聚电解质复合胶束的组装与表征

本方法详细描述了聚电解质复合胶束的设计、组装及表征全过程。聚电解质复合胶束是一类由带相反电荷的聚合物通过自组装形成的纳米颗粒。聚电解质自组装面临的主要挑战包括避免动力学陷阱以及对纳米颗粒进行有效表征。我们所介绍的盐退火技术可实现胶束的可重复组装，并获得尺寸和形貌分散性均较低的纳米颗粒。本文还介绍了包括光散射、小角X射线散射和电子显微镜在内的多种表征方法。

递送治疗性核酸是纳米医学领域长期存在的挑战。这些聚电解质复合胶束利用核酸的强负电荷，将其包裹在胶束核心内，而中性聚合物冠层可保护核酸免受核酸酶降解和免疫反应的影响。该组装方法应适用于任何类型的带电聚合物。

我们已使用多种聚阴离子和聚阳离子对它们进行了测试，该表征方法应适用于所有自组装纳米颗粒，包括表面活性剂纳米颗粒及其他由疏水作用驱动的体系。首先将寡核苷酸溶液在70摄氏度下孵育5分钟。孵育结束后，在室温下冷却15分钟，以对核酸进行热退火，然后加入40 µL浓度为20 mM带电荷的嵌段共聚物。

立即涡旋震荡溶液，并在室温下孵育5分钟。进行盐退火时，向寡核苷酸溶液中加入氯化钠溶液，使其终浓度为1摩尔，并以最大速度涡旋震荡10秒。室温孵育混合物10分钟，然后将其加载至透析盒中。

上样前，使用永久性记号笔标记 cartridge，并将其在缓冲液中浸泡至少两分钟，以充分水化膜。通过逆时针旋转取下帽盖，使用加样枪头将样品加入。轻轻挤压膜以排出多余空气，然后重新盖上帽盖。

将 cartridge 置于含有 1X PBS 0.5 摩尔氯化钠的透析液中，确保其漂浮且两侧膜均暴露于透析液中。24 小时后，将 cartridge 转移至 1X PBS 中，再浸泡 24 小时。最后一次透析完成后，从透析液中取出 cartridge，打开盖子，并使用加样枪头吸取样品以回收样本。

将样品放入干净的1.5毫升微量离心管中，冷藏保存至准备使用。根据论文中的说明，在DLS仪器中制备样品，然后至少采集一分钟的数据，确保在整个采集时间内计数率保持恒定。检查自相关数据。

长时间基线应平坦，自相关曲线应平滑且散射最小。通过采集更多数据可改善数据中的噪声。要使用 Irena 进行数据降减和分析，请首先导入胶束的背景数据集。

将样品和背景数据一同在双对数坐标系中作图，计算样品与背景的比值，并验证高 Q 区域的渐近行为。在此 Q 范围内计算平均比值，并使用数据处理宏命令将背景乘以该比值进行缩放。然后将扣除背景后的信号对 Q 作图，并以新文件名保存数据，注意不要覆盖原始数据。

打开建模宏，然后加载并绘制扣除背景后的数据。为了获得聚电解质复合胶束（PCM）外表面的近似模型，在数据控制中选择流动至中等Q范围，确保包含存在的振荡。在模型控制中，选择第一个散射群体，并确保它是唯一正在使用的群体。

为模型选择尺寸分布，选择所需的分布类型，并选定形状因子。本示例采用柔性圆柱体，需在用户自定义形状因子中手动添加。下载并添加柔性圆柱体的形状因子，然后输入参数一和参数二对应的函数名称及初始值，分别对应圆柱体的长度和库恩长度。

这些圆柱体的长度超过了SAXS可分辨的范围，因此将圆柱体长度参数固定为一个较大的值。通过在尺度、平均尺寸和宽度字段中输入数值，设置搜索的初始参数。然后点击“计算模型”以绘制出相应的形貌因子。

找到合理的参数后，单击“拟合模型”以对数据进行非线性最小二乘拟合。接下来，对相变材料核心内单个聚合物的散射进行建模。调整数据控件，选择出现额外散射的 Q 范围，该范围通常位于中等到较高区间。

添加第二个散射群体，并确保它是唯一正在使用的群体。为模型选择统一层级，调整GDA参数G和RG，以确保模型不会在低Q值区域预测过强的散射，然后使用光标间拟合PB宏功能获得这些参数的初始估计值。对于形状因子，对统一层级模型进行非线性拟合。

如果存在衍射峰，则在感兴趣的 Q 范围内为衍射峰添加第三个模型。在获得各个散射组分的近似拟合值后，同时开启全部三个模型，并优化整体拟合结果。最后，检查每个参数值是否保持在合理的物理范围内，并通过选择“存储到文件夹”来保存拟合结果。

该实验步骤的结果应得到一个复合模型，能够很好地描述大尺度范围内的小角X射线散射数据。本方案用于设计、组装和表征核酸聚电解质复合胶束（PCMs）。胶束核心的尺寸主要由嵌段共聚物中带电嵌段的长度决定，而基本不受均聚物长度的影响。

通过动态光散射技术获得了由相对较长的嵌段共聚物与短单链寡核苷酸形成的球形 PCM 的数据。自相关函数以单一时间尺度衰减至一个平坦值，从而在反演拉普拉斯尺寸分布（repIS 尺寸分布）中产生单一的粒径峰。复杂的小角 X 射线散射（SAXS）强度谱可以通过结合多种空间相关模型进行精确拟合，而多角度光散射可用于将散射测量扩展到更长的长度尺度。

具有不同形貌的PCM也可通过电子显微镜成像，以验证其核半径和形状是否与SAXS数据拟合所得的数值一致。在拟合SAXS数据时，重要的是要考虑到每一个散射特征，并结合透射电子显微镜（TEM）等互补方法，以确保所使用的形貌因子是正确的。