電子實驗記錄本研究

李丹

摘? ?要：電子實驗記錄本是一種安全、可靠的軟件系統，它匯聚多種來源的實驗數據，支持記錄實驗的完整過程和結果，并將其打包成法律法規認可的文件，支持搜索、協作和數據挖掘。由于滿足法規要求和電子數據易搜索和協作的優勢，ELN引起了企業、高校科研和管理人員的廣泛關注。文章從ELN的基礎知識入手，詳細介紹了ELN的定義、歷史、品牌（如InELN）和現狀，及對未來的展望。

關鍵詞：ELN;LIMS;實驗室數據;數字化實驗室

隨著技術的進步，電子化數據急劇增加，特別是搜索、協作需求的不斷增長，不易協作的紙質實驗記錄本正在消失，電子實驗記錄本（Electronic Lab Notebook，ELN）正在快速發展，實現了實驗數據電子采集、搜索、共享、輕松備份、訪問和數據挖掘等。電子實驗記錄本可作為法律文件，在法庭上用作證據，用于解決知識產權糾紛，被各國制藥監管部門認可。制藥行業是電子實驗記錄本研發和使用的早期推動者，2007年國際主流制藥公司均已經上線電子實驗記錄本[1]，農業、精細化工和石化公司也紛紛加入。本文系統地介紹了ELN的定義、用途、分類、組成、合規性和主流ELN供應商，如InELN，E-notebook等，分析了ELN與實驗室信息管理系統（Lab Information Management System，LIMS）的不同，最后對ELN的歷史和未來進行了總結和展望。

1? ? 電子實驗記錄本的定義

根據美國歐洲和日本國家船東協會委員會的定義，電子實驗記錄本為“滿足所有法律、法規、技術和科學專業性要求，用于創建、存儲、檢索和共享完整數據的電子實驗記錄系統”[2]。

2? ? 電子實驗記錄本的用途

Michael等[3]調研發現，94%的科學家認為傳統的紙質數據管理存在挑戰，20%的人在“需要時找不到想要的數據”，10%的人在“分享數據和信息時有困難”，9%的人在“協作、更新數據時有問題”。

ELN能促進實驗記錄及時、準確、完整地記錄，ELN避免了低效的手寫，可被身處不同國家和地區的研究團隊同時在線使用[4]。

ELN的使用顯著提高了科研人員、同行評審員和研發主管的工作效率[5]。ELN用戶可以迅速整理和提交電子記錄。食品藥品監督管理局不再需要翻閱數千頁文件，而是直接搜索，加速了審評效率，加速藥物快速上市，有助于提前占領市場。

2011年Atrium Research[6]的報告顯示，科學家使用電子實驗記錄本，促進了信息的查找和重復使用以及更有效的協作。相較于紙質記錄流程，可以有效提升20%的研發效率。這意味著如果有100人的研發團隊，將可空余出20人的研發力量，用于投入更多的研發項目或更深入的研究。

據Vines等[7]研究，使用紙質實驗記錄本時，由于人員流動、潮濕污染、發霉蟲蛀等影響，每年平均數據流失率高達17%。

3? ? 電子實驗記錄本的分類

ELN以復雜程度來區分，可分為基礎版、專業版和高端版[8]。基礎版ELN是一種文字處理器或文字記錄系統，如Word。由于缺乏審計追蹤功能，不能作為證據使用，不能保護知識產權。

專業版ELN必須包含合規的電子簽名和審計追蹤等功能[9]，以保護知識產權或滿足監管層的要求，代表品牌有InELN專業版、IDBS等。

高端版ELN除了包括其他版本ELN的所有功能外，還要滿足化學、生物等各類型實驗的專業要求，如具備ChemDraw或InDraw結構式編輯器（兼容cdx文件）、多功能電子表格、自定義模板、與其他系統如LIMS，SDMS，CDS對接（需個性化定制，預算高）、儀器對接（需個性化定制，預算高）等功能。代表品牌有InELN高端版、E-notebook等。

4? ? 電子實驗記錄本的產品形式

ELN有2種產品形式：客戶/服務器模式（Client/Server，C/S）架構和瀏覽器/服務器模式（Browser/Server，B/S）架構。傳統的C/S架構：客戶端+本地服務器，要求在個人電腦上安裝ELN的客戶端軟件，同時，也要在客戶服務器上安裝ELN服務器端軟件和數據庫。

現代的B/S架構：本地服務器或云服務器部署，只需用戶電腦上安裝了瀏覽器，即可使用ELN，可以跨平臺，支持在臺式機、平板電腦、手機或其他移動設備上使用。

5? ? 電子實驗記錄本的產品組成

ELN主要由以下模塊組成：人員和權限模塊、記錄模塊、文本和表格編輯、文件管理、模板管理、協作模塊、審核管理、審計追蹤（Audit trail）、電子簽名、導入導出管理、存檔備份管理、安全模塊、項目管理等。

6? ? 電子實驗記錄本的合規性

ELN要合規，需主要滿足FDA、國家藥品監督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）、歐盟藥品生產質量管理規范（Good Manufacturing Practices，GMP）相關的法規，如：（1）FDA 21 CFR Part 11。（2）《藥物非臨床研究質量管理規范》（國家食品藥品監督管理總局令第34號）。（3）中國GMP中計算機化系統相關電子數據條款。（4）歐盟GMP條款中電子記錄條款Annex 11。

7? ? ELN與LIMS的區別

ELN系統是知識管理的解決方案，不是工作流程解決方案。ELN適用于創新、多變的方法發現或樣品數據記錄和管理，處于擬生產或生產階段之前[10]。

LIMS是一種實驗室工作流程解決方案，以樣品數據質量和合規性為核心。此處的樣品指擬生產或生產中抽樣的樣品。

簡而言之，ELN更適合于研發階段的價值發現和創新發現，LIMS更適合于生產或擬生產階段的質量管理。國際主流的制藥企業，ELN和LIMS均會獨立采用，分別用于研發和生產（或試生產）階段的數據管理。因為二者研究內容迥異，研究人員不同，數據互通的需求不高，二者一般獨立使用。在個案中，二者數據可以通過應用程序編程接口對接。

8? ? 挑選電子實驗記錄本的方法

電子實驗記錄本在全球有近50家活躍的供應商，中國境內活躍的供應商不超過10家，主要包括Integle鷹谷電子實驗記錄本（InELN），PE E-notebook，IDBS，達索BIOVIA Workbook等。

如何挑選適合自己的電子實驗記錄本，需要確定以下問題：（1）公司對電子實驗記錄本的核心需求是什么，如合規、數據規范、數據搜索和分享等。（2）需要ELN具備什么樣的專業屬性，如化學結構式編輯器（是否與cdx兼容）、兼容多學科要求等。（3）ELN軟件是否簡單易用。（4）ELN軟件是B/S（電腦上打開瀏覽器即可使用）還是C/S（每臺電腦上安裝軟件后才能使用）架構。一般B/S易于維護，實施和維護成本低。（5）供應商是否有GMP/GLP的ELN客戶實施案例。（6）ELN軟件是否部署在公有云，還是公司內部服務器上。（7）公司的預算是多少，能否承擔昂貴的個性化需求定制費用。

9? ? 電子實驗記錄本的使用歷史

弗吉尼亞理工大學Raymond E.Dessy博士在20世紀80年代中期開始設想電子記錄本的概念，到1994年他提供了ELN的第一個工作實例。直到2000年6月的“全球和國家商業電子簽名法案”（ESIGN）出臺，意味著電子簽名具有法律約束力，從而確認了ELN的合法地位。

在2017年7月，中國NMPA頒發了《藥物非臨床研究質量管理規范》，確定了電子數據可以代替紙質數據，電子簽名與手寫簽名具有相同的法律效力。從那時起，中國的ELN開始快速發展。

10? ? 電子實驗記錄本的發展前景

ELN將被所有的研發科學家用來記錄他們的科學研究，是數字化實驗室的核心組件。電子化只是ELN的第一步，ELN將歷經物聯網化、智能化等階段，最終走向自動化。人們獲取數據將從主動模式，逐步變成被動模式乃至自動模式。ELN積累的數據，也將有力推動基于人工智能的創新藥物研發、仿制藥物研發、生物和化學的基礎研究、新材料研發、新能源研發、功能化妝品研發、化工工藝優化等，實現研發生產力和競爭力的全面提升。

[參考文獻]

[1]PING D，JOSEPH A，KOFMAN，et al.Electronic laboratory notebooks in pharmaceutical R&D：on the road to maturity[J].Journal of the Association for Laboratory Automation，2007（12）：157-165.

[2]MICHAEL R，ANIL K R，STEPHEN C，et al.A review of electronic laboratory notebooks available in the market today[J].Journal of the Association for Laboratory Automation，2011（1）：90-98.

[3]MICHAEL E.Electronic laboratory notebooks：market and technology overview[J].Scientific Computing，2008（5）：99-100.

[4]SAMANTHA K，CERYS W，NICHOLAS G，et al.Electronic lab notebooks：can they replace paper.[J].Journal of Cheminformatics，2017（9）：31.

[5]JAMES M M，PETERSON E S，PETERSON B，et al.Internet and multimedia systems and applications（IMSA 2001）[C].Honolulu：the Fifth IASTED International Conference，2001.

[6]HARI K，MACHINA，DAVID J W，et al.Electronic laboratory notebooks progress and challenges in implementation[J].Journal of Laboratory Automation，2013（4）：264-268.

[7]TIMOTHY H V，ARIANNE Y K，ROSE L，et al.The availability of research data declines rapidly with article age[J].Current Biology，2014（24）：94-97.

[8]ULRICH D，INGO P.A pocket guide to electronic laboratory notebooks in the academic life sciences[J].F1000Research，2016（5）：2.

[9]UNKNOWN.Electronic laboratory notebook[EB/OL].（2017-09-29）[2019-07-10].https：//www.limswiki.org/index.php/Electronic_laboratory_notebook.limswiki.org.