CN110073212B - 用于多重测试的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了包含珠粒的组合物以及在多重化学和生物测定中使用其的方法，所述珠粒具有用于存储关于多重测定的信息的独特模拟代码标识符。

Description

用于多重测试的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月16日提交的美国临时申请序列第62/396,056的优先权利益，所述美国临时申请序列通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及包含用独特的模拟代码标识符编码的珠粒的组合物，以及在多重化学和生物测定中制备和使用它们的方法。
背景技术
免疫学和分子诊断测定在研究和临床领域中起着关键作用。通常有必要对一小组多个靶标进行检测，以获得有意义的或鸟瞰图的结果，以促进研究或临床决策。在基因组学和蛋白质组学的时代尤其如此，其中认为丰富的遗传标志物和/或生物标志物影响或预测特定的疾病状态。理论上，多个靶标的测定可以通过在不同的反应容器中分别并行或顺序测试每个靶标(即，多项单重法(multiple singleplexing))来实现。然而，采用单重法策略的测定不仅通常很麻烦，而且通常还需要大的样品体积，尤其是当要分析的靶标数量很大时。
多重测定在单次测定中同时测量多种分析物(两种或更多种)。多重测定通常用于高通量筛选设置，其中可以一次分析许多样本。同时检测多种分析物以及并行分析许多样本的能力是多重检测的标志，也是此类检测已成为范围从药物发现到功能基因组学到临床诊断的领域的有力工具的原因。与单重法相反，通过在同一反应容器中组合所有靶，由于每个样品仅处理一个反应容器，因此测定远没有那么麻烦且更容易执行得多。因此，所需的测试样品的体积可以显著减小，这在样品(例如，肿瘤组织、脑脊髓液或骨髓)难以大量取出和/或大量取出具有侵害性时尤其重要。同样重要的是可以降低试剂成本并且大大提高测定通量。
许多用于多重检测的技术是可用的，包括荧光编码的珠粒、条形编码的磁珠等。常规地，所有这些悬浮阵列珠粒用于进行实际的生物测定。在这些基于珠粒的多重测定系统中，对于测定中的每个珠粒存在两种标识系统。一种系统用于标识连接于珠粒表面的捕获剂，而第二种标识系统用于指示与特定捕获剂结合的分析物的存在或量。Luminex技术是以胶乳珠为中心的基于珠粒的多重检测系统的实例，所述胶乳珠具有与任何给定珠粒相关联的两种不同的荧光团。在胶乳聚合过程中将第一荧光染料注射入珠粒中，并用于揭示珠粒的身份(即与珠粒相关联的捕获剂的识别)。当存在被珠粒连接的分析物捕获剂捕获的分析物分子时，将第二荧光团与引入珠粒的分析物结合剂缀合。在其它基于珠粒的测定中，第一标识系统可以被除基于荧光的那些系统外的系统替代。例如，在Applied Biocode’s BMB系统中，第一标识系统被条形码替代。
尽管有这些进步，仍然需要利用单独可识别的珠粒以用于多重高通量测定的方法和系统，所述多重高通量测定不仅确保实验结果的高精度和重现性，而且还能够执行与和测定本身不直接相关的信息和数据存储相关的其它功能。
在整个说明书中，引用了各种专利、专利申请和其它类型的出版物(例如，期刊论文)。本文引用的所有专利、专利申请和出版物的公开内容出于所有目的通过引用整体并入本文。
发明内容
本公开除其它以外公开了具有基本上相同大小和形状的用独特的信息存储标识符编码的珠粒(例如，聚合物珠粒)的组合物，以及在多重化学和生物测定中使用它们的方法。
因此，本文中提供了用于进行多重测定的方法，其包括以下步骤：a)在测定系统中使样品与珠粒接触，其中系统中的每个珠粒包含(1)具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；(2)基本上不透明的聚合物层，其中基本上不透明的聚合物层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面并包围基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码标识符的二维形状；其中所述系统包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号；和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少所述基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个表面上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；以及同时或以任何顺序相继地：b)识别被成像处理器识别为特定测定的标识符；以及c)通过基于对应于捕获剂的模拟代码标识符的识别，分析分析物与固定在珠粒表面上的捕获剂的结合来检测样品中分析物的结合。在一些实施方案中，该系统还包括(iii)至少两种珠粒、至少三种珠粒，至少四种珠粒，至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，该系统还包含(iv)至少一种被成像处理器识别为阳性或阴性对照的珠粒。在一些实施方案中，位置标识符对应于医院、诊断实验室、地址、保健专业人员的办公室或研究实验室。在一些实施方案中，该系统还包含(v)至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物层的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；和(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码标识符进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
在其它方面，本文提供了用于进行多重测定的套件，其包含：a)一组珠粒，其中所述组中的每个珠粒包含(1)具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；(2)基本上不透明的聚合物层，其中基本上不透明的聚合物层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面并包围基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中该组珠粒包括(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种额外珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；和b)能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的信号发射实体。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的二抗与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的核苷酸探针与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体是藻红蛋白、GFP、RFP、CFP、YFP、FITC、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶或放射性标记物。在一些实施方案中，所述套件还包含至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述套件还包含成像处理器，用于(i)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为特定测定的标识符的珠粒，(ii)识别所述多种珠粒上的所述标识符，(iii)检测由所述信号发射实体产生的信号量，(iv)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为制造批次的标识符的珠粒，(v)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为个体的标识符的珠粒，(vi)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为位置标识符的标识符的珠粒，或(vii)识别所述至少一种被预先标记以用于校准所述成像处理器的珠粒。在一些实施方案中，套件还包含能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的实体，其中所述实体包括亲和标签。在一些实施方案中，亲和标签是生物素、His6或麦芽糖。在任何上述实施方案的一些实施方案中，所述套件还包含至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；和(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码标识符进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
在其它方面，本文提供了多重测定系统，其包含a)根据上述实施方案中的任一个的套件中的多种珠粒；和b)包含成像处理器系统和反应检测系统的装置，其中通过解码系统中的成像处理器识别对应于(i)特定测定或测定套件、(ii)特定分析物、(iii)制造批次、(iv)个体、(v)位置标识符和/或(vi)定标信号中的一种或多种的标识符激活软件的使用，所述软件分析通过与所述特定测定相关的反应检测系统检测的检测信号。
在其它方面，本文提供了用于进行多重测定的方法，其包括以下步骤：a)在测定系统中使样品与珠粒接触，其中系统中的每个珠粒包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行，其中基本上不透明的聚合物层的轮廓包含表示模拟代码标识符的二维形状；其中所述系统包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；以及同时或以任何顺序相继地：b)识别被成像处理器识别为特定测定的标识符；和c)通过基于对应于捕获剂的模拟代码标识符的识别，分析分析物与固定在珠粒表面上的捕获剂的结合来检测样品中分析物的结合。在一些实施方案中，该系统还包含(iii)至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述系统还包含(iv)至少一种被成像处理器识别为阳性或阴性对照的珠粒。在一些实施方案中，位置标识符对应于医院、诊断实验室、地址、保健专业人员的办公室或研究实验室。在一些实施方案中，该系统还包含(v)至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。在一些实施方案中，珠粒还包含：(2)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分层，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；和(4)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码标识符进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(5)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(6)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
在其它方面，本文提供了用于进行多重测定的套件，其包含：a)一组珠粒，其中所述组中的每个珠粒包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行，其中基本上不透明的聚合物层的轮廓包含表示模拟代码标识符的二维形状；并且其中珠粒的组包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；和b)能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的信号发射实体。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的二抗与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的核苷酸探针与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体是藻红蛋白、GFP、RFP、CFP、YFP、FITC、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶或放射性标记物。在一些实施方案中，所述套件还包含至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述套件还包含成像处理器，用于(i)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为特定测定的标识符的珠粒，(ii)识别所述多种珠粒上的所述标识符，(iii)检测由所述信号发射实体产生的信号量，(iv)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为制造批次的标识符的珠粒，(v)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为个体的标识符的珠粒，(vi)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为位置标识符的标识符的珠粒，或(vii)识别所述至少一种被预先标记以用于校准所述成像处理器的珠粒。在一些实施方案中，套件还包含能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的实体，其中所述实体包括亲和标签。在一些实施方案中，亲和标签是生物素、His6或麦芽糖。在一些实施方案中，套件还包含至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。在一些实施方案中，珠粒还包含：(2)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；以及(4)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码标识符进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(5)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(6)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的圆盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
在其它方面，本文提供了多重测定系统，其包含a)根据上述实施方案中的任一个的套件中的多种珠粒；和b)包含成像处理器系统和反应检测系统的装置，其中通过解码系统中的成像处理器识别对应于(i)特定测定或测定套件、(ii)特定分析物、(iii)制造批次、(iv)个体、(v)位置标识符和/或(vi)定标信号中的一种或多种的标识符激活软件的使用，所述软件分析通过与所述特定测定相关的反应检测系统检测的检测信号。
应理解，可将上文和本文中描述的各种实施方案的一个、一些或所有性质组合以形成本发明的其它实施方案。本公开的这些和其它方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见。通过下面的详细描述进一步描述本公开的这些和其它实施方案。
附图简述
图1A和1B显示示例性珠粒的两个视图。
图1C和1D显示使用示例性珠粒进行分析物检测的示例性测定。
图2A和2B显示示例性珠粒的两个视图。
图3显示示例性模拟编码方案，其包括用于生成独特的模拟代码的多个形状变化点。
图4A显示珠粒的三个实例，每个实例具有独特的模拟代码。
图4B显示根据一些实施方案的具有唯一模拟代码的珠粒的实例。
图5A和5B显示示例性珠粒的两个视图。
图6A和6B显示示例性珠粒的两个视图。
图6C显示示例性模拟代码的尺寸。尺寸基于μm单位。
图7显示示例性珠粒。
图8A显示示例性珠粒，其包括不对称的起始位置作为定向指示器。
图8B显示示例性模拟编码方案，其包括用于生成独特的模拟代码的多个形状变化点。
图9A-9C显示示例性胎圈的两个视图(图9A和图9B)，以及任选的特征的描绘(图9C)。
图10显示用于产生示例性珠粒的方法。
图11A和11B显示用于产生示例性珠粒的方法。
图12A-12E显示用于产生示例性珠粒的方法。
图13A-13C显示用于产生示例性珠粒的方法。
图14描绘使用用本文所述的独特标识符编码的珠粒组合物的示例性方法。
具体实施方式
本公开除其它以外提供了用于多重生物和化学测定的珠粒(诸如聚合物珠粒)组合物以及产生和使用它们的方法。组合物中的每个单独的珠粒具有独特的模拟代码标识符和可连接至每个珠粒表面的特定捕获剂(例如，化学化合物和/或生物分子)。因此，此类珠粒可用于进行高通量和多重化学和生物测定，因为由于每个珠粒含有对应于捕获剂的独特模拟代码标识符，所以可以容易地确定连接于珠粒的任何单独捕获剂的身份。为了特定信息存储的目的(包括但不限于，凭借含有对应于特定信息的模拟代码标识符的额外珠粒识别珠粒的制造批号、识别将使用所述珠粒的测定或测定套件、识别位置(诸如但不限于测定中使用的样品的来源，或进行测定的实验室或医院)和/或识别个体(诸如但不限于提供待测定的给定样品的个体))，可以包括具有模拟代码标识符的额外珠粒。出于校准用于识别与组合物中每个珠粒相关的标识符的成像处理器，可以用模拟代码标识符标记组合物中的额外珠粒。
I.一般技术
除非另有说明，否则本公开的实践将采用如在本领域技术人员的能力内的聚合物技术、光刻、微流体、有机化学、生物化学、寡核苷酸合成和修饰、生物共轭化学、核酸杂交、分子生物学、微生物学、遗传学、重组DNA以及相关领域中的常规技术。所述技术描述于本文引用的参考文献中，并在文献中进行了充分解释。
关于分子生物学和重组DNA技术，参见，例如，(Maniatis,T.等(1982),MolecularCloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor；Ausubel,F.M.(1987),CurrentProtocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates and Wiley-Interscience；Ausubel,F.M.(1989),Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium ofMethods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates andWiley-Interscience；Sambrook,J.等(1989),Molecular Cloning:ALaboratory Manual,Cold Spring Harbor；Innis,M.A.(1990),PCR Protocols:A Guide to Methods andApplications,Academic Press；Ausubel,F.M.(1992),Short Protocols in MolecularBiology:ACompendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates；Ausubel,F.M.(1995),Short Protocols in MolecularBiology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates；Innis,M.A.等(1995),PCR Strategies,Academic Press；Ausubel,F.M.(1999),Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium ofMethods from Current Protocols in Molecular Biology,Wiley以及年度更新(annualupdates)。
关于DNA合成技术和核酸化学，参见例如，Gait,M.J.(1990),OligonucleotideSynthesis:A Practical Approach,IRL Press；Eckstein,F.(1991),Oligonucleotidesand Analogues:A Practical Approach,IRL Press；Adams,R.L.等(1992),TheBiochemistry of the Nucleic Acids,Chapman&Hall；Shabarova,Z.等(1994),AdvancedOrganic Chemistry of Nucleic Acids,Weinheim；Blackburn,G.M.等(1996),NucleicAcids in Chemistry and Biology,Oxford University Press；Hermanson,G.T.(1996),Bioconjugate Techniques,Academic Press)。
关于微细加工，参见例如(Campbell,S.A.(1996),The Science and Engineeringof Microelectronic Fabrication,Oxford University Press；Zaut,P.V.(1996),Micromicroarray Fabrication:a Practical Guide to Semiconductor Processing,Semiconductor Services；Madou,M.J.(1997),Fundamentals of Microfabrication,CRCPress；Rai-Choudhury,P.(1997).Handbook of Microlithography,Micromachining,&Microfabrication:Microlithography)。
II.定义
如本文中所用，除非另有说明，否则单数形式“一个/种(a)”，“一个/种(an)”和“该(the)”包括复数所指物。
如本文中所用，“生物分子”意指由活生物体产生的任何分子，包括但不限于大的聚合分子诸如蛋白质、多糖、脂质和核酸，以及小分子诸如，但不限于初级代谢产物、次级代谢产物和天然产物。
如本文中所用，“样品”是指含有待检测的材料(诸如分子)的组合物。在一个实施方案中，样品是“生物样品”(即，从活的来源(例如人、动物、植物、细菌、真菌、原生生物、病毒)获得的任何材料)。生物样品可呈任何形式，包括固体材料(例如组织、细胞沉淀和活组织检查)和生物液体(例如尿液、血液、唾液、淋巴液、泪液、汗液、前列腺液、精液(seminalfluid)、精液(semen)、胆汁、粘液、羊水和漱口液(含口腔细胞))。固体材料通常与流体混合。样品也可以指环境样品诸如水、空气、土壤或任何其它环境来源。
如本文中所用，“分析物”是广义术语，并且在其通常意义上用作待确定其存在、不存在或数量的物质，包括但不限于，指样品诸如生物样品或细胞或细胞群中可被分析的物质或化学成分。分析物可以是存在其的天然存在的结合成员的物质，或者可以为其制备结合成员的物质。分析物的非限制性实例包括，例如，抗体、抗原、多核苷酸(诸如RNA、DNA或cDNA)、多肽、蛋白质、激素、细胞因子、生长因子、类固醇、维生素、毒素、药物和上述物质的代谢物，以及细菌、病毒、真菌、藻类、真菌孢子等。
如本文中所用，“生物样品”是指可以源自活的来源的材料。此类样品包括生物分子和生物聚合物。
如本文中所用，术语“化学化合物”意指由两种或更多种不同的具有独特和确定的化学结构的化学元素组成的任何化学物质。
应理解，本文描述的本公开的方面和实施方案包括“包含”方面和实施方案、“由方面和实施方案组成”和“基本上由方面和实施方案组成”。
在整个本说明书中给出的每个最大数值限制都包括每个较低的数值限度，如同在本文中明确写出此类较低的数值限度一样。在整个说明书中给出的每个最小数值限度将包括每个较高的数值限制，如同在此处明确写出此类较高的数值限度一样。在整个本说明书中给出的每个数值范围将包括落入此类更宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，如同在本文中全部明确写出此类较窄的数值范围一样。
如本文中所用，术语“聚合物”可以指包含重复单体的任何大分子结构。聚合物可以是天然的(例如，天然存在的)或合成的(例如，人造的，诸如由一个或多个非天然单体组成的聚合物和/或以不存在于自然界中的构型或组合聚合的聚合物)。
如本文中所使用，术语“基本上透明的”和“基本上不透明的”可以指光(例如，具有特定波长的，诸如红外光、可见光、UV等)通过物质诸如聚合物层的能力。基本上透明的聚合物可以指对于光是透明的、半透明的和/或能透过的聚合物，而基本上不透明的聚合物可以指反射和/或吸收光的聚合物。应当理解，材料是基本上透明的还是基本上不透明可取决于照射材料的光的波长和/或强度，以及检测穿过材料的光(或其减少或不存在)的装置。在一些实施方案中，与周围材料或影像野(image field)相比，基本上不透明的材料导致透射光的可感知的减少，例如，如通过光学显微镜(例如，明视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、微分干涉差(DIC)显微镜、Nomarski干涉差(NIC)显微镜、Nomarski，霍夫曼调制对比(HMC)显微镜或荧光显微镜)成像的。在一些实施方案中，基本上透明的材料允许可感知量的透射光穿过材料，例如，通过光学显微镜(例如，明视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、微分干涉差(DIC)显微镜、Nomarski干涉差(NIC)显微镜、Nomarski，霍夫曼调制对比(HMC)显微镜或荧光显微镜)成像的。
如本文中所用，术语“模拟代码”可以指其中编码的信息以非量化和/或非离散方式表示的任何代码，例如，与数字代码相反。例如，对于有限的一组值(例如，0/1类型值)，在离散位置处对数字代码进行采样，然而可以在更大的位置范围(或作为连续的整体)对模拟代码进行采样和/或模拟代码可以包含更宽的一组值(例如，形状)。在一些实施方案中，可以使用一种或多种模拟形状识别技术来读取或解码模拟代码。
如本文中所用，术语“捕获剂”是广义术语，并且以其普通含义使用，是指能够特异性识别目标分析物的任何化合物或物质。在一些实施方案中，特异性识别可以指特异性结合。捕获剂的非限制性实例包括，例如，DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。
术语“抗体”以最广义使用，包括单克隆抗体(包括具有免疫球蛋白Fc区的全长抗体)、多克隆抗体、多特异性抗体(例如，双特异性抗体、双抗体和单链分子)以及抗体片段(例如，Fab、F(ab')2和Fv)。
III.珠粒组合物
本文提供了适用于分析物检测例如多重分析物检测的编码珠粒。如本文中所用，术语珠粒和微载体可互换使用。本文考虑、描述和举例说明了编码珠粒的多种配置。
在一些方面，本文提供了编码珠粒，其包含：具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；基本上不透明的聚合物层，其中基本上不透明的聚合物层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面并且包围基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码的二维形状。在一些实施方案中，珠粒还包含用于捕获分析物的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中与基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个耦合。因此，珠粒包含至少两层：其中一层基本上是透明的，并且其中另一层是基本上不透明的二维形状，其表示模拟代码。有利地，这些珠粒可以采用各种二维形状，同时仍然保持均匀的整体形式(例如，基本上透明的聚合物层的周边)，以实现各方面的均匀性，包括例如整体尺寸、物理性质和/或溶液中的行为。该类型的珠粒及其方面的实例示于图1A-5B中。
在一些实施方案中，珠粒还包括固定至基本上透明的聚合物层的表面的基本上不透明的磁层，所述磁层包围基本上透明的聚合物层的中心部分。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层位于基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间。
在一些实施方案中，珠粒还包括与第一基本上透明的聚合物层对齐并固定于其的第二基本上透明的聚合物层。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层各自具有中心部分，并且第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层的中心部分是对齐的。在一些实施方案中，珠粒还包括基本上不透明的磁层，其包围第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层的中心部分。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层位于基本上不透明的聚合物层与第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层的中心部分之间。
在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度小于约以下厚度(以nm为单位)中的任何厚度：10000、9500、9000、8500、8000、7500、7000、6500、6000、5500、5000、4500、4000、3500、3000、2500、2000、1500、1000、950、900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、400、350、300、250、200、150或100。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度大于约以下厚度(以nm为单位)中的任何厚度：50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000或9500。即，基本上不透明的磁层的厚度可以是具有为10000、9500、9000、8500、8000、7500、7000、6500、6000、5500、5000、4500、4000、3500、3000、2500、2000、1500、1000、950、900、850、800、750、700、650、600、550、500、450、400、350、300、250、200、150或100的上限以及为50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000或9500的独立选择的下限的厚度(以nm为单位)范围中的任何厚度范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm、约100nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约500nm、约550nm、约600nm、约650nm、约700nm、约750nm、约800nm、约850nm、约900nm、约950nm、约1μm、约1.5μm、约2μm、约2.5μm、约3μm、约3.5μm、约4μm、约4.5μm、约5μm、约5.5μm、约6μm、约6.5μm、约7μm、约7.5μm、约8μm、约8.5μm、约9μm、约9.5μm或约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.01μm、约0.02μm、约0.03μm、约0.04μm、约0.05μm、约0.06μm、约0.07μm、约0.08μm、约0.09μm、约0.1μm、约0.11μm、约0.12μm、约0.13μm、约0.14μm、约0.15μm、约0.16μm、约0.17μm、约0.18μm、约0.19μm、约0.20μm、约0.25μm、约0.30μm、约0.35μm、约0.40μm、约0.45μm或约0.50μm。
在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器。可通过成像(例如，本文所述的显微或其它成像形式)和/或通过图像识别软件看到和/或检测到的珠粒的任何特性可以用作定向指示器。定向指示器可以用作参考点，例如，用于图像识别算法，以以均匀定向对模拟代码的图像(即，基本上不透明的聚合物层的形状)进行定向。有利地，这简化了图像识别，因为算法仅需要将特定模拟代码的图像与在相同定向上的模拟代码库进行比较，而不与包括在所有可能定向上的所有模拟代码的库进行比较。在一些实施方案中，定向指示器可以独立于基本上不透明的聚合物层。例如，其可以形成为磁层和/或基本上透明的聚合物层的一部分。在其它实施方案中，定向指示器可以形成为基本上不透明的聚合物层的一部分。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性(例如，如图2A中的间隙210所示的)。
在一些实施方案中，珠粒还包括从珠粒表面(例如，珠粒的顶部和/或底部表面)突出的一个或多个柱。如本文中所用，“柱”可以指从珠表面突出，并且不一定表示维度上的任何规则性，也不表示任何圆柱形特征的任何几何形状。例如，柱的外表面可以与珠粒表面平行或不平行。可以从珠粒突出的柱状形状的实例包括但不限于矩形棱柱、三角形、棱锥体、立方体、圆柱体、球体或半球体、圆锥体等。在一些实施方案中，一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层和/或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，一个或多个柱可以从第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层中的一个或多个面向外的表面(例如，未固定至另一层的表面)突出。应注意，本文中对珠粒厚度的任何描述都不包括所述维度中的一个或多个柱。也就是说，如本文所述的珠粒厚度与从其突出的任何可选的柱无关。
在一些实施方案中，一个或多个柱的高度为约1μm至约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱的高度为约1μm、高度为约1.5μm、高度为约2μm、高度为约2.5μm、高度为约3μm、高度为约3.5μm、高度为约4μm、高度为约4.5μm、高度为约5μm、高度为约5.5μm、高度为约6μm、高度为约6.5μm、高度为约7μm、高度为约7.5μm、高度为约8μm、高度为约8.5μm、高度为约9μm、高度为约9.5μm或高度为约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱小于约以下高度(以μm为单位)中的任何高度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，一个或多个柱大于约以下高度(以μm为单位)中的任何高度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，一个或多个柱可以是具有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的高度范围中的任何高度范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，一个或多个柱可以是圆柱形的。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径为约1μm至约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径为约1μm、约1.5μm、约2μm、约2.5μm、约3μm、约3.5μm、约4μm、约4.5μm、约5μm、约5.5μm、约6μm、约6.5μm、约7μm、约7.5μm、约8μm、约8.5μm、约9μm、约9.5μm或约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径小于约以下长度(以μm为单位)中的任何长度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，所述一个或多个柱的直径大于约以下长度(以μm为单位)中的任何长度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，一个或多个柱可具有拥有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的直径范围中的任何直径范围，其中下限小于上限。在其它实施方案中，一个或多个柱可具有与上文所述的任何直径大致相同的宽度，或者与上文所述的任何直径范围大致相同的宽度范围，但一个或多个柱可采用椭圆柱体、抛物面柱体、双曲面柱体的形状或本文所述或本领域已知的任何其它圆柱形或多面体形状。
在其它方面，本文提供了编码珠粒，其包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行，其中基本上不透明的聚合物层的轮廓包含代表模拟代码的二维形状。在一些实施方案中，珠粒还包含用于捕获分析物的捕获剂，其中捕获剂在至少基本上不透明的聚合物层的中心部分中与基本上不透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个耦合。因此，珠粒由珠粒本身的形状(例如，轮廓)：表示模拟代码的二维形状编码。有利地，这些珠粒可被高效且高精度地制造，允许高度精确的解码和成本有效的生产。这种类型的珠粒及其方面的实例示于图6A-9C中。
在一些实施方案中，珠粒还包括从基本上不透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱。如上文更详细描述的，“柱”可以指从珠粒表面突出并且不一定表示柱状维度中的任何规则性的任何几何形状。可以使用上述示例性柱状形状的任何形状。
在一些实施方案中，一个或多个柱的高度为约1μm至约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱的高度为约1μm、高度为约1.5μm、高度为约2μm、高度为约2.5μm、高度为约3μm、高度为约3.5μm、高度为约4μm、高度为约4.5μm、高度为约5μm、高度为约5.5μm、高度为约6μm、高度为约6.5μm、高度为约7μm、高度为约7.5μm、高度为约8μm、高度为约8.5μm、高度为约9μm、高度为约9.5μm或高度为约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱小于约以下高度(以μm为单位)中的任何高度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，一个或多个柱大于约以下高度(以μm为单位)中的任何高度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，一个或多个柱可以是具有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的高度范围中的任何高度范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，一个或多个柱可以是圆柱形的。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径介于约1μm与约10μm之间。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径为约1μm、约1.5μm、约2μm、约2.5μm、约3μm、约3.5μm、约4μm、约4.5μm、约5μm、约5.5μm、约6μm、约6.5μm、约7μm、约7.5μm、约8μm、约8.5μm、约9μm、约9.5μm或约10μm。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径小于约以下长度(以μm为单位)中的任何长度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，一个或多个柱的直径大于约以下长度(以μm为单位)中的任何长度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，一个或多个柱可具有拥有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的直径范围中的任何直径范围，其中下限小于上限。在其它实施方案中，一个或多个柱可具有与上文所述的任何直径大致相同的宽度，或者与上文所述的任何直径范围大致相同的宽度范围，但一个或多个柱可采用椭圆柱体、抛物面柱体、双曲面柱体的形状或本文所述或本领域已知的任何其它圆柱形或多面体形状。
在一些实施方案中，珠粒还包括包含被固定至基本上不透明的聚合物层的表面的磁性材料的磁层。在一些实施方案中，磁层不延伸超出基本上不透明的聚合物层的二维形状。也就是说，如果要对基本上不透明的聚合物层的轮廓进行成像，则所得图像不会因磁层的存在或不存在而改变。在一些实施方案中，磁层可包括上述的一个或多个柱。也就是说，上述一个或多个柱可以由本文所述的磁性材料制成。
在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器。可通过成像(例如，本文所述的显微或其它成像形式)和/或通过图像识别软件看到的和/或检测的珠粒的任何特性可以用作定向指示器。定向指示器可以用作参考点，例如，用于图像识别算法，以以均匀定向对模拟代码的图像(即，基本上不透明的聚合物层的形状)进行定向。有利地，这简化了图像识别，因为算法仅需要将特定模拟代码的图像与在相同定向上的模拟代码库进行比较，而不与包括在所有可能定向上的所有模拟代码的库进行比较。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的聚合物层的轮廓的不对称性。例如，定向指示器可包括珠粒轮廓的可见特性，诸如不对称性(例如，如图8A和9A中的起始位置804和904所示的)。
本文所述的珠粒中的任何珠粒可包括下文所述的一个或多个特性、元件或方面。另外，取决于珠粒的实施方案，一个或多个下面所述的特性、元件或方面可以采用不同的特征，例如，如上所述的。
在一些实施方案中，本公开的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。用于制造本文所述组合物的合适的环氧基聚合物包括但不限于由Hexion Specialty Chemicals,Inc.(Columbus,OH)提供的EPONTM家族的环氧树脂和由The Dow Chemical Company(Midland,MI)提供的任何编号的环氧树脂。合适的聚合物的许多实例是本领域公知的，包括但不限于SU-8、EPON 1002F、EPON 165/154和聚(甲基丙烯酸甲酯)/聚(丙烯酸)嵌段共聚物(PMMA-co-PAA)。对于另外的聚合物，参见，例如，Warad,IC Packaging:PackageConstruction Analysis in Ultra Small IC Packaging,LAP LAMBERT AcademicPublishing(2010)；The Electronic Packaging Handbook,CRC Press(Blackwell,ed.),(2000)；和Pecht等，Electronic Packaging Materials and Their Properties,CCRPress，第1版，(1998)。这些类型的材料具有在水性环境中不溶胀的有利方面，这确保了在珠粒群内保持均匀的珠粒尺寸和形状。在一些实施方案中，基本上透明的聚合物是光致抗蚀剂聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是基于环氧基负性近紫外光致抗蚀剂。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物是与一种或多种不透明或有色染料混合的本文所述的聚合物(例如，SU-8)。在其它实施方案中，基本上不透明的聚合物是黑色基质抗蚀剂。可以使用本领域已知的任何黑色基质抗蚀剂；关于示例性黑色基质抗蚀剂和与其相关的方法，参见，例如，美国专利第8,610,848号。在一些实施方案中，黑色基质抗蚀剂可以是用黑色色素着色的光致抗蚀剂，例如，如在LCD的滤色器上作为黑色基质的一部分图案化的。黑色基质抗蚀剂可包括但不限于由Toppan Printing Co.(Tokyo)、Tokyo OHKAKogyo(Kawasaki)和Daxin Materials Corp.(Taichung City,Taiwan,China)销售的那些。
在一些实施方案中，可以参考一个或多个聚合物层的中心部分。本公开的中心部分可以采用任何形状。在一些实施方案中，中心部分的形状可以反映或对应于相应聚合物层的形状(例如，轮廓)。在其它实施方案中，中心部分的形状可以与对应的聚合物层的形状(例如，轮廓)无关。例如，圆形珠粒表面的中心部分在一些实施方案中可以是圆形的，而在其它实施方案中可以是正方形。在一些实施方案中，正方形珠粒表面的中心部分可以是正方形，而在其它实施方案中可以是圆形。
在一些实施方案中，本公开的聚合物层的中心部分为约5％、约7％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％或约90％的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，本公开的聚合物层的中心部分小于约基本上透明的聚合物层的以下分数(以％计)中的任何分数：90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或7。在一些实施方案中，本公开的聚合物层的中心部分大于约基本上透明的聚合物层的以下分数(％)中的任何分数：5、7、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80或85。也就是说明，包含在中心部分中的聚合物层表面积的分数可以是具有为90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或7的上限以及为5、7、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80或85的独立选择的下限的百分比范围中的任何百分比范围，其中下限小于上限。在一些实施方案中，聚合物层的中心部分包含约25％的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒表面的中心部分包括整个表面减去珠粒的轮廓部分。
如上所述，本公开的珠粒还可包含磁层，其可以采用如本文所述的各种形状。在一些实施方案中，磁层可以是基本上不透明的层。在一些实施方案中，磁层可包括磁性材料。本公开的磁层可以由任何合适的磁性材料(诸如具有顺磁性、铁磁性或亚铁磁性的材料)制成。磁性材料的实例包括但不限于铁、镍、钴和一些稀土金属(例如，钆、镝、钕等)，以及其合金。在一些实施方案中，磁性材料包含镍，包括但不限于元素镍和磁性镍合金，诸如铝镍钴合金和坡莫合金。在本公开的珠粒中包含磁层例如在促进磁性分离方面可以是有利的，所述磁层可用于洗涤、收集和以其它方式操作一种或多种珠粒。
如上所述，在一些实施方案中，磁层可被固定至基本上透明的聚合物层的表面上并且包围基本上透明的聚合物层的中心部分。在其它实施方案中，如上所述，磁层可包括一个或多个柱；即，上述一个或多个柱可由本文所述的磁性材料制成。
在一些实施方案中，本公开的珠粒可以用构成二维形状的基本上不透明的层编码。例如，如上所述，二维形状可以构成与珠粒的基本上透明的层形成对比的基本上不透明的层的形状，或者其可以构成珠粒本身的形状(例如，周边)。可使用任何可包括多种可分辨和区别的变化种类的二维形状。在一些实施方案中，二维形状包括线性、圆形、椭圆形、矩形、四边形或更高多边形外观、元件和/或形状中的一种或多种。
在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环。在一些实施方案中，一个或多个环中的至少一个包含不连续性。使用具有不同数量和构型的不连续性的一个或多个环(例如，两个环)形成的示例性和非限制性二维形状示于图4B中。
在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括齿轮形状。本文中使用的齿轮形状可以指排列在基本上圆形、椭圆形或圆形体的周边上的多个形状(例如，齿轮齿)，其中多个形状中的至少两个在空间上是分开的。在一些实施方案中，齿轮形状包含多个齿轮齿。在一些实施方案中，模拟代码由选自所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列的一个或多个方面表示。有利地，齿轮形状包括多个方面，包括齿轮齿的高度、齿轮齿的宽度、齿轮齿的数量、以及齿轮齿的排列，所述方面可以变化以生成种类繁多的潜在独特的二维形状。然而，应当理解，由于本公开的齿轮形状用于编码并且不需要与另一齿轮物理地相互啮合(例如，与传递扭矩的机械齿轮一样)，本公开的齿轮齿不受相同或相互啮合形状的需要约束，无论是在一个齿轮形状内还是在多个齿轮形状之间。因此，可以被认为是本公开的齿轮齿的形状的多样性明显大于机械齿轮。
在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿的宽度为约1μm、宽度为约1.5μm、宽度为约2μm、宽度为约2.5μm、宽度为约3μm、宽度为约3.5μm、宽度为约4μm、宽度为约4.5μm、宽度为约5μm、宽度为约5.5μm、宽度为约6μm、宽度为约6.5μm、宽度为约7μm、宽度为约7.5μm、宽度为约8μm、宽度为约8.5μm、宽度为约9μm、宽度为约9.5μm或宽度为约10μm。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿的宽度小于以下宽度(以μm为单位)中的任何宽度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施例中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿的宽度大于以下宽度(以μm为单位)中的任何宽度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，多个齿轮齿可包含一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿可以是具有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的宽度范围中的任何宽度范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿的高度为约1μm至约10μm。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿的高度约1μm、高度为约1.5μm、高度为约2μm、高度为约2.5μm、高度为约3μm、高度为约3.5μm、高度为约4μm、高度为约4.5μm、高度为约5μm、高度为约5.5μm、高度为约6μm、高度为约6.5μm、高度为约7μm、高度为约7.5μm、高度为约8μm、高度为约8.5μm、高度为约9μm、高度为约9.5μm、高度为约10μm。在一些实施方案中，所述多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿小于约以下高度(以μm为单位)中的任何宽度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，所述多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿大于约以下高度(以μm为单位)中的任何高度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，多个齿轮齿可包含一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿可以是具有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的高度范围中的任何高度范围，其中下限小于上限。应当理解，如果齿轮齿从其延伸的相邻周边区段是不均匀的，则取决于参考点，齿轮齿可具有不同的可测量的高度(参见，例如，图6C中的齿轮齿，取决于参考点，其高度可为4或6.5μm)。
在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿间隔约1μm至约10μm。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿间隔约1μm、间隔约1.5μm、间隔约2μm、间隔约2.5μm、间隔约3μm、间隔约3.5μm、间隔约4μm、间隔约4.5μm、间隔约5μm、间隔约5.5μm、间隔约6μm、间隔约6.5μm、间隔约7μm、间隔约7.5μm、间隔约8μm、间隔约8.5μm、间隔约9μm、间隔约9.5μm或间隔约10μm。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿间隔小于约以下宽度(以μm为单位)中的任何宽度：10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿间隔大于约以下宽度(以μm为单位)中的任何宽度：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5。也就是说，多个齿轮齿可包含一个或多个齿轮齿，所述齿轮齿可间隔具有为10、9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2或1.5的上限以及为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5的独立选择的下限的宽度间隔范围中的任何宽度间隔范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，本公开的珠粒是基本上圆形的盘。如本文中所用，基本上圆形的形状可以指在所述形状周边的所有点与形状的几何中心之间具有大致相同距离的任何形状。在一些实施方案中，如果连接几何中心和周边上的给定点的任何潜在半径之间的变化表现出10％或更小的长度变化，则认为形状基本上是圆形的。如本文中所用，基本上圆形的圆盘可以指任何基本上圆形的形状，其中形状的厚度显著小于其直径。例如，在一些实施方案中，基本上圆形的盘的厚度可小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约20％、小于约15％、小于约10％或小于约5％的其直径。在某些实施方案中，基本上圆形的盘的厚度可为其直径的约20％。应当理解，其轮廓为齿轮形状的本公开的珠粒也可以被认为是基本上圆形的盘；例如，除了一个或多个齿轮齿之外的珠粒的形状可包含基本上圆形的盘。
在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。例如，在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm、小于约200μm、小于约180μm、小于约160μm、小于约140μm、小于约120μm、小于约100μm、小于约80μm、小于约60μm、小于约40μm或小于约20μm。在一些实施方案中，珠粒是球形的并且测得直径约为300μm。在其它实施方案中，珠粒是矩形的并且测得直径约为300μm。在一些实施方案中，珠粒是矩形的并且尺寸为约40x 60x 5μm。
在一些实施方案中，珠粒的直径为约180μm、约160μm、约140μm、约120μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm或约10μm。在某些实施方案中，珠粒的直径为约60μm。
在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。例如，在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、小于约25μm、小于约20μm、小于约15μm、小于约10μm或小于约5μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约以下厚度(以μm为单位)中的任何厚度：70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2。在一些实施方案中，珠粒的厚度大于约以下厚度(以μm为单位)中的任何厚度：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60或65。也就是说，珠粒的厚度可以是具有为70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2的上限有和为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60或65的独立选择的下限的厚度(以μm为单位)范围中的任何厚度范围，其中下限小于上限。
在一些实施方案中，珠粒的厚度为约50μm、约45μm、约40μm、约35μm、约30μm、约25μm、约20μm、约19μm、约18μm、约17μm、约16μm、约15μm、约14μm、约13μm、约12μm、约11μm、约10μm、约9μm、约8μm、约7μm、约6μm、约5μm、约4μm、约3μm、约2μm或约1μm。在某些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。
在一些方面，本公开的珠粒可包含捕获剂。在一些实施方案中，用于特定珠粒种类的捕获剂可以是“独特的捕获剂”，例如，捕获剂与具有特定标识符(例如，模拟代码)的特定珠粒种类相关联。捕获剂可以是能够结合溶液中存在的一种或多种分析物(诸如生物分子或化学化合物)的任何生物分子或化学化合物。生物分子捕获剂的实例包括但不限于DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。化学化合物捕获剂的实例包括但不限于化学文库、小分子或环境毒素(例如，农药或重金属)的各个组分。
在一些实施方案中，将捕获剂偶联至珠粒的表面(在一些实施方案中，在至少珠粒表面的中心部分)。在一些实施方案中，可将捕获剂化学连接至珠粒上。在其它实施方案中，可将捕获剂物理吸附至珠粒的表面。在一些实施方案中，捕获剂与珠表面之间的连接键联可以是共价键。在其它实施方案中，捕获剂与珠粒表面之间的连接键联可以是非共价键，包括但不限于盐桥或其它离子键、一个或多个氢键、疏水相互作用、范德瓦尔斯力、伦敦分散力、机械键、一个或多个卤键、亲金作用、嵌入或堆积。
在一些方面，用于同一分析物的不止一种(诸如，两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种或十种)捕获剂可各自与本文所述的珠粒缔合。在该实施方案中，特定分析物的每种捕获剂以不同的亲和力(如通过分析物/捕获剂结合的解离常数所测量的)结合分析物。因此，在组合物中的多种珠粒内，可存在两个或更多个具有与同一分析物结合的捕获剂的珠粒亚群，但其中与每个亚群缔合的捕获剂以不同的亲和力与分析物结合。在一些实施方案中，分析物对任何捕获剂的解离常数不大于10-6M，诸如10-7M或10-8M。在其它实施方案中，分析物对任何捕获剂的解离常数为约10-10M至约10-6M，诸如约10-10M至约10-7M、约10-10M至约10-8M、约10-10M至约10-9M、约10-9M至约10-6M、约10-9M至约10-7M、约10-9M至约10-8M、约10-8M至约10-6M或约10-8M至约10-7M。在一些实施方案中，分析物对任何两种捕获剂的解离常数相异多达约3log10，诸如多达约2.5log10、2log10、1.5log10或1log10。
在一些实施方案中，将本公开的分析物偶联至珠粒以捕获一种或多种分析物。在一些实施方案中，可以从样品诸如本文所述的生物样品中捕获一种或多种分析物。在一些实施方案中，分析物可包括但不限于DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在其它实施方案中，分析物是能够与捕获剂结合的化学化合物(诸如小分子化合物)，诸如化学文库中的单个组分、小分子或环境毒素(例如，杀虫药或重金属)。
本公开的样品，例如生物样品，可呈任何形式，包括固体材料(例如组织、细胞沉淀和活检物)和生物流体(例如尿液、血液及其组分诸如血清、唾液、淋巴、眼泪、汗液、前列腺液、精液(seminal fluid)、精液(semen)、胆汁、粪便、粘液、羊水和漱口水(含口腔细胞))。固体材料通常与流体混合。样品也可以指环境样品诸如水、空气、土壤或任何其它环境来源。在一些实施方案中(如下文实施方案5中所示)，样品包含血清。
在一些方面，样品(诸如生物样品)中的分析物可以用能够在结合捕获剂时发射可检测信号的信号发射实体进行标记。在一些实施方案中，信号发射实体可以是基于比色的。在其它实施方案中，信号发射实体可以是基于荧光的，包括但不限于藻红蛋白、蓝色荧光蛋白、绿色荧光蛋白、黄色荧光蛋白、青色荧光蛋白及其衍生物。在其它实施方案中，信号发射实体可以是基于放射性同位素的，包括但不限于用32P、33P、22Na、36Cl、2H、3H、35S和123I标记的分子。在其它实施方案中，信号发射实体是基于光的，包括但不限于荧光素酶(例如，基于化学发光的)、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶及其衍生物。在一些实施方案中，可在与珠粒接触之前用信号发射实体标记存在于样品中的生物分子或化学化合物。在其它实施方案中，可在与珠粒接触之后，用信号发射实体标记存在于样品中的生物分子或化学化合物。
A.珠粒的形状
本文所述的珠粒可具有任何三维几何形状。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是球形的，包括半球形的。在其它实施方案中，多种珠粒的形状可以是卵形的。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是立方体的，包括但不限于整流立方体(rectifiedcube)、矩形立方体、截切立方体(truncated cube)、星座立方体(cantellated cube)、全截立方体(omnitruncated cube)或缓冲立方体(snub cube)。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是圆柱形的，包括但不限于正圆柱体(right circular cylinder)、椭圆柱体或斜圆柱体。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是圆锥形的，包括但不限于正圆锥体或斜圆锥体。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是棱锥体的，包括但不限于正方形棱锥体或五边形棱锥体。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是四面体。在一些实施方案中，多种珠粒的形状可以是棱柱形的。另外，多种珠粒的其它实施方案可以是任何形式的多面体，包括但不限于十二面体、截角截半二十二面体(icosidodecahedron)、菱形三面体或菱形十二面体。
在一些方面，本文所述的一些组合物的珠粒可具有光滑且不存在表面不规则的表面。如本文中所用，如果从组合物中的任何一个珠粒的重心到珠粒表面上的任何两个点的距离变化不超过约10％，则珠粒是“光滑的并且不存在表面不规则”。在一些实施方案中，从组合物中的任何一个珠粒的重心到珠粒表面上的任何两个点的距离可以变化不超过约19％、约18％、约17％、约16％、约15％、约14％、约13％、约12％、约11％、约10％、约9％、约8％、约7％、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％、约1％、约0.5％或约0.25％(包括端值)，以及这些百分比之间的任何数值。在一些实施方案中，可以使用显微镜检查来确定珠粒表面没有深凹痕、孔洞或高凸起(high bump)。
B.珠粒的尺寸
在一些方面，本文所述组合物的珠粒可具有基本相同的尺寸和形状。如本文中所用，“基本相同的尺寸”意指组合物中的任何两个珠粒(诸如，聚合物珠粒)之间在最宽维度处测量的距离之间的变化小于约10％。在一些实施方案中，组合物中任何两个珠粒之间在最宽维度处测量的距离之间的变化可小于约9％、约8％、约7％、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％、约1％、约0.5％或约0.25％(包括端点)，以及这些数字之间的任何数值。如本文中所用，“基本相同的形状”意指组合物中的每个珠粒与组合物内的任何其它珠粒形状相同。
C.标识符
本文所述的珠粒组合物中的每个珠粒可以与一种或多种独特的标识符相关联。在一些实施方案中，标识符是模拟代码标识符。在一些方面，标识符对应于出于进行特定测定的目的而被固定至珠粒表面的捕获剂的身份(例如，抗体、小分子化学化合物或核酸探针)。在其它方面，本文所述的珠粒组合物包含具有模拟代码标识符的额外珠粒，所述模拟代码标识符也可用于存储信息(例如，数据)和/或执行与多重测定本身不直接相关的其它功能。例如，在一些实施方案中，模拟标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号。
在一些实施方案中，珠粒组合物和系统包含至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。应理解，至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒中的每种个珠粒可具有模拟代码标识符，其被识别为独立地选自特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的参数。也就是说，所述珠粒中的每个珠粒可具有属于不同类别参数的不同标识符。例如，可以包括至少两种珠粒：一种具有被识别为特定测定的标识符，并且一种具有被识别为制造批次的标识符；或者一种具有被识别为特定测定套件的标识符，并且一种具有被识别为个体的标识符。对于另一个非限制性示例，可以包括至少三种珠粒：一种具有被识别为定标信号的标识符，一种具有被识别为位置标识符的标识符，以及一种具有被识别为特定分析物的标识符。对于另一个非限制性实例，可以包括至少四种珠粒：一种具有被识别为特定测定的标识符，一种具有被识别为位置标识符的标识符，一种具有被识别为特定分析物的标识符，以及一种具有被识别为制造批次的标识符。对于另一个非限制性实例，可以包括至少五种珠粒：一种具有被识别为特定测定的标识符，一种具有被识别为特定测定套件的标识符，一种具有被识别为特定分析物的标识符，一种具有被识别为制造批次的标识符，以及一种具有被识别为定标信号的标识符。对于另一个非限制性实例，可以包括至少六种珠粒：一种具有被识别为特定测定的标识符，一种具有被识别为特定分析物的标识符，一种具有被识别为制造批次的标识符，一种具有被识别为个体的标识符，一种具有被识别为位置标识符的标识符，以及一种具有被识别为定标信号的标识符。
因此，在一些实施方案中，进行测定可以包括使用对应于捕获剂的身份的珠粒的模拟代码标识符识别与多种珠粒中的每一种珠粒耦合的捕获剂，以及使用模拟代码标识符和一种或多种额外珠粒识别定特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符和/或定标信号中的一种或多种。在一个实施方案中，本文所述的珠粒(诸如，聚合物珠粒)组合物含有至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于特定生物或化学多重分析。测定标识符还可用于存储与特定多重测定套件相关的信息，包括套件中包含的组合物中的所有另外的珠粒的功能(诸如，但不限于，与组合物中的珠粒或利用用于校准与测定结合使用的成像处理器的目的的标识符标记的珠粒相关联的捕获剂的身份)。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于特定的制造批次。批次标识符可用于存储与测定套件的特定制造批次相关的信息，包括制造日期、有效期和外部标准曲线，所述外部标准曲线可用于计算待测定的样品(诸如生物样品)中的一种或多种目标分析物的浓度。在另外的实施方案中，可以针对每个生产批次确定多重测定套件中的每种靶分析物的外标准曲线，并且每次产生新的制造批次时将数据并入伴随多重测定套件的软件中。在另一个实施方案中，可通过成像处理器在因特网上访问与这些预定标准曲线相关的数据，所述成像处理器可使用它们来计算样品(诸如生物样本)中的一种或多种目标分析物的浓度。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于个体。个体标识符可用于存储与例如提交用于生物或化学测定分析的样品的个体或下令进行那些测定的个体诸如但不限于保健专业人员相关的信息。如本文中所用，“个体”可以是哺乳动物，诸如任何常见的实验室模型生物。哺乳动物包括但不限于人和非人灵长类动物、农场动物、运动动物、宠物(诸如狗或猫)、小鼠、大鼠和其它啮齿动物。在一些实施方案中，个体是人。在其它实施方案中，个体是已提供待生物或化学测定的生物样品的患者。在另一个实施方案中，个体是下令进行测定的保健专业人员。在另一个实施方案中，个体是政府机构或部门。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物含有至少一种珠粒，其具有被成像处理器识别为对应于位置的模拟代码标识符。位置标识符可用于存储与待测样品相关的位置或待测样品的来源的位置相关的信息。位置标识符的非限制性实例包括医院、保健专业人员的办公室、地址(诸如个人、医院或保健专业人员的地址)或实验室(诸如诊断实验室、医疗实验室、大学实验室或研究实验室)。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物包含至少一种珠粒，其具有被成像处理器识别为对应于时间标识符的模拟代码标识符。时间标识符的非限制性实例包括样本采集的日期。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物含有至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述拟代码标识符被成像处理器识别为将珠粒识别为阳性或阴性对照珠粒。阳性对照珠粒可以是，例如，涂覆有生物素化的牛血清白蛋白(BSA)的珠粒，或可用作阳性对照的任何其它标志物。在一些实施方案中，阳性对照珠粒涂覆盖有生物素，并且使用与链霉抗生物素蛋白或其衍生物缀合的信号发射实体(例如，链霉抗生物素蛋白藻红蛋白缀合物)检测阳性对照珠粒。阴性对照珠粒可以是例如涂覆有BSA的珠粒，或可以用作阴性对照的任何其它标志物。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物含有至少一种被预先标记以用于校准成像处理器的珠粒。
在一些实施方案中，本文所述的珠粒组合物包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于不止一种功能或信片段息(诸如但不限于特定生物或化学多重测定、与特定多重测定套件相关的信息、与特定制造批次、个体、位置相关的信息)。例如，本文所述的珠粒组合物可包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于关于制造批次的信息(包括但不限于制造日期、有效期、标准曲线和截止值)以及将珠粒识别为阴性对照珠粒。作为另一个实例，本文所述的珠粒组合物可含有至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于关于测定套件的信息(包括但不限于套件中包含的组合物中的所有另外的珠粒的功能)以及将珠粒识别为阳性或阴性对照。作为另一个实例，本文所述的珠粒组合物可包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于关于制造批次的信息(包括，但不限于，制造日期、有效期限和可用于计算待测定的样品中一种或多种目标分析物的浓度的外标准曲线)以及将珠粒识别为阳性或阴性对照。作为另一个实例，本文所述的珠粒组合物可含有至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为对应于患者姓名和标识符、医院、保健专业人员、诊断实验室和样本采集日期。作为另一个实例，本文所述的珠粒组合物可包含至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为与珠粒表面结合的捕获剂以及对应于关于测定套件的信息(包括但不限于套件内包含的组合物中所有另外的珠粒的功能)。
D.捕获剂
在一些方面，可将本文所述组合物的珠粒与独特的捕获剂连接。“独特的捕获剂”是指每种捕获剂与具有特定标识符的特定珠粒相关联。捕获剂可以是能够结合存在于溶液中的一种或多种生物分子或化学化合物的任何生物分子或化学化合物。生物分子捕获剂的实例包括但不限于DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、氨基酸、核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体或抗体片段。化学化合物捕获剂的实例包括但不限于化学文库的单个组分、小分子或环境毒素(例如，农药或重金属)。在一些实施方案中，捕获剂可以是化学连接的珠粒。在其它实施方案中，捕获剂可被物理地吸附到珠粒的表面。在一些实施方案中，捕获剂与珠粒之间的连接键联可以是共价键。在其它实施方案中，捕获剂与珠粒之间的连接键联可以是非共价键，包括但不限于盐桥或其它离子键、一个或多个氢键、疏水相互作用、范德瓦尔斯力、伦敦分散力、机械键、一个或多个卤键、亲金作用、嵌入或堆积。
在一个方面，可以通过能够检测信号发射实体的存在的任何装置(例如，成像处理器)检测分析物(诸如信号发射实体标记的化学化合物或生物分子)与捕获剂结合的珠粒的结合。在一些实施方案中，流式细胞术可用于检测信号发射实体的存在。流式细胞术使用光散射、光激发和来自荧光染料报告分子的发射的原理，并且可用于从与报告分子标记的化学化合物或生物分子结合的珠粒生成特定的多参数数据。在遮断最佳聚焦的光源之前，可将珠粒组合物(诸如本文所述的那些)水动力地聚焦在缓冲溶液的鞘中。在一些实施方案中，激光可以用作流式细胞术中的光源。
在一些方面，本文所述的珠粒组合物可用于检测溶液中特定化学化合物或生物分子的存在。因此，在一些实施方案中，捕获剂与溶液中的化学化合物或生物分子的结合可以指示溶液中化学化合物或生物分子的存在。
在一些方面，本文所述的珠粒组合物可用于检测溶液中特定化学化合物或生物分子的浓度。因此，在一些实施方案中，捕获剂与溶液中的化学化合物或生物分子的结合指示溶液中化学化合物或生物分子的浓度。
在一些方面，本文所述的珠粒组合物可用于测定捕获剂对溶液中特定化学化合物或生物分子的结合亲和力。因此，在一些实施方案中，捕获剂与溶液中的化学化合物或生物分子的结合指示捕获剂对溶液中特定化学化合物或生物分子的结合亲和力。
E.信号发射实体
在一些方面，能够与捕获剂结合的样品(诸如生物样品)中的分析物用能够在与捕获剂结合时发射可检测信号的信号发射实体标记。在一些实施方案中，信号发射实体可以是基于比色的。在其它实施方案中，信号发射实体可以是基于荧光的，包括但不限于藻红蛋白、蓝色荧光蛋白、绿色荧光蛋白、黄色荧光蛋白、青色荧光蛋白及其衍生物。在其它实施方案中，信号发射实体可以是基于放射性同位素的，包括但不限于用32P、33P、22Na、36Cl、2H、3H、35S和123I标记的分子。在其它实施方案中，信号发射实体是基于光的，包括但不限于荧光素酶(例如基于化学发光的)、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶及其衍生物。在一些实施方案中，存在于样品中的生物分子或化学化合物可在与珠粒(诸如，聚合物珠粒)组合物接触之前用信号发射实体标记。在其它实施方案中，存在于样品中的生物分子或化学化合物可在与珠粒组合物接触后用信号发射实体标记。
IV.制备编码珠粒的方法
本公开的某些方面涉及制备编码珠粒例如本文所述的珠粒的方法。制备编码珠粒的方法可包括本文中(例如，在上文第III部分和/或后面的实施例中)所述的珠粒特性或方面中的一个或多个特性或方面。
在一些实施方案中，所述方法包括沉积基本上透明的聚合物层，其中所述基本上透明的聚合物层具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面彼此平行。在一些实施方案中，彼此平行的所述第一和第二表面可以是单层的顶表面和底表面。可使用本领域已知的或本文所述的任何合适的基本上透明的聚合物。在一些实施方案中，使用旋涂沉积基本上透明的聚合物层。
在一些实施方案中，可将基本上透明的聚合物层沉积在基板上。合适的基板可以包括用于标准半导体和/或微机电系统(MEMS)制造技术的基板。在一些实施方案中，基板可包括玻璃、硅、石英、塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氧化铟锡(ITO)涂层等。
在一些实施方案中，可将牺牲层沉积在基板(例如，如上所述的基板)例如上述基板上。在一些实施方案中，牺牲层可以由聚合物(包括但不限于聚乙烯醇(PVA)或OmniCoatTM(MicroChem；Newton,MA))制成。可以例如根据制造商的说明施加、使用和溶解或剥离牺牲层。
在一些实施方案中，将本公开的基本上透明的聚合物层沉积在牺牲层上。为了使用基本上透明的聚合物层生成平面珠粒表面，可将基本上透明的聚合物层沉积在平面牺牲层上。为了生成具有从其突出的一个或多个柱的珠粒表面，可以例如通过使用标准光刻工艺，使牺牲层(例如，沉积到基板上的牺牲层)图案化而具有一个或多个柱形孔或空隙区域。在一些实施方案中，可将基本上透明的聚合物层沉积在牺牲层和任选的基板上，使得该层沉积在一个或多个柱形孔或空隙区域中。在一些实施方案中，然后可将另一个基本上透明的聚合物层沉积在牺牲层上，并且用所述第一基本上透明的聚合物层填充一个或多个柱状孔或空隙区域。
在一些实施方案中，将本公开的基本上不透明的磁层沉积在基本上透明的聚合物层的第一表面上。在一些实施方案中，通过溅射沉积基本上不透明的磁层。基本上不透明的磁层可以由例如任何本文所述的磁性材料制成。例如，在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍(例如，元素镍或其合金)。
在一些实施方案中，可以蚀刻基本上不透明的磁层，以去除沉积在基本上透明的聚合物层的中心部分上的基本上不透明的磁层的一部分。可通过本领域已知的任何方法蚀刻基本上不透明的磁层。例如，在一些实施方案中，通过常规湿法蚀刻来蚀刻基本上不透明的磁层。上文中提供了用于基本上不透明的磁层的示例性尺寸、形状和任选的不对称性。
在一些实施方案中，将本公开的第二基本上透明的聚合物层沉积在基本上不透明的磁层上。在一些实施方案中，第二基本上透明的聚合物层具有彼此平行的第一表面和第二表面(例如，单层的顶表面和底表面)。在一些实施方案中，第二表面被固定至基本上不透明的磁层。在一些实施方案中，第二基本上透明的聚合物层与第一基本上透明的聚合物层对齐，并且具有与基本上透明的聚合物层的中心部分对齐的中心部分。上文中提供了基本上透明的聚合物层的中心部分的示例性尺寸。
在一些实施方案中，将本公开的基本上不透明的聚合物层沉积在第二基本上透明的聚合物层的第一表面上。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层包围第一基本上透明的聚合物层和第二基本上透明的聚合物层的中心部分。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码的二维形状。可使用任何本文所述或示例的二维形状，例如，一个或多个包含不连续性的环，或本公开的齿轮形状。在一些实施方案中，将基本上不透明的聚合物层沉积在第二基本上透明的聚合物层上，并蚀刻(例如，使用标准光刻工艺)成所需的二维形状。
在一些实施方案中，可将一个或多个柱沉积在基本上透明的聚合物上，例如，在未被基本上不透明的聚合物层覆盖的部分处的第二基本上透明的聚合物层的第一表面上。可以如本文所述，例如使用标准光刻工艺沉积一个或多个柱。
在采用本公开的任选的牺牲层和/或基板的一些实施方案中，可使用溶剂溶解或剥离牺牲层，和/或去除基板。用于制造的各种溶剂(例如，在标准半导体或MEMS制造工艺中，诸如光致抗蚀剂去除)在本领域中是已知的。在一些实施方案中，溶剂是光致抗蚀剂剥离溶剂诸如基于DMSO-或1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂。在一些实施方案中，溶剂是光致抗蚀剂剥离剂，诸如/>300T(AZ Electronic Materials；Somerville,NJ)。
在一些实施方案中，所述方法包括在本公开的基板上沉积本公开的牺牲层。例如，如上所述描述了牺牲层、基板和合适的沉积方法。
在一些实施方案中，将本公开的基本上不透明的聚合物层沉积在牺牲层上。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层具有彼此平行的第一表面和第二表面(例如，单层的顶部表面和底部表面)。在一些实施方案中，第二表面被固定至牺牲层。
在一些实施方案中，将基本上不透明的聚合物层的轮廓被塑形成表示模拟代码(例如，如本文所述的模拟代码)的二维形状。基本上不透明的聚合物层可以通过本领域已知的或本文所述的任何方法(例如，使用标准光刻工艺，包括但不限于旋涂、软烤、UV曝光、蚀刻和硬烤)塑形。
在一些实施方案中，可使用溶剂(例如，如上所述的溶剂)溶解或剥离牺牲层，和/或去除基板。
在其它实施方案中，将包含本公开的磁性材料的磁层沉积在牺牲层上。上文中提供了示例性磁性材料、磁层形状/尺寸以及与其相关的沉积方法。例如，在一些实施方案中，可将磁层塑形为一个或多个柱，例如，如柱906所示的。在其它实施方案中，磁层可在两个不透明的聚合物层之间，例如，如由磁层704所示的嵌入的。磁性材料可包含例如任何本文所述的磁性材料。例如，在一些实施方案中，磁性材料包含镍(例如，元素镍或其合金)。
在一些实施方案中，将本公开的基本上不透明的聚合物层沉积在磁层上。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层具有彼此平行的第一表面和第二表面(例如，单层的顶部和底部表面)。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的表面(例如，第二表面)被固定至磁层。
在一些实施方案中，将基本上不透明的聚合物层的轮廓塑形为表示模拟代码(例如，如上所述的模拟代码)的二维形状。
在一些实施方案中，可以使用溶剂(例如，如上所述的溶剂)溶解或剥离牺牲层，和/或去除基板。
在整个本公开中提供了适合于上述方法的示例性珠粒形状、尺寸和任选的特性。
在一些实施方案中，捕获剂可以与本公开的珠粒(例如本文所述的珠粒和/或通过任何本文所述的方法产生的珠粒)偶联。本文所述的捕获剂中的任何捕获剂或本领域已知的适于捕获本文所述分析物的任何捕获剂，可用于本公开的方法和/或珠粒中。
在一些实施方案中，捕获剂可以偶联至本公开的聚合物层，例如本文所述的基本上透明或基本上不透明的聚合物层。在一些实施方案中，捕获剂可以偶联至聚合物层的第一表面或第二表面之一或两者。在一些实施方案中，捕获剂可以至少偶联至聚合物层的中心部分(例如，如本文所述的中心部分)。在一些实施方案中，聚合物包括环氧基聚合物或以其它方式含有环氧基团。
在一些实施方案中，偶联捕获剂包括使聚合物与光致产酸剂和光反应以生成交联聚合物。在一些实施方案中，光具有激活光致产酸剂的波长，例如UV或近UV光。光致产酸剂可从Sigma-Aldrich(St.Lou is)和BASF(Ludwigshafen)商购获得。可使用本领域已知的任何合适的光致产酸剂，包括但不限于三苯基或三芳基锍六氟锑酸盐；三芳基锍六氟磷酸盐；三苯基锍全氟-1-丁烷磺酸盐；三苯基锍三氟甲磺酸盐；三(4-叔-丁基苯基)锍全氟-1-丁烷磺酸盐或三氟甲磺酸盐；含双(4-叔-丁基苯基)碘鎓的光致产酸剂，诸如双(4-叔-丁基苯基)碘鎓全氟-1-丁烷磺酸盐，对-甲苯磺酸盐和三氟甲磺酸盐；Boc-甲氧基苯基二苯基锍三氟甲磺酸盐；(叔-丁氧基羰基甲氧基萘基)-二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-叔-丁基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；二苯基碘鎓六氟磷酸盐、硝酸盐、全氟-1-丁烷磺酸盐、三氟甲磺酸盐或对-甲苯磺酸盐；(4-氟苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸盐；N-羟基-5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺全氟-1-丁烷磺酸盐；(4-碘苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-甲氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；2-(4-甲氧基苯乙烯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪；(4-甲基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-甲基硫代苯基)甲基苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯氧基苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；(4-苯基硫代苯基)二苯基锍三氟甲磺酸盐；或product-finder.basf.com/group/corporate/product-finder/de/literatu re-document:/Brand+Irgacure-Brochure--Photoacid+Generator+Selection+Guide-English.pdf中描述的光致产酸剂中的任何光致产酸剂。在一些实施方案中，光致产酸剂是含锍的光致产酸剂。
在一些实施方案中，偶联捕获剂包括使交联聚合物的环氧化物与官能团诸如胺、羧基、巯基等反应。或者，可将表面上的环氧基团氧化成羟基，其随后用作水溶性聚合物诸如聚(丙烯酸)的接枝聚合的引发位点。然后使用聚(丙烯酸)中的羧基与捕获剂中的氨基或羟基形成共价键。
在一些实施方案中，偶联捕获剂包括使交联聚合物的环氧化物与含有胺和羧基的化合物反应。在一些实施方案中，化合物的胺与环氧化物反应以形成化合物偶联的交联聚合物。不希望受理论束缚，认为可在聚合物交联之前将捕获剂偶联至聚合物；然而，这可降低所得表面的均匀性。可使用任何具有伯胺和羧基的化合物。化合物可包括但不限于甘氨酸、氨基十一烷酸、氨基己酸、丙烯酸、2-羧基乙基丙烯酸、4-乙烯基苯甲酸、3-丙烯酰胺基-3-甲基-1-丁酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。在一些实施方案中，化合物偶联的交联聚合物的羧基与捕获剂的胺(例如，伯胺)反应，以将捕获剂偶联至基本上透明的聚合物。
V.使用编码珠粒的方法
本文提供了使用如本文所述的珠粒进行生物或化学多重测定的方法。
A.捕获剂至珠粒表面的连接
在一些方面，用于制备本文所述的多种珠粒组合物的方法还可包括将捕获剂(诸如，但不限于，化学化合物或生物分子)连接至珠粒的表面。可修饰制造的珠粒表面上的环氧基团以促进与各种化学化合物或生物分子的连接。用于连接至珠粒的合适的生物分子包括但不限于DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、氨基酸、核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子化学化合物或抗体片段。此外，可将任何合适的化学化合物连接至珠粒的表面，包括例如多元化学文库的单个组分。在其它实施方案中，可将一种或多种生物分子或化学化合物理吸收至珠粒的表面。在一些实施方案中，化学化合物或生物分子与珠粒之间的连接键联可以是共价键。在其它实施方案中，化学化合物或生物分子与珠粒之间的连接键联可以是非共价键，包括但不限于盐桥或其它离子键、一个或多个氢键、疏水相互作用、范德瓦尔斯力、伦敦分散力、机械键、一个或多个卤键、亲金作用、嵌入或堆积。
在一个非限制性实施方案中，可通过与氨基酸诸如β-丙氨酸反应将羰基引入环氧聚合物珠的表面上。然后可这些羧基官能团用于与任何化学化合物或生物分子的氨基形成共价键。在另一个非限制性实施方案中，珠粒表面上的环氧基团可以用胱胺处理，然后使用二硫代苏氨酸(DTT)还原。这导致游离硫醇变得可用于与任何化学化合物或生物分子的巯基形成二硫键。在另一个非限制性实施方案中，聚合物表面可以通过使环氧聚合物与过量的乙二胺反应而用游离胺修饰。所得游离氨基将通过羧基与化学化合物或生物分子连接。在另一个非限制性实施方案中，表面上的环氧化物可被水解形成羟基。然后可用各种硅氧烷将这些高密度羟基基团硅烷化。硅烷化已广泛用于化学工业中以产生大量不同种类的表面，并且存在许多类型的商购可得并且本领域已知的硅烷酮。因此，硅烷化可用于产生许多不同的表面，以用于将化学化合物或生物分子连接至本文所述的珠粒组合物的表面。在一些实施方案中，可通过由于一个或多个非共价键(包括，但不限于，一个或多个盐桥或其它离子键、一个或多个氢键、疏水相互作用、范德瓦尔斯力、伦敦分散力、机械键、一个或多个卤键、亲金作用、嵌入或蛋白质之间的堆积)和珠粒的表面性质而产生的物理吸附将大的生物分子(诸如蛋白质)连接至珠粒上。通过物理吸附的连接不需要任何化学反应，并且经常用于例如用于免疫测定的固相的制备。
组合化学文库是多个种类的由较小亚基或单体组成的化学化合物的集合。组合文库具有各种大小(范围从数百至数十万种不同种类的化合物)。还存在多种文库类型，包括由化合物诸如肽、碳水化合物、寡核苷酸和小有机分子等组成的寡聚体和多聚体文库。此类文库具有多种用途，诸如化学化合物的固定化和色谱分离，以及用于鉴定和表征能够结合受体分子或介导目标生物活性的配体的用途。
用于在固相载体上合成化合物文库的各种技术是本领域已知的。固相载体通常是聚合物，其表面被官能化以与亚基或单体结合以形成文库的化合物。一个文库的合成通常涉及大量固相载体。
为了制备组合文库，以精心控制的预定化学反应顺序使固相载体与化合物的化合物的一个或多个亚基以及与一种或多种试剂反应。换句话说，将文库亚单元在固相载体上“生长”。文库越大，所需反应的次数越多，使跟踪构成文库的多种化合物的化学组成的任务变得复杂。因此，重要的是具有促进大量化学化合物的高效产生，并且还允许在制备化合物所必需的许多反应步骤中方便地跟踪化合物的方法和装置。
本公开的组合物的珠粒(诸如，聚合物珠粒)适用于可以在固体载体上进行的任何类型的化学反应。此类化学反应包括但不限于2+2环加成，包括捕获丁二烯；[2+3]环加成，包括异噁唑啉、呋喃和经修饰的肽的合成；缩醛形成，包括二醇、醛和酮的固定；醛醇缩合，包括醛的衍生化、丙二醇的合成；苯偶姻缩合，包括醛的衍生化；环缩合，包括苯二氮和乙内酰脲、噻唑烷、转向模拟物(turn mimetics)、卟啉类、酞菁；Dieckmann环化，包括二酯的环化；狄尔斯–阿尔德反应(Diels-Alder reaction)，包括丙烯酸的衍生化；亲电加成，包括向烯烃中加入醇；Grignard反应，包括醛的衍生化；Heck反应，包括二取代的烯烃的合成；Henry反应，包括原位合成氧化腈(参见2+3环加成反应)；催化加氢，包括信息素和肽的合成(烯烃的氢化)；迈克尔反应，包括硫烷基酮、双环[2.2.2]辛烷的合成；Mitsunobu反应，包括芳基醚、肽基膦酸酯和硫醚的合成；芳环亲核取代，包括喹诺酮的合成；氧化，包括醛和酮的合成；Pausen-Khand环加成，包括降冰片二烯与戊炔醇的环化；光化学环化，包括螺烯的合成；与有机金属化合物的反应，包括醛和酰基氯的衍生化；利用配位氢化物和锡化合物的还原，包括羰基、羧酸、酯和硝基的还原；Soai反应，包括羧基的还原；Stille反应，包括联苯基衍生物的合成；Stork反应，包括取代的环己酮的合成；还原胺化，包括喹诺酮的合成；Suzuki反应，包括苯基乙酸衍生物的合成；和Wittig-Horner反应，包括醛、信息素和硫烷基酮的反应。
公开化学文库的合成以及这些文库的单个化合物至单个固相载体(例如，聚合物珠粒组合物诸如本文公开的那些)上的解卷积的参考文献可见于美国专利申请第2009/0032592号；Needels等，(1993),Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:10700-10704；国际专利申请公开第WO 97/15390号，其每一个的公开内容通过引用整体并入本文。
B.用于从多种珠粒中识别一种珠粒的方法
本文提供了用于从多种本文所述的珠粒组合物中识别单种珠粒的方法。当使用本文所述的珠粒组合物进行多重筛选测定时，可通过与组合物中每一种珠粒相关联的独特的模拟代码标识符识别连接至捕获剂(例如，已知的化学化合物(诸如组合化学文库的单个成员)或已知的生物分子)的单个珠粒。在其它实施方案中，与多种珠粒(诸如，聚合物珠粒)中的至少一种珠粒相关联的模拟代码标识符可由成像处理器解码，以识别与本身进行的测定不严格相关的其它信息源。这些信息可包括但不限于测定的身份、多种珠粒的制造批次或位置标识符。在另一个实施方案中，可以预先标记与多种珠粒中的珠粒相关联的另外的标识符，以用于校准成像处理器。在其它实施方案中，与多种珠粒中的珠粒相关联的标识符可由成像处理器解码，以识别不止一种类型的信息，诸如上面描述的那些。
因此，在一个方面，可通过将包含多个珠粒的组合物注入导管中，随后进行识别标识符的步骤中来识别单个珠粒，所述导管包含小于单个珠粒宽度的两倍的宽度，其中组合物中的每个珠粒具有基本上相同的尺寸和形状，并包含至少一种(例如，至少一种、两种、三种或四种)独特的模拟代码标识符。
1.导管
在一些方面，本文所述的方法可利用导管将多种珠粒(诸如本文所述的那些珠粒)的组合物单个地引导或漏斗式注入到成像处理器。导管可以以诸如在任何时候只允许一个珠粒与成像处理器相互作用的方式构建。在一个实施方案中，导管可在(i)第一末端处具有大开口以及(ii)在第二末端处具有小开口。在另一个实施方案中，导管可具有小于单个聚合物珠粒在其最宽维度上的宽度的两倍的宽度。在一些实施方案中，导管可具有大到足以允许将多个珠粒(诸如本文所述的那些珠粒)注射到导管中的第一末端。在一些实施方案中，大到足以允许注射多个珠粒的第一末端位于低于第二末端的高度，使得多个珠粒组合物克服重力向上流动。
导管的横截面形状可以是足以容纳注射到导管中的具有基本上相同的尺寸和形状的多个珠粒(诸如本文所述的组合物)的形状的任何形状。因此，导管的横截面形状可以是，但不限于，正方形、圆形、矩形、三角形、卵形、或与本文所述的珠粒充分相同的任何其它形状。
导管可由任何合适的材料制成，包括但不限于钢、非铁金属(例如铝、铜、锡及其合金)、塑料材料(例如，PE、PP、PVC、ABS)或塑料(GRP)或其它材料诸如玻璃、纤维水泥或陶瓷。
导管可以位于成像处理器附近，以允许成像处理器识别与在成像处理器附近通过的珠粒相关联的一种或多种标识符。在一些实施方案中，导管可位于距成像处理器约300mm或更短的距离处。在一些实施方案中，导管可位于距成像处理器约200mm至300mm(包括200mm和300mm)或约100mm至200mm(包括100mm和200mm)处。在其它实施方案中，导管可位于距成像处理器约90mm、约80mm、约70mm、约60mm、约50mm、约40mm、约35mm、约30mm、约25mm、约20mm、约15mm、约14mm、约13mm、约12mm、约11mm、约10mm、约9mm、约8mm、约7mm、约6mm、约5mm、约4mm、约3mm、约2mm、约1mm、0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.2mm或0.1mm(包括在内)(包括这些数字之间的任何值)处。在另一个实施方案中，导管可位于距成像处理器约0.5mm至约1mm处。
2.编码图案阅读器
A.基于微流体的成像处理器
在本公开的另一个方面，微流体装置可以与成像处理器结合使用，以解码编码图案或与珠粒(诸如本文公开的珠粒中的任何珠粒)相关联的编码图案的组合。微流体装置包含导管，诸如微流通道，其尺寸和构造被设计成引导编码珠粒一次一个地前进通过与成像处理器相关联的解码区。解码区包括代码检测器(诸如光扫描器、CCD传感器等)，其检测通过每个编码珠粒的透射光的图案，以对由其上的图像表示的代码进行解码。微流体装置的导管具有内部横截面，该内部横截面具有尺寸和形状设计成当编码珠粒的特定横截面与导管的横截面对准时接收编码珠粒并允许其穿过，从而以相对于解码区的特定方向呈现编码珠粒。在一个实施方案中，导管的内部横截面的几何形状的尺寸和形状被设计成当编码珠粒的最小横截面与导管对准(例如，编码珠粒的长轴与导管的轴对准)时接收编码珠粒并允许其穿过。微流体装置可包括不止一个导管，以在并行通道中提供编码珠粒的解码。
相对于解码区定位的与成像处理器相关联的解码系统，包括光源和光学传感器。在一个实施方案中，光源可以是波长为200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm或900nm(包括在这些值(包括在内)之间的波长)中的任一个的二极管激光器。在另一实施方案中，解码系统具有物镜(诸如5x、10x、15x、20x、25x、30x、35x、40x、45x、50x、55x、60x、65x、70x、75x、80x、85x、90x、95x或100x物镜，包括这些值(包括在内)之间的任何数字)。在另一个实施方案中，光学传感器可以是高速光子检测器并包括数字读出电子器件。或者，可以使用区域光源(例如，具有足够大光斑尺寸的激光束)来投射光以同时覆盖珠粒的编码图案的整个区域，并且区域光学传感器诸如CCD传感器可用于同时对整个编码图案和通过其传输的光进行成像。或者，线扫描相机可用于光学传感器。
当珠粒通过与成像处理器相关联的解码区时，来自激光器的光透射穿过并且光强度由光子检测器检测，并使用阈值检测将所述光强度直接转换为1和0。珠粒上的狭缝的位置确定哪个位是最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)。在一些实施方案中，受限导管中的珠粒的轻微定向变化不会显著影响光学检测和随后解码的效率。
在另外的实施方案中，成像处理器还可包含反应检测系统(例如，荧光检测器、吸收检测器或化学发光检测器)，用于检测在样品中分析物与固定在珠粒的表面上的捕获剂之间发生的反应的结果。在一些实施方案中，信号发射实体可用于检测分析物与捕获剂之间的阳性或阴性反应以及由反应检测系统检测的从信号发射实体发射的信号。信号发射实体可以是但不限于荧光标记物、化学发光标记物或其它发光标记物、吸收标记物或放射性标记物。因此，例如，在采用荧光信号发射实体的配置中，反应检测系统可包括产生适当波长的光以激活荧光材料的光源，以及用于引导光源通过光学清晰检测窗以观察样品池中的材料的光学系统。光源可以是提供一种或多种适当波长的任何数量的光源，包括例如激光器、激光二极管和LED。其它光源可用于其它检测系统。诸如，宽带光源可以用于光散射/透射率检测方案等。
在一些方面，本文描述的珠粒中的任何珠粒可以是磁性的。在一个实施方案中，电磁体可用于临时固定珠粒，以用于通过成像处理器解码与珠粒相关联的一个或多个编码图案。
B.通过图像处理方法的模拟代码解码
在一些实施方案中，所述方法包括使用模拟形状识别来解码第一模拟代码和第二模拟代码以识别第一珠粒和第二珠粒。从概念上讲，该解码可以包括对每个珠粒(诸如，在溶液或样品中)的模拟代码进行成像，将每个图像与模拟代码库进行比较，并将每个图像与来自库的图像进行匹配，从而肯定地识别代码。任选地，如本文中所述，当使用包括定向指示器(诸如，不对称)的珠粒时，解码还可包括旋转每个图像以与特定定向对准的步骤(部分地，例如，基于定向指示器)。例如，如果定向指示器包括间隙，则可旋转图像直至间隙到达预定位置或定向(例如，图像的0°位置)。
各种形状识别软件、工具和方法在本领域中是已知的。此类API和工具的实例包括但不限于Research FaceSDK,OpenBR、来自ReKognition,Betaface API的面部和场景识别以及各种ImageJ插件。在一些实施方案中，模拟形状识别可以包括但不限于图像处理步骤，诸如前景提取、形状检测、阈值处理(例如，自动或手动图像阈值处理)等。
本领域技术人员将理解，本文所述的方法和珠粒可适用于各种成像装置，包括但不限于显微镜、读板器等。在一些实施方案中，解码模拟代码可包括通过使光穿过第一珠粒和第二珠粒的基本上透明的部分(例如，一个或多个基本上透明的聚合物层)和/或周围溶液来照射第一珠粒和第二珠粒。然后，光可能不能通过或以较低强度或其它可感知的差异通过第一珠粒和第二珠粒的基本上不透明的部分(例如，一个或多个基本上不透明的聚合物层)以生成对应于第一珠粒的第一模拟编码光图案和对应于第二珠粒的第二模拟编码光图案。
如上所述，任何类型的光学显微镜可以用于本公开的方法，包括但不限于以下中的一种或多种：明视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、微分干涉差(DIC)显微镜、Nomarski干涉差(NIC)显微镜、Nomarski、霍夫曼调制对比(HMC)显微镜或荧光显微镜。在某些实施方案中，可以使用明视野显微镜解码模拟代码，并且可以使用荧光显微术检测一种或多种分析物。
在一些实施方案中，解码模拟代码还可包括对第一模拟编码光图案进行成像以生成第一模拟编码图像以及对第二模拟编码光图案进行成像以生成第二模拟编码图像。也就是说，成像光的图案可以对应于珠粒的基本上透明/基本上不透明的区域的图案，从而产生模拟代码的图像。该成像可以包括步骤，包括但不限于捕获图像、对图像进行阈值处理，以及期望以实现模拟代码的更准确、精确或稳健的成像的任何其它图像处理步骤。
在一些实施方案中，解码模拟代码还可包括使用模拟形状识别来使第一模拟编码图像与第一模拟代码匹配，并使第二模拟编码图像与第二模拟代码匹配。在一些实施方案中，可使图像与预定阈值内的模拟代码(例如，来自图像文件库的图像文件，其中每个图像文件对应于独特的二维形状/模拟代码)匹配，所述预定阈值，例如，使得容忍图像与示例性模拟代码图像之间的预定量的偏差或错配。这样的阈值可以凭经验确定，并且可自然地基于用于模拟代码的特定类型的二维形状以及该组潜在二维形状之间的变化程度。
3.珠粒荧光检测
当成像处理器检测到正荧光信号时，其表示阳性反应。在一些实施方案中，成像处理器的反应检测器包括光源、滤光器和检测器。光源的选择取决于用于测定并作为固定至珠粒表面上的捕获剂的标识符的一种或多种荧光团。诸如，红色二极管激光器(665nm)和紧凑型氩激光器(488nm)或氦激光器可以是Picogreen和Cy 5.5荧光团的光源。滤光器可以去除在荧光中混合的反射激发光(例如，Picogreen:525nm滤光器和Cy 5.5:694nm滤光器)。Cy3和Cy 5是常用的荧光染料；它们可以分别用绿光(530nm)和红光(635nm)激发。通常用光电倍增管作为检测器来测量荧光强度。
在另一个进一步的实施方案中，成像处理器还可包含反应检测系统(例如，荧光检测器、吸收检测器或化学发光检测器)，用于检测样品中分析物与被固定至珠粒表面的捕获剂之间发生的反应的结果。在一些实施方案中，信号发射实体可用于检测分析物与捕获剂之间的阳性或阴性反应以及通过反应检测系统检测的从信号发射实体发射的信号。信号发射实体可以是但不限于荧光标记物、化学发光标记物或其它发光标记物、吸收标记物或放射性标记物。因此，例如，在采用荧光信号发射实体的配置中，反应检测系统可包括产生适当波长的光以激活荧光材料的光源，以及用于引导光源通过光学清晰检测窗以观察样品池中的材料的光学系统。光源可以是提供一种或多种适当波长的任何数量的光源，包括例如激光器、激光二极管和LED。其它光源可用于其它检测系统。例如，宽带光源可以用于光散射/透射率检测方案等。
在一些方面，本文描述的组合物中的任何组合物的珠粒可以是磁性的。在一个实施方案中，电磁体可用于临时固定珠粒以检测荧光。
4.用于提供单个珠粒的身份的机器可读格式
在本文提供的方法的一些方面，与本文公开的珠粒中的任何珠粒相关联的任何独特的模拟代码标识符可由成像处理器(诸如本文所述的成像处理器中的任何成像处理器)和对应于存储在固定或数据存储介质上的标识来识别，所述介质可通过用于读取存储介质的系统访问。在其它方面，成像处理器还包含反应检测系统，用于通过分析分析物与固定在珠粒表面上的捕获剂的结合和对应于存储在固定或数据存储介质上的检测到的反应的数据来检测样品(诸如生物样品)中分析物的结合，所述存储介质可通过用于读取存储介质的系统访问。模拟代码标识符可以识别例如珠粒的捕获剂，或特定的测定/测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号。例如，通过使用模拟代码标识符，成像处理器可识别多种珠粒中的每种珠粒上的捕获剂，以及通过使用不同珠粒的另一模拟代码标识符，识别特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号中的一种或多种。在一些实施方案中，珠粒的捕获剂的识别可以与一种或多种测量相关联，诸如，检测样品中的分析物与捕获剂的结合。
在一些实施方案中，例如，用于读取数据存储介质的系统可包括计算机，所述计算机包括中央处理单元(“CPU”)、工作存储器(其可以是例如RAM(随机存取存储器)或“核心”存储器)、大容量存储器(诸如一个或多个磁盘驱动器或CD-ROM驱动器)、一个或多个显示设备(例如，阴极射线管(“CRT”)显示器、发光二极管(“LED”)显示器、液晶显示器(“LCD”)、电致发光显示器、真空荧光显示器、场发射显示器(“FED”)、等离子体显示器、投影面板等)、一个或多个用户输入设备(诸如，键盘、麦克风、鼠标、触摸屏等)、一条或多条输入线以及一条或多条输出线，所有这些都通过常规双向系统总线互连。该系统可以是独立计算机，或者可以与其它系统(例如，计算机、主机、服务器等)联网(例如，通过局域网、广域网、内联网、外联网或因特网)。该系统还可包括另外的计算机控制的设备，诸如消费电子产品和电器。
输入硬件可以通过输入线耦合至计算机，并且可以以各种方式实施。可以通过使用通过电话线或专用数据线连接的一个或多个调制解调器来输入本公开的机器可读数据。可选地或另外地，输入硬件可包括CD-ROM驱动器或磁盘驱动器。与显示终端结合，键盘也可以用作输入设备。
输出硬件可以通过输出线耦合至计算机，并且可以类似地通过常规设备实施。作为示例，输出硬件可以包括显示设备，用于使用程序诸如QUANTA显示本公开的有源部位的图形表示。输出硬件可能还包括打印机，因此可以产生硬拷贝输出或磁盘驱动器，以存储系统输出供以后使用。
可用于本公开的机器可读存储设备包括但不限于磁性设备、电气设备、光学设备及其组合。此类数据存储设备的示例包括但不限于硬盘设备、CD设备、数字视频盘设备、软盘设备、可移动硬盘设备、磁光盘设备、磁带设备、闪存设备、磁泡存储设备、全息存储设备和任何其它大容量存储外围设备。应当理解，这些存储设备包括必要的硬件(例如，驱动器、控制器、电源等)以及使得能够存储数据的任何必要的介质(例如，磁盘、闪存卡等)。
本领域技术人员将理解，还可以设想用于通信或存储数据的任何其它方法或技术，以用于以机器可读格式提供由RFID芯片从单个聚合物珠粒传输的独特识别码。
C.进行多重测定的方法
本文提供了使用如本文所述的珠粒进行多重生物或化学测定的方法。珠粒可被官能化并与独特的捕获剂结合，所述捕获剂与一种或多种分析物(诸如但不限于样品(诸如生物样品)中的化学化合物或生物分子)特异性结合。可将多种捕获剂在单一组合物中官能化至多种珠粒。然而，每种捕获剂将可被成像处理器基于与每种单个的珠粒相关联的模拟代码标识符来识别。
在一些方面，可以将多种捕获剂结合的珠粒添加到包含一种或多种分析物的样品中，然后通过成像处理器基于与单个珠粒相关联的标识符的身份识别一种或多种捕获剂。多重测定还可包括组合物中具有一种或多种标识符(用于特定信息存储的目的，包括但不限于珠粒的制造批号的识别、将使用珠粒的测定的识别、位置的识别和/或个体的识别)的额外珠粒。出于校准成像处理器和/或与成像处理器相关联的反应检测系统的目的，可用标识符标记组合物中的这些珠粒和/或另外的珠粒。
在一些方面，可将对应于与多种珠粒中的单种珠粒(诸如本文所述的任何珠粒组合物的任何珠粒)相关联的任何标识符的信息编程到存储器(诸如计算机)中。如本文中所用，“存储器”是具有可编程存储器(优选地非易失性存储器)的数据存储单元(或介质)。如本文中所用，“编程”是指籍以输入对应于特定标识符的数据或信息并将其存储在存储器中的过程。被编程的存储器是包含可检索信息的存储器。其包括写入内存和从内存读取所需要或使用的任何装置。“计算机”是已用指定用于编码标识符的代码的信息(即，密钥)编程或包括所述信息的仪器。该仪器或与其连接的仪器将编程的信息和信号传输至成像处理器，并且其在接收到适当的信号时接收从成像处理器传输的信息。因此，计算机产生适当的信号以传输到成像处理器，并且还可解释传输的信号。例如，如果将“1”存储在计算机的存储器中的位置1,1，则在接收来自成像处理器的该相应信息时，计算机可以确定这意味着对应于捕获剂的标识符是，诸如，在N-末端含有丙氨酸的肽、有机基团、有机分子、寡核苷酸或该信息已被预先确定来意指的任何信息。在另一个实施方案中，当接受来自成像处理器的该相应信息时，计算机就可以确定这意味着该标识符对应于制造批次、位置标识符或个人的身份，或者该信息已被预先确定来意指的任何信息。或者，发送到计算机和从计算机传输的信息可以由个人编码成适当的形式。在一些实施方案中，计算机是可由远程可访问性装置(例如，因特网)访问的远程计算机。在其它实施方案中，计算机是指定用于通过由外部来源(诸如，但不限于，光盘、CD-ROM或通过互联网获得的可下载程序)提供的软件编码标识符的代码的编程信息(即，密钥)。
在其它方面，成像处理器包含反应检测系统，用于检测样品(诸如生物样品)中分析物的结合。在一些实施方案中，反应检测系统分析分析物与固定在多种珠粒中的珠粒表面上的捕获剂的结合，并将对应于检测到的反应的数据传输到计算机。可以例如通过模数转换器，将检测系统可操作地耦合至计算机，用于将检测到的信号数据传输至计算机以用于分析、存储、数据操纵或与通过成像处理器识别标识符获得的其它信息的整合。计算机可以将与和捕获剂相关联的标识符的身份相关的信息与和通过反应检测系统检测到的分析物与捕获剂的结合相关的信息进行整合和存储。在另一个实施方案中，计算机将与和捕获剂相关的标识符的身份相关的信息与和通过反应检测系统检测到的分析物与捕获剂的结合相关的信息连同从具有标识符(所述标识符被成像处理器识别为对应于，但不限于，制造批次、位置标识符和/或个体)的多种珠粒(诸如，聚合物珠粒)内存在的一种或多种珠粒获得的信息进行整合和存储。
在本公开的另一个实施方案中，分析是多重的，即，分析每个样品，使得通过反应检测系统检测至少2种目标分析物、至少3种目标分析物、至少4种目标分析物、至少5种目标分析物、至少10种目标分析物、至少15种目标分析物、至少20种目标分析物、至少25种目标分析物、至少30种目标分析物、至少35种目标分析物、至少40种目标分析物、至少45种目标分析物或至少50种目标分析物或更多种目标分析物的来自信号发射实体的信号。在一个实施方案中，然后对数据进行误差迭代最小化算法，所述算法例如使用最小二乘法、最小绝对误差等考虑获自重复的数据集组之间的方差；和/或稳定数据的可变性并考虑背景测量的单调转换算法。使用用独特的标识符编码的珠粒的组合物的示例性方法示于图14中。
因此，本文提供了用于进行多重测定的方法，其包括以下步骤：a)在测定系统中使样品与珠粒接触，其中系统中的每个珠粒包含(1)具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；(2)基本上不透明的聚合物层，其中基本上不透明的聚合物层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面，并且包围基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码标识符的二维形状；其中该系统包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种珠粒，其中多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面的至少一个表面上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；以及同时或以任何顺序相继地：b)识别被成像处理器识别为特定测定的标识符；和c)通过基于对应于捕获剂的模拟代码标识符的识别，分析分析物与固定在珠粒表面上的捕获剂的结合来检测样品中分析物的结合。
在一些实施方案中，所述系统还包含(iii)至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述系统还包含(iv)至少一种被成像处理器识别为阳性或阴性对照的珠粒。在一些实施方案中，位置标识符对应于医院、诊断实验室、地址、保健专业人员的办公室或研究实验室。在一些实施方案中，所述系统还包含(v)至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分层，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；和(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器剂。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含一个或多个包围基本上透明的聚合物层的中心部分的环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
本公开内容的其它方面涉及用于进行多重测定的方法，其包括以下步骤：a)在测定系统中使样品与珠粒接触，其中系统中的每个珠粒包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；其中基本上不透明的聚合物层的轮廓包含表示模拟代码标识符的二维形状；其中所述系统包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；以及同时或以任何顺序相继地：b)识别被成像处理器识别为特定测定的标识符；和c)通过基于对应于捕获剂的模拟代码标识符的识别，分析分析物与固定在珠粒表面上的捕获剂的结合来检测样品中分析物的结合。
在一些实施方案中，所述系统还包含(iii)至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述系统还包含(iv)至少一种被成像处理器识别为阳性或阴性对照的珠粒。在一些实施方案中，位置标识符对应于医院、诊断实验室、地址、保健专业人员的办公室或研究实验室。在一些实施方案中，所述系统还包含(v)至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物层的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；以及(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
VI.套件
在另外的方面，本文提供的是套件或进行多重测定，其包含：a)一组珠粒，其中所述组中的每个珠粒包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行，其中所述基本上不透明的聚合物层的轮廓包含表示模拟代码标识符的二维形状；并且其中所述珠粒的组包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种额外珠粒，其中多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；和b)能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的信号发射实体。
在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的二抗与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的核苷酸探针与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体是藻红蛋白、GFP、RFP、CFP、YFP、FITC、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶或放射性标记物。
在一些实施方案中，所述套件还包含至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述套件还包含成像处理器，用于(i)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为特定测定的标识符的珠粒，(ii)识别所述多种珠粒上的所述标识符，(iii)检测由所述信号发射实体产生的信号量，(iv)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为制造批次的标识符的珠粒，(v)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为个体的标识符的珠粒，(vi)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为位置标识符的标识符的珠粒，或(vii)识别所述至少一种被预先标记以用于校准所述成像处理器的珠粒。在一些实施方案中，套件还包含能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的实体，其中所述实体包括亲和标签。在一些实施方案中，所述套件还包含至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。
在一些实施方案中，亲和标签是生物素、His6或麦芽糖。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物层的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；以及(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
本公开的其它方面涉及套件，其包含：a)一组珠粒，其中所述组中的每个珠粒包含具有第一表面和第二表面的基本上不透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行，其中基本上不透明的聚合物层的轮廓包含表示模拟代码标识符的二维形状；并且其中珠粒的组包含(i)至少一种具有模拟代码标识符的珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于捕获剂的模拟代码标识符；和b)能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的信号发射实体。
在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的二抗与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体通过与信号发射实体缀合的核苷酸探针与分析物或捕获剂间接结合。在一些实施方案中，信号发射实体是藻红蛋白、GFP、RFP、CFP、YFP、FITC、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶或放射性标记物。
在一些实施方案中，所述套件还包含至少两种珠粒、至少三种珠粒、至少四种珠粒、至少五种珠粒或至少六种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定或测定套件、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。在一些实施方案中，所述套件还包含成像处理器，用于(i)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为特定测定的标识符的珠粒，(ii)识别所述多种珠粒上的所述标识符，(iii)检测由所述信号发射实体产生的信号量，(iv)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为制造批次的标识符的珠粒，(v)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为个体的标识符的珠粒，(vi)识别所述至少一种具有被所述成像处理器识别为位置标识符的标识符的珠粒，或(vii)识别所述至少一种被预先标记以用于校准所述成像处理器的珠粒。在一些实施方案中，套件还包含能够与分析物或捕获剂直接或间接结合的实体，其中所述实体包括亲和标签。在一些实施方案中，所述套件还包含至少一种被预先标记以用于监测成像处理器的功能的珠粒。
在一些实施方案中，所述亲和标签是生物素、His6或麦芽糖。在一些实施方案中，珠粒包括球形或矩形形状。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约300μm。在一些实施方案中，珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。在一些实施方案中，珠粒的至少一个表面包含至少一个用于捕获剂的化学连接的位点。在一些实施方案中，捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子和抗体片段。在一些实施方案中，多种珠粒是磁性的或非磁性的。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(3)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定至基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。在一些实施方案中，珠粒还包含：(4)与第一基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，第二基本上透明的聚合物层具有与第一基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分，其中第二基本上透明的聚合物层被固定至第一基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出第一基本上透明的聚合物层的二维形状；以及(5)基本上不透明的磁层，其包围基本上不透明的聚合物层与基本上透明的聚合物层的中心部分之间的第一基本上透明的聚合物层的中心部分，其中基本上不透明的磁层被固定在第一基本上透明的聚合物层与第二基本上透明的聚合物层之间。在一些实施方案中，珠粒还包含用于对基本上不透明的聚合物层的模拟代码进行定向的定向指示器。在一些实施方案中，定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层包含镍。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约50nm至约10μm。在一些实施方案中，基本上不透明的磁层的厚度为约0.1μm。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包含包围基本上透明的聚合物层的中心部分的一个或多个环，其中一个或多个环中的至少一个包含不连续性。在一些实施方案中，基本上不透明的聚合物层的二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中模拟代码由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括宽度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括高度为约1μm至约10μm的一个或多个齿轮齿。在一些实施方案中，多个齿轮齿包括间隔约1μm至约10μm的两个或更多个齿轮齿。
在一些实施方案中，珠粒还包含：(6)从第一基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或(7)从第一基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至第一基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中一个或多个柱不在第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。在一些实施方案中，珠粒是基本上圆形的圆盘。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约5％至约90％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层的中心部分包含约25％的第一基本上透明的聚合物层的表面积。在一些实施方案中，珠粒的直径小于约200μm。在一些实施方案中，珠粒的直径为约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度小于约50μm。在一些实施方案中，珠粒的厚度为约10μm。在一些实施方案中，分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、多核苷酸、蛋白质、酶、脂质、磷脂、碳水化合物部分、多糖、抗原、病毒、细胞、抗体、小分子、细菌细胞、细胞器和抗体片段。在一些实施方案中，第一基本上透明的聚合物层或第二基本上透明的聚合物层的基本上透明的聚合物包括环氧基聚合物。在一些实施方案中，环氧基聚合物是SU-8。
VII.系统
在其它方面，本文提供了多重测定系统。在一些实施方案中，所述系统包含如本文所述的多种珠粒，诸如本文提供的组合物、方法或套件中的任何组合物、方法或套件中公开的任何珠粒。该系统还包含装置，所述装置包含成像处理器系统和反应检测系统，其中通过解码系统中的图像处理器识别对应于特定测定或测定套件、特定捕获剂、制造批次、个体中、位置标识符和/或定标信号中的一种或多种的模拟代码标识符激活软件的使用，所述软件分析由与特定测定或测定套件相关的反应检测系统检测的检测信号。
实施例
通过参考以下实施例将更全面地理解本公开。然而，它们不应被解释为限制本公开的范围。应当理解，本文描述的实施例和实施方案仅用于说明目的，并且本领域技术人员可以建议对其进行各种修改或改变，并且所述修改或改变包括在本申请的精神和权限以及所附权利要求的范围内。
实施例1：具有二维模拟代码和均匀形状的编码珠粒
如上所述，由于大量潜在的独特标识符和降低的识别错误，模拟编码珠粒对于多重测定是高度有利的。本实施例描述了用二维形状编码的各种类型的珠粒，所述二维形状可以用作用于识别的模拟代码。应理解，本公开的编码珠粒可包括以下以任何组合阐述的一些或所有任选的特性。
图1A和1B显示示例性珠粒100的两个视图。珠粒100是直径为约50μm且厚度为10μm的圆盘。图1A提供观察盘的圆形面的珠粒100的视图，而图1B显示与图1A中所示的表面垂直的珠粒100的侧视图。显示了珠粒100的两个组分。首先，基本上透明的聚合物层102提供珠粒的主体。如上所述的，基本上透明的聚合物层102可以例如使用聚合物诸如SU-8来产生。
基本上不透明的聚合物层104被固定至基本上透明的聚合物层102的表面。虽然图1B中所示的珠粒100的横截面显示基本上不透明的聚合物层104的不连续视图，但图1A中显示的视图示出了基本上不透明的聚合物层104的形状类似于具有多个齿的圆形齿轮。这些齿轮齿的形状、数量、尺寸和间隔构成二维形状，并且齿轮齿的这些方面中的一个或多个方面可被修改，以便产生用于模拟编码的多个二维形状。有利地，基本上不透明的聚合物层104的齿轮齿的外边缘适配在基本上透明的聚合物层102的周边内。这允许各种模拟代码，每个模拟代码代表一个种类的珠粒的独特标识符，同时在多个种类的珠粒间保持均匀的整体形状。换句话说，多个种类群体中的每个珠粒种类可具有不同的二维齿轮形状(即，模拟代码)，但每珠粒将具有相同的周边，导致物理性质(例如，尺寸、形状、溶液中的行为等)的更大均匀性。如上所述，基本上不透明的聚合物层104可以例如使用与染料混合的聚合物诸如SU-8，或使用黑色基质抗蚀剂产生。
基本上不透明的聚合物层104围绕基本上透明的聚合物层102的中心部分106。用于捕获分析物的捕获剂在基本上透明的聚合物层102的一个或两个表面(即，上/下表面)上耦合至至少中心部分106。有利地，这允许中心部分106成像而无任何由基本上不透明的聚合物层104引起的干扰的可能性。
图1C和1D显示使用珠粒100进行分析物检测的示例性测定。图1C显示珠粒100可包含在至少中心部分106中耦合至一个或多个表面的捕获剂108。使珠粒100与含有分析物110的溶液接触，所述分析物110被捕获剂108捕获。如上所述，各种捕获剂可以用于捕获不同类型的分析物，范围从小分子、核酸和蛋白质(例如抗体)至细胞器、病毒和细胞。图1C示出了捕获分析物110的单个珠粒种类(即，珠粒100)，但是在多重测定中使用多个珠粒种类，每个种类具有识别特定分析物的特定捕获剂。
图1D示出了用于“读取”珠粒100的示例性过程。该过程包括可以同时或分开完成的两个步骤。首先，检测捕获剂108对分析物110的捕获。在图1D所示的实例中，检测剂114与分析物110结合。未被耦合至珠粒100的捕获剂捕获的分析物可在检测之前被洗掉，使得仅检测到结合至珠粒100的分析物。检测剂114还包括用于检测的试剂。作为一个实例，检测剂114可包括荧光团，当荧光团在荧光团的激发光谱内的波长下被光116激发时，发射光118(诸如，光子)。光118可以通过任何合适的检测手段诸如荧光显微镜、读板器等检测。
另外，读取珠粒100的独特标识符。在图1D所示的实例中，光112用于照射包含珠粒100的视野(在一些实施方案中，光112可具有与光116和118不同的波长)。当光112照射包含珠粒100的视野时，其穿过基本上透明的聚合物层102，但被基本上不透明的聚合物层104阻挡，如图1D所示。这生成可以例如通过光学显微镜成像(例如，使用微分干涉差或DIC显微镜)的光图案。该光图案基于珠粒100的二维形状(即，模拟代码)。标准图像识别技术可用于解码由珠粒100的图像表示的模拟代码。
分析物检测和标识符成像步骤可以以任何顺序发生或同时发生。有利地，图1D中所示的两个检测步骤均包可以在一个成像设备上完成。作为一个实例，可以使用能够同时进行荧光和光(诸如，明视野)显微术的显微镜来定量结合至珠粒100的分析物110的量(例如，如通过检测剂114所检测的)并且对由基本上透明的聚合物层102和基本上不透明的聚合物层104产生的模拟代码进行成像。这允许更高效的测定过程，同时需要更少的设备。
现在转向图2A和图2B，显示了另一示例性珠粒200。与珠粒100一样，珠粒200包含基本上透明的聚合物层202和基本上不透明的聚合物层204。另外，珠粒200包含磁层206。如图2A所示，磁层206可被塑形为中心部分208与基本上不透明的聚合物层204之间的环。
图2B显示磁层206可被嵌入基本上透明的聚合物层202内。基本上透明的聚合物层202还可包含不止一个层，使得磁层206夹在两个基本上透明的聚合物层之间(例如，如在图2B中)。或者，磁层206可被固定至基本上透明的聚合物层202的与基本上不透明的聚合物层204相同的表面，或者磁层206可被固定至基本上透明的聚合物层202的与基本上不透明的聚合物层204相对的表面。在一些实施方案中，磁层206可以包含镍。
磁层206赋予珠粒200磁性，这有利地可用于许多应用。诸如，可以在洗涤步骤期间通过磁吸引将珠粒200固定至表面，从而允许有效洗涤而不会损失或以其它方式破坏珠粒。
除了其磁性以外，磁层206也基本上是不透明的。当如图1D所示成像(例如，使用光112)时，磁层206将部分或全部阻挡透射光，从而产生用于成像的图案。如图2A所示，磁层206也是不对称的-在该实例中，其包含间隙210。这种不对称性产生了可以使用光112成像的定向指示器，例如，如图1D所示。有利地，可以在图像识别期间利用定向指示器来将由成像层产生的二维形状定向成均匀定向，以便更容易地进行模拟代码识别。这允许解码在任何方向上成像的珠粒。
图3显示使用图1A-2B中所示的齿轮形状的可能的大量潜在模拟代码。图3示出了示例性编码方案，其中例如，在示例性珠粒300上的位置302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、326和328处标记了多个形状变化点。即使使用简单的“填充或未填充”方案，基于14个形状变化点的使用，可能有最多达214个独特代码。该方案便于制造和生成易于区分以用于图像识别分析的二维形状。然而，由于使用模拟编码，因此使用多于2种可能性的更复杂方案(例如，在如图3中标记的每个形状变化点处)是可能的，从而指数地扩展独特标识符的数量。例如，多个齿轮齿形状和/或多个尺寸的齿轮齿是可能的。如图1A-3所示的二维齿轮形状有助于广泛的独特模拟代码，同时提供用于分析物检测的大的中心部分(例如，中心部分106和208)。
图4A示出了图3中所示的编码方案的三个示例性实施方案：珠粒400、402和404。珠粒400、402和404的独特代码是使用图3的简单“填充或未填充”方案生成的。图4B示出了代码的10个示例性实施方案，尤其是在形状的数量(例如，如与代码ZN_10中的七种不同形状相比，代码ZN_3中的两种不同形状)和/或形状的大小(例如，代码ZN_2中大、小和中等尺寸的形状)方面。重要的是，如上所述，使用模拟图像识别可获得更复杂的编码方案，从而极大地扩增了潜在的独特代码的数量。
现在转向图5A和图5B，显示了另一示例性珠粒500。与珠粒200一样，珠粒500包含基本上透明的聚合物层502、基本上不透明的聚合物层504、磁层506和中心部分508。另外，珠粒500具有4个柱(包括柱510)，所述柱可具有从层502的表面延伸的任何柱。如图5A所示，这些柱可以与磁层506对齐排列，防止任何干扰中心部分508中的分析物检测或读取基本上不透明的聚合物层504的二维形状(即，模拟代码)的可能性。图5B显示这些柱可以从珠粒500的上表面和下表面延伸。柱510可以例如使用与层502相同的基本上透明的聚合物制成(示例性生产方法在下文中描述)。有利地，可以使用一个或多个柱(诸如柱510)来防止珠粒彼此粘附和/或粘附(例如通过光学接触粘合)至容器(例如，多孔板中的孔的侧面)。
实施例2：具有以珠粒形状编码的二维模拟代码的珠粒
前面的实施例说明了珠粒的多个示例性实施方案，其中模拟代码由被固定至透明聚合物层的不透明层提供。这例如在不同种类的珠粒之间允许更大的均匀性(即，每个珠粒具有由透明聚合物层提供的相同的周边形状)方面是有利的。
然而，出于其它原因，使用珠粒本身的周边作为用于模拟编码的二维形状可以是有利的。例如，如果模拟代码由珠粒本身的形状提供，则仅需要一层，从而简化了制造过程。此外，可以通过高度精确的制造技术来实现珠粒周边的塑形，从而允许高度可再现的形状以用于更准确的图像识别。
图6A和6B显示这种类型的示例性珠粒600。珠粒600是直径约为80μm且高度为15μm的齿轮形盘，其包含任选的柱元件(类似于如上所述的柱510)。珠粒600由单个不透明的聚合物层602制成，而不是由单独的透明聚合物层和不透明聚合物层制成。珠粒600可以如图1D所示成像，但其模拟代码基于整个珠粒形状(诸如，不透明聚合物层的周边)成像。珠粒600的一个或两个表面可用于如上所述地偶联捕获剂，并且可以使用中心部分或整个表面。
图6C显示了珠粒600的齿轮齿604的尺寸。如图所示，在该实施方案中，齿轮齿604的宽度为4μm并且与相邻的齿轮齿606间隔4μm。由于珠粒600的二维形状是模拟编码的，因此相邻齿轮齿之间的周长可以是可变的，从而允许多个齿轮齿形状。例如，齿轮齿604的高度相对于紧邻左侧或右侧的相邻周边区段分别延伸4μm或6.5μm。
图7示出了这种类型的珠粒的另一个实施方案珠粒700。与珠粒600一样，珠粒700由不透明的聚合物层702制成。另外，珠粒包含磁层704。磁层704可被固定至珠粒700的表面之一，或者其可以嵌入珠粒700内(例如，在两个不透明的聚合物层之间)。例如，可以通过沉积镍来生成磁层704。如上所述，磁层允许额外的功能，诸如在磁性地附连至另一表面的同时洗涤珠粒700的选项。
现在转到图8A，显示了另一示例性珠粒800。与珠粒700一样，珠粒800包含不透明的聚合物层802(以及任选地，磁层诸如磁层704)。另外，珠粒800包含起始位置804，其具有与珠粒800的周边的其余部分不同的形状。起始位置804可被用作用于图像识别的定向指示器，如上面针对图2A中所示的间隙210所描述的。
图8B示出了可以使用的编码方案。图8B显示珠粒810，其与珠粒800一样包含不透明的聚合物层812和起始位置814(以及任选地，磁层诸如磁层704)。在该方案中，例如在位置820、822、824、826、828、830、832、834、836、838、840、842和844处标记齿轮周围的潜在形状变化点。如图8B所示，即使只有两个潜在形状可以用于位置820、822、824、826、828、830、832、834、836、838、840、842和844，该实施方案允许多达213个独特的代码。另外，如上所述，模拟编码的使用通过允许在周边周围的任何或所有指示位置处(例如，在图8B中标记的每个形状变化点处)使用多于两种的潜在形状极大地扩展了该数量。
图9A-9C示出了另一个可能的实施方案珠粒900。与珠粒800一样，珠粒900是齿轮形珠粒，其包含不透明的聚合物层902和起始位置904(以及任选地，磁层诸如磁层704)。另外，珠粒900可具有一个或多个被固定至珠粒900的一个或两个表面的柱(例如，柱906)。如图9B中的横截面所示，柱906从层902的表面延伸。有利地，柱906有助于降低光学接触粘合的可能性(如上文针对柱510所述的)。
图9C示出了柱906的尺寸。在该实施例中，柱906是高度为3μm且直径为3μm的圆柱体，然而如上所述，此类柱绝不限于圆柱形。在一些实施方案中，柱906由磁性材料诸如镍制成。这允许柱906另外用作用于珠粒900的磁操纵的磁性元件，如上所述的。
实施例3：产生具有以珠粒形状编码的二维模拟代码的珠粒的方法
已在先前实施例中描述了多种类型珠粒的示例性实施方案，现在关注产生珠粒的方法。如上所述，取决于期望的配置和/或任选的特性，本公开的珠粒可以由一个、两个或更多个组成层制成。
图10中所示的过程1000。图10示出了用于制造单层珠粒(诸如上述实施例2中所述的那些珠粒)的示例性工作流程。在框1002处，在基板1004上构建牺牲层1006。在一些实施方案中，基板1004可以是玻璃基板。在框1010处，将层1012沉积在牺牲层1006上。在一些实施方案中，层1012是不透明的聚合物层。在框1020处，使用光刻将层1012的周边塑形成齿轮形状(如上所述)以生成齿轮形层1022。在框1030处，将整个结构(即，层1022、牺牲层1006和基板1004)浸入溶剂中。该溶剂处理溶解牺牲层1006并从基板1004释放齿轮形层1022，从而生成珠粒1032。在一些实施方案中，可以例如通过将捕获剂耦合至一个或两个表面来进一步修饰珠粒1032。
如上文实施例2中所述，齿轮形珠粒可包含任选的元件，诸如磁性组件(例如，柱和/或磁层)。图11A和11B中所示的过程1100示出了用于制造具有一个或多个磁性组件的齿轮形珠粒的示例性工作流程。
如图11A所示，在框1102处，在基板1104上构建牺牲层1106。在一些实施方案中，基板1104可以是玻璃基板。在框1110处，将磁层1112沉积在牺牲层1106上。在一些实施方案中，磁层1112包含镍。在框1120处，通过光刻将磁层1112塑形为成形的磁层1122。成形的磁层1122可采用任何期望的形状，诸如，其可被塑形为一个或多个柱，如图9A中对于柱906所示出的。
如图11B所示，在框1130处，在成形的磁层1122和牺牲层1106上方沉积基本上不透明的聚合物层1132。在框1140处，通过光刻将层1132的周边塑形为齿轮形的基本上不透明的层1142(诸如图6A-9A中示出的齿轮形状之一)。在框1150处，将整个结构(即，层1142、成形的磁层1122、牺牲层1106和基板1104)浸入溶剂中。该溶剂处理溶解牺牲层1106并从基板1104释放齿轮形层1142和成形的磁层1122，从而生成珠粒1152。在一些实施方案中，可以例如通过将捕获剂耦合至一个或两个表面进一步修饰珠粒1152。
实施方案4：产生具有二维模拟代码和均匀形状的编码珠粒的方法
现在将关注产生具有一个或多个基本上透明的聚合物层和一个或多个基本上不透明的聚合物层的编码珠粒(诸如实施方案1中所述的那些)的方法。图12A-12E示出了过程1200，用于制造具有基本上透明的聚合物层、基本上不透明的聚合物层(其二维形状构成模拟代码)和一个或多个柱的珠粒的示例性工作流程。
从图12A开始，在框1202处，将牺牲层1206沉积(诸如，通过旋涂)到基板1204上。在一些实施方案中，基板1204可以是玻璃基板。在框1208，施加掩模1210，并且用UV光对牺牲层1206进行曝光。通过掩模1210施加UV光，允许UV光段1212和1214穿过并处理牺牲层1206。在框1216处，在通过标准光刻显影对结构显影之后，作为掩蔽UV处理的结果，将牺牲层1206塑形为成形的牺牲层1218。
过程1200在框1220(图12B)处继续，其中成形的牺牲层1218中的掩模孔填充有基本上透明的聚合物，从而产生柱1222和1224。在框1226处，在柱1222和1224以及成形的牺牲层1218的上方沉积基本上透明的聚合物层1228。
过程1200在框1230(图12C)处继续，其中将磁层1232沉积在基本上透明的聚合物层1228上。在一些实施方案中，磁层1232包含镍。在一些实施方案中，通过溅射沉积磁层1232。在框1234处，将蚀刻块层沉积在磁层1232上方，如由蚀刻块1236和1238所示。在框1240处，蚀刻掉磁层1232的未被阻挡的区段，生成成形的磁层。在一些实施方案中。成形的磁层可以被塑形为围绕基本上透明的聚合物层1228的中心部分的环形状(具有用于指示定向的任选的不对称性)(参见，例如，图5A中的磁层506)。在框1244处，去除蚀刻块层(如由蚀刻块1236和1238所示)。
过程1200在框1246(图12D)处继续，其中将基本上透明的聚合物层1248沉积在基本上透明的聚合物层1228和磁层1242上方(填充通过蚀刻阻挡产生的磁层1242中的任何孔)。在框1250处，在层1248的顶部上通过光刻来沉积基本上不透明的层1252并对其进行塑形。在一些实施方案中，将层1252塑形为在围绕磁层1242的环中具有一个或多个齿轮齿(参见，例如，图2A的相对于基本上透明的聚合物层202和磁层206以及中心部分208的基本上不透明的聚合物层204)。
过程1200在框1254(图12E)处继续，其中通过在层1248顶部上进行光刻来对柱1256和1258进行塑形。在一些实施方案中，柱1256和1258由基本上透明的聚合物制成。在一些实施方案中，柱如图5A和5B中所示定位。在框1260处，将基板1204切割成一个或多个相同形状的珠粒(即，为了简化解释，在图12A-12E中仅描绘了一个珠粒，在过程1200中可在基板1204上构造不止一个的珠粒)。同样在框1260处，将整个结构(即，包括1204、1218、1222、1224、1228、1242、1248、1252、1256和1258)浸入溶剂中。该溶剂处理溶解牺牲层1218并从基板1204释放珠粒1262。在一些实施方案中，可以例如通过将捕获剂中耦合至一个或两个表面来进一步修饰珠粒1262。
图13A-13C示出了过程1300，用于生成不同类型的多层珠粒的示例性工作流程。从图13A开始，在框1302处，将牺牲层1306沉积在基板1304上。在一些实施方案中，基板1304是玻璃基板。在框1308处，将基本上透明的层1310沉积在牺牲层1306上方。在框1312处，将磁层1314沉积在层1310上方。在一些实施方案中，磁层1314包含镍。
过程1300在框1316(图13B)处继续，其中将磁层1314限定为成形的磁层1318。在一些实施方案中，成形的磁层1318被限定为围绕层1310的中心部分的环形状(具有用于指示定向的任选的不对称性)(参见，例如，图2A中的磁层206)。在框1320处，将基本上透明的层1322沉积在磁层1318和层1310上方，填充通过限定成形的磁层1318而产生的任何孔。在框1324处，将基本上不透明的聚合物层1326沉积在层1322上方。
过程1300在框1328(图13C)处继续，其中通过光刻将基本上不透明的聚合物层1326塑形为齿轮形的基本上不透明的聚合物层1330。在一些实施方案中，将层1330塑形为在围绕成形的磁层1318的环中具有一个或多个更多齿轮齿(参见，例如，图2A的相对于基本上透明的聚合物层202和磁层206以及中心部分208的基本上不透明的聚合物层204)。在框1332处，将整个结构(即，包括1304、1306、1310、1318、1322和1330)浸入溶剂中。该溶剂处理溶解牺牲层1306并从基板1304释放珠粒1334。在一些实施方案中，可以例如通过将捕获剂耦合至一个或两个表面进一步修饰珠粒1334。
实施方案5：用于多重生物测定的测定套件
本实施例描述了使用用独特信息存储标识符编码的珠粒的组合物进行多重生物测定的示例性测定套件。
材料和方法
珠粒组成
将多种珠粒官能化并与两种不同的捕获剂：针对肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)中的每一种的抗体结合。用条形码1011标记与针对TNF-α的抗体结合的珠粒。用条形码1012标记与针对IL-6的抗体结合的珠粒。
用生物素化的牛血清白蛋白(BSA)包被额外的多种珠粒并将其用作阳性对照。这些珠粒包含对应于生物素化的BSA涂层以及对应于测定套件(“Demo套件”)的身份的条形码3023。
用BSA涂覆额外的多种珠粒并用作阴性对照。这些珠粒包含对应于BSA涂层以及对应于测定套件的批号PB031313-1和对所述批号特异的相应校准数据的条形码3024或3025。
用对应于特定患者ID 116707189的条形码4013标记涂有BSA的额外珠粒。
用对应于其中进行测定的研究实验室(PlexBio)的条形码3080标记涂有BSA的额外珠粒。
与样品的反应
将多种上述珠粒加入到含有掺有TNF-α和IL-6的血清样品的孔(A2)中。然后将混合物在37℃下孵育1小时。然后用洗涤缓冲液(含有0.1％聚山梨醇酯20(Tween 20)的磷酸盐缓冲盐水)洗涤样品。然后将生物素/二抗溶液加入到样品中，所述生物素/二抗溶液含有能够与已经与它们的一抗结合的TNF-α或IL-6结合的生物素化的二抗。然后将样品孵育并用洗涤缓冲液洗涤。然后加入含有链霉抗生物素蛋白-藻红蛋白(PE)缀合物的溶液并与珠粒混合物一起孵育。然后用洗涤缓冲液和信号稳定溶液洗涤所述溶液以除去过量的荧光分子。
同时，将多种上述珠粒添加到含有已知但不同浓度的TNF-α和IL-6的八个其它孔(A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1)中，并且在这些孔上进行相同的测定过程。
然后使用成像处理器和反应检测系统同时识别每个珠粒上的条形码，并检测所有9个孔的链霉抗生物素蛋白-PE发出的信号。使用从孔A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1中检测到的身份和信号，结合每个孔中的已知浓度，测定TNF-α和IL-6中的每一种的标准曲线。然后将与针对TNF-α和IL-6的抗体结合的珠粒发射的中值信号输入TNF-α和IL-6中的每一种的标准曲线，以估计样品中每种的浓度。
尽管出于清楚理解的目的已经通过举例说明和实施例详细地描述了前述内容，但描述和实施例不应被解释为限制本公开的范围。本文引用的所有专利和科学文献的公开内容明确地通过引用整体并入。

Claims (69)

1.一种用于进行多重测定的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在测定系统中使样品与珠粒接触，其中所述系统中的每个珠粒包含
(1)具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；
(2)基本上不透明的聚合物层，其中所述基本上不透明的聚合物层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第一表面上并包围所述基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中所述基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码标识符的二维形状；
其中所述系统包含(i)具有模拟代码标识符的至少一种珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号；和(ii)多种珠粒，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少所述基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个表面上，其中所述多种珠粒中的每种珠粒包含对应于所述捕获剂的模拟代码标识符，并且其中所述多种珠粒中的每种珠粒的直径小于60μm；以及同时或以任何顺序相继地：
b)识别被所述成像处理器识别为特定测定的所述标识符；以及
c)通过基于对应于所述捕获剂的所述模拟代码标识符的识别，分析所述分析物与固定在所述珠粒的表面上的所述捕获剂的结合来检测所述样品中所述分析物的结合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述系统还包含(iii)至少两种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述系统还包含(iv)至少一种被所述成像处理器识别为阳性或阴性对照的珠粒。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述位置标识符对应于医院、诊断实验室、地址、保健专业人员的办公室或研究实验室。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述系统还包含(v)至少一种被预先标记以用于监测所述成像处理器的功能的珠粒。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒的至少一个表面包含至少一个用于所述捕获剂的化学连接的位点。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、蛋白质、脂质、碳水化合物部分、病毒和细胞。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述多种珠粒是磁性的或非磁性的。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒还包含：
(3)基本上不透明的磁层，其包围所述基本上不透明的聚合物层与所述基本上透明的聚合物层的中心部分之间的所述基本上透明的聚合物层的中心部分，其中所述基本上不透明的磁层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒还包含：
(4)与所述基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，所述第二基本上透明的聚合物层具有与所述基本上透明的聚合物层的中心部分对齐的中心部分，其中所述第二基本上透明的聚合物层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出所述基本上透明的聚合物层的所述二维形状；和
(5)基本上不透明的磁层，其包围所述基本上不透明的聚合物层与所述基本上透明的聚合物层的中心部分之间的所述基本上透明的聚合物层的中心部分，其中所述基本上不透明的磁层被固定在所述基本上透明的聚合物层与所述第二基本上透明的聚合物层之间。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒还包含用于对所述基本上不透明的聚合物层的所述模拟代码标识符进行定向的定向指示器。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述基本上不透明的磁层包含镍。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述基本上不透明的磁层的厚度为50nm至10μm。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述基本上不透明的磁层的厚度为0.1μm。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述基本上不透明的聚合物层的所述二维形状包括含有多个齿轮齿的齿轮形状，并且其中所述模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个齿轮齿包括宽度为1μm至10μm的一个或多个齿轮齿。
19.如权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述多个齿轮齿包括高度为1μm至10μm的一个或多个齿轮齿。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述多个齿轮齿包括间隔1μm至10μm的两个或更多个齿轮齿。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒还包含：
(6)从所述基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在所述基本上透明的聚合物层的所述中心部分内；和/或
(7)从所述基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至所述基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在所述基本上透明的聚合物层或所述第二基本上透明的聚合物层的所述中心部分内。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒是基本上圆形的盘。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述基本上透明的聚合物层的中心部分包含5％至90％的所述基本上透明的聚合物层的表面积。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述基本上透明的聚合物层的中心部分包含25％的所述基本上透明的聚合物层的表面积。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒的直径为50μm。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒的直径为40μm。
27.如权利要求1所述的方法，其中所述珠粒的厚度小于50μm。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述珠粒的厚度为10μm。
29.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物选自选由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、蛋白质、脂质、碳水化合物部分、病毒和细胞。
30.如权利要求1所述的方法，其中所述基本上透明的聚合物层包括环氧基聚合物。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述环氧基聚合物是SU-8。
32.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种珠粒的模拟代码标识符不对应于与所述至少一种珠粒相关联的捕获剂。
33.一种用于进行多重测定的套件，所述套件包含：
a)一组珠粒，其中所述一组珠粒中的每个珠粒包含
(1)具有第一表面和第二表面的基本上透明的聚合物层，所述第一表面与所述第二表面彼此平行；
(2)基本上不透明的聚合物层，其中所述基本上不透明的聚合物层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第一表面并包围所述基本上透明的聚合物层的中心部分，并且其中所述基本上不透明的聚合物层包含表示模拟代码标识符的二维形状；
并且其中所述一组珠粒包含(i)具有模拟代码标识符的至少一种珠粒，所述模拟代码标识符被成像处理器识别为特定测定、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号，和(ii)多种额外珠粒，其中所述多种额外珠粒中的每种珠粒包含与分析物特异性结合的捕获剂，其中所述捕获剂在至少所述基本上透明的聚合物层的中心部分中被固定在所述基本上透明的聚合物层的第一表面和第二表面中的至少一个上，其中所述多种额外珠粒中的每种珠粒包含对应于所述捕获剂的模拟代码标识符，并且其中所述多种额外珠粒中的每种珠粒的直径小于60μm；以及
b)能够与所述分析物或捕获剂直接或间接结合的信号发射实体。
34.如权利要求33所述的套件，其中所述信号发射实体通过与所述信号发射实体缀合的二抗与所述分析物或捕获剂间接结合。
35.如权利要求33所述的套件，其中所述信号发射实体通过与所述信号发射实体缀合的核苷酸探针与所述分析物或捕获剂间接结合。
36.如权利要求33所述的套件，其中所述信号发射实体是藻红蛋白、GFP、RFP、CFP、YFP、FITC、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶或放射性标记物。
37.如权利要求33所述的套件，其中所述套件还包含至少两种珠粒，每种珠粒具有被成像处理器识别为特定测定、特定分析物、制造批次、个体、位置标识符或定标信号的模拟代码标识符。
38.如权利要求33所述的套件，其中所述套件还包含成像处理器，所述成像处理器用于
(i)识别具有被所述成像处理器识别为特定测定的标识符的所述至少一种珠粒，
(ii)识别所述多种额外珠粒上的所述标识符，
(iii)检测由所述信号发射实体产生的信号量，
(iv)识别具有被所述成像处理器识别为制造批次的标识符的所述至少一种珠粒，
(v)识别具有被所述成像处理器识别为个体的标识符的所述至少一种珠粒，
(vi)识别具有被所述成像处理器识别为位置标识符的标识符的所述至少一种珠粒，或
(vii)识别被预先标记以用于校准所述成像处理器的所述至少一种珠粒。
39.如权利要求33所述的套件，所述套件还包含能够与所述分析物或捕获剂直接或间接结合的实体，其中所述实体包括亲和标签。
40.如权利要求39所述的套件，其中所述亲和标签是生物素、His6或麦芽糖。
41.如权利要求33所述的套件，所述套件还包含至少一种被预先标记以用于监测所述成像处理器的功能的珠粒。
42.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒的表面是光滑的并且不存在表面不规则性。
43.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒的至少一个表面包含至少一个用于所述捕获剂的化学连接的位点。
44.如权利要求33所述的套件，其中所述捕获剂选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、蛋白质、脂质、碳水化合物部分、病毒和细胞。
45.如权利要求43所述的套件，其中所述多种珠粒是磁性的或非磁性的。
46.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒还包含：
(3)基本上不透明的磁层，其包围所述基本上不透明的聚合物层与所述基本上透明的聚合物层的中心部分之间的所述基本上透明的聚合物层的中心部分，其中所述基本上不透明的磁层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第一表面或第二表面。
47.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒还包含：
(4)与所述基本上透明的聚合物层对齐的第二基本上透明的聚合物层，所述第二基本上透明的聚合物层具有与所述基本上透明的聚合物的中心部分对齐的中心部分，其中所述第二基本上透明的聚合物层被固定至所述基本上透明的聚合物层的第二表面，并且不延伸超出所述基本上透明的聚合物层的二维形状；以及
(5)基本上不透明的磁层，其包围所述基本上不透明的聚合物层与所述基本上透明的聚合物层的中心部分之间的所述基本上透明的聚合物层的中心部分，其中所述基本上不透明的磁层被固定在所述基本上透明的聚合物层与所述第二基本上透明的聚合物层之间。
48.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒还包含用于对所述基本上不透明的聚合物层的模拟代码标识符进行定向的定向指示器。
49.如权利要求48所述的套件，其中所述定向指示器包含基本上不透明的磁层的不对称性。
50.如权利要求46所述的套件，其中所述基本上不透明的磁层包含镍。
51.如权利要求46所述的套件，其中所述基本上不透明的磁层的厚度为50nm至10μm。
52.如权利要求51所述的套件，其中所述基本上不透明的磁层的厚度为0.1μm。
53.如权利要求33所述的套件，其中所述基本上不透明的聚合物层的二维形状包括齿轮形状，所述齿轮形状包括多个齿轮齿，并且其中所述模拟代码标识符由选自由以下组成的组的一个或多个方面表示：所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的高度、所述多个齿轮齿中的一个或多个齿轮齿的宽度、所述多个齿轮齿中的齿轮齿的数量以及所述多个齿轮齿内一个或多个齿轮齿的排列。
54.如权利要求53所述的套件，其中所述多个齿轮齿包括宽度为1μm至10μm的一个或多个齿轮齿。
55.如权利要求53所述的套件，其中所述多个齿轮齿包括高度为1μm至10μm的一个或多个齿轮齿。
56.如权利要求53所述的套件，其中所述多个齿轮齿包括间隔1μm至10μm的两个或更多个齿轮齿。
57.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒还包含：
(6)从所述基本上透明的聚合物层的第一表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在所述基本上透明的聚合物层的中心部分内；和/或
(7)从所述基本上透明的聚合物层的第二表面或未固定至所述基本上透明的聚合物层的第二基本上透明的聚合物层的表面突出的一个或多个柱，其中所述一个或多个柱不在所述基本上透明的聚合物层或所述第二基本上透明的聚合物层的中心部分内。
58.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒是基本上圆形的盘。
59.如权利要求33所述的套件，其中所述基本上透明的聚合物层的中心部分包含5％至90％的所述基本上透明的聚合物层的表面积。
60.如权利要求59所述的套件，其中所述基本上透明的聚合物层的中心部分包含25％的所述基本上透明的聚合物层的表面积。
61.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒的直径为50μm。
62.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒的直径为40μm。
63.如权利要求33所述的套件，其中所述珠粒的厚度小于50μm。
64.如权利要求63所述的套件，其中所述珠粒的厚度为10μm。
65.如权利要求33所述的套件，其中所述分析物选自由以下组成的组：DNA分子、DNA-类似物-分子、RNA-分子、RNA-类似物-分子、蛋白质、脂质、碳水化合物部分、病毒和细胞。
66.如权利要求33所述的套件，其中所述基本上透明的聚合物层包括环氧基聚合物。
67.如权利要求66所述的套件，其中所述环氧基聚合物是SU-8。
68.如权利要求33所述的套件，其中所述至少一种珠粒的模拟代码标识符不对应于与所述至少一种珠粒相关联的捕获剂。
69.一种多重测定系统，所述多重测定系统包含：
a)如权利要求33-68中任一项所述的套件中的多种珠粒；和
b)包含成像处理器系统和反应检测系统的装置，其中通过解码系统中的所述成像处理器系统对对应于：
(i)特定测定，
(ii)特定分析物，
(iii)制造批次，
(iv)个体，
(v)位置标识符，和/或
(vi)定标信号中的一种或多种的标识符的识别激活软件的使用，所述软件分析通过与所述特定测定相关的反应检测系统检测的检测信号。
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