本文介紹了使用 JMP 在藥物分析方法開發中進行實驗設計 (DOE) 的範例。
近年來，分析方法開發的ICH-Q14指南已經制定，「利用更先進技術的分析方法」正在受到關注。
在分析方法開發中，基於科學證據檢查品質的方法稱為AQbD（源自於設計的分析品質），並提出使用實驗設計（DOE）作為實現此目的的方法之一。
例如，確定以下 HPLC 配置的最佳操作條件是分析方法開發的一個例子。
分析範例：HPLC操作條件的最佳化
目的：建立符合日本藥典規定的完全峰分離（分辨率≧1.5）的分析方法。
為了實現該目標，我們將根據實驗設計的概念進行實驗，並利用所得的數據來確定實現完全分離的操作參數和條件。
在實驗設計中，被最佳化或建模的特徵值稱為“響應”，在方法開發中，這包括解析度或峰值數量。另一方面，被認為會影響響應的可操縱參數被稱為“因素”，並且在HPLC中這些因素包括柱溫和流動相流速。
在本例中，研究分為兩個步驟進行：“從眾多因素中篩選出重要因素的實驗（篩選實驗）”和“使用通過篩選篩選出的因素，擬合更準確的模型（響應面模型），找到最佳條件的實驗（優化實驗）。”
- 篩選實驗：從大量被認為影響反應的因素中提取有效因素
- 最佳化實驗（響應面） ：尋找滿足反應目標（最大化、最小化等）的因子設定
在JMP中，我們使用典型的設計創建方法“自訂設計”，並按照以下步驟進行分析。 
1. 篩選實驗
目的：篩選影響解析度的因素。
風險評估的結果選擇了五個被認為會影響分離表現的因素（下圖中以黃色顯示）。
各因素的條件如下：
| 因子 |
角色 |
下限 |
上限 |
| pH |
連續的 |
7 |
9 |
| 柱溫（℃） |
連續的 |
三十五 |
45 |
| 丙烯腈（%） |
連續的 |
三十 |
50 |
| 流速（毫升/分鐘） |
連續的 |
1.4 |
1.6 |
| 列類型 |
分類 |
C1、C2、C3、C4 |
pH：流動相緩衝液的pH值；柱溫：柱溫度。ACN(%)：流動相中有機溶劑（乙腈）的百分比
流速：流動相的流速。柱類型：柱型（4種類型：C1至C4）
*這是等度洗脫的例子（流動相組成恆定）。
制定計劃
- 啟動「自訂設計」並設定「回應」、「因素」和「模型」。
- 這裡，模型（要篩選的因素）包括主要影響和相互作用（“pH*柱溫”、“pH*ACN”、“pH*流速”、“柱溫*ACN”、“柱溫*流速”和“ACN*流速”）。
- 在創建設計下，接受預設運行次數 (24)。
輸入響應值並擬合模型
- 您將看到基於最佳設計的 24 個實驗，因此您將進行實驗並輸入響應（分離度）值。
- 輸入回應值後，執行資料表左上角的「模型」腳本（點擊綠色▷按鈕）。然後將安裝自訂設計中指定的模型。
擬合模型並篩選重要因素
檢查顯示報告中的“效果摘要”，並透過“池化誤差”識別重要因素，依序刪除 P 值較大的因素。
在此範例中，重要因素被選為“pH”、“ACN”、“柱溫度”和“pH*柱溫度”。
因此，在後續的最佳化實驗中，我們以「pH」、「ACN」、「柱溫」作為因素。
*這裡我們使用了「誤差池化」來辨識重要因素，但也可以使用其他方法，例如逐步變數選擇方法。
2. 最佳化實驗（響應面）
在此步驟中，除了解析度**之外，還將峰數設定為響應，並建立和最佳化響應曲面。
答覆和考慮的因素如下：
| 回覆 |
規格 |
| 解決 |
1.5 或更高 |
| 北峰 |
6個或更多 |
| 因子 |
角色 |
下限 |
上限 |
| pH |
連續的 |
7 |
9 |
| 柱溫(℃) |
連續的 |
三十五 |
45 |
| 丙烯腈(%) |
連續的 |
三十 |
50 |
制定計劃
- 啟動“自訂設計”並設定“響應”和“因素”。
- 點選[RSM]按鈕作為“模型”，指定響應面模型。
- 在創建設計下，接受預設運行次數 (16)。
*響應面模型是包含主效果、二階交互作用和平方項作為效果的模型。
*透過 16 次實驗創建的設計與「中心複合設計 (CCD)」一致。
輸入響應值並擬合響應曲面模型
- 依照篩選實驗的方式輸入反應值，執行「模型」腳本，擬合響應曲面模型。
優化，建構設計空間
- 「預測分析器」報告可讓您直觀地檢查預測方程中的因素（橫軸）和響應（縱軸）之間的關係。
- 我們透過選擇 [最佳化和滿意度] > [最大化滿意度]（最佳化）來搜尋符合我們目標的因素組合（解析度≧1.5，峰值數≧6）。
- 右下角的圖像顯示了優化的設定。當pH=8.38、柱溫=40.98℃、ACN=30%時，分離度預測值為2.45，峰N預測值為7.39，滿足反應要求。
JMP 輪廓刻畫器可讓您直觀地識別符合規格的因子空間區域（設計空間）。
以下是優化條件的輪廓。當柱溫固定為40.98°C，橫軸為pH，縱軸為ACN時，白色輪廓區域即為符合規格的範圍。該區域還包含透過最大化可取性找到的最佳值。
在建造設計空間時，在最佳條件附近進行確認實驗（在最佳條件下進行實驗，確認所得到的響應值是否符合規格）。若確認實驗沒有問題，則考慮在上圖等值線圖右下方白色區域內選取一個矩形區域，並考慮到特定的技術要求，將其設定為設計空間。
参考情報
■新使用者案例：小野製藥株式會社（JMP用於分析方法開發的案例）
小野製藥株式會社 |跳轉
■使用 JMP 進行實驗設計 (DOE) 的基礎知識和範例 (YouTube)
作者：Naohiro Masukawa（JMP 日本）
Naohiro Masukawa - JMP 使用者社區
