用于标记物品和组织的稀土空间/光谱微粒条码的制作方法
【专利说明】用于标记物品和组织的稀±空间/光谱微粒条码
[0001 ]放府刑益声巧
[0002] 本发明是在美国空军授予的合同号FA8721-05-C-0002的政府支持下进行的。政 府对本发明享有一定权利。
[0003]巧关申请
[0004] 本发明要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No. 61/801,351和2013 年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/800, 995的权益和优先权，通过引用将其全部 内容并入本文。
[000引发巧背景
[000引许多工业（例如，药业、银行、美术）都对使用防"电子欺骗（spoofing)"或防伪 标签来标记物品感兴趣。目前有许多不同技术用于使用编码标记物品，例如一维条码（如 UPC条码）、二维码（如QR码）和射频识别（RFID)标签。然而，存在对更小的，更不引人注 意的防"电子欺骗"或防伪标记的需求。
[0007]附图简沐
[000引图1示意性描述了根据实施方式的示例性微粒。
[0009] 图2是根据实施方式，标记为"UCN1"的示例性上转换纳米晶体（upconversion nanociystal) (UCN)发射光谱图。
[0010] 图3是根据实施方式，标记为"UCN2"的示例性UCN发射光谱图。
[0011] 图4是根据实施方式，标记为"UCN3 "的示例性UCN发射光谱图。
[0012] 图5是根据实施方式，标记为"UCN4"的示例性UCN发射光谱图。
[0013] 图6是根据实施方式，标记为"UCN5 "的示例性UCN发射光谱图。
[0014] 图7是根据实施方式，标记为"UCN6"的示例性UCN发射光谱图。
[0015] 图8是根据实施方式，标记为"UCN7 "的示例性UCN发射光谱图。
[0016] 图9是根据实施方式，标记为"UCN8"的示例性UCN发射光谱图。
[0017] 图10是根据实施方式，标记为"UCN9"的示例性UCN发射光谱图。
[001引图11是根据实施方式，标记为"UCN10"的示例性UCN发射光谱图。
[0019] 图12是根据实施方式，具有与UCN发射带重叠（overlaid)的CCD图像传感器RGB 通道光谱响应度图。
[0020] 图13是根据实施方式，重叠（overlaying)CCD图像传感器RGB通道光谱响应度的 UCN6的发射光谱图。
[0021] 图14是示出根据实施方式，通过改变渗杂剂浓度产生的独特上转换发射光谱的 图。
[002引图15是根据实施方式，NIR照射（illumination)下的不同类型的UCN的图像。 [002引图16是根据实施方式，不同类型的UCN的透射电镜图。
[0024]图17包括根据一些实施方式，不同批次的UCN的发射光谱图。
[00巧]图18包括根据一些实施方式，UCN在施加或不施加外部磁场的液体中的发光图 像。
[002引图19是根据实施方式，UCN4的磁化强度（magnetization)相对所施加的磁场的 图。
[0027] 图20是示意性表示根据实施方式形成邻接微粒的方法的框图。
[0028] 图21示意性描述根据实施方式形成邻接微粒的停流平板印刷（stopflow lithographic)法。
[0029] 图22是根据一些实施方式，具有不同数量的编码区的微粒的发光图像。
[0030] 图23是根据一些实施方式，各自包括不同类型UCN的微粒的积分强度值的图。
[0031] 图24是根据一些实施方式，包括不同类型纳米晶体的微粒的积分强度数据散点 图。
[0032] 图25是根据实施方式，示出50置信围道（confidencecontour)的红色通道对 绿色通道的平均测量积分强度数据与预期积分强度数据的图。
[0033] 图26示出根据一些实施方式，不同批次微粒的积分强度数据。
[0034] 图27是根据一些实施方式，在UCN表面化学修饰的每个步骤之后的UCN4发射光 谱图。
[0035] 图28示出根据一些实施方式，作为持续强度NIR福照（irradiation)时间的函数 的微粒发射强度。
[0036] 图29示出根据一些实施方式，具有簇基末端化UCN的微粒和具有丙締酸醋化UCN 的微粒的强度对微粒寿命的图。
[0037] 图30是根据实施方式，微粒的不同颜色通道的积分强度图。
[0038] 图31是根据一些实施方式，标记泡罩包装化listerpack)的微粒的发光图像。
[0039] 图32是根据一些实施方式，标记泡罩包装的微粒的发光图像近视图。
[0040]图33是根据实施方式，泡罩包装上的编码微粒的部分或条纹的积分强度数据图。
[0041] 图34是根据一些实施方式，编码PUA微粒和编码阳G微粒的部分或条纹的红色与 绿色通道中的积分强度数据图。
[0042] 图35是根据实施方式，模拟PET加工后编码微粒的发光图像。
[0043] 图36包括根据实施方式，模拟PET加工前后编码微粒的积分强度图。
[0044] 图37示出根据实施方式，标记线（t虹ead)的微粒的发光图像。
[0045] 图38示出根据实施方式，标记货币的微粒的图像。
[0046] 图39是根据实施方式，嵌入（embedded)PVA钥匙主体化U化）的编码微粒的图像。
[0047] 图40是根据实施方式，嵌入ABS钥匙主体的编码微粒的图像。
[0048] 图41是根据实施方式，用于标记泡罩包装、货币、信用卡、3D陶瓷制品、艺术品和 高溫铸造物体的微粒的图像。
[0049] 图42包括根据一些实施方式，读出来自微粒发光图像的光谱编码的方法的图像。
[0050] 图43包括根据实施方式，用于区分两个不同微粒编码的图像。
[0051] 图44示意性描述根据一些实施方式，用于颗粒合成的流平板印刷和解码系统。
[0052] 图45是用于图44的颗粒合成的系统的图像。
[0053] 本文所公开的方法、系统和介质的其他特征、功能和益处基于W下说明（特别是 与附图一并阅读时）是明显的。
[0054] 详细说巧
[00巧]使用防伪或防电子欺骗的标签来标记物品存在许多挑战。例如，信息密集型加工 如药品包装中单个单元的独特编码可能牵设（entail)105-1〇12的编码能力W及高通量颗粒 合成。举另一个例子，一些应用对于严酷环境的暴露要求热不敏感性、生物相容性和/或耐 化学性。用于一些标记技术的读出系统的复杂度和成本会限制实施。一些标记应用要求在 混杂因素（例如，复杂背景、朦賊（obscurant)、噪音）存在下的低误差读出，而运是困难的 技术挑战。
[0056] 实施方式包括用于标记物品和/或组织的聚合物微粒，生产该微粒的方法和使用 该微粒进行标记的方法。每个水凝胶微粒包括编码区。编码区包括多个部分，并且一个或 多个该部分包括相关联的多个具有不同光谱特征（spectralsignature)的上转换纳米晶 体扣CN)。编码区的多个部分使得能够对微粒进行空间编码。每个区的相关联的多个UCN 选自光谱上可区分的UCN组，其使得能够对微粒的每个区进行光谱编码。通过组合空间和 光谱编码，微粒具有呈现优异放大能力的大规模多路复用（massivemultiplexing)能力。
[0057] 编码对于不对称颗粒WCs指数放大而对于对称微粒WCV2指数放大，运里C是可 区分的光谱特征的数量扣CN"颜色"），S是空间特征的数量（例如，微粒"条纹"）。例如， 对于具有S个编码部分和C个不同光谱可区分纳米晶体的组的对称微粒，下式列出了可用 的编码或独特标识符的数量：
[0058]
[0059] 例如，其中对称微粒的编码区具有六个部分且每个部分包括选自五种不同类型的 光谱不同纳米晶体的组的多个UCN的系统，可W生成约20, 000个独特标识符/编码。举另 一个例子，其中对称微粒的编码区具有六个部分且每个部分包括选自九种不同类型的光谱 不同纳米晶体的组的多个UCN的系统，可W生成约500, 000个独特标识符/编码。因此，适 当数量的颜色可W与类似地适当数量的条纹结合W产生随任一数量的增量变化而快速放 大的巨大的编码能力。为了提高标记能力，可W采用不对称微粒。例如，具有六个部分且每 个部分包括九种不同类型的光谱不同纳米晶体之一的不对称微粒将产生超过百万个独特 标识符/编码。为了提高标记能力，可W使用多个微粒的组合来标记物品。
[0060]一些实施方式组合空间图样与稀±上转换纳米晶体扣CN)、单波长近红外激发和 便携式电荷禪合装置（CCD)基解码，W区分通过流平板印刷合成的颗粒。一些实施方式表 现出高的可指数放大的编码能力（〉1〇6)、极低的解码虚警率（<1〇9)、通过施加磁场操控颗 粒的能力和对颗粒化学及严酷加工条件二者的显著不敏感性。本发明人进行的实验示出了 大量满足正交要求的实践应用中所观察到的和预测到的译码之间的定量一致，包括药品包 装的隐蔽多颗粒条码技术（covert multiparticle barcoding)(折射率匹配）、多重微RNA 检测（生物相容性）和高溫铸造物品的嵌入标记（耐溫性）。
[0061] 一些实施方式出于与高通量颗粒合成和便携式CCD基解码的相容性而采用鲁棒 的编码方法。在一些实施方式中，所得颗粒与解码系统表现出对颗粒化学的显著不敏感 性一一使得能够与颗粒材料性质无关地调整编码能力和解码误差率一一W及直接磁操控 能力。在下文所述实例中，本发明人证明了在具有挑战性的现实环境中同时具有耐溫性和 生物相容性的颗粒的定量可预测解码。在单颗粒编码能力超过1百万且误差率小于百万分 之一（ppb)的情况下，一些实施方式W数量级形式化yordersofmagnitude)增加了用于 如法医制品（forensicpro化ct)标记和多重生物分析等应用的实践上可使用编码数量。可 采用本文所述方法W将编码颗粒的用途拓展至广阔且持续扩展的一系列此前未曾探索的 工业应用。可采用本文实施方式W从小的独特编码颗粒组产生具有大规模编码能力的隐蔽 耐用的防伪标签。
[0062] 图1示意性描述了根据实施方式，可用于标记物品或组织的示例性微粒10。微粒 10具有包括聚合物的体部化Ody) 12。体部12具有包括多个不同部分（例如，部分31、32、 33、34、34、35、36)的编码区30,每个部分（31-36)具有选自光谱可区分UCN组的相关联的 多个上转换纳米晶体扣CN)(例如UCN41)(参见下文对图2-11论述）。在一些实施方式中， 一个或多个部分可W不包括任何纳米晶体并作为"空白"或零部分W用于编码。
[0063] 例如，在一些实施方式中，具有第一光谱特征的第一多个UCN被布置在编码区的 第一部分31。编码区的第二部分32包括具有不同于第一光谱特征的第二光谱特征的第二 多个UCN。在一些实施方式中，微粒编码区也包括具有第S多个UCN的第S部分33。在一 些实施方式中，微粒编码区也包括具有第四多个UCN的第四部分34。在一些实施方式中，微 粒编码区也包括具有第五多个UCN的第五部分35。编码区的每个部分（31-36)中的多个微 粒选自光谱可区分UCN组。
[0064] 基于本公开内容，本领域技术人员认识到每个微粒可包括具有少于六个部分及相 关联的多个UCN(例如，五个部分、四个部分、S个部分、两个部分）或多于六个部分及相关 联的多个UCN(例如，部分、屯个部分、八个部分、九个部分、十个部分等）的编码区。
[0065]与布置在编码区的部分中的多个UCN相关联的光谱特征在本文中也称为编码区 的部分的光谱特征。在一些实施方式中，编码区的两个或更多个部分可W具有相同的光谱 特征。在一些实施方式中，具有相同光谱特征的编码区的两个或更多个部分可W彼此相邻。 在一些实施方式中，具有相同光谱特征