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核酸脂质纳米粒科普——氮磷比计算

发布日期:2021/7/8 15:05:04

在使用带电荷的原料进行纳米粒子合成时,正电荷与负电荷的数量比将影响到纳米粒子的稳定性、电位等性能。而在核酸脂质纳米粒中,正电荷通常为具有可电离铵根(N)的阳离子脂质,而负电荷则为带有大量磷酸根(P)的核酸分子,两者可通过静电吸附的方式结合在一起。因此,不合理的比例可能会导致粒径过大、稳定性差等缺陷,正确计算正电荷与负电荷的比——N/P比——就显得尤为重要。



作为计算举例,我们挑选一个常见的配方,计算的关键数值如下:


  •  阳离子脂质浓度(即N的浓度):6.25 mmol/L

  • 有机相体积(含阳离子脂质):1 mL

  • 核酸浓度:0.17 mg/mL

  • 水相体积(含核酸):3 mL

  •  碱基的平均分子量:330 g/mol



其中碱基的平均摩尔浓度为经验的平均值,如果使用的核酸序列已知,则能够计算得到精确的摩尔浓度。



在以上条件下,N的物质的量为:

而P的物质的量为:

因此N/P比为:


以上即为N/P比的计算过程,不过在实际应用当中,也可以先定下N/P比,再确定有机相或水相的浓度,此时只需要逆向计算即可。例如我们将N/P比改为6:1,在其他浓度不变的情况下,核酸的浓度就需要降到原有的2/3,即0.113 mg/mL。


细心的读者可能也发现了,在计算的过程中并没有明确的核酸长度,这是因为核酸的长度并不会影响使用到的质量浓度。以单链RNA和上方计算得到的数值为例,在保持N/P比和N的物质的量不变的情况下,所需的P的物质的量也固定为1.545×10-6mol,而核酸的质量浓度与P的物质的量关系为:


n核酸为核酸的物质的量(摩尔数),M核酸为核酸的摩尔质量对于1000 nt的mRNA,一个mRNA分子就有1000个阴离子;而对于2000 nt的mRNA来说,一个mRNA分子则有2000个阴离子,所需的物质的量(摩尔数)只需1000 nt的一半,但相对应的,其核酸的摩尔质量则会提升一倍(不考虑不同碱基的重量差异)。所以两者相乘,最终的数值并没有变化。因此,在使用mRNA的时候,换算成质量浓度对于计算更为方便。


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