CN117321088A - 用室温引发法制备单分散聚合物珠 - Google Patents

Abstract

描述了用于制备单分散聚合物珠的技术，例如使用单尺寸晶种颗粒，其中在制备期间珠的生长、聚合或溶胀过程在低温、环境温度或室温下发生。公开了避免基于热引发的溶胀的用于生长、聚合或溶胀的多种方案。例如，公开了光聚合、无金属原子转移自由基聚合和氧化还原聚合方案。可以在单分散聚合物珠中实现另外的特征，例如控制珠密度、控制多孔特性以及包含各种化学官能团，包括可以在单分散聚合物珠制备之后，例如在后续使用期间被活化或去保护的受保护官能团。

Description

用室温引发法制备单分散聚合物珠

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年4月16日提交的美国临时申请号63/175,895的权益和优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

磁性聚合物珠广泛用于测序应用。大的磁性聚合物珠，尤其是直径大于15μm的珠，具有大的表面积，这对于单细胞测序应用是有益的，因为它们比较小的珠具有更高的靶核酸序列容量。用于制备这种磁性聚合物珠的典型方法依赖于热聚合方法，这可能需要长时间加热单体液滴。

发明内容

晶种介导的溶胀聚合可用于制备大的单分散聚合物珠。在制备过程中使用高温可能是不希望的，因为这会改变单体的溶解度并损害大液滴(特别是直径大于15μm的液滴)的稳定性，从而导致乳液破裂和聚合失败。此外，在高温条件下制备的珠的单分散性可能较差，在某些情况下导致珠表现出多分散特征。本公开提供了使用晶种介导的溶胀聚合方法制备单分散聚合物珠的技术，该方法避免使用高温聚合，例如通过采用替代的聚合方案，例如光聚合、无金属原子转移自由基聚合或氧化还原聚合，允许制备大尺寸和高度单分散的聚合物珠。

在一些示例中，用于制备单分散聚合物珠的方法包括将单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与活化化合物混合以产生活化的晶种颗粒；将活化的晶种颗粒与单体化合物和交联化合物混合以产生单尺寸的单体液滴；以及使单尺寸单体液滴经受聚合条件以产生单分散聚合物珠，例如包括10℃至40℃温度的聚合条件。任选地，单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与活化化合物的混合在5℃至40℃的温度下进行。任选地，活化的晶种颗粒与单体化合物和交联化合物的混合在5℃至40℃的温度下进行。任选地，单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒具有选自0.1μm至20μm的直径。任选地，活化化合物存在于乳液中，例如包含活化化合物、水和表面活性剂的乳液。任选地，将单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与活化化合物混合包括形成活化的晶种颗粒的水乳液。

所公开的方法可用于产生具有多种不同性质的单分散聚合物珠。例如，单分散聚合物珠可以具有0.5μm至50μm的直径。任选地，单分散聚合物珠的直径可以是单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒直径的3至6倍。在一些示例中，单分散聚合物珠可表现出5％或更小的变异系数(CV)。在一些示例中，单分散聚合物珠可表现出以下特征中的一种或多种：低或相对低的密度、官能化、或受保护的或潜在的官能度。

结合下文和附图更详细地描述本发明的这些和其他实施方案、示例和方面以及许多优点和特征。

附图说明

图1是根据一些示例的晶种介导的溶胀聚合方法的示意图。

图2提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用5μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图3提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用5μm晶种、1-氯十二烷、3％2-羟基-2-甲基苯丙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图4提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用0.5μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图5提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用1μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图6提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用2μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图7提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用3μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图8提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用10μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图9提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯(25％)、甲基丙烯酸己酯(75％)和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中使用5μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

图10提供了在甲基丙烯酸缩水甘油酯(5％)、甲基丙烯酸己酯(95％)和二乙烯基苯的单体混合物中使用5μm晶种、1-氯十二烷和3％2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮制备的示例性聚合物珠的显微图像。

具体实施方式

本文描述的方面涉及用于制备单分散聚合物珠的技术，例如使用单尺寸晶种颗粒，其中在制备期间使珠生长、聚合或溶胀的过程在低温、环境温度或室温下发生。公开了多种用于生长、聚合或溶胀的方案，其避免了通常在高温条件下发生的基于热引发的溶胀。例如，公开了光聚合、无金属原子转移自由基聚合和氧化还原聚合方案。可以在单分散聚合物珠中实现附加特征，例如控制珠密度、控制多孔特性以及包含各种化学官能团，包括在单分散聚合物珠制备后(例如在后续使用过程中)可以被活化或去保护的受保护或潜在官能团。

单分散聚合物珠可以有利地用作制备磁性聚合物珠的支架。可以使用用于磁化聚合物珠的各种技术，例如美国专利4,774,265中描述的那些技术。在一些示例中，单分散聚合物珠可以通过与铁盐或其他铁磁金属(例如Co、Ni等)的溶液混合并改变混合物的pH以允许铁或其他铁磁化合物沉淀来磁化，该铁或其他铁磁化合物可以被聚合物珠吸收，从而导致珠呈现磁性特征，例如由于铁或其他铁磁化合物存在于聚合物珠的表面和/或体内而如此。通过使生物分子(例如核酸序列或生物缀合物)附着到珠表面，可以有利地使用单分散聚合物珠。在一些情况下，磁性单分散聚合物珠可用于核酸分离或单细胞测序。

一般而言，本文中使用的术语和短语具有其在本领域公认的含义，其可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和上下文来找到。本文定义某些术语是为了阐明它们在本公开的上下文中的具体用途。

“室温”是指典型室内环境中存在的温度范围，例如约15℃至约35℃的温度，例如15.0℃至17.5℃、17.5℃至20.0℃、20.0℃至22.5℃、22.5℃至25.0℃、25.0℃至27.5℃、27.5℃至30.0℃、30.0℃至32.5℃、或32.5℃至35.0℃的温度。虽然不典型，但室温有时可包含低至10℃或高达40℃的温度。如本文所用，“环境条件”的含义可包括约室温的温度、约20％至约100％的相对湿度，以及约975毫巴(mbar)至约1050mbar的大气压力或大气压。参考其中使用晶种颗粒在混合物中生成单分散聚合物珠的条件，室温条件可以表明未施加热量(例如通过外部热源)以有意将混合物的温度升高至高于室温的温度。

“胶乳”是指悬浮或乳化在液体(通常是水或水性混合物)中的微粒分散体。微粒可以是聚合物微粒，在一些情况下可以将其称为聚合物珠。在一些示例中，术语胶乳还可以指悬浮或乳化在液体中的前体颗粒，尽管这样的颗粒可能不聚合，例如在单体液滴的情况下。

“单分散”或“单尺寸”是指尺寸(例如，直径或其他横截面尺寸)围绕单一值分布的颗粒分布，并且与颗粒的多分散分布形成对比，其中颗粒尺寸可以围绕几个不同的值分布，或者可能另外具有整体不均匀或不一致的尺寸分布。具有单分散尺寸分布的颗粒可称为单分散颗粒或单分散的颗粒。在一些示例中，单分散颗粒可具有按正态(高斯)分布分布的尺寸，并且可由平均尺寸和指示围绕该平均尺寸的变化量的度量(例如标准偏差)来表征。在本文的示例中，提及单尺寸颗粒或单分散颗粒的直径是指分布中颗粒的平均尺寸。在一些示例中，多分散颗粒可以是具有两种或更多种不同平均尺寸的两种单分散分布的颗粒的混合物。在一些情况下，变异系数(CV)用于表征单分散分布中颗粒尺寸分布的分散性，其可对应于颗粒尺寸的标准偏差除以分布中颗粒的平均尺寸。在一些示例中，单分散分布可以具有5％或更小的CV。在一些示例中，CV可以是4％或更小、3％或更小、2％或更小、或者1％或更小。在一些情况下，单分散颗粒可具有小CV的尺寸分布(例如，小于5％、4％、3％、2％或1％)，并根据政府或国际标准(例如，ISO、NIST等)进行评估和校准。

在一些示例中，所公开的组合物或化合物是分离的或纯化的或者以分离的或纯化的形式使用。任选地，如本领域所理解的，分离或纯化的化合物是至少部分地分离或纯化的。在一些示例中，公开的组合物或化合物具有大于90％的化学纯度，任选地对于一些应用为95％，任选地对于一些应用为99％，任选地对于一些应用为99.9％，任选地对于一些应用为99.99％，或任选地对于一些应用为99.999％纯度。

本文公开的一些化合物可含有一种或多种可电离基团。可电离基团包括可从中除去质子的基团(例如，-COOH)或可从中添加质子的基团(例如，胺)或可被季铵化的基团(例如，胺)。此类分子或其盐的所有可能的离子形式旨在单独地包括在本文的公开内容中。关于本文描述的化合物的盐，应当理解，可以选择适合于制备给定应用的盐的多种可用抗衡离子。在特定应用中，选择给定的阴离子或阳离子来制备盐可以导致该盐的溶解度增加或降低。

如本文所使用的，术语“基团”和“部分”可以指化合物的官能团。所公开的化合物的基团是指作为化合物一部分的原子或原子的集合。所公开的化合物的基团可以通过一个或多个共价键连接至该化合物的其他原子。在实施方案中，术语“取代基”可以与术语“基团”和“部分”互换使用。”

当关于基础化合物使用时，术语“衍生物”可以指与基础化合物相关或衍生自基础化合物的另一种化合物，例如通过对基础化合物中的氢原子或其他基团进行一个或多个取代。衍生物的示例可包括其中对基础化合物进行一处或多处取代的化合物，例如用卤素、羟基基团或小烷基基团(例如甲基、乙基)取代氢原子、用更长或更短的烷基链取代烷基链、用其他可极化基团(例如，羧酸基团)取代可极化基团(例如，羟基基团)等。

晶种介导的溶胀聚合

如上所述，本文描述的方面涉及使用晶种介导的溶胀聚合方法产生聚合物珠的方法。图1提供了根据本文公开的方面的示例性晶种介导的溶胀聚合方法100的示意性概述。如图所示，晶种颗粒105，例如单尺寸聚苯乙烯颗粒，与活化化合物混合，以形成活化的晶种颗粒110，例如在乳液中。然后将单体化合物添加到混合物中，此时可以将单体分子掺入到活化的晶种颗粒110中，以使颗粒生长并形成本文中称为单体液滴115(其也可以是单尺寸化)的较大颗粒。单体液滴115可以经受聚合条件以产生聚合物珠120，其可以是单分散的或基本上单分散的。在一些情况下，可以将交联化合物、引发剂化合物和/或催化剂(例如与晶种颗粒105或活化化合物一起或同时，与单体化合物一起或同时，或添加单体化合物后)添加到混合物中。应当理解，晶种颗粒105、活化的晶种颗粒110、单体液滴115和聚合物珠120在图1中未按比例示出。下面描述关于图1中描绘的各种过程的附加细节。

晶种活化

对于所公开的晶种介导的溶胀聚合方法，可以使用单尺寸晶种颗粒，例如单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒。晶种颗粒可以是高度单分散的，例如(举例而言)具有5％或更低、4％或更低、3％或更低、2％或更低、或1％或更低的CV。单尺寸聚苯乙烯颗粒可从多个制造商处获得，并且可以根据政府或国际标准进行尺寸验证。在一些示例中，单尺寸聚苯乙烯颗粒可具有选自以下的直径：约0.1μm至约20μm，例如0.1至0.5μm、0.5μm至1μm、0.5至1.0μm、1.0μm至1.5μm、1.5μm至2.5μm、2.5μm至3.0μm、3.0μm至3.5μm、3.5μm至4.0μm、4.0μm至4.5μm、4.5μm至5.0μm、5μm至6μm、6μm至7μm、7μm至8μm、8μm至9μm、9μm至10μm、10μm至12μm、12μm至14μm、14μm至16μm、16μm至18μm或18μm至20μm。

单尺寸晶种颗粒可以通过与活化化合物混合来活化，在一些示例中，这可以导致活化化合物的分子附着或结合至晶种颗粒的表面，为颗粒添加单体做好准备以用于随后的聚合过程。在一些示例中，此类活化过程可以通过制备活化化合物在水中的乳液、将晶种颗粒添加到乳液中并混合来实现。在其他示例中，晶种颗粒可以在水乳液中，并且可以将活化化合物添加到乳液中并混合。混合的持续时间可以是例如1至36小时。任选地，活化过程可以在室温条件下，例如在15℃至35℃的温度或在例如18℃至27℃的范围内的任何温度下进行。示例性活化化合物包括但不限于邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、己二酸双-2(乙基己基)酯(DEHA)或1-氯十二烷(CD)。在一些示例中，可以使用多种不同的活化化合物。任选地，其他组分可以存在于一种或多种乳液中，例如一种或多种聚合催化剂、溶剂、表面活性剂等。

在一些示例中，活化化合物可以是引发剂化合物或包含引发剂化合物，其可用于引发后续步骤中的聚合过程。任选地，引发剂化合物可以是光引发剂。可以使用各种不同类别的引发剂化合物，例如含有苯甲酰基基团、苯基乙酰基基团或包含Norish I型或II型光引发剂、氧化还原引发剂或原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂的引发剂化合物。在一些示例中，活化化合物(其可以是引发剂化合物)可以包括苯偶姻化合物或苯偶姻衍生物、苯乙酮化合物或苯乙酮衍生物、苯亚缩酮化合物、α-羟基烷基苯酮化合物、α-氨基烷基苯酮化合物、O-酰基α-肟酮化合物、酰基氧化膦化合物、酰基膦酸酯化合物、溴化合物或过氧化物化合物。具体的活化化合物(其可以是引发剂化合物)可以包括但不限于2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、2-羟基-2-甲基苯丙酮(HMP)、二苯甲酮、α-溴苯乙酸乙酯(EBBPA)、α-溴异丁酸甲酯、2-溴丙酸甲酯、2-溴丙腈、2-溴-2-甲基丙二酸二乙酯、3-羟丙基2-溴-2-甲基丙酸酯或过氧化苯甲酰(BPO)。

单体液滴生长

活化的晶种颗粒可以通过与单体化合物混合而生长成单体液滴，在一些示例中，这可以导致单体化合物的分子被吸收在活化的晶种颗粒中，并且由于单体化合物分子的添加使颗粒生长成较大的尺寸。在一些示例中，此类方法可以通过将活化的晶种颗粒的乳液与单体化合物混合来实现。任选地，乳液或单体化合物可以与其他组分(例如一种或多种引发剂化合物、催化剂、交联化合物、溶剂、表面活性剂等)混合。混合的持续时间可以是例如1至24小时。任选地，单体液滴生长过程可以在室温条件(例如在15℃至35℃的温度)下发生。

多种不同的单体类别和单体化合物可用于所公开的方法。例如，有用的单体化合物包括但不限于乙烯基单体、丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、甲基丙烯酰胺化合物、丙烯酰胺化合物、丙烯酸化合物、甲基丙烯酸化合物。在一些情况下，单体化合物可包含疏水基团。在一些情况下，单体化合物可包括官能团，例如叠氮基官能团、炔官能团(例如，用于点击化学)、胺官能团、羧基官能团、酯官能团、活化的羧基官能团、甲苯磺酰基(tosyl)官能团、醛官能团或硫醇官能团。在一些情况下，单体化合物可包含保护官能团，例如甲苯磺酰基基团、叔丁氧基羰基(BOC)基团、苄基基团、叔丁基基团或三甲氧基甲硅烷基基团。具体的单体化合物包括但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-氨基乙基甲基丙烯酰胺、叠氮基-PEG4-丙烯酸酯、丙烯酸3-叠氮基丙酯、N-(5-丙烯酰氨基戊基)-2-(1-叠氮基乙基)苯甲酰胺、N-甲苯磺酰基-丙烯酰胺、(2-Boc-氨基)甲基丙烯酸乙酯、N-苄基丙烯酰胺、甲基丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。在一些示例中，可以使用(例如一起或依次使用)多种不同的单体化合物。

聚合

几种不同的聚合技术可以用于本文公开的方法，每种技术如下所述。一般来说，这些不同的聚合技术不需要升高的温度条件，并且与其中施加热量来驱动单体聚合的热聚合或基于热引发的溶胀方法不同。本文所述的聚合方法能够在室温或环境温度下(例如在15℃至35℃的温度下)引起单体液滴中的单体聚合以形成单分散聚合物珠。在一些情况下，这些范围之外的温度可以用于所公开的聚合技术，但是应当理解，所描述的技术可以在不经受升高温度的情况下导致聚合。通过使用所公开的聚合技术，可以实现从单尺寸晶种颗粒到单分散聚合物珠的约3至约6倍的尺寸增加。例如，在一些情况下，单分散聚合物珠可具有约0.5μm至约50μm的直径。单分散聚合物珠的示例直径可以为0.5μm至1.0μm、1.0μm至2.0μm、2.0μm至3.0μm、3.0μm至4.0μm、4.0μm至5.0μm、5.0μm至6.0μm、6.0μm至7.0μm、7.0μm至8.0μm、8.0μm至9.0μm、9.0μm至10μm、10μm至12μm、12μm至14μm、14μm至16μm、16μm至18μm、18μm至20μm、20μm至25μm、25μm至30μm、30μm至35μm、35μm至40μm、40μm至45μm，或from 45μm至50μm。在一些示例中，单分散聚合物珠可具有5％或更小、4％或更小、3％或更小、2％或更小或1％或更小的CV。

各种不同的交联化合物可以用于所公开的聚合技术，例如二乙烯基化合物、二甲基丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸乙烯酯化合物、甲基丙烯酸烯丙酯化合物或丙烯酸乙烯酯化合物。交联化合物的具体示例包括但不限于二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯(DVB)、1,4-丁二醇二乙烯基醚、丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、二(乙二醇)二乙烯基醚、三(乙烯乙二醇)二乙烯基醚、丙烯酸乙烯酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯或聚(丙二醇)二甲基丙烯酸酯。在一些示例中，可以使用(例如一起或依次使用)多种不同的交联化合物。

各种不同的催化剂可以与所公开的聚合技术一起使用，例如光聚合催化剂、原子转移自由基聚合催化剂和氧化还原聚合催化剂。示例性光聚合催化剂包括但不限于2-乙基己基-4-(二甲基氨基)苯甲酸酯。可用的原子转移自由基聚合催化剂的类别包括但不限于荧光素化合物、吩噻嗪化合物、二萘嵌苯化合物、吩噁嗪化合物、吩嗪化合物或吩噁嗪化合物。具体的原子转移自由基聚合催化剂包括但不限于荧光素、曙红Y、赤藓红B、吩噻嗪、二萘嵌苯、10-苯基吩噻嗪、萘基吩噻嗪、苯并吩噻嗪、1,2,3,5-四(咔唑-9-基)-4,6-二氰基苯、s4-[2-(4-二苯基氨基苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩3-基]苯甲腈、3,7-二(2-萘基)-2-萘-10-吩噁嗪，或它们的衍生物。示例性氧化还原聚合催化剂包括但不限于N,N-二甲基-对甲苯胺、N,N-二甲基苯胺、2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙醇、2,2’-(4-甲基苯基亚氨基)二乙醇、N-(4-甲氧基苯基)吡咯烷，或它们的衍生物。在一些示例中，可以使用(例如一起或依次使用)多种不同的催化剂。

光聚合

在光聚合过程中，单体液滴受到紫外光(UV)照射以引发单体的聚合和/或交联。如上所述，光聚合过程可以在室温下进行。在一些示例中，用于光聚合过程的UV光可以在约300nm至约400nm的范围内。将单体液滴暴露于UV光以实现光聚合的持续时间可以在几分钟至几小时(例如约10分钟至约2小时)的范围内。在一些示例中，光聚合可以在1小时或更短的时间内实现，这取决于UV光的强度和波长。在一些示例中，当晶种颗粒被活化时，引发剂化合物(例如，光引发剂)可以被包含或溶解在溶剂或其他活化化合物中。任选地，引发剂化合物可以与单体化合物一起添加。示例性引发剂化合物如上所述，其可用作光引发剂。在下面的实施例中用作光引发剂的具体引发剂化合物包括2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮，以及二苯甲酮。如上所述，可以使用光聚合催化剂，并且可以任选地将其与单体化合物、乳液混合，或者添加到单体液滴中。在一个示例中，当使用二苯甲酮作为引发剂时，使用2-乙基己基-4-(二甲基氨基)苯甲酸酯作为光聚合催化剂。下面详述了使用光聚合制备聚合物珠的各种示例性方案(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例12、实施例13、实施例14、实施例15、实施例16、实施例17、实施例18、实施例19、实施例20、实施例21、实施例22、实施例23和实施例24)。

原子转移自由基聚合(ATRP)

在ATRP方法中，将单体液滴与交联化合物和/或引发剂化合物以及任选的催化剂混合或暴露于所述交联化合物和/或引发剂化合物以及任选的催化剂，并接受约380nm至500nm范围内的可见光以引发单体的聚合和/或交联。如上所述，ATRP方法可以在室温下进行。将单体液滴暴露于光以实现ATRP的持续时间可以在几分钟至几小时(例如约10分钟至约24小时)的范围内。在一些示例中，ATRP可以在12小时或更短时间内实现，具体取决于例如光的强度和波长、单体特性，以及交联化合物、引发剂和/或催化剂的浓度和特性。如上所述，可以使用ATRP催化剂，其可以与单体化合物、乳液混合，或者添加到单体液滴中。在一个示例中，当卤代化合物(例如溴化合物)用作引发剂时，荧光素用作ATRP的催化剂。下面详细描述了使用ATRP制备聚合物珠的两个示例性方案(实施例8和实施例9)。

氧化还原聚合

在氧化还原聚合方法中，将单体液滴与交联化合物和/或引发剂化合物以及任选的催化剂混合或暴露于所述交联化合物和/或引发剂化合物以及任选的催化剂，以通过氧化还原反应引发单体的聚合和/或交联。如上所述，氧化还原聚合方法可以在室温下进行。在一些示例中，当晶种颗粒被活化时，氧化还原引发剂化合物可以包含或溶解在溶剂或其他活化化合物中。任选地，氧化还原引发剂化合物可以与单体化合物一起添加。示例性引发剂化合物如上所述，在一些情况下其可用作氧化还原引发剂。具体的氧化还原引发剂化合物可包括过氧化物化合物，例如过氧化苯甲酰。在一个示例中，当过氧化物化合物(例如过氧化苯甲酰)用作引发剂时，N,N-二甲基-对甲苯胺用作氧化还原聚合的催化剂。引发剂化合物和催化剂可以在聚合方法期间与单体液滴混合，并且聚合可以在数小时至数天(例如约6小时至约2天)内完成。在一些示例中，氧化还原聚合可以在24小时或更短的时间内完成，具体取决于例如单体特性，以及交联化合物、引发剂和/或催化剂的浓度和特性。下面详细描述了使用氧化还原聚合制备聚合物珠的两个示例性方案(实施例10和实施例11)。

聚合物珠的调整密度

具有相对低密度的聚合物珠可用于维持均匀或更均匀的悬浮液，例如没有沉淀或沉降。存在沉淀或沉降的条件对于单细胞测序等应用来说可能是不理想的，因此产生具有低密度的聚合物珠可能是理想的。可以采用多种策略来产生具有相对较低密度的聚合物珠。在一些示例中，选择特定的单体化合物，例如低密度单体化合物，可用于产生具有较低密度的聚合物珠。在一些示例中，选择特定的交联化合物(例如低密度交联化合物)可用于产生具有较低密度的聚合物珠。在一些示例中，可以使用低密度单体化合物和低密度交联化合物两者，但是可以替代地使用其中任一种而不使用另一种。在一些示例中，单分散聚合物珠可表现出0.8至1.4的比重，其中低密度比重为0.8至1.05。

作为示例，以甲基丙烯酸缩水甘油酯作为单体化合物作为比较的基础，其他较低密度的单体化合物包括但不限于甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸环己酯。因此，通过使用这些单体化合物代替甲基丙烯酸缩水甘油酯，可以产生具有相对较低密度的聚合物珠。作为另一示例，以二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联化合物作为比较的基础，其他较低密度的交联化合物包括但不限于1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、聚(丙二醇))二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸乙烯酯或甲基丙烯酸烯丙酯。因此，通过使用这些交联化合物代替二甲基丙烯酸乙二醇酯，可以产生具有相对较低密度的聚合物珠。下面详细描述了用于调整聚合物珠密度的三个示例性方案(实施例17、实施例18和实施例19)。

具有多孔结构的聚合物珠

在一些示例中，聚合物珠或单体液滴可包括外部致孔剂，例如由甲苯、环己醇或聚乙二醇组成。在某些情况下，例如在聚合过程中发生相分离的情况下，外部致孔剂的存在可能会导致不良影响。此外，萃取步骤可用于在聚合后去除外部致孔剂，从而增加处理时间和复杂性。然而，使用具有疏水部分的单体化合物可以在聚合物珠内部形成疏水袋，这些区域充当内部致孔剂。这可以避免提取处理并提供更可控的孔引入过程。具有疏水部分的单体化合物的示例包括但不限于甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸苄酯或甲基丙烯酸环己酯。下面详细描述了用于制备具有内部致孔剂的聚合物珠的一个示例性方案(实施例20)。

官能化聚合物珠

官能化聚合物珠可以使用本文描述的方法通过使用包含所需官能度的单体化合物来产生。例如，单体化合物可包括官能团，例如但不限于叠氮基官能团、炔官能团(例如，用于点击化学)、胺官能团、羧基官能团、酯官能团或活化的羧基基团，这可以导致聚合物珠也包含这些官能团。此类基团可有利地用于与生物分子(例如蛋白质和DNA寡核苷酸)偶联。具有官能团的单体化合物的具体示例包括但不限于甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、2-氨基乙基甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、叠氮基-PEG4-丙烯酸酯、丙烯酸3-叠氮基丙酯或N-(5-丙烯酰氨基戊基)-2-(1-叠氮基乙基)苯甲酰胺。下面详细描述了用于制备官能化聚合物珠的两个示例性方案(实施例21和实施例22)。

具有潜在官能度的聚合物珠

作为官能化聚合物珠的延伸，根据所公开的方法，使用具有包括保护部分的特定官能团的单体化合物可用于产生具有潜在官能度的聚合物珠。当需要时，可以通过将聚合物珠暴露于脱保护条件来获得潜在的官能团，这可以去除或改变保护部分。例如，单体化合物可包括保护官能团，例如但不限于甲苯磺酰基(tosyl)基团、叔丁氧基羰基(BOC)基团、苄基基团、叔丁基基团或三甲氧基甲硅烷基基团，这可以导致聚合物珠也包含这些保护官能团。脱保护条件可包括但不限于暴露于酸性条件(例如pH小于7或小于6)或强酸性条件(例如pH小于3)、暴露于碱性条件(例如pH大于7或大于8)或强碱性条件(例如，pH大于11)、暴露于还原条件、暴露于氧化条件、暴露于强酸(例如，HF)等。保护官能团的具体示例包括但不限于N-甲苯磺酰基-丙烯酰胺、甲基丙烯酸(2-丁氧基羰基-氨基)乙酯、N-苄基丙烯酰胺、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。下面详细描述了用于制备受保护的官能化聚合物珠的两个示例性方案(实施例23和实施例24)。

通过参考以下非限制性实施例可以进一步理解本发明的各方面。

实施例1：5μm晶种，甲苯中的DMPA作为引发剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯作为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂

将0.25g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)添加到0.25mL甲苯中。2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮完全溶解后，将该2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮溶液、48.25mL水和1.25mL10％十二烷基硫酸钠(SDS)溶液均质成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。搅拌24小时后，将胶乳转移至含有20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例2：5μm晶种，1-氯十二烷中的DMPA作为引发剂；甲基丙烯酸缩水甘油酯作为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂

将2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮溶解在1-氯十二烷中以制成饱和溶液。将0.5mL的该2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮溶液、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。搅拌24小时后，将胶乳转移至含有20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例3：5μm晶种，甲苯中的二苯甲酮加上EHDEB作为引发剂；甲基丙烯酸缩水甘油酯作为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂

将二苯甲酮溶解在甲苯中以制成饱和溶液。将0.5mL的该二苯甲酮溶液、100μL的2-乙基己基4-(二甲氨基)苯甲酸酯(EHDEB)、48.25mL水和1.2 5mL 10％ SDS溶液均质化为乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。搅拌24小时后，将胶乳转移至含有20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例4：5μm晶种，1-氯十二烷作为活化剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂将0.5mL的1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图2中。

实施例5：5μm晶种，1-氯十二烷作为活化剂；甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ HMP作为引发剂

将0.5mL的1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2-羟基-2-甲基苯丙酮(HMP)、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图3中。

实施例6：5μm晶种，1-氯十二烷作为活化剂；甲基丙烯酸2-乙基己酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL的1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g甲基丙烯酸2-乙基己酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例7：5μm晶种，1-氯十二烷作为活化剂，苯乙烯和DVB的单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g苯乙烯和1g二乙烯基苯(DVB)的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例8：5μm晶种，EBPA作为引发剂；单体溶胀后，加入荧光素(溶于二甲基亚砜(DMSO))。

将0.5mLα-溴苯乙酸乙酯(EBPA)、48.25mL水和1.25mL 10％SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，向悬浮液中加入1mg荧光素，并将混合物在450nm光下曝光10小时。得到粒径为15μm的单分散胶乳。

实施例9：5μm晶种、CD作为活化剂、单体混合物中EBPA作为引发剂。溶胀后，加入荧光素(溶解在DMSO中)。

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6gα-溴苯乙酸乙酯、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将1mg荧光素加入到悬浮液中，并将混合物在450nm光下曝光10小时。得到粒径为10μm的单分散胶乳。

实施例10：5μm晶种，甲苯中的过氧化苯甲酰作为引发剂；甲基丙烯酸缩水甘油酯作为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯作为交联剂。溶胀后，加入N,N-二甲基对甲苯胺以引发聚合

将过氧化苯甲酰(BPO)溶解在甲苯中以制成饱和溶液。将0.5mL的该过氧化苯甲酰溶液、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。搅拌24小时后，将胶乳转移至含有20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将10μL的N,N-二甲基-对甲苯胺(DMPT)加入到悬浮液中，并将混合物进一步搅拌24小时。得到粒径为15μm的单分散胶乳。

实施例11：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％ BPO作为引发剂。溶胀后，加入DMPT聚合

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g过氧化苯甲酰、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将10μL的N,N-二甲基对甲苯胺加入到悬浮液中，并将混合物进一步搅拌24小时。得到粒径为15μm的单分散胶乳。

实施例12：0.5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为0.5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、35g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1.75g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为3μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图4中。

实施例13：1μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为1μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、35g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1.75g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为5μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图5中。

实施例14：2μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为2μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、35g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1.75g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为7μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图6中。

实施例15：3μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水、1.25mL 10％ SDS溶液均质成乳液。将0.25g直径为3μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为10μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图7中。

实施例16：10μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为10μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为35μm的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图8中。

实施例17：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯(25％)、甲基丙烯酸己酯(75％)和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、15g甲基丙烯酸己酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得具有相对低密度的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图9中。

实施例18：5μm晶种，1-氯十二烷作为活化剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯和二乙烯基苯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、20g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1g二乙烯基苯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得具有相对低密度的单分散胶乳。

实施例19：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯(5％)、甲基丙烯酸己酯(95％)和二乙烯基苯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1g甲基丙烯酸缩水甘油酯、19g甲基丙烯酸己酯和1g二乙烯基苯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得具有较低密度的单分散胶乳。多个单独珠的显微图像显示在图10中。

实施例20：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、在甲基丙烯酸缩水甘油酯(5％)、甲基丙烯酸苄酯(95％)和二乙烯基苯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1g甲基丙烯酸缩水甘油酯、19g甲基丙烯酸苄酯和1g二乙烯基苯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。得到直径为15μm的单分散胶乳。

实施例21：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰胺和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、19g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1g甲基丙烯酰胺和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得用胺基团官能化的单分散胶乳。

实施例22：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸3-叠氮丙酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、19g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1g丙烯酸3-叠氮丙酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得用叠氮基官能化的单分散胶乳。

实施例23：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-甲苯磺酰基-丙烯酰胺和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、19g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1g N-甲苯磺酰基丙烯酰胺和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得用甲苯磺酰基保护的胺基团官能化的单分散胶乳。

实施例24：5μm晶种、1-氯十二烷作为活化剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯的单体混合物中3％ DMPA作为引发剂

将0.5mL 1-氯十二烷、48.25mL水和1.25mL 10％ SDS溶液均质化成乳液。将0.25g直径为5μm的单分散聚苯乙烯颗粒添加到该乳液中。小心搅拌24小时后，将胶乳转移至含有0.6g 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、19g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1g甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯和1g二甲基丙烯酸乙二醇酯的反应器中。搅拌4小时后，将悬浮液在365nm紫外光下暴露1小时。获得用甲硅烷基保护的羧基基团官能化的单分散胶乳。

关于通过引用和变化并入的声明

本公开全文中的所有参考文献，例如包括已发布或授予的专利或等同物的专利文件、专利申请出版物以及非专利文献文件或其他源材料，均通过引用以其整体并入本文，如同单独通过引用并入一样。

本公开中提到的所有专利和出版物表明了本发明所属领域的技术人员的技术水平。本文引用的参考文献通过引用以其整体并入本文，以表明现有技术，在某些情况下截至其申请日期，并且如果需要，该信息可以在本文中使用以排除(例如，放弃)现有技术中的特定实施方案。例如，当要求保护一种化合物时，应当理解，现有技术中已知的化合物，包括本文公开的参考文献(特别是参考的专利文献)中公开的某些化合物，不旨在包括在权利要求中。

当本文公开一组取代基时，应当理解，那些组的所有单独成员以及可以使用取代基形成的所有亚组和类别是单独公开的。当本文使用马库什组或其他分组时，该组的所有单独成员以及该组的所有可能的组合和子组合旨在单独地包含在本公开中。如本文所用，“和/或”意指由“和/或”分隔的列举中的一项、全部或任意组合被包含在该列举中；例如“1、2和/或3”相当于：“1”，“2”，“3”，“1和2”，“1和3”，“2和3”，或“1、2和3”。

除非另有说明，所描述或示例的每种制剂或组分的组合均可用于实践本发明。材料的具体名称旨在是示例性的，因为已知本领域技术人员可以不同地命名相同的材料。应当理解，除了具体示例的那些之外的方法、设备元件、起始材料和合成方法可以在本发明的实践中采用，而无需借助于过度的实验。任何此类方法、设备元件、起始材料和合成方法的所有本领域已知的功能等同物旨在包含在本公开中。每当在说明书中给出一种范围时，例如，温度范围、时间范围或组成范围，所有中间范围和子范围，以及包含在给出的范围中的所有单个值都旨在包含在本公开中。

如本文使用，“包括”与“包含”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包容性的或开放式的，并且不排除额外的未列举的元件或方法步骤。如本文所用，“由……组成”排除权利要求要素中未指定的任何要素、步骤或成分。如本文所用，“基本上由......组成”并不排除不会实质上影响权利要求的基本和新颖特征的材料或步骤。本文中对术语“包括”的任何叙述，特别是在组合物的组分的描述中或在设备的元件的描述中，应理解为涵盖基本上由所列举的组分或元素组成以及由它们组成的那些组合物和方法。本文适当地说明性描述的方面可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个要素、一个或多个限制的情况下实践。

所采用的术语和表达被用作描述性而非限制性术语，并且在使用此类术语和表达时无意排除所示出和所描述的特征或其部分的任何等同物，但是应当认识到在本发明要求保护的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解，尽管本公开描述了各种实施方案和可选特征，但是本领域技术人员可以诉诸本文公开的概念的修改和变化，并且此类修改和变化被认为在由所附权利要求书限定的本发明范围内。

Claims (42)

1.一种方法，其包括：

将单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与活化化合物混合以产生活化的晶种颗粒；

将所述活化的晶种颗粒与单体化合物和交联化合物混合以产生单尺寸的单体液滴；以及

使所述单尺寸单体液滴经受聚合条件以生成单分散聚合物珠，其中所述聚合条件包括10℃至40℃的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与所述活化化合物的混合在10℃至40℃的温度下进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化的晶种颗粒与所述单体化合物和所述交联化合物的混合在10℃至40℃的温度下进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分散聚合物珠表现出5％或更小的变异系数(CV)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒具有选自0.1μm至20μm的直径。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分散聚合物珠具有选自0.5μm至50μm的直径。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分散聚合物珠的直径为所述单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒的直径的3至6倍。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分散聚合物珠表现出0.8至1.4或0.8至1.05的比重。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化化合物存在于乳液中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述乳液包括所述活化化合物、水和表面活性剂。

11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述单尺寸聚苯乙烯晶种颗粒与所述活化化合物混合包括形成所述活化的晶种颗粒的水乳液。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化化合物为引发剂化合物，所述引发剂化合物含有苯甲酰基基团、苯乙酰基基团，或包括NorishI型或II型光引发剂、氧化还原引发剂，或原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化化合物包括苯偶姻化合物或苯偶姻衍生物、苯乙酮化合物或苯乙酮衍生物、苯亚缩酮化合物、α-羟基烷基苯酮化合物、α-氨基烷基苯酮化合物、O-酰基α-肟酮化合物、酰基氧化膦化合物、酰基膦酸酯化合物、溴化合物或过氧化物化合物。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化化合物包括选自由以下组成的组的化合物：2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、二苯甲酮、α-溴苯乙酸乙酯、α-溴异丁酸甲酯、2-溴丙酸酯、2-溴丙腈、2-溴-2-甲基丙二酸二乙酯、3-羟丙基2-溴-2-甲基丙酸酯和过氧化苯甲酰。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化化合物包括选自由邻苯二甲酸二丁酯、双-2(乙基己基)己二酸酯和1-氯十二烷组成的组的化合物。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述单体化合物为乙烯基单体、丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、甲基丙烯酰胺化合物、丙烯酰胺化合物、丙烯酸化合物或甲基丙烯酸化合物。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述单体化合物选自由以下组成的组：甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-氨基乙基甲基丙烯酰胺、叠氮基-PEG4-丙烯酸酯、丙烯酸3-叠氮基丙酯、N-(5-丙烯酰氨基戊基)-2-(1-叠氮基乙基)苯甲酰胺、N-甲苯磺酰基-丙烯酰胺、(2-叔丁氧基羰基-氨基)甲基丙烯酸乙酯、N-苄基丙烯酰胺、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分散聚合物珠包括包含一种或多种致孔剂的多孔聚合物珠。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述单体化合物包括疏水部分并且其中所述致孔剂包括所述多孔聚合物珠内部的疏水袋。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述单体化合物包括官能团并且其中所述单分散聚合物珠包括官能化聚合物珠。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述官能团是叠氮基官能团、胺官能团、羧基官能团、甲苯磺酰基(tosyl)官能团、醛官能团或硫醇官能团。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述单体化合物包括保护官能团，并且其中所述单分散聚合物珠包括具有潜在官能团的聚合物珠。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述保护官能团包括甲苯磺酰基(tosyl)基团、叔丁氧基羰基(BOC)基团、苄基基团、叔丁基基团或三甲氧基甲硅烷基基团。

24.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括使所述单分散聚合物珠经受脱保护条件。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述交联化合物是二乙烯基化合物、二甲基丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸乙烯酯化合物、甲基丙烯酸烯丙酯化合物或丙烯酸乙烯酯化合物。

26.根据权利要求1所述的方法，其中所述交联化合物选自由以下组成的组：二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、1,4-丁二醇二乙烯基醚、丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、二(乙二醇)二乙烯基醚、三(乙二醇)二乙烯基醚、丙烯酸乙烯酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、聚(丙二醇)二甲基丙烯酸酯。

27.根据权利要求1所述的方法，其中混合所述活化的晶种颗粒包括将所述活化的晶种颗粒与所述单体化合物、所述交联化合物和引发剂化合物混合。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述引发剂化合物含有苯甲酰基基团、苯乙酰基基团，或者包括Norish I型或II型光引发剂、氧化还原引发剂，或原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述引发剂化合物包括苯偶姻化合物或苯偶姻衍生物、苯乙酮化合物或苯乙酮衍生物、苯偶酮化合物、α-羟基烷基苯酮化合物、α-氨基烷基苯酮化合物、O-酰基α-肟酮化合物、酰基氧化膦化合物、酰基膦酸酯化合物、溴化合物，或过氧化物化合物。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述引发剂化合物选自由以下组成的组：2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、二苯甲酮、α-溴苯乙酸乙酯、α-溴异丁酸甲酯、2-溴丙酸甲酯、2-溴丙腈、2-溴-2-甲基丙二酸二乙酯、3-羟丙基2-溴-2-甲基丙酸酯和过氧化苯甲酰。

31.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合条件包括将所述单尺寸单体液滴暴露于紫外光。

32.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合条件包括将所述单尺寸单体液滴与催化剂混合并暴露于紫外光。

33.根据权利要求32所述的方法，其中混合所述活化的晶种颗粒包括将所述活化的晶种颗粒与所述单体化合物、所述交联化合物和引发剂化合物混合，其中所述引发剂化合物是二苯甲酮，并且其中所述催化剂是2-乙基己基-4-(二甲氨基)苯甲酸酯。

34.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合条件包括将所述单尺寸单体液滴与催化剂混合并暴露于波长为380nm至500nm的光。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述催化剂是原子转移自由基聚合(ATRP)光催化剂。

36.根据权利要求34所述的方法，其中所述催化剂是荧光素化合物、吩噻嗪化合物、二萘嵌苯化合物、吩噁嗪化合物、吩嗪化合物或吩噁嗪化合物。

37.根据权利要求34所述的方法，其中所述催化剂为荧光素、曙红Y、赤藓红B、吩噻嗪、二萘嵌苯、10-苯基吩噻嗪、萘基吩噻嗪、苯并吩噻嗪、1,2,3,5-四(咔唑-9-基))-4,6-二氰基苯、s 4-[2-(4-二苯基氨基苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩3-基]苯甲腈、3,7-二(2-萘基)-2-萘-10-吩噁嗪，或它们的衍生物。

38.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合条件包括将所述单尺寸单体液滴与氧化还原催化剂混合。

39.根据权利要求38所述的方法，其中所述氧化还原催化剂为N,N-二甲基-对甲苯胺、N,N-二甲基苯胺、2-[4-(二甲基氨基)苯基]乙醇、2,2’-(4-甲基苯基亚氨基)二乙醇、N-(4-甲氧基苯基)吡咯烷，或它们的衍生物。

40.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括磁化所述单分散聚合物珠。

41.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使核酸序列或生物缀合物附着到所述单分散聚合物珠。

42.一种组合物，其包括根据权利要求1-41中任一项所述的方法制备的聚合物珠。