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换算

根据 DNA 序列和吸光度计算光学性质、摩尔浓度、质量浓度、物质的量和质量，并支持修饰基团校正。

所有消光系数单位为 M⁻¹·cm⁻¹，浓度和体积分别使用 mol/L 与 L。

各项计算的论文来源和内部公式见 FAQ：光学与浓度换算的计算依据和参考文献。

1) 260 nm 单链摩尔消光系数

  • 作用： 按序列和相邻碱基模型计算单链 DNA 在 260 nm 的理论摩尔消光系数，输出 M⁻¹·cm⁻¹ 数值，供吸光度与浓度换算使用。
  • 计算方法： 单个核苷酸直接查单碱基 ε260 参数；长度至少为 2 时，按 ε260 = Σ相邻二核苷酸系数 − Σ内部单碱基系数 确定性计算。
  • API： dnakit.thermodynamics.extinction_coefficient_260nm(sequence[必须], max_sequence_length[可选])
  • 输入： 必填线性、单链、canonical A/C/G/T 序列；可选序列长度上限。
  • 输出： 返回 ExtinctionCoefficientResult，示例展示 value_m_inverse_cm_inverse、wavelength_nm、method。
  • 示例代码：
from dnakit import DNASequence
from dnakit.thermodynamics import extinction_coefficient_260nm

result = extinction_coefficient_260nm(DNASequence("ACGT"))
print(result.value_m_inverse_cm_inverse, result.wavelength_nm, result.method)
  • 示例结果：
40300.0 260 nearest-neighbor-hypochromicity

2) 单链/双链理论光学性质

  • 作用： 在一次调用中计算单链或双链 DNA 的 ε260、分子量及相关光学属性，为后续 OD260、质量和物质的量换算提供统一参数。
  • 计算方法： 单链沿用相邻二核苷酸 ε260 和无水 DNA 残基分子量公式；双链 average-base-pair 按 13200 × 碱基对数 计算 ε260，strand-sum-hypochromicity 按 (ε1 + ε2) × (1 − h) 计算，其中 h 必须由调用方提供。修饰的 Δε 和 ΔMW 最后按数量相加。
  • API： dnakit.thermodynamics.optical_properties(sequence[必须], strand_type[可选], complement[可选], duplex_method[可选], hypochromicity_fraction[可选], modifications[可选])
  • 输入： 必填 canonical DNA 序列；可选单/双链、显式互补链、双链模型、hypochromicity 分数和修饰项。
  • 输出： 返回 OpticalPropertiesResult，包含 260 nm 消光系数、分子量和计算方法。
  • 示例代码：
from dnakit import DNASequence
from dnakit.thermodynamics import optical_properties

single = optical_properties(DNASequence("ACGT"))
average = optical_properties(DNASequence("ACGT"), strand_type="double")
explicit = optical_properties(
    DNASequence("ACGT"),
    strand_type="double",
    duplex_method="strand-sum-hypochromicity",
    hypochromicity_fraction=0.15,
)
print(
    single.extinction_coefficient_260_m_inverse_cm_inverse,
    round(single.molecular_weight_dalton, 2),
)
print(average.extinction_coefficient_260_m_inverse_cm_inverse, average.method)
print(explicit.extinction_coefficient_260_m_inverse_cm_inverse, explicit.method)
  • 示例结果：
40300.0 1173.84
52800.0 average-dsdna-base-pair-extinction
68510.0 sequence-specific-strand-sum-with-explicit-hypochromicity

3) 1 OD260 对应的 nmol 和质量

  • 作用： 根据 DNA 的消光系数和分子量，把 1 OD260 对应的核酸量换算为 nmol 与 µg，避免使用不区分序列的固定经验系数。
  • 计算方法： 在 1 cm 参考光程下按 1 OD260 = A260 × 体积(mL) = 1 定义，使用 nmol/OD260 = 10⁶/ε260 和 µg/OD260 = 1000 × MW/ε260 换算。
  • API： dnakit.thermodynamics.optical_properties(sequence[必须], strand_type[可选], complement[可选], duplex_method[可选], hypochromicity_fraction[可选], modifications[可选])
  • 输入： 必填 DNA 序列；可选链类型、双链模型和显式修饰。
  • 输出： 返回 OpticalPropertiesResult，示例展示 one_od260_nmol、one_od260_microgram。
  • 示例代码：
from dnakit import DNASequence
from dnakit.thermodynamics import optical_properties

result = optical_properties(DNASequence("ACGT"))
print(round(result.one_od260_nmol, 4), round(result.one_od260_microgram, 4))
  • 示例结果：
24.8139 29.1275

4) A260 到摩尔浓度、质量浓度和总量

  • 作用： 使用 A260、光程、消光系数和样品体积计算摩尔浓度、质量浓度、总物质的量及总质量，用于定量核酸样品。
  • 计算方法： 先计算 A260校正 = A260实测 − Σ(A标记峰值 × 交叉吸收因子)，再按 Beer–Lambert 定律 c = A260校正 × 稀释倍数 / (ε260 × 光程) 得到摩尔浓度；质量浓度为 c × MW，提供体积时再计算 n = cV 和总质量。
  • API： dnakit.thermodynamics.concentration_from_a260(measured_a260[必须], properties[必须], path_length_cm[可选], dilution_factor[可选], label_corrections[可选], volume_liter[可选])
  • 输入： 必填实测 A260 和 OpticalPropertiesResult；可选光程、稀释倍数、染料校正和样品体积。
  • 输出： 返回 A260ConcentrationResult，示例展示 amount_mol、mass_microgram、corrected_a260、molar_concentration_micromolar。
  • 示例代码：
from dnakit import DNASequence
from dnakit.thermodynamics import concentration_from_a260, optical_properties

properties = optical_properties(DNASequence("ACGT"))
result = concentration_from_a260(
    0.403,
    properties,
    path_length_cm=1.0,
    dilution_factor=1.0,
    volume_liter=0.001,
)
assert result.amount_mol is not None and result.mass_microgram is not None
print(result.corrected_a260)
print(
    round(result.molar_concentration_micromolar, 4),
    round(result.mass_concentration_ng_per_microliter, 4),
)
print(round(result.amount_mol * 1e9, 4), round(result.mass_microgram, 4))
  • 示例结果：
0.403
10.0 11.7384
10.0 11.7384

5) 浓度、物质的量和质量互换

  • 作用： 结合分子量和体积，在摩尔浓度、质量浓度、物质的量和质量之间进行一致换算，并明确返回各结果单位。
  • 计算方法： 使用 m = n × MW、n = m/MW、c = n/V 和 n = cV 做纯量纲换算；质量浓度与摩尔浓度通过 MW 互换，不进行模型估计。
  • API： dnakit.thermodynamics.convert_oligo_quantity(molecular_weight_dalton[必须], volume_liter[可选], molar_concentration_molar[可选], mass_concentration_g_per_l[可选], amount_mol[可选], mass_g[可选])
  • 输入： 必填分子量；四种浓度/总量输入中必须且只能提供一种，浓度转总量时还必须提供体积。
  • 输出： 返回 OligoQuantityResult，示例展示 amount_nmol、mass_microgram、input_kind。
  • 示例代码：
from dnakit.thermodynamics import convert_oligo_quantity

result = convert_oligo_quantity(
    1173.84,
    volume_liter=0.001,
    molar_concentration_molar=1e-5,
)
print(round(result.amount_nmol, 4), round(result.mass_microgram, 4))
print(result.input_kind)
  • 示例结果：
10.0 11.7384
molar_concentration_molar

6) 染料和修饰基团的显式校正

  • 作用： 根据用户提供的染料、末端基团或其他修饰增量，校正 ε260、分子量和 A260 派生结果，使带修饰寡核苷酸的浓度换算可审计。
  • 计算方法： 对每种修饰按 count × Δε260 和 count × ΔMW 求和后加到未修饰值；染料交叉吸收按 A标记峰值 × 校正因子 从实测 A260 中减去。所有修正参数均由调用方提供。
  • API： dnakit.thermodynamics.OpticalModification(name[必须], count[可选], extinction_coefficient_260_delta_m_inverse_cm_inverse[可选], molecular_weight_delta_dalton[可选])、dnakit.thermodynamics.LabelAbsorbanceCorrection(name[必须], absorbance_at_label_max[必须], a260_correction_factor[必须])
  • 输入： 修饰名称及显式的修正值；OpticalModification 传入 optical_properties()，LabelAbsorbanceCorrection 传入 concentration_from_a260()。
  • 输出： 返回使用显式修饰参数校正后的光学性质结果。
  • 示例代码：
from dnakit import DNASequence
from dnakit.thermodynamics import (
    LabelAbsorbanceCorrection,
    OpticalModification,
    concentration_from_a260,
    optical_properties,
)

properties = optical_properties(
    DNASequence("ACGT"),
    modifications=(
        OpticalModification(
            "fluorophore",
            count=2,
            extinction_coefficient_260_delta_m_inverse_cm_inverse=1000.0,
            molecular_weight_delta_dalton=100.0,
        ),
    ),
)
result = concentration_from_a260(
    0.5,
    properties,
    label_corrections=(
        LabelAbsorbanceCorrection(
            "fluorophore",
            absorbance_at_label_max=0.2,
            a260_correction_factor=0.1,
        ),
    ),
)
print(
    properties.extinction_coefficient_260_m_inverse_cm_inverse,
    round(properties.molecular_weight_dalton, 2),
)
print(
    round(result.label_a260_subtracted, 4),
    result.corrected_a260,
    round(result.molar_concentration_micromolar, 4),
)
  • 示例结果：
42300.0 1373.84
0.02 0.48 11.3475