国内外多肽合成仪主要品牌及选购指南

国内外多肽合成仪主要品牌及选购指南国内外多肽合成仪主要品牌及选购指南 一 基本概念一 基本概念 1 多肽多肽 是一种与生物体内各种细胞功能都相关的生物活性物质 它的分子结构介于氨基酸和蛋白质 之间 是由多种氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键结合而成的化合物 2 多肽合成多肽合成 是一个重复添加氨基酸的过程 固相合成顺序一般从 C 端 羧基端 向 N 端 氨基端 合 成 过去的多肽合成是在溶液中进行的称为液相合成法 从 1963 年 Merrifield 发展成功了固 相多肽合成方法以来 经过不断的改进和完善 到今天固相法已成为多肽和蛋白质合成中的一 个常用技术 表现出了经典液相合成法无法比拟的优点 从而大大的减轻了每步产品提纯的难 度 多肽合成总的来说分成两种 固相合成和液相多肽合成 3 多肽合成仪多肽合成仪 多肽合成是一个以树脂 人工合成的固相介质 为载体 在一定的反应条件下重复添加氨基 酸 经过化学反应后合成多肽的过程 多肽合成仪即是用来合成多肽的仪器 一般情况下 多 肽合成仪整体由主体 传输设备 动力装置以及软件系统组成 二 历史背景二 历史背景 1 固相合成法的诞生固相合成法的诞生 多肽合成研究已经走过了一百多年的光辉历程 1902 年 Emil Fischer 首先开始关注多肽 合成 由于当时在多肽合成方面的知识太少 进展也相当缓慢 直到 1932 年 Max Bergmann 等人开始使用苄氧羰基 Z 来保护 氨基 多肽合成才开始有了一定的发展 到了 20 世纪 50 年代 有机化学家们合成了大量的生物活性多肽 包括催产素 胰岛素等 同时在多肽合成方法以及氨基酸保护基上面也取得了不少成绩 这为后来的固相合成方法的出 现提供了实验和理论基础 1963 年 Merrifield 首次提出了固相多肽合成方法 SPPS 这个在多肽化学上具有里程 碑意义的合成方法 一出现就由于其合成方便 迅速 成为多肽合成的首选方法 而且带来了 多肽有机合成上的一次革命 并成为了一支独立的学科 固相有机合成 SPOS 因此 Merrifield 荣获了 1984 年的诺贝尔化学奖 Merrifield 经过了反复的筛选 最终屏弃了苄氧 羰基 Z 在固相上的使用 首先将叔丁氧羰基 BOC 用于保护 氨基并在固相多肽合成上使用 同时 Merrifield 在 60 年代末发明了第一台多肽合成仪 并首次合成生物蛋白酶 核糖核酸 酶 124 个氨基酸 1972 年 Lou Carpino 首先将 9 芴甲氧羰基 FMOC 用于保护 氨基 其在碱性条件下 可以迅速脱除 10min 就可以反应完全 而且由于其反应条件温和 迅速得到广泛使用 以 BOC 和 FMOC 这两种方法为基础的各种肽自动合成仪也相继出现和发展 并仍在不断得到改 造和完善 同时 固相合成树脂 多肽缩合试剂以及氨基酸保护基 包括合成环肽的氨基酸正 交保护上也取得了丰硕的成果 2 多肽合成仪的诞生多肽合成仪的诞生 虽然 Merrifield 在发明固相多肽合成科学并取得巨大成功的同时 使用了自主研发的合成 设备 但却没因此将多肽合成仪引入市场 1970 年 Beckman 公司开发的全自动多肽合成 仪 Beckman 990 Peptide Synthesizer 作为第一台投入市场的科研用多肽合成仪 被美国 多所大学的实验室采用 几乎同一时间 Vega Biotechnologies Inc 公司开发出两款经济型多肽合成仪 Vega s Coupler 1000 与 Vega s Coupler 250 不久又推出 Vega s Coupler 296 其将多肽合成 后续的在线切割理念结合到设备中 所有反应器采用防爆玻璃材质 防止 TFA 的腐蚀 被当时 的肽化学界称为最经济适用的多肽合成仪 而今 Beckman 与 Vega s 两家公司均停止的多肽合成仪的研发与制造 而转向到更多面 的化学合成 分离 检测技术设备的研制产业中 3 多肽合成仪的发展多肽合成仪的发展 a 第一代多肽合成仪第一代多肽合成仪 第一代多肽合成仪是以 Beckman 公司推出的 Beckman 990 Peptide Synthesizer 以及 Vega s Biotechnologies 公司推出的 Vega s 296 Peptide Synthesizer 为代表的 诞生在 上世纪七十年代 虽然随着生产工艺的改进和发展 如今第一代多肽合成仪已全部退出了市场 但 1990 年以 前的众多肽化学文献都是在此实验设备上运行研发而来 第一代的多肽合成仪为之后的合成仪 研发与制造产生了重大意义 b 第二代多肽合成仪第二代多肽合成仪 第二代多肽合成仪是以 Protein Technologies 公司推出的 PS3 Peptide Synthesizer 以 及 Advanced ChemTech 公司推出的 ACT peptide synthesizer Model 90 为代表的 诞 生在上世纪八十年代 此两款设备也是目前市场上仍在销售的最早的多肽合成仪 PS3 的设计原理是采用氮气鼓泡的反应方式来对反应物进行搅拌 即合成仪上反应器是固 定的 氮气从反应器的下方通过反应器到上部排出 在这一过程中产生的汽泡把固相和液相混 合起来 这样设计的好处是结构简单 成本低 但反应相对温和 1 有时候多肽 固相载体在 静电作用下会 抱团 使其不能与液相充分混合 在这种情况下需要调高氮气的压力以消除静 电作用 而在静电作用消除后要把压力立刻调低 不然的话较高的压力会把多肽 固相载体 吹 到反应器液面上方 由于多肽 固相载体具有较强的粘壁性 一旦被粘到反应器液面上方就再也 无法下来 也就是无法再参加反应 显然第一代机器是无法自动作这样的压力调整的 这就是 造成反应 死角 的重要原因 反应死角会降低多肽合成的效率和多肽的纯度 有的甚至造成合 成的失败 2 长时间氮气鼓泡会使溶液挥发 液面降低后一部分多肽 固相载体就粘在液面上 方 也无法再参加反应 3 氮气消耗量大 运行成本增大 ACT90 的设计原理是反应器在直立下围绕原点作左右摆动 或者圆周运动 ACT 的多肽合 成仪同样具有反应温和的特点 即转动角度与速度都不能够完全达到氨基酸耦合的极限 反应 往往需要更长的时间 c 第三代多肽合成仪第三代多肽合成仪 第三代多肽合成仪是以 Applied Biosystems 公司的 ABI 433 peptide synthesizer 与 C S Bio 公司的 CS336 为代表的无死角多肽合成仪为代表的 诞生在上世纪九十年代 ABI433 的设计原理是反应器上方相对固定 而下方作圆周 360 度快速旋转 带动反应器 里的固液两相从底部向上作螺旋运动 一直达到反应器的最上方 换句话说 溶液可以达到反 应器内部的任意点 真正做到了无死角 由于搅拌速率可达每分钟 1800 转的高速 反应得以 充分完全 由于无死角的搅拌方式保证的肽的合成纯度 ABI433 型多肽合成仪 其退出多肽 合成仪市场后最后一款仪器 至今在世界上还占有着很大的比例 当然 ABI 产品的售价也是 最高的 由于部件使用频率高 电磁阀会经常损坏 而 ABI 将 7 个电磁阀做成模块化的设计 坏掉一个电磁阀必须要更换整个模块 无形中增加了维修成本 CS336 的设计原理是反应器中点为圆心 上下做 180 度旋转搅拌 搅拌速度可达 180rpm 同时其采用了氮气鼓泡反应方式的优越性 将氮气吹动作为可选反应方式融入反应 方法中 多肽合成仪在科研领域的高耦合率效果得到充分体现 4 多肽合成仪的现状多肽合成仪的现状 进入二十世纪以来 各大合成仪制造公司相继推出了升级产品和新产品 如 Protein Technologies 公司推出 Tribute 双通道多肽合成仪 将 短信通知 功能融入产品 增添了用 户与设备之间的紧密感 更加人性化 C S Bio 公司对其从研发型到生产型设备的 UV Online Monitor 系统配置统一升级 用户可直观看到每一部氨基酸偶联反应的状态并可根据数据调整 出最佳合成效果与工艺 Advanced ChemTech 公司自 2005 年破产重组后分裂为两家新公 司 其中 Aapptec 延续了其前身的生产步骤 推出 Focus XC 三通道合成仪 美国另一家公 司 CEM 以蛋白质有机反应设备的制造著称 推出了微波多肽合成仪同样可以合成简单的小分 子多肽 其采用微波加热方式 大大提高了反应速度 将反应的速率增加到之前多肽合成仪的 几倍甚至十几倍 可惜的是在加热的情况下副反应也相应增多 多肽纯度不能与之前的第三代 甚至第二代产品媲美 另外 微波加热方法无法放大 故不适合用作多肽药物的研发 三 功能研究三 功能研究 1 运行原理运行原理 多肽合成仪以固相合成为反应原理 在密闭的防爆玻璃反应器中使氨基酸按照已知顺序 序 列 一般从 C 端 羧基端 向 N 端 氨基端 不断添加 反应 合成 操作最终得到多肽载体 固相合成法 大大的减轻了每步产品提纯的难度 为了防止副反应的发生 参加反应的氨基酸 的侧链都是保护的 羧基端是游离的 并且在反应之前必须活化 固相合成方法有两种 即 Fmoc 和 tBoc 由于 Fmoc 比 tBoc 存在很多优势 现在大多采用 Fmoc 法合成 但对于某些 短肽 tBoc 因其产率高的优势仍然被很多企业所采用 具体合成由下列几个循环组成 1 去保护 Fmoc 保护的柱子和单体必须用一种碱性溶 剂 piperidine 去 除氨基的保护基团 2 激活和交联 下一个氨基酸的羧基被一种活化 剂所活化 活化的单体与游离的氨基反应交联 形成肽键 在此步骤使用大量的超浓度试剂驱 使反应完成 循环 这两步反应反复循环直到合成完成 3 洗脱和脱保护 多肽从柱上洗脱 下来 其保护基团被一种脱保护剂 TFA 洗脱和脱保护 2 基本元件基本元件 a 反应器 Reaction Vessel 数百年来 制药业的反应器 反应釜 设备以玻璃材质最为常见 因其完全透明且耐腐蚀 而 被众多化学 生物学专家沿用 多肽合成的过程需要操作人员直观监测 同时合成后可进行在 线切割 切割试剂 TFA 的强腐蚀性对反应器材质有了极大限制 这些要求限制反应器以玻璃 材质最为适用 而玻璃材质的反应器在制造工艺上有极大的难度限制 烧制工艺 磨口精度要求极高 正 如很多国产设备都无法达到要求出现漏液漏气现象 玻璃壁均匀程度等 配合搅拌柄以及密 封装置的成套加工工艺 防爆处理 b 氨基酸储罐 Amino Acid Reservoirs c 溶剂储罐 Solvent Reservoirs d 量筒 Metering Vessel e 转液瓶 Transfer Vessel f 感应器 Sensor 多端触发器自感应定量量取法 直观 科学 相对误差最低 g 废液桶 Waste Carboy 废液桶通常选择容积较大的 HDPE 桶 保证通风良好 同时需安装感应器装置时刻检测废 液情况 避免溢出 3 控制配件控制配件 a 电磁阀 Valves 多肽合成仪中的电磁阀属于敏感配件 其控制液路的串联与闭路 在氨基酸转移与量取 溶 剂转移与量取两步骤中起到至关重要的作用 不同品牌的合成仪对电磁阀的设计与排布也略有 不同 如 PTI 合成仪中 电磁阀成矩阵式排列 便于观察 但若发生堵塞情况则又有维修的不 便 一个电磁阀堵塞则可能造成整块矩阵式电磁阀全部更换 CSBio 合成仪中电磁阀采取 Normally Close 方式 在非溶液转移操作过程中 电磁阀闭合 减少了污染与堵塞的发生 整体呈管路式排布 ABI433 合成仪的电磁阀为 7 位组合 万一出现堵塞情况则整组更换 查 找检修时非常方便 但成本也相对高了 6 倍 b 控制面板 Control Box 控制面板内往往含有光敏组建 部分控制电磁阀以及感应器控制组 与电脑主机的控制系统 合成仪统一的链接在一起 完成多肽合成的全过程 c 软件系统 Operating Software 多肽合成仪的操作软件 不同品牌合成仪所注册的软件也不同 4 检测方法检测方法 a UV Monitor 在多肽合成仪中 在线检测耦合效果的装置 如 UV Monitor 往往是选配装置 客户可根据 实验的需要选购 其功能是让操作者直观的看到多肽合成的每一部氨基酸偶联效果 从而针对 特定的序列做合成设置的调整 最终达到最佳合成效果 对于不熟悉多肽合成仪操作的用户来说 UV Monitor 是相当重要的 b 试剂检测 没有选购在线检测附件的多肽合成仪用户 也可以采用试剂检测方法做基本的耦 合效果测定实验 固相多肽合成中 主要是通过检测树脂上游离氨基来判断连接效率 检测方法称为 Kaiser 方法 其检测结果 如果有游离氨基的时候 显示兰色 或红褐色 pro ser His Kaiser 试剂包括 A 6 茚三酮的乙醇溶液 B 80 苯酚的乙醇溶液 C 2 0 001M KCN 的吡啶溶液 配制中的吡啶需要经过茚三酮处理后 重蒸后再使用 检测过程 取少量树脂 加入 A B C 各 2 3 滴 100 下加热 1 2min 如果溶液有兰色 或树脂出现兰色 红褐色 表 明还有游离氨基 否则说明连接完全 c 其它检测游离氨基的方法 三硝基苯磺酸法 苦味酸法 溴芬兰法等 四 品牌介绍四 品牌介绍 1 国际主要多肽合成仪制造商 国际主要多肽合成仪制造商 Applied Biosystems Inc ABI 美国应用生物系统公司是全球唯一的将个体识别应用相关的仪器试剂数据分析软件进行整体 设计和验证的整体解决方案公司 自从 1989 年以来 AB 公司已经发展成为 DNA 分析技术 的 领头羊 其经典产品 ABI433 多肽合成系统在上世纪九十年代就畅销全球 成为众多多肽 实验室的首选设备 后继 CSBio 公司推出的 CS336 与其功能与效果类似 统称为第三代产品 ABI 433 型多肽合成系统型多肽合成系统 AAPPTec 美国 AAPPTec advanced automated peptide protein technologies 公司成立于 2005 年 3 月 公司的前身是 ACT Advanced ChemTech 公司的仪器部 公司购买了前 ACT 公司仪器的全部资产 包括生产线 专利权以及在生产 促销和服务等方面的独家特权 由知名的多肽科学家 前 ACT 公司总裁 Hossain Saneii 博士管理 Hossain Saneii 博士早 在 80 年代早期就获得了他的第一个多肽合成仪的专利 在过去的 20 多年 AAPPTEC 的全自 动多肽合成仪已经成为了市场上最灵活和可靠的仪器 可做 Boc Fmoc 和其他化学方法 自 动切割 AAPPTec 公司投入了充足的资源去提升和改进设备生产线 与此同时为药学界和生物 领域提供了众多创新性新产品 其总部设在美国肯塔吉州的路易斯维尔 AAPPTec 400 多肽合成仪多肽合成仪 C S Bio Co 诞生于上世纪 90 年代的美国 CSBio 公司 工厂位于加州的 Menlo Park 工业园区 CSBio 大楼占地面积约 60 000ft2 内部分别建有定制合成实验室 GMP 车间以及多肽合成 仪制造车间等 CSBio 最初的生产线是一个完整系列的自动化合成器的生产和工艺的开发 其拥有专业化学专家与机械工程师组成的合成仪设计 研发 制造以及改良工程团队 而今已 经发展成为以多肽合成仪 多肽原料药 客户肽定制合成以及工艺开发等多项业务的多肽专业 化顶尖企业 20 多年来 CSBio 为世界各地的多肽制药厂和实验室提供合成效果优秀 坚固 耐用的多肽合成设备以及相关服务 始终致力于多肽合成仪的生产以及客户肽 原料药的生产 定制等产业 CSBio 公司是全球拥有从研发到制药级别客户范围最宽 用户数量最多 最有影 响力的多肽合成仪制造商之一 CS 多肽合成仪几乎出现在世界任何一个生物化学制药的园区 C S Bio 也是全球唯一拥有 GMP 生产证书的多肽合成仪制造企业 CS936X 多肽合成仪多肽合成仪 Protein Technologies Inc PTI 公司位于美国西部风景秀美的度假胜地图森 是由美国亚利桑那大学几名科研人员在 1985 年成立的 经过 20 多年创业历程 PTI 已经将其生产的科研型多肽合成仪销售至全球多个高 校 最早的 PS3 于 1985 年就设计出来了 而最新的一款带有 UV 在线监测功能的 Tribute 于 2009 年才上市 目前亚洲还没有用户反馈 PTI Tribute Benchtop Peptide Synthesizer 2 国际其他固相有机合成设备及其供应商国际其他固相有机合成设备及其供应商 Activotec Activotec 公司推出的 Activo P14 半自动多肽合成仪是目前世界最小的多肽合成仪 该仪 器能够自动完成多肽合成中繁琐的树脂清洗和去保护基步骤 用户友好的触摸式操作键盘界面 每次都会自动提示操作者需要添加的氨基酸 Activo P14 半自动多肽合成仪半自动多肽合成仪 Biotage 瑞典公司 Biotage 推出的多肽合成系统 目前有三个型号可供选择 不仅可以使用微波合 成 也可以进行常温的平行合成 系统采用全自动的电脑控制 并且配有单臂或者双臂机械手 24 位 48 位和 96 位可选 反应器大小为 2 5 10ml 可选 合成规模在 5 mol 300 mol 之 间 可以满足不同用户的需求 Biotage 多肽合成仪多肽合成仪 CEM 美国 CEM 公司是全球知名的微波化学仪器生产商 其设在北卡罗莱纳州的科研机构 集中 了世界一流的微波化学专家 不断研究和探索微波化学机理 开拓主频 2 45G 18GHz 之间的 微波技术科研应用 取得了大量的成果和专利 历史上由 CEM 专家推出的各种微波样品处理 方法 被权威机构 USEPA AOAC NCAT ASTM 等认可作为通用标准方法 如 USEPA3015 3051 UOP 方法等 其于后来推出的 Liberty 微波合成系统 同样可以用于多 肽的固相合成 在常温下采取氮气鼓泡方式会存在一定的反应死角 对于非敏感性的氨基酸 微波加热方式可加快反应速率 CEM 12 通道多肽合成仪通道多肽合成仪 Intavis AG Autospot SL Intavis 生物分析公司生产的 AutoSpot 多肽合成仪能够在膜片上平行合成多肽 每个肽的 合成成本低 INTAVIS AG 全自动多肽合成仪全自动多肽合成仪 Shimadzu PSSM 8 日本岛津公司早年推出的多肽合成装置 可同时进行 8 道合成相同或不同的高纯度多肽 实现日常的和经济的多肽合成 PSSM 8 多肽合成仪多肽合成仪 ACT 美国 ACT 公司 ADVANCED CHEMTECH 在 2007 年推出了 106 通道多肽合成仪 是全球唯一一款全自动多通道异步多肽合成仪 相比其它公司的多通道多肽合成仪 这款合成 仪添加氨基酸和各种试剂不需要任何管路和电磁阀 仪器设计更加简单合理 是目前多肽药物 研发筛选的主要合成仪之一 ACT 多肽合成仪 3 二十世纪以来的国产多肽合成仪二十世纪以来的国产多肽合成仪 JBP 海南建邦 海南建邦制药科技有限公司成立于 2006 年 2 月 是一家集制药设备生产 科研 销售一 体的高技术企业 同时也是一家从事多肽药物的新药开发 生产工艺研究 生产厂房方案设计 的专业化公司 海南建邦多肽合成仪秉承了国际通用的防爆玻璃反应器系统 tBoc 与 Fmoc 方 式均可操作 以及置顶搅拌桨的反应方式 但由于仿制美国 CSBio 合成仪受到专利保护限制 其部分功能配件不可正常使用 该品牌开创了国产合成仪的先河 然而设备加工稍显简陋 部 分用户使用几个月后即发现通路堵塞 密闭性缺陷 整机震荡等问题 在长久使用上还需进一 步改进 海南建邦多通道合成仪海南建邦多通道合成仪 PSI 美国多肽科技有限公司 Peptide Scientific Inc 简称 PSI 公司 是一家专业多肽合成 仪生产厂商 PSI 的多肽合成仪全部采用 180 270 度无死角的机械搅拌模式 PSI 多肽合成 仪与 CS Bio 多肽合成仪的 180 度相比有了质的突破 PSI 合成仪搅拌系统采用电子伺服马达 搅拌速度可调整到在 0 至 120 转 分钟之间的最符合实验需要的转速搅拌 PSI 多肽合成仪 五 专利文件五 专利文件 对于大学 实验室等科研用户以及需要申报新药的生产企业来讲 使用的合成设备的国际专 利号以及规定内容是非常有用的信息 1 ACT 多肽合成仪专利 United States Patent 4746490 2 Activotec 合成应用技术专利 IPC8 Class AC07K104FI USPC Class 525 5411 3 CEM 合成技术专利 US 7 582 728 4 C S Bio 多肽合成仪专利 US Patent 5 380 495 5 453 487 5 C S Bio 多肽合成仪反应器专利 US Patent 6320025 6 PTI 多肽合成仪设备专利 U S Patent No 5 203 368 Symphony No 5 064 940 PS3 7 PTI 多肽合成仪反应器专利 U S Patent No 5 980 839 8 Shimadzu 多肽合成仪专利 United States Patent 5344613 六 选购指南六 选购指南 1 科研单位考虑因素科研单位考虑因素 a 设备本身对实验研究的帮助 对于多肽合成化学反应 使用设备可避免人手工操作对人体的伤害 试剂腐蚀 由于程序化设定 可保证每步骤偶合反应的充分性以及实验整体的稳定性 可以合成难肽以及超长肽 可提供其使用研究型多肽合成仪合成多肽的检测报告 在休息时间可以不间断合成工作 研究型多肽合成仪需满足循环式氨基酸添加位置多于 20 个 在夜间以及周末 预先配好的 保护氨基酸可根据程序设置自动偶联并替换新的位置 保证了实验的效率 完全实现全自动 即使实验进行了很多年 更换了很多研究人员 实验数据还可以保存在电脑中 b 国际国内相关研究人员使用该多肽合成仪进行的有效研究结果 多肽合成仪的制造商应提供其公开发表的研究性论文多篇 为进行多肽合成实验的学生们 提供研究数据并使其模拟合成过程 更好的体验机械操作多肽合成的全步骤 检测自己的合成 结果 c 多肽合成仪设备的专利保护对今后研究结果的影响 考虑到高等院校实验研究的严密性 结合对后期研发成果的保护机制 通常采购的设备需要 具有其国际专利许可 以确保实验研究项目的顺利申报 d 制造商的生产规模 制造商的品牌 生产规模以及其所拥有的生产资格认证 都从侧面反映了其供应设备的质量 信誉以及对客户的服务保证 2 生产企业考虑因素生产企业考虑因素 参考科研单位选购小型设备的考虑因素 对于生产型企业 使用不同品牌的多肽合成仪往往 还应考虑其连贯完整的设备生产线 从小型合成规模至生产型合成规模的各种设备齐全 通常 大型设备可根据反应器大小判断其合成规模 通常可在线切割的玻璃材质反应器 反应釜需达 100L 可保证批量产数十公斤的多肽产品 七 学术文献七 学术文献 1 Amino Acid Analogs of an Insect Neuropeptide Feature Potent Bioactivity and Resistance to Peptidase Hydrolysis Applied Biosystems I Inc Multipep automated peptide synthesizer 433 2 Fast conventional Fmoc solid phase peptide synthesis with HCTU Applied Biosystems I Inc Multipep automated peptide synthesizer 433A 3 Synthesis and Primary Characterization of Self Assembled Peptide Based Hydrogels Applied Biosystems I Inc Multipep automated peptide synthesizer 433 4 Inclusion Volume Solid phase Synthesis AAPPTec Multipep automated peptide synthesizer Apex 396 5 Synthesis of an isotopically labelled analog of the antimicrobial Peptide LL 3