MXPA02002787A - Particulas coloidales cilindricas como codigos de nanobarras. - Google Patents

Abstract

Particulas autoestables que comprende una pluraridad de segmentos, donde la longitud de la particula es de 10 nm a 50 °m y el ancho de la particula es de 5 nm a 50 °m.

Description

PARTÍCULAS COLOIDALES CILINDRICAS COMO CÓDIGOS DE NANOBARRAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a nanopartlculas, de manera preferible de metal, y sus métodos de manufactura, y métodos que emplean las nanopartículas para una variedad de usos. En ciertas modalidades preferidas de la invención, las nanopartículas pueden ser utilizadas para codificar información y por lo tanto servir como etiquetas, marbetes y sustratos moleculares (o celulares) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con la composición de materia de partículas segmentadas, a montajes de partículas diferenciables (las cuales pueden o no estar segmentadas) y los usos de las mismas. Sin duda, ha habido un cambio de paradigma en lo que tradicionalmente se define como química bioanalítica.

Un enfoque principal de esas nuevas tecnologías es el de generar lo que podría llamarse "incremento de contenido de información por volumen" . Este término abarca varios métodos, desde la reducción del volumen de muestra requerido para llevar a cabo un ensayo, hasta mediciones altamente paralelas ("multiplexión"), tales como aquellas que implican arreglos moleculares inmovilizados, hasta la incorporación de segundos (o terceros) canales de información, tal como en la electroforesis en gel 2-D o electrorrocío MS/MS . Desafortunadamente, muchas de esas tecnologías aparentemente revolucionarias son limitadas debido a su dependencia de materiales, métodos y análisis relativamente pedestres. Por ejemplo, el desarrollo de microanálisis de ADN ("fragmentos de genes") para el análisis de la expresión de genes y genotipificación por Affymetrix, Incyte y compañías similares ha generado los medios para inmovilizar hasta 20,000 fragmentos diferente o piezas de longitud completas de AD? en un arreglo espacialmente definido de 1 cm2. Al mismo tiempo, sin embargo, en el uso de esos fragmentos se requiere la irrigación del AD? en solución a AD? inmovilizado sobre una superficie plana, la cual esta marcada tanto por una disminución en la eficiencia de la hibridación (especialmente para el AD?c) y un grado aún mayor de unión no especifica. ?o esta claro si esos problemas pueden ser superados completamente. Además, existe un sentido general de desilusión tanto acerca del costo de adquirir tecnología externa y el tiempo de ejecución requerido para desarrollar un arreglo de AD? internamente . Un segundo ejemplo de como abrir camino puede ser el retardado por las herramientas inferiores en el descubrimiento farmacéutico por química combinada. Hasta el momento, son utilizadas de manera exhaustiva perlas de látex con un diámetro de 5 a 10 µm, en fase en solución, como sitios para la inmovilización molecular. Explotando la estrategia ampliamente adoptada de "dividir y juntar", pueden ser generadas bibliotecas de hasta 100,000 compuestos de manera simple y rápida. Como resultado, el cuello de botella en el descubrimiento de fármacos se ha desviado de la síntesis a la separación, y es igualmente importante, la identificación de compuestos (es decir, ¿cual compuesto se encuentra en cual perla?) . Los métodos actuales hasta ahora comprenden la "codificación de perlas" , por lo que cada paso sintético aplicado a una perla es registrado por la adición parálela de una molécula "código" orgánica; leer el código permite la identidad del fármaco que se encuentra sobre la perla sea identificado. Desafortunadamente, los protocolos de "lectura de código" están lejos de ser óptimos: en cada estrategia, la molécula código debe ser escindida y separada de la perla y analizada por separado CLAP, espectrometría de masas u otros métodos. En otras palabras, actualmente no existe manera de identificar fármacos candidatos potencialmente interesantes por interrogación directa, rápida, de las perlas sobre las cuales residen, aunque existen numerosos métodos de separación o selección en los cuales tal capacidad seria deseable. Dos tecnologías alternativas con relevancia potencial tanto para la química combinada como para el análisis genético implican "perlas autocodificadas" , en las cuales una perla identificable espectralmente sustituye una posición parcialmente definida. En el método cuyos pioneros son Walt y sus colaboradores, las perlas son modificadas químicamente con una relación de tintes fluorescentes que se pretende identifiquen de manera única a las perlas, las cuales son entonces modificadas adicionalmente con una química única (por ejemplo un anticuerpo o enzima diferente) . Las perlas son entonces dispersadas aleatoriamente sobre un arreglo de fibra grabada de modo que una perla se asocie con cada fibra. La identidad de la perla es determinada por su lectura fluorescente, y el análisis es detectado por lectura de fluorescencia en la misma fibra en una región espectral diferente. El papel seminal (Michael et al ., nal . Chem.70, 1242-1248 (1998) ) sobre ese • tópico indica que con 6 tintes diferentes (15 combinaciones de pares) y comparación 10 relaciones diferentes de tintes, podrían generarse 150 "firmas ópticas únicas" , cada una representando un "sabor de perla diferente" . Una estrategi muy similar es descrita por los trabajadores de Luminex, quienes combinan perlas saborizadas listas para la modificación química (100 comercialmente disponibles) con un análisis similar a la citometría de flujo (véase, por ejemplo, McDade et al . , Med. Rev. Diag. Indust. ¿ ,75-82 (1997)). Una vez, que el sabor de la partícula es determinado por fluorescencia, y una vez que la bioquímica es colocada sobre la perla, puede ser leída cualquier fluorescencia espectralmente distinta generada debido a la presencia del analito. Nótese que como esta configurado actualmente es necesario utilizar un color de láser para interrogar el sabor de la partícula, y otro, láser separado para excitar los fluoróforos de bioensayos . Un aspecto más significativo con las perlas de látex autocodificadas es las limitaciones impuestas por el ancho de banda amplio asociado con la fluorescencia molecular. Si los espacios de frecuencia de los utilizados tanto para codificar como para análisis de bioensayo, es difícil imaginar como, por ejemplo, pudieran ser generados hasta 20,000 sabores diferentes. Este problema puede ser aliviado un tanto mediante el uso de combinaciones de puntos cuánticos recubiertos con vidrio, los cuales exhiben ancho de banda de fluorescencia más estrecho. (Véase, por ejemplo, Bruchez et al . , Science, 281., 2013-2016(1998)). Sin embargo, esas nanopartículas "diseñadoras" son muy difíciles de preparar, y hasta el momento existen más tipos de fluoróforos que puntos cuánticos (publicados) . Si, sin embargo, fuera posible generar números muy grandes de partículas intrínsecamente diferenciables por algunos medios, el bioanálisis basado en partículas sería excepcionalmente atractivo, dado que podría ser considerada como una plataforma tecnológica única para las áreas de investigación de alto contenido de información; incluyendo la química combinada, genómica y proteómica (vía inmunoensayos multiplexados) . El trabajo anterior ha enseñado originalmente como el metal puede ser depositado en los poros de una membrana metalizada para producir un arreglo de nanopartículas metálicas incrustadas en el huésped. Su enfoque fue sobre las propiedades ópticas y/o electromagnéticas de esos materiales. Se utilizó una técnica similar para producir nanopartículas magnéticas cilindricas segmentadas en una membrana huésped, donde la composición de las partículas se hizo variar a todo lo largo. En ningún caso, sin embargo, han sido preparadas partículas en forma de barra, autoestables, con composiciones variables a toda su longitud. En realidad, jamás han sido reportadas nanopartículas de metal en forma de cilindros "autoestables" de una sola composición, en las cuales la longitud sea de al menos un micrón. De igual modo jamás han sido reportadas nanopartículas de metal en forma de barra autoestables no incluidas o contenidas de otro modo dentro de tales materiales huésped.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Han sido preparadas nanopartículas en forma de barra cuya composición varía a lo largo de la longitud de la barra. Esas partículas son referidas como nanopartículas o códigos de nanobarras, aunque en realidad algunas o todas las dimensiones pueden estar en el intervalo de tamaño de micrones . La presente invención incluye partículas autoestables que comprenden una pluralidad de segmentos, donde la longitud de la partícula es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm. Los segmentos de las partículas de la presente invención pueden estar comprendidos de cualquier material . Incluidos entre los posibles materiales están un metal, cualquier calcogenuro de metal, un óxido de metal, un sulfuro de metal, un selenuro de metal, un telurio de metal, una aleación de metal, un nitruro de metal, fosfito de metal, un antimoniuro de metal, un semiconductor, un semimetal, cualquier compuesto o material orgánico, cualquier compuesto o material inorgánico, una capa particulada de material o un material compuesto. Los segmentos de las partículas de la presente invención pueden estar comprendidos de materiales poliméricos, materiales cristalinos o no cristalinos, materiales amorfos o vidrios. En ciertas modalidades preferidas de la invención, las partículas están "funcionalizadas" (es decir, que tienen su superficie recubierta con un anticuerpo de IgG) . Tal funcionalización puede ser unida sobre los segmentos seleccionados o todos, sobre el cuerpo o una o ambas puntas de la partícula. La funcionalización puede realmente recubrir segmentos sobre toda la partícula. Comúnmente, tal funcionalización puede incluir compuestos orgánicos, tales como un anticuerpo, un fragmento de anticuerpo, o un oligonucleótido, compuesto inorgánicos, y combinaciones de los mismos. Tal funcionalización también puede ser una etiqueta o marca detectable o comprender una especie que se unirá a una marca o etiqueta detectable. También incluido dentro de la presente está un montaje o colección de partículas que comprende una pluralidad de tipos de partículas, donde cada partícula es de 10 nm a 50 µm de longitud y está comprendida de una pluralidad de segmentos, y donde los tipos de partículas son diferenciables . En las modalidades preferidas, los tipos de partículas son diferenciables sobre la base de diferencias en la longitud, ancho o forma de las partículas y/o el número, composición, longitud o patrón de los segmentos. En otras palabras, las partículas son diferenciables sobre la base de la naturaleza de su funcionalización o propiedades físicas (por ejemplo, de acuerdo a lo medido por espectrometría de masas o difracción de luz) . La presente invención también incluye una composición comprendida de una partícula y una unidad funcional (por ejemplo, un anticuerpo de IgG sobre la superficie) donde las partículas comprenden una pluralidad de segmentos y tienen una longitud de 10 nm a 50 µm. En ciertas modalidades la naturaleza específica de la unidad funcional es codificada por la partícula, preferiblemente sobre la base de la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de los segmentos . La presente invención incluye un montaje de partículas que comprende una pluralidad de tipos de partículas, donde cada partícula tiene al menos una dimensión de menos de 10 µm, y donde los tipos de partículas son diferenciables . De manera preferible, los tipos de partículas son diferenciables sobre la base de la longitud, ancho, forma y/o composición de las partículas. Incluidas además en la invención están composiciones comprendidas de una partícula y una unidad funcional, donde la partícula tiene al menos una dimensión de menos de 10 µm, y donde la naturaleza de la unidad funcional es codificada por la partícula.

La presente invención incluye un método para codificar información acerca de un material o producto (por ejemplo, pintura, caucho, metal, madera, textiles, pólvora, papel, plásticos, vidrio, perlas de poliestireno, etc.) que comprende incorporar dentro de o unir al material o producto una partícula autoestable que codifica la información, comprendiendo la partícula una pluralidad de segmentos, donde la longitud de la partícula de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y donde la información codificada se basa en la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de los segmentos . Los métodos para conducir un ensayo o medición de concentración o actividad de analito también están incluidos dentro de la invención. Tales métodos incluyen poner en contacto una solución que puede contener el analito con una composición que comprende una molécula, especie o -material que interactúa con el analito unidlo a una partícula, que comprende una pluralidad de segmentos, donde la longitud de la partícula es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y detectar si ha ocurrido una interacción. Tales métodos también incluyen aquellos para conducir ensayos o mediciones de analitos en fase vapor o sólida. También son enseñados métodos para conducir simultáneamente una pluralidad de ensayos o mediciones de concertación y su actividad de analito para una pluralidad de analitos que comprenden poner en contacto una solución que puede contener los analitos con una pluralidad de composiciones, donde cada composición comprende una molécula, especie o material que interactúa con uno de los analitos unido a una partícula que comprende una pluralidad de segmentos; donde la longitud de la partícula es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y donde la naturaleza de las composiciones es codificada por la partícula a la cual está unida; y detectar cuales interacciones han ocurrido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las Figuras 1A-1D describen esquemáticamente cuatro diferentes nanopartículas ilustrativas de la presente invención. La Figura 2 muestra una gráfica de reflectividad contra longitud de onda para Pt y Au a granel . La Figura 3 es una imagen tomada de un microscopio óptico en el modo de luz reflejada de un código de 9 cilindros separados (Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au) de la presente invención. La Figura 4 demuestra la detección simultanea del código de barras por reflectividad y cuantificación analítica por fluorescencia. Cada una de las imágenes es de una mezcla de nanobarras separadas, como se describe en el Ejemplo 4. La Figura 4A se formó a una longitud de onda de emisión de FITC con un filtro de paso de banda. La Figura 4B se formó a la longitud de onda de rojo Texas. La Figura 4C es una imagen de reflectividad a 400 nm. La Figura 5 es una imagen que muestra un montaje de 6 tipos de códigos de nanobarras. La Figura ilustra esquemáticamente los seis sabores de los códigos de nanobarras, A-F, y la imagen esta marcada para mostrar cual de los códigos de nanobarras en la imagen corresponde a los diferentes sabores o tipos de código de nanobarras. La Figura 6A es una imagen de una colección de nanobarras de Ag/Au de 400 nm y la Figura 6B es una imagen de al misma colección a 600 nm.

DESCRIPCIÓN ESCRITA DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención esta dirigida a nanopartículas. Tales nanopartículas y sus usos son descritos en detalle en la Solicitud de Utilidad Estadounidense Número de Serie 09/598,395, presentada en julio 20, 2000, titulada "Partículas Coloidales en Forma de Nanobarras como Códigos de Nanobarras" , incorporada aquí en su totalidad como referencia. Presentadas concurrentemente con la presente solicitud, y también incorporadas aquí totalmente como referencia, están dos solicitudes de utilidad estadounidenses tituladas "Métodos de Manufactura de Partículas Coloidales en Forma de Cilindros como Códigos de ?anobarras" y "Métodos de Formación de Imágenes de Partículas en Forma de ?anobarras con Códigos de ?anobarras" . La presente solicitud se presentó como continuación en parte de solicitud 09/598,395. Debido a que la codificación de barras es muy ampliamente utilizada en el mundo macroscópico, el concepto ha sido trasladado al mundo molecular en una variedad de manifestaciones figurativas. De este modo, existen "códigos de barras" basados en el análisis de marco de lectura abierta, código de barras basados en variaciones de masa isotópica, códigos de barra basados en cadenas de perlas reporteras químicas o físicas, códigos de barras basados en patrones electroforéticos de ARNm escindido por enzimas de restricción, superficies codificadas por barras para formación de imágenes repetibles de moléculas biológicas utilizando microscopios de sonda de exploración, y códigos de barras cromosomales (pintado cromosomal a. .a) producidos por hibridación conclusiva in si tu por fluorescencia con cromóforos múltiples. Todos esos métodos comprenden formas de codificar información biológica, pero ninguno ofrece la gama de ventajas de los códigos de barras de jbona fide de la presente invención, trasformados a la escala nanométrica. Las partículas de la presente invención son referidas como nanopartículas, códigos de nanobarras, barras y partículas en forma de barras. El grado en el que cualquiera de esas descripciones se pueda ser considerada como limitante del alcance de la invención, deberá ser ignorado. Por ejemplo, aunque en ciertas modalidades de la invención, la composición de la partícula contiene contenido de información, esto no es cierto para todas las modalidades de la invención. De igual modo, aunque las partículas de tamaño nanométrico caen dentro del alcance de la invención, no todas las partículas de la invención caen dentro de tal intervalo de tamaño. En las modalidades preferidas de la presente invención, las partículas de código _de nanobarras, son producidas por deposición electromecánica en una plantilla de aluminio o policarbonato, seguida por la disolución de la plantilla, y son preparadas alterando la reducción electroquímica de los iones metálicos, aunque ellas pueden ser fácilmente preparadas por otros medios, con o sin un material en forma de plantilla. Típicamente, los códigos de nanobarras tienen anchos de entre 30 nm y 300 nanómetros, aunque pueden tener anchos de varios micrones. De igual modo, aunque las longitudes (es decir, la dimensión longitudinal) de los materiales son típicamente del orden de 1 a 15 micrones, pueden ser fácilmente preparados en longitudes tan largas como de 50 micrones, y en longitudes tan cortas como de 10 nanómetros. En algunas modalidades, los códigos de nanobarras comprenden dos o más materiales diferentes alternados a todo lo largo, aunque en principio podrían utilizarse tantos como docenas de materiales diferentes. De igual modo, los segmentos podrían consistir de material no metálico, incluyendo, pero sin limitarse a polímeros, óxidos, sulfuros, semiconductores, aisladores, plásticos, y aún películas delgadas (es decir, monocapas) de especies orgánicas o inorgánicas . Cuando las partículas de presente invención son producidas por deposición electromecánica, la longitud de los segmentos puede ser ajustada controlando la cantidad de corriente pasada en cada paso de electrodeposición. La densidad y porosidad de las partículas (o segmentos de partículas) puede ser controlada electroquímicamente también. La barra resultante se asemeja a un "código de barra" a escala nanométrica, con cada longitud (e identidad) segmento programable de antemano. Podría ser logrado el mismo resultado utilizando otro método de -manuf ctura en el cual la longitud u otro atributo de los segmentos pueda ser controlado. Aunque el diámetro de las barras y las longitudes del segmento son típicamente de dimensiones nanométricas, la longitud total es tal, que en modalidades preferidas pueden visualizarse directamente en un microscopio óptico, explotando la reflectividad diferencial de los componentes metálicos. El término código de barras es apropiado debido a que, por ejemplo, han sido preparadas barras con nueve segmentos, de modo que se tienen partículas con segmentos comprendidos de 4 diferentes materiales (cada uno con una reflectividad diferente) . De este modo, para este ejemplo, existen 49 (>260,00) tipos únicos de nanopartículas de código de barras que podrían ser potencialmente preparados. Cuando se considera que el diámetro o ancho de la partícula, longitud del segmento, o longitud total de la partícula puede variar, y que existen un número enorme de materiales adicionales que pueden ser agregados a aquellos ya disponibles, existen realmente muchos más. El punto, es que existen literalmente billones de composiciones de materia únicas (e identificables) . Una segunda característica clave de las nanopartículas de código de barras es que puede aplicarse toda la gama de funcionalizaciones superficiales químicas a la superficie de la nanopartícula, incluyendo, pero sin limitarse a, funcionalización con monocapas automontadas (SAM) , polímeros, óxidos, otros metales, ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y combinaciones de los mismos. En consecuencia, pueden ser utilizadas para soportes para soportes basados en fluorescencias (las superficies de un metal no amortiguan la fluorescencia de partícula confinadas a la superficie) , y también pueden formar un elemento sensor activo altamente novedoso basado en cambios de reflectividad. Debido a que cualquier configuración de sensor puede ser trasladada a la superficie del código de nanobarras, la detección también puede ser efectuada por métodos electroquímicos, de espectrometría de masas, gravimétricos, ópticos, mecánicos y otros numerosos métodos. Es importante hacer notar que debido a que las barras tienen, en una primera aproximación una estructura 1-D, el acceso de solvente a biomoléculas inmovilizadas es significativamente mejor en relación a una esfera de la misma dimensión lineal y especialmente en relación a superficies planas. Esto puede ser verificado fácilmente, por ejemplo, mediante la inspección de las ecuaciones de transporte de masa a microelectrodos semiesféricos y cilindricos semiinfinitos, y para electrodos planos microscópicos. De este modo, especialmente para barras más estrechas, las reacciones de reconocimiento molecular se comportarán de manera muy similar en sus contrapartes en solución. Por la misma razón, la unión no específica se reducirá significativamente; el área superficial, por ejemplo, de una barra de 200 nm de ancho, 3 µm de largo es <0.1 µm2. En resumen, las nanopartículas de forma cilindrica ofrecen propiedades superficiales que son útiles para la construcción de bioensayos . La síntesis y caracterización de partículas segmentadas múltiples es descrita en Martin et al . , Adv. Materials ¿1; 1021-25 (1999). El artículo se incorpora aquí como referencia en su totalidad. También se incorporan aquí en su totalidad como referencia la Solicitud Estadounidense Provisional No. de Serie 60/157,326, presentada en Octubre 1, 1999, titulada "Nanopartículas Coloidales de Metal Autocodificadas por Barras" ; Solicitud Estadounidense Provisional No. de Serie 60/189,151, presentada en Marzo 14, 2000, titulada "Códigos de Barras a Nanoescala" ,• Solicitud Estadounidense Provisional No. de Serie 60/190,247, presentada en Marzo 17, 2000, titulada "Partículas Cilindricas Coloidales como Códigos de Barras"; y la Solicitud Estadounidense Provisional No. de Serie 60/194,616, presentada en Abril 5, 2000, titulada "Nanocódigos de Barras; Plataforma Tecnológica para la Fenotipificación" . En la descripción del alcance de las partículas de la presente invención, deberá hacerse referencia a la Figura 1. Esta figura describe esquemáticamente 4 posibles formas no limitantes de los códigos de nanobarras de la presente invención. En esos diagramas, cada una de las partículas está comprendida de 3 segmentos, A, B, y C, y la dimensión definida como la longitud es denotada como x y la dimensión es definida como el ancho es denotada como y. En cada una de esas modalidades, la longitud es definida como el eje que corre generalmente perpendicular a las líneas que definen las transiciones de los segmentos, mientras que el ancho y la dimensión de la partícula que corre paralela a la línea que define las transiciones de segmento. Como puede observarse en la Figura 1C, el ancho de la partícula puede variar a través de la partícula, y de la misma manera la longitud de la partícula puede variar a través del ancho de la partícula. Como puede observarse en la Figura ID, las partículas de la presente invención pueden ser curvas. Otras formas posibles de las partículas de la presente invención incluyen partículas en forma de "T" o aún en forma de dona. En tales modalidades puede ser conveniente referirse a la dimensión más larga de la partícula como su longitud, y a la más corta, la dimensión aproximadamente perpendicular como el ancho. Las partículas de la presente invención son definidas en parte por su tamaño y por la existencia de al menos 2 segmentos. La longitud de las partículas puede ser de 10 nm hasta 50 µm. En modalidades preferidas, la partícula es de 500 nm a 30 µm. En las modalidades más preferidas, la longitud de la partícula de esta invención es de 1 a 15 µm. Las partículas de la invención son frecuentemente referidas como si tuvieran forma "cilindrica" . Sin embargo, la forma de la sección transversal de las partículas, vistas a lo largo del eje longitudinal, pueden tener cualquier forma. Tales secciones transversales pueden ser un círculo, un ovalo, cuadrado, diamante o aún tubular. Además, las secciones transversales pueden cambiar en diferentes porciones de la partícula. De este modo, las partículas pueden tener una sección transversal triangular en un extremo y una sección transversal circular en el otro. De manera alternativa, la partícula puede tener una sección transversal circular a su través, pero el radio puede cambiar a lo largo de la longitud (por ejemplo, un segmento en forma de "cono") . En modalidades preferidas de la invención, la sección transversal es un círculo y las partículas tienen forma "cilindrica" . Aunque las partículas de la presente invención pueden tomar cualesquier formas, los segmentos secuenciales de la presente invención no son esféricos. El ancho, o diámetro de las partículas de la invención está dentro del intervalo de 5 nm a 50 µm. En modalidades preferidas, el ancho es de 10 nm a 1 µm, y en las modalidades más preferidas el ancho o dimensión de la sección transversal es de 30 nm a 500 nm. Como se discutió anteriormente, las partículas de la presente invención se caracterizan por la presencia de al menos dos segmentos . Un segmento representa una región de la partícula que es distinguible, por cualesquier medios, de las regiones adyacentes de la partícula. Refiriéndose a la Figura ÍA, los segmentos de la partícula bisectan la longitud de la partícula para formar regiones que tienen la misma sección transversal (de manera general) y ancho que toda la partícula, representando a la vez una porción de la longitud de toda la partícula. En modalidades preferidas de la invención, un segmento está compuesto de diferentes materiales de sus segmentos adyacentes. Sin embargo, no cada segmento necesita ser distinguible de todos los otros segmentos de la partícula. Por ejemplo, una partícula puede estar compuesta de 2 tipos de segmentos, por ejemplo, oro y platino, teniendo a la vez 10 o aún 20 segmentos diferentes, simplemente alternando segmentos de oro y platino. Una partícula de la presente invención contiene al menos dos segmentos, y tantos como 50. Las partículas de ía invención preferiblemente tienen de 2 a 30 segmentos, y de manera más preferible de 3 a 20 segmentos. Las partículas pueden tener de 2 a 10 diferentes tipos de segmentos, de manera preferible de 2 a 5 tipos diferentes de segmentos. Un segmento de la partícula de la presente invención es definido por ser distinguible de segmento adyacentes de la partícula. La capacidad para distinguir entre segmentos incluye distinguir cualesquier medios físicos o químicos de interrogación, incluyendo, pero sin limitarse a electromagnéticos, magnéticos, ópticos, espectrométricos, espectroscópicos y mecánicos. En ciertas modalidades preferidas de la invención, el método de interrogación entre segmentos es óptico (reflectividad) . Los segmentos adyacentes pueden aún ser del mismo material, en tanto sean distinguibles por algunos medios. Por ejemplo, diferentes fases del mismo material elemental, o enantiómeros de materiales poliméricos orgánicos pueden constituir segmentos adyacentes. Además, podría considerarse que un cilindro de un solo material cae dentro del alcance de la invención si los segmentos pudieran ser distinguidos de otros, por ejemplo, por la funcionalización sobre la superficie, o tener diferentes diámetros. También las partículas que comprenden materiales poliméricos orgánicos podrían tener segmentos definidos por la inclusión de tintes que cambiarían las propiedades ópticas relativas de los segmentos . La composición de las partículas de la presente invención es definida mejor describiendo las composiciones de los segmentos que constituyen las partículas. Una partícula puede contener segmentos con composiciones extremadamente diferentes. Por ejemplo, una partícula podría estar comprendida de un segmento que es un metal, y un segmento que es un material polimérico orgánico. Los segmentos de la presente invención pueden estar comprendidos de cualquier material. En modalidades preferidas de la presente invención, los segmentos comprenden un metal (por ejemplo, plata, oro, níquel, paladio, platino, cobalto, rodio, iridio) ; cualquiera calcogenuro de metal, óxido de metal (por ejemplo, óxido cúprico, dióxido de titanio) ; un sulfuro de metal, un selenuro de metal; un telurio de metal; una aleación de metal; nitruro de metal; un fosfuro de metal; un antimoniuro de metal; un semiconductor; un semimetal . Un segmento también puede estar comprendido de un mono o bicapa orgánica, tal como una película molecular. Por ejemplo, las monocapas de moléculas orgánicas o capas controladas, automontadas de moléculas pueden estar asociadas con una variedad de superficies de metal . Un segmento puede estar comprendido de un compuesto o material orgánico, o compuesto o material inorgánico o materiales poliméricos orgánicos, incluyendo el cuerpo largo de mono y copolímeros conocidos por aquellos en la técnica. Los polímeros biológicos, tales como los péptidos, oligonucleótidos y carbohidratos también pueden ser los componentes principales de un segmento . Los segmentos pueden estar comprendidos de materiales particulados, por ejemplo, metales, óxido de metal o materiales particulados orgánicos; o materiales compuestos, por ejemplo, metal en poliacrilamida, tinte en material polimérico, metales porosos. Los segmentos de las partículas de la presente invención pueden estar comprendidos de materiales poliméricos, materiales cristalinos o no cristalinos, materiales amorfos o vidrios. Los segmentos pueden ser definidos por hendiduras, dientes 15 u orificios sobre la superficie de la partícula, los cuales pueden no estar llenos con otro material . Puede ser preparada una superficie texturizada, por ejemplo, depositando una aleación de plata/oro y a continuación disolviendo la plata. Los segmentos también pueden ser definidos por vesículas, burbujas, poros, huecos o túneles en la partícula que puedan o no entrar en contacto con la superficie externa de la partícula y que pueda o no ser llenados por otro material. Las superficies texturizadas son las partículas porosas que da una ventaja de tener una mayor área superficial y, en realidad, pueden en sí ser utilizadas como una fase estacionaria y una sola pieza (monolítica) para estudios cromatográficos . Los segmentos también pueden ser definidos por un cambio determinable en la fórmula, ángulo o contorno de la partícula, o algún otro atributo físico de la partícula (por ejemplo, la densidad) . En modalidades de la invención donde la partícula está recubierta, por ejemplo, con un polímero o vidrio, el segmento puede consistir de un hueco entre otros materiales . La longitud de cada segmento puede ser de 10 nm a 50 µm. En modalidades preferidas, la longitud de cada segmento es de 50 nm a 20 µm. Como se describe en la Figura 1, la unión entre los segmentos es representada como una interfaz de sección transversal limpia. Sin embargo, la interfaz entre los segmentos, en ciertas modalidades, no necesita estar perpendicular a la longitud de la partícula o sobre una línea de transición uniforme o lisa. Además, en ciertas modalidades, la composición de un segmento puede mezclarse en la composición del segmento adyacente. Por ejemplo, entre segmentos de oro y platino, puede existir una región de 5 a 50 nm que este comprendida tanto de oro como de platino. Este tipo de transición es aceptable en tanto los segmentos sean distinguibles. Para cualguier partícula dada, los segmentos pueden ser de cualquier longitud en relación a la longitud de los segmentos del resto de la partícula. Como se describió anteriormente, las partículas de la presente invención, pueden tener cualquier forma de sección transversal. En modalidades preferidas, las partículas son generalmente rectas a lo largo de su eje longitudinal. Sin embargo, en ciertas modalidades, las partículas pueden ser curvas o helicoidales. Los extremos de las partículas de la presente invención pueden ser planos, convexos o cóncavos. Además, los extremos pueden ser picudos o de punta de lápiz. Las modalidades de punta aguda de la invención pueden ser las preferidas cuando las partículas sean utilizadas en aplicaciones de espectroscopia de Raman u otras en las cuales los efectos del campo de energía sean importantes . Los extremos de cualquier partícula dada pueden ser los mismos o diferentes. De manera similar, el contorno de la partícula puede ser seleccionado de manera ventajosa para que contribuya a la sensibilidad o especificidad del ensayo (por ejemplo se esperará que un contorno ondulante aumente "represión" de los fluoróforos localizados a su través) . En muchas modalidades de la invención, se prepara un montaje o colección de partículas. En ciertas modalidades, los miembros del montaje son idénticos, mientras que, en otras modalidades, el montaje está comprendido de una pluralidad de diferentes tipos de partículas. En modalidades preferidas de la invención, que comprenden montajes de partículas idénticas, la longitud de sustancialmente todas las partículas, para partículas en el intervalo de 1 µm a 15 µm, puede variar hasta en un 10%.

Los segmentos de 10 nm de longitud variarán ± 5 nm, mientras que los segmentos en el intervalo de 1 µm pueden variar hasta en un 10%. El ancho de tales partículas puede variar entre el 10 y el 100%, de manera preferible menos del 50%, de manera más preferible menos del 10%. Los montajes de partículas con parámetros de ancho y longitud que satisfagan esas especificaciones pueden ser sintetizados directamente. De manera alternativa, tales montajes pueden ser separados de una mezcla más heterogénea de partículas por métodos conocidos (por ejemplo, centrifugación en gradiente) . Esos mismos métodos también pueden ser utilizados para remover partículas rotas o pegadas que puedan estar presentes ente partículas directamente sintetizadas. La presente invención no incluye montaj es o colecciones de códigos de nanobarras constituidas de una pluralidad de partículas que son diferenciables entre sí. El montaje o colección, como se utiliza, no significa que las nanopartículas que constituyen tal montaje o colección estén ordenadas u organizadas de ninguna manera particular. Se considera que tal montaje está constituido de una pluralidad de diferentes tipos de "sabores" de partículas. En algunos de tales montajes, cada uno de los códigos de nanobarras del montaje pueden ser funcionalizados de alguna manera. En muchas aplicaciones, la funcionalización es diferente y específica para el sabor específico de nanopartícula. Los montajes de la presente invención pueden incluir de 2 a 1010 nanopartículas diferentes identificables. Los montajes preferidos incluyen más de 10, más de 100, más de 1,000 y, en algunos casos más de 10,000 sabores diferentes de nanopartículas. Las partículas que constituyen los montajes o colecciones de la presente invención están segmentadas en la mayoría de las modalidades. Sin embargo, en ciertas modalidades de la invención, las partículas del montaje de partículas no necesariamente contienen una pluralidad de segmentos. En las modalidades de la presente invención, donde los códigos de nanobarras contiene algún contenido de información, o cuando un montaje de códigos de nanobarras contiene una pluralidad de tipos de partículas, los tipos de partículas son diferenciables de la naturaleza de la funcionalización de cada tipo de partícula. En esta invención, la capacidad para diferenciar tipos de partículas o para interpretar la información codificada dentro de una partícula se conoce como "interrogación" o "lectura" o "diferenciación" o "identificación" de la nanopartícula. Tal diferenciación de las partículas pude ser leída por cualesquier medios, incluyendo medio ópticos, medios electrónicos, medios físicos, medios químicos, o medios magnéticos. La partícula puede contener aún diferentes secciones que serán interrogadas o leídas por diferentes medios. Por ejemplo, una mitad de una partícula puede estar comprendida de segmentos cuyo patrón y forma pueden ser leídas por medio ópticos, y la otra mitad puede estar comprendida de un segmento cuyo patrón y formas pueden ser leídas por medios magnéticos. En otro ejemplo, pueden ser aplicadas dos o más formas diferentes de interrogación a la partícula, por ejemplo, la forma o longitud de una partícula puede ser leída por medios ópticos y los patrones del segmento por medios magnéticos. Tales formas múltiples de interrogación pueden ser aplicadas a toda la partícula, un segmento dado de la partícula, o una combinación de los mismos.

En muchas modalidades de la presente invención, uno o más segmentos de la partícula, los extremos de la partícula o toda la partícula pueden estar funcionalizados. La funcionalización, o unión de una unidad funcional, significa que algunas especies con material está unido covalente o nanocovalentemente a la superficie de la partícula. Los ejemplos de la funcionalización incluyen, la unión, con frecuencia vía un enlazante a un anticuerpo o fragmento de anticuerpo, a un oligonucleótido o a una marca o etiqueta detectable. En algunas modalidades, las partículas de la invención están funcionalizadas de manera múltiple. Como se utiliza aquí, el término unidad funcional, significa que define cualquier especie que modifique, se una a, se anexe, recubra o esté unida covalente o no covalentemente a la superficie de cualquier porción de la partícula del código de nanobarras. La funcionalización de las partículas de la presente invención puede tomar muchas formas .

Funcionalizada, como se describe aquí, incluye cualquier modificación de la superficie de la partícula modificada covalente o no covalentemente, derivada, o recubierta de otro modo con una monocapa organometálica o compuesta, orgánica, inorgánica, multicapa, película, polímero, vidrio, cerámica, metal, semimetal, semiconductor, óxido de metal, calcogenuro de metal, o combinaciones de los mismos.

Aunque tal funcionalización puede ocurrir muy comúnmente en la superficie externa de la partícula, también puede ocurrir en superficies interiores de la partícula, como puede ser el caso de una partícula porosa o hueca. Tal funcionalización puede ocurrir sobre segmentos individuales. De este modo, por ejemplo, una partícula de oro y plata puede ser funcionalizada sobre el oro y no la plata. De manera alternativa, el segmento de oro puede ser funcionalizado de una manera (por ejemplo, con un tipo de anticuerpos) , mientras que la plata es funcionalizada de manera diferente (por ejemplo, con un tipo diferente de anticuerpos) . Como otra posibilidad más, ambos segmentos pueden ser funcionalizados de la misma manera (por ejemplo, con un tipo de anticuerpo), pero con grados diferentes. En otra modalidad, toda la partícula puede ser recubierta con la misma sustancia, únicamente ciertos segmentos de la partícula pueden ser recubiertos, o varios segmentos pueden tener diferentes recubrimientos. Tales recubrimientos pueden estar comprendidos de cualquier material. En modalidades de la invención donde las partículas de la invención están recubiertas, y ocurren separaciones por absorción/desorción diferencial de material de recubrimiento, el recubrimiento o película de funcionalización puede comprender cualquier grupo funcional orgánico, incluyendo pero sin limitarse a, ácidos, aminas, tioles, éteres, esteres, tioésteres, tioéteres, carbamatos, amidas, tiocarbamatos, ditiocarbonatos, iminas, alquenos, alcanos, alquinos, grupos aromáticos, alcoholes, heterociclos, cianatos, isocianatos, nitrilos, isonitrilos, isotiocianatos y organocianuros o combinaciones de los mismos. El recubrimiento o funcionalización puede comprender cualquier complejo de coordinación inorgánico, incluyendo, pero sin limitarse a complejos coordinados en las posiciones 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9. El recubrimiento o funcionalización puede comprender cualquier complejo organometálico, incluyendo, pero sin limitarse, a especies que contengan uno o más enlaces metal -carbón, metal-silicio, o metal-nitrógeno. Además, los recubrimientos o funcionalizaciones de las partículas de la presente invención pueden comprender cualquier combinación de grupos o moléculas funcionales orgánicas, especies inorgánicas u organometálicas, o composiciones basadas en éstas. La funcionalización de las partículas de la presente invención puede ocurrir en toda la partícula, sobre segmentos seleccionados o en ciertas modalidades, en las puntas o extremos de las partículas. En tal modalidad, ambas o solo una de las puntas pueden ser funcionalizadas, y la naturaleza de la funcionalización puede diferir en las puntas . En ciertas modalidades de la invención, la unidad funcional o funcionalización de la partícula comprende una marca o etiqueta detectable. Una marca o etiqueta detectable es cualquier especie que pueda ser utilizada para la detección, identificación, enumeración, rastreo, ubicación, triangulación de posición y/o cuantificación. Tales mediciones pueden efectuarse sobre la base de la absorción, emisión, generación y/o difracción de uno o más fotones, absorción, generación de emisión y/o difracción de una o más partículas; masa; carga; propiedades electromecánicas farádicas o no farádicas; afinidad electrónica, afinidad protónica; afinidad neutrónica; o cualquier otra propiedad física o química, incluyendo, pero sin limitarse a la solubilidad, polarizabilidad, punto de fusión, punto de ebullición, punto triple, momento dipolar, momento magnético, tamaño, forma, acidez, basícidad, punto isoeléctrico, coeficiente de difusión o coeficiente de sedimentación. Tal marca molecular podría ser detectada o identificada vía cualquier combinación de tales propiedades . En ciertas otras modalidades de la invención, las partículas de la presente invención pueden incluir capas monomoleculares . Tales capas monomoleculares pueden ser encontradas en las puntas o extremos de la partícula, o entre segmentos. Los ejemplos de uso de capas monomoleculares entre segmentos se describen en la sección titulada posteriormente "Dispositivos Electrónicos" . La presente invención está dirigida a códigos de nanobarras autoestables y sus usos. "Autoestable" significa que los códigos de nanobarras que son producidos por alguna forma de deposición o crecimiento dentro de una plantilla han sido liberados de la plantilla. Tales códigos de nanobarras son de manera típica, dispersables libremente en un líquido y no están asociados permanentemente con una fase estacionaria. Los códigos de nanobarras que no son producidos por alguna forma de deposición o crecimiento dentro de la plantilla (por ejemplo, códigos de nanobarras automontados) pueden ser considerados autoestables aún cuando no hayan sido liberados de una plantilla. El término "autoestable" no implica que tales nanopartículas deban estar en solución (aunque pueden estar) o que los códigos de nanobarras no puedan unirse a, ser incorporados en, o ser parte de una macroestructura. En realidad, en ciertas modalidades de la invención, las nanopartículas pueden ser dispersadas en una solución, por ejemplo, pintura, o incorporadas dentro de una composición polimérica. Las partículas de la presente invención pueden ser utilizadas para una variedad de aplicaciones. Existen dos clasificaciones de usos principales: aquellas modalidades donde los segmentos de la partícula tienen contenidos de información, y aquéllas donde los segmentos no tienen contenido de información. En aquellas modalidades donde los segmentos tienen contenido de información, la mejor analogía es la codificación por barras macroscópica.

La codificación por barras convencional proporciona una serie de líneas negras en las que la distancia entre las líneas y espesor de las líneas son utilizadas para "codificar" una cantidad significativa de información.

Debido al pequeño tamaño de las partículas de la presente invención, en ciertas modalidades es posible utilizar las partículas de la invención como marcas moleculares o celulares. Las marcas de identificación única que pueden ser "leídas" pueden ser unidas a cualquier material incluyendo entidades moleculares para rastrear eventos moleculares . Los modos no informativos de la invención incluyen modalidades donde las diferentes propiedades de los segmentos de las partículas son utilizadas para proporcionar plantillas nanoescalares . Los ejemplos de diferentes reactividades pueden ser observados cuando las partículas estén comprendidas de diferentes segmentos de metal. El globo se une a compuestos que contienen tiol, isocianuros de platino, ditiocarbamatos de cobre, gloioximina de níquel. Las dimensiones precisamente controladas de las partículas de la presente invención, acopladas con la diferente reactividad de los segmentos, permite aplicaciones de la invención donde se requieren aplicaciones nanométricas precisas. Por ejemplo, utilizando las nanopartículas de la presente invención y el proceso de electrodeposición como se describe de manera general más adelante en la Figura 1, es posible crear longitudes de segmento relativamente precisas. Las interacciones moleculares pueden ser estudiadas separando especies unidas a la superficie de los segmentos y haciendo variar la longitud del segmento entre los segmentos funcionalizados de manera diferente, sintonizando por lo tanto de manera precisa la distancia entra las especies. En otras modalidades aún, las partículas de la presente invención pueden ser útiles debido a las propiedades logradas debido a la yuxtaposición de segmentos; tales propiedades incluyen propiedades físicas, químicas, ópticas, eléctricas y magnéticas. Por ejemplo, las reacciones químicas que ocurren únicamente en la superficie de interfaces entre dos metales podrían ser optimizadas por catálisis utilizando las partículas de esta invención. Las partículas de la presente invención pueden ser preparada por una variedad de procesos . Los procesos preferidos para la manufactura de una partícula particular pueden con frecuencia ser función da la naturaleza de los segmentos que comprenden la partícula. En la mayoría de las modalidades de la invención, se utiliza una plantilla o molde en el cual los materiales que constituyen los varios segmentos ' son introducidos . Los materiales de poro definidos son las plantillas preferidas para la mayoría de las partículas preferidas de la presente invención. Las membranas de A1203 que contienen poros de tamaño consistente se encuentran entre las plantillas preferidas, aunque también pueden ser utilizadas membranas de policarbonato poroso, zeolitas y copolímeros de bloques. Los métodos para formar segmentos de partículas incluyen electrodeposición, deposición química, evaporación, automontaje químico, técnicas de manufactura en fase sólida, técnicas fotoquímicas y fotolitográficas. Es un método para formar partículas de segmentos preformados mediante el cual son derivados los segmentos y una reacción química entre diferentes especies sobre diferentes segmentos crean una unión entre los segmentos. Las nanopartículas automontadas químicamente tiene la capacidad única de ser separadas de manera controlable invirtiendo el proceso de formación del enlace químico. Otros métodos que pueden ser aplicados a la síntesis del código de nanobarras (y plantillas) incluyen aquéllos que ocurren en solución (por ejemplo, síntesis microfluídica) , y/o implican técnicas fotoquímicas, MEMS, haz de electrones, impresión por microcontacto y métodos de ablación con láser. Una propiedad clave de ciertas modalidades de las partículas de la presente invención es que cuando los nanocilindros son segmentados, las diferencias en las reflectividades de los metales componentes pueden ser visualizadas por microscopía óptica. De este modo, por ejemplo, en un cilindro de Au/Pt/Au segmentado de 200 nm de diámetro y de 4 a 5 micrones de longitud total, los segmentos son fácilmente visualizados en . un microscopio óptico convencional, con los segmentos de Au teniendo un lustre dorado, y los segmentos de Pt teniendo un lustre brillante, más blanquecino. Otra propiedad clave de los materiales es que la longitud de los segmentos, cuando son preparados por la reducción electroquímica alternada de dos o más iones metálicos en una membrana, puede ser completamente controlada (y definida) por a) la composición de la solución y b) el número de Coulombios de carga que se hagan pasar en cada paso de una reducción electroquímica. El número de segmentos puede variar según se desee. De igual modo, los diámetros y secciones transversales de las partículas pueden ser controlados seleccionando (o creando) membranas con tamaño y forma de poro apropiadas. La Figura 5 muestra una imagen de una colección de nanopartículas de la presente invención comprendida de seis tipos diferentes de nanopartículas. Esta imagen demuestra la capacidad de diferenciar entre los diferentes tipos de códigos de nanobarras en una colección de códigos de nanobarras . Otra propiedad clave de ciertas modalidades es que, al igual que otras nanopartículas de metal es fácil derivar o funcionalizar sus superficies, utilizando una variedad de diferentes métodos. De esta forma, las biomoléculas pueden ser unidas a la superficie vía medios covalentes o no covalentes, en una forma que preserve toda la actividad biológica. Como se mencionó al principio, la funcionalización no se limita a biomoléculas; en realidad, la superficies pueden ser funcionalizadas con cualquier compuesto orgánico, compuesto inorgánico, molécula o material, incluyendo combinaciones de las mismas. La capacidad para identificar un código de nanobarras vía su reflectividad y la capacidad para modificar sus superficies con biomoléculas permiten que los códigos de nanobarras sean utilizados como.marcas ópticas. Las partículas de código de nanobarras de la presente invención pueden ser utilizadas como marcas en virtualmente cada aplicación donde ahora son utilizadas marcas fluorescentes como puntos cuánticos, o en conjunto con virtualmente cualquier ensayo o procedimiento analítico familiar a aquellos expertos en la técnica. Por ejemplo, puede ser conducido un inmunoensayo del tipo de emparedado estándar donde la partícula del código de nanobarras de la presente invención sirva como fase estacionaria, o potencialmente aún como la "marca o etiqueta" . La superficie de la partícula es funcionalizada para incluir un anticuerpo a un analito. Cuando un analito se une al anticuerpo un segundo anticuerpo marcado de manera fluorescente señala la presencia del analito. El uso del código de nanobarras permite la multiplexión permitiendo la capacidad de conducir varios números de ensayos al mismo tiempo. Las señales positivas pueden ser identificadas y el código de nanobarras leído para determinar cual analito ha sido detectado. Puede ser utilizado el mismo principio general con ensayos competitivos como es ampliamente sabido por aquellos expertos en la técnica. Al igual que los códigos de barras macroscópicos, los cuales se basan el la diferencia en contraste de líneas de tinta u otros materiales poco separados, en muchas modalidades los códigos de nanobarras de la presente invención son distinguidos o identificados sobre la base de diferentes patrones de reflectividades de los diferentes segmentos. Lo que distingue a los códigos de nanobarras de otros tipos de marcas ópticas, o en realidad de cualquier tipo de marca aplicado a un sistema molecular, (incluyendo marcas isotópicas, marcas radioactivas, marcas moleculares para perlas combinadas, marcas basadas en fluorescencia, marcas basadas en Raman, marcas electroquímicas, y otras marcas conocidas por aquellos expertos en la técnica) , es la variabilidad esencialmente ilimitada. Con la capacidad de utilizar 7 o más metales diferentes, 20 o más segmentos diferentes, y 4 o más longitudes de segmentos diferentes, y con 3 o más anchos de cilindro diferentes, existe esencialmente un número infinito de códigos de nanobarras diferente que pueden ser preparados. Aún con sólo dos tipos de metales y sólo 10 segmentos, con sólo una longitud de segmento, y sólo un ancho del cilindro, pueden ser preparados miles de diferentes tipos de código de nanobarras . Aunque las partículas de la presente invención son enormemente útiles aún cuando se prepare un lote a la vez, son posibles métodos para preparax cientos, miles, y aún decenas de miles de diferentes sabores de partículas simultáneamente. Las partículas de la presente invención pueden ser leídas utilizando la instrumentación existente, por ejemplo, microscopía de fuerza atómica, lectores ópticos, etc. Sin embargo, la instrumentación y programas y sistemas de programación diseñados específicamente para identificar códigos de nanobarras también están dentro del alcance de esta invención.

Otras características que distinguen a los códigos de nanobarras es su estabilidad. Cuando están compuestos, por ejemplo, de Pt y/o Au, dos de los metales más durables e inertes conocidos, pueden ser calentados, quemados, congelados y así sucesivamente sin cambio en las propiedades físicas relevantes. En algunas modalidades preferidas, los códigos de nanobarras son sometidos a alta presión o introducidos en un vacío (por ejemplo, cuando se utilizan en espectrometría de masas) . De este modo, los códigos de nanobarras se comparan favorablemente con la mayoría de las marcas o etiquetas (por ejemplo, fluoróforos) , donde las condiciones ambientales pueden perturbar de manera significativa la lectura. Por ejemplo, el máximo de longitud de onda de muchos fluoróforos varía con la polaridad del solvente. Aunque esto puede ser utilizado para medir las condiciones ambientales, el caso más frecuente es que tal sensibilidad complique innecesariamente las mediciones. De manera más importante, los altos flujos de fotones pueden fotoblanquear fluoróforos, así como calentar demasiado, y especies químicamente reactivas (singletes o tripletes de oxígeno, ozono, etc.) . Los códigos de nanobarras de metal son inertes a un gran número de perturbaciones ambientales y de manera más significativa, la reflectividad diferencial no es afectada por el flujo de fotones. De este modo, la reflectividad diferencial de franjas adyacentes es una lectura superior para aquéllas basadas en la fotoemisión en estado excitado. Una característica única de los códigos de nanobarras es la capacidad para modificar de manera diferente sus superficies. De este modo, considerando los códigos de nanobarras de Au/Pt, cada metal puede ser modificado de manera selectiva, proporcionando dos químicas diferentes a ser colocadas en estrecha proximidad. En el caso de códigos de nanobarras, ha sido demostrada la capacidad de colocar diferentes moléculas sobre la franjas o barras de Pt/Au de una sola partícula. La capacidad para modificar de manera racional partes seleccionadas de una nanopartícula no tiene precedente. Es posible modificar de manera selectiva las franjas o bandas de Pt con "Química A" y franjas de Au con la "Química B" . Esta capacidad conduce a la posibilidad de que puedan ser montados sensores múltiples ortogonalmente sobre la misma partícula, y leídos independientemente de la misma partícula por el patrón espacial de fluorescencia, o cualquier otra señal determinable. Por ejemplo, podrían ser efectuados dos inmunoensayos de emparedado separados (utilizando anticuerpos secundarios marcados con fluorescencia) sobre una sola nanopartícula que tenga segmentos de Au y segmentos de Pt que hayan sido derivados con diferentes anticuerpos, siendo la intensidad de fluorescencia de las franjas de Au proporcional a una concentración de antígeno, "y correspondiendo la intensidad de fluorescencia de las bandas de Pt a la otra. Nótese, también, que una partícula diferente con un patrón de segmentos diferente podría alojar dos sensores completamente diferentes: en cada caso, es la secuencia y 1 separación de las barras la que identifica una química particular. Además también es posible crear cilindros coloidales que contengan cuatro o más tipos de segmentos y con cuatro o más químicas ortogonales. De este modo, de acuerdo a esta invención es posible llevar a cabo en realidad ensayos multiplexados sobre una sola partícula (además de la mutiplexión intrínseca permitida por la codificación de barras) . Como un ejemplo significativo, el uso de códigos de nanobarras con cuatro químicas ortogonales (por ejemplo, cuatro tipos de segmentos, cada uno portando una química única) permite que sean colocados ácidos nucleicos con cada sustitución de base posible en un residuo específico sobre una partícula. El uso de tales partículas está dotado en sí para un análisis de polimorfismo nucleotídico único multiplexado (SNP) , rápido. Otra característica de los códigos de nanobarras de la presente invención es la capacidad para identificarlos por citometría de flujo convencional. De este modo, la difracción de luz puede identificar la dimensión total de un código de nanobarras que fluya a lo largo de un láser de manera más general, se sabe que la difracción de nanopartículas de metal depende del tamaño de la partícula, forma de la partícula y composición de la partícula. Tal difracción puede ser medida en direcciones múltiples para tener un perfil de difracción integrado. La dependencia de la longitud de onda de la reflectividad del metal presenta otro formato de detección interesante y poderoso para códigos de nanobarras . Por ejemplo, si se observan las gráficas de % de reflectividad contra longitud de onda del Au y Pt, existe un punto de cruce (Figura 2) . En otras palabras, existe una longitud de onda a la cual las reflectividades de los metales son las mismas. Esto se refiere como la reflectividad isosbéstica. A la reflectividad isosbéstica, la reflectividad de un código de barras es uniforme, aunque exista variación en su composición a lo largo de su longitud. De manera importante, esta reflectividad isosbéstica puede ser perturbada uniendo partículas (por ejemplo, metálicas u orgánicas) a la superficie del código de nanobarras o por otros medios. De este modo, el reconocimiento molecular o cualesquiera otros eventos que conduzcan a la unión (o desunión) de partículas a la superficie de un código de nanobarras puede ser utilizada para detectar ese evento por reflectividad. Por ejemplo, considérense 100 sabores diferentes de códigos de nanobarras, cada uno asociado con un anticuerpo de captura diferente en una solución que contiene cientos de anticuerpos secundarios correspondientes, cada uno marcado con una nanopartícula de Ag coloidal . Las partículas son observadas a la reflectividad isosbéstica, y todas parecen ser uniformes.

La introducción de una solución que contiene uno o más antígenos conducirá a la formación de complejos anticuerpo-antígeno-anticuerpo en ciertos códigos de nanobarras. En esos y únicamente en esos códigos de nanobarras, las reflectividades de los metales serán perturbadas (de manera diferente) , y no existirá ya una isosbéstica, lo que significa que aquellos códigos de nanobarras pueden ser identificados por sus patrones segmentados . La reflectividad isosbéstica, y las perturbaciones de la misma, de este modo permiten una separación rápida en ensayos multiplexados complejos, dado que puede esperarse que una "señal" (por ejemplo, un patrón discernible) pueda ocurrir únicamente para un pequeño subconjunto de poblaciones de sabores de códigos de barras . Es importante hacer notar que más allá de la simple identificación utilizando reflectividades isosbésticas, la intensidad de la reflectividad diferencial en el ejemplo mencionado anteriormente puede ser utilizada para efectos de cuantificación. La Figura 2 muestra una gráfica de reflectividad contra longitud de onda para Pt y Au a granel . Debido al efecto del tamaño finito, la gráfica diferiría un tanto para las nanopartículas, pero los dos puntos relevantes son que (a) a la mayoría de las longitudes de onda, la reflectivilidad es diferente (proporcionando por lo tanto un mecanismo de contraste) y (b) a aproximadamente 600 nm, pueden tener la misma reflectibidad (una reflectibidad isosbéstica) . La Figura 6 muestra imágenes de nanopartícula de oro y plata a 400 nm y 600 nm, que demuestran este principio. Es bien conocido como la reflectibilidad volumétrica de las películas de metal delgadas en la región visible del espectro electromagnético depende de la morfología; esto es especialmente así para las superficies de metal noble, las cuales las características de rugosidad a escala nanométrica pueden .actuar como sitios de difracción para plasmones superficiales. Esto conduce a una sensibilidad antigénica mejorada en gran medida. Trasladando este concepto a los códigos de barras, la idea es que la unión inducida por el reconocimiento molecular desde Au coloidal a segmentos de Au de un código de barras coloidal cambiará la reflectivilidad volumétrica, y a una reflectividad isosbéstica, conducirá a un contraste en la reflectividad. De este modo podría considerarse que las nanopartículas metálicas coloidales son agentes de contraste. Este mecanismo de contraste de reflectibidad -el cual es esencialmente una solución análoga a la resonancia del plasmón superficial- tiene el potencial de ser exquisitamente sensible. Utilizando la instrumentación comercial, se ha demostrado que la detección de una partícula de Au coloidal de 40 nm de diámetro por 10 micrómetros cuadrados es fácilmente alcanzable. Debido a que el área superficial del código de barras puede ser mucho menor de 1 µm2, se anticipa que la unión de una sola partícula a un solo segmento será detectable; además, son posibles métodos para limitar la cobertura coloidal de una biomolécula de interés a una por partícula. Otro aspecto muy significativo del mecanismo de detección de esta modalidad es que los códigos de barras que unen Au coloidal exhibirán en contraste, un enorme beneficio en la separación. De este modo, podrían tenerse en solución 100 tipos diferentes de códigos de barras, cada uno derivado con una molécula de captura diferente y los elementos de reconocimiento marcados con Au coloidal apropiados. interrogados en la reflectividad isosbéstica, los cilindros serían todos débiles. La introducción de una solución con uno desconocido, haría que sólo un tipo de código de barras se iluminará con el analito identificado con el código, y la concentración de analito definida por el cambio de reflectividad integrado. Al igual que el método del radiofaro molecular utilizado para detectar oligonucleótidos más largos en biología molecular por la interrupción selectiva de la supresión de fluorescencia (véase, por ejemplo, Piatek et al . , Nature Biochem. 16, 359-363 (1998) ) , este método singulariza partículas donde han ocurrido eventos químicos, con la ventaja adicional de que el método es completamente general, y puede ser aplicado a los siguientes sistemas (entre otros) , sistemas oligo-oligo, anticuerpo-antígeno y ligando-receptor. Aunque este efecto ha sido discutido anteriormente con respecto al Au coloidal, también es observado con otras partículas de metal, tales como la Ag. En realidad, la perturbación de la reflectividad isosbéstica puede ser lograda con un número de materiales no metálicos, tales como óxidos. De manera general, cualquier material que se una a la superficie de los segmentos que comprenda la isosbéstica e interactúe de manera diferente puede perturbar la isosbéstica. Por ejemplo, a una isosbéstica entre el Ag y el Au, se esperará que un cromóforo que absorba intensamente con una absorbancia máxima de aproximadamente 400 nm (por ejemplo, el citocromo c) interactúa más fuertemente con el Ag que con Au. Tal interacción puede ser suficiente para perturbar la reflectividad isosbéstica. Un método alternativo para perturbar la reflectividad es a través de la unión diferencial. De este modo, aunque en el ejemplo mencionado anteriormente, las partículas de metal coloidales se unieron a todo el código de nanobarras, éste no necesariamente es el caso. Si se aplican diferentes químicas sobre los diferentes segmentos, y la unión de las partículas ocurre sólo sobre un segmento, la reflectividad isosbéstica será perturbada. De este modo, se contemplaron al menos dos formas diferentes de cuantificación del analito, una en la cual la cuantificación se hace sobre la base de la intensidad de fluorescencia que emana del código de nanobarras particular (la cual podría derivarse de una marca fluorescente molecular o particulada) , o de la intensidad de la reflectividad diferencial. En ambos casos, la reflectividad también es usada para identificar al código de nanobarras. Deberá identificarse, sin embargo, que puede ser utilizada una variedad de otros esquemas tanto para la cuantificación del analito como para la identificación del sabor del código de nanobarras. Para la cuantificación del analito, esos podrían incluir, pero no se limitan a, marcas fluorescentes, marcas electroquímicas, marcas radioactivas, marcas de masa (tales como aquéllas utilizadas en la espectrometría de masas) , otras marcas moleculares (tales como aquéllas utilizadas en química combinada) u otras marcas particuladas. En realidad, los códigos de nanobarras parecen ser compatibles con todos los mecanismos de detección de analito. De igual modo, para la identificación del código de nanobarras, puede ser utilizada una variedad de mecanismos de detección, incluyendo pero sin limitarse a mecanismos de detección óptica (absorbancia, fluorescencia, Raman, hiperRaman, difracción de Rayleigh, difracción de hiperRayleigh, CARS, generación de frecuencia de suma, mezclado de cuatro ondas degenerativas, difracción de luz disipada, retrodifracción o difracción de luz angular) , técnicas de sonda de exploración (microscopía óptica de exploración de campo cercano, AFM, STM, microscopía de fuerza química o fuerza lateral, y otras variaciones) , técnicas de haces de electrones (TEM, SEM, FE-SEM) , mecanismos de detección eléctricos, mecánicos y magnéticos (incluyendo el SQUID) . Aunque la discusión anterior se refiere al punto de reflectividad isosbéstica (es decir, que se basa en una propiedad óptica) los ensayos de código de nanobarras pueden hacer uso de otros tipos de puntos sobre la base de otras propiedades físicas o químicas para lograr el mismo tipo de ventajas (por ejemplo, una "conductividad isosbéstica") . En realidad, de manera más general, cualquier propiedad que pueda cambiar de material a material puede ser igualmente explotada, siempre que existan medios para manipular las condiciones, de modo que la propiedad sea la misma en los materiales objeto. Por ejemplo, ha sido demostrado por varios grupos que para películas de Au delgadas, la unión de una monocapa (o menos) de moléculas puede perturbar la conductividad. De igual modo, este concepto puede ser aplicado a la unión de una partícula magnética a un código de barras donde diferentes segmentos tienen la misma susceptibilidad en un campo magnético y diferentes susceptibilidades en otro campo magnético. Aunque muchas modalidades se enfocan sobre esquemas de detección basados en anticuerpos, deberá reconocerse que esos principios se aplican igualmente bien a la detección de oligonucleótidos, ADNc, ARNm, proteínas, ligandos, moléculas pequeñas, lípidos, azúcares, aniones y cationes inorgánicos, células o componentes celulares, órganos, sistemas de órganos o aún organismos completos.

En otras palabras, la codificación de nanobarras puede, en principio ser utilizada para detectar cualesquiera y/o todas las especies encontradas en sistemas químicos o biológicos tan pequeñas como moléculas y tan grandes como organismos. Además, puesto que los códigos de nanobarras son suficientemente pequeños para penetrar las células, y en principio pueden hacerse suficientemente pequeños para penetrar los componentes de las células (por ejemplo, mitocondrias, núcleos, etc) , no existe limitación a su uso en esos sistemas biológicos. Además, deberá estar claro que, aunque muchas modalidades de la invención están dirigidas a la cuantificación, codificación de nanobarras, al igual que su contraparte macroscópica, pueden ser utilizadas para rastrear, localizar o segaair materia en una forma no cuantitativa. En realidad, esas partículas pueden ser utilizadas para marcar o etiquetar, detectar, cuantificar, seguir, rastrear, localizar, inventariar, reconocer, comparar, identificar, señalar, producir, clasificar, ver, categorizar, etiquetar o descubrir materia, para tamaños tan pequeños como moléculas individuales hasta tan grandes como humanos, coches, tanques, puentes, edificios, etc. Además, deberá aclararse que las modalidades de la invención están dirigidas a la utilidad en sistemas biológicos, la codificación de nanobarras es de igual utilidad en las formas mencionadas anteriormente para sistemas no biológicos, incluyendo, pero sin limitarse a compuestos químicos, moléculas, materiales, partículas, pinturas, sujetadores, neumáticos, papel, documentos, pildoras y así sucesivamente. Cuando son utilizadas como marcas, etiquetas o marbetes, las partículas de la presente invención pueden ser asociadas de cualquier manera con los materiales que estén siendo marcados. La marca particular puede ser seleccionada e identificada de modo que proporcione información con respecto al material asociado con ésta. Por ejemplo, una marca dentro de una pintura puede codificar la fecha de manufactura, los compuestos químicos utilizados en la mezcla de pintura, nombre del fabricante, las características fotodinámícas de la pintura o cualquier número de otras piezas de información. Basta decir que el código de nanobarras codifica información que no implica que usted pueda leer la información de la partícula. Esto, en la mayoría de las modalidades, indicará un tipo específico de código de nanobarras, y entonces se haría referencia a los registros relacionados con ese tipo de código de nanobarras . En una modalidad de la invención, las nanopartículas no están comprendidas de segmentos, sino que son diferenciables sobre la base de su tamaño, forma o composición. En esta modalidad, cada partícula en un montaje o colección de partículas tiene al menos una dimensión que es menor de 10 µm. En modalidades preferidas, las partículas tienen una dimensión menor de 500 nm, y de manera más preferible menor de 200 nm. Tal montaje de partículas, el cual puede ser producido de cualquier material, está comprendido de al menos 2, de manera preferible al menos 3, y de manera más preferible al menos 5 tipos de partículas, donde cada tipo de partícula es diferenciable de los otros tipos de partícula. En la modalidad preferida, puesto que los tipos de partículas pueden estar comprendidos de un solo material, y puesto que diferentes tipos de partículas pueden estar comprendidos del mismo material que otros tipos de partículas en el montaje, la diferenciación entre los tipos se basa en el tamaño o forma de los tipos de partícula. Por ejemplo, un montaje de partículas de la presente invención puede estar comprendido de 5 diferentes partículas de nanopartículas en forma de cilindros de oro.

Aunque, cada tipo de partícula en forma de cilindro tiene un ancho o diámetro menor de 10 µm, los diferentes tipos de partículas son diferenciables sobre la base de su longitud. En otro ejemplo, 7 tipos de partículas de plata esféricas, constituyen un montaje-. Los diferentes tipos de partícula son diferenciables sobre la base de su tamaño relativo. En otro ejemplo más, 8 tipos de partículas en forma de cilindros, todas compuestas del mismo material polimérico, constituyen un montaje, aunque cada tipo de partícula en forma de cilindro tiene la misma longitud, pero son diferenciables sobre la base de su diámetro y/o forma de sección transversal . Las nanopartículas de esta modalidad de la presente invención pueden ser funcionalizadas como se describió anteriormente, y utilizadas en los mismos tipos de aplicaciones que las partículas de código de nanobarras segmentadas. En un montaje de partículas, de acuerdo a esta modalidad, los tipos de partículas pueden estar, pero no están necesariamente compuestas del mismo material . Un ejemplo más de nanopartículas que cae dentro del alcance de esta modalidad de la invención, es un montaje de partículas, cada tipo de las cuales puede tener el mismo tamaño y forma (con al menos una dimensión menor de 10 µm) donde los tipos de partícula son diferenciables sobre la base de su composición. Por ejemplo, un montaje de partículas de la presente invención, puede estar comprendido de 5 nanopartículas en forma de cilindro diferentes del mismo tamaño y forma. En este ejemplo, los diferentes tipos de partículas son diferenciables sobre la base del material del cual están hechas. De este modo, un tipo de nanocilindro está hecho de oro, otro de platino, otro de níquel, otro de plata, y el tipo restante de cobre.

De manera alternativa, cada tipo de partícula puede contener una cantidad diferente de material de tinte, o diferente porcentaje de material magnetizable. En cada caso, un tipo de partícula dado sería diferenciable de otros tipos de partícula en el montaje o colección. Por supuesto, esta modalidad de la invención incluye montajes o colecciones en las cuales varían las combinaciones de tamaño, forma y composición. El aspecto crítico del montaje de partículas de esta invención es el hecho de que todos los tipos de partículas tienen al menos una dimensión menor de 10 µm y los tipos de partículas son diferenciables, por cualesquier medios de los otros tipos de partícula en el montaje. En esta modalidad, los diferentes tipos de partículas pueden ser funcionalizadas y las características diferenciables del tipo de partículas codificar la naturaleza de la funcionalización. La codificación de la naturaleza de la unidad funcional significa que las características identificables específicas de la nanopartícula pueden ser unidas de manera selectiva a una unidad funcional conocida, de modo que pueda ser mantenida una clave o registro donde ha sido identificado el tipo de partícula específico una vez, la naturaleza de la unidad funcional asociada es conocida.

PREPARACIÓN DE PART CULAS SEGMENTADAS METÁLICAS El protocolo sintético preferido para preparar códigos de nanobarras metálicos de acuerdo a las modalidades de la presente invención se basa en el trabajo de Al-Mawlawi et al . (Al-Mawlawi, D.; Liu, C. Z.; Moskovits, M. J. Mater. Res . 1994, , 1014; Martin, C. R.

Chem. Mater. 1996, J3, 1739) sobre síntesis electroquímica dirigida a una plantilla. En este método, los metales son depositados electroquímicamente dentro de una membrana porosa. El método sintético de la presente invención difiere del trabajo anterior en varios aspectos, incluyendo los siguientes. Primero, la electrodeposición se efectúa en un baño de ultrasonicación. Segundo, la temperatura es controlada utilizando un baño de temperatura recirculante. Esas dos primeras modificaciones incrementan la reproducibilidad y monodispersidad de muestras de cilindros, facilitando el transporte de masa de iones y gases a través de los poros de la membrana. Tercero, las varillas con bandas múltiples son preparadas por reducción electroquímica secuencial de iones metálicos (por ejemplo, Pt2+, Au+) con los poros de las membranas. Debido a que la longitud de esos segmentos puede ser ajustada controlando la cantidad de corriente que pasa en cada paso de electrodeposición, el cilindro se asemeja a un "código de barras" a la escala nanométrica con cada longitud del segmento (e identidad) programable de antemano. Aunque el ancho de los cilindros y las longitudes segmentadas son generalmente de dimensiones nanométricas, la longitud total es generalmente tal que puede ser visualizada directamente en un microscopio óptico, explotando la reflectividad diferencial de los componentes metálicos. Existen muchos parámetros en la síntesis de nanocilindros que son afinables, de modo que es teóricamente posible generar muchos millones de diferentes patrones, identificables de manera única utilizando microscopía óptica convencional . La característica más importante que puede ser cambiada es la composición de los cilindros listados. La forma más simple de una nanopartícula es una con sólo un segmento. Para este fin, han sido preparados varios tipos diferentes de esos códigos de barras sólidos. Utilizando simplemente sólo una solución de revestimiento durante la preparación, se produce una nanopartícula sólida. Para generar códigos de nanobarras de dos segmentos, dos metales (por ejemplo Au, Ag, Pd, Cu, etc.) pueden ser electrodepositados de manera secuencial o simultánea para formar aleaciones. Los códigos de nanobarras también pueden ser generados utilizando 3 metales diferentes. La síntesis de un cilindro de Au/Pt/Au, puede ser lograda con 1 C de Au, 8 C de Pt y 1 C de Au. Las dimensiones nominales de los segmentos son de 1 µm de Au, 3 µm de Pt, 1 µm de Au. Los códigos de nanobarras de 5 segmentos, Ag/Au/Ag/Au/Ag, fueron generados por revestimiento o deposición secuencial y enjuagando ?pcionalmente el metal apropiado. En algunas modalidades es posible incluir todos los metales en solución, pero controlar la deposición haciendo variar la carga de corriente potencial. También ha sido preparado un código de nanobarras de 9 segmentos, Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au observado en la Figura 3. El número de segmentos puede ser alterado a las especificaciones deseadas. El siguiente factor controlable es el diámetro (algunas veces referido aquí como el ancho) de los cilindros individuales. Muchos de los códigos de nanobarras descritos fueron sintetizados utilizando membranas con un diámetro de poro de 250 nm. Alterando el diámetro del poro, pueden producirse cilindros de diferente diámetro. Los cilindros de Au han sido sintetizados en una membrana que tiene poros con un diámetro de 10 nm, poros de 40 nm, y/o poros en el intervalo de 200 a 300 nm.

Los extremos de los cilindros típicamente tienen extremos redondeados o extremos planos . Una imagen TEM de un cilindro de Au que se produjo invirtiendo el flujo de corriente (de una reducción a -0.55 mA/cm2 a una oxidación a +0.55 mA/cm2) y removiendo algo del oro de la punta del cilindro generó una punta que se extiende desde la punta del cilindro. Adicionalmente, no pueden ser generados extremos ramificados. Esto puede ser controlado típicamente controlando la cantidad de metal que es electrodepositado en la membrana. Los bordes de los poros de la membrana tienen la tendencia a ser ramificados, lo cual conduce a este tipo de estructura. Una forma adicional de alterar los extremos de los cilindros es controlar la velocidad de deposición. Los cilindros de oro (2 C total, 3 µm) fueron electrodepositados a una densidad de corriente de 0.55 mA/cm2. Entonces la densidad de la corriente se redujo a 0.055 mA/cm2 y se electrodepositaron 0.1 C de Au. El último segmento de oro se deposita en un tubo hueco a lo largo de las paredes de la membrana. Para producir muchos miles de sabores de nanocilindros, en cantidades prácticas, y para unir la mayoría o todas las moléculas, son necesarias técnicas de síntesis combinada novedosas. Varias modalidades de síntesis están incluidas dentro del alcance de la invención. Cada método tiene ventajas y desventajas dependiendo de la aplicación específica y el método requerido de tipos y el número total de nanobarras necesarias para la aplicación. Tres de las modalidades se basan en procedimientos existentes que utilizan membranas de poro definido. (i) La primera técnica genera cientos a quizá unos cuantos miles de tipos de nanocilindros, modelando litográficamente la plata del lado posterior que está depositada sobre la membrana en islas aisladas, formando cada isla un contacto eléctrico dirigible individualmente.

A manera de ejemplo, cada isla tendría suficiente área superficial para contener entre 106 y 108 cilindros individuales, todos del mismo tipo. (Nótese que puesto que el espesor de la membrana, y por lo tanto la longitud del poro es mucho mayor que la longitud del nanocilindro, pueden ser sintetizados nanocilindros múltiples en cada poro. Cada nanocilindro puede ser separado de los otros en el mismo poro por un tapón de plata que posteriormente se disolvería. Esto podría incrementar el rendimiento total en lOx) . La membrana es entonces colocada, con registro cuidadoso, sobre un aparato de "cama de clavos", con pernos cargados por resorte individuales en contacto con cada electrodo sobre la membrana. El circuito controlado por computadora unido a la cama de clavos es capaz de encender o apagar individualmente cada electrodo . Durante el proceso de electrodeposición, cada isla sería electrodepositada con combinaciones únicas de tipos y espesores de metal. De esta manera, cada isla produciría cilindros de diferente longitud, diferentes números de franjas, y diferentes combinaciones de materiales, permitiendo una flexibilidad de diseño final. (ii) El primer método estará limitado en el número de tipos de cilindros que pueden ser sintetizados por la confiabilidad y densidad de empaquetamiento del aparato de cama de clavos. Para evitar esta limitación, el aparato de cama de clavos puede ser reemplazado por un contacto de metal líquido. Para prevenir que el baño de líquido entre en contacto simultáneamente con todos los electrodos, el lado posterior de la membrana puede ser modelado con un recubrimiento no conductor. Para dirigir individualmente los electrodos durante la síntesis, el patrón sería removido y reemplazado entre los pasos de electrorrevestimiento. Este método permitirá una densidad mucho mayor de islas aisladas, y por lo tanto que sean sintetizados más tipos de cilindros. Con una separación de isla de 100 micrones, la cual sería trivial de lograr utilizando el modelaje litográfico, podrían ser sintetizados hasta 105 tipos de cilindros. Puesto que el número total de poros en cada membrana es una constante, habrá proporcionalmente menos cilindros de cada tipo, (iii) Los primeros dos métodos usan filtros de membrana de' óxido de aluminio comercialmente disponibles, los cuales tienen un tamaño de poro y densidad que son adecuados para la síntesis de nanocilindros. Sin embargo, el espesor de la membrana es típicamente mayor que el requerido, lo cual puede causar variabilidad en la longitudes del cilindro en la franja debido a un transporte de masa no uniforme en los poros durante la electrodeposición. También, los poros más grandes disponibles en esas membranas (y de este modo los anchos de nanocilindros) son de 250 nm, y sería deseable para algunas aplicaciones tener cilindros con anchos de 1 micrón o más (esto también podría ser utilizado para modalidades con anchos de menos de 1 µm) . Para resolver esos problemas, pueden ser construidas matrices de poros utilizando técnicas fotolitográficas, las cuales darán el control final sobre las dimensiones y longitudes del poro, e incrementarán la flexibilidad y calidad de diseño de los nanocilindros resultantes. De acuerdo a esta modalidad, se expone una placa recubierta con fotoprotección positiva a un patrón de interferencia de luz, utilizando una técnica similar a la utilizada para rejillas de difracción generadas por litografía. Dos exposiciones en ángulos rectos y el revelado posterior producen un arreglo de orificios verticales en la fotoprotección. La electrodeposición de metal en los orificios y la remoción de la fotoprotección produce un nuevo tipo de plantilla para la síntesis dirigida a la plantilla. La forma y diámetro de los nanocilindros podrían ser ajustados controlando la fuente de luz y el patrón de onda constante resultante. Una ventaja de esta técnica es que el espesor de la plantilla, el cual es el mismo que la longitud del poro, puede ser diseñado a la longitud de los cilindros, lo cual mejora la uniformidad de la electrodeposición a través de la membrana. Con esta técnica, pueden ser construidos de 1010 a 1012 tipos de nanocilindros sobre un solo sustrato. Lo dos métodos descritos anteriormente pueden ser utilizados para sintetizar muchos tipos de códigos de nanobarras a partir de una sola microplaca. (iv) Un método más utiliza los poros definidos litográficamente adaptados anteriores, y logra la flexibilidad de diseño final utilizando electrodeposición dirigida por luz novedosa. Los poros de la plantilla son construidos justo como en el tercer método, pero sobre la parte superior de una microplaca semiconductora fotosensible. El lado del poro de la microplaca es sumergido en el reactivo de electrodeposición y, en otro lado, es iluminado con patrones de luz. La exposición de luz es utilizada para generar fotocorriente en la microplaca y activar o desactivas la corriente de electrodeposición para cada zona conductora dentro de la microplaca. Un modulador de luz espacial controlado por computadora ilumina selectivamente diferentes zonas a diferentes tiempos, de modo que cada zona sea sometida a una cantidad de electrodeposición controlada por computadora diferente. Dependiendo de la resolución del sistema óptico que exponga la microplaca, esto daría como resultado 104 a 10e sabores separados de nanocilindros sintetizados sobre una sola microplaca. Con 1012 p tos en total por microplaca, podrían ser sintetizados de 10s a 108 nanocilindros de cada sabor. Las partículas de la presente invención también pueden ser preparadas a gran escala automatizando el proceso de electrodeposición básico que se describe en el Ejemplo 1. Por ejemplo, puede ser utilizado un aparato que contenga una serie de membranas y electrodos separados para producir un gran número de diferentes sabores de nanopartículas en una forma eficiente controlada por computadora . Independientemente del método sintético utilizado, se requiere un paso crítico final para separar cada tipo único de nanocilindros y liberar todos los nanocilindros en solución para la preparación o desnaturalización superficial. Cada uno de los métodos de síntesis anteriores puede utilizar el mismo proceso de separación y liberación de nanocilindros. Existen dos técnicas principales. (i) Después de la síntesis, ya sea sobre la membrana o el sustrato plano, pueden ser utilizadas técnicas de separación de matriz de la industria semiconductora. El sustrato será acoplado a un material adhesivo flexible. Una sierra de corte corta a través del sustrato, dejando el adhesivo intacto. El adhesivo es entonces estirado uniformemente para proporcionar separación física entre cada isla, cada una de las cuales es entonces retirada automáticamente por un robot, y colocada en un micropozo separado. Es utilizada una estación fluídica automatizada para introducir las soluciones de grabado necesarias para liberar cada cilindro hacia la solución. (ii) Una modalidad alternativa es acoplar el sustrato del micropozo que contiene pozos en el mismo patrón como islas individuales en la membrana y acoplar el arreglo de canales a través de los cuales fluyen las soluciones de ataque químico. La membrana o microplaca puede ser emparedada entre el sustrato del micropozo y el arreglo de canal . El fluido de ataque químico es entonces introducido en los canales que disuelven el soporte de Ag y lleva los nanocilindros hacia el pozo correspondiente.

También son posibles otros medios para remover las partículas de la membrana, incluyendo la ablación con láser, ablación con ácido o base controlada, y así sucesivamente . La electrodeposición no uniforme a través de la membrana o deposición sobre el sustrato plano, dará como resultado variaciones en la longitud de la franja, y por lo tanto impone limitaciones sobre la longitud mínima de la franja. En algún punto, esto limita el número de franjas, y de este modo el número máximo de posibles tipos, para una longitud de nanocilindro dada. Las técnicas de síntesis dirigidas a la plantilla basadas en membranas son las preferidas debido a que son capaces de producir un número muy grande de nanocilindros muy pequeños. Las condiciones de la electrodeposición pueden ser controladas de manera adecuada para producir muchos tipos de códigos de barras de nanocilindros. Para aplicaciones tales como inmunoensayos multiplexados, donde se requieren decenas hasta muchos cientos de tipos, las técnicas conocidas son adecuadas y pueden ser escaladas simplemente para proporcionar el número necesario. Para aplicaciones tales como formas proteómicas, donde se requieren muchos miles de tipos, se requieren técnicas de síntesis de mayor rendimiento y la capacidad de identificar de manera única a cada uno de los miles de diferentes códigos de barras .

Los algoritmos y técnicas de las industrias de las telecomunicaciones, unidades de disco, y códigos de barras pueden ser utilizadas para determinar los diseños de nanocilindros óptimos para producir la mayor "información" en una longitud dada de nanocilindro. El desafío fundamental de codificar información en un canal de comunicaciones ruidoso, y detectar la información con un mínimo de errores es bien conocido. Las soluciones que han sido aplicadas a esos problemas serán relevantes para el diseño, síntesis y detección de los códigos de barras de nanocilindros .

DETECCIÓN E IDENTIFICACIÓN DEL CÓDIGO DE NANOBARRAS En el caso de códigos de barras metálicos de aproximadamente 100 nm o más de ancho, y aproximadamente 2 micrones a 15 micrones de longitud, pueden ser visualizadas las diferencias en la reflectividades de los segmentos de metal utilizando microscopía simple convencional . De manera importante, el criterio ?/2, está relacionado con el establecimiento del tamaño de un objeto bajo iluminación con luz de longitud de onda ?. Es muy posible, y en efecto ha sido demostrado por numerosos grupos, que elementos mucho más pequeños de ?/2 de diámetro pueden ser visualizados, aunque no es posible hacer una determinación exacta del tamaño. En otras palabras, puede ser fácilmente distinguible un código de nanobarras de Au/Au de un código de nanobarras de Au/Ag, donde todos los segmentos son, digamos de 50 nm de ancho, en tanto el tamaño preciso del segmento no sea una pieza de información requerida. De este modo, es posible distinguir (y cuantificar) el número de cilindros por inspección visual; tal tarea podría ser automatizada. También es posible distinguir segmentos de diferentes longitudes dentro de códigos de barras individuales siempre que sea satisfecho el criterio ?/2. Han sido obtenidas imágenes de códigos de barras de 9 barras (Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au/Ag/Au) en los cuales cuatro segmentos de Ag crecieron a diferentes longitudes. Véase la Figura 3. La imagen se obtuvo " utilizando un microscopio óptico en el modo de luz reflejada, utilizando un filtro de paso de banda de 400 ± 40 nm para mejorar la resolución y aumentar el contraste de la imagen. Además de los métodos visuales/ópticos descritos anteriormente, la detección e identificación puede hacerse por una multitud de métodos diferentes. La imagen es interesante en varios aspectos . Primero, está claro que pueden ser observadas cuatro regiones de brillo distinto (que corresponden a segmentos de Ag) . En esta imagen, las longitudes aparentes (por microscopía) no corresponden a las longitudes estimadas. Por ejemplo, el segmento de menor .brillo no parece ser de un décimo de la longitud del segmento más largo. Esto puede deberse a una relación de corriente contra longitud no lineal, pero de manera más probable refleja las limitaciones físicas de la óptica. La imagen se obtuvo con un microscopio de campo brillante de luz reflejada. En este modo, la óptica limitada de la difracción da una resolución teórica de aproximadamente 2NA, donde NA = abertura numérica (en el sistema utilizada para obtener esas imágenes, la resolución es de aproximadamente 400 nm/2 (1.4 = 143 nm) . De este modo, es posible distinguir dos elementos tan cercanos como 142 nm (criterio de Rayleigh) . Los puntos más cercanos que estos parecerán como un solo elemento. Sin embargo, nótese que una franja de Ag más corta de 143 nm es aún visible bajo el microscopio, puesto que las secciones de Au que separan ésta son más grandes que esta distancia. De este modo, para un código de barras de 2.5 micrones, puede formarse fácilmente la imagen de 12 franjas de 200 nm cada una, todas las cuales son ópticamente distinguibles. De manera alternativa, será posible crear y "leer" cilindros de códigos de barras de 2 micrones que tengan 10 franjas, con 5 segmentos de 150 nm y 5 segmentos de 50 nm. Es posible la detección simultánea de códigos de barra por reflectividad y cuantificación analítica por fluorescencia. Un ejemplo se muestra en la Figura 4. El panel C muestra una imagen de reflectividad obtenida a 400 nm que es utilizada para identificar cada tipo de nanocilindro. En este caso, la imagen muestra una mezcla de nanocilindros ordenados. El panel A, formado a la longitud de onda de emisión de FITC, contiene imágenes brillantes del primer tipo de códigos de nanobarras, y fantasmas apenas detectables del segundo tipo de ' códigos de nanobarras, los cuales son sustraídos fácilmente de manera digital. En el panel B, la imagen a la longitud de onda del Rojo Texas, el segundo tipo de código de nanobarras muestra brillantez, mientras que el primer tipo de código de nanobarras es extremadamente oscuro. La capacidad de leer la fluorescencia e identificar los códigos de nanobarras simultáneamente comprende un conjunto de herramientas poderosas para ensayos multiplexados. En algunas modalidades, la identificación y detección puede ser lograda utilizando la misma señal. Por ejemplo, puede ser utilizado un patrón de fluorescencia para la identificación, mientras que la intensidad de la fluorescencia indica la concentración del analíto. Sin embargo, existe un gran número de bioanálisis llevados a cabo por otros medios diferentes a la fluorescencia. Prominentes entre esos es la espectrometría de masas, que se está convirtiendo rápidamente en la herramienta de elección para la identificación y análisis detallado de polipéptidos y proteínas. Existen dos métodos ampliamente utilizados para la introducción de muestras biomoleculares en la espectrometría de masas: electrorrocío y desorción/ionización por láser ayudada con una matriz (MALDI) . En la MALDI, en analito de interés es incluido en una matriz orgánica sólida que absorbe ultravioleta que se evapora tras la irradiación con láser pulsátil, acarreando con esta al analito (véase, por ejemplo, Karas et al . , Anal. Chem, ££, 2299-2301 (1988)). Durante este proceso, la energía absorbida por la matriz es transferida al analito que es ionizado. El ion de analito en fase gaseosa es entonces enviado al analizador de masa de tiempo de vuelo (TOF) . El MALDI-TOF es actualmente utilizado de manera exitosa para el análisis de proteínas, polipéptidos y otras ma'cromoléculas . Aunque la introducción de un matriz orgánica para transferir energía al analito ha avanzado de manera tremenda, el campo de la espectrometría de masas de desorción, MALDI-TOF tiene aún límites. Por ejemplo, la detección de moléculas pequeñas no es práctica debido a la presencia de iones de fondo de la matriz. También, los experimentos de MALDI son inherentemente sensibles a la elección de la matriz: el tipo de matriz, así como las cantidades de matriz que deben con frecuencia ser diseñadas debido a la naturaleza del analito (una limitación severa al análisis de mezclas complejas) . Recientemente, Sunner et al., ha introducido el término SALDI para la Desoroción/Ionización por Láser Ayudada Superficialmente (Sunner et al., Anal. Chem, 67., 4335 (1985) ) . Esta técnica está libre de matriz, permite en análisis de moléculas orgánicas pequeñas, y produce un desempeño similar a la MALDI . Las nanopartículas de metales nobles son una elección suficientemente superior para la ionización basada en láser, por dos razones, (i) Las nanopartículas de metal noble coloidal exhiben coeficientes de extinción muy grandes en el IR visible y cercano. Esto contrasta con las matrices orgánicas, (ii) Se sabe que la irradiación de nanopartículas de Au conduce a aumentos dramáticos en la fuerza del campo eléctrico en la superficie de la partícula: ésta es la base de la difracción de Raman mejorada superficialmente. Esto conduce a eficiencias de ionización incrementadas. Además, combinada con la tecnología del código de nanobarras, la SALDI-MS se vuelve una herramienta de impresión de huellas moleculares poderosa. La microscopía de luz o simple convencional ha sido utilizada para formar imágenes de nanocilindros, y deberá permitir la "decodificación" automatizada de la firma el código de barras. Adicionalmente, la microscopía de fluorescencia ha sido utilizada para cuantificar el nivel de unión de una biomolécula al cilindro. La detección y lectura también puede ser lograda con los diseños de instrumentos de costumbre y programas y sistemas de programación de análisis de imágenes sofisticados que son capaces de detectar y leer el código de cada código de nanobarras, y cuantificar la fluorescencia de las moléculas unidas al nanocilindro. Adicionalmente, este sistema de detección permite una excitación con láser altamente enfocada de longitud de onda apropiada para permitir la desorción inducida por láser de moléculas unidas de manera no covalente de la superficie de cada nanocilindro individual . Puede ser producido un sistema que satisfaga esos requerimientos para formar imágenes de nanocilindros aleatoriamente dispersos sobre una superficie de vidrio.

Utilizando un objetivo de microscopio de 63x (NA=0.8) acoplado a una cámara de CCD de 4k x 4k píxeles, el campo de visión de la cámara es de aproximadamente 9x104 µm2 (300 micrones sobre el borde) . Cada campo de visión puede contener 600 nanocilindros (cobertura de 1%) con una probabilidad razonablemente baja de superposición física. Asumiendo de manera conservadora que es deseable detectar y promediar la señal de fluorescencia o MS de aproximadamente 10 cilindro de cada tipo, una medición de 1000 sabores necesita identificar y medir un total de 10,000 nanocilindros. Con 600 partículas por campo de visión, se requieren aproximadamente 170 cuadros de imagen cubriendo un área total de aproximadamente 20 mm2. Para una cámara de alta velocidad, cada lectura de cuadro toma aproximadamente 2 segundos, para un tiempo de formación de imágenes total de menos de 10 minutos. Nótese que el área superficial requerida es de aproximadamente la misma que la de un pozo de una microplaca de 96 pozos, y que el rendimiento total es de 1000 ensayos en 10 minutos, o aproximadamente 1.7 segundos por ensayo . Pueden ser utilizados programas digitales de programación y análisis de imágenes que sean capaces, en tiempo real, de localizar, decodificar el patrón de franjas, y cuantificar la fluorescencia de cada nanocilindro en el campo de visión. Para ahorrar tiempo de medición, el sistema puede utilizar dos cámaras CCD, una para capturar la luz reflejada para decodificar el patrón de franjas, y la otra para cuantificar simultáneamente la señal de fluorescencia de cada nanocilindro. Este sistema de formación de imágenes no sólo es capaz de detectar el patrón de franjas sino que también es capaz de medir simultáneamente la emisión de fluorescencia de cada nanocilindro. Además, puede ser utilizado para dirigir un punto de láser altamente enfocado, con el tamaño del punto acoplado a la dimensión más grande del nanocilindro, en cada nanocilindro individual. Puede ser utilizada la óptica de dirección de láser para iluminar de manera secuencial y disolver proteínas y/o moléculas de cada nanocilindro, en el cual será entonces acelerado en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo. Los nanocilindro individuales pueden ser elegidos para el análisis espectrométrico de masas sobre el análisis de la señal de fluorescencia detectada, reduciendo al mínimo de este modo el tiempo de la edición analizando únicamente aquellos cilindros con unión significativa. Como se discutió anteriormente, aunque la modalidad preferida implica la reflectividad como el mecanismo para la identificación de partículas y la fluorescencia como la lectura del sensor, también podrían ser utilizados los cambios de reflectividad en sí, con algo potencialmente grande, para sensibilidad. Los dos puntos relevantes ilustrados por la reflectividad en el Pt y el Au, son (a) a la mayoría de las longitudes de onda, la reflectividad es diferente (proporcionando por lo tanto un mecanismo de contraste) y (b) a aproximadamente 600 nm, tiene la misma reflectividad (reflectividad isosbéstica) . A 450 nm, las franjas de Pt parecerán más brillantes (más reflectivas) que el Au, y que a 600 nm, lo opuesto es cierto. A una longitud de onda intermedia, existe una reflectividad isosbéstica, donde no sería observado contraste. Es bien sabido como la reflectividad volumétrica de películas de metal delgadas de la región visible del espectro de EM depende de la morfología; esto es especialmente así para superficies de metal noble, en las cuales las características de rugosidad a escala nanométrica pueden actuar como sitios de difracción para plasmones superficiales. De manera breve, la unión dirigida al antígeno de anticuerpos secundarios marcados con nanopartículas de Au coloidales esféricas, pequeñas a películas de Au delgadas derivadas con anticuerpos de captura conduce a cambios enormemente amplificados en la reflectividad de la película de Au. Esto conduce a una sensibilidad del antígeno aumentada en gran medida. Trasladando este concepto a los códigos de barra, la idea que es que la unión inducida por el reconocimiento molecular del Au coloidal a los segmentos de Au de un código de barras coloidal cambia la reflectividad volumétrica, y aún la reflectividad isosbéstica, conduce a contrastes de reflectividad. De este modo podría considerarse que las nanopartículas de metal coloidal son agentes de contraste, este mecanismo de contraste y de reflectividad, el cual es esencialmente una solución análoga a la resonancia del plasmón superficial, puede ser exquisitamente sensible. Utilizando la instrumentación comercial, se ha demostrado que la detección de una partícula de Au coloidal de 40 nm de diámetro por 10 micrones cuadrados es fácilmente alcanzable. Debido a que el área superficial del código de barras es mucho menor de 1 µm2, la unión de una sola partícula a un solo segmento será detectable; además, posibles métodos para limitar la cobertura coloidal de una biomolécula de interés a una por partícula. Los códigos de nanobarras de la presente invención tienen un número casi limitado de aplicaciones en las biociencias. Incluidas entre ellas se encuentran la genómica, proteómica, proteómica fundamental, perfilamiento metabólico, análisis de moléculas pequeñas, identificación y fenotipificación de perlas combinadas. Existen también usos no bioanalíticos tales como para las aplicaciones del tipo de codificación de barras tradicionales y nanodiodos .

Varios de estas aplicaciones se describen con detalle más adelante. APLICACIONES GENOMICAS La tecnología del código de nanobarras de la presente invención es útil en al menos una modalidad para: (i) verificar expresión de genes sobre, por ejemplo, 100 muestras simultáneamente; (ii) llevar a cabo análisis genómicos sobre partículas de autorreferencia; y (iii) llevar a cabo análisis de polimorfismo nucleotídico único (SNP) sobre 10,000 partículas simultáneamente en solución. Los practicantes de la genómica tienen como propósito principal verificar globalmente la expresión de genes, y/o detectar polimorfismos genéticos dentro de un organismo. En humanos, tal herramienta puede ser utilizada tanto para diagnóstico como para medicina de pronóstico, lo que explica en parte la enorme capitalización de mercado de las compañías implicadas en la producción de fragmentos de genes. Sin embargo, aún años después de su primera demostración comercial de los fragmentos de genes, poseen aún algunos problemas fundamentales con la tecnología que tienen que ser resueltos. Los más prominentes entre esos es la incapacidad de comparar grandes números de muestras simultáneamente, ya sea con el propósito de verificar la expresión de genes en varias partes de una planta, o de manera más importante para separar o seleccionar grandes números de pacientes. El nivel muy alto de multiplexión ofrecido por la codificación de nanobarras alivia esos problemas, haciendo aplicaciones en genómica de alto rendimiento, a bajo costo, una realidad.

En el análisis basado en el arreglo del ADNc de la expresión de genes como se practica hoy en día, se aplican mezclas de dos ADNc (cada uno marcado con color diferente de tinte fluorescente) a una superficie que contiene un número de diferente manchas de ADNc; después de la hibridación, el análisis de la relación de intensidad de los dos colores permite la determinación de genes regulados excesivamente, y genes poco regulados y no afectados. En teoría, esto podría efectuarse con mezclas de hasta cuatro muestras de ADNc, utilizado cada uno de los cuatro tintes utilizados en el secuenciamiento de ADN, por ejemplo. Tal experimento permitiría que la expresión del gen sea verificada en diferentes partes de un organismo, por ejemplo (es decir, en raíces, tallos, hojas y flores de un cultivo) , o a diferentes tiempos después de la intervención terapéutica. En la practica, esto no ha sido demostrado a escala comercial: evidentemente, existen suficientes problemas utilizando sólo dos colores dado que el prospecto de utilizar más no está actualmente disponible. Además, simplemente no será posible efectuar la multiplexión a gran escala (es decir mezclas de diez a cientos de muestras de ADN) utilizando la tecnología actual. En contraste tal experimento será muy claro utilizando en código de barras, permitiendo que se lleve a cabo la rápida selección o separación de grandes poblaciones, lo cual tendría consecuencias significativas para el diagnóstico temprano de enfermedades . Podrían ser preparada superficies que contengan un número arbitrariamente grande de manchas o puntos de ADNc de doble hebra (ds) (por ejemplo, una mancha o punto por cada gen en un genoma) . Sin embargo, para propósitos de ilustración, una superficie que comprende de 50 a 100 puntos o manchas de ADNc de doble hebra (ds) , enfocándose sobre un subconjunto de genes de interés, tales como aquéllos que se sabe son relevantes para una enfermedad particular, puede ser fácilmente preparada. Los grupos de genes muy similares a esos se encuentran ahora comercialmente disponibles sobre membranas y/o soportes de vidrio. (Nótese que el fondo blanco de las membranas podría proporcionar un excelente contraste para la identificación de código de nanobarras) . Cada punto o mancha es de aproximadamente 400 micrones x 400 micrones de tamaño. Cuando cada una de las 100 muestras del ARNm aislado son transcritas de manera inversa a ADNc, se anexará una marca oligonucleotídica única (15 bases) a cada cebador de poli T; de este modo, todos los ADNc de cada muestra tendrán la misma marca (única) . En un ejemplo de la invención, cincuenta de las muestras provendrán de un banco de sangre, y cincuenta provendrán de pacientes que exhiben enfermedades en etapa inicial o crónica. Las 100 muestras de ADNc marcados serán mezcladas e hibridadas a la superficie (después de que el ADNc ds sobre la superficie sea naturalizado) utilizando protocolos estándar. Si en nivel de expresión del ARNm fuera idéntico en cada muestra, entonces números iguales de ADNc de cada muestra se unirán a la superficie. Utilizando una cobertura de 1012 ADNc/cm2, y únicamente una eficiencia de la hibridación del 1% (un subestimado), que corresponde a 1.6xl05 de cada ADNc único en cada punto o mancha (1.6xl07 moléculas de ADNc totales) . Las determina que las muestras con niveles relativamente mayores o menores de expresión exhiben números incrementados o disminuidos de moléculas unidas respectivamente. La cuantificación de cantidades relativas de unión se efectuara revelando esta superficie con 100 sabores de códigos de nanobarras, cada uno marcada con un oligo único complementario el utilizado para marcar la muestras de ADNc. Se ha detnostrado que debido a la rugosidad en una escala de 5 a 10 nanómetros a todo lo largo de las barras, la hibridación puede ser más eficiente si los oligos están separados de la superficie del código de nanobarras. De este modo, las marcas complementarias serán fijadas a las partículas utilizando un 45-mero, que comprende 30 bases de ADN aleatorizado y el oligo de 15 bases. Uno de los métodos bien conocidos que son utilizados para fijar el 45-mero a la superficie: implica el uso de ADN marcado con tiol, y otro utiliza acoplamiento de EDC estándar al ADN terminado en amina. Para el material marcado con tiol, nótese que la adición del 45 -mero a una partícula prederivada con mecaptohexanol incrementa la tendencia del ADN a unirse normal a la superficie (y por lo tanto incrementa la eficiencia de la hibridación) . Nótese que el intervalo dinámico de la medición es reducido por el tamaño de los códigos de nanobarras en relación al tamaño de los puntos o manchas : un código de barras de 0.1x1 micrón cubrirá 1000 moléculas de AD?c, lo que significa que únicamente existirá 1.6xl04 códigos de barras sobre cada punto o mancha, o únicamente 160 de cada sabor si no existen diferencias en la expresión, si el punto es de 200x200 micrones. Si este intervalo dinámico relativamente bajo (es decir de 2 décadas) no es suficiente, el número de muestras puede reducirse a cincuenta, y el tamaño del punto triplicarse, para dar un intervalo dinámico de 3 décadas. Esto no requiere triplicar el material requerido. Trabajo relacionado demostrado que un solo enlace es suficiente para mantener las especies unidas juntas. Este tipo de multiplexión de muy alto nivel (es decir marcas múltiples sobre manchas o puntos múltiples) no puede ser llevado a cabo utilizando cualquier otra tecnología actual. Con partículas esféricas, pueden obtenerse diferentes sabores, pero las partículas son demasiado grandes en comparación con los códigos de nanobarras dado que únicamente unas cuantas de cada tipo pueden unirse a una superficie. Podrían colocarse 100 ADNc diferentes sobre tales partículas (es decir un tipo sobre cada una) , permitiendo efectivamente que el arreglo sea reemplazado con perlas, pero entonces uno se restringe a 3-4 tipos de marcas fluorescentes. De manera alternativa, podrían considerarse puntos cuánticos, los cuales son mucho más pequeños que los códigos de barras, permitiendo que más partículas se unan a cada punto o mancha, pero no existe prospecto en el futuro cercano en la preparación de 100 diferentes sabores : con una mitad del ancho de fluorescencia de 25 nm, se requeriría un conjunto de partículas con emisión máxima separadas uniformemente de 500nm a 3 micrones. Los códigos de nanobarras ofrecen el equilibrio único de tamaño pequeño y alto valor de lectura para permitir esta aplicación. La capacidad de colocar dos químicas diferentes sobre el mismo código de nanobarras de Au/Pt también puede ser utilizada en esta modalidad de la invención. Esto conduce a dos oportunidades, códigos de nanobarras autodiferenciables y códigos de nanobarras de ensayo doble. Ambas oportunidades surgen del hecho de que es posible controlar cuales conjuntos de franjas están dentro de un sólo código de nanobarras, es posible controlar las posiciones de la partícula de las cuales se observa fluorescencia. Si por ejemplo, es colocado un anticuerpo de captura únicamente sobre las franjas de Au y se lleva acabo un inmunoensayo de emparedado utilizando un anticuerpo secundario marcado de manera fluorescente, no deberá existir fluorescencia que emane de las franjas de Pt : las franjas de Pt están actuando como un estándar interno. De este modo, cualquier fluorescencia proveniente del Pt puede ser adscrita a la unión no específica, y puede ser sustraída digitalmente. Este principio puede ser demostrado utilizando la captura acoplada y desacoplada de oligonucleótidos sobre metales diferentes . Esto lo convierte en una nanopartícula de autorreferencia. Como se mencionó anteriormente, los códigos de nanobarras con cuatro tipos diferentes de segmentos con cuatro químicas ortogonales permiten que los ácidos nucleicos con cada sustitución de base posible en un residuo específico sean colocados en una partícula. El uso de tales partículas proporciona en sí un análisis de polimorfismo nucleotídico único multiplexado (SNP) rápido. Otra aplicación clave que explota las modificaciones de banda diferenciales es la eliminación de falsos positivos en bioanálisis. Por ejemplo, únicamente el 25% de muestras de sangre marcadas positivas para la hepatitis C están realmente contaminadas de manera positiva. En consecuencia, la FDA está ahora considerando la Prueba de Acido Nucleico de sangre como un método más exacto. Idealmente se requeriría una señal positiva de ambas pruebas basadas en anticuerpo y en ácido nucleico para una identificación no ambigua, especialmente cuando las consecuencias de un falso positivo amenacen la vida. Para este fin, las agencias gubernamentales están buscando activamente técnicas complementarias para la identificación de agentes de guerra biológicos. La detección simultanea de antígenos y ácidos nucleicos para el ántrax, también puede ser lograda utilizando partículas que sean derivadas con anticuerpos sobre un conjunto de bandas y oligos sobre los otros (ambos oligos y anticuerpos están disponibles de es Tetracore LLC, Rockville, MD) . El ensayo de ADN se llevará a cabo en el modo de "emparedado" . Únicamente cuando toda la superficie del código de nanobarras emite luz (es decir que ambos analitos están presentes) habrá una ID positiva. En principio, esto puede efectuarse con agentes de guerra sospechosos múltiples, con efectivos apropiados inmovilizados sobre diferentes sabores de códigos de nanobarras simultáneamente. Otras modalidades para utilizar las nanopartículas de la presente invención se vuelven disponibles con números muy grandes de códigos de barras. Por ejemplo, con 1,000 a 10,000 sabores de códigos de barras, está disponible una diversidad de códigos de nanobarras suficiente para llevar a cabo análisis genotípicos en solución, incluyendo trazos de mapas de polimorfismo nucleotídico únicos (SNP) sin la complicación (y gasto) de fragmentos de genes o ADN inmovilizado. En esta modalidad, cada sabor de código de nanobarras es un reemplazo exacto para una posición espacial sobre un arreglo de genes. Además, el experimento se lleva a cabo de manera idéntica, excepto que los oligonucleótidos serán unidos químicamente (es decir, por adsorción covalente de tioles, como se describió anteriormente) en lugar de por reacciones efectuadas por fotolitografía. Es instructivo comparar la cantidad de áreas superficiales en los arreglos y códigos de nanobarras (0.2 x 3 micrones) para esos experimentos. Una mancha circular de 50 micrones de diámetro corresponde a un área de 2000 micrones cuadrados . Llevar a cabo la síntesis sobre una membrana de 7.5 cm. (3") de diámetro, y preparando 1536 códigos de nanobarras/membrana, con únicamente un código de nanobarras por poro, y una densidad de poro del 30% del área de la membrana total, cada síntesis producirá más de 28 millones de códigos de barras. Cada código de barras de 0.2 micrones x 5 micrones tiene un área de 3 micrones cuadrados. Eso hace que la eficiencia de la detección del fluoróforo sobre un código de nanobarras inmovilizado sea la misma que la de una mancha o punto de tamaño similar sobre un arreglo plano. Asúmase de manera conservadora que únicamente 1/3 de los fluoróforos sobre un código de nanobarras inmovilizado puede ser detectado (asúmase que los otros 2/3 se encuentran sobre el fondo o los lados) , el área de detección efectiva por área de partícula es de 1 micrón cuadrado, de modo que el área superficial disponible total (para cada sabor de partícula) es de 28 millones de micrones cuadrados, en comparación con los 2,000 micrones cuadrados para el fragmento de gen. Siendo todas las otras cosas iguales, cada síntesis de códigos de nanobarras produce suficiente de cada sabor para el equivalente de 14,000 experimentos de arreglo de genes. (Nótese que se efectuarían siete síntesis diferentes de 1536 códigos de barras para obtener 10,000 sabores diferentes, como está típicamente disponible en un experimento de genotipificación) . Los inventores han demostrado que la hibridación oligonucleotídica selectiva puede ser llevada a cabo sobre superficies de código de nanobarras. De este modo, cuando un oligonucleótido de secuencia A es fijado a la superficie, una secuencia A" (donde A' es perfectamente complementaria a A) , se unirá, y permanecerá unida de manera no covalente tras el calentamiento hasta que se alcance la temperatura de fusión del dúplex. En un experimento control, cuando el oligonucleótido B (el cual no es complementario a A) , reacciona con A sobre un código de nanobarras, ninguno permanece unido después del lavado y/o calentamiento a una temperatura inferior al punto de fusión. La unión de A" (junto con la ausencia de unión de B) puede ser verificada experimentalmente mediante el uso de ADN marcado dé manera fluorescente: La reacción con A' marcado de manera fluorescente, seguida por el lavado y calentamiento, conduce a una imagen fluorescente que muestra a A" unida únicamente a códigos de nanobarras (es decir, no en solución) . La reacción con B marcada de manera fluorescente bajo condiciones idénticas conduce a imágenes con fluorescencia no discernible. La confirmación adicional de este resultado proviene de datos espectrales de masas en los cuales la A' unida ha sido identificada directamente utilizando MALDI-TOF de los códigos de nanobarras . Este resultado permite el análisis de SNP así como efectuar experimentos de "fragmentos de genes" en solución. A manera de ilustración, un experimento de "fragmentos de genes" se lleva a cabo típicamente como sigue.' Se digiere una muestra de ADN, se hace reaccionar con sondas fluorescentes, y se hace reaccionar con un arreglo de oligonucleótidos conocidos fijados a una superficie en posiciones conocidas. El trazo del mapa de la imagen fluorescente de la superficie (después del lavado/calentamiento astringente) revela la ausencia/presencia de oligonucleótidos particulares. Este experimento puede ser llevado a cabo de manera precisa de la misma forma sobre códigos de nanobarras, excepto que ahora la identidad del oligo unido a la superficie es determinada por el ID del código de nanobarras en lugar de su posición sobre un fragmento. De manera importante, este método permite que la hibridación ocurra en solución (donde los códigos de nanobarras pueden dispersarse libremente) , lo cual conduce a una formación más rápida de equilibrio. Además, la adición o sustracción de oligo (u oligos) es particular al ensayo, se logra fácilmente. Deberá ser evidente a aquellos expertos en la técnica que existen docenas de formatos similares de experimentos que implican ácidos nucleicos que pueden llevarse a cabo en forma sustancialmente idéntica. En cada uno, la intensidad de la molécula unida a la superficie es determinada por el ID del código de nanobarras. De igual modo, pueden efectuarse experimentos en los cuales puede detectarse la unión de moléculas diferentes a ácidos nucleicos (por ejemplo, factores de transcripción) . Además, la molécula unida puede ser un ADN de longitud completa, un ARN de longitud completa, o dúplex de ácidos nucleicos. Existe un número de diferentes métodos bioquímicos para detectar polimorfismos nucleotídicos únicos (SNP) . Cada uno puede llevarse a cabo en forma multiplexada sobre códigos de nanobarras. Aquí, la capacidad única de los códigos de nanobarras para efectuar números extraordinariamente grandes de partículas distinguibles será indispensable, puesto que se estima que el genoma humano contiene del orden de 100,000 SNP.

ANÁLISIS D? MOLÉCULAS PEQUEÑAS Una modalidad más de las nanopartículas de la presente invención es la química de monocapa automontada combinada sobre códigos de nanobarras, permitiendo de este modo que se obtenga un espectro de SALDI-TOF de una molécula adsorbida a un código de nanobarras recubierto con SAM, y permitir el análisis de separación/SALDI combinado sea efectuado en un fluido biológico complejo. Los científicos de la vida están cada vez más interesados en establecer perfiles completos de péptidos y muestras de pacientes, proporcionando ímpetu para la creación del campo de la proteómica. Implícita con tal esfuerzo, está la noción de que cambios en la expresión de proteínas entre muestras de una cohorte enferma pueden comprender un biomarcador (o al menos un componente de un biomarcador) para esa enfermedad. El perfil completo de moléculas pequeñas sería al menos interesante: después de todo, dos de los biomarcadores más importantes conocidos hasta la fecha son el colesterol y los azúcares simples en sangre, ambos de los cuales exhiben pesos moleculares considerablemente menores de 1000. Desafortunadamente, más allá de los esfuerzos en la separación secuencial (es decir, LC-CE o CE-CE) , las cuales tienen limitaciones teóricas intrínsecas, no parecen existir métodos racionales para la separación de moléculas pequeñas 2-D. En esta modalidad de la presente invención, es posible conducir separaciones de compuestos sobre la superficie de nanopartículas . El principio de este método es semejante a la tecnología empleada en las técnicas de microextracción en fase sólida (SPME) . La absorción/desorción selectiva de compuestos puede efectuarse en un sistema sin solvente. La SPME convencional no ha sido expandida para incluir una gran variedad de diferentes materiales en los cuales efectuar la absorción/desorción selectiva de especies. La estrategia de unión selectiva a una superficie funcionalizada de una especie forma una mezcla que conduce a su enriquecimiento sobre la superficie, generando una posible ruta para la detección con mayor sensibilidad. La ionización de desorción con láser enriquecida superficialmente (SELDI) , una variación de la MALDI, se basa en este principio. (Véase, por ejemplo, Weinberger, Electrophoresis, , 1164-1177 (2000)). Pueden obtenerse de cinco a seis superficies diferentes sobre las cuales se aplican proteína y/o moléculas pequeñas, y entonces se lavan incrementando la astringencia. Puesto que cada combinación de superficie/astringencia conduce a un perfil de absorción diferente, la técnica proporciona medios para el análisis de una mezcla compleja. Esta modalidad de la invención extiende este método exponencialmente, generando miles de diferentes químicas superficiales sobre los códigos de nanobarras . Cada química es identificada por su ID de código de nanobarras; el análisis posterior por SALDI conducirá a un análisis muy mejorado de mezclas complejas. Las superficies diseñadas de manera combinada, para capturar varios analitos simultáneamente sobre distintas partículas codificadas de muestras biológicas no tienen precedencia en la ciencia de la separación o la arena de la química clínica. En una modalidad, para generar esas superficies, pueden ser utilizadas monocapas automontadas (SAM) que son terminadas con grupos funcionales reactivos que se derivan con bibliotecas de reactivos para dar códigos de nanobarras con una variedad extraordinaria en la química superficial. Además, las nanopartículas pueden hacerse magnéticas, lo cual proporcionaría un método claro para extraerlas de la solución, muestra, u organismo en el cual hayan sido introducidas . Como es reconocido por aquellos expertos en la técnica, existe un cuerpo extensivo de literatura relacionado con métodos que podrían ser utilizados para aplicar químicas o recubrimientos superficiales a códigos de nanobarras. Uno de esos métodos es por medio de SAM. Las SAM pueden ser formadas en una variedad de formas familiares a aquellos expertos en la técnica. En un ejemplo, las SAM formadas de alcantioles sustituidos con ?-carboxi sobre la superficie de oro, han sido utilizadas como superficies modelo para estudiar interacciones de proteínas con superficies. La química implica cubrir, por ejemplo, con derivados mercapto solubles en agua, típicamente ácidos carboxílicos o aminas mercapto. El carboxilo o aminas son utilizadas posteriormente para marcar covalentemente proteínas, péptidos o ácidos nucleicos para dar conjugados biomoleculares de esas partículas que pueden ser utilizados en ensayos biológicos.

Las SAM mezcladas han sido utilizadas por otros para estudiar la adsorción de fibrinógeno, lisosima, piruvato cinasa, ARNasa y anhidrasa carbónica. De acuerdo a una modalidad ejemplar de la presente invención, son sintetizados nanocilindros que poseen SAM terminadas con funcionalidad carboxilo haciendo reaccionar los cilindros con ?-carboxi alcantioles. La funcionalidad carboxilo es entonces activada a un anhídrido para su reacción adicional con una amplia variedad de aminas con grupos funcionales diversos. Otra clase de derivados que proporcionarían funcionalidad reactiva amina, así como la prevención de interacciones no específicas con proteínas son las dextran lactonas, fácilmente preparadas a partir de carboximetil dextran. La derivación inicial de los nanocilindros puede efectuarse con 3 -mercapto propil (trimetoxi) silano y el silan alcoxi intercambiado entonces con los hidroxilos libres de una lactona derivada de carboximetil dextran. Después de la escisión de la lactona con aminas que contienen diversos grupos funcionales, se produce una biblioteca de partículas recubiertas con ? hidroxi amidas de dextran. Esos métodos proporcionan un intermediario reactivo común que es fácilmente preparado. El dextran recubierto o las SAM hidrofílicas proporcionan simultáneamente una superficie que es resistente a interacciones no específicas entre los nanocilindros y proteínas que tienen una amplia gama de pesos moleculares y puntos isoeléctricos. Eligiendo y designando apropiadamente los cócteles reactivos de amina diferentes estructuralmente para la derivación, existe la oportunidad de crear una basta biblioteca de superficies.

Esas nanopartículas derivadas por combinación'- presentan superficies con una avidez de unión diferente a la amplia variedad de moléculas presentes en la muestra biológica, con mucho mayor eficacia que los descritos para la SELDI. Las técnicas de captura por afinidad con esos nanocilindros, a diferencia de los sistemas basados en segmentos, pueden utilizare pasos de incubación fuera de línea para capturar los analitos. Tal método no es sólo inherentemente superior desde un punto de vista cinético (captura rápida de los analitos) , sino que también es ventajoso desde el punto de vista de la ley de acción de masas para dirigir la unión, puesto que la densidad de los determinantes de unión puede variar para acomodar una amplia gama de concentraciones de analitos no encontradas en un fluido biológico. SAM derivadas de carbohidratos con densidades variables han sido utilizadas para resolver problemas que implican interacciones carbohidrato-proteína de la superficie celular. Las superficies de esta invención pueden ser diseñadas para reconocer sacáridos libres y, al mismo tiempo, ser diseñadas para tomar ventaja de determinantes de unión múltiples para carbohidratos en glicoproteínas, por ejemplo. Este método proporciona superficies capaces de unirse a un amplio espectro de moléculas, desde compuestos orgánicos de bajo peso molecular, hasta proteínas grandes, las cuales son tratables y sensibles al análisis. Las fuentes biológicas con frecuencia contienen una mezcla compleja de sales inorgánicas, amortiguadores, caotropos, preservativos, y otros aditivos - con frecuencia a concentraciones mayores a las moléculas de interés - algunas de las cuales son dañinas para la MALDI MS . Esta modalidad de la invención puede generar números de superficies de la misma magnitud que el número de moléculas presentes en una muestra biológica. Al mismo tiempo, permite la unión de las moléculas de interés a ser analizadas por espectrometría de masas. En consecuencia, proporciona un modo altamente útil y eficiente de preparación de muestras antes del análisis. Los inventores no conocen hasta ahora ninguna tecnología actual que interrogue compuestos orgánicos de bajo peso molecular, péptidos y proteínas grandes simultáneamente en un análisis multiplexado por microvolumen. La vasta biblioteca de nanocilindros modificados superficialmente con afinidades variables para diferentes moléculas se agrega a una muestra biológica, se incuban, se lavan y analizan por SALDI MS, representando cada nanocilindro una molécula o conjunto de moléculas particular, dando todo el montaje una huella de la muestra analizada.

PROTEOMICA FUNCIONAL De acuerdo a una modalidad adicional de la presente invención, la tecnología del código de nanobarras puede ser utilizada para: (i) desarrollar inmunoensayos multiplexados altamente sensibles u otras formas de ensayos para proteínas conocidas; (ii) desarrollar métodos para la identificación de modificaciones postraslacionales; y (iii) estudiar interacciones proteína-proteína. El objetivo principal del análisis proteómico (a.k.a. proteómica) es la caracterización rápida de productos genéticos (proteínas) . La tecnología del estado de la técnica en la proteómica, depende de la electroforesis en gel bidimensional (2-D) que permite la separación de mezclas proteicas complejas expresadas al nivel de células completas, tejidos u organismos completos.

Después de la electroforesis en gel 2-D y la tinción del gel, las manchas de proteína reveladas son escindidas, extraídas del gel y sometidas a digestión enzimática. Los fragmentos de péptido resultante son entonces caracterizados por espectrometría de masas (MALDI-TOF MS o ESI-MS) . La estructura de la proteína original puede ser reconstruida comparando las masas del péptido contra las masas del péptido teóricas para proteínas conocidas encontradas en bases de datos comercialmente disponibles (por ejemplo, SWISS-PROT) . La falta de reproducibilidad del proceso en gel 2-D, dificulta la cuantificación de proteínas, y las complejidades asociadas con la extracción de la muestra son algunos de los problemas con esta tecnología. Los geles 2-D también sufren de una desviación de separación contra proteínas de peso molecular muy bajo y muy alto. En consecuencia, los geles 2-D son incapaces de perfilar de manera confiable molécula orgánicas pequeñas, metabolitos, ADN, ARN, y, de manera importante, proteínas de menos de 15 kDa. Un método más de la proteómica implica limitar el análisis a proteínas conocidas (es decir, para las cuales están disponibles comercialmente anticuerpos) . La mejor técnica para efectuar la proteómica basada en esta tecnología utiliza microesferas como soporte sólido; actualmente están disponibles 100 conjuntos de perlas diferentes. Cada perla puede, en principio soportar un inmunoensayo separado. La adquisición de datos es efectuada por un instrumento similar a un citómetro de flujo convencional. Ha sido demostrada la cuantificación simultánea de 15 citocinas utilizando esta tecnología. Una limitación mayor de este método es que el espacio de frecuencia de la fluorescencia molecular utilizada tanto para marcar como para detectar microesferas no es suficientemente amplia para acomodar de manera cercana tantos sabores como códigos de nanobarras (en espacio de reflectividad diferencial) . Esto representa una oportunidad no sólo para hacer avances lineales en este método, sino también para combinar los mejores aspectos de la multiplexión con los mejores aspectos de la MALDI para lograr un avance fundamental en la proteómica. En el campo de la proteómica, existe la necesidad de análisis paralelamente masivos de proteínas expresadas. La combinación de la tecnología del código de nanobarras, inmunoensayos SALDI y basados en fluorescencia en una plataforma como se describe más adelante, permite la generación de inmunoensayos multiplexados altamente sensibles y cuantitativos para proteínas conocidas. Existe la capacidad de fusionar la selectividad, sensibilidad, multiplexión, cuantificación y análisis de masas en la misma medición, ofreciendo entre otros beneficios un mínimo de incremento de 100 veces en la sensibilidad. Primero, un inmunoensayo específico es asociado con cada sabor de código de nanobarras, vía la unión a un anticuerpo de captura específico. En analito es unido al nanocilindro recubierto con anticuerpo y es detectado con un segundo anticuerpo marcado con un tinte fluorescente, el cual reconoce un epitopo diferente sobre el analito. Este proceso puede ser efectuado en al misma muestra para muchas proteínas, puesto que existen anticuerpos de captura y detección disponibles; varios cientos de pares de anticuerpos están en la actualidad comercialmente disponibles, y este número crecerá en el futuro. Además, otros métodos para ensayar proteínas (tales como la tecnología del aptámero y presentación de fago) están siendo actualmente desarrollados y mejorados.

De este modo, el método tiene la capacidad de mejorar simultáneamente la muestra biológica para detectar la presencia de todas las proteínas conocidas para las cuales existe (o existirá) una química de unión selectiva apropiada. Un beneficio de este sistema es que es posible una multiplexión aún mayor con dos o más fluoróforos . Las proteínas modificadas postraslacionalmente (buenas candidatas para nuevos marcadores de enfermedades) pueden ser detectadas utilizando la misma plataforma. Cualquier proteína puede ser sometida a modificaciones co y postraslacionales . Esas modificaciones tienen una influencia sobre la carga, hidrofobicidad, conformación de la "proteína de origen" y pueden ocurrir a diferentes niveles. Pueden ocurrir modificaciones tal como la acetilación, fosforilización, metilación, hidroxilación, N-u O-glicosilación a nivel celular así como en los fluidos extracelulares. Ahora existen más de 100 modificaciones postraslacionales conocidas. Para detectar la modificación postraslacional, los anticuerpos policlonales dirigidos contra una proteína son conjugados con un sabor de código de barras específico. El anticuerpo policlonal capturará no únicamente la proteína contra la cual ha sido dirigido, sino también isoformos de la proteína (que comparten epitopos similares, pero que están modificados en diferentes sitios) . Si el isoformo es reconocido por el anticuerpo de detección, éste será cuantificado junto con la "proteína de origen" (es decir, por el inmunoensayo de fluorescencia) . Si la modificación postraslacional ha afectado el epitopo que es reconocido por el anticuerpo de detección, el isoformo no será cuantificado por fluorescencia. Si tanto el anticuerpo de captura como el anticuerpo de detección son anticuerpos policlonales, existe una buena probabilidad de que sea cuantificado un mayor número de proteínas modificadas. Después de la medición de la fluorescencia, los nanocilindros son sometidos a análisis de espectrometría de masas. La SALDI-MS es utilizada para caracterizar la proteína e identificar las diferentes modificaciones postraslacionales. La energía láser de la SALDI-MS rompe todos los enlaces no covalentes, permitiendo la detección de cualquier molécula complejada sobre el nanocilindro, incluyendo aún la proteína emparedada por dos anticuerpos . El marcaj e de un ensayo con un código de nanobarras específico es crítico para el éxito de este método. El código sobre la barra será asociado con una proteína predeterminada específica que tiene un peso molecular específico. Cuando este nanocilindro es analizado, en lugar de un análisis de exploración completo, el espectrómetro de masas puede ser afinado para concentrarse sobre una masa particular utilizando una técnica conocida como Verificación de Ion Único (SIM) . El modo SIM permite la adquisición más rápida de datos e incrementa la sensibilidad analítica (una mejora de hasta 1000 veces en la detección de un ion en el modo SIM contra la detección de este mismo ion en un modo de exploración completa) . Con el reconocimiento de la masa esperada (y la secuencia) del analito, el analizador de masas puede ser enfocado sobre un intervalo de masa que permite la detección de todos los isoformos posibles relacionados con la proteína de origen. El intervalo de verificación podría ser ajustado al peso molecular de +/-500 Da de origen, por ejemplo. La determinación del peso molecular del isoformo revelará inmediatamente las modificaciones que ha sufrido la proteína de origen. De este modo, la combinación de nanocilindros y anticuerpos policlonales tiene la ventaja de localizar las proteínas de origen, así como los isoformos correspondientes sobre uno de los sabores de los nanocilindros. Los nanocilindros permiten una conexión entre la "proteína de origen" y los isoformos correspondientes . Este no es el caso para la electroforesis en gel 2-D, donde la proteína modificada postraslacionalmente puede "aparecer" en un lugar diferente del gel si la carga ha cambiado (permitiendo la fosforilación, por ejemplo) . De manera breve, el gel 2-D requiere una gran cantidad de esfuerzo adicional (es decir, determinación de secuencia) para la identificación de la proteína modificada debido a que la conexión entre las proteínas de la misma familia está ausente. También son posibles otros métodos para detectar modificaciones postraslacionales. Por ejemplo, pueden desarrollarse químicas que reconozcan todas las modificaciones postraslacionales de varios tipos, por ejemplo, un código de nanobarras puede ser funcionalizado para reconocer todas las proteínas que hayan sido miristiladas, otro podría unirse a todas las especies glicosiladas, etc. La colección o montaje de tales nanopartículas, puede, de este modo, ser una sonda de la modificación postraslacional total. El análisis de especies absorbidas sobre cada código de nanobarras puede ser conducido por cualesquier medios apropiados, incluyendo la espectrometría de masas. De manera importante, aún cuando la naturaleza química exacta de las especies individuales no está determinada, existe un valor en conocer la cantidad total de modificaciones postraslacionales. La cantidad de modificaciones postraslacionales puede ser una medida de tensión, y por lo tanto, salud total. Las interacciones proteína-proteína son examinadas de acuerdo a la presente invención uniendo proteínas específicas a nanocilindros para seleccionar la muestra biológica por entidades potenciales capaces de reconocimiento molecular. La tecnología de los nanocilindros combinada con la cuantificación basada en la fluorescencia y la identificación basada en la espectrometría de masas, permite la investigación de interacciones proteína-proteína específicas. Son utilizados diferentes formatos de ensayo para interrogar la muestra biológica de la presencia de .analito libre A, o para la presencia de receptor libre R para el analito A. Esos dos formatos han sido descritos anteriormente. Otro conjunto de nanocilindros marcados con anticuerpos dirigidos contra A para cuantificar al analito unido a su receptor R utilizando un anticuerpo de detección dirigido contra el receptor. Pueden ser establecidos análisis similares, en los cuales pueden ser cuantificados autoanticuerpos libres y autoanticuerpos que se unen al analito A, utilizando un anticuerpo anti-Fc fluorescente, por ejemplo. Como se describió anteriormente, los nanocilindros son analizados por SALDI-TOF MS para permitir la identificación de los diferentes isoformos presentes. Donde no están disponibles anticuerpos de detección, la SALDI-TOF es aún capaz de identificar y caracterizar los diferentes componentes. La cuantificación por fluorescencia estará ausente, pero es posible la identificación por espectrometría de masas del analito capturado. Puede ser utilizado de manera alternativa un nanocilindro marcado con cualquier proteína para seleccionar la muestra biológica por la presencia de una proteína o cualquier otra entidad que tenga alguna afinidad por la proteína conjugada con el nanocilindro. La presencia de la proteína unida será detectada por análisis espectrométrico de masas . Vírtualmente, todos los ligandos concebibles que han sido utilizados en la cromatografía de afinidad, todas las fases estacionarias que han sido utilizadas en la cromatografía en capa fina, electroforesis por cromatografía (y derivados de los mismos) , CLAP o cromatografía de gases, pueden ser utilizadas para marcar nanocilindros, y todas podrían ser combinadas en un solo tubo que contenga un volumen mínimo de muestra biológica. Debido al tamaño del nanocilindro, el tamaño de la muestra será reducido en gran medida en comparación con los arreglos de proteínas actualmente desarrollados. La siguiente tabla lista ejemplos de ligandos que pueden ser utilizados para la derivación de nanocilindros para capturar (extraer) moléculas específicas (contraligandos) de la muestra biológica.

Ejemplos de pares de ligando/contraligando, que pueden ser utilizados para la captura de nanocilindros Ejemplos de pares de ligando/contraligando, que pueden ser utilizados para la captura de nanocilindros (Continuación) Ejemplos de pares de ligando/contraligando, que pueden ser utilizados para la captura de nanocilindros (Continuación) Finalmente, deberá notarse que este método permite una reducción significativa en el tamaño de muestra, vía la adición de miles de diferentes sabores de nanobarras para unos cuantos microlitros o menos de una muestra biológica. Esta es una ventaja sobre el uso de microplacas o arreglos donde los anticuerpos o proteínas estén arreglados espacialmente sobre una superficie plana.

En el último caso, se requiere un volumen de muestra mucho mayor para hacer contacto con toda la microplaca o segmento. Además, si la nanopartícula tiene un metal magnético, puede ser extraída de la solución por interacción magnética. Para proteínas con masa de hasta 13kDa, la resolución de masas de la SALDI es similar a la de la MALDI . La resolución de masa de entre 17 a 30kDa en la SALDI cae en un factor de 2 a 3. Los códigos de nanobarras tienen las propiedades espectrales requeridas para permitir la transferencia de energía apropiada a las proteínas absorbidas. Haciendo variar los atributos de los segmentos del código de nanobarras (por ejemplo, longitud, ancho, composición y así sucesivamente) , las propiedades espectrales del código de nanobarras pueden ser afinadas para liberar la desorción de proteína o energía de ionización óptimas.

FENOTIPIFICACION Las Nanopartículas de la presente invención pueden ser utilizadas como plataforma para multiplexar ensayos en volúmenes muy pequeños de muestra biológica. Esta plataforma permite la medición simultánea de muchos cientos o miles de ensayos de volúmenes ultrapequeños de muestras biológicas. Hoy en día, es utilizado un gran número de técnicas de medición independientes y diferentes para caracterizar el metabolismo y fisiología de humanos o animales grandes . La fenotificación de animales pequeños es prácticamente imposible debido a la disponibilidad limitada de volúmenes grandes de tejido. La presente invención tiene la capacidad única de no solo combinar muchas de esas mediciones en una plataforma, sino también de confinar todas esas mediciones en el mismo volumen de muestra pequeño. Esto hace esta plataforma extremadamente atractiva para la medición de analitos múltiples en muestras biológicas escasas (es decir, plasma de animales pequeños) . Esta modalidad de la invención se enfocará específicamente sobre: 1) El desarrollo de una plataforma que permita la interrogación óptica de nanobarras . 2) La lectura de inmunoensayos multiplexados y la factibilidad de fenotipificar ratones. Las nanopartículas de metal coloidales de forma cilindrica de la presente invención serán utilizadas en aquellas composiciones de metal que pueden ser alternadas (por ejemplo, Pt/Au/Pt/Au/Pt) a todo lo largo, y en las que los segmentos de metal pueden ser afinados en longitud. Esos códigos de nanobarras servirán como marcas de identidad de fase sólida para los inmunoesayos a ser desarrollados. En un inmunoensayo de emparedado típico, el anticuerpo de captura será conjugado a un código de nanobarras específico y el anticuerpo de detección correspondiente será marcado con un fluoróforo. Puede ser utilizado un lector capaz de formar imágenes de las diferencias intrínsecas en la reflectividad de los segmentos de metal en barras individuales por microscopía óptica convencional. Esta medición de reflectividad permite la identificación del código de nanobarras mientras que la intensidad de la fluorescencia asociada con la nanobarra correspondiente de la unión del anticuerpo de detección determinará la concentración del analito. Pueden ser utilizados programas y sistemas de programación que puedan analizar automáticamente imágenes de reflectividad e identificar códigos de nanobarras así como analizar automáticamente imágenes de fluorescencia y cuantificar la fluorescencia de códigos de nanobarras. El desarrollo de inmunoensayos de emparedado demostrará la adquisición paralela de datos de reflectividad y datos de detección de fluorescencia. Finalmente, en un volumen de plasma muy pequeño (50 microlitros o menos) , puede ser mostrada la multiplexión del ensayo para un gran panel de proteínas relevantes para la caracterización fisiológica de un organismo. La capacidad de conducir un gran número de ensayos a partir de un volumen de muestra es crítica en muchos estudios de animales, particularmente para los estudios de ratones utilizados con frecuencia. Pueden ser cosechados 50 microlitros de plasma de un ratón sin peligro de permitir extracciones de sangre longitudinales múltiples y mediciones repetidas durante la vida del ratón. Este protocolo permite, por ejemplo, la medición completamente automatizada, integrada y simultanea de citosina, auto anticuerpo, proteína general y perfiles de hormonas en la misma muestra de tejido. La fenotipificación toma relevancia particular con respecto a modelos animales para enfermedades humanas. Si el modelo es el del pez cebra, el conejo o el ratón, la capacidad de producir o extraer genes individuales o conjuntos de genes es un método poderoso para la generación de sepas modificadas para estudiar el progreso de la enfermedad. De igual modo, los modelos animales presentan un vehículo conveniente para modificar respuestas terapéuticas. Al mismo tiempo, la fenotipificación en modelos animales presenta un desafío bioanalítico extraordinario: además de buscar medir "todo", la cantidad de tejido disponible de esos estudios es pequeña. Por ejemplo, puede esperarse solo obtener aproximadamente 200 microlitros de sangre de un sangrado de cola de ratón.

Además, aunque la amplificación por PCR convierte cantidades infinitamente pequeñas de ADN en cantidades analíticamente útiles, las técnicas en la práctica actual para la proteómica, incluyendo la electroforesis sobre gel 2-D y los métodos basados en la afinidad superficial, requieren cantidades muy significativas de muestra, y además no producen separaciones de alta resolución. Para ensayos de moléculas pequeñas, no han sido demostrados métodos de volumen pequeño para perfilar una amplia variedad de especies metabólicamente relevantes: por el contrario, el foco de los estudios farmacocinéticos con la comunidad farmacéutica se ha centrado casi exclusivamente sobre la suerte de una o unas cuantas especies. La solución a este problema es llevar a cabo mediciones de alta sensibilidad, múltiples, simultáneamente y han sido utilizados ampliamente dos métodos. Arreglos que implican la separación especial de varías químicas bajo investigación en diferentes lugares que pueden ser sondeados individualmente. El segmento del gen hace esto para los oligonucleótidos (véase, por- ejemplo, Michael et al . Anal. Chem. 70, 1242-1248(1998)) y la misma estrategia se está llevando a cabo, a nivel muy rudimentario, para proteínas. La multiplexión se refiere .a hacer mediciones independientes múltiples al mismo tiempo y/o en la misma región del espacio y/o utilizando los mismo materiales. Esto puede ocurrir en un segmento o microplaca, como en los métodos actuales para analizar la expresión de genes, donde se miden los niveles relativos de expresión de AD?c de dos muestras de marcas de ADN con diferentes fluoróforos . Esta estrategia ha sido adaptada por la proteómica, mediante la derivación de dos muestras de proteína con ._ diferentes fluoróforos y mezclando antes de la separación por electroforesis sobre gel 2-D. En esos caso, el nivel de multiplexión es de únicamente dos, proporcionando incrementos mínimos en la eficiencia. Utilizando las partículas del código de nanobarras de la presente invención, puede ser utilizada cualquier química de captura conocida por aquellas expertos en . la técnica. Esto proporciona la multiplexión que puede efectuarse a una escala sin paralelo. Además de la proteómica, la misma estratégica puede ser aplicada a la genómica (por ejemplo, trazo de mapas de SNP) y otros ensayos de fenotipificación, tales como las químicas clínicas (por ejemplo, glucosa, lipoproteína de alta densidad, lactato, lactato deshidrogenasa, triglicérido, urea, SGOT, SGPT, bilirrubina, y fosfatasa alcanina) , estudios celulares (por ejemplo, conteos de células y marcadores superficiales) y determinaciones de iones inorgánicos . Como se ha reconocido por aquellos expertos en la técnica, un tamaño dado de códigos de nanobarras puede ser más apropiado para ciertas aplicaciones que otros. De este modo, por ejemplo, los códigos de nanobarras más grandes pueden ser preferidos donde el área superficial adicional sería útil debido al tamaño del analito, la fuerza de la señal de detección deseada, etc. El tamaño y forma del código de nanobarras también puede tener impacto sobre el tipo de lectura que sea seleccionada.

APLICACIONES NO BIONALITICAS DE LA CODIFICACIÓN POR BARRAS En los veinticinco años desde que se introdujo la codificación por barras, la mayoría de las industrias en el mundo han llegado a reconocer los beneficios de la tecnología y su uso se ha expandido. Por ejemplo, la industria de los abarrotes se ha movido más allá de la exploración en un punto de venta y ahora utiliza la codificación de barras a través de la cadena de suministro de los procesos de manufactura, distribución y venta hasta que el producto alcanza al consumidor. Aunque las industrias buscan beneficios específicos, los beneficios generales de la codificación de barras incluyen una mayor exactitud, mejor productividad, mejor calidad y ahorro de costos . Las venta de equipo de codificación de barras de $4 billones al año en el mercado estadounidense únicamente; el valor del material que esta siendo codificado por barras es mucho mayor. Sin embargo, a pesar del incremento del uso y de las mejoras en la tecnología, muchas industrias no pueden explotar la tecnología del código de barras debido a restricciones físicas o ambientales. Los ejemplos incluyen el pequeño tamaño del producto o artículo a ser codificado por barras (por ejemplo sujetadores) , el material sobre el cual los códigos de barras deben ser aplicados (por ejemplo superficies de curvas metálicas) , donde los códigos de barras interfieren con el producto o su función o uso (por ejemplo, trabajos de arte), o los procesos (por ejemplo calor extremo o frío extremo) a través de los cuales pasa el producto en la manufactura o la distribución del producto o en uso real (por ejemplo pintura) . Los códigos de nanobarras crean capacidades en varias de esas áreas . Además, es importante puntualizar que la durabilidad de (e inertidad química) de esos materiales contrasta fuertemente con otros tipos de marcas o etiquetas de papel o plástico. El uso de códigos de nanobarras como etiquetas o marbetes puede extenderse aún más mediante el uso de partículas múltiples como una marca o marbete. Utilizando una pluralidad de etiquetas o marcas para marcar un material, el número de tipos diferentes de partículas de código de nanobarras que han sido preparados pueden reducirse, proporcionando a uno a la vez los mismos grandes números de combinaciones de nanopartículas identificables de manera distinta. Industria de medicamentos de dosis uni taria para el cuidado de la salud. El cuidado de la salud es una industria global con problemas y necesidades similares en todos los países. En el mundo la industria está bajo una presión extrema para reducir sus costos. En los estados unidos únicamente en 1995 los gastos para el cuidado de la salud totalizaron $1.5 trillones. La Respuesta del Consumidor al Cuidado de la Salud Eficiente (EHCR) , publicada en 1996, concluyó que la codificación de barras y automatización podrían ahorrar $11 billones por año en tres categorías de producto: suministros médicos/quirúrgicos no capitales, diagnósticos no capitales, y productos farmacéuticos éticos sin menudeo. La industria ha tenido un buen progreso en el etiquetado de cajas de cartón y cajas de productos pero continua luchando con productos o partículas pequeños tales como medicamentos en dosis unitarias. La codificación de barras de esos productos es particularmente importante, dado que el Instituto de Medicina reveló recientemente que de 44,000 a 98,000 personas al año pueden morir de acuerdo a errores médicos que ocurren en hospitales en los estados unidos . Industria de los sujetadores . Los Estados Unidos importan $7-$8 billones de sujetadores (tuercas, pernos, tornillos, remaches, arandelas, etc.) cada año. Esos productos son entonces reempacados y vendidos a través de una variedad de métodos de distribución en las industrias principales tales como la aerospacial, automotriz, nuclear, comercial y eléctrica creando un mercado estimado en $30- $40 billones. Durante los últimos años los paquetes de los productos han sido codificados por barras. Sin embargo, los sujetadores individuales no. La industria experimentó un riesgo serio y un problema de confiabilidad hace varios años cuando sujetadores falsos de calidad inferior entraron al mercado.

Para combatir el problema, se introdujo la codificación de barras en los paquetes del producto y se desarrollo el Acta de Calidad de Sujetadores. Esta acta fue finalizada en diciembre de 1999. Existen requerimientos para los sujetadores utilizados en "aplicaciones críticas", incluyendo el cumplimiento de estándares de prueba de laboratorio de endurecimiento a través del procesamiento térmico. Sin embargo, existe aún un problema, dado que aunque los paquetes pueden ser etiquetados o marcados, los suj etadores individuales no pueden ser marcados . Los códigos de nanobarras sobre sujetadores proporcionan a la industria medios para cumplir con esta Acta de Calidad de Sujetadores y mejora en gran medida los problemas de seguridad humana y confiabilidad. Neumáticos . La industria ha buscado por mucho tiempo una solución para rastrear neumáticos individuales. Esto es especialmente cierto para los negocios de neumáticos comerciales (camiones) . Los neumáticos de camión son con frecuencia reformados en la banda de rodadura dos o tres veces y colocados en un eje diferente el camión. Aunque existen incentivos económicos y de seguridad, hoy en día no existe una forma fácil o barata de identificar un neumático específico de modo que pueda ser verificado su uso y mantenimiento. Los neumáticos comerciales son un negocio de $6 a $8 billones de dólares/año. (Los neumáticos nuevos cuestan aproximadamente $ 300; la reformación de la banda de rodadura aproximadamente $ 90 por neumático) .

Existen aproximadamente 7 millones de neumáticos vendidos para equipo nuevo, de 14 a 14.5 millones vendidos como neumáticos de reemplazo y 15 millones adicionales de neumáticos reformados en la banda de rodadura anualmente.

Con los códigos de nanobarras, pueden ser mantenidos los registros de cada neumático asegurando que los neumáticos sean mantenidos y utilizados en una forma para asegurar la seguridad. La aplicación exitosa de los códigos de nanobarras en la industria de neumáticos comerciales probablemente conducirá también, a la penetración de los negocios de neumáticos automotrices. Rastreo de armas . Existe una gran controversia sobre el control de armas de fuego . Un nivel de la controversia implica un método práctico para hacer las armas de fuego rastreables . Los códigos de nanobarras pueden hacer posible identificar un arma de fuego específica, el cargador, el percutor y aún los casquillos. Esto podría mejorar significativamente la rastreabilidad y hacer el cumplimiento de las regulaciones estatales y federales más factible, así como ayudar a investigaciones de identificaciones extranjeras, y el cumplimiento de la ley. De igual modo, el rastreo de explosivos puede ser seguido mediante la incorporación de códigos de barras . Actualmente, el departamento de energía tiene un sistema de rastreo de clasificación de explosivos (http://faxback.wmnsnw.com/ects/summsrch.asp), pero no tiene un mecanismo para rastrear directamente los miles de explosivos conocidos. Es significativo que los códigos de nanobarras parezcan satisfacer todos los criterios listados por la Academia Nacional del Comité de Ciencias sobre el Mareaje, Inertización y Licénciamiento de Materiales Explosivos . Esos criterios incluyen la seguridad en la manufactura y uso, efectos sobre el desempeño de productos explosivos, utilidad para cumplimiento de la ley, utilidad forense y persecutoria, sobrevivencia explosiva, aceptabilidad ambiental, costo y aplicabilidad universal. Dinero y Documentos Legales . Aunque se han tomado muchos pasos para asegurar que el dinero y documentos tales como pasaportes y visas no puedan ser falsificados, pueden ser utilizados códigos de nanobarras invisibles (a simple vista) en el papel para asegurar la autenticidad del documento. Además, pueden ser utilizados códigos de barras convencionales como indicadores de posición de códigos de nanobarras. En otras palabras, podrían ser impresos documentos con códigos de nanobarras en lugares específicos que sean revelados por la interrogación de códigos de barras macroscópicos. Esto permitirá la rápida verificación de la autenticidad del documento. La misma estrategia puede ser aplicada a propiedades personales valiosas, efectos personales o reliquias irremplazables . Pintura . La codificación de .¿arras de pinturas, un negocio de $ 16 billones/año en los estados unidos en 1997, ofrece tres oportunidades excelentes. (1) pinturas arquitectónicas de exteriores . Las formas tradicionales de la codificación de barras no pueden ser utilizadas debido a la falta de durabilidad, y debido a que su tamaño tiene un impacto adverso sobre la formulación. La introducción de códigos de nanobarras en pinturas para exteriores permite que sea rastreada la edad de la pintura, y para estructuras sensibles a la oxidación, pública (tales como puentes) , permitirá el mantenimiento preventivo. (Lo mismo puede decirse para los códigos de nanobarras en concreto y pavimento) . (2) Pinturas arquitectónicas para interiores. Un problema que muchos propietarios enfrentan con frecuencia es la falta de rastreabilidad de pinturas formuladas, (es decir mezcladas) aplicadas anteriormente: típicamente es imposible producir exactamente tales mezclas. Los vendedores de pinturas que ofrecen un producto codificado por barras que permitan que la formulación exacta sea preparada muchos años después de la formulación original tendrán una gran ventaja competitiva. (3) La codificación con nanobarras de arte sin precio hará las falsificaciones fáciles de distinguir. En realidad, los artistas individuales pueden elegir incorporar sus propios códigos de barras "individualizados" a todos sus productos para garantizar la autenticidad a largo plazo. Petróleo. El petróleo refinado se ha vuelto una mercancía cada vez más importante en países industriales. A medida que las fuentes anteriores de petróleo crudo se agotan, deben ser encontradas fuentes adicionales para reemplazarlas. La búsqueda ha conducido al descubrimiento de petróleo en algunas áreas más remotas donde la única forma factible de transportar el petróleo crudo es sobre tierra por medio de una tubería (por ejemplo, la tubería Trans-Alaska) . El costo de construcción de tal tubería es enorme, e invariablemente varías compañías petroleras deben compartir la misma tubería. En consecuencia, puede ser difícil determinar a cual compañía pertenece el petróleo crudo en tránsito. Podrían ser utilizados códigos de nanobarras únicos por las compañías petroleras para identificar su petróleo crudo. En cualquier punto en la tubería, podría obtenerse y analizarse una muestra de petróleo crudo-siendo los códigos de nanobarras recuperados por filtración, medios magnéticos, u otro método, de modo que pudiera ser determinada la fuente del petróleo. En el caso de que los códigos de nanobarras residuales pudieran interferir con el uso final del petróleo crudo, ellos podrían ser removidos durante el proceso de refinación.

Identificación de Organismos Vivientes o Muertos .

La capacidad e inertidad de los códigos de nanobarras les permiten ser utilizados para marcar organismos en una formación no obstructiva. Por ejemplo, los animales pequeños liberados a la naturaleza podrían ser marcados con códigos de nanobarras, proporcionando una identificación ambigua en el caso de que sean capturados en futuro . Tal aplicación podría ser particularmente útil cuando el número de organismos a ser rastreado sea grande. Por ejemplo, la codificación de nanobarras de plantas o semillas individuales podría se reexplotada para rastrear la especificación del cultivo. En teoría, los códigos de nanobarras podrían ser utilizados para identificar de manera no ambigua animales o aún restos humanos . DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Una extensión clara de producir cilindros multimetálicos codificados por barras es formar dispositivos electrónicos activos y pasivos, los cuales pueden funcionar como componentes de circuitos y memorias electrónicas a gran escala y microescala. Esas estructuras podrían incluir dispositivos electrónicos estándar, tales como alambres, resistencias, capacitores, diodos y transistores. Ellas también podrían ser dispositivos con funciones electrónicas más complejas, tales como dispositivos de resistencia diferencial negativa (NDR) , diodos de túnelización resonante, conmutadores ferroeléctricos, registradores de desviación y líneas de retraso. Las resistencias pueden ser fabricadas haciendo crecer un componente resistivo (por ejemplo, un polímero) enfre dos bandas metálicas conductoras (por ejemplo, de oro, cobre o plata) . Las moléculas poliméricas de este tipo incluyen polímeros conductores tales como el poli (pirrol) , poli (anilina) y poli (tiofeno) , y polímeros dieléctricos tales como el poli (clorhidrato de alilamina) y poli (cloruro de dimetildialilamonio) . Las bandas más delgadas de materiales más altamente resistivos, tales como monocapas de automontaje, las cuales son típicamente moléculas orgánicas monoméricas que están funcionalizadas en un extremo con un grupo tiol, isonitrilo, carboxilato, u otro ligando, también pueden funcionar como elementos resistivos. La presente invención también permite la síntesis de nanopartículas que pueden ser utilizadas en estructuras de diodos y resistencias diferenciales negativas. A. Disposi tivos de metal -semiconductor-metal . Esos dispositivos consisten de cilindros de componentes múltiples con extremos de metal y una partícula semiconductora en medio. Los extremos de metal pueden ser hechos por electrodeposición convencional o por deposición no electrónica, y el semiconductor puede ser un elemento puro, tal como el silicio, germanio, estaño o selenio, o un compuesto semiconductor, tal como un óxido de metal, sulfuro de metal, nitruro de metal, fosfito de metal, o arseniuro de metal. Los cilindros han sido producidos con diámetros que varían de entre 70 y 200 nm, los cuales contienen semiconductores de óxido (dióxido de titanio u óxido de zinc) y semiconductores de calcogenuro (selenuro de cadmio) entre dos extremo de metal. El diámetro de la "banda" semiconductora es típicamente del mismo que el del resto del cilindro, y su ancho varía de unos cuantos nanómetros a de 1 a 2 micrómetros. Los metales utilizados hasta la fecha en cilindros de diodo, incluyen oro, plata, platino y níquel, pero podrían en principio ser cualquiera de los metales descritos en otra parte en esta invención. Los semiconductores pueden ser introducidos en una plantilla de poros de membrana por adsorción de partículas coloidales, o por crecimiento electroquímico. El contacto del metal superior es fabricado por deposición electroquímica y por deposición no electrónica. Tales diodos generan una curva de corriente-voltaje asimétrica.

Se ha encontrado que ambas estructuras simétricas (por ejemplo oro-selenuro de cadmio-oro) y estructuras asimétricas (oro-plata-óxido de zinc-oro) tienen características de rectificación de la corriente-voltaje. B. Disposi tivos de metal -molécula -metal . En lugar de incorporar una partícula semiconductora en una estructura ordenada de cilindros, es posible utilizar una capa molecular, la cual puede ser depositada ya sea electroquímicamente o por automontaje. Esta molécula puede ser un polímero conductor o dieléctrico, como se describió anteriormente. Otros ejemplos incluyen monocapas de automontaje. La interfaz entre la molécula y el metal puede ser rectificación o tener otras características electrónicas, tales como resistencia diferencial negativa. Por ejemplo, hemos demostrado que los dispositivos de oro-molécula-níquel, en los cuales la molécula es el ácido 16-mercaptohexadecanoico, tienen características de rectificación de la corriente. La molécula 1 de resistencia diferencial negativa también ha sido incorporada en tal estructura. La capa molecular es típicamente muy delgada (0.5 a 3 nm) , y puede ser introducida por adsorción en el metal inferior, seguida por deposición electroquímica o no electrónica del metal superior. De manera alternativa, un cilindro listado que contiene una capa de metal de sacrificio delgada adecuada (tal como cobre o plata) puede ser inmovilizado sobre una superficie o en un circuito, y a continuación atacado químicamente o electrónicamente para dejar un espacio entre los metales del extremo. El espacio puede entonces ser llenado por deposición electroquímica o adsorción de un polímero o molécula monomérica de solución, o por evaporación térmica de una molécula volátil.

Aplicando un cable de compuerta a cualquiera de los dispositivos de diodo descritos anteriormente, es posible producir un dispositivo que funcione como un transistor. Tal cable podría ser aplicado a una estructura de barra cruzada, la cual puede ser fabricada por el montaje dirigido por el campo eléctrico o por automontaje. Un cilindro con una relación de aspecto alta que contenga franjas o bandas múltiples de metales conductores y otros materiales (polímeros, semiconductores, o dieléctricos inorgánicos u orgánicos) , podría funcionar como una línea de retraso o registro de desviación si es aplicado un tren de impulsos de alto y bajo voltaje. Si la velocidad de propagación del voltaje de un extremo del cilindro al otro es lento en comparación con la frecuencia de reloj del circuito utilizado para aplicar los impulsos de voltaje, entonces la señal podría ser leída en el otro extremo como una cadena de ceros y unos .

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se proporcionan para permitir a aquellos expertos en la técnica acceso a información con respecto a varias modalidades de la presente invención, y no pretenden de ninguna manera limitar el alcance de la invención.

EJEMPLO 1 Una modalidad de la presente invención está dirigida a la síntesis dirigida a la plantilla de múltiples sabores de códigos de nanobarras para el propósito de ensayos multiplexados . Para esta aplicación es deseable construir una variedad de diferentes sabores, los cuales sean _ fácilmente distinguidos por microscopía óptica. Por ejemplo, se sintetizaron 10 sabores diferentes de códigos de nanobarras de acuerdo a la siguiente tabla, utilizando segmentos de plata y oro. Nótese que el campo de descripción de la tabla indica la composición de cada código de nanobarras por material y longitud (en micrones) del . segmento entre paréntesis. Por ejemplo, el Sabor #1 es oro con una longitud de 4 micrones, el Sabor #2 es 2 micrones de oro, seguido por 1 micrón de plata, seguido por 2 micrones de oro.

A continuación se da una descripción detallada de la síntesis del Sabor #4. (Todos los otros sabores fueron sintetizados por cambios menores y obvios a este protocolo) . Se utilizaron discos Whatman Anoporo de 25 mm de diámetro con poros de 200 nm de diámetro para la síntesis de códigos de nanobarras dirigidas a la plantilla. La deposición de metal electroquímica se llevo a cabo utilizando oro comercialmente disponible (Technic Orotemp 24) , y soluciones de electrodeposición de plata (Technic ACR 1025 SilverStreak Bath) . Todos los pasos de electrodeposición descritos más adelante fueron llevados a cabo en una celda electroquímica sumergida en un baño de sonicación, el cual fue controlado a una temperatura de 25°C. La síntesis del Sabor #4 del código de nanobarras se llevo a cabo como sigue. La membrana fue pretratada evaporando ~500 nm de plata sobre su lado ramificado. Para llenar completamente los poros sobre este lado, se electrodepositó aproximadamente 1 C de plata sobre la plata evaporada, utilizando una corriente de electrodeposición de 1.7 mA durante aproximadamente 15 minutos. A continuación se electrodepositó 1 C adicional de plata en los poros de la membrana desde el lado opuesto de la plata evaporada, utilizando una corriente de electrodeposición de 1.7 mA durante aproximadamente 15 minutos . Esta capa de plata se utilizó para llenar la región de "poro ramificado" con un espesor de varios micrones de la membrana. La solución de electrodeposición de plata fue removida por diluciones en serie con agua, y fue reemplazada por la solución de electrodeposición de oro. Los segmentos de oro de 2 micrones de longitud fueron entonces depositados utilizando una corriente de electrodeposición de 1.7 mA durante aproximadamente 30 minutos. La solución de electrodeposición de oro fue removida por diluciones en serie con agua, y fue reemplazada por la solución de electrodeposición de plata. El segmento de plata de 2 micrones de longitud final, fue entonces depositado utilizando una corriente de electrodeposición de 1.7 mA durante aproximadamente 30 minutos. La membrana fue removida del aparato, y la capa de plata evaporada (y la plata electrodepositada en los poros ramificados) fue removida por disolución en ácido nítrico 6 M, teniendo cuidado en exponer únicamente el lado del poro ramificado de la membrana al ácido. Después de este paso, los códigos de nanobarras fueron liberados de la membrana de alúmina disolviendo la membrana en NaOH 0.5 M. La suspensión resultante de códigos de nanobarra fue entonces centrifugada repetidamente y lavada con agua.

EJEMPLO 2 Una meta importante es demostrar la capacidad de utilizar un amplio número de materiales en los códigos de nanobarras de la presente invención. Hasta la fecha, las estructuras en forma de cilindro formadas por deposición electroquímica en una plantilla de membrana (alúmina o policarbonato grabado) incluye Ag, Au, Pt, Pd, Cu, Ni, CdSe, y Co. Principalmente, han sido utilizadas membranas de alúmina con un diámetro de 200 nm por conveniencia. Muchos de los materiales están ahora siendo utilizados en membranas de policarbonato de diámetro menor. El CdSe es actualmente electrodepositado vía un método de barrido de potencial de una solución de CdS04 y Se02- Han sido encontrados problemas de estabilidad mecánica con el metal: la interfaz del CdSe; es decir, que se rompen cuando se sónica durante el proceso de remoción de ellos de la membrana. Esto ha sido remediado con la adición de una capa de 1, 6-hexanditiol entre cada superficie. El Cu y el Ni son electrodepositados utilizando la solución de electrodeposición comercialmente disponible. Trabajando bajo condiciones similares que para las soluciones de Ag y Au, se encontró que esos metales se electrodepositan a aproximadamente la misma velocidad, ~3 µm/hr. El Co es electrodepositado de una solución de COPS04/citrato . Esos cilindros parecen crecer de manera muy monodispersa, sin embargo, crecen de manera comparativamente lenta, ~1.5 µm/hr.

EJEMPLO 3 La funcionalización ortogonal de códigos de nanobarras de CU y Ni se logra utilizando sobre el Cu, benzotriazol y butilcarbamato, y sobre el Ni, dimetilglioxima de hidroquinona. Los cilindros están compuestos de extremos de Au con Cu o Ni en medio. El 1,6-hexanditiol y la 2-mercaptoetilamina se utilizan para funcionalizar los extremos de los cilindros. El benzotriazol es un compuesto que es utilizado típicamente para la inhibición de la corrosión del cobre, lo que significa que deberá ser capaz de unirse ef ctivamente a la sección de cobre del cilindro. El butilcarbamato es una molécula con un carbonilo terminal y un grupo amino sobre el mismo extremo, ambos de los cuales quelan bien al Cu.

La glioxima y la hidroquinona son también conocidas por quelar a la Ni, haciéndolos un buen grupo funcional para la formación de una monocapa. Existen varias formas combinadas de producir los mejores resultados para la funcionalización ortogonal. Es posible explotar las constantes de equilibrio de unión diferencial y el orden de exposición para crear una gran variedad de segmentos funcionalizados ortogonalmente. Los cilindros son entonces funcionalizados con rodamina o fluoresceína para determinar la presencia de los grupos funcionales amina y tiol expuestos, respectivamente. Dependiendo del tinte y la funcionalización superficial, es posible hacer que varias partes de los cilindros "enciendan" .

EJEMPLO 4 Ha sido desarrollada una solución basada en el inmunoensayo de emparedado para utilizarse sobre cilindros de códigos de barras que emplean detección de fluorescencia por microscopía óptica. El ensayo ha _ sido efectuado sobre cilindros de Au, Au/Ag y Au/Ni con patrones de varios segmentos. El código de nanobarras es leído sobre la base de las diferencias en la reflectividad de los metales a diferentes longitudes de onda. La Figura 4 describe los resultados de este experimento. Inicialmente, se efectuó el inmunoensayo de emparedado sobre dos tipos de cilindro, cilindros de Au/Ag y de Au, utilizando el siguiente sistema: IgGFc/anti-conejo/lgG de conejo/IgGH&L anti-conejo marcada con Rojo de Texas. Han sido tomadas imágenes fluorescentes con filtros para FITC sobre una mezcla de cilindros, y los cilindros parecen ser de la mima composición de metal con un filtro de paso de banda de 600 nm, sin embargo el cambio a un filtro de paso de banda de 400 nm revela el ID del código de barras . Entonces se efectuaron dos inmunoensayos de emparedado diferentes sobre dos tipos diferentes de cilindros de códigos de barras. Para este experimento se utilizó el mismo ensayo de Rojo de Texas (TR) junto con el siguiente sistema: IgGFc anti-humano/HigG/IgGg anti-humana específico. Primero, se tomaron imágenes de FITC puesto que este fluoróforo lo fotoblanquea mucho más rápido que TR. Puesto que se estableció que podrían ser distinguidos al menos dos fluoróforos, a continuación se intentó una solución simultánea basada en el ensayo. Los cilindros fueron derivados con el anticuerpo de captura en tubos separados, después de lo cual fueron mezclados juntos para completar el ensayo para imitar las condiciones presentes en muestras de suero. Fueron necesarios dos fluoróforos para determinar la cantidad de unión no específica, así como la reactividad cruzada. Inicialmente hubo una cantidad significativa de reactividad cruzada entre los dos sistemas, así como alguna falta de especificidad para la superficie del cilindro. Circunscribiendo este problema, se utilizó PEG terminado en amino, lo cual cortó significativamente la falta de especificidad, y se utilizó BSA para ayudar a la reactividad cruzada. El inmunoensayo de emparedado de dos sistemas basado en la solución, simultáneo, se completó exitosamente. Se derivaron cilindros de Au/Ag/Au de 4 µm con una IgG a-humana (FITC) ; y se derivaron cilindros de Au/Ni/Au de 8 µm con IgG a- conejo (TR) . Las secciones de Au de los cilindros de Au/Ni/Au fueron derivadas de manera selectiva de acuerdo a lo evidenciado por la ausencia de fluorescencia sobre las secciones de Ni. Además, la Ag pareció aumentar la fluorescencia del FITC.. Para investigar los factores de mejora de la Ag con FITC, se efectuó un ensayo de emparedado utilizando dos fluoróforos diferentes sobre el mismo tipo de cilindros.

Se utilizó el sistema de FITC de IgG humana y un nuevo sistema de lo siguiente: anti-Citócromo c/Cc biotinilado/estreptavidina-ficoeritrina (PE) . Para el sistema de IgG humana, hubo fluorescencia más brillante sobre las secciones del cilindro que corresponden a las secciones de Ag, como lo reveló la imagen de reflectividad. Sin embargo, no se observó aumento de Ag para el sistema de PE. De este modo, es probable que la mejora sea un fenómeno específico de la longitud de onda, tanto con respecto a la absorbancia del fluoróforo, como a la extinción del código de nanobarras (absorbancia y difracción) .

EJEMPLO 5 Han sido empleados experimentos de citometría de flujo para cuantificar la fluorescencia de inmunoensayos o códigos de nanobarras. Pero han sido investigados ambos sistemas de IgG humana y Ce biotinilado. El sistema de IgG de conejo fue cambiado al sistema de Ce biotinilado debido a que el TR no pudo ser excitado con 488 nm en el instrumento de citometría de flujo. Se prepararon curvas de titulación para los sistemas de IgG humana y Ce biotinilado sobre un código de nanobarras de Au/Ag . De las gráficas, parece ser que la curva de titulación para la IgG humana contiene un punto de inflexión, mientras que el sistema de Ce biotinilado no. En su lugar, este alcanza un máximo y parece caer uniformemente. La forma de la curva de IgG humana puede originarse del aumento de FITC de la plata. Pueden ser conducidos experimentos de citometría de flujo para determinar la cantidad de capacidad de unión de un anticuerpo (ABC) , así como la concentración de anticuerpo de captura necesaria para optimizar el sistema.

EJEMPLO 6 Ha sido estudiado el uso de Au o Ag coloidal para la detección de bioensayos . Esto se relaciona con las diferencias en la reflectividad de metales a diferentes longitudes de onda. En teoría, el ID del código de barras, o porciones del mismo, no sería visible a reflectividad isosbéstica, es decir, a aproximadamente 600 nm para el Au y la Ag. Sin embargo, la colocación selectiva de partículas coloidales sobre todo o parte del código de barras daría como resultado un cambio de reflectividad, en consecuencia, un contraste de reflectividad. Las partículas de Au coloidal son mejores para este aspecto puesto que son más fáciles de hacer monodispersas, derivar y biocompatibles. Un experimento preliminar ha demostrado que la adsorción de una capa de Ag coloidal puede alterar la reflectividad de cilindros de Au/Ag. Esto se logró adsorbiendo una monocapa de 1, 6-hexantiol sobre los cilindros, seguida por la exposición a Ag coloidal. Los datos de TEM confirman la unión de la Ag coloidal a los códigos de nanobarras. A 400 nm, el patrón de franjas característico de la reflectividad puede ser observado con o sin adición de Ag coloidal. Sin embargo, a 600 nm, el patrón de franjas no puede ser observado en ausencia de nanopartículas de Ag, pero puede ser observado en presencia de nanopartículas de Ag.

Esos datos indican que existe una interacción electromagnética diferencial entre las nanopartículas de Ag y los segmentos de Ag y Au del código de nanobarras, puesto que los datos de TEM indican una distribución uniforme del material de Ag sobre la superficie del código de nanobarras . Nótese que el cambio en la reflectividad no se necesita implicar una isosbéstica (es decir, de reflectividad diferencial a reflectividad diferencial o viceversa) . Todo lo que se requiere es que sea acoplado un evento químico o bioquímico a un cambio en la reflectividad. Sin embargo, este cambio en la reflectividad no necesita ser diferente para los diferentes segmentos. De este modo, la implementación más general implica un cambio inducido por la unión/desunión molecular en la reflectividad de uno o más segmentos para todo el código de nanobarras. Una modalidad más específica implica cambios en la conductividad que conducen a la eliminación (o generación) de una reflectividad isosbéstica.

EJEMPLO 7 Los cilindros del código de barras son útiles para métodos de ensayo basados en solución para la detección de hibridación o deshibridación de ADN. Inicialmente, son utilizados oligos para el desarrollo de métodos, sin embargo, la tecnología puede extenderse fácilmente a ADNc. A la fecha, la unión de oligos cortos (12 -mers) a cilindros ha sido efectuada utilizando fluorescencia (FITC) para la detección. Han sido efectuados dos métodos de unión, ambos de los cuales emplean oligos modificados con amino. Él método utilizado es un reticulador bifuncional, diisocianato de 1, -fenileno (PDITC) , para ligar el oligo modificado con amino a una capa de PEG terminada en amino. El segundo método empleado tradicionalmente, acopla carbodiimida para unir el oligo modificado con amino a una capa adsorbida de "aminoácido" PEG (HCL NH2-PEG-COOH) . El acoplamiento de carbodiimida produce una cantidad mayor de unión que el método de reticulación bifuncional. Además, el acoplamiento de carbodiimida es fácil de efectuar, puede efectuarse todo en solución acuosa, y es más reproducible. También puede ser utilizada cualquier forma adicional bien conocida por aquellos expertos en la técnica.

EJEMPLO 8 Este ejemplo se relaciona con el montaje basado en el ADN de nanocilindros de metal noble con la meta final de utilizar el ADN para montar las partículas en dispositivos funcionales, sublitográficos, electrónicos. Es importante comprender como el ADN funcionalizado con tilo se une a soles coloidales de esos cilindros, y como aplicar este conocimiento al montaje de los cilindros. La mayoría de este esfuerzo se enfoca sobre el uso del ADN para montar partículas de Au a escala nanométrica. Antes de que esas partículas puedan ser montadas utilizando ADN, es esencial comprender el proceso fundamental de derivar las partículas con AD?. La termodinámica de adsorción sobre el AD? sobre esas partículas y la eficiencia de la hibridación del AD? una vez que ha sido montado las superficies de esas partículas ha sido estudiada. Ha sido preparada una isoterma de adsorción de Langmuir para la adsorción del AD? tiolado y no tiolado (de 36 bases de longitud) sobre un sol coloidal de nanocilindros de Au. (200 nm x 3 µm) . Utilizando esas gráficas, pueden ser calculados los valores de ?G para la adsorción de ADN tiolado y no tiolado sobre las partículas, -1.83 x 105 J/mol y -2.51 x 104 J/mol . Respectivamente. La meta final de esta modalidad de la invención es utilizar ADN para montar nanocilindros sobre superficies modeladas para formar un dispositivo de memoria. Antes de que el montaje pueda comenzar sobre una superficie modelada, es importante comprender el montaje sobre un sistema más simple, por ejemplo, sobre películas de Au. Ha sido explorada una variedad de parámetros para estudiar su impacto sobre el montaje de cilindros, incluyendo, la concentración de sal, temperatura, agentes bloqueadores y tres sistemas oligo contra dos. Los mejores resultados han provenido de la derivación de cilindros con ADN tiolado, seguida por la inmersión en 6-mercaptohexanol . Entonces se deriva una película de Au en ADN tiolado seguida por octandiol . Los cilindros son entonces suspendidos en un amortiguador que es 10 mM de fosfato (pH = 7), 0.5% de agente bloqueador Blotto, dodeciisulfato de sodio 1 mM, y oligonucleótido desechable 50 µm. Las películas de Au son entonces inmersas en esta solución y puestas en un tambor durante la noche. Utilizando este sistema, el número de cilindros montados se ha incrementado en gran medida mientras que el número montado de manera no específica ha disminuido . Una derivación alternativa implica utilizar PEG funcionalizados para unir el ADN a la superficie de cualquier nanocilindro o la superficie de Au o ambos. Esta técnica implica colocar el cilindro o superficie de Au en las siguientes soluciones: ácido 16-mercaptohexadecanoico, EDC/NHS, PEG aminado, diisocianato de 1, 4-fenileno, ADN aminado. Esta estrategia de derivación mejoró poco el montaje de los cilindros de Au sobre películas de Au, pero mejoró dramáticamente su montaje sobre superficies de Au modeladas sobre Si, especialmente cuando se utilizó un silano funcionalizado con anhídrido succínico para derivar la superficie de Si. El anhídrido succínico puede entonces ser tratado con agua, dejando grupos carboxilato cargados negativamente sobre la superficie de Si que pueden repeler los nanocilindros recubiertos con ADN anódicos .

EJEMPLO 9 La mayoría de los experimentos de cilindros han sido efectuados utilizando cilindros con un diámetro de 200 nm que se hicieron crecer en membranas de alúmina comercialmente disponibles . También han existido esfuerzos por utilizar membranas de policarbonato, de diámetro menor. El razonamiento de esto es que ciertas propiedades ópticas o propiedades magnéticas, o propiedades físicas o químicas o químicas de montajes serán superiores para utilizarse con partículas más pequeñas. Los cilindros que contienen franjas de Au y Ni han sido derivados con agentes quelantes de Ni (dimetilgioxima u 8-hidroxiquinolina) . Los cilindros pueden entonces ser inmersos en una solución de tilo de interés, y los tioles serán montados sobre el Au según se desee, mientras que las franjas de Ni son "bloqueadas" efectivamente del tiol. Los cilindros fueron derivados con dimetilgioxima, seguida por ADN tiolada. Los cilindros fueron entonces tratados con YOYO, un tinte de intercalación de ADN que también se une a una sola hebra de ADN. Esos datos muestran que la derivación ortogonal puede extenderse para incluir Au/Ni (así como Pt/Au como se discutió anteriormente) . Los códigos de nanobarras que contienen Au/Ni/Pt deberán permitir que sean colocadas tres químicas diferentes sobre la misma nanopartícula. Es probable que puedan ser desarrolladas químicas selectivas para el cobre (por ejemplo, empleando ditiocarbamatos) . De este modo, es posible, por ejemplo, unir cuatro oligonucleótidos separados a una sola nanopartícula, difiriendo cada una en un residuo básico. Tal sistema simplificaría tremendamente el análisis de SNP. Con cuatro tipos de químicas de material del segmento o combinadas con la derivación del extremo punta, podría ser derivado un solo código de nanobarras con al menos seis químicas diferentes en lugares específicos.

EJEMPLO 10 Han sido utilizados exitosamente los campos eléctricos para alinear partículas. En este experimento se estudian los efectos que tiene la alineación- de campo sobre la química superficial de los cilindros alineados. Los cilindros alineados se derivaron con mercaptoetilamina y a continuación fueron alineados por campo eléctrico. Ellos fueron entonces regresados y sumergidos en una solución de isotiocianato de rodamina B . Entonces se formaron las imágenes de las superficies bajo un microscopio fluorescente. Se investigaron varios potenciales de alineación y frecuencias hasta que se descubrió uno que no oxida los tioles de la superficie de los cilindros.

EJEMPLO 11 Se han hecho esfuerzos por manipular estructuras bidimensionales ordenadas de nanocilindros de metal . Se buscan medios viables para montar paquetes discretos de cilindros. Los montajes bidimensionales de cuatro o más cilindros (el ancho de los cuales es más corto que la longitud de los cilindros utilizados en un montaje dado) son para ser creados y colocados en lugares definidos (o accesibles) . Este tipo de montaje puede servir entonces como el tercer fondo de una estructura de barras transversales y ayudar al montaje de las capas superiores.

La segunda capa es un elemento de memoria definible electrónicamente, y la tercera es otro montaje de cilindro bidimensional que está girado 90° con respecto al primero.

La primera capa podría ayudar a la construcción de las otras dos capas utilizando la química de bandas multimetal y superficie complementaria.

Conjuntos de Cilindros Formados en Interfaces Se intentaron técnicas de formación de plataformas de cilindros que implicaron modificar químicamente cilindros de Au (de 250 nm de diámetro) de varias longitudes con polielectrolitos o tioles. Los cilindros modificados estuvieron típicamente en agua y fueron entonces mezclados con un solvente distinto, tal como el hexano. Las plataformas de cilindros de varias organizaciones se montarían entonces en la región interfacial de los dos solventes . Esas plataformas podrían entonces ser removidas de la interfaz y colocadas sobre un sustrato sólido para su análisis y manipulación adicionales . Al tratar de formar pequeños grupos de cilindros, la concentración de cilindros disminuyó en una fase acuosa al igual que los diferentes solventes para crear interfaces. La modificación superficial que parece ser más prometedora, es la de los cilindros de Au modificados con ácido mercaptoetan sulfónico (MESA) y el clorhidrato de polialilamina polielectrolítica (PAH) . Se formaron paquetes de rodillos más pequeños; sin embargo, están presentes muchos cilindros solos y grupos desorganizados. Se formaron varios conjuntos pequeños de cilindros de PAH en agua/hexano con relativamente pocos cilindros solos. La muestra particular fue transferida a una superficie de vidrio. Se utilizó el revestimiento adicional de polielectrolito (sulfonato de poliestireno (PSS) y PAH) para reforzar los paquetes de cilindros. Los cilindros fueron entonces removidos de la superficie y transferidos a la solución. Esos paquetes de cilindros fueron entonces utilizados en experimentos de alineación de campo eléctrico.

Formación del Montaje de Cilindros sobre Superficies Definidas Litográficamente Han sido utilizados sustratos para montar cilindros que consisten de pozos arreglados. Los pozos tienen fondos de Au y son de 400 nm de profundidad (para los cilindros más grandes) o de 100 nm de profundidad (para cilindros de 70 nm de diámetro) x 2 µm x 8 µm ó 5 µm (respectivamente) . El material circundante es un bencilciclobuteno polimerizado que contiene Si. Este polímero es entonces atacado químicamente en plasma de oxígeno, dejando una superficie similar a la del Si02. En un intento inicial por colocar los cilindros en los pozos, los cilindros de Au (de 8 µm) se dejaron desnudos y los fondos de los pozos de Au fueron derivados con 1,4 -butan ditiol . Los cilindros desnudos fueron suspendidos en etanol, y el sustrato fue colocado en esta solución. Después de permitir que reaccionará, el sustrato aún húmedo fue visto bajo un microscopio de luz. Cuando el frente del solvente cedió, los cilindros fueron movidos a través de la superficie de la estructura litográfica. Se observó que los cilindros se movieron hacia los pozos y quedaron atascados ahí aún cuando el solvente pasará sobre ellos. En un método diferente para formar estructuras cilindricas en los pozos, la- superficie de BCB fue tratada con una solución de silano perfluorado para hacerla hidrofóbica y relativamente "no adherente" , y los fondos de los pozos de Au fueron tratados con MESA. Los cilindros de Au (8 µm) fueron recubiertos con MESA, seguido por cloruro de polidimetildialil amonio (PDAC) para darles una carga positiva permanente y volverlos atractivos a los fondos de los pozos cargados negativamente. Se observó que los cilindros entraron a los pozos; sin embargo, muchos de los cilindros parecen fisisorberse a la superficie a pesar de la perfluoración. En otro intento por crear una interacción atractiva entre los cilindros y los pozos, los fondos de los pozos y los cilindros de Au fueron tratados a bos con polietilenglicol (PEG) y se _ dejaron reaccionar. No se observó interacción cilindro-pozo útil. Eliminando la perfluoración de BCB y permitiendo que los pozos de MESA y los cilindros de MESA/PDAC interactuarán nuevamente, se mostró - un incremento de cilindros en los pozos . Aunque la perfluoración proporcionó una superficie hidrofóbica, que sería repulsiva a los cilindros hidrofílicos, acuosos, esta fue finalmente más parecida a los cilindros recubiertos con polímero que el agua. Este factor parece haber dado como resultado que los cilindros sean atraídos relativamente hacia la superficie perflucrada. Dejando al BCB sin tratar, los cilindros recubiertos con polímero de PDAC son relativamente más atraídos hacia los pozos tratados con MESA. En otra modalidad, la superficie fue tratada con aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) , seguido por PDAC, y un tratamiento nocturno con mercaptoetilamina (MEA) . Fueron utilizados nuevamente cilindros de MESA/PDAC. Los cilindros y las superficies se dejaron reaccionar durante la noche. Se encontró un porcentaje relativamente alto de cilindros en los pozos, y otras estructuras de Au definidas litográficamente tienen una alta densidad de cilindros . Los cilindros de Ni sumergidos en agua (3 µm) derivados con MESA/PAH, fueron colocados sobre superficies derivadas de MESA. Los cilindros de Ni son magnéticos y pueden ser alineados y movidos con un campo magnético. Las superficies se dejaron reaccionar con los cilindros durante varias horas o durante la noche, y los sustratos aún húmedos, fueron expuestos a un campo magnético. Los cilindros y los conjuntos de cilindros se alinean con el campo. Estuvieron disponibles cilindros magnéticos más largos; sin embargo, ellos no se alinean con el campo magnético aún sobre la superficie.

EJEMPLO 12 Una modalidad de la presente invención está dirigida hacia la síntesis dirigida a la plantilla de dispositivos electrónicos a nanoescala, en particular diodos. Un método, combina electrodeposición electroquímica de reproducción de membrana de electrodos de metal en forma de cilindro con el automontaje no electrolítico capa por capa de películas semiconductoras/poliméricas de nanopartículas emparedadas entre los electrodos. Más adelante se describe el automontaje de capa por capa en húmedo de película de Ti02/polianilina multicapa sobre la parte superior de un nanocilindro de metal dentro de poros de 200 nm de una membrana de alúmina. 1. Materiales Se utilizó Whatman Anoporedisks (membranas de Al203) con un diámetro de poro de 200 nm para la síntesis del diodo dirigida a la plantilla. La deposición del metal electroquímico se llevo a cabo utilizando oro (Technic Orotemp 24) , platino (Technic TP) , y soluciones de electrodeposición de plata comercialmente disponibles. El tetraisopropóxido de titanio [Ti(ipro)4], clorhidrato de mercaptoetilamina (MEA) , etiltrietoxisilano, clorotrimetil silano se compraron de Aldrich. Todos los reactivos fueron utilizados sin mayor purificación. Todos los otros compuestos químicos fueron grado reactivo y se obtuvieron de fuentes comerciales. El Ti02 coloidal se preparó como sigue. Se disolvió Ti(ipro)4 en 2-metoxietanol bajo enfriamiento y agitación. La solución se mantuvo bajo agitación hasta que se volvió ligeramente amarilla, después de lo cual se agregó otra porción de 2-metoxietanol que contenía HCl. La relación molar de los componentes en la solución preparada fue Ti (ipro)4:HCl:2-metoxietanol = 1:0.2:20. Esta solución fue diluida con agua para ajustar la concentración de Ti02 al 1% y se dejo envejecer durante tres semanas. El sol opalescente resultante fue sometido a evaporación giratoria a 60 °C para dar un polvo brillante de xerogel que contenía 75% (peso/peso) de titanio. Este xerogel fue utilizado como un precursor para la preparación de sol de Tí02 acuoso patrón con una concentración de Ti02 del 2.3% en peso (0.29 M) y pH=3 , el cual fue estable durante varias semanas. Investigaciones por XRD del xerogel de titania permitieron estimar el tamaño promedio de los cristales de anatasa coloidal a 6 nm, la imagen de TEM del sol de Ti02 patrón muestra partículas de 4 a 13 nm de diámetro. También se preparó la base de emeraldina (EB) a partir de polianilina (PAN) . Se utilizó una solución azul oscuro de PAN en dimetil formamida (0.006% en peso) como una solución patrón para la síntesis de la película. 2. Síntesis de diodos en forma de cilindro La síntesis de diodos en forma de cilindro se llevó a cabo como sigue. Los electrodos de metal se hicieron crecer electroquímicamente dentro de una membrana porosa. De manera breve, la membrana fue pretratada evaporando ~150 nm de plata sobre su lado ramificado. Para llenar completamente los poros sobre este lado, se electrodepositó 1 C de plata sobre la plata evaporada. Esos "tapones" de Ag fueron utilizados como cimientos sobre los cuales se hizo crecer electroquímicamente el electrodo inferior. El electrodo inferior de oro de la longitud deseada, fue electrodepositado sonicando. La solución de electrodeposición fue removida lavando la membrana en agua y secando en un flujo de Ar. La imprimación de la superficie del electrodo inferior con MEA, precedió a la deposición de la película de Ti02/PAN multicapa. Esto se logró con 24 horas de adsorción de solución etanólica de MEA (5%) . La película multicapa se hizo crecer repitiendo la inmersión sucesiva de la membrana en solución acuosa de Ti02 y solución de PAN en DMF durante 1 h. Cada paso de adsorción fue seguido removiendo el exceso de reactivos enjuagando la membrana en varias porciones de un solvente apropiado (HCl acuoso 0.01 M o DMF) durante lh, y secando en un flujo de Ar. Finalmente, se electrodepositó un electrodo superior (Ag o Pt) de longitud deseada en la parte superior de la multicapa de Ti02/PAN sin sonicación. Entonces la plata evaporada, los "tapones" de Ag y la membrana de alúmina fueron removidos disolviendo en ácido nítrico 6 M y NaOH 0.5 M, respectivamente. (Se electrodepositaron siempre de 2 a 4 C de Au sobre la parte superior del electrodo de Ag para prevenir la disolución de este último en ácido nítrico. Experimentos preliminares también demostraron que la película multicapa de Ti02/PAN automontada sobre el sustrato de Au (MEA) plano no se destruyó en ?aOH 0.5 M) . Los diodos en forma de cilindros resultantes fueron centrifugados repetidamente y lavados con agua . En la mayoría de los experimentos, la pasivación química de la pared del poro de la membrana de Al203 fue aplicada utilizando tratamientos con ácido propiónico (20 tuvieron sorción de solución acuosa 0.0013 M) o derivados de alquilsilano. En el último caso, fue mojada sucesivamente una membrana en etanol absoluto, tolueno anhidro o dicloroetano durante 1 h, después de lo cual se sumergió en una solución de etiltrietoxisilano en tolueno anhidro (2.5% en volumen) o una solución de clorotrimetilsilano en dicloroetano anhidro (2.5% en volumen) durante 15 h. A continuación la membrana fue remojada sucesivamente durante 1 h en el solvente anhidro apropiado, una mezcla (1:1) del solvente y etanol absoluto, en etanol absoluto, y finalmente se secó en un flujo de Ar. Mojar así las membranas tratadas con agua reveló propiedades hidrofóbicas de su superficie externa. El espectro de transmisión IR de la membrana tratada con etiltrietoxisilano o ácido propiónico mostró la aparición de bandas débiles a 29- ? 2865, 2800 cm"1, las cuales pueden ser asignadas a vibraciones de estiramiento de C-H de grupos alquilo y alcoxi . 3. Caracterización Las imágenes del microscopio electrónico de transmisión (TEM) se obtuvieron con JEOL 1200 EXII a 120 kV de voltaje de aceleración y una corriente del filamento de 80 mA. Se registraron las imágenes del microscopio óptico (OM) . Los espectros de IR de transmisión fueron registrados utilizando un espectrómetro Specord M-80 CareZeiss Jena. Las características I-V parta los diodos en forma de cilindro se midieron en aire a temperatura ambiente. Las imágenes de TEM de algunos nanocilindros de Au/Pt/Au bimetálicos "en banda" típicos, que crecieron electroquímicamente dentro la membrana de alúmina porosa, mostraron que los dos extremos del cilindro difirieron en su topografía - uno de los extremos del cilindro parece estar abultado o redondeado, mientras que el otro extremo tuvo una apariencia hueca en la parte media. Tales diferencias en la apariencia del extremo del cilindro podrían ser explicadas por la adsorción de alguna cantidad de iones metálicos sobre las paredes del poro, promoviendo el crecimiento del metal (por ejemplo Ag) en el espacio de la pared cercana y produciendo la formación hueca en el espacio medio del poro. Durante la electrodeposición de una segunda "banda" dé metal (por ejemplo, Au) , el crecimiento del metal sigue la superficie del cilindro del fondo y llena el hueco, formando de este modo el extremo redondeado. El crecimiento adicional del cilindro da como resultado un extremo similar a una copa debido a la adsorción de metal sobre las paredes del poro. Cada segmento de metal secuencial crece de la misma manera en el extremo del segmento subyacente. Es probable que la superficie relativamente rugosa del extremo superior de un cilindro pueda ser cubierta completamente con la película ultrafina de Ti02/PAN, previniendo de este modo los contactos inmediatos entre los electrodos de metal inferior y superior. De experimentos preliminares sobre sustratos planos de Au, se encontró que las películas multicapa de Ti02/PAN crecen sobre superficies más lisas, demostrando una mejor reproducibilidad en su comportamiento rectificador. Se intentó la pasivación (hidrofobización) de la superficie terminada en Al203 de las paredes del poro con ácido propiónico o derivados de alquilsilano, tales como el etiltrietoxisilano o clorotrimetilsilano para alisar la superficie extrema del cilindro superior, reduciendo la adsorción de metal sobre las paredes del poro. También puede esperarse que la hidrofobización de las paredes del poro evite que las partículas de Ti02 sean adsorbidas sobre la superficie de la pared más que sobre la superficie del electrodo de metal situado en la profundidad (~65 nm) del poro. Se demostró que las partículas de Ti02 formaron fácilmente una capa empaquetada densamente sobre un sustrato de Al/Al203 plano. Una imagen de mayor resolución típica de la parte superior del cilindro confirmó que los extremos similares a copas están situados en la parte superior de los cilindros, y demostró que la pasivación de la pared en algún grado da como resultado el alisamiento de la superficie de los extremos del cilindro. Una micrografía óptica de los cilindros de Au/Ti02/PAN) ?o/Ag/Au, preparados utilizando la membrana derivada con etiltrietoxisilano, mostró nanocilindros de longitud uniforme, en los cuales los segmentos de plata es claramente observado entre dos extremos de oro. Las imágenes del TEM de tal cilindro, registradas en los primeros varios segundos, no reveló signos visibles de una heterounión de metal/película/metal dentro del cilindro. Sin embargo, después de enfocar el haz de electrones sobre este cilindro durante algún tiempo (típicamente decenas de segundos) , apareció una fractura en el cilindro y los segmentos de metal quedaron separados, debido a la fusión del metal inducida por el haz, en la vecindad de la heterounión Au/película Ag . En imágenes de TEM de resolución mayor de esta fractura, se observaron partículas de 5 a 10 nm de diámetro, las cuales se adhieren a ambos extremos del metal. Aparentemente, las nanopartículas de Ti02 están presentes entre dos metales electrodepositados. Los datos de OM y TEM sugieren que el automontaje de la película multicapa de Ti02/PAN sobre la parte superior del cilindro de Au puede realizarse dentro de los poros de la membrana, y que la película automontada no evita la electrodeposición del cilindro de Ag sobre la parte superior de la película. Deberá notarse que las imágenes de TEM con toda probabilidad no dan una imagen verdadera de la película multicapa de Ti02/PAN dentro del cilindro debido a la alta probabilidad de la destrucción mecánica de la película mientras se separan los extremos del cilindro de metal parcialmente fundidos. La exposición a largo plazo de los cilindros al haz de electrones produce la destrucción completa de la heterounión y hace surgir dos nanocilindros individuales con nanopartículas adheridas en sus extremos . Para investigar la película multicapa de Ti02/PA? emparedada entre cilindros de Au y Ag, se prepararon nanocilindros de Au (Ti02/PAN) S/Ag y su electrodo de Ag de la parte superior se disolvió en ácido nítrico. Los cilindros de Au de 2C restantes con la película de (Ti02/PAN) 6 depositados sobre su parte superior fueron analizados por TEM. Estudios preliminares mostraron que el espesor elipsométrico de la película multicapa de Ti02/PAN automontada sobre el sustrato de Au (MEA) plano no disminuyó después de la inmersión en HN03 6 M durante 30 min., sugiriendo estabilidad de la película en el medio ácido.

Además, de manera similar a los cilindros de Au/ (Ti02/PA?) ?Q/Ag/Au descritos anteriormente, la imagen de TEM del cilindro de Au/ (Ti02/PA?) 6 tomada en los primeros varios segundos no reveló ninguna partícula. Sin embargo durante la exposición prolongada al haz de electrones, el oro se fundió revelando una película de nanopartículas sobre la parte superior del cilindro. Puede observarse que la línea del contorno superior de la película está muy cerca del cilindro de Au antes de la fusión. Este hecho es consistente con la parte superior en forma de copas de los cilindros de metal. La película multicapa crece sobre la superficie del fondo de la copa y las paredes de la copa y retiene aproximadamente la forma de copas después de que las paredes delgadas se han fundido. Esta explicación es consistente con la altura de película observada de ~100 nm, lo cual permite estimar mejor la profundidad de la copa de oro que el espesor de la película de (Ti0/PAN)6. El espesor elipsométrico de la película de (Ti02/PAN) _ automontada sobre el sustrato de Au (MEA) plano se estimó en aproximadamente 10 nm. La característica I-V del dispositivo en forma de cilindro de Pt/ (Ti02/PAN) 3Ti02/Au reveló un comportamiento rectificador común. Los potenciales de activación de la desviación hacia delante y hacia atrás son de —0.2 y ~0.9 V, respectivamente. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. R?JVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Una partícula autoestable que comprende una pluralidad de segmentos donde la longitud de la partícula es de lOnm a 50µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm. 2. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la longitud de la partícula es de 500 nm a 30 µm. 3. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la longitud de la partícula es de 1 a 15 µm. 4. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la longitud de la partícula es de- 10 nm a 2 µm. 5. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la longitud de la partícula es de 30 nm a 500 nm. 6. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende de 2 a 50 segmentos . 7. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque está comprendida de 2 a 10 tipos diferentes de segmentos. 8. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las longitudes de los segmentos son de 1 nm a 50 µm. 9. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las longitudes de los segmentos son de 50 nm a 15 µm. 10. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende de 2 a 50 segmentos, donde la longitud de la partícula es de 1 a 15 µm, el ancho de la partícula es de 30 nm a 2 µm, y las longitudes de los segmentos son de 50 nm a 15µm. 11. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un segmento está comprendido de material seleccionado del grupo que consiste de: un metal, cualquier calcogenuro de metal, un óxido de metal, un sulfuro de metal, un nitruro de metal, un fosfuro de metal, un selenuro de metal, un telurio de metal, un antimonuro de metal, una aleación de metal, un semiconductor, un semimetal, cualquier compuesto o material orgánico, cualquier compuesto o material inorgánico, cualquier compuesto o material organometálico, una capa particulada de material, y material compuesto. 12. La partícula de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque al menos uno de los segmentos esta comprendido de un metal. 13. La partícula de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el metal se selecciona del grupo que consiste de: plata, oro, cobre, níquel, paladio, platino, cobalto, rodio e iridio. 14. La partícula de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque al menos uno de los segmentos está comprendido de un material seleccionado del grupo que consiste de: un material polimérico, un material cristalino, un material no cristalino, un material amorfo y un vidrio. 15. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos uno de los segmentos esta comprendido de un compuesto superparamagnético . 16. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la partícula puede funcionar como un dispositivo electrónico o como parte de un dispositivo electrónico. 17. La partícula de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque el dispositivo electrónico o parte de un dispositivo electrónico se selecciona del grupo que consiste de un conductor, o diodo, un transistor, un alambre, un capacitor-, una resistencia, un dispositivo de resistencia de diferencial negativa, un diodo de túnelización resonante, un conmutador ferroeléctrico, un registrador de desviación y una línea de retraso. 18. La partícula de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos uno de los segmentos esta funcionalizado. 19. La partícula de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la funcionalización comprende una sustancia orgánica, una sustancia inorgánica, o un complejo de coordinación inorgánico y/o un complejo organometálico . 20. La partícula de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la funcionalización comprende una sustancia orgánica. 21. La partícula de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la sustancia orgánica es un material orgánico. 22. La partícula de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el material orgánico comprende carbono, carbón vegetal, diamante o polietileno . 23. La partícula de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la sustancia orgánica es una molécula orgánica. 24. La partícula de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la molécula orgánica comprende un anticuerpo o fragmento de anticuerpo, un oligonucleótido, un aptámero, un receptor, una enzima, una proteína, un catalizador, un anticuerpo catalítico, un lípido, un carbohidrato, un polisacárido, un aminoácido o un péptido. 25. La partícula de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la funcionalización comprende un complejo de coordinación inorgánico. 26. La partícula de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada porque el complejo de coordinación inorgánico comprende 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- ó 9-complejos coordinados. 27. La partícula de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la funcionalización comprende un complejo organometálico. 28. La partícula de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque el complejo organometálico comprende especies comprendidas de uno o más enlaces de metal-carbón, metal-silicio o metal-nitrógeno . 29. La partícula de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la funcionalización comprende un material inorgánico. 30. La partícula de conformidad con la reivindicación 29, caracterizada porque el material inorgánico esta comprendido de vidrio, fósforo, zeolita u óxidos . 31. La partícula de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la funcionalización comprende una marca o etiqueta detectable o un material el cual se unirá a una marca o etiqueta detectable. 32. La partícula de conformidad con la reivindicación 31, caracterizada porque la marca detectable se selecciona del grupo que consiste de: una marca fluorescente, una marca isotópica, una marca radiactiva, una marca particular, una marca basada en oligonucleótidos, una marca molecular, una marca basada en Raman, una marca infrarroja, una marca espectrométrica de masas y una marca electroquímica. 33. La partícula de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la funcionalización comprende una partícula coloidal, polímero, vidrio, monocapa molecular, multicapa molecular o película. 34. La partícula de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque al menos dos segmentos están funcionalizados de manera diferente. 35. La partícula de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la funcionalización esta en una o ambas puntas de la partícula. 36. La partícula de conformidad con la reivindicación 35, caracterizada porque las puntas de la partícula están funcionalizadas de manera diferente. 37. Un montaje de partículas, caracterizado porque comprende una pluralidad de tipo de partícula, donde cada partícula es de 10 nm a 50 µm de longitud y esta comprendida de una pluralidad de segmentos, y donde los tipos de partículas son diferenciables . 38. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque los tipos de partículas son diferenciables sobre la base de las diferencias en la longitud, ancho o forma de las partículas y/o el número, composición, longitud o patrón de los segmentos . 39. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque los tipos de partículas son diferenciables por medios ópticos, medio selectivos, medios físicos, medios químicos o medios magnéticos . 40. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque los tipos de partículas son. diferenciables por medios ópticos. 41. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque los tipos de partículas son diferenciables por reflectividad diferencial . 42. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque la partícula comprende de 2 a 50 segmentos, y donde la longitud de cada partícula es de 1 a 15 µm, el ancho de cada partícula es de 30 nm a 2µm, y las longitudes del segmento son de 50 nm a lOµm. 43. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porgue comprende partículas funcionalizadas. 44. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque comprende tipos de partículas funcionalizadas de manera diferente de otros tipos de partículas. 45. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque la funcionalización comprende una sustancia orgánica, una sustancia inorgánica, un complejo de coordinación inorgánico y/o un complejo organometálico. 46. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque la funcionalización comprende una marca detectable o un material el cual se unirá a una marca detectable . 47. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque la marca detectable se selecciona del grupo que consiste de: una marca fluorescente, una marca isotópica, una marca radiactiva, una marca particulada, un marca basada en un oligonucleótido, una marca molecular, una marca basada en Raman, una marca infrarroja, una marca espectrométrica de masas, y un marca electroquímica. 48. Una composición comprendida de una partícula y una unidad funcional, caracterizado porque la partícula comprende una pluralidad de segmentos y tienen una longitud de 10 nm a 50 µm 49. La composición de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la longitud de la partícula es de 500 nm a 30 µm. 50. La composición de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la longitud de la partícula es de 1 a 15 µm 51. La composición de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la naturaleza de la unidad funcional es codificada por la partícula. 52. La composición de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque la naturaleza de la unidad funcional es codificada sobre la base de la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de segmentos 53. La composición de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la unidad funcional comprende una especie específica del analito. 54. La composición de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la unidad funcional comprende una sustancia orgánica, una sustancia inorgánica, un complejo de coordinación inorgánico y/o un complejo organometálico . 55. Un montaje de partículas, caracterizado, porque comprende una pluralidad de tipos de partículas, donde cada partícula tiene al menos una dimensión menor de 10 µm, y donde los tipos de partículas son diferenciables. 56. El monta e de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque cada partícula tiene al menos una dimensión menor de 500 nm. 57. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque cada partícula tiene al menos una dimensión menor de 200 nm. 58. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque comprende al menos tres tipos de partículas. 59. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque comprende al menos cinco tipos de partículas. 60. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque los tipos de partículas son diferenciables sobre la base de las diferencias en la longitud, ancho, forma y/o composición de las partículas. 61. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada porque comprende partículas funcionalizadas. 62. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 61, caracterizada porque comprende tipos de partículas funcionalizadas de manera diferente de otros tipos de partículas. 63. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 61, caracterizada porque la funcionalización comprende una sustancia orgánica, una sustancia inorgánica, un complejo de coordinación inorgánico y/o un complejo organometálico. 64. El montaje de partículas de conformidad con la reivindicación 61, caracterizada porque la funcionalización comprende una marca detectable o a un material el cual se une a una marca detectable. 65. Una composición comprendida de una partícula y una unidad funcional donde la partícula tiene al menos una dimensión menor de lOµm, y donde la naturaleza de la unidad funcional es codificada por la partícula. 6G . La composición de conformidad con la reivindicación 65, caracterizada porque la partícula tiene al menos una dimensión menor de 500 nm. 67. La composición de conformidad con la reivindicación 65, caracterizada porque la partícula tiene al menos una dimensión menor de 200 nm. 68. La composición de conformidad con la reivindicación 65, caracterizada porque la naturaleza del grupo funcional es codificada sobre la base de la longitud, ancho, forma y/o composición de la partícula. 69. Un método para codificar información acerca de un material en el material, caracterizado porque comprende : incorporar con o unir al material una partícula autoestable que codifique en formación con respecto al material, la partícula comprende una pluralidad de segmentos, donde la longitud del segmento es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y donde la información codificada se basa en la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de segmentos . 70. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque la información codificada se relaciona con la composición del material . 71. El método de conformidad con la reivindicación 69, caracterizado porque la información codificada se relaciona con la historia del material . 72. El método de conformidad con la reivindicación 69 , caracterizado porque. al menos uno de los segmentos está comprendido de un material seleccionado del grupo que consiste de: un metal, cualquier calcogenuro de metal, un óxido de metal, un sulfuro de metal, un nitruro de metal, un fosfuro de metal, un selenuro de metal, un telurio de metal, una antimonuro de metal, una aleación de metal, un semiconductor, un semimetal, cualquier compuesto o material orgánico, cualquier compuesto o material inorgánico, cualquier compuesto o material organometálico, una capa o material particulado, y un material compuesto. 73. Un método para conducir un ensayo para un analito, caracterizado porque comprende: poner en contacto una solución que puede contener el analito con una composición que comprende especies capaces de unirse al analito y tiene una partícula que comprende una pluralidad de segmentos, donde la longitud de la partícula es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y detectar si ha ocurrido interacción entre las especies y el analito. 74. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque la partícula codifica a la naturaleza de la especie. 75. El método de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado porque la naturaleza de la especie es codificada sobre la base de la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de segmentos . 76. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque la especie comprende un anticuerpo o fragmento de anticuerpo, un oligonucleótido, un aptámero, un receptor, una enzima, una proteína, un catalizador, un anticuerpo catalítico, un lípido, un carbohidrato, un polisacárido, un aminoácido o un péptido. 77. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque al menos uno de los segmentos es un material seleccionado del grupo que consiste de: un metal, cualquier calcogenuro de metal, un óxido de metal, un sulfuro de metal, un nitruro de metal, un fosfuro de metal, un selenuro de metal, un telurio de metal, un antimonuro de metal, una aleación de metal, un semiconductor, un semimetal, cualquier compuesto o material orgánico, cualquier compuesto o material inorgánico, cualquier compuesto o material organometálico, una capa o material particulado, y un material compuesto. 78. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque la detección ocurre por medios óptico, medios físicos, medios químicos, medios electrónicos o medios magnéticos. 79. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque la partícula es unida a una pluralidad de especies capaces de unirse a diferentes analitos. 80. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque el analito es una proteína o péptido. 81. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque el analito es un oligonucleótido . 82. Un método para conducir simultáneamente una pluralidad de ensayos para una pluralidad de analitos, caracterizado porque comprende: poner en contacto una solución que puede contener los analitos con una pluralidad de composiciones, donde cada composición comprende una especie capaz de unirse a una de los analitos y una partícula que comprende una pluralidad de segmentos; donde la longitud de la partícula es de 10 nm a 50 µm y el ancho de la partícula es de 5 nm a 50 µm; y donde la naturaleza de cada especie es codificada a la partícula a la cual está unida; y detectar cuales interacciones han ocurrido. 83. El método de conformidad con la reivindicación 82, caracterizado porque al menos uno de las especies es un anticuerpo o fragmento de anticuerpo. 84. El método de conformidad con la reivindicación 82, caracterizado porque al menos una de las especies es un oligonucleótido. 85. El método de conformidad con la reivindicación 82, caracterizado porque uno de los segmentos sobre cada una de las partículas está comprendido de un material seleccionado del grupo que consiste de: un metal, cualquier calcogenuro de metal, un óxido de metal, un sulfuro de metal, un nitruro de metal, un fosfuro de metal, un selenuro de metal, un telurio de metal, un antimoniuro de metal una aleación de metal, un semiconductor, un semimetal, cualquier material o compuesto orgánico, cualquier compuesto o material inorgánico, cualquier compuesto o material organometálico, una capa o material particulado y un material compuesto. 86. El método de conformidad con la reivindicación 82, caracterizado porque la naturaleza de cada especie es codificada sobre la base de la longitud, ancho o forma de la partícula y/o el número, composición, longitud o patrón de segmentos.