Reaktiomallintaa

Reaktiomallintaa on prosessi, jossa kemiallisten ja biokemiallisten reaktioiden dynamiikka esitetään matemaattisella mallilla. Tavoitteena on ymmärtää, kuinka muuttujat kuten pitoisuudet ja reaktioiden johdonmukaiset siirrot muuttuvat ajassa olosuhteiden, kuten lämpötilan ja tilavuuden, funktiona. Reaktiomallit voivat kattaa yksinkertaiset tai monimutkaiset verkot ja ne soveltuvat sekä laboratoriokokeiden suunnitteluun että prosessikehitykseen.

Mallien rakennus: määritellään reaktioverkko ja stoikiometria, valitaan nopeuslait (esim. mass-action, Michaelis–Menten), kirjoitetaan määrätyt differentiaaliyhtälöt tai stokastiset päivitykset, asetetaan alkuolot, ja arvioidaan parametrit datasta. Deterministiset mallit käsittelevät suurten pitoisuuksien järjestelmiä ODE-ryhmin, kun taas stokastiset mallit sopivat pienille populaatioille. Simulointi ja parametrian estimointi ovat keskeisiä vaiheita; herkkyysanalyysi ja identifioitavuuden arviointi auttavat ymmärtämään, mitkä parametrit vaikuttavat mallin tuloksiin.

Sovelluksia löytyy kemianteollisuudesta, katalyyttisistä prosesseista, bioteknologiasta ja lääketutkimuksesta (PK/PD). Työkaluja voivat olla erilliset simulaattorit ja ohjelmistot kuten COPASI, MATLABin työkalut tai Python-pohjaiset paketit. Haasteita ovat parametriarvioiden epävarmuus, data-epätarkkuus ja monimutkaisten verkkojen laskennallinen kuorma.