用于基于熒光應用的磁性微球的制作方法

專利名稱：用于基于熒光應用的磁性微球的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及用于基于熒光應用的磁性微球。某些實施方式涉及包括耦聯 到核微球表面的磁性材料與包敷該磁性材料和核微球的聚合物層的微球。
背景技術：
以下描述和示例不應由于包含在本節中而被視為現有技術。 目前，磁性微球廣泛用于各種應用中，包括瘤的升溫處理；將治療物質直 接傳送到生活系統的靶位置；細胞、多核苷酸和蛋白質分離；以及生物分子的臨床 分析。適于這種用途的微球可從許多經銷商處購得，并具有許多不同構造。這些微 球通常包括磁性敏感物質以及諸如有機聚合物或二氧化硅的球形基質材料。微球可 具有若干構造，諸如由基質包敷的磁核、散布在基質中的小磁粒、和球性基質外側 上的磁性涂層。這些微球構造各具優點和缺點，且適當構造的選擇取決于微球的期 望用途。
對于許多用途，適當的微球呈現順磁性或超順磁性而非鐵磁性。這種微球在 磁場不存在時磁性可忽略，但是施加磁場可引起微球內磁疇的對齊，從而產生從微 球向場源的引力。當去除磁場時磁疇恢復隨機取向，從而不存在粒子間的磁引力和 斥力。在超順磁性情況下，這種磁疇隨機取向的恢復幾乎是瞬時的，而順磁性材料 在去除磁場之后會將磁疇對齊保持一個時間段。磁疇對齊的保持會導致在沒有外部 磁場時的微球聚集，這通常是不期望的。鐵磁材料具有永久對齊的磁疇，所以包括 這種磁性材料的微球很容易聚集。
與磁性材料關聯的基質材料也取決于微球的期望用途改變，而二氧化硅和聚 合物乳膠是最常用的基質材料。這兩種材料可用于產生直徑范圍寬泛的基本上均勻 的磁性微球。磁性二氧化硅微球通常比由諸如聚苯乙烯的有機聚合物制成的微球在 更寬溫度范圍下更加穩定，而這兩種材料可在諸如酸性溶劑或芳香族溶劑的某些環 境中分解。此外，二氧化硅微球通常比乳膠微球密度更大，這在選擇磁性微球基質 時是要重點考慮的。
磁性微球的一種重要且不斷增長的用途是在生物試驗領域。蛋白質和低核苷 酸的試驗可在微球的表面上進行，然后該微球可在微球特征被測量之前從反應混合 物磁性分離。測量之前分離試驗微球減少了非靶分子的干擾，從而測量可產生更加 精確的結果。
在對用于生物試驗的磁性微球越來越感興趣的同時，在熒光微球上進行的試 驗得到了發展。使用耦聯到微球表面或結合到微球中的熒光標簽或熒光材料允許制 備可基于不同染料發射譜和/或信號強度分辨的許多微球集。在生物試驗中，這些
微球的熒光和光散射可通過流式細胞儀(flow cytometer)或成像系統測量，且測 量結果可用于確定微球的大小和熒光、以及與正在研究的試驗系統相關聯的熒光 (例如"夾心捕獲"試驗中熒光標簽抗體)，如Lee等人的美國專利No. 5,948,627 所述，該專利通過引用全部結合于此。通過改變微球中所結合的多種染料的濃度， 可產生成百、甚至上千的可分辨微球集。在試驗中，每個微球集可與不同靶相關聯 從而允許對單個容器內的單個樣品進行許多測試，如Chandler等人的美國專利No. 5,981,180所述，該專利通過引用全部結合于此。
可熒光分辨的微球可通過給予這些微球磁性響應而得以改進。形成熒光磁性 微球的方法示例在Wang等人的美國專利No. 5,283,079中描述，該專利通過引用全 部結合于此。由Wang等人描述的方法包括用磁石和附加聚合物涂布熒光核微球， 或者將核微球與磁石、染料和可聚合單體混合并引發聚合以產生涂布微球。這些方 法是比熒光磁性微球的合成相對簡單的方法，但是不適于產生在諸如Chandler等 人的美國專利No. 5,981,180中所述的相對較大的多重試驗(multiplex assay)中使 用的大量精確染色微球。
Wang等人方法的局限是由于大多數熒光染料分子對在自由基引發的聚合反 應過程中產生的基團的攻擊非常靈敏的事實。如果這些自由基使哪怕相對少量的染 料分子失活，則不能在微球中實現精確的染料量。此外，如果Wang等人的方法用 于合成非熒光磁性微球，且通過使用Chandler等人的美國專利No. 6,514,295 (通 過引用全部結合于此)中描述的溶劑溶脹方法嘗試對微球進行染色，則由于磁性材 料并沒有與微球化學鍵合，相對大量的磁性材料將在染色過程中從微球釋放。特別 地，微球中磁性材料的物理包埋將被溶脹過程中斷，且磁性材料將釋放到溶液中。
熒光磁性微球也在Chandler等人的美國專利No. 6,268,222中描述，該專利通 過引用全部結合于此。在該方法中，納米球耦聯到聚合物核微球，且熒光和磁性材 料與核微球或納米球相關聯。該方法產生具有期望特征的微球，但是納米球-微球
鍵合在劇烈反應條件下容易分裂。包敷微球和鍵合其上的納米球的涂層可用于改進 該關聯，但是再一次，使用自由基引發劑形成該涂層可損害微球的熒光發射分布。熒光磁性微球的更合需要構造是使用在諸如Chandler等人的美國專利No. 6,514,295描述的構建技術進行染色的磁性響應微球。通常該方法使用溶脹微球的 溶劑，從而允許熒光材料遷移到微球中。這些染色溶劑包括一種或多種有機溶劑。 因此，微球必須能夠耐有機溶劑而不損失其成分完整性。此外，自由磁石干擾許多 生物反應。因此，容易損失相對少量磁石的微球是不可接受的。這樣，磁性微球應 構建成磁性材料緊密地鍵合到微球，從而防止在溶脹過程中損失磁性材料。磁性微球在Wang等人的美國專利No. 5,091,206、 Sutor的美國專利No. 5,648,124和Wang等人的美國專利No. 6,013,531中描述，這些專利通過引用全部 結合于此。然而，由于磁性材料未被化學固定，因此由Wang等人的這些專利中描 述的方法產生的微球可在有機溶劑中處理時損失磁性材料。在各個這些專利中，將 相當小的磁性材料顆粒涂布在聚合物核微球上，且聚合物殼作為外涂層。磁性顆粒 被合成并處理以使粒度最小化。諸如Fe304的一些磁性材料隨著粒度的減小從鐵磁 性變成順磁性再變成超順磁性。因此，具有最小可能粒度的磁石顆粒可用于形成微 球，使所產生的微球幾乎不呈現頑磁性。然而，如果產品微球也被構建成從核微球中的染料物質發射熒光信號，則微 球核表面上磁性顆粒層的厚度需要重點考慮。例如，由于大多數磁性物質是不透光 的，微球表面上的相對較厚的磁性顆粒涂層會導致額外的光散射或者遮擋光子傳 播。使用本發明的方法，其中磁性組分被設計成具有最小粒度，磁性成分將不得不 受限為允許光透射通過磁性組分。事實上，為了提供具有7微米直徑和5%的磁性 成分的磁性微球，核微球的整個表面需要涂布厚度為15納米的磁石層。該厚度導 致大大降低的熒光信號。即使一些磁性顆粒較大，如Sutor所述，相對大量的較小 磁性顆粒的出現將大大影響微球的發射分布。Sutor發明的一個目的是提供比已知 微粒每克材料具有更多電磁單位(EMU)的磁性響應微粒。目前使用的方法在制備外涂層時也使用表面活性劑和穩定劑。出于許多目的， 這些分子在微球表面上的出現是可接受的。然而，當用于生物試驗時，表面活性劑 能導致生物分子鍵合到微球表面的效率的非預期干擾和變化。清洗過程可減少與微 球表面關聯的表面活性劑和穩定劑的量，但是完全去除表面活性劑和穩定劑極其困 難。因此，比現有技術顯著改進的是提供用于形成含有大于約2總量％的磁性響應
材料的微球、而不顯著妨礙光傳播進出微球的方法。進一步的改進在于該磁性響 應材料與微球強關聯從而減少染色過程中磁性響應材料的損失、并且該磁性響應材
料包敷有聚合物以基本上防止磁性響應材料與感興趣的生物分子相互作用。此外， 如果最外面的聚合物層在沒有表面活性劑和穩定劑出現的情況下形成，則目前使用 的方法可得到改進。

發明內容
以下對微球、微球群和用于形成微球的方法的各個實施方式的描述并不旨在 以任何方式解釋成對所附權利要求的主題進行限制。
一實施方式涉及配置成呈現熒光和磁性特性的微球。該微球包括核微球和耦 聯到核微球表面的磁性材料。核微球表面的約50%或更少被磁性材料覆蓋。此外， 微球包括包敷磁性材料和核微球的聚合物層。
在一實施方式中，核微球包括耦聯到核微球表面的一個或多個官能團。在另 一實施方式中，微球包括一種或多種熒光染料。在一不同實施方式中，微球包括兩 種或多種不同熒光染料。在一些實施方式中，微球中含有的熒光染料被結合到聚合 物層以及核微球中。
在一些實施方式中，磁性材料包括粒度為約10納米至約1000納米的顆粒。
在一較佳實施方式中，磁性材料包括粒度為約50納米至約300納米的顆粒。在一
些實施方式中，磁性材料包括磁石單晶。在再一實施方式中，磁性材料包括顆粒聚 集體。例如，磁性材料可以是比上述那些更小的顆粒聚集體，使得該聚集體的大小 在上述范圍之一內。在另一實施方式中，磁性材料包括混合金屬磁性材料。在一附 加實施方式中，微球包括耦聯到聚合物層外表面的一個或多個官能團。
在一實施方式中，微球包括耦聯到聚合物層的外表面的附加磁性材料、以及
包敷該附加磁性材料的附加聚合物層。很容易意識到磁性材料和聚合物的交替層 可在微球中重復直到實現期望的微球磁性成分。這樣，微球可包括一個或多個磁性
材料/聚合物層，各個層配置成核微球的小于約50%的表面覆蓋有磁性材料。
在一個這樣的實施方式中，磁性材料和附加磁性材料具有基本上相同的成分。 在不同實施方式中，磁性材料和附加磁性材料具有不同的成分。在再一實施方式中， 磁性材料和附加磁性材料的至少之一包括混合金屬磁性材料。在另一個這樣的實施 方式中，聚合物層和附加聚合物層由基本上相同的可聚合材料形成。在其它實施方 式中，聚合物層和附加聚合物層由不同的可聚合材料形成。在一些實施方式中，微
球包括耦聯到附加聚合物層外表面的一個或多個官能團。各個上述微球實施方式可 進一步如本文所述地配置，并根據本文所述的方法實施方式形成。
上述微球實施方式提供優于目前使用的具有磁性和熒光特性的微球的若干優 點。例如，上述微球包括重量比大于約2%的磁性材料而并不顯著妨礙光傳播進出 微球。特別地，已經確定了當核微球的大于約50%的表面被磁性材料覆蓋時，微 球的熒光發射受到顯著影響(即熒光發射大大降低)。此外，磁性材料可與本文進 一步描述的微球強關聯，使得磁性材料在染色過程中不從微球釋放。磁化核微球也 涂布有聚合物層，該聚合物層基本上防止了磁性材料與感興趣生物分子之間的相互 作用。此外，聚合物層可在不存在表面活性劑和穩定劑的情況下形成。
另一實施方式涉及配置成呈現熒光和磁性特性的微球群。該群包括被配置成 呈現不同熒光特性、不同磁性特性、或者不同熒光和磁性特性的兩個或多個微球子 集。兩個或多個子集中的單獨微球包括核微球和耦聯到該核微球表面的磁性材料。
約50%或更少的核微球表面覆蓋有磁性材料。單獨微球還包括包敷磁性材料和核
微球的聚合物層。單獨微球和上述群可進一步如本文所述地配置。
一附加實施方式涉及形成呈現磁性特性的微球的方法。該方法包括組合核微
球與磁性材料使得磁性材料耦聯到核微球表面以形成磁化核微球。約50%或更少
的核微球表面覆蓋有磁性材料。該方法也包括組合磁化核微球與一種或多種可聚合 材料，使得一種或多種可聚合材料形成包敷磁化核微球的聚合物層，從而形成呈現 磁性特性的微球。
在一實施方式中，該方法包括按照大小將磁性顆粒分成第一組和第二組。第
一組中相當部分的磁性顆'粒具有約IO納米或更大的粒度。第二組中相當部分的磁 性顆粒具有約IO納米或更小的粒度。在一個這樣的實施方式中，與核微球組合的 磁性材料包括第一組磁性顆粒。在另一實施方式中，該方法包括組合所形成的微球 與附加磁性材料使得附加磁性材料耦聯到聚合物層外表面、以及形成包敷附加磁性 材料的附加聚合物層。
在一些實施方式中，該方法包括使形成的微球在含有熒光染料的溶劑中溶脹， 使得熒光染料遷移到形成的微球中。這種方法也包括改變含有熒光染料的溶劑的一 個或多個特性，使得所形成的微球收縮從而將熒光染料包埋在形成的微球中。在一 不同實施方式中，該方法包括在組合核微球與磁性材料之前將一種或多種熒光染料 結合在核微球中。在另一實施方式中，該方法包括將一個或多個官能團耦聯到聚合 物層外表面。上文所述方法的各個實施方式可包括本文所述的任何其它步驟。


得益于以下較佳實施方式的詳細描述并參照附圖，本發明的其它優點對本領 域技術人員而言將變得顯而易見，在附圖中圖1是示出可用于以本文所述的微球和群實施方式進行測量、實驗和試驗的 系統的一個示例的示意圖；圖2是示出包括耦聯到核微球表面的磁性材料的磁化核微球的一個實施方式 的橫截面圖的示意圖；圖3是示出包括包敷有聚合物層的圖2的磁化核微球的微球的一個實施方式 的橫截面圖的示意圖；圖4是示出圖3微球的一個實施方式的橫截面圖的示意圖，該微球包括耦聯 到聚合物層外表面的附加磁性材料；圖5是示出圖4微球的一個實施方式的橫截面圖的示意圖，該微球包括包敷 附加磁性材料的附加聚合物層。雖然本發明易于有各種更改和替換形式，但其具體實施方式
作為示例在附圖 中示出并在本文中詳細描述。附圖可不必按比例地繪制。然而，應該理解附圖和詳 細描述并不旨在將本發明限制于所公開的特定形式，相反本發明旨在覆蓋落在如所 附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的所有更改、等效方案和替換方案。
具體實施方式
本文所述的微球實施方式可用作分子反應的載體。其中可使用本文所述的微 球實施方式的這些分子反應和實驗、測量、和試驗的示例在Fulton的美國專利No. 5,736,330、 Chandler等人的美國專利No. 5,981,180、 Chandler等人的美國專利No. 6,449,562、 Chandler等人的美國專利No. 6,524,793、 Chandler的美國專利No. 6,592,822和Chandler等人的美國專利No. 6,939,720，這些專利通過引用全部結合 于此。本文中使用的術語"微球"通常定義為可以為球形或者可以不為球形的復合 結構。術語"微球"、"顆粒"和"珠"通常可由本領域普通技術人員互換使用。因 此，本文使用的術語"微球"可由"顆粒"或"珠"代替而不改變本文所述的實施 方式的范圍。圖1示出可用于以本文所述的微球和群實施方式進行測量、實驗和試驗的系 統的一個示例。注意，本文所述的附圖并未按比例繪制。特別地，附圖中一些元件
的比例被顯著放大以強調該元件的特征。此外，附圖中使用相同的標號來指示類似 配置的元件。
在圖1中，該系統沿著通過微球IO所流經的試管12的橫截面的平面示出。 試管可以是諸如在流式細胞儀中使用的石英或熔融二氧化硅試管。然而，也可使用 任何其它適當類型的觀測腔或輸運腔來輸運測量的樣品。微球io可根據本文所述 的實施方式配置。
該系統包括光源14。光源14可包括本領域中公知的任何適當光源，諸如激光 器。光源可被配置成發射具有諸如藍光或綠光的一個或多個波長的光。光源14被 配置成在微球流經試管時照亮它們。這種照亮可使得微球發射具有一個或多個波長 或波帶的熒光。在一些實施方式中，該系統包括被配置成將來自光源的光聚焦在微 球或流程上的一個或多個透鏡(未示出)。該系統也可包括一個以上的光源。在一 實施方式中，光源可被配置成用具有不同波長或波帶(例如藍光和綠光)的光照亮 微球。在一些實施方式中，光源可被配置成在不同方向照亮微球。
從微球向前散射的光被折疊式反射鏡18或另一適當的導光部件引導到檢測系 統16。或者，檢測系統16可直接置于向前散射光的路徑上。這樣，折疊式反射鏡 或其它導光部件可不被包括在該系統中。在一實施方式中，向前散射光是由微球散 射的與光源14的照亮方向成約18(T角的光，如圖1所示。向前散射光的角度可以 不與照亮方向成精確的18(T，使得來自光源的入射光不入射到檢測系統的光敏表 面。例如，向前散射光可以是由微球散射的與照亮方向成小于或大于1S(T角的光 (例如以約17(T、約175°、約185°、或者約190'的角度散射的光)。
也可聚集由微球散射的與照亮方向成約9(T角的光。在一實施方式中，該散射 光被一個或多個分束器或二向色鏡分成一個以上的光束。例如，與照亮方向成約 9(T角的散射光可由分束器20分成不同的兩束光。不同的兩束光又被分束器22和 24分離以形成不同的四束光。各束光被引導到包括一個或多個探測器的不同檢測 系統。例如，四束光之一可被引導到檢測系統26。檢測系統26可配置成檢測由微 球散射的光。
由檢測系統16和/或檢測系統26檢測的散射光通常與由光源照亮的微球體積 成比例。因此，檢測系統16和/或檢測系統26的輸出信號可用于確定微球的直徑 或大小。此外，檢測系統16和/或檢測系統26的輸出信號可用于識別粘在一起或 幾乎同時通過照亮區域的一個以上的微球。因此，這些微球可與其它樣品微球和校 準微球區分開。 另外三束光可被引導到檢測系統28、 30和32。檢測系統28、 30和32可被配 置成檢測由微球發射的熒光。各個檢測系統可被配置成檢測不同波長或不同波長范 圍的熒光。例如，檢測系統之一可被配置成檢測綠色熒光。另一檢測系統可被配置 成檢測黃橙色熒光，而再一檢測系統可被配置成檢測紅色熒光。在一些實施方式中，濾光器34、 36和38可分別耦聯到系統28、 30和32。濾 光器可被配置成遮擋除了所配置的檢測系統要檢測的波長之外的波長的熒光。此 外， 一個或多個透鏡(未示出)可光學耦合到各個檢測系統。這些透鏡可被配置成 將散射光或發射熒光聚焦到探測器的光敏表面上。探測器的輸出電流與入射熒光成比例并產生電流脈沖。電流脈沖可被轉換成 電壓脈沖，經過低通過濾，然后通過模數(A/D)轉換器數字化。諸如數字信號處 理器(DSP)的處理器40對脈沖下的區域進行積分以提供表示熒光幅度的數字。 如圖1所示，處理器40可通過傳輸介質42耦聯到檢測系統26。傳輸介質42可包 括本領域已知的任何適當傳輸介質。處理器40也可以通過傳輸介質42和諸如A/D 轉換器的一個或多個其它部件(未示出)間接耦聯到檢測系統26。處理器可通過 類似方式耦聯到系統中的其它檢測系統。在一些實施方式中，響應于由微球發射的熒光的輸出信號可用于確定微球的 同一性(identity)和關于在微球表面正在發生或已經發生的反應的信息。例如兩 個檢測系統的輸出信號可用于確定微球的同一性，而其它檢測系統的輸出信號可用 于確定微球表面上正在發生或已經發生的反應。因此，檢測系統和濾光器的選擇可 取決于結合或者鍵合到微球和/或待測量反應中的染料類型而改變(即結合或者鍵 合到反應所涉及的反應物中的染料)。用于確定樣品微球的同一性的檢測系統(即檢測系統28和30)可以是雪崩光 電二極管(APD)、光電倍增管(PMT)或其它光探測器。用于鑒別在微球表面上 正在發生或已經發生的反應的檢測系統(例如檢測系統32)可以是PMT、 APD或 另一形式的光探測器。該系統可如本文所述地進一步配置。雖然圖1的系統被示為包括具有用于分辨具有不同染料特征的微球的兩個不 同檢測窗口的兩個檢測系統，但是應該理解，該系統可包括兩個以上的這種檢測窗 口 (即3個檢測窗口、 4個檢測窗口等)。在這些實施方式中，系統可包括附加分 束器和具有其它檢測窗口的附加檢測系統。此外，濾光器和/或透鏡可被耦合到各個附加檢測系統。在另一實施方式中，系統包括被配置成分辨在微球表面上發生反應的不同材
料的兩個或多個檢測系統。不同的反應材料可具有與微球的染料特征不同的染料特 征。
如圖1所述的系統也可包括用于測量微球的一個或多個磁性特性的多個其它 部件(未示出)。例如，該系統可被配置成磁性以及光學地激發微球。微球可通過 向微球施加外部磁場而得以磁性激發。可使用本領域中公知的任何適當裝置將外部 磁場施加到微球。系統也可包括本領域中公知的可用于檢測微球磁場的任何適當磁 性探測器。通過磁性探測器檢測的由微球的誘導磁化導致的磁場與微球的磁化成比 例，微球的磁化又與所施加的磁場成比例。所檢測的微球磁場可用于確定微球的同 一性和/或微球表面上正在發生或已經發生的反應。
呈現可測量磁性特性的微球提供優于非磁性微球的優點。例如，微球的磁性 性質隨著時間的流逝基本上保持穩定，尤其在磁性材料受到保護免于暴露在諸如反 應物的其它材料(例如通過本文所述的聚合物層)下時并且自磁性標簽沒有經受測 量系統的光漂白起。此外，基本磁性的背景通常不在使用微球分析的樣品中出現。 這樣，該樣品不會對微球磁性特性測量中的噪聲有貢獻。此外，磁場的施加和檢測 不會受水溶反應物或生物材料妨礙。此外，磁力可用于遠程操縱微球(例如用于分 離樣品中的特定分析物)。此外，多個適于生物技術應用的相對敏感的磁場檢測裝 置可購得并且可以結合在本文所述的任一系統中。
可用于以本文所述的微球和群實施方式進行的測量、實驗和試驗的系統的附
加示例在Chandler等人的美國專利No. 5,981,180、 Chandler的美國專利No. 6,046,807、 Chandler的美國專利No. 6,139,800、 Chandler的美國專利No. 6,366,354、 Chandler的美國專利No. 6，411，904、 Chandler等人的美國專利No. 6,499,562和 Chandler等人的美國專利No. 6,524,793，這些專利通過引用全部結合于此。本文所 述的系統可如這些專利中所述地進一步配置。此外，可用于進行本文所述微球和群 實施方式的測量的系統包括Roth在2005年9月21提交的序列號為60/719,010的 美國專利申請和Phillips在2005年12月16日提交的序列號為11/305,805的美國 專利申請中描述和示出的系統，這些專利通過引用全部結合于此。這些專利和專利 申請中描述的系統可包括如上所述的部件，使得該系統可以測量微球的一個或多個 磁性特性。
根據一實施方式，用于形成呈現磁性特性的微球的方法包括組合核微球與磁 性材料使得磁性材料耦聯到核微球表面以形成磁化(或者"磁性響應")核微球。 適用于本文所述實施方式的核微球可從許多生產商處購得并且可由與所選磁性材
料鍵合的任何材料形成。核微球與磁性材料之間的鍵可以是共價鍵、離子鍵、靜電 鍵或本領域中已知的任何其它適當的鍵形式。可用于核微球的一些適當材料包括但 不限于苯乙烯聚合物、二乙烯苯聚合物、二氧化硅聚合物、或丙烯酰胺聚合物。核 微球的大小(即球形核微球情形中的直徑)可根據使用該微球的測量系統和/或方 法選擇。核微球的適當大小在直徑上的范圍是從約1微米到約100微米，但是其它 大小也起作用。還應注意核微球大小的更加均勻導致所攝取的染料(例如熒光染 料或熒光基團)和鍵合的磁性材料更加均勻。在一實施方式中，核微球包括耦聯到核微球表面的一個或多個官能團。表面 功能可從諸如胺、硫醇、羧酸、肼、鹵化物、乙醇、醛及其任意組合的許多不同反 應部分中選擇。該功能列表不表示完全的功能列表，且微球功能可包括本領域中公 知的任何其它功能。一個或多個官能團可在核微球形成的過程中耦聯到該核微球表 面(例如通過與包括一個或多個官能團的一種或多種可聚合材料聚合)。或者，一 個或多個官能團可在核微球形成之后附加到該核微球表面。一個或多個官能團的這 種附加可使用本領域中公知的任何適當方法實現。在一實施方式中，如上所述的核微球與磁性材料的組合包括用含有磁性響應 材料的溶液處理核微球溶液。在一實施方式中，該方法包括將磁性顆粒按大小分成 第一組和第二組。第一組中的相當部分磁性顆粒具有約IO納米或更大的粒度。第 二組中的相當部分磁性顆粒具有約10納米或更小的粒度。在一個這種實施方式中， 與核微球組合的磁性材料包括第一組磁性顆粒。在這種實施方式中，與核微球組合 的磁性材料不包括第二組磁性顆粒。這樣，磁性響應材料可在處理核微球之前進行 處理，以從用來處理核微球的溶液去除相對細小的顆粒。磁性顆粒大小的選擇可通過例如磁性材料的部分酸解(雖然該步驟是可任選 的)，隨后過濾或離心以將較大顆粒與較小顆粒分離。保留較大顆粒用于與核微球 耦聯，并丟棄更細的顆粒。已經示出反復清洗磁性顆粒是有益的，因為反復清洗能 更加有效地將細粒從較大磁石的溶液中去除。可用于只去除細粒(例如小于約10 納米的顆粒或小于約20納米的顆粒)的其它方法也可用于提供適于本文所述實施 方式的磁性顆粒。然后，經清洗的磁性顆粒在與核微球組合之前較佳地在含乙醇溶 液中再次懸浮。含乙醇溶液對再次懸浮是較佳的，因為含水溶劑與磁性材料的反應 可在磁性材料表面上產生氫氧化物或其它還原物質，其中一些已知能發射熒光，這 對于可使用本文所述的微球和群實施方式的許多應用是不合需要的。本文所述實施方式的一些優點通過在磁性材料合成之后且在耦聯于核微球之
前處理磁性材料來提供。諸如Wang等人的美國專利No. 5,283,079和Sutor的美國 專利No. 5,648,124 (通過引用全部結合于此)中描述的現有技術方法使用多種技術 來最小化粒度并分離最小顆粒。例如，原始磁石通常用酸部分酸解，且通過保留所 有粒度的磁性傾析或者通過確保只保留最小粒度的離心且保留上層清液而使磁石 與溶液分離。然而，本文所述實施方式中使用的磁性材料較佳地不包括這種細粒。
基本上去除這些最小磁性顆粒允許在使磁性材料對核微球的表面覆蓋率最小 的同時形成具有相對較高的磁石成分的微球。例如，如果相對較小的磁性顆粒被耦 聯到核微球表面，則這些顆粒有效地在基本上整個核微球表面形成相對較薄的層， 從而使得微球具有較低的磁性響應、以及因顆粒對光的吸收導致幾乎不能從核發射 光。在一特定示例中，用5納米直徑的磁石完全涂布直徑7微米微球的表面提供只 具有1%磁石成分的微球。此外，光子傳輸進出該微球可被磁石嚴格抑制。
因此，在一較佳實施方式中，較大顆粒或顆粒團(即聚集體)散布在核微球
表面使得并非整個核微球表面都被磁性顆粒覆蓋。因此，微球可因為相對較大粒度 而具有相對較高的磁性成分，并因為磁性顆粒對核微球的部分表面覆蓋率而具有相
對較高的光透射。例如，通過處理磁石以基本上排除較小顆粒并保留大小在約10 納米至1000納米范圍內、較佳地在約50nm至約300納米范圍內的顆粒或團，有 可能形成磁石成分為約5%而磁性材料對核微球的表面覆蓋率僅約為20%的微球。 因此，根據本文所述實施方式形成的微球有利地具有比諸如Wang等人和Sutor公 開的方法(其中目的是最大化磁性成分而不考慮磁性顆粒的表面覆蓋率或遮光程 度)形成的磁性微球更高的磁性成分和更高的光透射。
如上所述地處理核微球產生磁化核微球，如圖2所示它包括耦聯到核微球46 表面的磁性材料44。較佳地，約50%或更少的核微球表面被磁性材料44覆蓋。換 言之，磁性材料只耦聯到核微球表面的一部分，從而造成磁性材料對表面的部分覆 蓋。磁性材料到核微球的這種耦聯是有益的，因為磁性材料對核微球的超過約50。/。 的表面覆蓋率已被示為顯著影響(即減少)來自熒光染色核微球的熒光發射。
磁性材料44可包括顆粒。在一實施方式中，磁性材料44包括粒度(例如直 徑)約為IO納米至1000納米的顆粒。在一較佳實施方式中，磁性材料包括粒度約 為50納米至約300納米的顆粒。磁性顆粒的粒度可基于核微球的大小、磁性顆粒 對核微球的選定表面覆蓋率、和選定微球磁性成分來選擇。通常，磁性顆粒的粒度 可小于核微球的大小，使得多個磁性顆粒在磁性顆粒不完全覆蓋該表面的情況下可 耦聯到核微球表面。 在一些實施方式中，磁性材料包括磁石單晶。在一不同實施方式中，磁性材 料包括顆粒聚集體。形成該聚集體的顆粒可比磁石單晶更小。此外，形成該聚集體 的顆粒可將粒度取為使得聚集體自身具有諸如上述范圍內的大小。在再一實施方式 中，磁性材料包括混合金屬磁性材料。
磁性材料可取為多種形式，諸如鐵磁性、反磁性、順磁性或超順磁性。在這 些形式中，最后兩種形式是對本文所述的實施方式最有用的，并且由于超順磁性是 順磁性的子類，因此它們在本討論中同等對待。通用的磁性材料是氧化鐵磁石， Fe304。當通過產生相對較小粒度的方法制備這種磁石時，該磁石是順磁性的。一
種這樣的方法包括加熱具有諸如氫氧化鈉的相對較強鹽基(base)的鐵鹽溶液。可 將諸如鈷和錳的一種或多種其它二價金屬添加到鐵鹽中以形成具有不同特性的混 合金屬磁性材料。許多這些混合金屬化合物可用于形成磁性微球。其它磁性金屬氧 化物適于在本文所述實施方式中使用。雖然本文中針對磁石描述了一些實施方式， 但是任何其它適當磁性材料可用于本文所述的實施方式。
該方法實施方式也包括組合磁化核微球與一種或多種可聚合材料使得該一種 或多種可聚合材料形成包敷磁化核微球的聚合物層，從而形成呈現磁性特性的微 球。例如，在將磁石耦聯到核微球表面之后，聚合物保護層可在磁化核微球上形成。 這樣，磁性"涂布"的核微球基本上涂布有聚合物材料。聚合物層可被配置成提供 阻擋層以防止(或至少顯著減少)磁性材料與所形成微球可在后續步驟(例如染色) 或使用(例如試驗)過程中接觸的諸如溶劑、反應物、分析物等外部環境接觸。例 如，如圖3所示，聚合物層48包敷磁性材料44和核微球46。雖然聚合物層48在 圖3中被示為完全包敷磁性材料和核微球，但是實際上該聚合物層可以不完全地包 敷磁化核微球。然而，聚合物層較佳地形成為使得聚合物層基本上防止磁性材料與 接觸聚合物層外表面的其它材料之間的接觸。
該聚合物層可通過將磁化核微球懸浮在諸如水或乙醇的適當溶液中、并將諸
如苯乙烯、丙烯酸或本領域中已知的其它適當可聚合分子的一種或多種單體以及聚
合引發劑和適當的其它可能分子添加到該懸浮液中而形成。雖然并非必需，但是單
體混合物較佳地包括能與磁石配位、并且能與諸如但不限于丙烯酸或乙烯基吡啶的 其它單體共聚的物質。聚合物層與磁石的配位將在聚合物層與磁化核微球之間形成
更強的耦聯。引發劑可以是自由基形成化合物、氧化還原對、或本領域中已知的任 何其它適當引發劑。不存在引發劑時，聚合可通過諸如超聲或光化學引發的本領域 中已知的任何適當方法引發。聚合物層較佳地在不存在表面活性劑和聚合物穩定劑
的情況下形成，即使這不是本文所述實施方式的要求。
如上所述， 一個或多個官能團(未示出)可耦聯于核微球46的表面。此外/ 或者，微球可包括耦聯到聚合物層48外表面的一個或多個官能團(未示出)。特別
地，在一些實施方式中，該方法包括將一個或多個官能團耦聯到聚合物層48的外
表面。該一個或多個官能團可在一種或多種可聚合材料聚合過程中耦聯到聚合物層 的外表面(例如通過使用包括一個或多個官能團的一種或多種可聚合材料)。或者， 一個或多個官能團可在聚合物層已形成之后附加到聚合物層的外表面。這種附加可 使用本領域中已知的任何適當方法實現。耦聯到聚合物層的外表面的一個或多個官 能團可包括以上所述的任何官能團。此外，如果一個或多個官能團被耦聯到核微球 表面和聚合物層的外表面，則耦聯到核微球表面的一個或多個官能團可與耦聯到聚 合物層外表面的一個或多個官能團基本上相同或不同。
在一實施方式中，微球包括一種或多種熒光染料(未示出)。在另一實施方式 中，微球包括兩種或多種不同的熒光染料(未示出)。本文所述的微球實施方式的 適當熒光染料的示例在通過引用結合于此的專利中描述。熒光染料可包含在核微 球、聚合物層或核微球和聚合物層兩者中。
在一實施方式中，該方法包括在組合核微球與磁性材料之前將一種或多種熒 光染料結合到核微球中。因此，熒光染料可在聚合物層形成之前被結合在核微球中。 此外/或者， 一種或多種熒光染料可附加到核微球表面。熒光染料可在聚合物層形 成之前附加到核微球表面。
此外/或者，熒光染料可被結合到聚合物層中并且/或者附加到聚合物層的外表 面。這樣，熒光染料可在聚合物層形成之后結合到微球中。結合到聚合物層并且/ 或者附加到聚合物層外表面的熒光染料可與結合到核微球并且/或者附加到核微球 表面的熒光染料相同或不同。例如，不同的熒光染料可在不同步驟中附加到核微球 表面和聚合物層的外表面。在另一示例中，相同的熒光染料可在同一步驟中被結合 到核微球和聚合物層中。可使用本領域中已知的任何適當方法將熒光染料結合到并 且/或者附加到核微球表面和/或聚合物層。
在一實施方式中，該方法包括在含有熒光染料的溶劑中使所形成的微球溶脹， 從而熒光染料遷移進入所形成的微球中。這種方法也包括改變含有熒光染料的溶劑 的一個或多個特性，使得所形成的微球收縮并因此將熒光染料包埋在所形成的微球
中。可用于如上所述地將熒光染料結合到微球中的方法示例在Chandler等人的美 國專利No. 6,514,295、 Chandler等人的美國專利No. 6,599,331、 Chandler等人的美
國專利No. 6,632,526和Chandler等人的美國專利No. 6,929,859，這些專利通過引 用全部結合于此。含有熒光染料的溶劑可包括一種或多種熒光染料或者兩種或多種 不同的熒光染料。熒光染料可被包埋在核微球中以及有可能包埋在聚合物層中。例 如，熒光染料是否被包埋在聚合物層中可取決于熒光染料的特征(可基于核微球的 特征和使用所形成微球的測量系統和/或方法來選擇)、染色溶劑的特征和聚合物層 的特征而改變。在一些實施方式中，該方法包括組合所形成的微球與附加磁性材料，使得附 加磁性材料被耦聯到聚合物層的外表面。這種實施方式也可包括形成包敷附加磁性 材料的附加聚合物層。在一個這種實施方式中，附加磁性材料50可耦聯到聚合物 層48的外表面，如圖4所示。在這種實施方式中，如圖5所示，附加聚合物層52 可包敷附加磁性材料50。聚合物層52可如上所述地"包敷"附加磁性材料。這樣， 所形成的微球可任選地涂布有耦聯到聚合物層48外表面的磁性材料50，如圖4所 示，以及隨后的另一聚合物涂層(例如圖5所示的附加聚合物層52)以增加所形 成微球的磁性成分。該過程可按需頻繁重復以提供具有期望水平的光/熒光透射和 磁性特性的所形成微球。磁性材料50可包括任何上述磁性材料。磁性材料50也可如上所述地形成。 此外，磁性材料44和50可具有基本上相同的成分或不同的成分。附加聚合物層 52可由任何上述可聚合材料形成。附加聚合物層62也可如上所述地形成。此外， 聚合物層48和附加聚合物層52可由基本上相同的可聚合材料或不同的可聚合材料 形成。此外，如圖4和5所示，聚合物層48的外表面只由磁性材料50部分地覆蓋。 例如，約50%或更少的聚合物層48被附加磁性材料覆蓋，使得所形成微球的光透 射/熒光發射特性并未被附加磁性材料50大大降低。如上所述， 一個或多個官能團(未示出)可耦聯到核微球46的表面和/或聚合 物層48的外表面。此外/或者，微球可包括耦聯到附加聚合物層52外表面的一個 或多個官能團(未示出)。特別地，在一些實施方式中，該方法包括將一個或多個 官能團耦聯到附加聚合物層的外表面。一個或多個官能團可在一種或多種可聚合材 料的聚合過程中耦聯到附加聚合物層的外表面(例如通過使用包括一個或多個官能 團的一種或多種可聚合材料)。或者， 一個或多個官能團可在附加聚合物層已形成 之后附加到附加聚合物層的外表面。一個或多個官能團的這種附加可使用本領域中 已知的任何適當方法實現。耦聯到附加聚合物層外表面的一個或多個官能團可包括 任何上述官能團。此外，如果一個或多個官能團耦聯到核微球的表面和附加聚合物
層的外表面，則耦聯到核微球的表面的一個或多個官能團可與耦聯到附加聚合物層 外表面的一個或多個官能團基本上相同或不同。如果一個或多個官能團耦聯到聚合 物層和附加聚合物層的外表面，則耦聯到聚合物層外表面的一個或多個官能團可與 耦聯到附加聚合物層外表面的一個或多個官能團基本上相同或不同。
如上所述，熒光染料可被結合到核微球和/或聚合物層48中并且/或者附加到 核微球的表面和/或聚合物層48的外表面。此外/或者，熒光染料可被結合到附加 聚合物層中并且/或者附加到附加聚合物層的外表面。結合到附加聚合物層并且/或 者附加到附加聚合物層外表面的熒光染料可與結合到核微球中并且/或者附加到核 微球表面的熒光染料相同或不同。結合到附加聚合物層中并且/或者附加到附加聚 合物層外表面的熒光染料也可與結合到聚合物層并且/或者附加到聚合物層外表面 的熒光染料相同或不同。可使用本領域中已知的任何適當方法將染料結合到附加聚 合物層中并且/或者附加到附加聚合物層外表面。上述方法的各個實施方式可包括 本文所述的任何其它方法的任何其它步驟。
圖3示出被配置成呈現熒光和磁性特性的微球的一實施方式。該微球包括如 上所述地配置的核微球46。在一實施方式中，核微球包括耦聯到核微球表面的一 個或多個官能團(未示出)。該一個或多個官能團包括本文所述的任何官能團。
微球也包括耦聯到核微球46表面的磁性材料44。該磁性材料可包括本文所述 的任何磁性材料并如本文所述地配置。例如，在一實施方式中，磁性材料包括粒度 (直徑)為約IO納米至1000納米的顆粒。在一較佳實施方式中，磁性材料包括粒 度為約50納米至300納米的顆粒。在另一實施方式中，磁性材料包括磁石單晶。 在再一實施方式中，磁性材料包括顆粒的聚集體。在一些實施方式中，磁性材料包 括混合金屬磁性材料。較佳地，約50%或更少的核微球表面被磁性材料覆蓋。
微球還包括包敷磁性材料和核微球的聚合物層48。該聚合物層可如上所述地 配置。在一實施方式中，微球包括耦聯到聚合物層外表面的一個或多個官能團(未 示出)。這些一個或多個官能團可包括本文所述的任何官能團。此外，如果官能團 耦聯到核微球的表面和聚合物層的外表面，則耦聯到核微球表面的官能團可與耦聯 到聚合物層外表面的官能團相同或不同。
在一實施方式中，微球包括耦聯到聚合物層外表面的附加磁性材料和包敷附 加磁性材料的附加聚合物層。例如，如圖5所示，微球可包括耦聯到聚合物層48 外表面的附加磁性材料50和包敷附加磁性材料的附加聚合物層52。附加磁性材料 包括本文所述的任何磁性材料。此外，附加磁性材料可如本文所述地配置。例如，
較佳地，磁性材料和附加磁性材料的組合覆蓋50%或更少的核微球表面。在一實 施方式中，磁性材料和附加磁性材料具有基本上相同的成分。在另一實施方式中， 磁性材料和附加磁性材料具有不同的成分。在再一實施方式中，磁性材料和附加磁 性材料的至少之一包括混合金屬磁性材料。
附加聚合物層52可由本文所述的任何可聚合材料形成。此外，附加聚合物層 可如本文所述地配置。此外，在一實施方式中，聚合物層和附加聚合物層由基本上 相同的可聚合材料形成。在另一實施方式中，聚合物層和附加聚合物層由不同的可 聚合材料形成。
在一實施方式中，微球包括耦聯到附加聚合物層外表面的一個或多個官能團 (未示出)。這些一個或多個官能團可包括本文所述的任何官能團。此外，如果官 能團耦聯到核微球的表面和附加聚合物層的外表面，則耦聯到核微球表面的官能團 可與耦聯到附加聚合物層外表面的官能團相同或不同。此外，如果官能團耦聯到聚 合物層和附加聚合物層的外表面，則耦聯到聚合物層外表面的官能團可與耦聯到附 加聚合物層外表面的官能團相同或不同。
在一些實施方式中，微球包括一種或多種熒光染料。在另一實施方式中，微 球包括兩種或多種不同的熒光染料。例如，在一實施方式中， 一種或多種熒光染料 (未示出)或者兩種或多種不同的熒光染料(未示出)可耦聯到核微球表面并且/ 或者結合到核微球中。耦聯到核微球表面/并且或者結合到核微球中的熒光染料可 包括本文所述的任何熒光染料。在另一實施方式中， 一種或多種熒光染料(未示出) 或者兩種或多種不同的熒光染料(未示出)可耦聯到聚合物層的外表面并且/或者 結合到聚合物層中。耦聯到聚合物層外表面并且/或者結合到聚合物層中的熒光染 料可包括本文所述的任何熒光染料。在再一實施方式中， 一種或多種熒光染料(未 示出)或者兩種或多種不同的熒光染料(未示出)可耦聯到附加聚合物層外表面并 且/或者結合到附加聚合物層中。耦聯到附加聚合物層外表面并且/或者結合到附加 聚合物層中的熒光染料可包括本文所述的任何熒光染料。此外，熒光染料可附加到 核微球、聚合物層、附加聚合物層及其部分組合的表面并且/或者結合其中。上述 的各個微球實施方式可進一步如本文所述地配置。
上述微球實施方式提供優于其它目前使用的微球的優點。例如，上述微球可 包括重量比大于2%的磁性材料且并不顯著妨礙光傳輸進出微球。特別地，已經確
定當大于約50%的核微球表面被磁性材料遮蓋，微球的熒光發射受到顯著影響(即
熒光發射顯著降低)。此外，磁性材料可與核微球表面如本文進一步描述地強關聯，
使得微球的磁性成分在染色操作中并不減少。磁性核微球也基本上被聚合物層包敷，這基本上防止了磁性材料與感興趣的生物分子以及與所形成微球接觸的其它材料相互作用。此外，聚合物層可在不存在表面活性劑和穩定劑的情況下形成。因此，當本文所述的微球實施方式用于生物試驗時，由表面活性劑和穩定劑導致的生物分 子與微球表面的鍵合效率的不期望干擾和變化得以消除。上述微球實施方式也具有本文所述其它實施方式的所有優點。本文所述微球可包括在被配置成呈現熒光和磁性特性的微球群中。例如，被 配置成呈現熒光和磁性特性的微球群的一個實施方式包括兩個或多個微球子集。兩 個或多個微球子集被配置成呈現不同的熒光特性、不同的磁性特性或不同的熒光和 磁性特性。子集的熒光和/或磁性特性較佳地在子集之間充分不同而在子集內充分 統一，使得在測量時熒光和/或磁性特性可用于將子集彼此區分開(例如以確定微 球所屬的子集)。兩個或多個子集中的單獨微球可如本文所述地配置。例如，單獨微球可包括 核微球。磁性材料被耦聯到核微球表面。較佳地，約50%或更少的核微球表面被 磁性材料覆蓋。單獨微球也包括包敷磁性材料和核微球的聚合物層。單獨微球和群 可如本文所述地進一步配置。微球群的該實施方式具有本文所述的其它實施方式的 所有優點。以下實施方式不應視為限制本發明的實施方式，而僅僅為示例目的包括在此。 示例l:磁石的制備將0.2摩爾的六水合氯化鐵(III)和O.l摩爾的四水合氯化鐵(II)通過上方 攪拌在三頸圓底燒瓶中溶解于400毫升去離子水中。將該混合物在連續攪拌的情況下加熱到9CTC。將520毫升的6N NaOH在1小時內逐滴添加。允許反應繼續24 小時。示例2:磁石和聚合物的涂層將經官能羧基化表面改性的10.2克的可購得的聚苯乙烯核微球懸浮在總體積 100毫升的甲醇中。將12.4毫升制備好的磁石溶液用去離子水清洗，隨后在1M HCL 中清洗兩次，最后用甲醇清洗兩次。各個清洗步驟之后進行約4000xg的離心分離 以使較大磁石顆粒與較小磁石顆粒分離。使磁石在總體積100毫升的甲醇中再次形 成懸浮液。磁石和核微球可組合并混合3小時。然后，用去離子水清洗該混合物四 次，之后在總體積375毫升的水中再次形成懸浮液并倒入500毫升的三頸圓底燒瓶 中。制備12.6克餾出苯乙烯、0.768克餾出二乙烯苯、0.173克過氧化苯甲酰和1.47
克丙烯酸的混合物并倒入500毫升的三頸圓底燒瓶中。然后，將反應混合物加熱到
60。C維持24小時。用甲醇、四氫呋喃清洗涂層微球，隨后用甲醇進行三次額外清 洗、用水進行一次清洗，最后在去離子水中再次形成懸浮液。
根據本說明書，本發明各個方面的進一步更改和可選實施方式對本領域技術 人員是顯而易見的。例如，提供了被配置成呈現熒光和磁性特性的微球和微球群。 因此，本說明書被解釋成僅僅是說明性的，并且是為了向本領域技術人員示教實踐 本發明的一般方法。應該理解，本文所示出和描述的本發明的形式可視為目前的較 佳實施方式。多種元件和材料可代替本文所示出并描述的那些元件和材料，各部分 和過程可被顛倒，且本發明的某些特征可被單獨使用，所有這些對本領域技術人員 在得益于本發明的描述之后是顯而易見的。可在不背離所附權利要求書所述的本發 明的精神和范圍的情況下對本文所述的要素進行改變。
權利要求
1.一種被配置成呈現熒光和磁性特性的微球，包括核微球；耦聯到所述核微球表面的磁性材料，其中約50％或更少的所述核微球表面被所述磁性材料覆蓋；以及包敷所述磁性材料和所述核微球的聚合物層。
2. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述核微球包括耦聯于所述核微 球表面的一個或多個官能團。
3. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述微球包括一種或多種熒光染料。
4. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述微球包括兩種或多種不同的 熒光染料。
5. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述磁性材料包括粒度約為10 納米至約1000納米的顆粒。
6. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述磁性材料包括粒度約為50 納米至約300納米的顆粒。
7. 如權利要求l所述的微球，其特征在于，所述磁性材料包括磁石單晶。
8. 如權利要求l所述的微球，其特征在于，所述磁性材料包括顆粒的聚集體。
9. 如權利要求1所述的微球，其特征在于，所述磁性材料包括混合金屬磁性 材料。
10. 如權利要求l所述的微球，其特征在于，還包括耦聯于所述聚合物層外表 面的一個或多個官能團。
11. 如權利要求1所述的微球，還包括耦聯于所述聚合物層外表面的附加磁性 材料和包敷所述附加磁性材料的附加聚合物層。
12. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，所述磁性材料和所述附加磁性 材料具有基本上相同的成分。
13. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，所述磁性材料和所述附加磁性 材料具有不同的成分。
14. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，所述聚合物層和所述附加聚合 物層由基本上相同的可聚合材料形成。
15. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，所述聚合物層和所述附加聚合 物層由不同的可聚合材料形成。
16. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，所述磁性材料和所述附加磁性 材料的至少之一包括混合金屬磁性材料。
17. 如權利要求11所述的微球，其特征在于，還包括耦聯于所述附加聚合物 層外表面的一個或多個官能團。
18. —種被配置成呈現熒光和呈現特性的微球群，包括被配置成呈現不同熒光特性、不同磁性特性、或不同熒光和磁性特性的兩個 或多個微球子集，其中所述兩個或多個子集中的單獨微球包括 核微球； 耦聯到所述核微球表面的磁性材料，其中約50%或更少的所述核微球表 面被所述磁性材料覆蓋；以及包敷所述磁性材料和所述核微球的聚合物層。
19. 一種形成呈現磁性特性的微球的方法，包括組合核微球與磁性材料，使得所述磁性材料耦聯于所述核微球的表面以形成磁化核微球，其中約50%或更少的所述核微球表面被所述磁性材料覆蓋；以及組合所述磁化核微球與一種或多種可聚合材料，使得所述一種或多種可聚合 材料形成包敷所述磁化核微球的聚合物層，從而形成呈現磁性特性的所述微球。
20. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括將磁性顆粒按大小分成 第一組和第二組，其中所述第一組中相當部分的所述磁性顆粒的粒度約為10納米 或更大，所述第二組中相當部分的所述磁性顆粒的粒度約為IO納米或更小，其中 與所述核微球組合的所述磁性材料包括第一組磁性顆粒。
21. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括組合所形成的微球與附 加磁性材料，使得所述附加磁性材料耦聯到所述聚合物層外表面并形成包敷所述附 加磁性材料的附加聚合物層。
22. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在含有熒光染料的溶劑 中使所形成的微球溶脹從而所述熒光染料遷移到所形成的微球中，并改變所述含有 熒光染料的溶劑的一個或多個特性使得所形成的微球收縮從而將所述熒光染料包 埋在所形成的微球中。
23. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在組合所述核微球與所 述磁性材料之前將一種或多種熒光染料結合到所述核微球中。
24.如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括將一個或多個官能團耦 聯到所述聚合物層的外表面。
全文摘要
提供了微球、微球群和用于形成微球的方法。一種被配置成呈現熒光和磁性特性的微球包括核微球和耦聯于核微球表面的磁性材料。約50％或更少的核微球表面被磁性材料覆蓋。該微球還包括包敷磁性材料和核微球的聚合物層。一種被配置成呈現熒光和磁性特性的微球群包括兩個或多個的微球子集。兩個或多個的微球子集被配置成呈現不同的熒光和/或磁性特性。兩個或多個子集中的單獨微球如上所述地配置。
文檔編號H01F1/06GK101107680SQ200680002382
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月19日 優先權日2005年1月20日
發明者D·J·錢德勒, J·伯德瑞 申請人:盧米尼克斯股份有限公司