在核酸脂质纳米粒的合成过程中,正电荷和负电荷的比例,也就是N/P比,对于纳米粒子的稳定性和电荷性能非常关键。通常情况下,正电荷来自于带有可电离的铵根的阳离子脂质,而负电荷则来自于富含磷酸根的核酸分子。这两者通过静电吸附方式结合在一起。然而,不合理的N/P比可能导致一系列问题,包括粒子过大和稳定性下降等缺陷。因此,准确计算和调整N/P比非常关键。
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
核苷酸的平均分子量:330Dal,即摩尔质量330 g/mol
其中核苷酸的平均分子量为经验的平均值,如果使用的核酸序列已知,则能够计算得到精确的平均分子量。
在以上条件下,N的物质的量为:
C阳离子脂质x V = 6.25 mmol/L x 1 ml
= 6.25 x 10-6 mol
C阳离子脂质 :阳离子脂质浓度
而P的物质的量为:
(C核酸 x V水相 )/M核苷酸平均=(0.17 mg/mL x 3 ml)/(330g/molx 1000)
=1.545x10-6 mol
因此N/P比为:
(6.25 x 10-6 mol)/(1.545x10-6 mol)≈4:1
在实际应用中,您可以首先设定所需的N/P比,然后根据这个比例来确定有机相或水相的浓度。这种逆向计算方法非常有效。例如,如果您将N/P比设定为6:1,并且其他浓度保持不变,那么核酸的浓度需要降低到原来的2/3,即0.113 mg/mL。这种方法可以帮助您根据需要的比例来调整浓度,以满足您的实验要求,而不需要重新计算整个公式。
在计算中,并没有考虑核酸的具体长度,因为核酸长度通常不会对所需的质量浓度产生影响。以单链RNA和上方计算得到的数值为例,在保持N/P比和N的物质量不变的情况下,所需的P物质的量也固定为1.545×10^-6 mol。核酸的质量浓度与所需的P物质的量之间存在如下关系。
C核酸=M核酸/V =(N核酸 x M核酸)/ V
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(不考虑不同核苷酸的质量差异)。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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