固相合成 vs. 液相合成：多肽合成仪技术路径的深度对比

在多肽化学领域，合成方法的选择直接决定了产物纯度、合成效率、操作复杂度及适用场景。目前主流的多肽合成技术分为固相多肽合成（Solid-Phase Peptide Synthesis, SPPS）与液相多肽合成（Solution-Phase Peptide Synthesis, LPPS）两大路径。尽管两者目标一致——高效构建特定氨基酸序列的多肽链，但在反应机制、工艺流程、设备依赖及产业化适配性等方面存在显著差异。本文将从原理、操作流程、优劣势、适用范围及仪器支持等维度，对二者进行系统性对比。

一、基本原理：固定 vs. 游离

固相合成（SPPS）由Merrifield于1963年提出，其核心是将多肽链的C端共价连接到不溶性高分子树脂上。所有后续氨基酸的偶联、脱保护、洗涤等步骤均在固载状态下完成。反应完成后，通过强酸裂解将目标多肽从树脂上释放。

液相合成（LPPS）则是在均相溶液中进行，每一步偶联后需通过萃取、结晶、沉淀或色谱等手段分离目标中间体，再进行下一步反应。整个过程类似于传统有机合成，所有反应物和产物均处于溶解状态。

二、操作流程与自动化适配性

SPPS因其“固定底物、流动试剂”的特点，天然适合高度自动化。多肽合成仪通过程序控制试剂输送、反应时间、温度与冲洗次数，可连续完成数十个循环而无需人工干预。尤其在Fmoc策略下，温和的碱性脱保护条件进一步提升了自动化兼容性。

相比之下，LPPS每步反应后均需分离纯化中间体，操作繁琐且难以标准化。虽然部分液相合成步骤可通过自动液体处理工作站辅助，但整体流程仍严重依赖人工判断与操作，难以实现全流程自动化。因此，市面上绝大多数“多肽合成仪”均基于SPPS设计，LPPS更多依赖传统玻璃仪器与手动操作。

三、效率与产率表现

SPPS采用过量试剂驱动反应完全，偶联效率通常可达99%以上（理想条件下），特别适合中短链多肽（<50个氨基酸）的快速合成。但由于树脂负载量有限，单次合成规模受限，放大生产需增加树脂用量或并行多通道。

LPPS在每步反应后可对中间体进行精确纯化与表征，副产物被有效去除，最终产物纯度往往更高，更适合长肽或结构复杂多肽（如含多个二硫键、非天然氨基酸）的合成。然而，每步收率若为95%，合成30肽的总收率将降至约21%，效率显著低于SPPS。

四、试剂消耗与成本

SPPS需使用大量溶剂（如DMF、DCM）进行反复冲洗，且氨基酸和活化剂通常以5–10倍过量加入，试剂消耗大、废液处理成本高。但其节省了中间纯化所需的色谱填料、溶剂及人力成本。

LPPS虽试剂用量相对较少，但每步纯化所需的时间、材料（如硅胶、HPLC柱）及分析检测成本累积后，总体成本未必更低，尤其在合成较长序列时更为明显。

五、产物纯度与副反应控制

SPPS因中间体始终固定在树脂上，无法实时监测反应进度，偶联不完全易导致缺失序列杂质（deletion sequences）。此外，长时间酸处理可能引发侧链副反应（如tBu脱除不完全、Trp氧化）。

LPPS的优势在于每步中间体均可通过NMR、MS、HPLC确认结构与纯度，便于及时修正错误，减少累积误差。对于高价值、高纯度要求的多肽（如临床用API），LPPS仍是不可替代的选择。

六、适用场景对比

七、仪器支持现状

当前市售“多肽合成仪”几乎全部基于SPPS架构，涵盖研究型、中试型到GMP级生产系统，功能日益智能化（如温控、在线监测、溶剂回收）。而LPPS缺乏专用集成设备，多依赖自动液体处理平台（如Hamilton、Tecan）辅助加样，但无法替代关键的分离纯化步骤。

值得注意的是，片段缩合法（Convergent Synthesis）正成为融合两者优势的新趋势：先用SPPS快速合成多个短肽片段，再在液相中进行片段偶联。

结语

固相合成与液相合成并非简单的“先进 vs. 落后”关系，而是互补共存的技术路径。SPPS凭借自动化与高通量优势，成为多肽合成仪的主流技术，支撑了现代多肽药物研发的高速迭代；而LPPS以其对复杂结构的精准控制能力，在高端定制与长肽合成中保有重要的地位。未来，随着微流控、连续流反应器及AI辅助合成规划的发展，两种路径或将进一步融合，推动多肽合成向更高效、更绿色、更智能的方向演进。