[发明专利]用于制备编码的水凝胶颗粒的方法以及由此制备的编码的水凝胶颗粒

说明书

本发明涉及一种用于制备用于以高准确度对靶生物分子进行高灵敏度检测的编码的水凝胶颗粒的方法以及由此制备的编码的水凝胶颗粒，且具体来说，涉及一种用于制备编码的水凝胶颗粒的方法以及由此制备的编码的水凝胶颗粒，方法包括合成水凝胶颗粒的步骤以及接着使探针与水凝胶颗粒结合。根据本发明，可以显著提高的高效率装载探针，装载的探针可均匀地分布，且可解决由未反应末端所导致的生物分子检测抑制的潜在问题。此外，本发明可提高检测灵敏度，可通过以高灵敏度对例如核酸和蛋白质的靶生物分子进行多重检测来应用于疾病的诊断或药物的筛选，且可普遍地用于例如分子诊断的医学诊断领域中。

技术领域

本发明涉及一种用于制备编码的水凝胶颗粒的方法以及由此制备的编码的水凝胶颗粒，所述编码的水凝胶颗粒能够以高准确度和高灵敏度检测靶生物分子。更具体来说，本发明涉及一种用于制备编码的水凝胶颗粒的方法以及通过所述方法来制备的编码的水凝胶颗粒，所述方法包含合成水凝胶颗粒和将探针缀合到所述水凝胶颗粒。

背景技术

产生对研发用于在诊断、药物筛选以及分子生物化学领域中以高准确度和高灵敏度检测例如核酸和蛋白质的生物分子的技术的需要。

编码的水凝胶颗粒(encoded hydrogel particle)已吸引大量关注，因为这些颗粒可用于生物分子的高度灵敏的多重检测。编码的水凝胶颗粒包含装载以检测生物分子的探针和用以鉴定装载的探针的代码。编码的颗粒的使用使得能够在单个检测过程中同时捕获(也就是多重检测)多个生物分子，以及在三维颗粒空间中对与探针相互作用的靶生物分子进行高度灵敏的检测。

流动光刻作为用于合成具有各种功能和形状的编码的水凝胶颗粒的工艺已受到大量关注。流动光刻允许基于使微流体流图案化和使用穿过光掩模的UV光来合成多官能不对称颗粒。根据流动光刻，微通道中的流体由于其低雷诺数(Reynolds number)(Re)而在不与不同相邻流混合的情况下流动，且可构造成多个平行流。此外，根据流动光刻，图案化UV通过光掩模照射到前驱体流体上以诱导前驱体流体的选择性聚合，使得可合成具有与光掩模相同形状的颗粒。能够在聚合之前与前驱体流体中的生物分子结合的例如抗体和核酸的材料的存在使得能够合成适合用于生物分子的检测中的颗粒。

用于合成编码的水凝胶颗粒的常规方法包含直接混合前驱体流体与用于生物分子检测的探针，以及在合成期间使探针与颗粒交联。然而，这一方法有以下问题。由于通过流动光刻在非常短的时间内合成颗粒，所以在前驱体中仅约10％的单体聚合，结果是仅约10％的探针与颗粒交联。探针的低装载产率导致有限的检测性能。另一问题是大部分的探针不容易在前驱体中分散。特定来说，当探针(例如，抗体)具有与前驱体的低相容性时，前驱体应与探针混合较长时间，且即使在混合之后也呈聚集体形式保留的探针可与颗粒交联。在探针呈(异质)聚集体形式存在的情况下，生物分子的捕获位点未暴露，从而导致探针的较差检测能力。高度灵敏的检测需要均匀装载最大可能数目的探针，这因上文提及的问题而不可避免地使检测性能劣化。

根据另一常规方法，通过液体聚合物的交联以形成网络来合成颗粒。如上文所提及，液体聚合物的交联产率低到约10％，这导致网络上的缺陷的存在。举例来说，缺陷可能在单体的一个或多个反应性基团在网络中保持未反应时形成。保留在最终颗粒中的大量数目的未反应反应性基团(未反应末端)是劣化检测生物分子的能力的因素。未反应末端可能非特异性地与靶生物分子结合，从而因其高反应性而产生假阳性信号(false-positivesignal)。另外，将要在检测期间使用的必需材料(例如，靶生物分子、荧光材料、报告物以及细胞)与未反应末端反应且固定在颗粒上。也就是说，未反应末端的存在可能是劣化检测生物分子的能力的因素。

因此，本发明人已认真地进行研究以解决现有技术的问题，且因此发现，当将探针装载在设计成使得代码区与探针区整合的编码的水凝胶颗粒上时，可以高准确度和高灵敏度检测靶生物分子。已基于这一发现实现了本发明。

发明内容

技术挑战