脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNP）是核酸药物递送领域广研究的非病毒载体体系，其粒径大小、粒径分布及胶体稳定性直接影响制剂的理化性质、体内分布和递送性能。DMG-PEG2000作为LNP配方中常用的PEG化脂质组分，通过在颗粒表面形成亲水性聚合物层，参与调节纳米颗粒的形成过程、界面性质及颗粒间相互作用。DMG-PEG2000的摩尔比例不仅影响LNP的平均粒径，还可能改变粒径分布宽度、多分散指数（Polydispersity Index，PDI）以及储存过程中的尺寸稳定性。

在一定配方和制备条件下，提高DMG-PEG2000摩尔比例通常有利于限制颗粒过度生长、降低颗粒间聚集概率，并使LNP形成较小的表观水动力学尺寸。然而，PEG化脂质比例的影响并非简单的线性关系。过高的DMG-PEG2000含量可能改变脂质组装行为、颗粒表面结构及核酸包封过程，并影响后续细胞摄取和内体逃逸。因此，需要综合考虑粒径、PDI、包封率、颗粒结构及递送效率，确定合理的PEG化脂质比例。

本文从LNP的形成机制出发，分析DMG-PEG2000摩尔比例对粒径及粒径分布的影响规律，讨论PEG链段的空间位阻、界面覆盖程度、颗粒成核与生长过程，以及不同配方和制备条件之间的相互作用，并提出系统的实验表征和处方优化方案，为LNP制剂的设计提供理论参考。

1. 引言

脂质纳米颗粒是由多种脂质组分通过自组装形成的纳米尺度递送体系。典型核酸LNP通常包含可离子化脂质、辅助磷脂、胆固醇及PEG化脂质，各组分在颗粒形成、结构稳定和递送过程中承担不同功能。

其中，可离子化脂质主要参与核酸结合及内体逃逸；辅助磷脂和胆固醇参与调节脂质组装、颗粒结构及膜相关性质；PEG化脂质则主要调控颗粒表面性质、形成过程和胶体稳定性。

DMG-PEG2000是由二肉豆蔻酰甘油脂质锚定基团与平均分子量约为2000 Da的PEG链段构成的PEG化脂质。其疏水脂质部分能够参与LNP的脂质组装，而亲水PEG链段则伸展至颗粒周围的水相环境，在一定条件下形成具有空间排斥作用的界面层。

在LNP制备过程中，PEG化脂质的摩尔比例是影响粒径的重要处方参数之一。尤其在微流控混合或快速溶剂置换条件下，DMG-PEG2000能够参与调控颗粒形成初期的界面稳定状态，从而影响终的尺寸分布。

但需要注意的是，LNP粒径并非仅由PEG化脂质比例决定。可离子化脂质种类、脂质组成、核酸类型及浓度、混合速率、流速比和缓冲液条件等因素，均可能与PEG化脂质产生耦合作用。

因此，研究DMG-PEG2000摩尔比例与LNP粒径分布之间的关系，应采用多指标综合评价方法，而不能仅依据平均粒径的变化判断配方优劣。

2. DMG-PEG2000在LNP中的结构与作用

2.1 DMG-PEG2000的分子结构特征

DMG-PEG2000同时具有疏水性脂质锚定基团和亲水性PEG链段，表现出典型的两亲性结构特征。

其中，DMG脂质部分可参与LNP的疏水组装，而PEG2000链段能够与周围水分子发生有利的溶剂化相互作用，形成具有一定厚度的水化界面层。

相较于锚定更稳定的长链PEG化脂质，DMG-PEG2000的脂质锚定部分具有相对较快从颗粒表面脱离或交换的可能性。这种性质既可能影响LNP的储存与生物介质中的表面状态，也可能参与调控颗粒与细胞之间的相互作用。

2.2 DMG-PEG2000对颗粒形成过程的调节

LNP通常通过脂质乙醇溶液与核酸水溶液快速混合形成。在溶剂组成快速变化的过程中，脂质分子发生重新排列并与核酸形成纳米结构。

PEG化脂质能够在颗粒形成初期参与界面覆盖，影响颗粒之间的融合、组装与生长行为。适当提高DMG-PEG2000含量，可能减少形成过程中颗粒间直接接触及进一步聚集的机会，从而使终粒径减小。

这一机制可以解释为什么在许多LNP配方中，PEG化脂质比例增加常伴随粒径降低。然而，这种变化还取决于具体的脂质组成及混合动力学，不能视为适用于所有LNP体系的固定规律。

3. DMG-PEG2000摩尔比例对LNP粒径的影响

3.1 不同摩尔比例下的粒径变化规律

DMG-PEG2000的摩尔比例通常表示其在总脂质摩尔数中所占的百分比：

在其他条件保持一致时，PEG化脂质含量的变化能够改变颗粒表面PEG链段的覆盖程度，从而影响颗粒形成和生长过程。

已有研究观察到，随着DMG-PEG2000摩尔比例提高，LNP的平均粒径逐渐减小。例如，2022年发表的mRNA-LNP研究中，当DMG-PEG2000摩尔比例由0.25 mol%提高至3 mol%时，pH 7.4条件下测得的平均粒径由约210 nm下降至100 nm。研究同时指出，这一变化与透析过程中的组成变化及颗粒重组有关。

另一项针对siRNA-LNP的研究也发现，随着DMG-PEG2000比例由0.5 mol%提高至4.5 mol%，颗粒的DLS平均粒径明显减小。

该结果表明，在相应配方和制备条件下，提高PEG化脂质比例能够有效降低LNP的水动力学尺寸。

但这一规律并非普遍适用。2025年的另一项研究发现，在0.1–10 mol%的DMG-PEG比例范围内，LNP粒径总体处于180–230 nm，PEG比例对尺寸的影响相对有限，且较高比例的部分配方反而出现粒径略微增大的现象。

这说明DMG-PEG2000比例与LNP粒径之间的关系具有明显的配方依赖性，需要结合具体实验体系进行解释。

3.2 低摩尔比例下的粒径增大现象

当DMG-PEG2000含量较低时，LNP表面能够提供空间位阻的PEG链段数量可能不足，导致颗粒形成过程中或制备完成后更容易发生颗粒融合和聚集。

在这种情况下，体系可能表现出平均粒径较大、粒径分布较宽以及批次间差异增大的现象。

特别是在快速混合过程中，若PEG化脂质无法及时覆盖新形成的脂质聚集结构，颗粒可能继续生长或与其他颗粒结合，终形成较大的纳米颗粒群体。

因此，较低的PEG化脂质比例可能不利于获得尺寸均匀且稳定的LNP制剂，但具体阈值应由实验确定。

3.3 较高摩尔比例下的粒径调控

当DMG-PEG2000比例适当提高时，PEG链段在颗粒表面的覆盖程度可能增加，从而限制颗粒进一步生长。

这一作用主要体现在两个方面：一是减少颗粒形成过程中相邻脂质结构的融合概率；二是降低形成后颗粒之间的直接接触与聚集倾向。

然而，过高的PEG化脂质含量可能改变LNP的组装结构、脂质分布及核酸负载特征，并增加颗粒表面的聚合物屏蔽效应。因此，即使粒径继续减小，也不能直接推断递送性能必然提高。

4. DMG-PEG2000摩尔比例对LNP粒径分布及PDI的影响

4.1 PDI的表征意义

PDI是动态光散射测试中常用的粒径分布评价参数，能够反映颗粒体系的表观分散程度。

一般而言，PDI越低，通常说明测得的颗粒群体具有较窄的尺寸分布；PDI较高则可能提示粒径分布较宽、多种尺寸群体共存或存在较大聚集体。

不过，PDI是由DLS相关函数分析得到的指标，并不等同于显微图像中粒径的标准差，也不应直接作为所有颗粒体系均匀程度的唯一判断依据。

4.2 不同PEG比例下的分布特征

在较低PEG比例下，颗粒形成过程中的生长程度可能不一致，部分颗粒还可能发生聚集，从而导致粒径分布变宽。

随着DMG-PEG2000含量增加，若PEG化脂质能够更有效地限制颗粒生长和聚集，粒径分布可能趋于集中，PDI随之降低。

但PDI与PEG比例之间不一定存在单调关系。例如，2024年一项比较0.5、1.5和3 mol% DMG-PEG2000的研究发现，各组LNP的PDI均低于0.3，说明在该实验体系中，不同PEG比例均能够形成相对可分散的纳米颗粒。

因此，粒径下降并不必然伴随PDI同步下降，二者需要分别评价。

4.3 粒径分布与颗粒均一性的关系

对于核酸递送体系，颗粒均一性具有重要意义。粒径差异可能影响颗粒的表面积与体积关系、单颗粒核酸负载量以及与生物界面的相互作用。

较窄的粒径分布通常有利于提高制剂批次间的一致性，但并不能单独保证包封率或转染效率更高。

此外，DLS的散射强度分布对大颗粒较为敏感，即使样品中只有少量较大的聚集体，也可能对测量结果产生明显影响。因此，应结合冷冻透射电镜（Cryo-TEM）或其他颗粒分析技术进一步验证粒径分布。

5. DMG-PEG2000调控LNP粒径的主要机制

5.1 界面覆盖与空间位阻效应

DMG-PEG2000对LNP粒径的影响首先与PEG链段在颗粒表面的分布有关。

当PEG化脂质含量增加时，颗粒表面亲水性链段的覆盖程度可能提高，颗粒之间发生直接接触所需克服的自由能代价随之增加。

对于已经形成的LNP，PEG层能够降低颗粒融合或聚集的倾向；对于正在形成的LNP，PEG化脂质还可能通过改变界面稳定状态限制颗粒继续生长。

因此，DMG-PEG2000既参与颗粒形成过程，也影响形成后胶体体系的稳定性。

5.2 表面积与体积关系的影响

对于近似球形的LNP，其表面积与体积分别为：

其中，\(r\) 为颗粒半径，\(d\) 为颗粒直径。

随着颗粒直径减小，单位体积对应的表面积增加。在其他组分和PEG表面覆盖条件受到约束时，较高PEG化脂质比例可能与更小的稳定颗粒尺寸相对应。

但这种几何关系本身并不能证明PEG比例与粒径之间存在严格的反比关系，因为LNP的内部结构、脂质分配以及实际表面PEG含量都可能发生变化。

5.3 颗粒组装动力学的影响

LNP的形成属于快速、非平衡的自组装过程。脂质分子在混合过程中的局部浓度、溶剂组成及相互作用状态不断变化，因此终颗粒尺寸可能受到形成动力学的显著影响。

DMG-PEG2000可能通过改变初始聚集体的界面性质，影响颗粒成核、生长和后续重排过程。

特别是在微流控制备体系中，PEG化脂质比例与混合时间尺度之间可能存在耦合关系。即使PEG比例相同，不同混合设备和流速条件也可能获得不同的粒径分布。

6. DMG-PEG2000摩尔比例对LNP其他理化性质的影响

DMG-PEG2000含量的变化不仅影响粒径及PDI，还可能改变核酸包封率、Zeta电位、储存稳定性及生物学性能。

6.1 对核酸包封率的影响

核酸包封率是评价LNP制剂的重要指标。DMG-PEG2000比例变化可能改变脂质组装过程、颗粒内部结构及核酸分布，从而影响包封效率。

适当PEG化脂质含量能够帮助形成较为稳定的颗粒，但如果PEG化脂质比例过高，也可能影响脂质与核酸之间的组装过程。

需要指出的是，较小的粒径不一定意味着更高的包封率。即使不同配方具有相近的包封率，其单颗粒核酸负载量、空载颗粒比例及核酸分布仍可能存在差异。

6.2 对储存稳定性的影响

PEG化脂质在LNP表面形成的亲水性界面层能够减少颗粒之间的直接接触，在适宜条件下有助于延缓聚集与融合。

但DMG-PEG2000具有一定的表面脱离或脂质交换倾向，因此初始粒径稳定并不意味着长期储存期间的颗粒表面组成保持不变。

在储存稳定性研究中，除测量粒径和PDI外，还应关注核酸完整性、包封率及颗粒组成变化。

6.3 对细胞摄取及转染效率的影响

PEG化脂质比例的优化还需要考虑LNP进入细胞后的递送表现。

较高PEG覆盖程度可能减少非特异性相互作用，但同时也可能阻碍颗粒与细胞膜之间的有效接触，影响细胞摄取和内体逃逸。

因此，PEG比例较高的配方即使具有更小的粒径，也未必能够获得高的核酸表达效率。2024年的肌肉注射mRNA-LNP研究发现，PEG化脂质比例同时影响粒径、包封稳定性和转染表现，提示处方优化需要考虑具体的递送场景。

7. 不同DMG-PEG2000摩尔比例的实验设计与表征

为明确DMG-PEG2000摩尔比例对LNP粒径分布的影响，可在固定其他脂质组成及制备参数的基础上，设计不同PEG化脂质比例的处方组。

7.1 摩尔比例梯度设计

建议根据目标LNP体系及文献范围设置合理的PEG比例梯度。

上述梯度为研究设计示例，不代表优配方。改变PEG比例时，应明确由哪一种脂质补足摩尔百分比，并保持总脂质浓度及其他关键变量一致。

7.2 DLS粒径测试与统计分析

建议每种处方制备至少三个独立批次，并在相同稀释条件、介质组成和测试温度下测量粒径及PDI。

除报告Z-average粒径外，还应保留DLS强度分布曲线，并关注是否存在大尺寸颗粒峰或多峰现象。

统计分析可采用单因素方差分析或适当的非参数方法比较不同PEG比例组的差异。对于具有明确剂量趋势的数据，还可以建立PEG摩尔比例与粒径之间的回归模型。

7.3 粒径与PDI的综合分析

可将粒径与PDI绘制于同一处方评价图中，观察不同PEG比例下的变化关系。

该示例说明，在一定条件下，粒径可能随着PEG比例增加而下降，而PDI可能先降低后趋于稳定，甚至略有回升。

实际论文应使用实验结果替换模拟数据，并结合误差线和显著性检验分析变化规律，不能将模拟曲线作为实测结论。

8. DMG-PEG2000摩尔比例的优化原则与应用意义

LNP处方优化的核心目标并不是获得尽可能小的粒径，而是实现粒径分布、结构稳定性、核酸负载和递送功能之间的平衡。

在部分应用中，较小且均匀的LNP有利于提高制剂的一致性；但在其他递送场景下，颗粒尺寸、表面PEG覆盖及细胞摄取之间可能存在不同的良好组合。

因此，DMG-PEG2000比例优化应采用多指标评价策略。

首先，应根据具体的可离子化脂质及核酸类型，确定适宜的PEG化脂质范围。其次，应控制制备工艺参数，排除混合条件对粒径变化的干扰。后，还应通过包封率、储存稳定性及相关功能实验验证所选配方是否满足实际应用需求。

此外，2026年的一项处方实验设计研究表明，PEG化脂质比例与其他脂质组分之间存在复杂的组成—响应关系，采用实验设计法（Design of Experiments，DoE）有助于分析这些相互作用，而不仅是逐一改变单个组分。

9. 结论

DMG-PEG2000摩尔比例是影响LNP粒径及粒径分布的重要处方参数之一。其主要通过调节颗粒表面的PEG覆盖程度、界面空间位阻以及脂质组装过程，影响颗粒形成后的平均尺寸和胶体稳定性。

在许多LNP配方中，适当增加DMG-PEG2000摩尔比例能够降低平均粒径，并有可能改善粒径分布均一性。但不同脂质体系中的变化趋势并不完全一致，PDI也未必随PEG比例增加而持续下降。

此外，较高PEG化脂质比例可能影响核酸包封、表面结构和细胞递送性能。因此，DMG-PEG2000的优摩尔比例应通过粒径、PDI、包封率、稳定性及功能评价综合确定。

通过合理控制PEG化脂质含量，并结合可重复的制备工艺和多维度表征手段，有望提高LNP制剂的尺寸可控性、批次一致性和应用可靠性。

参考文献

1. Payload distribution and capacity of mRNA lipid nanoparticles. 关于DMG-PEG2000比例、粒径及核酸负载量的研究。

2. Single-Particle Spectroscopic Chromatography Reveals Heterogeneous RNA Loading and Size Correlations in Lipid Nanoparticles. ACS Nano, 2024.

3. Role of size, surface charge, and PEGylated lipids of lipid nanoparticles (LNPs) on intramuscular delivery of mRNA. Journal of Nanobiotechnology, 2024.

4. Formulation-Driven Optimization of PEG-Lipid Content in Lipid Nanoparticles for Enhanced mRNA Delivery In Vitro and In Vivo. Pharmaceutics, 2025.

5. Tailoring lipid nanoparticle dimensions through manufacturing processes. 关于制备工艺对LNP粒径的影响。

6. Revisiting the lipid ratio in lipid nanoparticles: A comparison of OFAT and design of experiments approaches. 2026年处方实验设计研究。