產耗比概念可以協助你規劃實驗方向
J 博士班的研究題目是探討細菌A的某個蛋白質的結構與功能，在入學後的短時間內，已經能夠順利用細菌A生產並純化得到該蛋白質
大家覺得一片看好之時，J卻對於後續的實驗規劃有些茫然
我與J討論後，發覺J並非是傳統上認知的卡關問題，諸如無法重複實驗、材料無法到位等，而是J當下有許多可採行的方向，造成他的選擇障礙
J正思考著許多的後續可能性，包括
- 優化這個蛋白質的純化流程
- 改善這個蛋白質的生產效率
- 多方嘗試養蛋白質晶體的條件
- 開發其他該蛋白質的實驗方向
讀友們可以試想若你是J，會如何選擇下一步？
以下提供我的想法
我首先確認J研究中的三要素（文獻），確定應該是個可行的研究題目後，便問了J以下的問題：
你現在做一次材料的成本是多少？
這是一個相當重要的概念，我稱之為產耗比，以下我們來解釋
產耗比的意義？為何要懂
下從高中生科學班計畫，上到中研院士，只要是做研究，就需要在有限的時間內產生數據並作出結論/推論
也就是說，研究的過程是有時效性的，時間過了就只能延畢，六年條款過期了只能被炒魷魚。因此，在限定的時限內，有效率的決定先做什麼事情，是過好研究生活的要點
這麼說起來，研究其實挺像專案管理的。你必須管理個別方案的風險，同時在專案三角形中取得平衡，用有限的時間、金錢，做出可以交付的品質
而專案的價值在於交付成果，研究的價值在於交付數據
而實驗數據，來自於實驗材料。只有材料來源與品質穩定，才能做出一致穩定的結果，也才能根據材料量決定能做的實驗方向、實驗與其他的規劃
如果你的實驗數據能夠無中生有，那你可以跳過這篇文章。但是絕大多數的研究方式，都必須經過獲取材料的方式
- 比方說，J想要蛋白質來做實驗，它就必須要生產蛋白質
- 若你需要老鼠做營養實驗，你要養老鼠
- 即便你是做社會學研究，你也需要去尋找能填問卷的對象
因此，實驗材料的獲取成本與時間間隔就成為做研究的一大限制，在某些情況下，甚至是很難跨越的一道藩籬
一個生產一次材料便可以用一年的人，跟每週都要花時間生產與維護材料的人，注定在實驗方向的深度與廣度上，都會有顯著的差別，也限制了能做的研究類型
也就是說，在推進研究進度的同時，我們也要將實驗材料的庫存維持在安全的水平，才不會斷料
我們可以用很簡單的算式解決這個問題
產耗比是什麼？
現在主實驗消耗材料，生產實驗增加材料，我們可以透過約分簡單算出他們每天各自消耗/生產多少材料：
- 主實驗：消耗材料，消耗量/主實驗一次的時間=每天消耗的材料量
- 生產實驗：提供材料，產量/生產實驗一次的時間=每天生產的材料量
若是：每天消耗的材料量=每天生產的材料量，你就可以維持實驗材料的穩定
若是將 每天生產的材料量/每天消耗的材料量，我們就會得到一個比值，稱為產耗比。
產耗比的意義如下：
- 大於1，你的生產週期比消耗週期快，產量過剩，可以擴張主實驗與研究方向
- =1，供需平衡，是最理想的
- 小於1，材料供不應求，得刻意排時間生產材料，或是優化產程
需要注意的是，產耗比並非越大越好。事實上離1越遠，代表的是供需平衡過度向一端傾斜，反而是沒有效率的象徵
因此，我們可以透過在生產與消耗兩邊的增減實驗或增加利用率，來調整材料的供需平衡
實例說明產耗比的應用
我們以J的例子來舉例產耗比的應用
- 他的研究方向是蛋白質結構
- 那能夠求得蛋白質結構的「蛋白質結晶條件探討」就是主實驗
- 生產蛋白質、純化蛋白質的工作，就是為了完成主實驗的生產實驗
假設J的供需關係如下（數字單純利於計算，未必符合真實情況）
- 一次主實驗：蛋白質結晶，要消耗10mg，一次主實驗3天，每天消耗10/3mg
- 一次生產：純化蛋白質，一次要7天，一次生產100mg，每天生產100/7mg
- J的產耗比=（100/7）/（10/3）=30/7
- 這代表J的生產速度已經遠遠高過消耗速度，他可以規劃更多研究方向，而非改善生產或做更多生產實驗
J的例子是個簡單的例子，只有一項產物與一種實驗去消耗材料，一般人不依賴產耗比也能平衡的很好
產耗比厲害的地方在於可以清楚地處理少量多樣的情形
打個比方，酵母菌雙雜交試驗可能會用到超過10種的培養基，而某些X培養基可能還需要像生物路徑一樣，先配好A液與B液，才能混合成能用的培養基。
這種混來混去的層級可能還不只一層，先前我配置的篩選培養基需要配
- 個別氨基酸10餘種=氨基酸混合液
- 氨基酸混合液+其餘培養基成分（5-6樣，也是混合液）=泛用培養液
- 泛用培養液根據用途，補上特定篩選劑或指示劑=篩選培養基
僅憑腦子處理這些供需平衡，很容易判斷錯誤而斷料，也可能會混淆個別料的量，而這有時是棘手的問題
以上面的例子，如果在實驗到一半發現篩選培養基用完了，中間只要任何一樣料有缺失，這次實驗就吹了
產耗比可以協助處理這種複雜情況，你可以由下而上（從3，最接近終產物的地方）依序算出產耗比，這樣你就能評估哪項料是限制試劑而需要多補充
注意：產耗比是流量概念，而非存量
我們想像實驗材料是存在水缸內的水：
- 生產：流入水缸的水
- 做實驗：流出水缸的水
- 水缸內的水：材料存量
當實驗材料用完了，就像水缸內沒水一樣，不能做實驗
但生產與水龍頭不同的是，水龍頭打開立刻就會有水，生產實驗可能要打開一陣子才有水（生產週期）
一旦在水漏光前水龍頭還沒進水，水缸就會乾掉（斷料），就得停工，這跟水龍頭的水量大小無關（產量、產耗比）
我們再拿J的實驗舉例，我將前述對J的分析貼過來：
- 一次主實驗：蛋白質結晶，要消耗10mg，一次主實驗3天，每天消耗10/3mg
- 一次生產：純化蛋白質，一次要7天，一次生產100mg，每天生產100/7mg
- J的產耗比=（100/7）/（10/3）=30/7
- 這代表J的生產速度已經遠遠高過消耗速度，他可以規劃更多研究方向，而非改善生產或做更多生產實驗
雖然產耗比告訴我們產量過剩，但若現在庫存=0，或是庫存小於7天（一次生產週期），J就會斷料。
這種中途缺料的問題，常發生在主實驗消耗大、週期短、生產週期長的情況，尤其要注意
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