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多肽合成的多肽合成仪的种类

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多肽合成的多肽合成仪的种类

发布日期:2018-08-11 作者:江苏吉泰肽业科技有限公司 点击:

多肽合成仪是指用来合成多肽的仪器,因为多肽合成的步骤很繁琐,又很耗时,多家公司开发了自动多肽合成仪。一般分为两类,一类是针对数量少但合成量大的生产型应用,典型代表是美国ABI公司的ABI336型多肽合成仪,其反应器转动方式有别于前两代的多肽合成仪,即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;另外一类多肽合成仪针对于药物研发、基因研究等科研性应用,典型代表是德国Intavis AG公司的ResPep SL和MultiPep RS系列,可以同时提供固相合成和膜合成的应用,并能自动帮助客户进行图谱筛选同时完成高通量的多肽合成工作。

多肽合成仪的分类 

多肽合成仪的问世大大促进了多肽科学的发展。反过来,随着多肽科学的发展,科学家也对合成仪提出了更高的要求,从而带动了合成仪的发展。目前多肽合成仪品种繁多,从合成量上分,可分为微克级的,毫克级的,克级的和公斤级的;从功能上分,可分为研究型的,小试型的,中试型的,普通生产型的和GMP生产型的;从自动化程度上分,可分为全自动的,半自动的和手动的;从通道上分,可分为单通道的和多通道的;从技术角度上分,可分为第一代的,第二代的,和第三代的;等等。

第一代多肽合成仪 ]第一代多肽合成仪产生时间为上世纪六十年代末至七十年代初。b]代表产品是Beckman公司推出的Beckman 990 Peptide Synthesizer[1]和Vega’s Biotechnologies公司推出的Vega’s 296 Peptide Synthesizer。如今该两家公司均以放弃了多肽合成仪的研发与生产,我们只能在早期的学术文献中找到其设计原理与研究情况。虽然随着生产工艺的改进和发展,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。 第二代多肽合成仪 ]第二代多肽合成仪诞生在上世纪八十年代。b]代表产品是Protein Technologies公司推出的PS3 Peptide Synthesizer以及Advanced ChemTech公司推出的ACT peptide synthesizer Model 90。标志性特点是温和反应法合成多肽,一般可分为单纯氮气鼓泡和摇动式两种。 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。 第三代多肽合成仪 ]第三代多肽合成仪诞生在上世纪九十年代b] ]代表产品是美国b]Applied Biosystems公司的ABI 433 peptide synthesizer 、C S Bio公司的CS336无死角多肽合成仪和Peptide Scientific Inc公司生产的全系列180-270度度机械搅拌多肽合成仪。。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。 第四代多肽合成仪由于180度无死角的搅拌模式得到了越来越多的客户的认可,Peptide Scientific Inc公司从2002年开始将180度上下翻转的机械无极调速搅拌模式作为其开发的全系列产品的标志性特征,从PSI200、300、400、500到600全系列多肽合成仪均采用180-270度上下翻转的机械搅拌模式,PSI采用了数控马达系统,搅拌速度无极可调,搅拌强度和速度在物理能量上发挥到了极致。 第五代多肽合成仪美国CEM公司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Liberty。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。其与生俱来的特点得到了很多研发型客户的认可。 药物筛选型多肽合成仪如ACT公司推出的106通道异步全自动多肽合成仪、AAPPTEC公司推出的96通道全自动多肽合成仪、PTI公司推出的98通道全自动多肽合成仪等。 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。 反应器

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。

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

氨基酸储罐

溶剂储罐

量筒

转液瓶

感应器

多端触发器自感应定量量取法,直观、科学、相对误差最低。

废液桶

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。 电磁阀

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。

控制面板

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。

软件系统

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。 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。

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。

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


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