国内外多肽合成仪品牌介绍及选购指南

1、国内外多肽合成仪品牌及选购指南、基本概念1. 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

2、和液相多肽合成。3. 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1 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a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

3、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

4、，首先 将叔丁氧羰基（BOC）用于保护a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 Carpi no 首先将9-芴甲氧羰基（FMOC）用于保护a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

5、。2 多肽合成仪的诞生 虽然 Merrifield 在发明固相 ? 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： Vegas Coupler 1000 与 Vegas Coupler 250 ( 不久又推出 Vegas Coupler 296), 其将多肽合

6、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a) 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 PeptideSynthesizer 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

7、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

8、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

9、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 第三代多肽合成仪是以 Applied Biosystems公司的 ABI 433 peptidesynthesizer 与 C S Bio 公司的 CS336 为代表的无死角多肽

10、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

11、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 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 O

12、nline 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

13、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1 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

14、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

15、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 Reservoirsc) 溶剂储罐 Solvent Reservoirsd) 量筒 Metering Vessele) 转液瓶 Transfer Vesself) 感应器 Se

16、nsor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 No

17、rmally 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a) UV Monitor在多肽合成仪中，在线检测耦合效果的装置，如

18、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

19、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 C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1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

20、 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。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

21、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。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

22、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

23、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。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2.国际其他固相

24、有机合成设备及其供应商ActivotecActivotec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。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卩mol-300卩mol之间，可以满足不同用户的需求。CEM美国CEM公司是全

25、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。In tavis AG (Autospot SL)Intav

26、is 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。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。3. 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

27、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。PSI 上海赛瑞生化 由上海聚科生物园区扶持的孵化企业上海赛瑞生化科技有限公司， 成立于 2005 年底。 2006 年，该公司负责人将自创品牌 PSI300,PSI500（ 现 PSI600） 多肽 合成仪研发项目提交上海市科委， 最终成功获得上海浦江人才计划创新基金， 用 来完成 PSI 经济型多肽合成仪的雏形制造。虽然曾因谎称美

28、国进口设备而被江 苏省政府招标采购中心披露， 但 2010 年赛瑞生化正式承认其设备均在 ? 内 加工，生产人员也有最初的一人增至四人， 负责设备组件的连接工作。 相比进口 设备，PSI在制造流程上更为简化，机箱配件由上海市科东自动工程有限公司代 工，电机由宁波贝递同步带有限公司生产， 大大节约了各方面成本。 相比海南建 邦的制造设备更为经济， 但由于部分功能不稳定， 雏形设备中出现的电磁阀堵塞， 反应器密封差， 氨基酸转移不完全， 漏气漏液现象还不能够让所有用户接受， 目 前还在进一步改进中。国产多肽合成仪价格在进口设备价格的 1/10-1/5 ，非常经济，若进一步提高自 身质量，相信不久的将来，便会因其较高的性价比被一些用户所接受。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 47464902. Activotec 合成应用技术专利： IPC8 Class: AC07K104FI USPC Class:525 54113. CEM 合成技术专利： US 7,582,7284. C S