Tổng hợp peptit theo phương pháp pha rắn – Hiệu quả hơn nhờ công nghệ siêu âm

Tổng hợp peptide pha rắn (SPPS) là phương pháp phổ biến để tổng hợp peptide. Ultrasonication là một công cụ đáng tin cậy để tăng cường tổng hợp peptide pha rắn dẫn đến năng suất cao hơn, độ tinh khiết được cải thiện, không có racemization và tốc độ phản ứng tăng tốc đáng kể. Hielscher Ultrasonics cung cấp các giải pháp siêu âm khác nhau cho tổng hợp peptide, phân tách, và hòa tan.

Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis

Ultrasonication đã được áp dụng rộng rãi như là phương pháp tăng cường trong tổng hợp hữu cơ và nổi tiếng với những lợi thế của nó như giảm mạnh thời gian phản ứng, năng suất cao hơn, ít sản phẩm phụ, sự khởi đầu của con đường, mà không thể đạt được trong những cách khác, và / hoặc chọn lọc tốt hơn. Lợi ích tuyệt vời cũng có thể thu được, khi sonication được kết hợp thành các phản ứng tổng hợp peptide. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng tổng hợp peptide hỗ trợ siêu âm đạt được năng suất tối ưu hóa của peptide với độ tinh khiết cao, mà không cần chủng tộc hóa trong một thời gian phản ứng ngắn.

Ưu điểm của tổng hợp peptide siêu âm

Năng suất peptide cao
Tổng hợp nhanh hơn đáng kể
Độ tinh khiết peptide cao hơn
Không phân biệt chủng tộc
Tổng hợp song song các peptide khác nhau
Scalable to any volume

Cuphorn siêu âm cho sonication đồng nhất của một số tàu phản ứng, ví dụ như để cải thiện tổng hợp peptide.

Siêu âm cuphorn cho sonication đồng nhất của một số tàu phản ứng để cải thiện tổng hợp peptide.

Biểu diễn sơ đồ tổng hợp peptide pha rắn Merrifield, có thể được tăng cường bằng sonication.

Graphic demonstrating the Merrifield solid phase peptide synthesis. Ultrasonication is used to promote and enhance the synthesis reaction as well as for cleavage of the synthesized peptides from the resin.
Đồ họa: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Study	Peptide(s) Studied	Reaction Time (Classical vs US-SPPS)	Crude Purity (Classical vs US-SPPS)	Racemization and Side Reactions	Key Takeaways
Wołczański et al. (2019)	Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin	600–1920 min → 48–284 min	24.2–71.3% → 60.6–89.9%	None observed for Cys/His, even at 70°C	~7–12x faster synthesis; major purity improvements, especially for aggregation-prone sequences like TAT.
Silva et al. (2021)	Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer)	>3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (US only)	73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2)	Not tested; slight purity drop in Pep2 noted	14x time reduction for Pep1; crude yields significantly increased.
Merlino et al. (2019)	Model pentapeptides, peptides up to 44-mer, “Trình tự khó” (Aβ 1-42, ACP 65-74)	60 min → 30 min (model)	84% → 93% (model); significantly higher than thermal heating (~45°C)	No significant increase for Cys/His enantiomers	Highly effective for difficult/aggregation-prone sequences; allows reduced reagent excess while maintaining high purity.

Tổng hợp peptide pha rắn được cải thiện với siêu âm

Tổng hợp peptide pha rắn (SPPS) là một phản ứng hóa học cho phép lắp ráp chuỗi peptide thông qua các phản ứng liên tiếp của các dẫn xuất axit amin trên một giá đỡ xốp không hòa tan. Tuy nhiên, tổng hợp peptide pha rắn truyền thống là một quá trình tương đối kém hiệu quả và chậm. Do đó, siêu âm tăng cường tổng hợp peptide là một công cụ được đánh giá cao để tổng hợp peptide hiệu quả và nhanh chóng hơn.
Silva và các cộng sự (2021) đã so sánh “cổ điển” Phương pháp tổng hợp peptit pha rắn (SPPS) sử dụng nhóm fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) kết hợp với sóng siêu âm (US) dựa trên việc tổng hợp ba peptit, cụ thể là peptit Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) đặc hiệu với thụ thể yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi 3 (FGFR3) và hai peptit mới là Pep2 (RQMATADEA-NH2) và Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
Quá trình lắp ráp peptit được hỗ trợ bởi SPPS với sự hỗ trợ của Mỹ đã giúp giảm thời gian lắp ráp xuống còn 1/14 (Pep1) và 1/4 (Pep2) so với “cổ điển” phương pháp. Điều thú vị là, phương pháp SPPS hỗ trợ bằng siêu âm đã cho ra Pep1 với độ tinh khiết cao hơn (82%) so với phương pháp “cổ điển” SPPS (73%). Việc rút ngắn đáng kể thời gian kết hợp với độ tinh khiết cao của peptit thô thu được đã thúc đẩy nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp SPPS hỗ trợ bằng sóng siêu âm cho peptit lớn Pep3, vốn có số lượng lớn các axit amin kỵ nước và các chuỗi homooligo. Đáng chú ý, quá trình tổng hợp peptit 25-mer này đã được hoàn thành trong vòng chưa đầy 6 giờ (347 phút) với độ tinh khiết ở mức trung bình (khoảng 49%).

Tổng hợp peptide pha rắn siêu âm (US-SPPS) là một kỹ thuật hiệu quả để tổng hợp peptide ngăn ngừa chủng tộc hóa.

Tổng hợp peptide nhanh hơn thông qua tổng hợp peptide pha rắn bằng cách sử dụng kích động siêu âm.
(Nghiên cứu và phân tích: Wołczański và cộng sự, 2019)

Merlino và cộng sự (2019) cũng đã tiến hành một nghiên cứu toàn diện về tác động của sóng siêu âm đối với quá trình tổng hợp peptit pha rắn dựa trên Fmoc, cho phép tổng hợp các peptit có hoạt tính sinh học khác nhau (lên đến 44-mer), đồng thời tiết kiệm đáng kể nguyên liệu và thời gian phản ứng. Họ đã chứng minh rằng việc sử dụng sóng siêu âm không làm trầm trọng thêm các phản ứng phụ chính và đã cải thiện quá trình tổng hợp các peptit có đặc tính “Trình tự khó”, đặt tổng hợp peptide pha rắn được thúc đẩy siêu âm (US-SPPS) trong số các chiến lược tổng hợp peptide hiệu quả cao hiện nay.

Sự sẵn có của các hệ thống hiệu suất cao để tổng hợp peptide siêu âm (âm thanh) cho phép cải thiện đáng kể tốc độ tổng hợp và tăng độ tinh khiết của các sản phẩm thô. (xem Wołczański và cộng sự, 2019)

Tổng hợp peptide siêu âm cho năng suất cao của peptide với độ tinh khiết cao, trong khi chủng tộc hóa được ngăn chặn.

Việc điều tra chủng tộc hóa. So sánh phổ NMR 1H đáng kể của các mô hình peptide được tổng hợp thủ công bằng cách sử dụng phương pháp cổ điển ở nhiệt độ phòng so với phương pháp siêu âm ở nhiệt độ cao. Sự dịch chuyển hóa học của His và Cys α-proton và nhóm methylene của Acm (tấm bên trái), proton ɣ-methyl của Val (tấm bên phải) cho thấy sonication ở 70 ° C không gây ra chủng tộc hóa.
(Nghiên cứu và phân tích: Wołczański và cộng sự, 2019)

Phân tách siêu âm của peptide

Sau khi tổng hợp peptide pha rắn (SPPS), các peptide tổng hợp phải được tách ra từ nhựa polymer. Bước này còn được gọi là deprotection. Khi lắc thông thường và siêu âm cho sự phân tách peptide từ nhựa được so sánh, phương pháp lắc đòi hỏi khoảng 1 giờ, trong khi phân tách siêu âm có thể được thực hiện trong 15 đến 20 phút. Sự phân tách peptide siêu âm có thể được áp dụng cho sự phân tách các axit amin được bảo vệ và peptide liên kết với nhựa polystyrene thông qua liên kết este benzylic.

Phân tách siêu âm là một kỹ thuật nhanh chóng và đáng tin cậy để tách peptide tổng hợp khỏi nhựa polystyrene.

Sự phân tách siêu âm của peptide từ nhựa polystyrene cho năng suất cao của peptide ở độ tinh khiết cao, không phân biệt chủng tộc, trong một quy trình nhanh chóng.
(nghiên cứu và đồ họa: ©Anuradha và Ravindranath, 1995)

Lò phản ứng kích động siêu âm để cải thiện tổng hợp peptide.

Lò phản ứng kích động siêu âm để cải thiện và tăng tốc tổng hợp peptide. Hình ảnh cho thấy siêu âm UP200St trong lò phản ứng thủy tinh khuấy.

Ultrasonicators hiệu suất cao cho tổng hợp peptide

Hielscher Ultrasonics cung cấp giải pháp siêu âm khác nhau cho sonication trực tiếp và gián tiếp. Bộ vi xử lý siêu âm mạnh mẽ và có thể kiểm soát chính xác cung cấp chính xác lượng năng lượng siêu âm phù hợp cho bình phản ứng. Cho dù bạn sử dụng ống tiêm, ống, tấm đa giếng, hoặc lò phản ứng thủy tinh như tàu tổng hợp, Hielscher Ultrasonics cung cấp ultrasonicator phù hợp nhất cho ứng dụng peptide của bạn.

Hệ thống siêu âm Hielscher là lý tưởng cho việc tổng hợp các

Peptide tùy chỉnh
Sản xuất peptide quy mô lớn
Thư viện peptide

Nhiều tổng hợp peptide được thực hiện trong ống tiêm (ví dụ, lò phản ứng ống tiêm fritted). Máy khuấy ống tiêm siêu âm của Hielscher sonicates dung dịch peptide khớp nối sóng siêu âm qua thành ống tiêm vào chất lỏng. Máy khuấy ống tiêm siêu âm là một trong những giải pháp siêu âm phổ biến nhất để tổng hợp siêu âm hỗ trợ peptide.
Cuphorn siêu âm là một công cụ thích hợp để sonicate lên đến 5 tàu phản ứng, trong khi VialTweeter có thể chứa lên đến mười ống phản ứng cộng với thêm năm tàu lớn hơn thông qua phụ kiện kẹp.
For other reactor types such as the Merrifield or Kamysz solid-phase reactor and other polypropylene or borosilicate vessels and reactors, Hielscher offers sonicators for indirect and direct sonication with customized clamp-on mounting or flange.

Tất nhiên, các bình phản ứng thủy tinh có cánh khuấy cỡ lớn hơn, ví dụ như dùng cho quá trình tổng hợp pha dung dịch, có thể dễ dàng được trang bị các đầu dò siêu âm (còn gọi là sonotrodes hoặc còi siêu âm) với bất kỳ kích thước nào.

Ưu điểm của Hielscher Ultrasonicators cho tổng hợp Peptide

Các loại ultrasonicator khác nhau
sonication trực tiếp và gián tiếp
Kiểm soát cường độ chính xác
Kiểm soát nhiệt độ chính xác
siêu âm liên tục hoặc xung
Tính năng thông minh, thiết bị lập trình
Có sẵn cho bất kỳ khối lượng nào
Khả năng mở rộng tuyến tính

Đối với quá trình tổng hợp peptit pha rắn trên các đĩa nhiều giếng/đĩa vi giếng, UIP400MTP là thiết bị lý tưởng. Hiện tượng xâm thực siêu âm được truyền gián tiếp và đồng đều vào các giếng mẫu, giúp tăng cường quá trình truyền khối và phản ứng tổng hợp. Hãy xem video dưới đây để biết thêm chi tiết về Máy siêu âm cho đĩa vi giếng UIP400MTP đang hoạt động!

Các UIP400MTP siêu âm homogenizer có thể sonicate multi-well-plates và micro-titer-plates để ly giải tế bào, phân mảnh DNA, phân tán hoặc đồng nhất.

Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!

Siêu âm cắt cao homogenizers được sử dụng trong phòng thí nghiệm, băng ghế dự bị, thí điểm và chế biến công nghiệp.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.

Chủ đề liên quan

Những điều cần biết về tổng hợp peptit bằng sóng siêu âm

Peptide là gì?

Peptide là các hợp chất trong đó nhiều axit amin được liên kết thông qua liên kết amide, được gọi là liên kết peptide. Khi bị ràng buộc trong các cấu trúc phức tạp – Thường bao gồm 50 axit amin trở lên -, những cấu trúc peptide lớn này được gọi là protein. Peptide là một khối xây dựng thiết yếu của cuộc sống và thực hiện nhiều chức năng trong cơ thể.

Quá trình tổng hợp peptit diễn ra như thế nào?

Trong hóa học hữu cơ, sinh học phân tử và khoa học đời sống, tổng hợp peptide là quá trình sản xuất peptide. Peptide được tổng hợp hóa học thông qua phản ứng ngưng tụ của nhóm carboxyl của một axit amin với nhóm amin của một axit amin khác. Các chiến lược bảo vệ nhóm (cũng là nhóm bảo vệ) thường được sử dụng để tránh các phản ứng phụ không mong muốn với các chuỗi bên axit amin khác nhau.
Tổng hợp peptide hóa học (trong ống nghiệm) thường bắt đầu bằng cách ghép nhóm carboxyl của axit amin đến (đầu C) với đầu N của chuỗi peptide đang phát triển. Trái ngược với sự tổng hợp C-to-N này, sinh tổng hợp protein tự nhiên của các peptide dài trong các sinh vật sống xảy ra theo hướng ngược lại. Điều này có nghĩa là trong sinh tổng hợp, đầu N của axit amin đến được liên kết với đầu C của chuỗi protein (N-to-C).
Hầu hết các giao thức nghiên cứu và phát triển để tổng hợp peptide đều dựa trên các phương pháp pha rắn, trong khi các phương pháp tổng hợp pha dung dịch có thể được tìm thấy trong sản xuất peptide công nghiệp quy mô lớn.

Tình hình hiện tại của công nghệ tổng hợp peptit là như thế nào?
SUS-SPPS (Phẫu thuật SPPS bền vững hỗ trợ bằng siêu âm) has been demonstrated to reduce the process to just two steps per cycle (combined coupling/capping/deprotection + single wash), significantly reducing solvent consumption and time. (cf. Mottola et al., 2025)
Phương pháp TAPS hỗ trợ bằng sóng siêu âm là một phương pháp kết hợp mới nổi đã chứng minh được hiệu quả trong tổng hợp toàn phần (ví dụ: lipobactin) và hiện đang được các công ty CDMO nghiên cứu để sản xuất hoạt chất dược phẩm (API).
Khám phá những ưu điểm của phương pháp tổng hợp peptide TAGGING có sự hỗ trợ của sóng siêu âm!
xử lý liên tục đang được nghiên cứu như một biện pháp cải tiến hơn nữa – Các nền tảng tổng hợp liên tục trong một nồi có sự hỗ trợ của thẻ silyl hóa đã được mô tả.
Lĩnh vực này đang hướng tới các nguyên tắc của hóa học xanh, trong đó cả siêu âm và TAPS đều góp phần giảm lượng dung môi sử dụng, giảm lượng thuốc thử cần dùng và nâng cao tính bền vững.

Văn học / Tài liệu tham khảo

Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
Salvatore Mottola, Alessandra Del Bene, Vincenzo Mazzarella, Roberto Cutolo, Ida Boccino, Francesco Merlino, Sandro Cosconati, Salvatore Di Maro, Anna Messere (2015): Sustainable Ultrasound-Assisted Solid-Phase peptide synthesis (SUS-SPPS): Less Waste, more efficiency. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 114, 2025.
M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.
Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.