(Peptide Synthesizers) 目录
一、基本概念
1．多肽
2．多肽合成
3．多肽合成仪
二、历史背景
1. 固相合成法的诞生
2. 多肽合成仪的诞生
3. 多肽合成仪的发展
a) 第一代多肽合成仪
b) 第二代多肽合成仪
c) 第三代多肽合成仪4．多肽合成仪的现状
三、功能研究
1. 运行原理
2. 基本元件
b) 量筒Metering Vessel
c) 转液瓶Transfer Vessel
d) 感应器 Sensor
e) 废液桶 Waste Carboy
f) 氨基酸储罐 Amino Acid
Reservoirs
g) 溶剂储罐Solvent Reservoirs
网络品牌传播
3. 控制配件
a) 控制面板
b) 软件系统
4. 检测方法
a) UV Monitor
b) 试剂检测：茚三酮
四、品牌介绍
1．国际主要制造商简介
2．国际其他固相有机合成设备及其供应商3．二十世纪以来的国产在研多肽合成仪
五、专利文件
六、选购指南
1. 科研单位考虑因素
2. 生产企业考虑因素
七、学术文献
图片说明：纵观多肽合成仪的发展
一、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α-氨基，多肽合成才开始有了一定的发展。拉碗
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α-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α-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
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。
八一五事件而今，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。
方舟子 李开复
3．多肽合成仪的发展
a) 第一代多肽合成仪
图片说明：第一代多肽合成仪 Vega’s
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
图片说明：第二代多肽合成仪 ACT 90
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。
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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
图片说明：第三代多肽合成仪 CS336XT
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
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
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：①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。②配合搅拌柄以及密封装置的成套加工工艺③防爆处理
b) 氨基酸储罐 Amino Acid Reservoirs
聋儿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
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。
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