化学信息学整合解决方案

新闻摘要:化学信息学是化学领域中“大数据”的完美解决方案,利用计算机技术对化学信息进行表达,管理,分析,模拟和传播,以实现化学信息的提取,转化与共享,揭示化学信息的实质与内在联系,促进化学学科的知识创新。简要概括为将数据(Data)转化为信息(Information),将信息转化为知识(Knowledge),并将它特定应用于化学研究。

  化学信息学是化学领域中“大数据”的完美解决方案,利用计算机技术对化学信息进行表达,管理,分析,模拟和传播,以实现化学信息的提取,转化与共享,揭示化学信息的实质与内在联系,促进化学学科的知识创新。简要概括为将数据(Data)转化为信息(Information),将信息转化为知识(Knowledge),并将它特定应用于化学研究。
       化学信息学采用人工智能与信息科学领域的先进方法和工具进行数据的分析和应用。例如,运用数据挖掘技术发现大量原始数据中的隐含规则;运用特征提取技术和编码技术进行模式的表达;运用数据库技术完成大型数据的储存和搜索;运用计算机仿真技术模拟分子的合成及其各种性质表达等。



  作为行业领先的化学信息学解决方案供应商ACD/Labs为科学家提供了最全面、综合的解决方案,表现为利用计算机技术通过对多种谱图数据信息的提取从而进行快速未知化合物结构解析、利用庞大后台数据库及精确算法预测化合物谱图信息、基于QbD原理进行色谱分离方法开发与优化、波谱数据提取分析及知识库的构建和信息共享、化合物信息登记与注册、药物代谢动力学研究、理化性质预测、ADME/Tox性质评估、虚拟筛选、基于性质的先导物优化设计、网络数据库技术等一站式平台,为药物化学、环境化学、石油化工、食品安全、日用化学、刑侦化学等化学的各个分支领域提供强大的信息支持。


 

 
一、化学信息挖掘及知识共享

  在化学化工、食品药品、材料科学、刑事鉴证等众多领域中,大量测试样本及各种的平行实验和高效的组分提取技术为科学家提供了大量的化合物结构及特征谱图数据信息,如1D & 2D NMR(核磁共振)、MS(质谱)、Chromatography(色谱)、UV-IR(紫外和红外)、Raman(拉曼光谱)、Curve(曲线)等,被用来进行化合物的结构鉴定、特性表征、分离纯化、代谢物产物分析等研究。
       同时随着研发水平及计算机技术的发展,化学家及分析学家逐渐意识到利用计算机技术辅助快速处理和分析这些庞大的数据信息。计算机辅助化学分析与传统的化学计量学方法相比,更注重于有用信息的提取和计算速度的提高。而如何快速、高效地分析这些数据,挖掘更多、更隐蔽的有效信息也日渐成为研究者们亟待解决的问题,同时在许多科研院所及商业组织机构中也伴随出现一个系统性缺口——庞大的研究数据管理、原始数据与分析结果间的有效关联以及知识信息共享等。而这样的缺口极易造成组织间沟通不畅、重复性试验、项目延迟及知识数据丢失等问题。在这样的环境需求下,作为行业内最著名的专业化学数据分析、管理软件公司ACD/Labs推出的化学信息挖掘及知识管理平台方案很好的满足了化学家们的所有应用需求。


 


 1、统一化数据分析解决方案


 


       ACD/Labs针对科学家日常研究中产生的不同分析数据类型实现规范化、统一平台处理和解释。应用一个平台系统完成对NMR、LC/GC/UV/MS、IR、TGA、DSC、XPD等所有数据类型的整合分析,并辅助研究人员快速的进行化学结构和谱图间的比对验证,分析结果可根据用户需求自定义一键快速导出专业报告或存储为统一格式文件,实现组织内、外部信息交流和共享。
       作为专业的统一化分析平台,ACD/Labs真正实现了“All in One,One for All”的理念,在其强大的分析平台上,研究者只需运用一个软件系统即可实现对不同厂商、不同类型数据的读取和分析,包括Bruker、Agilent、Waters、AB SCIEX、Thermo Scientific、JASCO等,大大节约学习和应用不同软件的时间,同时也避免基于工作站的限制,实现对数据的完全“脱机”分析。
2、化合物结构确认解决方案
      化合物识别、特性描述、结构确认贯整个研发过程,涉及大量分析数据的解释和归属。ACD/Labs系统平台通过高级算法及数据库功能实现对目标化合物结构的快速确认,包含基于核磁、质谱、红外等不同分析谱图信息的不同解决方案。
      通过庞大的数据库记录进行谱图检索,实现快速已知物结构确认和排重,以及对未知物功能片段的获取,并提供解析思路;基于精确的算法及后台数据库对候选物进行核磁、质谱、红外等谱图预测,并与实验谱图进行对比分析,实现快速结构确认;依据CASE(Computer Assisted Structure Elucidation)系统根据1D & 2D NMR、MS、UV-IR及色谱等各种实验数据,依靠强大的算法对有机化合物进行自动结构解析。为阐明和确定杂质、天然产物、降解物、代谢产物等未知化合物结构方面提供全面的解决方案。
3、药物代谢研究解决方案

  


       ACD/Labs满足科学家在研究早期或研究过程中快速准确预测药物分子的各项ADME参数指标,包括被动吸收、血浆蛋白结合、表观分布体积、血脑屏障、口服生物利用度、膜蛋白转运、半衰期、曲线下面积、血药浓度、代谢酶、代谢位点等,为药物代谢动力学研究提供全面系统的参考和支持。
平台下的质谱手段解决方案供科学家利用去卷积算法并基于自动组分提取技术对LC/MS数据进行快速高效分析,自动提取并标记药物分子相关的代谢产物及代谢类型,以及相关组分的[M+H]+、[M-H]-、中性碎片丢失等信息,提高代谢产物分析鉴定的工作效率。同时可以通过高级应用工具将药物分子及所有代谢产物之间建立完整的生物转化通路图,并与相关的所有分析数据(NMR、LC/MS、IR)构建灵活的内部链接,实现药物代谢研究领域完整的知识管理及信息共享。
4、色谱方法开发解决方案


       ACD/Labs色谱方法开发解决方案基于QbD (Quality by Design)原理结合LC/UV,LC/MS等分析系统进行合理、系统的色谱分离方法开发。可以通过对目标物进行庞大的色谱数据库检索,以快速获得相同或近似化合物的色谱分离条件,在进样前为实验样本找到合理的起始点,如柱子、流动相及缓冲液体系等,同时对目标物进行分离模拟及快速方法筛选,获得最合适的分离条件;也可应用研究者的实验色谱数据,依靠精准的算法建立数学模型,针对一维或二维色谱条件进行优化,快速获得最佳柱温、pH、梯度等完整的解决方案,从而有效的减少实验进样次数,提高工作效率。


5、知识库构建及共享解决方案


 
       在科研或研发的整个过程中,产生大量的分析数据及决策信息,而这些庞大原始数据管理、原始数据与分析结果间的有效关联以及知识信息共享往往是科研或商业机构中经常出现的一个系统性缺口,而这样的缺口也极易造成重复性试验、项目延迟及知识数据丢失等问题。
       ACD/Labs知识库构建及共享解决方案应用一个系统平台完成对NMR、LC/GC/UV/MS、IR、TGA、DSC、XPD等所有数据类型的整合分析,并建立化学结构、谱图数据及科学家决策分析之间的内部关联。实现对所有原始或处理过的分析谱图、化学信息、文本数据、参考资料等高效整合,支持科学家通过不同的读写权限对数据库进行存储、检索、数据获取及可视化分析,以及与其他合作者之间的信息和见解的交流与共享,支持组织内部与网络外部的合作,最大限度的满足化学信息挖掘及知识共享。


二、计算机辅助虚拟筛选



  在药物、化学研发、食品安全等领域,当前大家的共识是:新品研发具有高投入、高风险的特点。如何降低风险、提高成功率是大家所共同追求的目标。因此在研发前期即对先导物进行in sillico理化、ADME/T等性质的准确、快速评估则可大大减少后期实验失败几率、人力财力的投入并可帮助研究者将工作聚焦于符合特定性质要求的先导化合物上;同时也降低试验或环境污染,为化学品毒性筛选和安全管理以及其他领域的技术研究或管理决策提供科学、便捷、快速的评价参考,有效业提高业务水平和工作效率。
1. 成药性评价及先导物优化解决方案
       ACD/Percepta平台针对药物研发前期阶段,通过庞大的后台数据库及强大的QSAR算法对化合物进行成药性性质分析,快速、详尽的阐述目标物理化、吸收、分布、代谢、排泄及毒性等方面性质。其独有的预测可靠性评分、模型自训练以及高亮标记贡献片段等功能为科学家提供了强有力的信息参考;同时软件平台下内置的庞大化合物性质数据库也为研究者提供了大量的化合物数据参考,可更快速获得目标物或类似物的实验数据,减少人员、时间及经费的消耗。


   研究者可对目标先导物进行基于性质的快速药物设计,通过对位点、片段的合理改造,以获得批量结构类似物,进而利用高效的QSAR算法对类似物筛选评估从而获得符合理想性质的最优产物进行实验合成,大大降低实验尝试次数及失败几率,提供工作效率,加快项目研发进度。



2. 化学品安全性评估解决方案

  毒副安全性在食品、化工等研究领域中起着至关重要的影响作用。软件平台提供详细、全面的安全性评价方案。内容涵盖急性毒性、基因毒性、环境毒性、脏器毒性、生殖毒性、刺激性、致畸、致癌、致突变、心脏毒性等方面。不仅快速给出准确的性质评价结果,直观高亮显示毒性片段,同时给出透明的可靠性评分,并提供庞大的后台实验数据库供用户进行快速减速和定位。从而降低试验及环境污染,更快速、准确评价的完成项目研究。



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