[发明专利]用于基于荧光应用的磁性微球

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于基于荧光应用的磁性微球。某些实施方式涉及包括耦联 到核微球表面的磁性材料与包敷该磁性材料和核微球的聚合物层的微球。

背景技术

以下描述和示例不应由于包含在本节中而被视为现有技术。

目前，磁性微球广泛用于各种应用中，包括：瘤的升温处理；将治疗物质直 接传送到生活系统的靶位置；细胞、多核苷酸和蛋白质分离；以及生物分子的临床 分析。适于这种用途的微球可从许多经销商处购得，并具有许多不同构造。这些微 球通常包括磁性敏感物质以及诸如有机聚合物或二氧化硅的球形基质材料。微球可 具有若干构造，诸如由基质包敷的磁核、散布在基质中的小磁粒、和球性基质外侧 上的磁性涂层。这些微球构造各具优点和缺点，且适当构造的选择取决于微球的期 望用途。

对于许多用途，适当的微球呈现顺磁性或超顺磁性而非铁磁性。这种微球在 磁场不存在时磁性可忽略，但是施加磁场可引起微球内磁畴的对齐，从而产生从微 球向场源的引力。当去除磁场时磁畴恢复随机取向，从而不存在粒子间的磁引力和 斥力。在超顺磁性情况下，这种磁畴随机取向的恢复几乎是瞬时的，而顺磁性材料 在去除磁场之后会将磁畴对齐保持一个时间段。磁畴对齐的保持会导致在没有外部 磁场时的微球聚集，这通常是不期望的。铁磁材料具有永久对齐的磁畴，所以包括 这种磁性材料的微球很容易聚集。

与磁性材料关联的基质材料也取决于微球的期望用途改变，而二氧化硅和聚 合物乳胶是最常用的基质材料。这两种材料可用于产生直径范围宽泛的基本上均匀 的磁性微球。磁性二氧化硅微球通常比由诸如聚苯乙烯的有机聚合物制成的微球在 更宽温度范围下更加稳定，而这两种材料可在诸如酸性溶剂或芳香族溶剂的某些环 境中分解。此外，二氧化硅微球通常比乳胶微球密度更大，这在选择磁性微球基质 时是要重点考虑的。

磁性微球的一种重要且不断增长的用途是在生物试验领域。蛋白质和低核苷 酸的试验可在微球的表面上进行，然后该微球可在微球特征被测量之前从反应混合 物磁性分离。测量之前分离试验微球减少了非靶分子的干扰，从而测量可产生更加 精确的结果。

在对用于生物试验的磁性微球越来越感兴趣的同时，在荧光微球上进行的试 验得到了发展。使用耦联到微球表面或结合到微球中的荧光标签或荧光材料允许制 备可基于不同染料发射谱和/或信号强度分辨的许多微球集。在生物试验中，这些 微球的荧光和光散射可通过流式细胞仪(flow cytometer)或成像系统测量，且测 量结果可用于确定微球的大小和荧光、以及与正在研究的试验系统相关联的荧光 (例如“夹心捕获”试验中荧光标签抗体)，如Lee等人的美国专利No.5,948,627 所述，该专利通过引用全部结合于此。通过改变微球中所结合的多种染料的浓度， 可产生成百、甚至上千的可分辨微球集。在试验中，每个微球集可与不同靶相关联 从而允许对单个容器内的单个样品进行许多测试，如Chandler等人的美国专利No. 5,981,180所述，该专利通过引用全部结合于此。

可荧光分辨的微球可通过给予这些微球磁性响应而得以改进。形成荧光磁性 微球的方法示例在Wang等人的美国专利No.5,283,079中描述，该专利通过引用全 部结合于此。由Wang等人描述的方法包括用磁石和附加聚合物涂布荧光核微球， 或者将核微球与磁石、染料和可聚合单体混合并引发聚合以产生涂布微球。这些方 法是比荧光磁性微球的合成相对简单的方法，但是不适于产生在诸如Chandler等 人的美国专利No.5,981,180中所述的相对较大的多重试验(multiplex assay)中使 用的大量精确染色微球。

Wang等人方法的局限是由于大多数荧光染料分子对在自由基引发的聚合反 应过程中产生的基团的攻击非常灵敏的事实。如果这些自由基使哪怕相对少量的染 料分子失活，则不能在微球中实现精确的染料量。此外，如果Wang等人的方法用 于合成非荧光磁性微球，且通过使用Chandler等人的美国专利No.6,514,295(通 过引用全部结合于此)中描述的溶剂溶胀方法尝试对微球进行染色，则由于磁性材 料并没有与微球化学键合，相对大量的磁性材料将在染色过程中从微球释放。特别 地，微球中磁性材料的物理包埋将被溶胀过程中断，且磁性材料将释放到溶液中。