基本概念
多肽的定義
多肽是一種與生物體內各種細胞功能都相關的生物活性物質，它的分子結構介於胺基酸和蛋白質之間，是由多種胺基酸按照一定的排列順序通過肽鍵結合而成的化合物。
什麼是多肽合成
多肽合成是一個重複添加胺基酸的過程，固相合成順序一般從C端（羧基端）向N端（氨基端）合成。過去的多肽合成是在溶液中進行的稱為液相合成法。從1963年Merrifield發展成功了固相多肽合成方法以來，經過不斷的改進和完善，到今天固相法已成為多肽和蛋白質合成中的一個常用技術，表現出了經典液相合成法無法比擬的優點，從而大大的減輕了每步產品提純的難度。多肽合成總的來說分成兩種：固相合成和液相多肽合成。
多肽合成儀
多肽合成儀即是以固相合成為原理合成多肽粗品的儀器。一般情況下，多肽合成儀整體由主體、傳輸設備、動力裝置以及軟體系統組成。
歷史背景
固相合成法的誕生
多肽合成研究已經走過了一百多年的光輝歷程，1902年，EmilFischer首先開始關注多肽合成，由於當時在多肽合成方面的知識太少，進展也相當緩慢，直到1932年，MaxBergmann等人開始使用苄氧羰基(Z)來保護α-氨基，多肽合成才開始有了一定的發展。到了20世紀50年代，有機化學家們合成了大量的生物活性多肽，包括催產素，胰島素等，同時在多肽合成方法以及胺基酸保護基上面也取得了不少成績，這為後來的固相合成方法的出現提供了實驗和理論基礎。
1963年，Merrifield首次提出了固相多肽合成方法(spps)，這個在多肽化學上具有里程碑意義的合成方法，一出現就由於其合成方便，迅速，成為多肽合成的首選方法，而且帶來了多肽有機合成上的一次革命，並成為了一支獨立的學科——固相有機合成(SPOS)，為此，Merrifield榮獲了1984年的諾貝爾化學獎。Merrifield經過了反覆的篩選，最終屏棄了苄氧羰基(Z)在固相上的使用，首先將叔丁氧羰基(BOC)用於保護α-氨基並在固相多肽合成上使用，同時，Merrifield在60年代末發明了第一台全自動多肽合成儀，並首次合成生物蛋白酶，核糖核酸酶(124個胺基酸)。1972年，LouCarpino首先將9-芴甲氧羰基(FMOC)用於保護α-氨基，其在鹼性條件下可以迅速脫除，10min就可以反應完全，而且由於其反應條件溫和，迅速得到廣泛使用，以BOC和FMOC這兩種方法為基礎的各種肽自動合成儀也相繼出現和發展，並仍在不斷得到改造和完善。同時，固相合成樹脂，多肽縮合試劑以及胺基酸保護基，包括合成環肽的胺基酸正交保護上也取得了豐碩的成果。
多肽合成儀的誕生
1970年，Beckman公司開發的全自動多肽合成儀Beckman990peptidesynthesizer作為第一台投入市場的科研用多肽合成儀，被美國多所大學的實驗室採用。 幾乎同一時間，VegaBiotechnologies,Inc.公司開發出兩款經濟型多肽合成儀：Vega’sCoupler1000與Vega’sCoupler250(不久又推出Vega’sCoupler296),其將多肽合成後續的線上切割理念結合到設備中，所有反應器採用防爆玻璃材質，防止TFA的腐蝕。被當時的肽化學界稱為最經濟適用的多肽合成儀。
而今，Beckman與Vega’s兩家公司均停止的多肽合成儀的研發與製造，而轉向到更多面的化學合成、分離、檢測技術設備的研製產業中。
多肽合成儀的發展
第一代多肽合成儀
第一代多肽合成儀 Vega’s Coupler 250 第一代多肽合成儀是以Beckman公司推出的Beckman990PeptideSynthesizer[1]以及Vega’sBiotechnologies公司推出的Vega’s296PeptideSynthesizer[2]為代表的，誕生在上世紀七十年代。
雖然隨著生產工藝的改進和發展，如今第一代多肽合成儀已全部退出了市場。但1990年以前的眾多肽化學文獻都是在此實驗設備上運行研發而來，第一代的多肽合成儀為之後的合成儀研發與製造產生了重大意義。
第二代多肽合成儀
第二代多肽合成儀 ACT90 第二代多肽合成儀是以ProteinTechnologies公司推出的PS3PeptideSynthesizer以及AdvancedChemTech公司推出的ACTpeptidesynthesizerModel90為代表的，誕生在上世紀八十年代。此兩款設備也是目前市場上仍在銷售的最早的多肽合成儀。
PS3的設計原理是採用氮氣鼓泡的反應方式來對反應物進行攪拌，即合成儀上反應器是固定的，氮氣從反應器的下方通過反應器到上部排出，在這一過程中產生的汽泡把固相和液相混合起來。這樣設計的好處是結構簡單，成本低，但反應相對溫和：1）有時候多肽-固相載體在靜電作用下會“抱團”，使其不能與液相充分混合，在這種情況下需要調高氮氣的壓力以消除靜電作用；而在靜電作用消除後要把壓力立刻調低，不然的話較高的壓力會把多肽-固相載體“吹”到反應器液面上方。由於多肽-固相載體具有較強的粘壁性，一旦被粘到反應器液面上方就再也無法下來，也就是無法再參加反應。顯然第一代機器是無法自動作這樣的壓力調整的，這就是造成反應“死角”的重要原因。反應死角會降低多肽合成的效率和多肽的純度，有的甚至造成合成的失敗。2）長時間氮氣鼓泡會使溶液揮發，液面降低後一部分多肽-固相載體就粘在液面上方，也無法再參加反應。3）氮氣消耗量大，運行成本增大。
ACT90的設計原理是反應器在直立下圍繞原點作左右擺動，或者圓周運動。ACT的多肽合成儀同樣具有反應溫和的特點，即轉動角度與速度都不能夠完全達到胺基酸耦合的極限，反應往往需要更長的時間。
第三代多肽合成儀
第三代多肽合成儀 CS 336X第三代多肽合成儀是以AppliedBiosystems公司的ABI433peptidesynthesizer與CSBio公司的CS336為代表的無死角多肽合成儀為代表的，誕生在上世紀九十年代。
ABI433的設計原理是反應器上方相對固定，而下方作圓周360度快速鏇轉，帶動反應器里的固液兩相從底部向上作螺鏇運動，一直達到反應器的最上方。換句話說，溶液可以達到反應器內部的任意點，真正做到了無死角。由於攪拌速率可達每分鐘1800轉的高速，反應得以充分完全。由於無死角的攪拌方式保證的肽的合成純度，ABI433型多肽合成儀（其退出多肽合成儀市場後最後一款儀器）至今在世界上還占有著很大的比例。當然，ABI產品的售價也是最高的。由於部件使用頻率高，電磁閥會經常損壞，而ABI將7個電磁閥做成模組化的設計，壞掉一個電磁閥必須要更換整個模組，無形中增加了維修成本。
CS336的設計原理是反應器中點為圓心，上下做180度鏇轉攪拌，攪拌速度可達180rpm，同時其採用了氮氣鼓泡反應方式的優越性，將氮氣吹動作為可選反應方式融入反應方法中，多肽合成儀在科研領域的高耦合率效果得到充分體現。
第四代多肽合成儀
由於180度無死角的攪拌模式得到了越來越多的客戶的認可，PeptideScientificInc公司從2002年開始將180度上下翻轉的機械無極調速攪拌模式作為其開發的全系列產品的標誌性特徵，從PSI200、300、400、500到600全系列多肽合成儀均採用180-270度上下翻轉的機械攪拌模式，PSI採用了數控馬達系統，攪拌速度無極可調，攪拌強度和速度在物理能量上發揮到了極致。
第五代多肽合成儀
美國CEM公司以蛋白質有機反應設備的製造著稱，推出了微波多肽合成儀。其採用微波加熱方式，大大提高了反應速度，將反應的速率增加到之前多肽合成儀的幾倍甚至十幾倍。其與生俱來的特點得到了很多研髮型客戶的認可。
藥物篩選型多肽合成儀
如ACT公司推出的106通道異步全自動多肽合成儀、AAPPTEC公司推出的96通道全自動多肽合成儀、PTI公司推出的98通道全自動多肽合成儀等。
多肽合成儀的現狀
進入二十世紀以來，各大合成儀製造公司相繼推出了升級產品和新產品，如ProteinTechnologies公司推出Tribute雙通道多肽合成儀，將“簡訊通知”功能融入產品，增添了用戶與設備之間的緊密感，更加人性化；CSBio公司對其從研髮型到生產型設備的UVOnlineMonitor系統配置統一升級，用戶可直觀看到每一部胺基酸偶聯反應的狀態並可根據數據調整出最佳合成效果與工藝；AdvancedChemTech公司自2005年破產重組後分裂為兩家新公司，其中Aapptec延續了其前身的生產步驟，推出FocusXC三通道合成儀。美國另一家公司CEM以蛋白質有機反應設備的製造著稱，推出了微波多肽合成儀同樣可以合成簡單的小分子多肽。其採用微波加熱方式，大大提高了反應速度，將反應的速率增加到之前多肽合成儀的幾倍甚至十幾倍。可惜的是在加熱的情況下副反應也相應增多，多肽純度不能與之前的第三代甚至第二代產品媲美。另外，微波加熱方法無法放大，故不適合用作多肽藥物的研發。
功能研究
運行原理
多肽合成儀以固相合成為反應原理，在密閉的防爆玻璃反應器中使胺基酸按照已知順序（序列，一般從C端-羧基端向N端-氨基端）不斷添加、反應、合成，操作最終得到多肽載體。固相合成法，大大的減輕了每步產品提純的難度。為了防止副反應的發生，參加反應的胺基酸的側鏈都是保護的。羧基端是游離的，並且在反應之前必須活化。固相合成方法有兩種，即Fmoc和tBoc。由於Fmoc比tBoc存在很多優勢，現在大多採用Fmoc法合成，但對於某些短肽，tBoc因其產率高的優勢仍然被很多企業所採用。
具體合成由下列幾個循環組成：
1）去保護：Fmoc保護的柱子和單體必須用一種鹼性溶劑（piperidine）去除氨基的保護基團。
2）激活和交聯：下一個胺基酸的羧基被一種活化劑所活化。活化的單體與游離的氨基反應交聯，形成肽鍵。在此步驟使用大量的超濃度試劑驅使反應完成。循環：這兩步反應反覆循環直到合成完成。
3）洗脫和脫保護：多肽從柱上洗脫下來，其保護基團被一種脫保護劑（TFA）洗脫和脫保護。
基本元件
a)反應器ReactionVessel
數百年來，製藥業的反應器/反應釜設備以玻璃材質為常見，其完全透明且耐腐蝕，而被眾多化學、生物學專家沿用。多肽合成的過程需要操作人員直觀監測，同時合成後可進行線上切割（切割試劑TFA的強腐蝕性對反應器材質有了極大限制），這些要求限制反應器以玻璃材質為適用。 玻璃材質的反應器在製造工藝上有極大的難度限制：①燒制工藝：磨口精度要求極高，正如很多國產設備都無法達到要求出現漏液漏氣現象，玻璃壁均勻程度等。②配合攪拌柄以及密封裝置的成套加工工藝③防爆處理。而大規模生產型多肽合成儀由於考慮到安全問題幾乎所有顧客都建議採用316L不鏽鋼材質，如PeptideScientificInc公司和CSBiog公司大型設備均採用316L不鏽鋼材質。
b)胺基酸儲罐AminoAcidReservoirs
c)溶劑儲罐SolventReservoirs
d)量筒MeteringVessel
e)轉液瓶TransferVessel
f)感應器Sensor
多端觸發器自感應定量量取法，直觀、科學、相對誤差最低。
g)廢液桶Wastecarboy
廢液桶通常選擇容積較大的HDPE桶，保證通風良好，同時需安裝感應器裝置時刻檢測廢液情況，避免溢出。
控制配件
a)電磁閥Valves
多肽合成儀中的電磁閥屬於敏感配件，其控制液路的串聯與閉路，在胺基酸轉移與量取，溶劑轉移與量取兩步驟中起到至關重要的作用。不同品牌的合成儀對電磁閥的設計與排布也略有不同。
b)控制臺ControlBox
控制臺內往往含有光敏組建，部分控制電磁閥以及感應器控制組。與電腦主機的控制系統、合成儀統一的連結在一起，完成多肽合成的全過程。
c)軟體系統OperatingSoftware
多肽合成儀的操作軟體。不同品牌合成儀所註冊的軟體也不同。
檢測方法
a)UVMonitor
在多肽合成儀中，線上檢測耦合效果的裝置，如UVMonitor往往是選配裝置，客戶可根據實驗的需要選購。其功能是讓操作者直觀的看到多肽合成的每一部胺基酸偶聯效果，從而針對特定的序列做合成設定的調整，最終達到最佳合成效果。
對於不熟悉多肽合成儀操作的用戶來說，UVMonitor是相當重要的。
b)試劑檢測：沒有選購線上檢測附屬檔案的多肽合成儀用戶，也可以採用試劑檢測方法做基本的耦合效果測定實驗。
固相多肽合成中，主要是通過檢測樹脂上游離氨基來判斷連線效率，檢測方法稱為Kaiser方法，其檢測結果，如果有游離氨基的時候，顯示蘭色，或紅褐色（pro，ser，His）。
茚三酮檢測原理 配製中的吡啶需要經過茚三酮處理後，重蒸後再使用。檢測過程，取少量樹脂，加入A，B，C各2-3滴，100℃下加熱1-2min，如果溶液有蘭色，或樹脂出現蘭色，紅褐色，表明還有游離氨基，否則說明連線完全。
c)其它檢測游離氨基的方法：三硝基苯磺酸法，苦味酸法，溴芬蘭法等
品牌介紹
國際主要多肽合成儀製造商
AppliedBiosystemsInc.(ABI)
美國套用生物系統公司是全球唯一的將個體識別套用相關的儀器試劑數據分析軟體進行整體設計和驗證的整體解決方案公司。自從1989年以來，AB公司已經發展成為DNA分析技術的“領頭羊”。其經典產品ABI433多肽合成系統在上世紀九十年代就暢銷全球，成為眾多多肽實驗室的首選設備，後繼CSBio公司推出的CS336與其功能與效果類似，統稱為第三代產品。
AAPPTec
美國AAPPTec（advancedautomatedpeptideproteintechnologies）公司成立於2005年3月，公司的前身是ACT（AdvancedChemTech）公司的儀器部。公司購買了前ACT公司儀器的全部資產，包括生產線，專利權以及在生產、促銷和服務等方面的獨家特權。由知名的多肽科學家，前ACT公司總裁HossainSaneii博士管理，HossainSaneii博士早在80年代早期就獲得了他的第一個多肽合成儀的專利。在過去的20多年，AAPPTEC的全自動多肽合成儀已經成為了市場上最靈活和可靠的儀器。可做Boc-,Fmoc-和其他化學方法，自動切割AAPPTec公司投入了充足的資源去提升和改進設備生產線，與此同時為藥學界和生物領域提供了眾多創新性新產品。其總部設在美國肯塔吉州的路易斯維爾。
CSBioCo.
誕生於上世紀90年代的美國CSBio公司，工廠位於加州的MenloPark工業園區。CSBio大樓占地面積約60,000ft2。內部分別建有定製合成實驗室，GMP車間以及多肽合成儀製造車間等。
CSBio最初的生產線是一個完整系列的自動化合成器的生產和工藝的開發，其擁有專業化學專家與機械工程師組成的合成儀設計、研發、製造以及改良工程團隊。20多年來，CSBio為世界各地的多肽製藥廠和實驗室提供合成效果優秀、堅固耐用的多肽合成設備，始終致力於多肽合成儀的生產以及客戶肽、原料藥的生產定製等產業。
Peptide Scientific Inc. (PSI)
美國多肽科技有限公司PeptideScientificlnc(PSI)專注於多肽科技，是全球領先的多肽合成儀生產廠商。第三代全自動多肽合成儀是目前公司最先進的產品，已被國際著名大學，科研機構和藥廠廣泛採用，在客戶中享有很高的聲譽。 PSI公司同時還致力於多肽類藥物及疫苗的研發，高純度多肽合成專用試劑與耗材的生產，並為客戶提供專業的多肽技術服務。自2002年引進戰略合作夥伴美國Labexpress公司後，PSI品牌的影響力迅速擴大，客戶己遍布北美、歐洲及亞太地區。憑藉精良的儀器設備與專業的技術服務，PSI正全力以赴，以”高效的綠色科技”的核心理念為全球多肽科學走向新的高度做出貢獻!
ProteinTechnologiesInc.(PTI)
公司位於美國西部風景秀美的度假勝地圖森，是由美國亞利桑那大學幾名科研人員在1985年成立的。經過20多年創業歷程，PTI已經將其生產的科研型多肽合成儀銷售至全球多個高校。最早的PS3於1985年就設計出來了，而最新的一款帶有UV線上監測功能的Tribute於2009年才上市，目前亞洲還沒有用戶反饋。
其他固相有機合成設備供應商
Activotec
Activotec公司推出的Activo-P14半自動多肽合成儀是目前世界最小的多肽合成儀。該儀器能夠自動完成多肽合成中繁瑣的樹脂清洗和去保護基步驟。用戶友好的觸摸式操作鍵盤界面每次都會自動提示操作者需要添加的胺基酸。
Biotage
瑞典公司Biotage推出的多肽合成系統，目前有三個型號可供選擇，不僅可以使用微波合成，也可以進行常溫的平行合成。系統採用全自動的電腦控制，並且配有單臂或者雙臂機械手。24位，48位和96位可選，反應器大小為2,5,10ml可選，合成規模在5μmol-300μmol之間，可以滿足不同用戶的需求。
CEM
美國CEM公司是全球知名的微波化學儀器生產商，其設在北卡羅萊納州的科研機構，集中了世界一流的微波化學專家，不斷研究和探索微波化學機理，開拓主頻2.45G-18GHz之間的微波技術科研套用，取得了大量的成果和專利，歷史上由CEM專家推出的各種微波樣品處理方法，被權威機構USEPA、AOAC、NCAT、ASTM等認可作為通用標準方法，如USEPA3015/3051，UOP方法等。其於後來推出的Liberty微波合成系統，同樣可以用於多肽的固相合成，在常溫下採取氮氣鼓泡方式會存在一定的反應死角，對於非敏感性的胺基酸，微波加熱方式可加快反應速率。
IntavisAG(AutospotSL)
Intavis生物分析公司生產的AutoSpot多肽合成儀能夠在膜片上平行合成多肽。每個肽的合成成本低。
SHIMADZU（PSSM-8）
日本島津公司早年推出的多肽合成裝置，可同時進行8道合成相同或不同的高純度多肽，實現日常的和經濟的多肽合成。
國產多肽合成儀
JBP海南建邦
海南建邦製藥科技有限公司成立於2006年2月，是一家集製藥設備生產、科研、銷售一體的高技術企業，同時也是一家從事多肽藥物的新藥開發、生產工藝研究、生產廠房方案設計的專業化公司。海南建邦多肽合成儀秉承了國際通用的防爆玻璃反應器系統(tBoc與Fmoc方式均可操作)以及置頂攪拌槳的反應方式，該品牌開創了國產合成儀的先河。然而設備加工稍顯簡陋，值得期待其繼續研發的產品。
國產多肽合成儀價格在進口設備價格的1/10-1/5，非常經濟，若進一步提高自身質量，相信不久的將來，便會因其較高的性價比被一些用戶所接受。
專利檔案
對於大學、實驗室等科研用戶以及需要申報新藥的生產企業來講，使用的合成設備必須提供國際專利號以及規定內容。
ACT多肽合成儀專利：UnitedStatesPatent4746490
Activotec合成套用技術專利：IPC8Class:AC07K104FIUSPCClass:5255411
CEM合成技術專利：US7,582,728
CSBio多肽合成儀專利：USPatent5,380,495&5,453,487.
CSBio多肽合成儀反應器專利：USPatent6320025
PSI全自動多肽合成儀：ZL200510110384.3
PTI多肽合成儀設備專利：U.S.PatentNo.5,203,368(Symphony).No.5,064,940(PS3).
PTI多肽合成儀反應器專利：U.S.PatentNo.5,980,839.
Shimadzu多肽合成儀專利：UnitedStatesPatent5344613
學術文獻
1. “AminoAcidAnalogsofanInsectNeuropeptideFeaturePotentBioactivityandResistancetoPeptidasehydrolysis”(Multipepautomatedpeptidesynthesizer433)
2. “InclusionVolumeSolid-phaseSynthesis”(AAPPTecMultipepautomatedpeptidesynthesizerApex396)
3. “SynthesisofanisotopicallylabelledanalogoftheantimicrobialPeptideLL-37”(AAPPTecMultipepautomatedpeptidesynthesizerApex496)
4.ApplicationofProteasestotheIdentificationofChiralModificationsinSynntheticPeptides(CS936peptidesynthesizer)
5.KineticrationaleforSelectivitytowardN-andC-terminalOxygen-dependentDegradationDomainSubstratesMediatedbyaLoopRegionofHypoxia-InducibleFactorProlylHydroxylases(CS336peptidesynthesizer)
PhaseIImmunotherapeuticTrialwithLongPeptidesSpanningtheE6andE7SequencesofHigh-RiskHumanPapillomavirus16inEnd-StagecervicalCancerPatientsShowsLowToxicityandRobustImmunogenicity(CS536peptidesynthesizer)
6.固相合成法製備環肽Hymenistatin1及其含statine的類似物(CS536全自動多肽合成儀)
7.“Therheumatoidarthritissharedepitopeincreasescellularsusceptibilitytooxidativestressbyantagonizinganadenosine-mediatedanti-oxidativepathway”(PTIMultipepautomatedpeptidesynthesizerPS3)
重點
科研單位考慮因素
a)設備本身對實驗研究的幫助
①對於多肽合成化學反應，使用設備可避免人手工操作對人體的傷害(試劑腐蝕)
②由於程式化設定，可保證每步驟偶合反應的充分性以及實驗整體的穩定性
③可以合成難肽以及超長肽(製造商需要提供其使用研究型多肽合成儀合成多肽的檢測報告)
④在休息時間可以不間斷合成工作
研究型多肽合成儀需滿足循環式胺基酸添加位置多於20個，在夜間以及周末，預先配好的保護胺基酸可根據程式設定自動偶聯並替換新的位置，保證了實驗的效率，完全實現全自動。
⑤即使實驗進行了很多年，更換了很多研究人員，實驗數據還可以保存在電腦中。
b)國際國內相關研究人員使用該多肽合成儀進行的有效研究結果
多肽合成儀的製造商應提供其公開發表的研究性論文多篇。為進行多肽合成實驗的學生們提供研究數據並使其模擬合成過程，更好的體驗機械操作多肽合成的全步驟，檢測自己的合成結果。
c)多肽合成儀設備的專利保護對今後研究結果的影響
考慮到高等院校實驗研究的嚴密性，結合對後期研發成果的保護機制，通常採購的設備需要具有其國際專利許可，以確保實驗研究項目的順利申報。
d)製造商的生產規模
製造商的品牌、生產規模以及其所擁有的生產資格認證，都從側面反映了其供應設備的質量、信譽以及對客戶的服務保證。
e)價格
科研單位以選擇持久耐用、有品牌保證的多肽合成儀為主。但不排除部分國產製造商對其品牌的虛假宣傳因素，選購時應注意，進口小型設備的價格在5－10萬美金為宜，國產小型設備的價格在5－10萬人民幣為宜。科研機構購買進口設備可申請免稅。
生產企業考慮因素
參考科研單位選購小型設備的考慮因素，對於生產型企業，使用不同品牌的多肽合成儀往往還應考慮其連貫完整的設備生產線，從小型合成規模至生產型合成規模的各種設備齊全。通常大型設備可根據反應器大小判斷其合成規模，通常可線上切割的玻璃材質反應器/反應釜需達100L，可保證批量產數十公斤的多肽產品 。
生命科學儀器
| 生命科學儀器包括分析測試領域、生物技術領域、及實驗室技術領域等。科學儀器的發展和套用，人們對生命科學領域有了更直觀和深刻的了解。基因、克隆、生物晶片等成了熱門話題。 |
