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产品名称(英文):Workbook

产品名称(中文):研发数据记录与管理的解决方案

软件厂家:BIOVIA

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产品简介:

Workbook 是一种电子实验记录系统,能够在现有的 21 CFR 11和GxP的规范下工作,结合了纸版记录本的灵活性和电子系统强大的数据管理能力两种特性,集实验数据的采集、审核、跟踪、保存、共享和报告等功能为一体。 Workbook可在企业内部将工作流程流水化,将不断重复的任务自动化,节约研发人员的时间,提高管理人员对实验进度的监控能力,将更多的精力集中在重要的研发工作上。在如今的动态科研领域内, Workbook已作为一个必不可少的研究工具被世界领先的制药企业广泛接受。

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Workbook生命科学研发数据管理解决方案
Workbook化学工业研发数据管理解决方案

Workbook
研发数据记录与管理的解决方案

 

      对于一家研发型的企业来说,实验室管理涉及到方方面面的内容,包括实验的设计,实验的执行,结果的分析,研究报告的产生,随之而来各种信息管理的软件也应运而生,诸如 LIMS(实验室信息管理系统),SDMS(科学数据管理系统),CDS(色谱数据管理系统),但这些系统均只能覆盖研发流程的一部分,绝大多数LIMS系统都是以样品为中心专注于分析实验室工作流程的管理,而实验的设计,样品得到的过程无法高效地记录和利用,对于在研究过程中对决策起关键作用的跨实验和样品之间实验因素和实验结果数据的比较上的帮助也十分有限。SDMS更是以仪器原始数据为中心的数据管理工具,在数据的备份与保存,追溯上起重要作用,但与研发过程关系甚微。科学创新是一个长期的过程,包含了过程性的描述和最终的结果,人们历来看重实验结果,非常重视对结果的保存和整理,但离开了实验过程的结果却只能是无源之水,无本之木,过程与结果只有相互印鉴才会有价值,割裂过程与结果对保持实验数据的可追溯性和可重复利用性都是有害的。

       
Workbook是伴随着办公自动化和无纸化在实验室掀起的一场信息化管理的革命,系统是以人为中心,专门用来进行辅助实验设计并结构化地记录实验过程与数据,支持实验室研发工作流程管理,并能对跨实验之间和多个样本之间数据进行纵向和横向对比展示的数据管理与分析软件。其广泛的数据兼容性使得其既能记录非结构化的数据,如实验过程,也能记录结构化的数据,如各种化学结构,原料信息,仪器设备信息,光谱吸收数据,电子表格等。使得实验室的数据得到全面而有效的管理,保证了数据的完整性和可利用性。

     
Workbook可以在企业各个不同类型的实验室同时应用,并且可整合实验人员常用的各种软件和数据库,例如样品信息注册系统,试剂库存系统,色谱数据系统,电子文档管理系统,实验室信息管理系统(LIMS)等,有利于将原始结果的数据积累和挖掘。
     
       随着
 Workbook 以及各种自动化数据采集设备在研发型实验室的广泛应用,将会逐渐代替传统的纸质实验记录本。特别是高通量实验的广泛流行,纸版实验记录显现出的弱点越来越难以让它与先进的科研方法和技术匹配。

      
  Workbook 既能作为常规实验记录的载体,又能对这些分布在多个实验记录文档中的数据进行集中展示,分类比较,已成为许多世界领先的能源、化工、制药、生物科技、快速消费品等企业实验室信息管理与决策辅助解决方案的必要部分。


 
图1   
 Workbook 广泛的应用领域

 

1.  Workbook 的应用领域

       Workbook 作为实用性很强的信息管理系统,除了能够为企业和科研机构优化实验、降低成本、提升工作效率外,最大的特点在于可以满足不同领域的信息管理需求。从这个意义上讲, Workbook 的应用可覆盖不同学科研发过程中的全生命周期。
      • 适用于整个药物的研发过程,从药物发现、发展到工业生产;从药物靶标的确认和鉴定、药物分析、药物合成到药物毒理学、药代动力学等
      • 适用于工艺生成研究,可设计和记录从小试、中试到生产的研发过程
      • 适用于能源化工、快速消费品等领域的研究
      • 适用于材料科学领域的研究
      • ……

 

 
图2  覆盖研发过程中的全生命周期


1.1   Workbook 在有机合成实验室的解决方案
      通过
 Workbook ,合成实验人员可在友好且规范的用户界面下,快速分析在线数据库的相关信息,进行多步反应、平行反应、收敛反应等多种类型的合成路线设计。在此基础上,提供基于化学结构和化学反应的组合库列举功能,辅助合成研究人员进行组合化学实验的设计。  Workbook 同时可集成ACD和其他试剂数据库,可以智能地给出反应原料的理化性质、生产厂家、毒性等多种信息,为用户设计合成路线提供指导。
     
 Workbook 提供化学计量学及产率的自动计算和常用实验步骤的自动输入等各种辅助功能,简化合成实验人员登录数据的过程。合成出的私有化合物能够通过集成的注册系统(如NeoSuite CMS)快捷地在平台中进行注册。如需要与分析部门进行分工协作,在系统内即可提交分析请求和待分析的样品信息。
      利用系统的化学结构、化学反应、反应中心匹配等各类查询功能,使得研究人员可以随时查找并浏览以往的实验报告进行参考和重复利用。
 

图3   Workbook 在有机合成实验室的解决方案

 

1.2 Workbook 在分析化学实验室的解决方案
      
 Workbook 为从事分析的科研人员提供了高效强大的数据管理功能,支持分析过程和分析方法的建立。系统能够对每个样品和相应的多种分析方法(如材料和化学分析、滴定、重量分析、波谱分析、结晶、电化学及热分析、色谱、波谱分析等)的测试谱图进行集中管理。不仅如此, Workbook 还可以与目前常用型号的天平连接,直接数据采集,避免人工抄录过程可能带来的错误以及时间延误。可开放的系统架构使得该平台整合实验室分析仪器工作站CDS,SDMS,ECM及LIMS系统,方便分析结果和分析报告的获取,加强分析实验室和其他实验室的信息交流。  Workbook 提供相关的实验相互引用(Reference)功能,提高同类实验之间的追溯性。
 

 
图4   
Workbook 在分析化学实验室的解决方案

1. 3  Workbook 在生物实验室的解决方案
        
 Workbook 的实验模板可灵活设计,以适应研究人员不同生物实验的管理需求。模板具有可复制性,对于同类型的重复实验,在复制原来的实验记录上进行修改可大幅度提高科研工作的效率。借助于Workbook ,用户可记录克隆、免疫共沉淀、杂交、药物筛选、药理、毒性等诸多的生物实验。  Workbook 支持加载第三方软件的数据和其他多种类型的外部文件(如PDF格式的Protocol、凝胶电泳图、office文档、视频等)。在必要的情况下,用户可直接在窗口中添加图注及说明。对于生物数据处理所需的曲线拟合、图像分析、统计分析等,Workbook 提供相应的计算和分析功能,从而帮助研发人员进行决策。
 

 
图5  
 Workbook 生物实验室的解决方案

 

1.4  Workbook 制剂研究中的应用
      通过
Workbook 建立电子化的制剂实验信息管理,可对制剂实验相关数据进行记录,并提供实验的DOE智能化设计。在 Workbook 中,用户可自行设计制剂的配方,也可以检索全球配方数据库中的制剂实验,提取其中的信息进行设计。该模块还提供多层的制剂设计和总批量的自动计算。进行复杂制剂设计时,Workbook 会根据前一步的产量自动调节材料用量,避免失误。利用自动配方计算、自动创建批量标签、记录批量数据和结果分析功能,可有效加速制剂的研发过程。  Workbook 将实验流程生成文档,为研究人员提供详细的参考资料。
 

 
图6  
Workbook 在制剂实验室的解决方案

 

1.5 Workbook 工艺研发中的解决方案
       
Workbook 条件用于工艺优化,自动的化学计量学和放大换算大大减轻了工艺化学家们的工作负担,灵活的单元操作定义便于快速生成标准化的操作过程,自动化的批生产记录生成节省了制定符合GMP规范的文件的时间,同时,对化学工艺相关文档进行标准化的流程定制,也大大提高了与客户进行技术上的转移和沟通的效率。

(1)为工艺流程创建物料表,根据需要添加各种属性组,便于对工艺涉及的原料进行检索和管理。

(2)自定义单元操作过程,通过文本与属性域的组合将操作过程与物料表及设备表链接起来,方便对每一次实验过程中所涉及的物料、设备和过程操作等数据进行变更。

(3)通过简单的拖曳,即可将已定义好的单元操作加入到单元操作过程中,并为每一过程定义先导步骤及相关属性。

(4)生成后的工艺过程,可根据产率设定放大倍数,所有在单元操作中已定义的可放大域值均以该因子为乘积进行放大,避免由人工疏忽所导致的错误。

(5)将单元过程转化为流程图,便于掌握工艺全过程及准确定位错误。

(6)在执行一次工艺流程的过程中,根据每一步所定义的单元操作过程,操作人员可实时地记录每次实验过程所发生的数据,如投料量,比例,温度,搅拌速度等,并可记载观察到的过程现象,全过程执行完后生成结构化的文档便于转化成批记录。

 

 
图7  
 Workbook 在工艺研发中的解决方案

 

2. Workbook的应用价值
      应用  Workbook 可使研发机构的各个部门在多层面上受益。
 

2.1 Workbook对研究人员的帮助
      • 可灵活设计的实验记录模板
      
 Workbook 是发展成熟,功能完善的研发数据记录与管理系统。通过界面友好的客户端软件,用户可以记录实验相关的全部内容,包含实验设计,过程记录,仪器读数,图文结果,文献引用,更可以支持复杂的研发工作流程。系统提供了丰富的即开即用记录模块,针对化学,化工,生物,材料,分析,配方等各个领域都有精心设计的专用模块,方便科学家们记录各种不同类型(制备实验、合成实验、配方实验、分析实验、工艺实验,筛选实验)的实验过程和实验结果。企业还可根据需要定制个性化的模块,用户可以非常便捷地设计自己真正所需的实验模板和功能应用,体验灵活而高效的电子化数据管理。
       
 Workbook 的用户界面和功能的设计都是从实验人员的日常工作模式出发,因此实验人员可以方便、快速的输入实验报告的相关内容。常用的实验步骤描述文本可以定义为标准文本,后续引用时只需要点击相应按钮,描述文本便可自动输入。
 

图8 灵活设计的数据记录模板

     

   • 研发数据的汇总与比较
      研究项目往往会包含大量的实验,产生大量的实验数据,如不同的实验条件,不同的样品,不同的批次,不同的时间,以及不同的实验结果,最后需要对这些数据进行比较,包括数值,文字型的描述,谱图等,从这些纷繁复杂的实验数据中得出正确的结论。如今Pipeline Pilot 科学业务智能平台已成为 Lab Notebook安装时的必须组件,借助Pipeline Pilot 的数据整合与分析功能, Lab Notebook 既能满足向单个的文档中写入数据,也支持跨越多个文档的数据汇总与集中展示,便于用户进行对比分析,并可进行排序等操作。如图所示。

 

图9 跨越多个实验的数据汇总与对比视图


 
图10 工艺参数数据趋势线的自动绘制

     

   • 自动计算功能,简化实验报告的输入过程,并避免相关的计算错误
      强大的化学结构处理功能,通过输入的化学结构自动计算分子式、分子量;通过输入的投料表自动计算产率;根据记录的密度对化合物进行体积和质量换算。
 


图11 自动化的化学结构处理与单位换算功能

 

      • 重复性实验的记录可以直接“克隆”模板,提高科研效率



图12 实验记录的快速复制与重用

      • 丰富的内容检索方式,提高实验记录的利用率
      
  Workbook提供多种搜索途径,包括基本信息检索,如作者,实验记录名称,创建日期,存储路径等。全文检索则除了对实验记录中的任意字词,还包括嵌入的Office和Pdf文件,均可进行检索。化学结构式(精确结构/子结构)查询,化学反应式(反应中心匹配、官能团转换等)查询,元数据查询等,可以快速查找历史实验报告进行参考,从而避免不必要的实验重复。
 


图13 丰富的数据检索方式

     
    用户可以在
Workbook 平台上完成实验设计、执行、结果分析和导出/打印报告等一系列工作。
      • 与Pipeline Pilot整合形成一体化的数据分析平台
      Pipeline Pilot 是国际流行的数据分析和数据整合的智能化平台,将为系统积累的大量数据的分析和高效利用提供可能,当前,Lab Notebook与Pipeline Pilot 为一家公司的产品,二者已经在 Lab Notebook的界面有完整的整合,在Analyze 标签页下可以直接运行Pipeline Pilot的方案,形成统计分析报表。

 

 
图14 一体化的分析报表展示

 

      • 与其他信息管理系统整合,连接企业内的各种数据资源
      
 Workbook 具有开放的接口,与其他实验室信息管理软件有十分强大的整合能力,科研人员可以在Workbook 中直接将样品注册到样品注册系统(Registration System),可查询试剂和耗材库存(Reagent Inventory)和仪器管理系统,提取色谱数据管理系统中的数据(CDS),科研人员不需要离开Workbook 的界面就可以完成所有相关数据的处理。对于已经拥有LIMS系统的用户, Workbook 将能与LIMS进行无缝整合,在 Notebook中直接发送样品分析请求,并获取分析结果。研发人员只需用到Notebook单一系统,无须在不同软件系统之间切换。如果企业没有LIMS,系统能帮助完成一部分LIMS的工作,如分析请求,结果审批等。
 


图15 系统与其他实验室信息管理系统的整合应用

 

2.2  Workbook对研发主管的帮助
      • 支持对实验工作进行分工,并实时监控项目进度和实验进展
研发主管可以通过 
Workbook 将项目和实验工作分配给组内的研究人员,在组内人员变动时及时灵活地将项目和实验工作重新进行分配。通过 Workbook ,主管可以实时查看、跟踪实验人员提交的实验记录,并通过对话框对实验进行评价,提出修改意见,增强实验创建者和审核者之间的交流和协作。
 

 
图16 实验室科研任务的分配

      • 支持项目的跟踪以及辅助进行人员工作量的统计
      系统对实验记录人的登录进行验证,自动计算一份研发记录从开始到归档的时间以及审批的通过率,并对研发记录中的关键数据进行提取,汇总,给出项目的摘要信息。
 

图17 实验记录统计与项目进展报告

      • 支持实验记录及其他文档的传阅和审批
      系统支持文档工作流的设计和配置,所有被提交的实验记录或文档均可按照设定的工作流程自动流转,接收到到这些文档的人员可根据预设的权限对文档进行标注或审阅,直至最后归档。在审批过程中,每一个审批人员都可即时地知道其他传阅人的审批意见,能及时汇总和总结。

 

图18 系统支持复杂的文档审批流程

 

      • 支持内部提交检测分析的工作流程
      用户可以在系统内直接提交待分析的样品,选定需要检测的单个或多个样品,并勾选需要的检测项目,发送给指定接收人员,分析结束后,分析人员又可将分析结果数据或分析报告发送给样品提交人或提交审批。
 

图19  对样品分析请求工作流的支持

 

2.3  Workbook对IT人员的帮助
      • 可灵活设计模板
      通过
Workbook 的智能工具可以灵活地根据不同实验室的要求设计相应的模板,方便科学家们记录各种不同类型(生物、化学及工程等领域)的实验过程和实验结果。
      • 易于配置和功能定制
      
  Workbook 的底层开发基于行业标准技术,系统管理员可以很方便的通过不同的设置来实现各种不同的工作流程需求:例如可以直接根据研发机构的组织架构配置  Workboo的审批流程;常见的术语或字段可以通过字典加以维护。除此之外,开发人员还能够对它进行扩展,以满足一些特殊要求,例如:将 Workbook 与其他的科研信息系统进行整合,例如化合物登录系统、LIMS系统、商业化合物数据库、反应数据库等。将 Workbook 连接到一个试剂库存目录系统或试剂订购系统,以实现对试剂的实时查询、申领和订购。
      • 易于维护
      
  Workbook 能够应用在企业内部多个实验室,甚至提供接口与其他企业管理系统进行整合,形成统一的数据管理平台,减少了IT架构的复杂性,降低了企业信息管理系统的维护费用。

2.4   Workbook对企业及研发机构的帮助
      • 保证科研方法统一标准和实验记录的规范,实现数据的规范化管理
      通过
Workbook 的模板配置功能,研发机构可以在各个不同实验室应用统一的实验记录模板,确保科研工作采用统一标准的方法和protocol,保证所有实验记录的规范性。
 



图20 手写版与电子记录之间的差别

 

     设置 Workbook 的相关属性可使数据及时更新,保证数据的一致性,在数据规范管理的同时供不同部门加以利用。
      • 加强企业内外的交流与协作
     
 Workbook 自带的P2N工具支持合成与分析部门的合作,合成部门提交待分析的样品及相关信息后,分析人员可直接在仪器所接计算机上将分析报告通过P2N文件传输工具传输给样品所有者,合成研究人员收到分析报告后,可直接将其纳入到相应的实验文档中。

  数据在全球范围内共享的能力使得科研机构和合作伙伴的交流与协作变得更顺畅。例如,制药公司可以将自己的Workbook 有控制地共享给CRO企业,在系统中将科研任务分配给CRO合作伙伴,CRO公司每天将实验数据登录Workbook,随时提交给制药公司,制药公司可以随时跟踪科研任务的进展。

 

图21 系统为全球合作提供可能

 

      • 可为研发中心提供知识产权和数据安全性保护 
       
 Workbook 采用客户端服务器模式,提供了分布式的数据采集和集中的数据存储服务。客户端采集和输入数据,服务器端采用Oracle数据库管理系统集中管理数据,从而避免了数据的分散性和丢失。除此之外,系统提供细致的用户分组和分级权限控制,结合工作流状态和电子签名口令设置控制不同用户对于不同数据所具有的相应权限,从而保障重要数据的安全性和可控性。
      • 建立企业级集中存放的知识库
      
 Workbook 严谨的收集实验相关的所有细节,如实验设计方案,原料,实验结果和评论等信息,有效的积累所有的科研成果,使之成为机构的知识宝库、无形的资产,研发人员可以方便地参考以前的工作成果。

 

► 问:如何选择实验室最佳工具?   Workbook 还是SharePoint?
实验室寻找数字化实验记录本解决方案时,往往纠结于是选择一个真正的电子实验记录本还是像SharePoint这样的方案,不妨先回答以下几个问题再做决定。

    答:1.实验室只使用Microsoft的产品吗?
SharePoint是Microsoft设计、拥有和支持的,所以很多特性只能与Microsoft office产品兼容。这种依赖性限制了一个实验室的其他工具选择,特别是在Web服务器和数据库产品方面。如果实验室只希望使用微软的产品,SharePoint则可能满足他们的需求。如果不愿意被限制其他产品的选择范围,那Workbook 更合适。

 2.是否想确保所有的信息都是可检索的?

实验室纸质记录本给实验人员带来的最大的不便就在于信息检索方面。Workbook 和SharePoint都可以提供信息检索方面的便利,但是效率大不相同。Workbook 可以捕获和索引结构化和非结构化的数据,SharePoint不能索引所有的数据信息。如果实验室不需要索引并重复利用实验数据则可以选择SharePoint,反之Workbook 是最佳选择。

3.有没有法规依从性需求,例如21 CFR Part 11?
联邦药品监管局和美国专利局支持符合21 CFR Part 11法规的产品提交的电子数据。大多数Workbook 产品是符合21 CFR Part 11的,而SharePoint不符合,所以这一点也可以作为方案选择时重要的考量项目。

► 问:SFDA是否认可电子记录?

     答:SFDA 对电子记录目前没有明确态度,多数我们的客户采用打印加手动签名的方式


► 问:实验室无法放电脑,办公室和实验室分开的情况,如何实现原始记录?而不是二次记录

    答:条件允许可购买Surface 平板,或在实验室设置输入终端;条件有限可已将方案打印,手动记录,签名,扫描后,存放到Workbook 中作为原始记录


► 问:手持终端是否可以支持安卓系统?

     答:不支持安卓系统


► 问:LIMS+ Workbook 实现管理和执行实验时,LIMS是否可以为Workbook 指定仪器?

     答:可以,可以根据实验室仪器的实际使用情况进行合理安排


► 问:   LIMS和 Workbook 有什么区别?

     答:LIMS主要管理样品生命周期,涉及人员、仪器、物料、法规、环境等方面的管理,偏重宏观方面的管理; Workbook 是主要针对实验记录,包括实验设计、实验执行、结果分析、总结报告,偏重微观的实验过程、现象和结果等。


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