本文介绍了使用 JMP 在药物分析方法开发中进行实验设计 (DOE) 的示例。
近年来，分析方法开发的ICH-Q14指南已经制定，“利用更先进技术的分析方法”正在受到关注。
在分析方法开发中，基于科学证据检查质量的方法称为AQbD（源于设计的分析质量），并提出使用实验设计（DOE）作为实现此目的的方法之一。
例如，确定以下 HPLC 配置的最佳操作条件是分析方法开发的一个例子。
分析示例：HPLC操作条件的优化
目的：建立符合日本药典规定的完全峰分离（分辨率≧1.5）的分析方法。
为了实现该目标，我们将根据实验设计的概念进行实验，并根据获得的数据确定实现完全分离的操作参数和条件。
在实验设计中，被优化或建模的特征值称为“响应”，在方法开发中，这包括分辨率或峰值数量。另一方面，被认为会影响响应的可操纵参数被称为“因素”，并且在HPLC中这些因素包括柱温和流动相流速。
在本例中，研究分为两个步骤进行：“从众多因素中筛选出重要因素的实验（筛选实验）”和“使用通过筛选筛选出的因素，拟合更准确的模型（响应面模型），找到最佳条件的实验（优化实验）。”
- 筛选实验：从大量被认为影响响应的因素中提取有效因素
- 优化实验（响应面） ：寻找满足响应目标（最大化、最小化等）的因子设置
在JMP中，我们使用典型的设计创建方法“定制设计”，并按照以下步骤进行分析。 
1. 筛选实验
目的：筛选影响分辨率的因素。
风险评估的结果选择了五个被认为会影响分离性能的因素（下图中以黄色显示）。
各因素的条件如下：
| 因子 |
角色 |
下限 |
上限 |
| pH |
连续的 |
7 |
9 |
| 柱温（℃） |
连续的 |
三十五 |
45 |
| 丙烯腈（%） |
连续的 |
三十 |
50 |
| 流速（毫升/分钟） |
连续的 |
1.4 |
1.6 |
| 列类型 |
分类 |
C1、C2、C3、C4 |
pH：流动相缓冲液的pH值；柱温：柱温度。ACN(%)：流动相中有机溶剂（乙腈）的百分比
流速：流动相的流速。柱类型：柱型（4种类型：C1至C4）
*这是等度洗脱的一个例子（流动相组成恒定）。
创建计划
- 启动“自定义设计”并设置“响应”、“因素”和“模型”。
- 这里，模型（要筛选的因素）包括主要影响和相互作用（“pH*柱温”、“pH*ACN”、“pH*流速”、“柱温*ACN”、“柱温*流速”和“ACN*流速”）。
- 在创建设计下，接受默认运行次数 (24)。
输入响应值并拟合模型
- 您将看到基于最佳设计的 24 个实验，因此您将进行实验并输入响应（分离度）值。
- 输入响应值后，运行数据表左上角的“模型”脚本（点击绿色▷按钮）。然后将安装定制设计中指定的模型。
拟合模型并筛选重要因素
检查显示报告中的“效果摘要”，并通过“池化误差”识别重要因素，按顺序删除 P 值较大的因素。
在此示例中，重要因素被选为“pH”、“ACN”、“柱温度”和“pH*柱温度”。
因此，在后续的优化实验中，我们以“pH”、“ACN”、“柱温”作为因素。
*这里我们使用了“误差池化”来识别重要因素，但也可以使用其他方法，例如逐步变量选择方法。
2. 优化实验（响应面）
在此步骤中，除了分辨率**之外，还将峰数设置为响应，并创建和优化响应曲面。
答复和考虑的因素如下：
| 回复 |
规格 |
| 解决 |
1.5 或更高 |
| 北峰 |
6个或更多 |
| 因子 |
角色 |
下限 |
上限 |
| pH |
连续的 |
7 |
9 |
| 柱温(℃) |
连续的 |
三十五 |
45 |
| 丙烯腈(%) |
连续的 |
三十 |
50 |
创建计划
- 启动“自定义设计”并设置“响应”和“因素”。
- 点击[RSM]按钮作为“模型”，指定响应面模型。
- 在创建设计下，接受默认运行次数 (16)。
*响应面模型是包含主效应、二阶交互作用和平方项作为效应的模型。
*通过 16 次实验创建的设计与“中心复合设计 (CCD)”一致。
输入响应值并拟合响应曲面模型
- 按照筛选实验的方式输入响应值，运行“模型”脚本，拟合响应曲面模型。
优化、构建设计空间
- “预测分析器”报告允许您直观地检查预测方程中的因素（横轴）和响应（纵轴）之间的关系。
- 我们通过选择 [优化和满意度] > [最大化满意度]（优化）来搜索符合我们目标的因素组合（分辨率≧1.5，峰值数≧6）。
- 右下角的图像显示了优化的设置。当pH=8.38、柱温=40.98℃、ACN=30%时，分离度预测值为2.45，峰N预测值为7.39，满足响应要求。
JMP 轮廓刻画器允许您直观地识别符合规格的因子空间区域（设计空间）。
下图显示了优化条件的轮廓。当柱温固定为40.98°C，横轴为pH，纵轴为ACN时，白色轮廓区域即为符合规格的范围。该区域还包含通过最大化可取性找到的最佳值。
在构建设计空间时，在最佳条件附近进行确认实验（在最佳条件下进行实验，确认得到的响应值是否符合规格）。若确认实验没有问题，则考虑在上图等值线图右下方白色区域内选取一个矩形区域，并考虑到具体的技术要求，将其设置为设计空间。
参考情报
■新用户案例：小野制药株式会社（JMP用于分析方法开发的案例）
小野制药株式会社 |跳转
■使用 JMP 进行实验设计 (DOE) 的基础知识和示例 (YouTube)
作者：Naohiro Masukawa（JMP 日本）
Naohiro Masukawa - JMP 用户社区
