药物分析信息学及基于大数据技术的药物分析

药物分析信息学的最新应用
在中药掺伪鉴别中的应用 褶合差谱分析法 基于对原始光谱的褶合变换，提取3点窗口下的二次正交多项式系 数作为解析对象。通过对纯中药光谱以及化学药物光谱的考察，发现 两者在3点窗口下经褶合变换得到的二次项系数，存在至少一个甚至几 个数量级的差别，因此当掺伪中药光谱的二次项系数抽提至最小时， 对应的含量因子即代表真实掺杂量。 采用褶合差谱分析法对18个不同种类的中药样品进行了测定，获得 了理想的定量准确性。
药物分析信息解析与挖掘
色谱分析法(二维数据)
在每一个保留时间点上都对应着一条光谱， 而在每个检测波长处都得到一条色谱，这 样的数据又称“二维”数据或矩阵型数据。
兼具色谱良好的分离特性和光谱灵敏的定性功能，从色谱、光谱两个 角度提供与物质性质密切相关的大量信息
药物分析信息解析与挖掘
色谱分析法(二维数据)
药物分析信息学已成为现代药物分析学科的重要内
总 结
容，有助于解决生命科学等学科目前面临的复杂混合
物体系定性、定量分析的共同任务。开展药物分析信
息学研究必将有力地促进药物分析学科的发展。
留一法交叉验证和独立验 证结果均表明，该模型预 测准确率达到90％以上。
药物分析信息学的最新应用
在中药掺伪鉴别中的应用
基于待检中药与怀疑掺化学药物的一维红外光谱，不经提 取分离，无需建立模型的两种分析方法
局部直线筛选法
基于对原始光谱特征的认知，即原始光谱上任意连续3点组成的形 状可能为凸曲线、近直线和凹曲线，它们的直线回归系数的绝对值分 别为<o．99或0．99～1。化学药物的掺入显然会改变这些局部谱段 原有的形状。沿着这个思路，对局部直线谱段进行差减，从而预测其 中化学药物的掺杂量。由大量样品验证，该法的检测限可达到0．1％。 采用该法对15个不同种类的中药样品进行了分析，结果只漏判了 一个样品。
经典统计分析 回归和相关 多元统计分析 方差分析
响应面理论 析因试验 序贯优化方法 并行优化方法
计算分光光度法 分析检测理论 滤波、平滑与求导 因子分析法
聚类分析 线性学习机法 K-最近邻法 定量构效关系
人工神经网络 化学专家系统 数据库和谱图检索
目 录
药物分析信息解析与挖掘
光谱分析法(一维数据)
采用OSC滤噪后，PLS— DA能够完全区分不同性 别的血清氢谱，其判别能 力优于PCA和SIMCA。
药物分析信息学的最新应用
在代谢组学中的应用 沈朋:乳腺癌代谢物组模式特征发现方法及HPLC／MS／MS分析 提出一种基于单独最优特征
组合和BP神经网络的代谢 物组模式特征发现方法，并
用其寻找到尿样中与乳腺癌最 为相关的4种核苷，将这4种核 苷作为输入变量，用BP神经网 络建立了乳腺癌诊断模型。
用尺度同一化的方法进行数 据预处理来消除数据的尺度 差异
三种数据预处理方法的应 用，会明显改善代谢组学 生物信息学分析中聚类分 析的结果和生物标志物识 别的准确性及全面性
药物分析信息学的最新应用
在代谢组学中的应用 冒海蕾:正交信号校正在正常成人血清，H NMR谱的代谢组分析中的滤噪 作用评价 研究了正交信号校正(OSC)在78 例正常成人血清1 H—NMR谱的 代谢组分析中的滤噪作用，分 别采用主成分分析、偏最小二 乘法判别分析(PLS-DA)及簇类 的独立软模式法(SIMCA)对氢谱 进行模式识别分析
混 合 线 性 分 析 法 （ H L A ） ： 该法结合了多种多元校正方法的优势，其结果优于PLS法。由 于其只需要已知待测组分的纯色谱峰及其在校正谱中的浓度，因此还被用于某些含未知干扰组 分的体系的分析。
药物分析信息解析与挖掘
光谱分析法(一维数据)
பைடு நூலகம்
数学修饰方法 ——数学探针法 数学探针法通过对复杂混合物体系的光谱进行
导致生活不能自理的 病人
01
03
肺癌患者
危重症病人
新型智能型分析仪器的研发
1.小波变换近红外光谱仪
：主要针对中老年患者
02
01 03
无人照料
老人
肺癌患者
危重症病人
慢性呼吸疾病
导致生活不能自理的 病人
新型智能型分析仪器的研发
1.小波变换近红外光谱仪
：主要针对中老年患者
02
03
无人照料
老人
肺癌患者
危重症病人
“原位”数学修饰，“创造”背景干扰的最大吸收点，从 而可以“创造”背景干扰被消除的条件。 具体原理为：在合适的波长位置，向待测混合体系的光谱 中添 加“数学探针”(如高斯函数等)，可随意改变和调动 可能的背景干扰，从而使干扰在指定位置成峰，产生 极大值；然后通过求导消除干扰，并求出待测组分的 含量。本课题组曾采用数学探针法测定了安钠咖注 射液中苯甲酸钠和咖啡因的含量，通过考查数学探 针的峰高、峰位和半峰宽与结果的关系，确定数学探 针的参数值，并将由此探针产生的“新化合物”仿真 添加在待测液中，从而使待测组分的紫外光谱图出 现了“吸收峰”，即得到了“数学修饰”，然后在修饰得 到的“吸收峰”处求导就可将干扰组分的影响去除， 从而可对待测组分进行含量测定。数学探针法通过 “仿真”地向待测体系中添加“新化合物”(数学探
药物分析信息学
药物分析信息学
研究对象：药物复杂体系
方法：化学计量学和统计学，对分析仪器提供的
信息进行变换、解析、挖掘、分类
目的：对复杂体系定性定量分析
药物分析信息学
化 学 计 量 学 ： chemometrics 产 生 ： 1974年，由美国的B．R．Kowalski和瑞典的S．Wold等发
起，在美国华盛顿大学成立了国际化学计量学学会
药物分析信息学的最新应用
在代谢组学中的应用
NMR、LC-MS、GC-MS
获得的数据非常复杂 揭示出反映样品内 在机理的、整体性 差异的关键性生物 标记物
信 息 挖 掘
数据处理
降 维
目的
原 始 数 据 前 处 理
药物分析信息学的最新应用
在代谢组学中的应用 李晶:代谢组学研究中数据处理新方法的应用 用稳健主成分分析(PCA)进行 离群样品点的诊断 用变量的类内差异和类间差异 的比较，来判断非保守性代谢 组分
药物分析信息学
及
基于大数据技术的药物分析
大数据技术
大数据时代:
背景 随着计算、存储资源的容量、速度、智能化程度的迅速提高和价
格的大幅下降，以及物联网、移动互联网、云计算等技术的迅速发展
和大规模应用，数据量出现了爆发式增长。
特点
数据容量(Volume)大、数据产生速度(Velocity)快和数据 多样性(Variety)高 制药行业数据的不断积累和生命科学及健康领域数据的蓬勃发展！
背 景 ： 数据处理与信息提取和计算机科学的发展
概 念 ： 应用数学、统计学与计算机科学的方法，
来设计或选择最优的化学实验方法，并从测量数据
中最大限度地获取化学及相关信息。
药物分析信息学
化 学 计 量 学 ： chemometrics 基本内容
统计学 与统计方法 试验设计 与优化 分析信号处理 化学模式识别 人工智能
大数据技术
大数据技术:
定义 一代全新的数据科学领域的技术架构或模式，对数据量大、类型
复杂、需要即时处理和提纯的各类数据，综合运用新的数据感知、采
集、存储、处理、分析和可视化等技术，提取数据价值，从数据中获 得对自然界和人类社会规律深刻全面的知识和洞察力。 大数据技术涉及到数据的感知、采集、存储、处理(管理)、分析、 可视化呈现等诸多环节，各环节采用的技术手段也层出不穷。
在每个检测波长(或波数)处可得到一个 响应值，这样的数据又称矢量型数据。
快速、简便、经济
药物分析信息解析与挖掘
光谱分析法(一维数据)
常用的数据处理方法
偏 最 小 二 乘 法 （ P L S ） ： 已被用作近红外光谱仪的定量分析方法，应用于原料药分析 和复方制剂分析
缺点:PLS要求体系组成已知，而且各组分的信号应具有加和性，这些限制使得 PLS只适用于组分已知且含量与信号响应值符合线性的体系。
在每一个保留时间点上都对应着一条光谱， 而在每个检测波长处都得到一条色谱，这 样的数据又称“二维”数据或矩阵型数据。
兼具色谱良好的分离特性和光谱灵敏的定性功能，从色谱、光谱两个 角度提供与物质性质密切相关的大量信息
新型智能型分析仪器的研发
1.小波变换近红外光谱仪
：主要针对中老年患者
无人照料
老人
慢性呼吸疾病
慢性呼吸疾病
导致生活不能自理的 病人
药物分析信息学的最新应用
主要应用于复方制剂、中药成分分析、代谢组学、中药打假 在代谢组学中的应用
代谢组学：代谢组学是对某一生物或细胞，在一特定生理时期内所有低 分子量代谢产物，同时进行定性和定量分析的一门新学科。它是以组群 指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系 统整合为目标的系统生物学的一个分支。