材料的反应性固体表面；
-反应性流体中剩余的分析物物质的量和与涂覆在载体材料上的配体物质的元件结合的分析物物质的量之间的分析物物质通量的表达。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型假设在反应性流体中剩余的分析物物质的量和与涂覆在载体材料上的配体物质的元件结合的分析物物质的量之间存在分析物物质的通量(Nech(t))，其中所述通量与接触反应性固体表面的反应性流体的薄体积外部的大量反应性流体中的分析物物质的浓度(Cf(t))和接触反应性固体表面的反应性流体的薄体积中的分析物物质浓度(Cint(t))之间的差异成比例，使得
Nech(t)＝kM(Cf(t)-Cint(t))
并且其中假设
Nech(t)Sech＝rads(t)Vs-rdes(t)Vs
其中
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
rads(t)是分析化学反应的缔合速率，以mol.s-1.m-3表示；
rdes(t)是分析化学反应的解离速率，以mol.s-1.m-3表示。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括通过使用以下的变量变化：
-第一无量纲变量ψf(t)，使得：
其中Cadim是参考浓度，Cf(t)是与反应性固体表面接触的反应性流体的所述薄体积外部的反应室中大量反应性流体中的分析物物质的浓度；
-第二无量纲变量
其中C*(t)是根据Langmuir模型在每个时间和位置与反应性固体表面平衡的流体中分析物物质的理论浓度，使得：
29.根据权利要求28中任一项所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括反应性流体中分析物物质的质量平衡的表达，其包括以下项：
其中：
Cs，max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料；
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
ja是分析化学反应的固有缔合速率常数；
kd是分析化学反应的固有解离速率常数。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述分析数字校准模型包括与涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件结合的分析物物质的质量平衡的表达，其包括以下项：
其中：
Vs是浸在反应室的反应性流体中的离散反应性颗粒的总体积；
Sech是反应性固体表面的面积；
kM是传质系数；
ka是分析化学反应的固有缔合速率常数；
kd是分析化学反应的固有解离速率常数；
Cs，max是涂覆在载体材料上的配体物质的反应性元件的浓度，基于每单位体积的载体材料。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述校准工具包括用于将反应性流体递送至所述反应室(28)的上游回路(46)，并且其中所述分析数字校准模型包括用于模拟在反应室(28)的流体入口(30)处的反应性流体中的分析物物质浓度的数字模型。
32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述校准工具包括下游回路(78)，其用于从反应室(28)收集流体；所述下游回路具有连接到所述反应室的上游终端，和下游收集终端(90)，其测量所收集的流体中分析物物质的浓度；并且分析数字校准模型包括用于将连接至反应室的上游终端处的流体中分析物物质浓度与下游收集终端(90)处流体中分析物物质的浓度相相关联的数字模型。
33.用于预测涂覆在给定载体材料的固体表面上的给定配体物质与包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应动力学的方法，其中该方法包括使用代表分析化学反应动力学的分析数字生产模型，通过用于给定的定义特征组的表征参数值来计算至少一个输出变量，所述表征参数值已根据前述任一权利要求所述的方法通过基于一系列校准实验的计算进行拟合。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括：
-制造具有由给定载体材料制成的固体表面的生产分析反应器(10)，
-用给定的配体物质涂覆生产分析反应器的由给定载体材料制成的固体表面。
35.生产具有固体表面的生产分析反应器(10)的方法，该固体表面由涂覆有给定配体物质的给定载体材料制成，其中给定载体材料和给定配体物质中的至少一种根据权利要求33所述的用于预测涂覆在给定载体材料的所述给定固体表面上的给定配体物质与包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应动力学的方法进行选择。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括在所述生产分析反应器(10)中执行涉及包含在反应性流体中的给定分析物物质的生产分析。
37.制造用于生产分析的生产分析反应器(10)的方法，所述生产分析涉及生产分析化学反应，所述生产分析反应器具有由涂覆有配体物质的载体材料制成的固体表面；当含有给定分析物物质的反应性流体与生产分析反应器的所述反应性固体表面接触时，所述生产分析化学反应发生在反应性流体中包含的给定分析物物质和配体物质之间，该方法包括：
vii.提供(120)校准工具(26)，包括反应室(28)，其中反应室是搅拌釜反应器；
viii.选择给定的定义特征组，除了所述给定分析物物质之外，还包括给定载体材料和给定配体物质；
ix.对于该选择的给定的定义特征组，测量分析化学反应的表征参数，所述分析化学反应发生在反应性流体中包含的给定分析物物质与由涂覆有给定配体物质的给定载体制成的反应性固体表面上的给定配体物质之间；所述测量通过以下进行：
a.制造离散颗粒(140)，包括离散反应性颗粒，并且将所述离散颗粒提供至反应室(28)中；该离散反应性颗粒具有由给定载体材料制成的反应性固体表面，该载体材料上涂覆有一定量的给定配体物质；
b.执行一系列校准实验(160)：
-其中将具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体注入反应室中，
-其中校准实验结果包括，对于一个给定的校准实验，在该给定的校准实验期间，以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行的多次测量，
-其中，为了获得一系列校准实验结果，在至少一个操作参数的不同组的校准值下进行一系列不同的校准实验，该至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积；
c.对于给定的定义特征组，基于一系列校准实验结果，通过在电子计算机单元中拟合来计算(180)代表校准工具中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型的表征参数的值，其中表征参数的值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组，
x.修改(210)该给定的定义特征组，并使用修改后的定义特征组来执行步骤iii，只要表征参数的计算值不适合(200)生产分析反应或只要未完全扫描定义特征组范围；
xi.存储(220)为合适的定义特征，包括至少一种合适的载体材料和相应的合适的配体物质，至少一组所述给定的定义特征，其表征参数的计算值适合于生产分析；
xii.根据合适的定义特征，制造(240)生产分析反应器，包括制造具有由合适的载体材料制成的载体表面的生产分析反应器，并用相应的合适的配体物质涂覆所述载体表面。
38.根据权利要求37所述的方法，其中步骤iii根据权利要求2-35中的任一项进行。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括在所述生产分析反应器(10)中执行涉及包含在反应性流体中的给定分析物物质的分析。
40.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分析化学反应是抗原/抗体相互作用或包括抗原/抗体相互作用。
41.用于测量一个或多个表征参数值的系统，所述表征参数值代表涂覆在给定载体材料的固体表面上以在其上形成反应性固体表面的给定配体物质和包含在反应性流体中的给定分析物物质之间的分析化学反应的动力学，所述系统包括：
-校准工具(26)，包括反应室(28)，该反应室包含离散颗粒，该离散颗粒具有由给定的载体材料制成的反应性固体表面，在该载体材料上涂覆有一定量的给定配体物质，和；
-入口回路(42)，其被配置为在反应室中注入具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体，以用于一系列校准实验；
-至少一个传感器(80)，其被配置为测量给定校准实验的校准实验结果，包括在所述给定校准实验期间以不同的连续测量次数对至少一个输出变量进行多次测量，
-电子计算机单元(82)，其被配置为针对给定的定义特征组，包括给定载体材料、给定配体物质和给定分析物物质，记录来自一系列校准实验的校准实验结果，其中一系列不同校准实验是在所述系统的至少一个操作参数的不同组的校准值下进行的；所述至少一个操作参数选自包括以下的列表：反应性流体通过校准工具的流速、反应性流体中给定分析物物质的输入浓度、反应室中载体材料的反应性固体表面的总面积；
其中反应室(28)是搅拌釜反应器。
42.根据权利要求41所述的系统，其中所述电子计算机单元(80、82)被配置为运行代表所述校准工具(26)中的分析化学反应动力学的分析数字校准模型，其中所述分析数字校准模型包括一个或多个表征参数，其值依赖于该用于校准实验的给定的定义特征组，并且其中，基于一系列校准实验结果，电子计算机单元(80、82)被配置为运行拟合算法，以通过在电子计算机单元(80、82)的计算拟合给定的定义特征组的表征参数的值。
43.根据权利要求41或42中任一项所述的系统，其中所述反应室(28)为流通室的形式，包括用于反应性流体的流体入口(30)和流体出口(32)，并且其中，在校准实验中：
-将具有已知输入浓度的给定分析物物质的反应性流体在其流体入口处注入到校准工具的流通室中；
-所测量的至少一个输出变量是在校准工具的流体输出(32)处的流体输出变量。
44.根据权利要求43所述的系统，其中反应室(28)是连续流搅拌釜反应器。
45.根据权利要求44所述的系统，其中所述连续流搅拌釜反应器包括内部容积，其物理划分为：
-输入隔室(56)，流体入口(30)排放到其中；
-输出隔室(58)，流体出口(32)排放到其中；
-在输入隔室和输出隔室之间的反应隔室(60)，用于接收离散的反应性颗粒，
反应室(28)被构造成使得反应性流体从输入隔室(56)通过反应隔室(60)流到输出隔室(58)。
46.根据权利要求45所述的系统，其中反应室(60)是围绕输入隔室(56)的环形隔室，并且其中输出部(58)是围绕反应隔室(60)的环形隔室。
47.根据权利要求45或46所述的系统，其中反应隔室(60)与输入隔室(56)和输出隔室(58)通过各自的筛网(62、64)隔开，所述筛网(62、64)被配置为截留离散的反应性颗粒，但允许反应性流体通过。
48.根据权利要求41至47中任一项所述的系统，其中所述校准工具包括用于在所述反应室(28)处递送所述反应性流体的上游回路(46)，并且其中所述分析数字校准模型包括用于估计在反应室(28)的流体入口(30)处的反应性流体中的分析物物质浓度的数字模型。
49.根据权利要求41至48中任一项所述的系统，其中所述校准工具包括用于从所述反应室(28)收集流体的下游回路(78)；所述下游回路具有连接到所述反应室的上游终端，和下游收集终端(90)，其测量所收集的流体中分析物物质的浓度；并且分析数字校准模型包括用于将连接至反应室的上游终端处的流体中分析物物质浓度与下游收集终端(90)处流体中分析物物质的浓度相关联的数字模型。
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