核酸脂质纳米粒科普——氮磷比计算

锘海生物科学

2021/07/08 16:05

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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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