用于制造生产分析反应器的方法和系统技术方案

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造生产分析反应器的方法和系统
[0001]本专利技术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。
[0002]更具体地，本专利技术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。
[0003]以下将更具体地描述本专利技术，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，都包括在本专利技术内。
[0004]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。在本专利技术的上下文中，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。
[0005]因此，本专利技术适用于免疫测定(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。本专利技术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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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(defining features)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。
[0010]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....
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]因此，拥有一种有助于定义此类分析的方法将非常有用。
[0015]本专利技术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。
interactions by spectrofluorometry”,Journal of Molecular Recognition,6(2):51<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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(C
s，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(C
s，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(k
a
)，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(k
a
)代表所述分析化学反应的缔合速率(r
ads
)，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(k
a
)通过以下关系与所述分析化学反应的缔合速率(r
ads
)相关联：k
a
C
int
(t)(C
s，max
‑
C
s
(t))＝r
ads
(t)其中C
int
(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；C
s
(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；C
s，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(k
d
)，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(k
d
)代表所述分析化学反应的解离速率(r
des
)，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(r
des
)相关联：k
d
C
s
(t)＝r
des
(t)其中，C
s
(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(N
ech
(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(C
f
(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(C
int
(t))之间的差异成比例，使得N
ech
(t)＝k
M
(C
f
(t)
‑
C
int
(t))并且其中假设N
ech
(t)S
ech
＝r
ads
(t)V
s
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：克洛德，
类型：发明
国别省市：