CN220176828U - 一种用于合成多肽的微通道反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及多肽制备技术领域，具体公开一种用于合成多肽的微通道反应装置，包括微通道反应模块、树脂悬浮液存储模块、试剂存储模块和混合液中转罐，树脂悬浮液存储模块与试剂存储模块的输出管道分别连通至第一管道，第一管道通过三通阀连接至微通道反应模块的入口，微通道反应模块的出口连接有用于输出混合液至混合液中转罐的第二管道，三通阀连接有用于输出混合液至第一管道和微通道反应模块的第三管道。本实用新型使用微通道反应模块替代填充床反应器，借助微通道反应模块技术提高固液混合效果和反应效率，缩短反应时间，将树脂颗粒分散在液流中流动参与反应；装置结构简单且搭建成本低，通过增加串联的反应板数量，容易放大合成规模。
Description
技术领域
本实用新型属于多肽制备技术领域，具体涉及一种用于合成多肽的微通道反应装置。
背景技术
现今生产多肽主要是采用间歇性固相合成法，参考图1所示的合成反应管，反应腔体底部带有多孔滤片和阀门，下部与废液罐相连并接真空泵，组成传统的多肽固相合成设备，反应过程中通入氮气鼓泡搅拌。具体合成流程如下：1）将树脂投料于合成反应管内，加入DCM溶胀树脂，打开阀门与真空泵，排出废液；2）加入DMF清洗树脂后排液，重复5-6次；3）加入脱保护液混合，进行氨基保护基脱除反应，结束后排出废液；4）加入DMF清洗树脂后排液，重复5-6次；5）加入缩合剂与带保护基氨基酸的混合溶液，进行氨基酸缩合连接反应，结束后排出废液；6）加入DMF清洗树脂后排液，重复5-6次；7）从步骤3开始重复操作，直至肽链合成完毕，最后依次用DMF、DCM、甲醇清洗和收缩，最后烘干卸料得到负载多肽链的树脂。
上述间歇性固相合成法存在以下缺陷：①、使用通气鼓泡搅拌的方式，固液混合不够均匀，低传质效率进一步导致低反应效率，脱保护反应一般需要5-10min，缩合反应需要30-60min，生产过程耗时久；②、每次反应需要投入过量的反应试剂，以及多步多次的洗涤步骤，导致反应试剂和溶剂消耗量大，成本提高，同时会产生大量化学废物；③、半封闭的间歇反应器设计，固相载体树脂存于反应管内，反应结束需要手动卸料取出树脂肽，麻烦且反应管内会有残留造成一定损失。
根据近年来文献报道，典型的连续流固相多肽合成系统一般由多组HPLC泵或蠕动泵、线管、混合连接件、填充聚合物树脂颗粒的固定床反应器、紫外在线监测模块等构成。其中作为多肽链载体的树脂固定于色谱柱或层析柱内，可采取夹套或水浴方式加热。而管路下游连接紫外分光光度计，对流出的废液于290nm波长下在线检测紫外吸收，来判断Fmoc保护基脱除情况和监测反应进展。
但是，现有的连续流固相合成方法存在以下缺陷：①、通过流入不同试剂与柱内填充的固相载体树脂混合的模式，由于局部树脂的堆积可能出现树脂与试剂的接触面降低的情况，传质效率同样较差，反应效率有待提高；②、树脂在柱内空间填充的较为密集，后期随树脂膨胀在柱内压缩，会形成极强的背压，影响试剂输入和下步反应；③、该系统的连续流仅为试剂和溶剂的连续流动，树脂依旧是固定量形式，虽然相比传统批次固相合成技术在减少试剂倍量、缩短反应时间、环保绿色等方面有所进步，但本质上还是半连续反应釜，无法做到产物的连续输出，且同样需要卸料步骤。
实用新型内容
本实用新型意在开发一种用于合成多肽的微通道反应装置，解决目前多肽固相合成技术生产费时、试剂溶剂消耗量大等难题。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于合成多肽的微通道反应装置，包括微通道反应模块、树脂悬浮液存储模块、试剂存储模块和混合液中转罐，所述树脂悬浮液存储模块的输出管道与试剂存储模块的输出管道分别连通至第一管道，所述第一管道通过三通阀连接至微通道反应模块的入口，所述微通道反应模块的出口连接有用于输出混合液中转罐的混合液至混合液中转罐的第二管道，所述三通阀的第二进口连接有用于输出混合液至第一管道和微通道反应模块的第三管道。
优选地，所述树脂悬浮液存储模块的输出管道上设有树脂液输送泵，所述试剂存储模块的输出管道上设有试剂输送泵，所述第三管道上设有循环泵；所述三通阀的出口连通微通道反应模块的入口。
优选地，所述树脂液输送泵、试剂输送泵和循环泵均为调速蠕动泵。
优选地，所述微通道反应模块由微通道板式反应器串联而成。
优选地，所述微通道板式反应器包括反应板主体和盖板，所述反应板主体设有微型反应通道、与微型反应通道的输入端相连通的入口接头、以及与微型反应通道的输出端相连通的出口接头，所述出口接头与串联的下一个微通道板式反应器的入口接头相连或者与所述第二管道相连。
优选地，所述微型反应通道由复数个三角通道以及分别连通两个三角通道的线型通道组成，各三角通道内分别设有用于将三角通道分成两个流道的U型挡板。
优选地，该微通道反应装置还包括用于给微通道反应模块进行加热的加热模块。优选地，所加热模块采用水浴锅。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型使用微通道反应模块替代填充床反应器，借助微通道反应模块技术提高固液混合效果和反应效率，缩短反应时间，将树脂颗粒分散在液流中流动参与反应。
①、缩短合成时间：使用板式反应器的微通道结构来进行固液混合，可以大幅提升传质效率，在稳态条件下以高扩散水平加速每环节的反应过程，缩短合成时间。经多次实验测试，单步缩合反应可以从传统方法的30-60min缩短至2min内，而单步脱保护反应时间也传统方法的10min缩短至2min内，以亮氨酸脑啡肽为例，相比于传统方法，合成该五肽分子的总时间缩短了90%以上；
②、提高产品质量：该装置可以合成高纯度的亮氨酸脑啡肽产物。在同样的缩合剂条件和试剂当量下，与美国CEM公司的Liberty Blue连续微波多肽合成仪对比测试，结果发现使用本装置合成的亮氨酸脑啡肽样品纯度与Liberty Blue合成仪合成的样品纯度相当，甚至略高。
③、规模易放大：装置结构简单且搭建成本低，通过增加串联的反应板数量，很容易放大合成规模；
④、可控性强：对于不同的多肽序列，可以调整各环节的温度、循环时间、输送泵及循环泵流速等参数，达到最佳反应效果；
⑤、节约试剂溶剂：相比传统间歇性固相多肽合成，因为更高效的反应能力，以及循环流动反应混合液的设定，大大降低了各类试剂的投料倍量，和氨基酸、溶剂用量，降低成本，更加环保绿色。
附图说明
图1为现有技术中间歇性固相合成装置示意图。
图2为本实用新型微通道反应装置示意图。
图3为本实用新型微通道反应模块的微通道板式反应器结构示意图。
图4为蕾玻蒂蓝（Liberty Blue）合成仪（合成规模：0.62mmol；缩合剂组合：DIC/Oxyma；氨基酸及试剂当量：5）合成的样品HPLC图。
图5为本实用新型装置（合成规模：0.62mmol；缩合剂组合：DIC/Oxyma；氨基酸及试剂当量：5）合成的样品HPLC图。
具体实施方式
下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图2所示，本实施例提供一种用于合成多肽的微通道反应装置，包括微通道反应模块10、树脂悬浮液存储模块20、试剂存储模块30和混合液中转罐40。
所述微通道反应模块10由微通道板式反应器100串联而成，微通道板式反应器100材质为316L不锈钢，内部刻蚀有曲折、微尺寸的心型通道结构，外部使用不锈钢杆穿过反应板上的安装固定孔来固定，整体采用水浴锅加热，也可以采用其他加热模块替换。树脂悬浮液与反应试剂同时通入反应器组混合，进行保护基团脱除反应或氨基酸缩合反应。
所述微通道板式反应器100包括反应板主体11和盖板12，所述反应板主体11设有微型反应通道101、与微型反应通道101的输入端相连通的入口接头13、以及与微型反应通道101的输出端相连通的出口接头14，所述出口接头14与串联的下一个微通道板式反应器100的入口接头13相连或者与所述输送管路A相连。具体地，所述微型反应通道101由复数个三角通道以及分别连通两个三角通道的线型通道组成，各三角通道内分别设有用于将三角通道分成两个流道的U型挡板102，提高固液混合效果和反应效率，缩短合成时间。
所述树脂悬浮液存储模块20的输出管道与试剂存储模块30的输出管道分别连通至第一管道，所述树脂悬浮液存储模块20的输出管道上设有树脂液输送泵61，所述试剂存储模块30的输出管道上设有试剂输送泵62，通过树脂液输送泵61可将树脂悬浮液存储模块20内的树脂液泵出至第一管道，通过试剂输送泵62可将试剂存储模块30内的相应试剂比如脱保护液或活化氨基酸液泵出至第一管道。优选地，所述树脂悬浮液存储模块20的输出管道与试剂存储模块30的输出管道通过T型混合器70连通至第一管道。
所述第一管道通过三通阀50连接至微通道反应模块10的入口，所述微通道反应模块10的出口连接有用于输出混合液至混合液中转罐40的第二管道，所述三通阀50的出口连通微通道反应模块10的入口，所述三通阀50的第一进口用于输入树脂液和试剂，所述三通阀50的第二进口连接有用于输出混合液中转罐40的混合液至第一管道和微通道反应模块10的第三管道，所述第三管道上设有循环泵63。通过切换三通阀50状态可实现如图所示的a-c通路或b-c通路，当切换至b-c通路并打开循环泵63时能够使混合液在混合液中转罐40与微通道反应模块10之间进行循环流动反应，并持续一定时间。
所述树脂液输送泵61、试剂输送泵62和循环泵63均为调速蠕动泵。
以亮氨酸脑啡肽，即H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH为例：
首先将Fmoc-Leu-Wang树脂颗粒用DCM溶胀后与溶剂DMF配成树脂悬浮液，装入树脂悬浮液存储模块20；
Fmoc脱除溶液为质量浓度5%-20%的哌啶DMF溶液，装入脱保护液存储罐；
分别将Fmoc保护的酪氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸与缩合剂按比例混合配制成活化羧基的氨基酸溶液，分别装入各自的活化氨基酸溶液存储罐，缩合剂为DIC/Oxyma、HATU/DIEA两种搭配中的任意一种；
洗涤溶剂为纯DMF试剂，用于过滤洗涤的器具为50mL容量的聚丙烯固相萃取空柱。
恒温水浴锅加热温度保持为30℃。
使用上述装置生产H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH五肽的具体过程如下：
（1）Fmoc保护基脱除反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Fmoc-Leu-Wang树脂液和哌啶溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着脱保护反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的脱保护反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（2）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（3）Phe缩合连接反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Leu-Wang树脂液和提前活化羧基端的Phe溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着缩合反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的缩合反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（4）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Fmoc-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（5）Fmoc保护基脱除反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Fmoc-Phe-Leu-Wang树脂液和哌啶溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着脱保护反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的脱保护反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（6）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（7）Gly缩合连接反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Phe-Leu-Wang树脂液和提前活化羧基端的Gly溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着缩合反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的缩合反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（8）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Fmoc-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（9）Fmoc保护基脱除反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Fmoc-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液和哌啶溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着脱保护反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的脱保护反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（10）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Gly-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（11）Gly缩合连接反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Gly-Phe-Leu-Wang树脂液和提前活化羧基端的Gly溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着缩合反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的缩合反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（12）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Fmoc-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（13）Fmoc保护基脱除反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Fmoc-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液和哌啶溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着脱保护反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的脱保护反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（14）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（15）Tyr缩合连接反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液和提前活化羧基端的Tyr溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着缩合反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的缩合反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（16）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，将干净树脂与DMF按比例配制，得到纯净的Fmoc-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液，装回树脂悬浮液存储罐。
（17）Fmoc保护基脱除反应
打开三通阀50，同时开启树脂液输送泵61与试剂输送泵62，输入Fmoc-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂液和哌啶溶液，两股溶液先经T型混合器70初步混合后，再通过第一管道流入微通道反应模块10进一步高效混合，接着脱保护反应混合液从出口流至混合液中转罐40内暂存；
待树脂悬浮液存储模块20内的树脂液输送完毕后，关闭三通阀50和试剂输送泵62，打开循环泵63，混合液中转罐40内的脱保护反应混合液通过第三管道重新注入微通道反应模块10内进行流动反应，同时流回混合液中转罐40，持续循环2分钟，之后关闭循环泵63，收集混合液中转罐40内树脂。
（18）洗涤环节
上步反应完毕后，将混合液中转罐40内的树脂液经固相萃取空柱过滤，再使用DMF洗涤5次，得到纯净的Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang树脂颗粒。
（19）产物后处理
对收集的Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Wang产物树脂进行收缩和干燥后进入TFA切肽工序，使用TFA将肽链从Wang树脂上裂解切割下来，再使用MTBE沉淀并烘干即可得到H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH五肽产物。
所述装置用于合成其他肽序列也是按照类似流程，树脂液先后与脱保护液和活化氨基酸溶液循环流动反应，不断迭代，直至完成所有序列合成。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：包括微通道反应模块、树脂悬浮液存储模块、试剂存储模块和混合液中转罐，所述树脂悬浮液存储模块的输出管道与试剂存储模块的输出管道分别连通至第一管道，所述第一管道通过三通阀连接至微通道反应模块的入口，所述微通道反应模块的出口连接有用于输出混合液至混合液中转罐的第二管道，所述三通阀的第二进口连接有用于输出混合液中转罐的混合液至第一管道和微通道反应模块的第三管道。
2.根据权利要求1所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所述树脂悬浮液存储模块的输出管道上设有树脂液输送泵，所述试剂存储模块的输出管道上设有试剂输送泵，所述第三管道上设有循环泵；所述三通阀的出口连通微通道反应模块的入口。
3.根据权利要求2所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所述树脂液输送泵、试剂输送泵和循环泵均为调速蠕动泵。
4.根据权利要求1所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所述微通道反应模块由微通道板式反应器串联而成。
5.根据权利要求4所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所述微通道板式反应器包括反应板主体和盖板，所述反应板主体设有微型反应通道、与微型反应通道的输入端相连通的入口接头、以及与微型反应通道的输出端相连通的出口接头，所述出口接头与串联的下一个微通道板式反应器的入口接头相连或者与所述第二管道相连。
6.根据权利要求5所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所述微型反应通道由复数个三角通道以及分别连通两个三角通道的线型通道组成，各三角通道内分别设有用于将三角通道分成两个流道的U型挡板。
7.根据权利要求1所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：该微通道反应装置还包括用于给微通道反应模块进行加热的加热模块。
8.根据权利要求7所述的用于合成多肽的微通道反应装置，其特征在于：所加热模块采用水浴锅。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321227263.7U CN220176828U (zh) | 2023-05-20 | 2023-05-20 | 一种用于合成多肽的微通道反应装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321227263.7U CN220176828U (zh) | 2023-05-20 | 2023-05-20 | 一种用于合成多肽的微通道反应装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220176828U true CN220176828U (zh) | 2023-12-15 |
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ID=89100804
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321227263.7U Active CN220176828U (zh) | 2023-05-20 | 2023-05-20 | 一种用于合成多肽的微通道反应装置 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-05-20 CN CN202321227263.7U patent/CN220176828U/zh active Active
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