多肽药物正处于爆发期，从GLP-1受体激动剂到抗菌肽，多肽治疗分子正成为制药行业增长最快的赛道之一。然而，传统固相多肽合成（SPPS）面临溶剂消耗大、长肽收率低、批次差异等瓶颈。连续流多肽合成（Continuous Flow SPPS, CF-SPPS）作为新一代技术，正通过自动化、绿色化学和人工智能的深度融合，重塑多肽制造格局。

一、传统SPPS的瓶颈与CF-SPPS的破局

1.1 传统批次SPPS的痛点

自1963年Merrifield提出固相多肽合成以来，SPPS一直是多肽合成的主流方法。其基本流程为：在固相载体上逐个延伸氨基酸残基，每轮循环包括脱保护→洗涤→偶联→洗涤四步。然而传统批次式（batch）合成存在结构性瓶颈：

1.2 CF-SPPS的核心优势

连续流多肽合成通过将树脂装填于柱式反应器，使试剂和溶剂以连续流方式通过树脂床，实现：

• 传质效率大幅提升：试剂以流动状态与树脂充分接触，消除死区

• 溶剂用量降低30-50%：精确控制流速，减少过量洗涤

• 反应条件均一：温度和浓度分布均匀，批次一致性高

• 在线监测能力：可集成UV/拉曼光谱实时监测脱保护效率

• 易于放大：从毫克到百克级可通过调整柱径线性放大

二、CF-SPPS技术进展

2.1 硬件创新

近年来，CF-SPPS反应器设计取得多项突破：

高温高压介观反应器：Fülöp团队开发的介观CF反应器可在高温（60-100°C）和加压条件下运行，使所有20种蛋白氨基酸的偶联仅需1.5当量即可实现定量转化。这一突破将昂贵的非天然氨基酸利用率从传统3-5当量降至1.5当量，对含多个非天然氨基酸的修饰肽合成意义巨大。

超快速CF-SPPS系统：Pentelute团队开发的自动化CF平台可在1.8分钟/残基的速度下合成多肽，相比传统SPPS的30-60分钟/残基，速度提升一个数量级。该系统通过热交换器将试剂预热后直接泵入低体积反应腔，配合在线UV检测，实现连续高效合成。

固定床反应器与超声辅助：固定床设计提高了树脂利用率和传质效率，超声辅助则在常温下加速偶联反应，适用于热敏感修饰氨基酸的合成。

2.2 在线分析技术

CF-SPPS最重要的技术飞跃是过程分析技术（PAT）的集成：

• 在线UV监测：实时监测Fmoc脱保护释放的二苯基亚甲胺吸收信号，评估每轮偶联效率

• 在线拉曼光谱：对偶联反应动力学进行原位分析，检测树脂负载变化

• 在线折射率检测：监测流出液组分变化

Hartrampf团队的在线UV-CF-SPPS系统建立了基于高斯函数的Fmoc脱保护峰分析方法，不仅能实时判断合成质量，还使DMF溶剂消耗减少50%，并生成大规模数据集用于AI模型训练。

2.3 绿色化学创新

可持续性是多肽合成行业面临的紧迫挑战。传统SPPS中DMF和二氯甲烷的大量使用对环境和职业健康构成显著风险。

2025-2026年间绿色多肽合成取得突破性进展：

• 水相偶联体系：Wellings等在Nature Sustainability上报道了水基SPPS偶联方法，以水替代DMF作为溶剂，在特定偶联试剂配合下实现有效偶联

• 绿色溶剂替代：乙酸乙酯、环戊基甲基醚等生物基溶剂被验证可用于SPPS

• 最少保护基策略：减少临时保护基使用，废弃物产生减少30-50%

• 光裂解保护基：避免酸性脱保护产生的废酸

• 酶解脱保护：在温和条件下完成脱保护

三、AI赋能多肽合成

3.1 预测性合成规划

AI/ML模型通过分析历史合成数据，可预测新序列的合成难度：

• 聚集倾向预测：基于氨基酸组成预测树脂上的β折叠聚集风险

• 偶联效率预估：根据残基类型、位置和序列上下文预测偶联效率

• 难序列识别：提前识别可能需要双偶联或延长反应时间的位点

2026年已有IBM Research和多家多肽CDMO展示AI系统，将合成优化从数月缩短至数周。

3.2 自适应过程优化

通过强化学习算法，CF-SPPS系统可根据在线传感器反馈动态调整：

• 反应时间：根据实时UV信号判断是否延长偶联

• 试剂浓度：对难偶联位点自动增加当量

• 流速：根据反应进度调整接触时间

• 温度：对聚集序列临时升温

3.3 生成式AI设计

生成式模型训练于结构-活性关系数据，可从头设计满足特定功能需求的多肽序列：

• 靶点高亲和力结合

• 抗蛋白酶稳定性

• 可制造性（合成可行性与收率）

这些模型甚至能识别人类药物化学家直觉难以设计的新型治疗性多肽。

四、产业化趋势

4.1 CDMO产能扩张

多肽CDMO市场正经历一轮产能扩张：

• AmbioPharm：2026年3月宣布南卡罗来纳州多肽设施扩建，支持上游商业全合成、灵活SPPS/LPPS/混合合成

• 药明康德：多肽产能翻倍并启动泰兴API制造基地

• CDMO外包趋势：日本制药企业正将多肽合成外包时间点前移至临床前阶段，因序列复杂度持续提升

4.2 技术分层效应

先进技术的引入正在重塑行业分层：

小厂商需在难序列合成、快速定制合成、分析开发等细分领域建立竞争力，而非在商品化多肽生产上与大型厂商竞争。

五、对科研用户的意义

5.1 更快获取研究用多肽

CF-SPPS的超快合成速度（1.8分钟/残基）意味着一个30肽仅需约1小时完成链装配，传统方法需1-2天。对于需要大量多肽变体进行筛选的课题组（如MHC结合肽库、抗菌肽优化研究），这将极大加速研究进度。

5.2 更低的合成成本

溶剂用量减少30-50%、氨基酸利用率从3-5当量降至1.5当量、自动化减少人工——这些改进的综合效应将使定制多肽合成成本在可预见未来下降30-50%。对预算有限的课题组而言，同样经费可获取更多多肽变体。

5.3 非天然氨基酸多肽合成

CF-SPPS的高效偶联使非天然氨基酸（D-氨基酸、β-氨基酸、N-甲基氨基酸）的引入更为经济。这对开发蛋白酶抗性多肽探针、稳定多肽药物前体具有直接价值。

结语

连续流多肽合成正经历从实验室创新到产业化落地的关键转折。自动化、绿色化学与AI三大驱动力交汇，将多肽合成从"试错艺术"转变为"可预测工程"。对于依赖定制多肽的研究者而言，这意味着更快的获取速度、更低的成本和更广泛的结构可能性。纳孚生物持续关注多肽合成技术前沿，可为课题组提供从常规序列到含修饰氨基酸的定制多肽合成服务。

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