大家好，我叫 Ben，我最近作为实习生加入了 JMP，专注于为 JMP Pro 17 中提供的 Functional Data Explorer 平台开发内容（您可以阅读更多关于我的信息这里). 我目前正在曼彻斯特大学攻读化学工程博士学位，重点是槐糖脂生物表面活性剂的生产。 这让我对在生物产品开发的早期阶段处理数据的潜在数据/需求有了很多了解。 这里的案例研究描述了我在开发一种分析方法以正确检测槐糖脂生物表面活性剂方面所做的工作，使用功能数据分析和功能 DoE 来指导我的实验方案。
您喜欢这个案例研究的哪些方面？
- 它使用功能数据分析和 FDoE——可以显示功能数据浏览器工具的两个主要组件
- 数据集是真实的，基于实际的开发工作
- 您可以展示非常引人注目的视觉效果 - “哇”因素。
- 您可以利用 FDE 平台轻松进行预处理（对齐、过滤）
它是给谁的？
- 任何参与分析开发的人——包括化学、生物和制药行业。
- 研发部门的任何人都应该能够看到它如何转化为他们的情况。
我应该如何使用它？
- 您可以使用它在 JMP Pro 中演示 Functional DoE 工具。 随附的数据表已保存流程每个阶段的脚本，或者您可以按照下面的案例研究详细信息重新创建工作。
- 您可以使用它来展示在 Functional Data Explorer 平台中简化数据呈现的能力。
我们可以使用哪些平台？
背景
槐糖脂生物表面活性剂是由酵母用糖、油和氮发酵产生的，由亲水性头部和疏水性尾部组成。 与许多生物产品一样，在一次发酵中，这些结构在化学键、链长和官能团（仅举几例）方面存在巨大差异。 对于分析科学家而言，这在使用高效液相色谱 (HPLC) 等分析工具时有效分离这些化合物方面提出了挑战。
在本案例研究中，我面临着尝试开发一种能够使用 HPLC-UV 定量槐糖脂生物表面活性剂的方法的挑战，这在以前从未有人做过。 不幸的是，我最初的方法无法使用 HPLC 将两种槐糖脂同源物（C18:1 和 C17:1）与另一种分离。 它们仅相差一个碳，这意味着它们具有相似的吸光度（它们吸收的光的波长）和保留时间（它们出现在 HPLC 光谱上的时间）。 我无法改变吸光度，但我可以调整我的 HPLC 方法来改变两种产品的保留时间，从而更好地分离它们。 峰分离在分析中至关重要，因为峰面积用于计算给定化合物的浓度——如果没有“独立”峰，这种计算存在固有缺陷，可能导致读数不准确。 此处描述的示例代表了分析中的一个共同挑战，并且与各种工业和研究团体相关。
宗旨
- 优化 HPLC 设置以有效分离 C18:1 和 C17:1 峰
- 确保峰是敏感的（峰高没有重大损失）和特定的（没有宽峰）
方法开发——初始 DoE 应用
为了优化 HPLC 方法，我应用了一个简单的 DoE 来调整温度（30、35 和 40 o C) 和方法的流速（0.7 和 1.4mL/min）。 在每次迭代中测试相同浓度的槐糖脂样品，并且所有其他条件始终保持不变。
HPLC 的输出是色谱图——它测量波长 (198nm) 下吸光度随时间变化的强度，每个峰代表一种化合物从 HPLC 出来并撞击检测器——每种化合物与 HPLC 柱相互作用的时间越长，它作用的时间就越长需要到达检测器，导致滞留时间延迟。 大多数用于 HPLC 的样品包含数百种化合物（包括您感兴趣的化合物），产生非常繁琐的图表使得无法通过肉眼辨别每个设置之间的具体差异。
更复杂的是，设置的变化（尤其是流速）意味着我们感兴趣的峰（对于 C18:1 和 C17:1 形式）没有相同的保留时间。 这不仅让你很难挑出你的峰值，而且当你有很多次运行而图表变得过于复杂时，也很难生成比较图。
Functional Data Explorer 和 FDoE 工具的应用
为了探索色谱图的变化，应用了功能数据浏览器工具（分析 > 专业建模 > 功能数据浏览器）。 设置如上应用。
初始数据集显示了所有非常繁忙的色谱图，而感兴趣的区域位于 22-30 分钟之间出现的 C18:1 和 C17:1 峰中。 时间范围从 22-30 分钟减少，使用命令>过滤器 X工具。
为了在比较中获得任何有意义的信息，需要对齐分离的峰（由于流速的变化而改变）。 由于感兴趣的峰在感兴趣的范围内具有最大的强度（对于特定化合物在 HPLC 中通常是这种情况），这很容易通过对齐>对齐最大值工具。 其他过滤器 X用于将范围缩小到感兴趣的峰值（-1 到 +1 对齐时间）。 峰对齐在分析中被广泛使用——特别是在 LC-MS 和 HPLC 过程开发中，并且将其与 FDE 工具一起轻松应用对分析科学家来说非常有用。
现在数据已准备好进行分析，小波模型（下拉菜单 > 模型 > 小波）应用是因为这最适合色谱数据。 为了能够描述改变温度和流速的影响，Wavelet DoE （下拉菜单 > 小波 DoE 分析）用于分析色谱图。
查看流速的变化（左），FDoE 分析器很容易演示流速的变化如何导致峰的锐化（通过峰强度值的增加显示）和第二个峰的出现（C17： 1 化合物）。 此外，温度的变化（右图）进一步改善了峰的分离和锐化。 从这个分析器中，很明显峰正在分离，但不够– 这表明需要更多的实验运行。
进一步运行
从 Wavelet 函数 DoE 分析器的输出中执行了 4 次额外的运行 – 2 次观察升高的温度（45 和 50 o C) 和 2 增加流速和温度（45 o C，1.6 和 1.8mL/分钟）。 色谱数据被添加到先前的数据集中，功能数据浏览器工具用于生成如上所述的 Wavelet DoE 分析器。
FDoE/Wavelet 分析器能够证明流速对 HPLC 的回报递减——它在较高流速下并未显着改善峰分离，并导致峰高降低（意味着灵敏度降低）。 由于分离没有显着改善，流速保持在 1.4mL/min 以维持色谱柱（更高的流速可能对 HPLC 不利，因此这能够平衡风险与回报）。
在查看温度时，分析仪能够显示峰高（提高灵敏度）和第二个峰的分离度的显着改善
为什么这很重要？
从客户的角度来看，可以用一个简单的问题来解释对 FDE 和 FDoE 的需求：
您愿意尝试用这个来解释差异吗？
或这个？
使用 FDE 平台可以节省大量时间，简化结果生成过程，并且在讨论结果时可以更轻松地与非 SME 进行讨论。 当它与 FDoE 相切时，您将获得一个强大的工具，可以识别功能数据/配置文件中的整个变化，而不是使用单点（即 HPLC 中的峰面积、峰保留时间）。 此处的案例研究展示了使用 FDE 为 HPLC 方法的开发提供信息以生成优化方法。
