编码的聚合物微粒的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及编码的聚合物微粒。更具体而言，本公开涉及具有优异的化学和物理 稳定性并且可大规模生产的编码的聚合物微粒、所述编码的聚合物微粒的生产方法以及使 用所述编码的聚合物微粒的多重生物测定法（multiplexed bioassay)。
【背景技术】
[0002] 近来，编码的聚合物微粒因其简单的制造工艺和庞大的编码容量而广泛用于检测 生物分析物（例如，DNA或蛋白质）。然而，编码的聚合物微粒由于聚合物材料构成成分的 物理/化学耐久性较差而可能容易受损，并且可能吸收分析物，造成分析误差。另外，聚合 物微粒与生物材料的生物共轭（bioconjugation)限于几个特定化学过程且不能适用不同 的共轭化学。因此，需要开发以下一种微粒：其能够进行编码、具有优异的化学和物理稳定 性、可使用各种官能团进行官能化并且可大规模生产。
【发明内容】
[0003] 本发明的一个实施方式提供了编码的聚合物微粒，所述聚合物颗粒各自包括编码 的聚合物微粒芯和包围所述微粒芯的二氧化硅壳。
[0004] 本发明的又一实施方式提供了编码的聚合物微粒的生产方法，所述方法包括：将 光固化性材料与具有可与所述光固化性材料聚合的官能团和烷氧基甲硅烷基基团的连接 子混合；施加图案化能量以使混合物固化，然后进行编码以获得编码的聚合物微粒芯；并 且用二氧化硅前体处理所述编码的聚合物微粒芯以在各编码的聚合物微粒芯上形成二氧 化娃壳。
[0005] 本发明的另一实施方式提供了使用编码的聚合物微粒的多重生物测定法，所述聚 合物颗粒各自包括编码的聚合物微粒芯、包围所述微粒芯的二氧化硅壳以及与所述二氧化 硅壳结合的生物材料。
【附图说明】
[0006] 根据对实施方式的以下说明并结合附图，本发明的上述及其它实施方式和优点将 变得明显并且易于理解，附图中：
[0007] 图1显示了本发明的一个实施方式所述的编码的聚合物微粒；
[0008] 图2是显示了编码的聚合物微粒的生产方法的流程图；
[0009] 图3显示了生产本发明的一个实施方式所述的编码的聚合物微粒的工序；
[0010] 图4显示了扫描电子显微镜（SEM)图像，其示出了共聚物微粒表面上生长的二氧 化娃壳；
[0011] 图5显示了二氧化硅涂布的微粒和未涂布的微粒的电子探针微量分析（EPMA)光 谱；
[0012] 图6显示了不含二氧化硅壳的星形聚合物颗粒和包含二氧化硅壳的圆形聚合物 微粒的图像；
[0013] 图7显示了利用固定于二氧化硅涂布的聚合物微粒表面上的寡核苷酸的多重DNA 杂化测定；
[0014] 图8显示了利用二氧化硅涂布的编码聚合物微粒的多重HPV基因分型；和
[0015] 图9显示了二氧化硅涂布的编码"磁性"微粒的制造和操作。
【具体实施方式】
[0016] 现将结合附图对本发明的实施方式进行更加详细的说明。提供这些实施方式以使 得本发明可充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。因而，本发明可以以多种不同的 形式实施，不应解释为受本文提及的示例性实施方式的限制。为了清楚起见，在附图中，要 素的诸如宽度、长度和厚度之类的尺度可能被夸大。可以理解，当提及某一要素在另一要素 "之上"时，其可以是直接位于另一要素之上，或者其间还可以有一个或更多个中间要素。
[0017] 图1显示了本发明的一个实施方式所述的编码的聚合物微粒。在图1中，A、B和 C的下部视图显示了分别沿A-A'、B-B'和C-C'线截取的横截面。参照图1的A部分，编码 的聚合物微粒100包括编码的聚合物微粒芯110和包围所述微粒芯的二氧化硅壳120。所 述芯110可通过各种本领域已知的各种工艺编码。例如，编码的聚合物微粒芯110可包括 图形、荧光或颜色代码。
[0018] 聚合物微粒芯110优选由光固化性聚合物构成，所述光固化性聚合物可通过光刻 法进行各种图案化。光固化性聚合物可含有固化性丙烯酸材料作为主要组分。优选地，除 了光固化性丙烯酸材料，光固化性聚合物还含有连接子材料，其具有能够与光固化性材料 反应的光固化性官能团和能够形成二氧化硅的官能团。
[0019] 经光固化制成的聚合物微粒芯110可具有各种形状，比如盘状和球形。芯110的 尺寸可在几微米至几毫米的范围内。
[0020] 编码的聚合物微粒100可进一步包含磁性材料。具体而言，微粒芯110中可进一 步含有磁性纳米颗粒130 (图1的B)。作为另一选择，磁性纳米颗粒130的层可置于微粒芯 110和二氧化硅壳120之间（图1的C)。在此情况中，由于相对少量的磁性纳米颗粒130而 在微粒100的后续控制期间需要强磁场，不过由于磁性纳米颗粒130没有造成光散射，因而 对通过光固化进行的图案化没有影响，因此其与前一种情况相比微观结构的图案化是有利 的。磁性纳米颗粒在编码的聚合物微粒100中的存在能够通过外部磁场控制微粒100。由 此，微粒100可有效地用于后续生物测定的溶液交换，并且可以分离微粒100,从而使生物 测定具有高精度和改善的便利性。
[0021] 二氧化硅壳120包围并保护微粒芯110,并且防止外部检测材料吸收进入微粒芯 110的聚合物中造成分析误差。二氧化硅壳120对编码的聚合物微粒100赋予化学和机 械稳定性，并且有助于在各种环境和溶液中使用微粒100。编码的聚合物微粒芯110可经 由-Si-0-Si-键与二氧化硅壳120连接。芯110和壳120之间的强化学键可确保微粒100 的稳定结构。二氧化硅壳120的存在降低非特异性材料与聚合物微粒100表面的结合，并确 保了改善的与生物材料的结合特性。可在二氧化硅壳120的表面上引入诸如羧基或胺基等 官能团。所述官能团可与用于不同生物医药应用或临床诊断的各种生物分子形成共价键。 例如，可在二氧化硅壳120的表面上引入选自由抗原、抗体、DNA、RNA和寡核苷酸组成的组 中的生物材料。
[0022] 本发明的实施方式所述的编码的聚合物微粒可通过以下工序生产。图2是显示了 编码的聚合物微粒的生产方法的流程图。参照图2,在步骤S1中，可将光固化性材料与具有 可与所述光固化性材料聚合的官能团和烷氧基甲硅烷基基团的连接子混合。
[0023]光固化性材料通过随后的能量施加过程而固化，以形成微粒的基础骨架。合适的 光固化性材料的实例包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、烯丙胺、聚氧化乙烯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸 酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚丙烯酸酯。这些光固化性材料可单独使用或组合使用。 例如，由于聚乙二醇的末端都存在丙烯酸酯基团，所以作为光固化性材料的聚乙二醇二丙 烯酸酯可经由自由基聚合而交联成三维水凝胶。光固化性材料可以是能够借助外部光从液 体变为固体的任何材料。
[0024]连接子与光固化性材料反应以形成作为微粒骨架的共聚物，同时，其使烷氧基甲 硅烷基基团接枝到编码的微粒芯表面上。如果微粒仅由光固化性材料构成，则二氧化硅壳 不容易通过随后的二氧化硅涂布过程形成。相比而言，当光固化性材料与连接子的混合物 在本发明实施方式所述方法的后续步骤中进行固化获得微粒芯时，烷氧基甲硅烷基基团将 接枝到微粒芯表面上，随后二氧化硅壳可经烷氧基甲硅烷基基团涂布在微粒芯上。
[0025]例如，连接子可以是由式1表示的化合物：
[0026]
[0027] 其中，&是氢、甲基现乙基，谷K 2为C
【主权项】
1. 编码的聚合物微粒，所述聚合物微粒各自包括编码的聚合物微粒芯和包围所述微粒 芯的二氧化硅壳。
2. 如权利要求1所述的编码的聚合物微粒，其中，所述聚合物是光固化性聚合物。
3. 如权利要求1所述的编码的聚合物微粒，其中，所述微粒芯进一步包括磁性材料。
4. 如权利要求1所述的编码的聚合物微粒，其中，磁性纳米颗粒的层置于所述微粒芯 和所述二氧化硅壳之间。
5. 如权利要求1所述的编码的聚合物微粒，其中，所述编码的聚合物微粒芯经 由-Si-O-Si-键与所述二氧化娃壳连接。
6. 如权利要求1所述的编码的聚合物微粒，其中，在所述二氧化硅壳的表面上引入羧 基或胺基。
7. 如权利要求1~6中任一项所述的编码的聚合物颗粒，其中，在所述二氧化硅壳的表 面上引入选自由抗原、抗体、DNA、RNA和寡核苷酸组成的组中的生物材料。
8. -种编码的聚合物颗粒的生产方法，所述方法包括： 将光固化性材料与连接子混合，所述连接子具有可与所述光固化性材料聚合的官能团 和烷氧基甲娃烷基基团； 施加图案化能量以使混合物固化，然后进行编码以获得编码的聚合物微粒芯；并且 用二氧化硅前体处理所述编码的聚合物微粒芯以在各编码的聚合物微粒芯上形成二 氧化硅壳。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述编码的聚合物微粒芯通过光流控无掩模光刻 法获得。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，接枝到所述微粒芯的表面上的所述烷氧基 甲硅烷基基团与所述二氧化硅前体反应，以在所述芯和二氧化硅壳之间的界面处形 成 -Si_0_Si_ 键。
11. 如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包括向所述混合物添加磁性纳米颗粒。
12. 如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包括将涂布有亲水性聚合物的磁性纳 米颗粒附接至所述编码的聚合物微粒芯。
13. 如权利要求8所述的方法，其中，对所述二氧化硅壳的表面进行改性以在其上引入 羧基或胺基。
14. 如权利要求8~13中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使生物材料与所述 二氧化娃壳的表面结合。
15. -种使用编码的聚合物微粒的多重生物测定法，所述聚合物微粒各自包括编码的 聚合物微粒芯、包围所述微粒芯的二氧化硅壳以及与所述二氧化硅壳结合的生物材料。
16. 如权利要求15所述的多重生物测定法，其中，所述微粒进一步包括磁性纳米颗粒。
【专利摘要】本发明提供了以下技术方案：编码的聚合物微粒，其包括编码的聚合物微粒芯和包围所述微粒芯的二氧化硅壳；以及使用所述聚合物微粒的多重生物分析法。另外，本发明还提供了编码的聚合物微粒的制备方法，其包括以下步骤：提供辐射可固化材料和连接子的混合物，所述连接子包括能够与所述辐射可固化材料聚合的官能团和烷氧基甲硅烷基基团；通过施加图案化能量以使所述混合物固化并将其编码而获得编码的聚合物微粒芯；并且通过用二氧化硅前体处理编码的聚合物微粒芯而在编码的聚合物微粒芯上形成二氧化硅壳。
【IPC分类】C08J7-06, G01N33-50, C12Q1-68
【公开号】CN104781321
【申请号】CN201380059253
【发明人】权圣勋, 金美罗, 张志诚, 裵亨钟, 金娜悧
【申请人】首尔大学校 产学协力团
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2013年11月18日
【公告号】EP2905304A1, US20140228252, WO2014077645A1