磁性颗粒及方法技术

磁性颗粒(30、70)具有在颗粒的顶表面和该颗粒的相反的底表面之间的分层结构(6、56)。该结构的层包括一个或多个非磁性层以及一个或多个磁化层。一个或多个磁化层的侧向尺寸与该一个或多个磁化层的总厚度的比例大于500。多个这种磁性颗粒(30、70)可以被功能化并且标记有与功能化对应的可读编码(16、66)以用于执行诸如生物测定的测定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁性颗粒及方法
本专利技术涉及一种磁性颗粒，以及制造和使用磁性颗粒的方法。
技术介绍
在各种生物技术应用中已经利用了使用施加的场在各个磁性颗粒上施加机械力的技术。磁性纳米颗粒和微粒的一种重要商业用途目前是用于生物测定，以分离和识别生物分子。由于超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)提供了朝外部磁场源迁移的性质，因此其通常用于此商业应用范围。这使得能够通过施加外部磁场而使颗粒朝期望位置导向，以读取测定信息。这些颗粒是通过胶体化学方法制成的纳米颗粒(直径为5-20nm)。这些颗粒的尺寸受到以下事实的限制：如果将颗粒制作得更大超过约20nm，则这些颗粒变成铁磁性并且一个颗粒的杂散磁场对其他颗粒的影响会不利地导致颗粒的磁团聚，这阻止了其在生物测定中的使用。开发磁性颗粒的技术人员需要针对每种应用优化颗粒的磁性。常规上，已经接受的是，对于所有这些各种应用，包括生物测定应用，对于磁性纳米颗粒的高度期望性质是净零磁化剩余状态以避免颗粒团聚。净零磁化剩余状态表示在没有磁场的情况下，磁性颗粒没有净磁矩和外部杂散场。在使用中，磁性颗粒通常悬浮在液体或流体介质中并且可以在该介质内自由运动。对于具有非零剩余矩的颗粒，颗粒的杂散场可能会相互作用并导致颗粒团聚或凝聚在一起。这是不被期望的，因为在生物技术应用中使用磁性颗粒的目的是能够通过施加外部磁场来导向或引导悬浮在液体或流体介质中的颗粒的运动。如果磁性颗粒团聚，则这不能实现。另外，在本领域中应理解，为了确保来自环境的小磁场不会通过在磁性颗粒中感应出磁矩而引起团聚，具有零净磁化剩余状态的颗粒在小场处也应具有低磁化率。此外，如果使用具有高磁化率的颗粒，则在已施加了施加的场以期望方式引导颗粒或使颗粒运动之后，然后在移除施加的场后，在施加场期间已经团聚的颗粒保持团聚。本领域技术人员应理解，在用于生物技术应用的磁性颗粒中也应避免这种情况。因此，在本领域中产生不团聚的磁性纳米颗粒的现有技术已经完全集中在具有零净剩余磁化状态、优选地具有低磁化率的系统上。这包括各种系统，诸如超顺磁性纳米颗粒、磁涡旋微颗粒和纳米颗粒、以及利用反铁磁耦合以在颗粒中的相邻磁性层之间产生相反磁化构型的微粒和纳米颗粒。一项重要的生物技术应用用于对生物样品进行多重免疫测定。生物样品中蛋白的准确定量对于研究和临床诊断应用都至关重要。多重免疫测定同时定量给定样品中的多种不同蛋白。以这种方式分析样品的蛋白指纹图谱具有加速研究和实现改善诊断的潜力。为响应这一市场需求，已经开发了诸如Luminex(RTM)、Firefly(RTM)和Fireplex(RTM)的多重测定系统。这些系统使用各种颗粒组，其中，每个颗粒涂覆有适合一种特定分析物的捕获抗体。然后可以通过使用标记有荧光标记的检测抗体将多组特定于分析物颗粒进行组合以同时检测和定量多个靶物。Luminex(RTM)系统基于聚苯乙烯或顺磁性微球或微珠，这些微球或微珠内部用不同强度的红色和红外荧光团染色以允许将一组微珠与另一组微珠区分开。Firefly(RTM)和Fireplex(RTM)系统也使用荧光团以允许将一个颗粒组与另一个颗粒组区分开，但是在这种情况下，颗粒以通过在每个端部施加不同荧光团进行编码的棒状形式。荧光团的测量再次旨在将一根棒与另一根棒划分开。然而，实际上，这些系统由于在测定结果中确定性地划分多重信道之间的能力有限而受到受限的多重复用(可以识别的不同蛋白的数量有限)的困扰。
技术实现思路
如现在将进行参考的所附独立权利要求中所定义的，本专利技术提供了一种磁性颗粒、用于执行测定的多个磁性颗粒以及一种用于使用该一个或多个磁性颗粒执行测定的方法。本专利技术的优选或有利特征在从属权利要求中提出。因此，在第一方面，本专利技术可以提供一种磁性颗粒，其包括在所述颗粒的顶表面和所述颗粒的相反的底表面之间的分层结构，一个或多个层包括一个或多个磁化层。所述一个或多个磁化层的侧向尺寸与所述一个或多个磁化层的厚度或总厚度或有效厚度的比例大于500。换言之，所述一个或多个磁化层的横截面的长径比可以大于500。在优选实施例中，所述比例可以更高，例如大于800或大于1000或1500或2000。所述颗粒还可以包括非磁性层，其可以有利地为磁性层提供机械支撑并且可以确定所述颗粒的物理特征，诸如其机械性质和其密度。所述颗粒可以包括一个磁化层，或者其可以包括一个以上这种层。如果其包括两个或更多个磁化层，则各层可以彼此相邻或彼此接触，或者它们可以用在它们之间中的非磁性材料彼此间隔开。具有一个以上磁化层的颗粒中的磁性剩余层的总厚度或总体厚度可以是那些磁性层(不包括在它们之间中的任何非磁性层)的厚度之和。在一些实施例中，所述分层结构可以包括许多磁化层和/或许多非磁性材料层。磁化或磁性层可例如包括任何合适的一种或多种磁性材料，诸如铁磁材料、元素或合金，或者超顺磁性纳米颗粒的复合物。所述颗粒的形状优选地为基本上平的，包括彼此上下堆叠的一个或多个基本上平的磁性层和/或非磁性材料层。这些层优选地具有彼此基本上相同的形状和尺寸，每个层具有与所述颗粒本身相同的侧向形状和尺寸。然而，如下进一步描述的，所述颗粒的形状和结构可以与此不同。所述颗粒可以具有零磁性剩余或非零磁性剩余。然而，专利技术人已经发现，即使颗粒具有非零磁性剩余，则实现本专利技术的颗粒的形状和结构也会在所述颗粒的表面处显示出意想不到的低杂散场，使得悬浮在流体或液体介质中的多个颗粒可以有利地不团聚或凝聚。出人意料的是，专利技术人已经发现，无论颗粒是否完全磁性剩余的情况都是如此。在本专利技术的优选实施例中，当施加外部场时，所述颗粒具有足够的磁矩以使所述外部场向所述颗粒施加期望力。所述期望力可以根据所述颗粒的应用(诸如在用悬浮在流体介质中的颗粒的生物测定中)。在实际实施方式中，施加的外部场通常小于2T或1T或0.5T，并且通常可以大于0.05T或0.1T或0.25T。例如，在生物或化学测定中，可能期望使用所述外部场来使流体介质内的颗粒导向。所述磁矩可以是由于所述颗粒本身的磁化引起的，或者其可以是由所述外部场在所述颗粒中感应的。然而，对于所述颗粒，重要的是包含足够的磁性材料以能够实现待生成的期望力。由施加至颗粒的外部场生成的磁矩可以根据所述颗粒中磁性材料的总体积V乘以该材料的磁化强度Ms。因此，对于实现本专利技术的颗粒而言，V.Ms的值优选地大于预定值，诸如10-18J/T或5×10-18J/T或10-17J/T。专利技术人已经发现，磁性材料在所述颗粒内的物理分布可以确定所述颗粒附近的杂散场，并因此确定各颗粒彼此相互作用和/或团聚的趋势。专利技术人已经发现，以具有带高长径比AR的横截面的一层或多层(优选平行层)的形式分布所述磁性材料可以生成有利地低的杂散场。这种优选的颗粒几何形状可以有利地提供具有低杂散场并且几乎没有或没有团聚趋势的颗粒。为了以更定量的方式评估该颗粒几何形状，专利技术人建议在优选的颗粒中，一个或多个磁性层的参数AR/Ms2(其中，AR为无量纲比例并且Ms为在所述一个或多个磁性层中以A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性颗粒，包括在所述颗粒的顶表面和所述颗粒的相反的底表面之间的分层结构，层包括一个或多个磁化层；/n其中，所述一个或多个磁化层的侧向尺寸与所述一个或多个磁化层的厚度或总厚度的比例大于500。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181112 GB 1818421.81.一种磁性颗粒，包括在所述颗粒的顶表面和所述颗粒的相反的底表面之间的分层结构，层包括一个或多个磁化层；
其中，所述一个或多个磁化层的侧向尺寸与所述一个或多个磁化层的厚度或总厚度的比例大于500。


2.根据权利要求1所述的磁性颗粒，其中，所述层包括非磁性层。


3.根据权利要求1或2所述的磁性颗粒，其中，所述一个或多个磁化层的侧向尺寸与所述一个或多个磁化层的厚度或总厚度的比例大于1000，并且优选地，大于2000。


4.根据权利要求1、2或3所述的磁性颗粒，其中，所述一个或多个磁化层包括具有磁化强度或平均磁化强度Ms的磁性材料的体积V，所述一个或多个层的横截面具有长径比AR，并且AR/Ms2(其中Ms以A/m为单位测量)大于8＊10-10(A/m)-2。


5.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述一个或多个磁化层包括具有磁化强度或平均磁化强度Ms的磁性材料的体积V，所述一个或多个层的横截面具有长径比AR，并且其中，AR/Ms(其中Ms以A/m为单位测量)大于0.001(A/m)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述颗粒的顶表面和底表面以介于5nm至200μm之间的颗粒厚度分隔开，和/或所述颗粒的最小侧向尺寸大于1μm，并且优选地，大于5μm或10μm。


7.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述颗粒的最小侧向尺寸与所述颗粒的厚度的比例大于10。


8.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述颗粒的最大侧向尺寸小于1000μm，并且优选地，小于500μm或200μm。


9.根据权利要求8所述的磁性颗粒，其中，所述颗粒的最小侧向尺寸为所述颗粒的最大侧向尺寸的至少10％，并且优选为所述最大侧向尺寸的至少30％或50％或70％。


10.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述颗粒的侧向周界具有包括凸形边或直边的形状，并且优选地，具有不带凸形边和/或凹角的形状。


11.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述磁性层或所述磁性层中的至少一个磁性层的侧向尺寸与所述颗粒的侧向尺寸相同。


12.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述非磁性层包括选自以下各项的材料：非磁性金属、非金属、半金属和化合物、Al、Ta、Pt、Pd、Ru、Au、Cu、W、MgO、Cr、Ti、Si、lr、SiO2、SiO、Sn、Ag、SiN、Ge、聚合物、塑料、这些材料的合金、及其复合物或混合物。


13.根据前述权利要求中任一项所述的磁性颗粒，其中，所述磁化层或所述磁化层中的每个磁化层包括选自以下各项的材料：磁性金属、磁性合金、磁性化合物和超顺磁性纳米颗粒复合物，诸如，Fe、Co、Ni，CoFe、CoFeB、FePt、CoNi、NiFe和Fe2O3。

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【专利技术属性】
技术研发人员：J·费尔海恩，T·维穆尔卡尔，R·考伯恩，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB