CN1231758C - 操作用于识别目的的微载体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤：(a)一个微载体的识别目的的步骤；以及(b)一个识别目的步骤之前或其间的定位和定向步骤，其中识别目的步骤是用来检测可识别或被编码的微载体的检测步骤和产生可识别或被编码的微载体的标记步骤。本发明进一步涉及一种用来操作用于识别目的的微载体的装置，包括用于识别目的的工具如显微镜或标记工具如高空间分辨率光源，以及微载体的定向和定位工具和适用于根据本发明方法的微载体。

Description

操作用于识别目的的微载体的方法

本发明涉及用于识别目的的微载体的操作，以及更特别地但不限于操作其上记录有代码的微载体。这些微载体的一个例子描述于在先提交的、在本发明优先权的时候尚未公布的专利申请PCT/EP00/03280。所述申请在此包括为参考文献。该公开文献中可查阅到任何记录在微载体“上面”的代码包括记录在微载体表面和记录在微载体内部深处的代码。识别目的是例如微载体的读取或检测以及标记或编码。

在化学和生物学科中的药物发现和药物筛选通常包括在非常大量的化合物或分子上进行分析。这些分析典型地包括筛选所关注的化合物的化学库，筛选试验样品中的特定目标分子，以及对分子间重要的化学和生物学相互作用进行一般试验。上述分析经常需要进行上千次单独的化学或生物学反应。例如，一种药物发现的分析可能包括对特定的目标被分析物试验上千种化合物。任何观察到与目标被分析物反应、结合或者相互作用的化合物都可能具有一定数量的潜在用途，其中被观察到的相互作用据信是重要的。

上述分析中所需的大量单独反应的处理存在许多实际问题。也许最重要的问题是标记和跟踪每个反应的必要性。例如，如果一个关注的反应仅仅在一组上千次反应中的一个观察到，研究人员必须能够确定是上千种最初的化合物或分子的哪一个产生了那个反应。

追踪反应本身的一种传统方法是把每一种反应物理分离到高密度排列的单独反应容器中，持续记录每个容器中所用的每种反应物的身份。这样，例如，当在标记为数字5到1000的容器中观察到一个关注的反应，研究人员能够查阅容器中使用的反应物的记录，并将从5号容器的记录了解到存在哪种特殊的反应物引起了该关注的反应。上述高密度排列的例子是384-，864-，1536-，3456-，和9600-孔微量滴定板容器，其中微量滴定板的每个孔构成一个微型反应容器。使用微型反应孔是因为其节省了空间，允许加快速度和减少分析中使用的试剂的花费。

然而，在化学和生物学分析中使用微量滴定板有许多缺点。例如，使用平板需要仔细分离非常大量的离散的反应容器，而不是允许所有的反应自由地进行，以及(不是)经常更方便地在一个反应容器中进行。另外，在空间上分离的反应体积需要对所用的微量滴定板的大小进行物理限制，而且这样就限制了在平板上可能进行的不同反应的数量。

考虑到上述的使用微量滴定板的限制，人们进行了一些努力去开发其他追踪高通量分析的单独反应的方法。这些方法放弃了在空间上分隔反应的观念，而改为用其他方式追踪单独的反应。例如，已经开发了在作为支持的微载体上进行高通量分析和反应的方法。每个微载体可包含一种特定配体结合在其表面作为反应物，而且该微载体可包含额外的代码来识别该微载体并因而识别结合在其表面的特定配体。上述方法允许“随机反应”，这意味着上千种独特编码的微载体—每种微载体表面结合有—种配体—可以全部混合并同时进行分析。那些在结合的配体和目标被分析物之间显示满意的所关注反应的微载体可以随后读取其代码，从而识别产生该满意反应的配体。

现有技术的一个主要问题是用于识别目的的微载体的随机位置，因而在编码和识别时缺少效率。对允许有效率的编码和识别来说，仅仅把被编码的微载体定位在支持物上是不够的。一些文献公开了在固体支持物上的定位。上述随机反应实际需要单独地准确编码每种微载体，并需要准确地、可靠地和一致地识别编码。因为使用随机反应的分析很大程度靠微载体的编码用于其结果，所以分析的质量主要依赖于编码的可靠性、可读性、独特代码、数量，准确的尺度和微载体上编码的可读性。编码微载体的努力仍然限于差别染色(Dye-Trak微球体)、荧光标记(荧光球；Nu-flow)、所谓带存储器的远程可编程模具(IRORI；美国专利No.5,751,629)、如寡核苷酸和小肽的可分离标记(美国专利No.5,565,324；美国专利No.5,721,099；美国专利No.5,789,172)和带转发器的固相微粒(美国专利No.5,736,332)。WO 98/40726描述了一种光纤束传感器的固体支持物，其中带有不同化学官能团的分离的微球体可被光连接到光纤束中的离散光纤或光纤组。这些官能团用荧光染料编码在分离的微球体上，然后附着于蚀刻在光纤束末端的孔。上面引用专利公开的内容在此一并作为参考文献。

本发明第一方面提供了一种操作微载体的方法，其中获得了改进的定位和定向。按最宽的范围，本发明提供了一种用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤：

(a)一个微载体的识别目的的步骤；以及

(b)在识别目的步骤之前或其间的定位和定向步骤。虽然该方法在识别目的步骤之前或其间都需要定位和定向步骤，但本发明意外地得到了更好的、更有效的和更可靠的识别目的步骤。一个主要的原因在于微载体的位置自由度缺少随机性。

本发明尤其适用于使微载体上的代码的读取或记录成为可能，由此该代码由在微载体内部或其外表面上造成的空间调整产生。这种空间调整可定义为位于微载体内部或其表面上有限数量的独特容量元件的已知排列。独特容量元件的已知排列可产生于(i)通过改变一个单独容量元件中材料的一种或更多性质，或(ii)通过从一个单独容量元件除掉材料，或(iii)通过在一个单独容量元件上附着材料，或(iv)通过保持一个单独容量元件不变，或者上述可能性的组合。这种已知排列例如可以是这样，这些容量元件位于一维或多维比如直线排列或在平面中。本发明的主要目标是在其后根据记录工具和读取工具定位和定向微载体，这样微载体的定位和定向技术允许记录工具通过创造一个有限数量独特容量元件的已知排列来产生代码，随后该代码可通过读取工具利用其上记录有代码的微载体的定位和定向技术可靠地解析。解析代码通过测定那些一起组成位于微载体中或微载体表面上的代码的容量元件的性质来进行。定向可在一个、两个或者全部三个轴向进行，这取决于容量元件排列的对称性。如果该已知排列设计为沿一个或更多轴对称，微载体就不需要绕这些轴旋转来定向。

本发明提供了一种用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤(a)微载体的识别目的步骤；以及(b)在识别目的步骤之前或其间的定位和定向步骤。按一个实施例记载，识别目的步骤是一个检测步骤，用于检测可识别或被编码的微载体。根据另一个实施例记载，识别目的步骤是一个标记步骤，产生可识别或被编码的微载体。

根据另一个实施例记载，本发明提供了一种用来操作用于识别目的的微载体的方法，其中所述的微载体是一种被编码的微载体，其被该微载体上记录的代码所编码。根据另一个实施例记载，所述微载体由微载体上记录的代码所编码，其通过将微载体暴露于高空间分辨光源。

根据本发明的方法的一个实施例是一种用来操作用于识别目的的微载体群的方法，其中定位和定向步骤进一步包括：

(b.1)将微载体群分配到单层系统中；以及

(b.2)限制微载体的旋转运动。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中步骤b.1的分配形成两维(X，Y)的平面结构。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中步骤b.1的分配形成直线结构。一维结构导致更快的检测。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中分配步骤优选通过在液态、气态或半固态环境中按层流方式转运微载体进行。微载体的转运导致检测装置能有一个固定的位置，这样进一步改善了检测速度和避免检测装置的校准。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中液态环境中的层流方式在毛细管中进行。除了层流方式，其他流动方式也是可能的。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中分配步骤是通过在半液态或液态支持物中定位微载体进行，其中所述的半液态或液态支持物可以具有差别粘度或密度或者由两种或更多具有差别粘度或密度的半液态或液态层构成。然后可将微载体漂浮或定位在支持物上面或中间粘度或密度变化界面处。该定位可随微载体密度改变。微载体的所述分配中没有流动导致检测装置可以是移动的。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由微载体上或其附近的物理、机械、化学或生物学相互作用产生。作为一个例子，化学相互作用可以是任何类型的相互作用如共价的或范德华相互作用。生物学相互作用可通过直接或间接地将微载体连接到支持物或载体上获得，这种连接可通过诸如抗生物素蛋白/生物素、抗体/抗原、抗体/半抗原、受体/配体、糖/凝集素、互补核酸(RNA或DNA，或其复合物)、酶/底物、酶/辅因子、酶/抑制剂和/或免疫球蛋白/葡萄球菌A蛋白的相互作用。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤作为微载体上施加磁场的结果限制了微载体的旋转运动。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤作为微载体上施加电场的结果限制了微载体的旋转运动。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由微载体的非球形结构促成，更特别地是通过微载体的椭圆或圆柱结构。

在第二方面本发明涉及用来操作用于识别目的的微载体的设备，包括用于读取或检测或者识别目的的工具如光学工具、电子工具、物理工具、化学工具和磁学工具，或者标记工具如高空间分辨率光源和用于微载体定位和定向的工具。

在一个实施例中，本发明涉及用来操作用于识别目的的微载体的设备，包括用于识别目的的工具如显微镜或标记工具如高空间分辨率光源和用于微载体定位和定向的工具。

根据本发明的一个实施例是一种设备，其中用于微载体定位和定向的工具包括一个固态支持物和旋转限制工具，该支持物包括大量单独适于容纳至少一个微载体的孔。

根据本发明的一个实施例是一种设备，其中用于微载体的定位和定向的工具包括一个半液态或液态支持物和旋转限制工具。根据另一个实施例记载，所述半液态或液态支持物可以具有差别粘度或密度或者由两种或更多具有差别粘度或密度的半液态或液态层构成。然后微载体可漂浮或定位并定向在支持物上面或中间粘度或密度变化界面处。该定位和定向可随微载体密度改变。

根据本发明的一个实施例是一种设备，其中旋转限制工具由磁场和/或电场提供。

根据本发明的另一个实施例是一种设备，进一步包括适于包含微载体群的可连接到毛细管的贮液池，以及用于提供毛细管中的层流方式的压差工具。

根据本发明的另一个实施例是一种设备，其中进一步提供磁场和/或电场用于限制微载体的旋转。

在本发明的第三个方面，提供了一种用于第一个方面的方法的微载体，该微载体由记录在微载体上的代码所编码。

根据本发明的一个实施例是一种微载体，其中被编码的微载体的特征在于通过将微载体暴露于高空间分辨率光源而记录代码。

根据本发明的一个实施例是一种微载体，其中被编码的微载体的特征在于通过在所述微载体表面上或内部深处沉积材料记录代码。

根据本发明的另一个实施例是一种微载体，其进一步包含净电荷、电偶极矩或磁偶极矩。

微载体同样还可以是高铁、亚铁或顺磁的，或者其具有形状各向异性、质量分布各向异性或这些特征的任意组合。

在讨论微载体如何以一定方式定位和定向的实施例之前，有必要描述本发明的第三方面，即可以使用的微载体的不同类型。

这里所用的“微载体”也称为“微球体”、“小珠”或“微粒”，其涉及一个反应的容积或者一个支持物，其可用诸如在高通量筛选技术和诊断学中常规采用的任何材料制成。例如，微载体可以由固体、半固体或者固体和半固体的组合物制成，并可作为诸如化学和生物学分析及合成的支持物。这些材料的非限制性的例子包括纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、琼脂糖、多孔玻璃、硅胶、聚苯乙烯、溴化聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚酰胺、聚丙烯醛、聚丁二烯、聚己内酯、聚酯、聚乙烯、聚对苯二酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚异戊二烯、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯吡啶、聚苄基氯乙烯、聚乙烯基甲苯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚(乳酸-羟基乙酸共聚物)、聚酸酐、聚原酸酯、聚膦苯、聚膦腈、聚砜、接枝共聚物如聚乙二醇/聚苯乙烯、交联葡聚糖、甲基苯乙烯、聚丙烯、丙烯酸聚合物、顺磁质、碳、石墨、聚碳酸酯、多肽、水凝胶、脂质体、蛋白质样聚合物、二氧化钛、胶乳、树脂、脂、陶瓷、木炭、金属、膨润土、高岭石、橡胶、聚丙烯酰胺、乳胶、硅树脂如聚二甲基联苯硅氧烷、二甲基丙烯酰胺及其类似物或组合物都是可接受的。

优选的材料包括胶乳、聚苯乙烯和交联葡聚糖。微载体也可以是原核或真核细胞或者一些病毒也行。所述微载体可以是任意形状和大小，应适于其编码、定位和定向以及进一步的识别。例如，微载体可以是球形，或者是不必为球状的珠形。微载体可以是诸如圆柱形或椭圆形。当外形为球状时，微载体可以具有例如0.5到300μm的直径。微载体也可以具有1到200μm的直径。所述微载体的适合大小的其他例子可以在10到90μm的范围。

-微载体可以具有净电荷或电偶极矩。

-微载体可以是磁性的或者具有磁偶极矩。

-微载体可以在其外形上具有某些各向异性。例如，微载体可以具有轴对称形状，诸如杆形、椭圆形或圆柱形。

-微载体可以在其质量分布上具有某些各向异性。例如，微粒的一个区域可以密度更大，这样一边比另一边更重。当微载体具有不对称外形时，同样也可由不对称的质量分布来反映其各向异性。

-根据PCT/EP00/03280的教导编码的微载体。

-微载体可以是以上提到的若干或全部特征的组合。

微载体可具有不同的特性诸如光透明性、铁磁性，以及可以具有结合如蛋白质配体的功能性表面基团。微载体也可包括一种或更多种染料如荧光团、发光团及其类似物或者其组合。铁磁性可以通过或者是原位沉积铁磁材料、或者是用含有铁磁小颗粒的聚合物涂布来引入。铁磁材料的例子包括但不限于Cr₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Ni-和Co-的金属、其他金属氧化物和金属。这些化合物可在微载体制备过程中或由后修饰步骤如浸泡或涂布引入。在所述微载体中存在的铁磁材料可在0.1到50％重量浓度的范围、或者0.5到40％浓度的范围、或者例如在1到30％浓度的范围。

根据PCT/EP00/03280的教导记录在微载体上的代码可以是微载体上可被记录和读取的任意几何图形、图案或符号。例如，代码可记录为数字或字母，或者为符号、图片、条形码、环形代码、或者三维代码形式的代码。环形代码类似于条形码，只是用同心圆代替了直线。一个环可以包含例如一个条形同样的信息。代码可以记录在微载体表面上或者微载体的内部深处。例如，代码可以记录在微载体的内部深处，并更优选地在微载体的中央平面。取决于微载体的外形，中央平面可能是记录代码优选的位置，因为它可提供用于记录的最大表面面积。进一步地，对具有弯曲表面的微载体来说，把代码记录在内部深处比在曲面上可能更优越。这是因为在平面上记录和读取代码经常比在曲面上更方便。

代码可记录在微载体上，例如，通过采用高空间分辨率光源诸如激光、灯光，或者发射X-射线、α和β射线、离子束或任意形式电磁辐射的光源。代码也可通过光致变色或化学蚀刻记录在微载体上。记录代码的方便的方法是通过采用高空间分辨率光源，特别是与共聚焦显微镜结合的激光或灯光。代码也可采用上述方法记录在微载体的内部深处。

代码也可通过在所述微载体上面或内部沉积材料来记录。沉积方法的例子包括但不限于激光沉积和电化学沉积。可用于所述沉积的材料的例子包括但不限于任意的有机化合物或材料；任意无机化合物或材料；材料或复合材料的粒状层；任意聚合物材料；晶体或非晶体材料；无定形材料或玻璃；含碳材料例如石墨微粒或碳微管；金属材料如金、银、铜、镍、钯、铂、钴、铑、铱；任意氧族元素的金属化合物；金属氧化物如氧化铜、二氧化钛；金属硫化物、金属硒化物、金属碲化物、金属合金、金属氮化物、金属磷化物、金属锑化物、半导体、半金属。所述材料可以以微粒如微米级小颗粒或纳米级小颗粒的形式沉积。例如，微粒是纳米级小颗粒，就是说，微粒的大小典型地在10nm到1000nm的范围。

微载体的定位和定向技术对于帮助上述记录代码的记录和/或读取是必须的，特别是当这些识别目的步骤是在高通量应用中进行的。微载体定位和定向技术将更好地改进识别目的步骤。

微载体可以包含光敏物质。例如，微载体可包含可漂白物质，微载体上的代码可以以可漂白方式存在于微载体可漂白部分中。微载体可以包含可漂白物质，其在微载体表面上，或者可在微载体内部。本申请提及的微载体“上面”物质的漂白包括在微载体表面的漂白以及在微载体内部深处的漂白。优选的可漂白物质包括可漂白的荧光或电磁辐射吸收物质。微载体可包含可漂白的发光团。可使用的发光团的例子包括荧光剂、磷光剂或闪烁剂。可漂白的化学发光物、生物发光物或彩色物质也可以使用。可漂白物质的不加限制的例子在此列举：3-羟基芘-5，8，10-三磺酸，5-羟色胺，5-羟色胺(5-HT)，Acid Fuhsin，吖啶橙，吖啶红，吖啶黄，吖啶黄素，AFA(吖啶黄素福尔根SITSA)，茜素配位酮，茜素红，别藻蓝蛋白，ACMA，氨基放线菌素D，氨基香豆素，蒽硬脂酸盐，芳基-或杂芳基取代的聚烯烃，Astrazon亮红4G，Astrazon橙R，Astrazon红6B，Astrazon黄7GLL，阿的平，金胺，金基膦，金基膦G，BAO 9(二氨基苯并二唑)，BCECF，黄连素硫酸盐，二苯甲酰胺，BOBO 1，B lancophor FFG溶液，Blancophor SV，Bodipy F1，BOPRO 1，亮硫黄素FF，钙黄绿素蓝，钙黄绿素绿，Calcofluor RW溶液，卡尔科弗卢尔白，Calcophor白ABT溶液，Calcophor白标准溶液，羰花青，喹诺酮，Cascade蓝，Cascade黄，儿茶酚胺，阿的平，Cori膦0，香豆素，香豆素-鬼笔环肽，CY3.18，CY5.18，CY7，Dans(1-二甲基氨基萘-5-磺酸)，Dansa(二氨基萘磺酸)，丹磺酰NH-CH₃，DAPI，二氨基苯氧代二唑(DAO)，二甲基氨基-5-磺酸，二吡咯亚甲基二氟化硼，联苯亮黄素7GGF，多巴胺，曙红，赤藓红ITC，溴化乙啶，丫啶橙，FIF(甲醛诱导荧光)，Flazo橙，Fluo 3，荧光胺，异硫氰酸荧光素(“FITC”)，Fura-2，Genacryl红B，Genacryl黄10GF，Genacryl粉红3G，Gloxanic酸，Granular蓝，血卟啉，Hoechst 33258，Indo-1，Intrawhite Cf液，白色体PAF，白色体SF，白色体WS，丽丝胺罗丹明B200(RD200)，萤光黄CH，萤光黄VS，Magdala红，Marina蓝，Maxilon亮黄素10 GFF，Maxilon亮黄素8 GFF，MPS(甲基绿派洛宁-1，2-二苯乙烯)，光神霉素，NBD胺，尼罗红，硝基苯并二唑，N-(7-硝基苯-2-氧杂-1，3-重氮-4-基)二乙胺(NODD)，去甲肾上腺素，核快速红，核黄素，Nylosan亮黄素E8G，Oregon绿，嗪，噁唑，噁二唑，太平洋蓝，碱性副品红(福尔根)，Phorwite AR液，Phorwite BKL，Phorwite Rev，PhorwiteRPA，碱性染革黄棕3R，酞菁，藻红蛋白，藻红蛋白R，卟啉，樱草灵，碘化丙锭，派洛灵，Pyrozal亮黄素7GF，阿的平芥，罗丹明123，罗丹明5 GLD，罗丹明6G，罗丹明B，罗丹明B 200，罗丹明B extra，罗丹明BB，罗丹明BG，罗丹明WT，玫瑰红，血清素，Sevron亮红2B，Sevron亮红4G，Sevron亮红B，Sevron橙，Sevron黄L，SITS(樱草灵)，SITS(1，2-二苯乙烯异硫代磺酸)，1，2-二苯乙烯，Snarf1，硫代罗丹明B Can C，硫代罗丹明G Extra，四环素，德克萨斯红，噻嗪红R，硫代黄素S，硫代黄素TCN，硫代黄素5，Thiolyte，噻唑橙，Tinopol CBS，TOTO 1，TOTO 3，亮蓝，Ultralite，Uronine B，UvitexSFC，二甲苯橙，XRITC，YO pro 1或者其组合。任选地该可漂白物质将包含能形成稳定荧光产物的官能基团，该荧光产物带有典型地发现于生物分子或聚合物包括活性酯、异硫氰酸酯、胺、肼、卤化物、酸、叠氮化物、马来酰亚胺、醇、丙烯酰胺、卤代乙酰胺、苯酚、硫醇、酸、醛和酮的官能基团。至于微载体中可漂白物质的体积，一个该体积的例子是微载体的0.01立方纳米到0.01立方毫米之间，另一个该体积的例子在1立方纳米到100000立方微米之间，而另一个该体积的例子在10000到10000立方微米之间，另一个该体积的例子在0.01立方微米到1000立方微米之间。可漂白物质应如此选择，当漂白发生时，至少在希望使用微载体和任何必要的代码读取的时期内，代码保留在微载体上。所述代码应至少在使用微载体的分析持续期间得以保持。代码的功能性寿命可从几分钟直到几个月，甚至到几年，这取决于所进行的分析。这样，只要代码保持有用的寿命，一定数量的未漂白分子扩散到已漂白区域是容许的。在下文中所用的术语荧光染料、荧光剂、荧色物或荧光团可互换使用并具有同样的含义。

微载体上漂白的代码也可在微载体的漂白区域中被记录为具有不同强度的荧光或色彩。例如，漂白编码可包含几种不同的漂白程度，从而整体上在漂白区域中具有几种不同强度的荧光。这样，微载体不但可通过微载体上漂白的几何图形的图案编码，也可通过在图案中使用不同的荧光强度来编码。

代码可通过使用扫描显微光解技术(“SCAMP”)记录在微载体上。SCAMP的技术特征首先描述于P.Wedekind等人，“扫描显微光解技术：一种新的基于扫描激光束和共聚焦成像的快速强度调整的光致漂白技术”，Journal of Microscopy，vol.176，pp.23-32(1994)，其内容在此引入作为参考。光致漂白是一种与褪色有关的公知现象，其由于某种波长的光照射特定色素引起色素分子共振并最终分解的事实。这也是荧光分子被特定波长的强激光束激发时经常趋于漂白的原因。代码可使用常规(非扫描)光镜来光致漂白，其中固定(激光)光束在漂白过程中聚焦于样品上。(激光)光束在漂白过程中的固定位置导致被光致漂白的区域具有圆形的几何图形。尽管非扫描光镜在技术上产生一个直径2μm或更小的辐射区域，但是漂白点经常发生归因于固定激光束的扩大。这就产生了大的圆形漂白点，其直径从1μm到35μm，典型地从10μm到20μm，或者甚至更大例如15μm-35μm。激光扫描显微镜的使用开辟了新的显微光解方法的使用机会。光解技术、光束扫描和共聚焦显微镜的组合导致了SCAMP的发展。在SCAMP中，漂白发生在扫描样品的过程中，其通过使用光强调节仪器如声光调节器(“AOM”)在低的监视状态和高的光致漂白状态的激光强度水平之间切换进行。扫描中漂白和使用AOM的结合产生相当短的漂白脉冲，防止了常规显微光解中由于长时间光致漂白和固定激光束而发生的漂白点扩大。SCAMP允许在使用的物镜的分辨率极限的漂白点。

在微载体上记录代码也可涉及漂白微载体而产生不同水平光强的漂白代码。除了传递代码图案本身的信息，也可以通过漂白图案中不同的光强传递信息。用不同光强编码微载体的能力可以允许微载体上更小的代码，从而节省空间，但仍然传递了编码微载体的同样数量或者更多的独特标志符。作为一个例子，在小珠中漂白四种不同光强是可能的。这可以通过许多方式完成，例如，通过在小珠的一些部位相对于其他部位重复漂白，或者通过消耗不同水平的声能于AOM来产生大量不同的激光能，在用于编码每个部分的激光能的基础上将产生具有不同光强的漂白图案。

代码也可通过光致变色记录。关注的光致变色材料在电磁辐射诱导的光吸收中发生不可逆的变化，大多数普通应用涉及暴露于可见光或紫外光，色彩或透明性不可逆的变化。作为一种变化，这经常可以在可见光谱(400-700nm)范围看见，它可以是快速的或者非常缓慢的。然后代码可用聚焦的紫外光记录在包含光致变色染料的小珠内部。有两种主要类型的光致变色材料，无机的和有机的。无机类型的例子是卤化银。有机光致变色系统可根据反应类型细分。光致变色化合物可溶于普通有机溶剂如正己烷、甲苯和DMSO。非限制性的例子是使用高达99％浓度的在聚苯乙烯中的分散液。所述化合物在低的和高的pH中也是稳定的，并在广的温度范围内是稳定的。关注的光致变色化合物是不可逆的，其颜色变化在不再光照时也不被逆转。大多数关注的化合物是热不可逆的，也就是说，它们在室温也不会变回最初的无色状态。有利的光致变色染料是不能被漂白回到初始状态的那些。有影响的光致变色化合物的非限制性的例子包括带有杂环芳基如呋喃、吲哚、噻吩、硒代吩、噻唑芳基的二芳基乙烯衍生物，所述化合物的单体或多聚体形式及其类似物。化合物的例子包括1，2-双氰-1，2-双(2，4，5-三甲基噻吩-3-基)乙烯，2，3-双(2，4，5-三甲基噻吩-3-基)马来酸酐，1，2-双(2，4-二甲基-5-苯基噻吩-3-基)全氟环戊烯，1，2-双(3-甲基-2-噻吩基)全氟环戊烯，1，2-双(2-二甲基-5-苯基噻吩-3-基)全氟环戊烯，1，2-双(2-甲基-3-噻吩基)全氟环戊烯，1，2-双(2，5-二甲基-3-噻吩基)全氟环戊烯，2-(1-辛基-2-甲基-3-吲哚基)-3-(2，3，5-三甲基-3-噻吩基)马来酸酐，2-(2’-甲氧基苯并[b]噻吩-3-基)-3-(2-二甲基-3-吲哚基)马来酸酐，1，2-双(2-甲基-5-苯基-3-噻吩基)全氟环戊烯，1，2-双(2，4-二甲基-5-苯基-3-噻吩基)全氟环戊烯，1，2-双(2-甲基-6-硝基-1-苯并噻吩3-基)全氟环戊烯，1，2-双(2-甲氧基-5-苯基-3-噻吩基)全氟环戊烯及其类似物。光致变色化合物可按0.1到100％范围的量加入微球体。在另一个实施例中，光致变色化合物可按0.1到80％范围的量加入微球体。而在另一个实施例中，光致变色化合物可按0.1到50％范围的量加入微球体。光致变色化合物也可按1到3％范围的量加入。光致变色可能比荧光染料漂白更快以及更容易控制，因为着色通常与伴随能量成线性关系。读取简化了，因为拍摄显示在透明背景上的代码的照片就足够了。另一方面，由局部漂白记录在荧光珠上的图案需要共聚焦显微镜来检测。通过光致变色每秒编码上万个微载体是可能的。

用于记录代码的其他方法也可以使用，比如通过改变折射率或者通过选择性光谱的光致漂白来记录代码。在光谱光致漂白的情况下，微载体可包含一种或更多不同染料，每种染料具有独特的光谱特征，其中一种或更多种的这些染料可以在不同的光强下漂白。

此外，微载体可以是官能化的，即所述微载体可包含一种或更多配体或官能单元结合到微载体表面。广谱化学和生物学官能体可作为配体连接到所述微载体。这些官能体包括所有通常用于高通量筛选技术和诊断学的功能体。配体的选择随目标被分析物的不同而变化。配体可以是例如一个有机实体，诸如单个分子或分子集合。官能化的例子包括经常是通过连接体连接到抗体或抗体片断、寡核苷酸或可检测标记。在一些实施例中，微载体可具有多个官能体。如这里所用的，术语官能单元打算定义任何修饰、结合、附着、涂布或者共价或非共价连接微载体表面的类型。如这里定义的，官能化包括用有机的、无机的、有机金属的或合成物的单层、多层、膜、多聚体、玻璃、陶瓷、金属、半金属、半导体、金属氧化物、氧族元素的金属化合物或者其组合以共价或非共价方式修饰、衍生或涂布微载体表面的任何修饰。虽然这些官能化通常大多发生在微载体外表面，但也可以发生在微载体内部表面，这在多孔或中空微载体的情况下是可能的。用于微载体结合配体的目标被分析物的例子包括抗原、抗体、受体、半抗原、酶、蛋白质、肽、核酸、药物、激素、病原体、毒素或任意的其他关注的化学制品或分子。配体或官能单元可通过常规用于连接配体到微载体的一般方法连接到微载体，包括通过共价连接方法以及通过直接连接或通过连接体的连接。此外，微载体可进一步以多种方式官能化，以允许初始反应物与无机或有机官能团连接，官能团包括但不限于酸、胺、巯基、醚、酯、硫酯、硫醚、氨基甲酸、酰胺、硫代碳酸、二硫代碳酸、亚胺、烯、烷、炔、芳基、醇、杂环、氰酸、异氰酸、腈、异腈、异硫氰酸和有机氰或其组合；任意无机配位络合物，包括但不限于2-，3-，4-，5-，6-，7-，8-和9-配位络合物；任意有机金属络合物，包括但不限于包含一个或更多金属-碳，金属-硅或金属-氮键的种类。

在另一个实施例中，微载体的官能单元或官能化包括一个可分离的标记。可分离标记是可用于检测、识别、调查、跟踪、定位、位置三角测量和/或定量的任何种类。这些测量可基于以下性质完成：一个和/或更多光子的吸收、发射、产生和/或散射；一个和/或更多粒子的吸收、发射、产生和/或散射；质量；电荷；感应或非感应电化学性质；电子亲和性；质子亲和性；中子亲和性；或者任意其他物理或化学性质，包括但不限于溶解性、极性、熔点、沸点、三相点、偶极矩、磁矩、大小、外形、酸性、碱性、等电点、扩散系数、或沉淀系数。该分子标记可通过这些性质的一种或任意组合来检测或识别。

本发明进一步涉及用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤

a)定位并定向所述微载体，以及

b)通过在其上记录代码来编码所述微载体，

c)在所述微载体上面或内部进行目标被分析物的反应，

d)定位并定向所述微载体，以及

e)识别所述微载体，

其中步骤(c)也可在步骤a)之前进行。

所述方法也可方便地包括一个步骤，其中选择性地识别在其上发生了特别关注的目标被分析物的反应的微载体。例如，具有关注的目标被分析物反应的微载体可从其他微载体中分离，这些微载体随后可进行上面方法的步骤d)和e)。

根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由所述微载体上面或附近的物理的、机械的、化学的或生物学的相互作用产生。根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由施加在微载体上的磁场限制微载体的旋转运动。根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由施加在微载体上的电场或磁场限制微载体的旋转运动。根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由微载体的非球状结构产生，更特别地是由微载体的椭圆或圆柱结构产生。根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由微载体质量分布的各向异性产生。在这种情况下，可能得到重力方式和离心方式的轴向定位和定向。根据本发明的另一个实施例是一种方法，其中定位和定向步骤由上述特征的一种或多种的组合产生。例如，磁力和外形各向异性的组合，磁力和重量各向异性的组合。

根据另一个实施例记载，定位和定向步骤可发生在流式细胞仪的流动池中。这里使用的术语流式细胞仪用于任何形成流体中的单列粒子流并测量来自粒子的荧光的仪器。样品流体可被限制在窄的流动通道中或者通过流体力学集中在具鞘流体中。例如，为定位和定向流体中的粒子，利用流体力学原理集中在所谓的具鞘流动池中是可能的。包含粒子的样品流体可被注射入更快的周围流体、具鞘流体的中心，渐缩喷嘴的前面。当液体通过汇聚点进入观察区时，样品流体被加速、冲出并居中通过观察系统的焦点。流体可以是空气、水、溶剂、缓冲液及类似物。可以使用不同类型的流动池，非限制性的例子在此列举：带有可用于检测荧光、散射或消光的封闭光室的池，使用开口流动池的分解流体为带电小滴的粒子分选器，该小滴可被电场偏转进入容器并根据例如荧光信号分选粒子，在流动室中具有不对称喷嘴或不对称阻塞物来定向非球状粒子到光轴上的流动池。另一个例子包括描述于美国专利No.5,690,895的流动池设备，在此引入作为参考。

根据另一个实施例记载，定位和定向步骤也可通过微载体的双向电泳锁定而发生。悬浮在液体中的介电粒子如聚苯乙烯微载体可通过微电极室中的高频电场操作。例如，微载体可用许多电极引入特别设计的流动池中；通过改变电场的振幅、频率和相位，微载体可被定位和定向。

根据另一个实施例记载，定位和定向步骤也可发生在半液态或液态支持物中，其中所述半液态或液态支持物可具有不同的粘度或密度或者由具有不同粘度或密度的两种或更多半液态或液态层构成。随后微载体可漂浮或定位在支持物上面或内部粘度改变的界面。定位和定向可随微载体密度而变化。微载体的所述分布的不流动性导致检测装置可以是运动的。

根据另一个实施例记载，定位和定向步骤也可通过这样发生，例如：在强聚焦激光束中捕获微载体，即所谓的“激光光镊”。定位和定向步骤也可用声波如超声阱产生，其中微载体在液体驻波中捕获。一种通常用于以紫外激光改变粒子外形的“微型车床”也可用来定位和定向用于识别步骤的微载体。

根据另一个实施例记载，其中定位和定向步骤也可由上述定位和定向方法的两种或多种的组合产生。

根据一个实施例记载，编码步骤可按上述的微载体描述进行。这样，编码方法可选自这些组，包括光致变色、化学蚀刻、材料沉积、光致漂白、或暴露所述微载体于高空间分辨率光源如紫外激光。根据另一个实施例记载，编码步骤通过光致变色进行。根据另一个实施例记载，编码步骤通过光致漂白进行。

根据一个实施例记载，编码包括在微载体上记录代码，其中代码通过微载体内部或其外表面上造成的空间调整产生。根据另一个实施例记载，所述空间调整是位于微载体内部或表面上的有限数量的独特容量元件的已知排列。根据另一个实施例记载，所述空间调整可通过一个或多个步骤产生，包括(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，或(iv)保持一个单独容量元件不变，或者这些步骤的组合。

根据一个实施例记载，目标被分析物反应步骤包括把包含所述被分析物的溶液与一种组合物接触，该组合物包含与结合到被编码微载体或微载体上的所述被分析物相互作用的分子、物质或材料，并在识别步骤中进一步检测是否发生反应。所述步骤也包括容许目标被分析物反应用于气态、蒸汽、半液体或固相中的被分析物。

根据另一个实施例记载，本发明涉及一种方法，其中识别步骤通过任意的探询式物理或化学方法进行，包括但不限于电磁方法、磁方法、光方法、光谱测定方法、分光镜方法和机械方法。识别步骤涉及编码在微载体中信息的翻译，也可称为“探询步骤”或“读取步骤”或“区分步骤”。识别步骤可用识别方法进行，包括但不限于光学检查方法，数字(CCD)照相机，摄影机，照相软片，或通用仪器如激光扫描仪器、荧光计、照度计、光电二极管、量子计数器、平板阅读机、表面荧光显微镜、扫描显微镜、共聚焦显微镜、毛细管电泳探测器，或者通过其他放大信号的方法如光电倍增管或其他能够检测荧光信号的存在、位置、强度、激发和发射光谱、荧光偏振、荧光寿命和其他物理性质的光探测器。

在另一个实施例中，识别步骤用光识别方法进行。如果代码在微载体表面上，或者在微载体内部深处但微载体足够透明，那么代码的读取可用普通显微镜进行。代码的读取也可用共聚焦显微镜、透射显微镜或荧光显微镜进行。特别地，代码的读取可通过将微载体悬浮在水环境中，将微载体置于两层玻璃板间或者将它们置于微细管中，并通过显微镜或共聚焦显微镜观察代码。也可用激光束扫描仪器进行读取。也可在流动池中进行读取。在流式细胞仪领域中，大量的光源和光探测器是公知的。

根据另一个实施例记载，在识别步骤过程中，微载体可在单个池中被3D-定位，所有的微载体以这样的方式连续通过识别工具的固定扫描束。如果微载体自己通过扫描束，读取速度也可增加。在这种情况下，限制因素将是探测器的响应时间和解码运算规则所需的时间。例如，池可按螺旋方式定位在线性增加半径的圆盘上。因此，圆盘只需以恒定角速度旋转，在此过程中，扫描仪以恒定速度沿半径方向移动，微载体将一个接一个通过扫描束。

所述方法也可用于进行目标被分析物试验。目标被分析物试验的例子包括但不限于DNA杂交，基于酶的分析，免疫分析，组合化学分析，在样品中进行筛选某些化合物的分析，以及从这些样品中检测和分离化合物的分析。

本发明进一步涉及一种编码微载体的方法，其中的编码包括在微载体上记录代码，该代码由微载体内部或其外表面造成的空间调整产生。根据一个实施例记载，所述空间调整是位于微载体内部或表面上的有限数量的独特容量元件的已知排列。根据另一个实施例记载，所述空间调整是位于微载体内部或表面上的有限数量的独特容量元件的已知排列。根据另一个实施例记载，所述空间调整可通过一个或多个步骤产生，包括(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，或(iv)保持一个单独容量元件不变，或者这些步骤的组合。

本发明进一步涉及一种可通过上述方法获得的被编码的微载体，其中所述微载体上的代码由微载体内部或其外表面造成的空间调整产生。根据一个实施例记载，所述空间调整是位于微载体内部或表面上的有限数量的独特容量元件的已知排列。根据另一个实施例记载，所述空间调整是位于微载体内部或表面上的有限数量的独特容量元件的已知排列。根据另一个实施例记载，所述空间调整可通过一个或多个步骤产生，包括(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，或(iv)保持一个单独容量元件不变，或者这些步骤的组合。

本发明进一步涉及如这里描述的微载体在高通量筛选分析中的应用。该分析可包括例如检测样品中一种或更多目标被分析物存在或不存在。所述分析可包括将微载体结合的配体与至少一种被分析物接触，检测该被分析物是否与配体反应或结合，并读取其上发生任何反应或结合的任何微载体的代码。所述分析可包括选择与一种或多种被分析物结合或反应的一种或多种配体，结合配体到大量微载体上，关联配体与配体结合的微载体上的代码，将一种或多种被分析物与配体结合的微载体接触，观察任何微载体上被分析物与微载体结合的配体是否结合或反应，并读取微载体上的代码来识别与一种或多种被分析物反应的任何配体。使用被编码的微载体的所述高通量筛选分析可在水、溶剂、缓冲液或任何生物流体中进行，包括分离的或未滤过的生物流体如尿、脑脊髓液、胸膜液、滑液、腹膜液、羊水、胃液、血液、血清、血浆、淋巴液、间质液、组织匀浆、细胞提取物、唾液、痰、粪便、生理分泌物、泪液、粘液、汗液、乳汁、精液、阴道分泌物，来自溃疡和其他表面出疹、水泡和脓肿的液体，以及组织提取物包括正常的、恶性的和可疑的组织活体切片或者任何可能包含所关注的被分析物的身体成分。其他类似的样本如细胞或组织培养液或者培养肉汤也是所关注的。可选择地，样品是从环境来源获得的，如土壤、水或空气；或者来自工业来源如获自于废气、水源、补给线或者批量生产线。工业来源也包括发酵培养基如来自生物反应器或食品发酵过程如酿造；或者食品如肉类、野味、农产品或奶制品。测试样品在使用前可加以预处理，如从血液中制备血浆、稀释粘液或者类似的处理；处理方法可涉及过滤、蒸馏、浓缩、抑制化合物失活以及添加反应物。

本发明进一步包括一个报告，包含从上述高通量分析获得的信息。

本发明进一步涉及一种制备上述被编码微载体的方法，包括在所述微载体上记录代码的步骤。记录所述代码的方法的例子包括光致变色、化学蚀刻、材料沉积、光致漂白或暴露所述微载体于高空间分辨率光源。根据一个实施例记载，所述代码通过光致变色记录。根据另一个实施例记载，所述代码通过光致漂白记录。

根据另一方面，本发明涉及一种用于监控以这里描述的微载体进行的高通量目标被分析物分析的计算机，所述计算机被连接到上述仪器上。

根据一个实施例记载，本发明进一步涉及一种用于高通量目标被分析物分析的装置，包括用于监控所述分析的计算机和上述设备。该装置可包括一个微阵列和一个识别工具。识别工具的例子包括但不限于光学工具、电子工具、物理工具、化学工具和磁学工具。微阵列通常包括大量不同的元件。理论上仅需一种元件，但可多至10⁵。虽然元件数量通常不超过10⁵，但所用的单独被编码的微载体数量实质上可更大。

微阵列中的被编码微载体可按磁道排列。磁头可设定于定义的位点，以便能快速检测特定的相互作用。特别是，具有磁道上的磁头定义位点的圆形磁道的磁盘，这样正信号可以与由磁头提供的信息相比进行解析。圆形磁道优选同心的，并具有5到5000μm范围的横截面，或者例如100到1000μm的范围，或者从500到2000μm。可以进行各种修饰，例如预先制备片段，其可随后连到磁盘进行分析。

当结合附图时，由下面的描述将更容易理解本发明的上述目标、特征和优势，其中图1-3是横截面视图。

图1显示具有来自内部磁材料的磁偶极矩的球形微载体。线圈产生的磁场控制微载体的位置并同时将其定向。当将磁材料如图示置于微载体中心外时，就会由于重力和磁力吸引而获得完整的3D-定向。

图2显示具有磁偶极矩的球形微载体靠流体流动以速度v转运通过毛细管。准备了两个线圈来诱导平行于毛细管的磁场。在磁场外，微载体将由于流体的摩擦而旋转。在线圈内，磁场将设法使偶极矩排列成与其反平行，这样就消除了沿粒子运动方向的旋转。

图3显示毛细管系统的示意图，其用于用共聚焦显微镜检测毛细管内以层流运送的微载体的定位。

图4显示在毛细管内部流动的一个粒子的共聚焦照片。右边的箭头表示毛细管的内部尺寸：80μm。毛细管和水是全暗的，因为它们不发射荧光。视野为0.92mm×0.10mm。一个粒子看起来是一组三条分离的直线而不是一个实际的盘，这是因为粒子的速度和拍摄共聚焦照片的特殊方式。

由于图4是全部时间序列照片之一，图4的粒子实际可在图5的同样位置发现，因为图5将所有时间序列照片合并成一张照片。在图5中很清楚，该粒子在被层流转运通过毛细管时确实有一定的位置(压力约0.05大气压，其中可为这里所引述的正负15％)。粒子沿着一条距毛细管壁固定距离的直线(这条直线看起来是倾斜的，但那是因为毛细管本身在视野中的定位方式)。

图5显示时间序列的所有单独照片的一张复合照片，其中显示了在那个时间间隔中通过的所有粒子(压力约0.05大气压)。很清楚地，所有粒子沿着一条距毛细管壁固定距离(但不在中心)的直线移动。

图6和7也显示了来自两个不同时间序列的复合照片。图6显示了同一定位下更高压力(约0.1大气压)下的一张复合照片。图7显示了同一定位下更高压力(约0.15大气压)下的一张复合照片。图5，6和7之间的唯一区别是施加的压力(分别约0.05，0.1和0.15大气压)以及因而产生的流速。因此在更高压力下的定位也是有效的。

图8显示涂布有铁磁CrO₂粒子的40μm绿色荧光微球体的顶部共聚焦照片。

图9显示涂布有铁磁粒子的40μm绿色荧光的中央平面共聚焦照片。

图10显示在涂布有铁磁粒子的中央平面进行漂白的简单图案的共聚焦照片。

图11显示28μm光致变色微球体(在紫外光照射前)用红光在透射光模式下的共聚焦照片。显微镜聚焦在中央平面。

图12显示在所述微球体中进行3μm²的光致变色后微球体的透射照片。

图13显示完全变色并透明的微球体的透射照片。

图14显示三个“点代码”微球体的共聚焦照片(左)和通过中间的代码测定的标准强度图(右)。沿着照片轴的每个刻度是2μm。

图15显示在DMSO中光致漂白的微球体的共聚焦照片(左)。右边的第二幅照片是3小时后拍摄的。

图16显示在包含两种不同密度的液体或半液体的支持物中的铁磁微载体的示意图。准备两个线圈来诱导磁场。在线圈中，磁场设法使偶极矩排列成与其反平行，如此按特定的方式定位并定向微载体。

图17显示包含带有快速光学转换开关的强激光结合的共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)的设备示意图。所用的光源是Spectra PhysicsStabilite 2017氩离子激光器，调整到单一波长如488nm。AOM使激光被衍射为多束。一级光束随后被连接到光纤。AOM由PC和专用软件控制，在两个水平的一级光束强度之间转换：弱成像光束和强漂白光束。光纤末端连接到“双光纤连接器”以便从光纤出来的光可以与来自另一个激光器(但不在漂白实验中使用)的光复合。最后光进入共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)并聚焦在样品上。漂白图案可在专用软件中设计。当通过在光栅模式下扫描激光进行拍照时，专用软件控制光学转换开关在一种方式，以使低能和高能激光按设计的模式到达样品。

图18显示漂白条形码的共聚焦照片，使用三种宽度和两种光强水平，在中央平面为45μm的聚苯乙烯荧光微球体中。

图19显示聚苯乙烯荧光微球体中央平面的漂白条形码的共聚焦照片，其使用8种不同的光强水平(左)，以及通过中间的代码测定的标准强度图(右)。

图20显示微球体的两种共聚焦照片，其中漂白不同几何形状如字母或数字的条形码。

图21显示在流动池中流动的40μm铁磁荧光珠的照片。

图22显示一种圆柱形对称的小珠，其中代码记录在绕Z’轴的圆周上，具有一个对照图案来指示代码的起点。

图23显示一种球形小珠，其中代码沿所述小珠的对称轴记录。

图24显示磁珠流过毛细管并通过激光束焦点。带有电流的线圈产生磁场并沿运动方向定向小珠。

图25显示使用4种不同光强的编码方案的例子，每种光强用一种颜色和数字0到3表示。该编码方案有28个符号，由26个罗马字母和两个额外的标点符号象征性表示。每个符号包括4种编码元件(即4种可能的光强(或颜色))，附加条件是没有两种相同的元件互相紧跟，即使是两种符号相邻也不行。

图26显示由线圈产生的可变磁场B环绕的毛细管以及包含一种具有诱导磁场B’的封闭导体的小珠，当磁场B增强时，对应产生磁场B’。

图27显示包含封闭导体的小珠，其在置于两块磁板之间的毛细管中流动，并施加垂直于流动方向的磁场。

图28显示实验装置的示意图，其中一个包含铁磁绿色荧光微球体悬液的贮液池置于连接到倒置显微镜的Bio-Rad MRC1024共聚焦显微镜上，以便能够使用Nikon 60×水浸物镜通过底部显微镜载物片观察小珠。微球体用488nm激光束照射。微球体由位于贮液池20cm处的强永磁铁诱导的外磁场B定向。

图29显示铁磁微球体照片，其中在所述微球体中央平面有一漂白箭头。在图(a)中，微球体在磁铁的外磁场中定向。在图(b-i)中，微球体在第二个移动外磁场中定向。在图(j-1)中，微球体在取消第二磁铁后回复到初始定向。

图30显示铁磁微球体照片，其中在所述微球体中央平面有一漂白箭头。在图(a)中，微球体在磁铁的外磁场中定向。在图(b-j)中，同一磁场用于将微球体绕贮液池旋转360°并回到其准确的初始位置。图j显示微球体由于相当强的多聚体-玻璃相互作用而未回到其初始定向。在图(k-1)中，微球体通过快速移动贮液池附近的第二磁场而被松开，并观察到其立即回到初始定向。

图31：图(a，b，i，j)显示流动在显微镜物镜前的微载体的示意视场。图(a，i)显示微载体进入聚焦激光束读取/记录代码之前的视场。图(b，j)显示微载体在聚焦位置的视场。图(c，d，e，f，g，h)显示置于流动池前面的显微镜物镜的侧视图。图(c)显示读取/记录激光束焦点沿微载体对称轴扫描的情形。图(f)显示读取/记录激光束焦点在微载体对称轴下面扫描的情形。图(d，g)显示由辅助激光束照射微载体而在所述微载体的另一边上产生阴影效果的情形。

为使本领域技术人员更好理解本发明的实施，以举例但不限制的方式在下面给出本发明的实施例。

1.用固体支持物定位和定向微载体的实施例

使用上述优选的微载体，公开两个定位和定向微载体的优选实施例。第一，微载体通过固体支持物聚集和转运，以及在第二个实施例中，微载体通过液态或半固态介质转运。

固体支持物具有孔，其形状使微载体只能按一种特定的或限制的方式与其配合，从而获得确定的定向。孔可以是磁性的，以便将磁性微载体控制在位置上并按一定的方式将其定向。在图1中给出一种结构作为例子。其他可能性是固体支持物与微载体之间的化学和/或生物学相互作用。

在固体支持物中的孔可进一步具有真空槽，以便保持微载体的位置。支持物可以是平坦的以及磁性的和/或带电的，只要需要聚集磁/电微载体。微载体可以是上述可能性的结合。上述孔可按一定的方式排列在固体支持物上，如排成一行、2D排列、螺旋排列、同心圆排列等。

孔也可具有非球形的形状如圆锥形或椭圆形，以便非球形的微载体能以特殊定向位于孔中。

2.使用诸如流体流动的转运方法来定位和定向微载体的实施例

微载体可通过流体转运流过通道，例如毛细管。在文献(参考文献1-6)中，理论上显示，通过2D计算机模拟，球形或椭圆形粒子在流过通道时将定位在一定的深度。理论上也显示，椭圆形粒子将具有依赖于精确环境的定向。具有合适的椭圆率的椭圆形粒子在合适直径的毛细管中流动时，将可能定位在中心线上或附近，其长轴平行于流动方向。在这种方式下，剩余的唯一运动自由度是绕其长轴的旋转。

下一段落详细说明本发明方法的优选实施例，其中微载体的定位和定向通过流体流动获得。

如果椭圆形粒子额外具有垂直于其长轴的偶极矩，当在垂直于流动方向上施加电场或磁场时，绕该轴的旋转自由度也可被消除。

如果在流体中转运球形微载体，通常它将旋转。使用具有磁或电偶极矩的微载体并施加合适的磁/电场可消除这种旋转。在图2中举例说明了这一点。具有磁偶极矩的球形微载体由流体转运通过毛细管。由于其相对于流体的运动，旋转力将作用在载体上。当载体通过两个线圈之间的区域时，作用在偶极矩上的磁力将补偿旋转力并设法以图示那样定位微载体(偶极矩反平行于磁场B)。这样球形微载体由流动定位并由磁场定向，仅剩余绕其偶极轴的旋转自由度。

上述情形可额外具有不对称的质量分布，以便消除由重力或离心力产生的最后的旋转自由度。

球形微载体在流体如水中流动通过毛细管的定位的实验观察。

以共聚焦显微镜为检测装置，发明人观察了粒子在毛细管内的层流中的运动。

使用悬浮在蒸馏水中的直径15μm的球形荧光标记的聚苯乙烯微粒(在此第一部分实验中不是磁性的)，由能容易观察到这种荧光粒子的共聚焦显微镜拍照。

制造适于装配在共聚焦显微镜上的毛细管系统。毛细管本身由玻璃制成并具有正方形的外形。内部尺寸是80μm×80μm，外部尺寸为180μm×180μm。在图3中显示示意的这种装置。毛细管两端连接到贮液池。悬浮微粒可被引入该贮液池中。一个恒定的压力施加在贮液池上，以使悬浮液流到另一边。优选使用低压(＜0.2大气压)以在毛细管中产生层流。

粒子在通过扫描激光共聚焦显微镜的物镜时被拍照。在此第一部分实验中不使用电或磁场。使用的物镜具有0.45的镜口率和十倍放大率。使用这种镜头以有一个大的视场。

当粒子在流动时，在一定的时间间隔期间，典型地约1分钟拍摄照片，这样就获得一个时间序列。然后这些照片被一起合并成一张照片，显示在那个时间间隔期间通过的所有粒子。以这种方式，就能发现微载体是否沿同一路径流动。

这些实验显示，粒子在被毛细管内的层流转运时，确实沿一条不变的路径定位，正如由计算机进行2D模拟所预测的那样。当然需要更多的更高分辨率的试验来测试可能的波动大小。需要更多的实验来观察改变粒子大小的效应。

在进一步的实验中，在前述装置中使用具有磁偶极矩的微载体，并在转运微载体上施加由Helmholz结构的两个线圈产生的磁场B(图3)。磁场平行于毛细管延伸。如在图2中说明的那样观察旋转限制。

这些实验证明，本发明的方法能提供一种适用于识别目的的微载体的特殊定位。

3.磁性微载体的实施例

使用由铁磁涂料(CrO₂)涂布的40μm绿色荧光微球体。正如前面所说明的，铁磁微球体或微载体是使用平行于流动方向的外磁场来获得流体流动中的正确定向的基本候选者。这个实验确定了所述微载体是否足够透明以“看见”中央平面并通过诸如光致漂白在内部记录代码图案。

在该实验中，铁磁微球体悬浮在去离子水中，沉积在显微镜载物片上，并以盖玻片覆盖。然后粒子用Bio-Rad MRC1024共聚焦显微镜拍照。所用的物镜为Nikon Plan Apochromat 60×放大率的1.4水浸镜头。激发微球体绿色荧光的光源是调节为488nm信道的SpectraPhysics Stabilite 2017氩离子激光器。

图8显示从铁磁涂布的微球体上面聚焦的共聚焦照片。可以发现，涂层包括沉积在微球体表面上的亚微型CrO₂粒子层。由于CrO₂粒子是不发荧光并不透明的，因此它们显示为相对于明亮的荧光微球体的暗斑。

为评估铁磁粒子涂布的微球体的透明性，拍摄了一些微球体中央平面的共聚焦照片(图9)。中央平面被拍摄得非常清晰，表明涂布的微球体仍是透明的。与未涂布的微球体相比，记录的中央平面的荧光信号不够均匀。

其次，评估了铁磁涂布的微球体通过漂白进行编码。显微镜聚焦在被涂布微球体中央平面上，带有基本几何形状的漂白图案使用特别设计用于漂白实验的专用软件绘制。样品中的光能约20mW。漂白图案的几何形状在这个实验中不重要，因为实验的唯一目的是检验被涂布粒子是否仍然可被漂白。图10显示，图案可容易地记录在被涂布微球体内部。

最后，40μm绿色荧光聚苯乙烯微球体用铁磁CrO₂粒子涂布。尽管那些铁磁粒子是不透明的，但被涂布微球体被证明仍然是透明的。与未涂布粒子相比，其记录的荧光不够均匀，因为微球体表面的铁磁粒子阻挡了部分光路。然而，可改变铁磁粒子的浓度以改善记录荧光的均匀性。最低浓度可由将流过定位设备的微载体定向所需的磁力来确定。铁磁微球体可通过在中央平面漂白一个图案而容易地编码。

4.光致变色微载体的实施例

通过光致漂白编码的替代方法是通过光致变色编码。在聚苯乙烯微球体上加入光致变色化合物1，2-双(2-甲氧基-5-苯基-3-噻吩基)全氟环戊烯(Extraordinary Low Cycloreversion Quantum Yieldsof Photochromic Diarylethenes with Methoxy Substituents，Shibata K，Kobatake S，Irie M，Chem.Lett.(2001)，vol.7，618-619)，该化合物在可见光范围没有初始光吸收，但在紫外光照射后产生一个吸收带，从约450nm延伸到750nm，在600nm附近有最大吸收。因此，加入化合物的微球体最初是透明的，经紫外光照射而变蓝。

通过光致变色编码微球体被认为是光致漂白编码的替代方法，这主要是因为其使得读取代码更容易并对定位设备的精确性要求不是那么严格。实际上，当使用漂白的代码时，可得到一个完全发荧光的微载体，其中只有一个小区域没有信号。因此，所述被编码的微球体的识别需要使用共聚焦显微镜，也要求将漂白代码的平面精确地置于焦点。当通过光致变色编码时，可获得一个完全透明的微载体，其中记录了一个带色的图案。这更容易检测，因而不需要共聚焦显微镜，标准光镜就足够了。此外，使用同样的激光能，光致变色的过程比光致漂白快。

在这个例子中，聚苯乙烯微球体中加入光致变色化合物。随后，首次尝试在光致变色微球体内部记录图案。

所有实验在暗室条件下进行。在空白的透明28μm聚苯乙烯微球体中(5％交联度)加入光致变色化合物1，2-双(2-甲氧基-5-苯基-3-噻吩基)全氟环戊烯。首先，5mg的干燥微球体悬浮在2％(w/v)的CH₂C₁₂中的光致变色化合物溶液中，孵育过夜。然后悬浮液在12000rpm离心5分钟。离心后，去除下层液体，分离漂浮的球体。然后球体悬浮在去离子水中，置于显微镜载物片上，在显微镜下观察。

显微镜按实施例3中所述安装。进一步用coherent Enterprise激光使微球体变色(357nm紫外线)，用Bio-Rad氩/氪激光在647nm拍照微球体。使用红光是因为其被蓝区吸收而产生灰度照片，其中蓝区是暗的而透明区是亮的。照片使用透射光检测仪以透射光模式记录。

为设计编码图案，用紫外光扫描微球体部分区域，其通过放大那个区域并进行常规照片扫描。这就产生一个记录框(见下文)。图11显示一个用红色激光线(647nm)在透射光模式下拍摄的28μm光致变色微球体。在此阶段，微球体未暴露于紫外光。沿着边缘的暗化是由于悬浮在水(折射率1.33)中的球形微球体(折射率1.59)的透镜效应。

在放大微球体中央平面的一个小区域(3×3μm)后，用357nm紫外线以0.5mW进行扫描。然后用红色激光线拍照(图12)。一个暗框清晰可见，这表明微球体中成功地加入了光致变色染料，其在紫外光照射时变蓝。与透明环境相比，蓝框仅透过50％的红光。如图12所示，经紫外光照射，微球体变得比紫外照射前(图11)更暗了。为了比较，图13显示了两个微球体，一个在紫外照射后完全变色(暗球)而第二个未暴露于紫外光。

总而言之，微球体中成功地加入了光致变色化合物。与光致漂白相比，变色所述微球体需要更少的激光能(约40倍)。这种编码方法的优点是可更快记录代码。

5．荧光微载体的实施例

根据定位和定向设备的实施例，微载体由流体流动转运，只通过记录光束一次并在一个方向上通过。因此，优选的代码是一维“点代码”而不是条形码(它也是一维代码，但是记录为二维)。本实验确定是否可在40μm微球体的中央平面通过光致漂白记录这种“点代码”，并检验通过一次性扫描的漂白方法对于记录代码是否足够快。

在本实验中，使用的是加入快速漂白绿色荧光染料NODD(N-(7-硝基苯-2-氧杂-1，3-重氮-4-基)二乙胺)的28μm聚苯乙烯微球体(5％交联度)。

为模拟微球体流过记录光束，微球体被定位在聚焦于所述微球体中央平面的共聚焦显微镜下。随后，装置被设定为在微球体上单行扫描，以模拟通过固定记录光束的定位微球体。使用专用软件，装置被编程为在行扫描期间开关激光能几次，以获得“点代码”。

扫描线由512个像素组成，在本实验中，1个像素相当于0.038μm。一次行扫描要1.2ms，这意味着扫描速度为16.3μm/ms。本实验模拟了一种情形，其中微球体以16.35μm/ms、或者每秒最多584个小球(28μm)的速度流过固定记录光束。使用专用软件编程使装置切换激光5次到20mW(样品中)8个像素的区间(即0.304μm)，每个脉冲间隔80像素。获得一个由距离3.04μm的五个点组成的代码。结果见图14，作为在微球体中央的点划线。在所用的条件下，获得约55％的漂白。顶线和底线分别通过漂白40和16像素产生80％和70％漂白水平而获得。

总而言之，在样品中，20mW激光能足够在加有NODD的微球体的中央平面产生超过50％漂白水平的“点代码”。扫描速度是16.35μm/ms。本实验证明了通过光致漂白使用行扫描编码点代码的可行性。通过增加样品中的激光能，增加扫描速度也可以获得同样量的漂白。

本实验的下一步在于检验荧光微载体内部的漂白代码在溶剂条件下的稳定性，更特别地是微载体悬浮在DMSO(二甲亚砜)溶液中。

使用前次实验的加有NODD的28μm微球体。首先将它们悬浮在去离子水中，然后将一滴该悬浮液置于显微镜盖玻片上并风干，使小球结合到盖玻片上。然后用一滴DMSO(＞99.7％)覆盖微球体并放在共聚焦显微镜下。

在微球体中央平面漂白一个简单图案，并在三小时后再次拍照，以检验微球体荧光或漂白图案的任何差异。共聚焦显微镜聚焦在DMSO包裹的微球体的中央平面。由三条线组成的简单图案被漂白。三小时后，图案再次被拍照。结果示意于图15。荧光或者漂白图案都未发现差异。左图由于图案聚焦的轻微错误而不够明显。

在99.7％DMSO中悬浮三小时后，微球体荧光或者漂白图案都未发现差异。这证明了记录图案的高稳定性，其并不依赖于分析条件。

6.在液态或半液态支持物中定位和定向微载体的实施例。

图16显示定位于半液态或液态支持物中的微载体，其中所述的半液态或液态支持物由两种具有不同密度的半液态或液态介质组成。微载体定位于两种介质的界面处。准备两个能诱导磁场的线圈。在线圈中，磁场设法使偶极矩排列成与其反平行，如此按特定的方式定向微载体，因而使代码容易检测。微载体的所述分布是不流动的，使得检测装置是可以移动的。

7.不同类型代码的实施例

在药物发现和药物筛选中进行极大量化合物或分子的基于小珠的分析时，需要根据结合到小珠表面的特定配体来标记每个微载体。这可以允许进一步将独特编码的微载体混合并使它们在一次分析中同时进行。那些在结合的配体和目标被分析物之间显示满意的所关注反应的微载体可以随后读取其代码，从而识别产生该满意反应的配体。这里介绍编码微载体的两种不同方式，其事实上可提供无限量的独特代码。

光致漂白：根据第一种方法，通过光致漂白方法将图案记录在均匀荧光染色的微载体中。这是一种光诱导方法，通过这种方法，荧光分子失去其荧光特性而产生褪色。这可以通过首先将共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)聚焦在微载体的某一深处，由专用软件设计的图案将记录在这里。CLSM被改进增加一个结合有快速光学转换开关的强激光器，该开关控制到达微载体的激光能量。低能仅用于拍照，而高能用于快速漂白。设备的装配图示于图17.

在随后通过光栅模式扫描激光拍照时，专用软件控制光学转换开关在这样一种方式，使得低能和高能激光根据设计的模式到达微球体。由于荧光分子在微载体基质中实际上是不能移动的，因此漂白的区域将保持，产生明亮的背景和暗一些的永久性漂白图案。图18显示在45微米聚苯乙烯荧光微球体中央平面的漂白条形码的共聚焦照片，其使用三种宽度和两种光强水平。图19显示聚苯乙烯荧光微球体中央平面的漂白条形码的共聚焦照片，其使用8种不同的光强水平(左)，以及通过中间的代码测定的标准强度图(右)。

第二种方法使用同样的技术，除了使用光致变色方法代替光致漂白。这里微载体用光致变色化合物均匀染色，该化合物在用合适波长的光照射时变色。例如，微载体最初是无色并透明的，但在使用如上述的本质上相同的工具照射后，在内部一定的深处将具有彩色图案。

代码的数量依赖于这些因素：记录光束的分辨率，使用的光强水平，微载体中可用的空间，代码设计的维数，等等。例如，使用60×NA1.4物镜，我们已证明，仅使用具有两种不同宽度和4种光强水平的一维代码就可以在16微米的长度上产生至少263×106种不同的代码(结果未显示)。该代码可被容易地记录在30微米微球体的中央平面。更多的代码也是可以产生的，例如，如果使用更大的微球体或者如果代码图案延伸到两个或三个空间维度。例子显示在图20，其中具有不同几何形状如字母或数字的条形码被漂白在两个微球体上。因此，这清楚地表明，使用这种技术可产生的代码数量实际上是无限的。

8.在流动池流体中流动的铁磁荧光珠的定位和定向的实验观察。

在本实施例中，40微米铁磁荧光珠在流动池中流动。流动速度约6m/sec。压力在0.30到0.24巴之间。所述小珠的照片显示在图21中。激发荧光珠的光源是调节到488nm的激光。所用的物镜具有二十倍放大率。流动小珠使用具有50毫秒快门时间的照相机拍照，每25微秒进行一次1微秒光脉冲照射流体。由于这种设定，每个流动小珠可在每幅照片中看见两次或三次。在图21中，右下图是打开快门时，一个小珠第二次通过的照片。在前述照片上面的照片显示两个小珠的簇。

9.通过光致漂白编码小珠并进而定位和定向所述小珠。

荧光珠可通过在显微镜下光致漂白进行编码。可通过沿X，Y，Z轴扫描记录/读取光束的焦点以3维方式记录信息，其中Z轴平行于显微镜的光轴。假设实际上有32位信息，则沿1条轴最多可得到60位的信息，这就提供了记录4×10⁹个不同代码的可能性。

然后提供一种机制在其原始记录位置定向和定位小珠。当小珠是球形对称时，代码可记录为同等漂白水平的同心圆。当通过小珠中心读取信息时，就获得了同样的信息。

当小珠是圆柱形对称的小珠(沿Z’轴旋转对称)时，代码可记录为绕Z’轴的圆周。这使得读取和记录实质上是1D的(在极坐标中的角)。可加入一个对照图案，其如图22所示，指示代码的起点。

代码位可如图23所示沿球形小珠的对称轴记录。一旦小珠被定向，这个轴就是唯一定义的。这样，读取就只能沿这条线进行。小珠的Z’轴可平行或垂直于显微镜光轴。在没有垂直于Z’轴镜面对称的情况下(磁珠，质量各向异性，......)，这条线只能在一个方向上读取。标记代码位的开头和结尾也是可能的。

当在一维平面上进行读取时，就可能每秒读取1000个小珠，只要满足下列参数：假设每个小珠有50位，且每个位测量5个位置，则每个代码给出250个测量值。由于一条514个点的直线可在1.2ms内被测量(基于Bio-Rad MRC1024共聚焦显微镜的规格)，读取一个小珠的代码要0.6ms，因此每秒可读取1667个小珠，如果读取过程是时间限制因素的话。

可以由同一稳恒运动提供小珠并扫描其通过激光束焦点。稳恒运动可通过不同方式实现。小珠可由流体流动携带随之通过毛细管。可选择地，包含小珠和(折射率适配的)流体的毛细管可在转运阶段移动通过焦点。

图24显示磁珠，其由流体流动携带随之通过毛细管，并沿垂直于显微镜光轴的方向移动通过激光束焦点。带电流的线圈产生磁场并沿运动方向定向小珠。在移动时，小珠上的代码可被记录或读取。线圈也可作为小珠到达的指示器以及作为速度仪，因为小珠的运动磁场诱导了线圈中的电流。这样来自线圈的信号可被用于触发小珠的读取/记录，并作为控制小珠流动的反馈信号。

如果流动管是垂直安放的，当它们的重心与其几何中心不一致时，小珠也可由平行于其运动方向的对称轴定向。小珠的运动也可通过光监控。可在每个代码的开头和结尾加入对照图案，以减少对稳定流动和精确速度的需求。读取/记录位置的数量也可减少，通过使用不同的光致漂白水平诸如0％漂白、33％漂白、66％漂白、100％漂白。使用这个系统，可以增加流动速度并减少聚焦和精确定位及定向的限制。一个使用4种不同光强的编码方案的非限制性的例子显示在图25中。每种光强用一种颜色和数字0到3表示。该编码方案有28个符号，由26个罗马字母和两个额外的标点符号象征性表示。每个符号包括4种编码元件(即4种可能的光强(或颜色))，附加条件是没有两种相同的元件互相紧跟，即使是两种符号相邻也不行。

10.毛细管中流动的小珠在平行于流动方向上施加可变磁场时的定位和定向的实施例。

本实验的小珠包含一个封闭小导体。小珠可流动通过的毛细管如图26所示置于线圈中。当适当量的电流通过线圈时，就产生均一磁场B。当电流可变时，磁场B成为可变的。

当小珠流动通过渐增的磁场时，小导体中产生的电流反过来将在小珠中产生磁场B’，其将抵抗外磁场的变化。由于磁场B’的产生，将有一对力作用在小珠上以使B’定向为反平行于B。这样将依照磁场B的方向获得小珠的轴向定位和定向，这使得由永磁场导致的粘在一起的小珠并没有产生不利影响。小珠的运动在本定向方法中是不重要的。

11.毛细管中流动的小珠在垂直于流动方向上施加磁场时的定位和定向的实施例。

本实验的小珠包含一个小导体。这种情况下的毛细管位于两块极板之间，其将产生均一磁场B，如图27所示。小珠如图27所显示，将以速度v在磁场B中运动通过毛细管。一个洛仑兹力F将作用在小珠中小导体的电子上，这样它们将向导体的一侧运动。只要小珠继续流动，这个力就将继续存在，这样小导体的平面将被拉到与F平行。依照F的方向将获得小珠的轴向定位和定向。本实施例展示了在该实验装置中起作用的力的简化图。

12.铁磁微球体定位和定向的实施例

这些实验显示，40μm铁磁微球体可被磁化并在外磁场中定向。在这些实验中，在磁化的铁磁微球体中央平面漂白一个图案，同时所述微球体暴露于外磁场并由其定向。然后在微球体暴露于移动外磁场时对图案拍照。检验了在微球体随机运动后再次在所述微球体上施加原磁场时，是否能再次得到初始定向--这可通过漂白图案得知。制备了直径40μm的绿色荧光聚苯乙烯铁磁微球体。制备0.01％v/v的NP40(一种中性去污剂)去离子水溶液并用于制备微球体的0.1％悬浮液。加入中性去污剂是为了减少多聚体小珠与玻璃的显微镜盖玻片之间的相互作用(见下文)。

通过在显微镜盖玻片上粘合一个直径0.5cm的塑料圆柱来构成一个贮液池。用80μl微球体悬液充满贮液池并使微球体可沉积在盖玻片上。然后将贮液池置于强永磁铁上1分钟以使微球体被磁化。随后将贮液池置于连接到倒置显微镜的Bio-Rad MRC1024共聚焦显微镜上，以便能够使用Nikon 60×水浸镜头通过底部显微镜盖玻片观察小珠。将一块强永磁铁置于距贮液池20cm处以便不用改变磁极化就定向小珠(图28)。

在由第一强磁铁的外磁场定向的铁磁微球体的中央平面漂白一个箭头，以指示其最初的定向(图29a)。随后，设置共聚焦显微镜拍摄50张照片的系列，每张照片之间间隔1.2秒。在拍摄这个系列照片时，保持第一块磁铁在适当位置，使用第二块磁铁绕贮液池移动：首先向一边移动90°，然后向相反方向移动180°(图29b-i)。最后取消第二块磁铁，就观察到微球体回到其最初的定向(图29j-1)。图29的照片选自间隔1.2秒拍摄的记录微球体运动的50张照片的系列。在一些照片中，箭头不是清晰可见，这是由于在移动第二磁场时初始中央平面的倾斜以及由于共聚焦显微镜产生光学切面的事实。

在接下来的实验中，使用如前一个实验同样的微球体。微球体在第一磁铁的磁场中初始定向(图30a)。在仔细标记该磁铁的位置后，它被用来旋转微球体(图30b-j)，其通过绕贮液池移动磁铁360°并最后放回到它的初始位置。微球体由于相当强的多聚体小珠和玻璃盖玻片之间的相互作用而未回到其初始定向。第二个磁铁用于在贮液池附近快速移动一下而松开微球体。并观察到微球体立即回到其精确的初始定向(图30k-1)。

铁磁粒子涂布的微球体可使用强磁铁容易地磁化。微球体可在外部磁场中定向。在球体随机运动后，当再次施加初始磁场时，微球体的定向可在确定的外部磁场中精确地重复。在像素的精确度内，没有观察到差别(0.7μm/像素)。

13.具有单一对称轴的球形微载体用于识别目的的应用的实施例，如在流动池中编码和读取。

用于识别目的的定向和定位的必要性将在下文阐述。在所述球形微载体上的代码沿对称轴记录，其中代码通过高空间分辨率光源，更特别地通过使用荧光漂白进行编码(记录)或识别(读取)。

使球形微载体的对称轴沿流动方向定向。用于荧光漂白的激光束在共聚焦显微镜中具有固定的位置，并且所述微载体上的代码沿对称轴记录。流动本身作为沿对称轴的扫描移动。如上述记录(沿对称轴)的代码可通过具有固定位置的激光束读取。图31a，31b，31i，31j显示流动在显微镜物镜前的微载体的示意视场。图31a，31i显示微载体进入聚焦激光束读取/记录代码之前的视场。图31b，31j显示微载体在聚焦位置的视场。

在固定的记录/读取激光束和微载体精确流动的情况下，代码可如图31c所示沿微载体对称轴进行记录/读取。然而，在流动相对于显微镜焦点不是充分地可重复时，如图31f所示，代码可能未被正确读取，其中代码在对称轴下面进行记录/读取。

如图31d，31g所示，可使用辅助激光束照射通过的微载体。在这种情况下，由于所述微载体的部分光吸收或光反射，将在微载体后面观察到阴影效果。在流动池的对面放置一个由两个分离小室组成的光电二极管(双室光电探测器)，以测量阴影效果。在图3ld中，由于球形微载体的中心通过显微镜的光轴，两个小室聚集同样量的光，双室光电探测器测量的差别信号等于零，这表明小珠在正确的高度通过。在图31g中，由于球形微载体的中心未通过显微镜的光轴，双室光电探测器测量的差别信号不是零，表明微载体流动太高。因此，使用光电二极管可检测到流动中的微载体的错误定位，并指示所述微载体流动得距光轴太高还是太低。

光电二极管系统可用于在所述微载体到达读取/记录激光束的焦点之前测量微载体的定位。在这种情况下，产生的定位错误信号可用于调整读取/记录光束的焦点。在图31e中，由于测量的定位错误信号是零，光束焦点的定位没有改变。在图31h中，测量到这种情况下的错误信号，则光束焦点的定位被上升了。可通过改变显微镜物镜上的记录/读取光束的入射光方向而调整激光束的焦点。声光束偏转器可用作快速调节激光束方向的设备。同样的技术可用来产生Z轴的定位错误信号，如显微镜光轴。因为在双室光电探测器中将只有差别信号，差别信号可用于检测微载体的到达并可用作读取和记录的触发。

显而易见地，根据上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此要理解，在附加的权利要求的范围内，本发明可能以这里明确描述之外的其他方式实施。

参考文献

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Claims (44)

1.用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤：

(a)一个微载体的识别目的的步骤；以及

(b)一个识别目的步骤之前或其间的定位和定向步骤；其特征在于所述定位和定向步骤进一步包括：

(b.1)将微载体群分配到单层系统中；以及

(b.2)限制微载体的旋转运动。

2.根据权利要求1的方法，其中识别目的步骤是用来检测可识别或被编码的微载体的检测步骤。

3.根据权利要求1的方法，其中识别目的步骤是产生可识别或被编码的微载体的标记步骤。

4.根据权利要求1的方法，其中微载体是由记录在微载体上的代码所编码的一种编码微载体。

5.根据权利要求4的方法，其中微载体是通过将微载体暴露于高空间分辨率光源而在微载体上记录的代码所编码。

6.根据权利要求1的方法，其中步骤b.1的分配形成有两维(X，Y)的平面结构。

7.根据权利要求1的方法，其中步骤b.1的分配形成直线结构。

8.根据权利要求1的方法，其中分配步骤通过在液态、气态或半固态环境中按层流方式转运微载体进行。

9.根据权利要求8的方法，其中层流方式在毛细管中进行。

10.根据前述权利要求1-9任意之一的方法，其中定位和定向步骤由微载体上或其附近的物理、机械、化学或生物学相互作用产生。

11.根据权利要求10的方法，其中定位和定向步骤由于微载体上施加磁场而限制了微载体的旋转运动。

12.根据权利要求10的方法，其中定位和定向步骤由于微载体上施加电场而限制了微载体的旋转运动。

13.根据前述权利要求1-9任意之一的方法，其中定位和定向步骤由微载体的非球形结构促成，或者通过微载体的椭圆或圆柱结构促成。

14.根据权利要求4的方法，其中编码步骤使用选自光致变色、化学蚀刻、材料沉积、光致漂白、或暴露所述微载体于高空间分辨率光源的方法进行。

15.根据权利要求14的方法，其中编码步骤通过光致变色进行。

16.根据权利要求14的方法，其中编码步骤通过光致漂白进行。

17.根据权利要求1-9任意之一的方法，其中定位和定向步骤发生在流动池中。

18.根据权利要求1-9任意之一的方法，其中识别步骤使用光学识别工具进行。

19.根据权利要求18的方法，其中所述光学识别工具包括激光束或透射显微镜或共聚焦显微镜或荧光显微镜。

20.根据前述权利要求4的方法，其中编码包括在微载体上记录代码，该代码由微载体内部或其外表面造成的空间调整产生。

21.根据权利要求20的方法，其中空间调整可通过：

(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，

(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，

(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，

(iv)保持一个单独容量元件不变，或者

这些步骤的组合而产生。

22.用来操作用于识别目的的微载体的方法，包括步骤

a)定位并定向所述微载体，

b)通过在其上记录代码来编码所述微载体，

c)在所述微载体上面或内部进行目标被分析物的反应，

d)定位并定向所述微载体，以及

e)识别所述微载体。

23.根据权利要求22的方法，其中编码步骤使用选自光致变色、化学蚀刻、材料沉积、光致漂白、或暴露所述微载体于高空间分辨率光源的方法进行。

24.根据权利要求23的方法，其中编码步骤通过光致变色进行。

25.根据权利要求23的方法，其中编码步骤通过光致漂白进行。

26.根据权利要求22-25任意之一的方法，其中定位和定向步骤由所述微载体上或其附近的物理、机械、化学或生物学相互作用产生。

27.根据权利要求22-25任意之一的方法，其中定位和定向步骤由于微载体上施加磁场而限制了微载体的旋转运动。

28.根据权利要求22-25任意之一的方法，其中定位和定向步骤由于微载体上施加电场而限制了微载体的旋转运动。

29.根据前述权利要求22-25任意之一的方法，其中定位和定向步骤由微载体的非球形结构促成，或者通过微载体的椭圆或圆柱结构促成。

30.根据权利要求22-25任意之一的方法，其中定位和定向步骤发生在流动池中。

31.根据权利要求22-25任意之一的方法，其中识别步骤使用光学识别工具进行。

32.根据权利要求31的方法，其中所述光学识别工具包括激光束或透射显微镜或共聚焦显微镜或荧光显微镜。

33.根据前速权利要求22-25任意之一的方法，其中编码包括在微载体上记录代码，该代码由微载体内部或其外表面造成的空间调整产生。

34.根据权利要求33的方法，其中空间调整可通过：

(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，

(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，

(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，

(iv)保持一个单独容量元件不变，或者

这些步骤的组合而产生。

35.编码微载体的方法，其中编码包括在微载体上记录代码，该代码由微载体内部或其外表面造成的空间调整产生，其中空间调整可通过：

(i)改变一个单独容量元件的一个或多个材料性质，

(ii)从一个单独容量元件中除掉材料，

(iii)在一个单独容量元件上沉积材料，或者

(iv)保持一个单独容量元件不变，或者

这些步骤的组合而产生。

36.由权利要求35的方法可获得的编码微载体。

37.适用于根据前述权利要求1-35任意之一的方法的微载体。

38.根据权利要求37的微载体，其特征在于微载体由记录在微载体上的代码所编码。

39.根据权利要求36-38任意之一的微载体，其中被编码的微载体的特征在于通过将微载体暴露于高空间分辨率光源而记录代码。

40.根据权利要求37或38之一的微载体，其中微载体进一步包含净电荷、电偶极矩或磁偶极矩或者其中微载体是高铁、亚铁或顺磁的，具有形状各向异性、质量分布各向异性或者其中微载体具有这些特征的组合。

41.根据权利要求37或38的微载体，其中所述代码通过光致变色、化学蚀刻、材料沉积、光致漂白、或暴露所述微载体于高空间分辨率光源而记录。

42.根据权利要求41的微载体，其中所述代码通过光致变色而记录。

43.根据权利要求41的微载体，其中所述代码通过光致漂白而记录。

44.根据权利要求36-38任意之一的微载体在高通量筛选分析中的用途。

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