NO337637B1

NO337637B1 - Fremgangsmåte og anordning for å manipulere mikrobærere for identifiseringsformål

Info

Publication number: NO337637B1
Application number: NO20031787A
Authority: NO
Inventors: Joseph Demeester; Christiaan Hubert Simon Roelant; Marc Jan René Leblans; Emmanuel Marie Paul Ernest Gustin; Stefaan Cornelis De Smedt; Kevin Braeckmans
Original assignee: Mycartis Nv
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2016-05-23
Also published as: EP1346224A1; EP2275819B1; EP1346224B1; US20190041304A1; NO20031787D0; NO20031787L; US20110082046A1; BRPI0114757B1; EP2275819A2; US20140249050A1; AU1905202A; RU2285265C2; CN1481505A; CN1231758C; ZA200303008B; EP2275819A3; JP4404547B2; US20040069857A1; JP2004524512A; US8735172B2

Description

Nærværende oppfinnelse gjelder manipulering av mikrobærere for et identifiseringsformål, og mer spesifikt, men ikke begrenset til, manipulering av mikrobærere med påskrevet kode. Et eksempel på slike mikrobærere er beskrevet i tidligere søknad som på prioritetstidspunktet ennå ikke er offentliggjort, med søknadsnum-mer PCT/EP00/03280. Enhver referanse i denne søknaden både til koder som er skrevet "på" mikrobærerne inkluderer koder skrevet på overflaten av mikrobærerne og til koder skrevet i en intern dybde i mikrobærerne. Identifiseringsformål er f.eks. avlesning eller detektering og merkingen eller kodifiseringen av mikrobæreren.

Oppdagelse av narkotika og siling av narkotika i kjemisk og biologisk teknikk vil vanligvis omfatte utførelse av assey på meget store antall av sammensetninger eller molekyler. Disse assey inkluderer typisk siling av kjemiske biblioteker etter sammensetninger av interesse, siling etter bestemte målmolekyler i testprøver, og testing generelt etter kjemiske og biologiske samvirkninger av interesse mellom molekyler. Asseyene som er beskrevet ovenfor krever ofte at det blir utført tusenvis av individuelle kjemiske eller biologiske reaksjoner. En narkotikasøkende assey kan f.eks. innebære testing av tusenvis av sammensetninger mot en spesifikk analyt. Enhver sammensetning som observeres å reagere, binde eller på annen måte samvirke med analyten kan være lovende for et vilkårlig antall instanser der det obser-verte samvirket menes å være av betydning.

Et antall praktiske problemer finnes når det gjelder håndtering av det store antallet individuelle samvirkninger som kreves i asseyene som er beskrevet ovenfor. Kan-skje det mest betydelige problemet er nødvendigheten av å merke og etterspore hver enkelt reaksjon. Dersom f.eks. en reaksjon av interesse blir observert bare i én av de tusenvis av reaksjonene, må forskeren kunne bestemme hvilken av de tusenvis av sammensetninger eller molekyler i utgangspunktet som fremkalte reaksjonen.

En vanlig måte å spore identiteten til reaksjonene på, er å separere hver reaksjon fysisk i en individuell reaksjonsbeholder innen en tettpakket matrise og oppretthol-de en registreringspost over identiteten til de individuelle reaktanter brukt i hver beholder. Slik vil forskeren f.eks. når en reaksjon blir observert i en beholder merket som nummer 5 av 1000, kunne gå til posten over reaktanter brukt i beholderne og finne fra posten for beholder 5 hvilke spesifikke reaktanter som var til stede og som førte til den interessante reaksjonen. Eksempler på tettpakkede matriser som antydet ovenfor, er mikrotiter-platebeholdere med 384, 864, 1536, 3456 og 9600 brønner, der hver brønn i en mikrotiterplate utgjør en reaksjonsbeholder i miniatyr. Miniatyriserte reaksjonsbeholdere blir brukt fordi de er plassbesparende, tillater økt hastighet og reduserer kostnadene for reagenter som brukes i matrisene.

Bruken av mikrotiterplatebeholdere i kjemiske og biologiske assey fører imidlertid med seg en rekke ulemper. Eksempelvis vil bruken av platene kreve omhyggelig separering av et meget stort antall individuelle reaksjonsbeholdere, fremfor at alle reaksjoner får finne sted fritt, og ofte mer praktisk, i én reaksjonsbeholder. Videre fører kravet om rommessig atskillelse av reaksjonsvolumene til en fysisk begrensning på størrelsen av mikroliterplaten som brukes, og dermed til begrensning av antallet ulike reaksjoner som lar seg utføre på platen.

I lys av de begrensninger som er beskrevet ovenfor når det gjelder bruken av mik-rotiterplater, er det gjort visse forsøk på å utvikle andre metoder for å oppfølge individuelle reaksjoner i assey med høy gjennomløpshastighet. Disse metodene har forlatt tanken om rommessig atskillelse av reaksjonene og i stedet gått inn for opp-følging av de individuelle reaksjonene på annen måte. Eksempelvis er det utviklet metoder for å utføre assey og reaksjoner med høy gjennomløpshastighet på mikrobærere som support. Hver mikrobærer kan inneholde en bestemt ligand bundet til overflaten for å virke som en reaktant.

US 5,798,083 beskriver en fremgangsmåte for å utføre en bindende assey hvor en prøve blir inkubert med et assey-utførende stoff og partikler, der sistnevnte er i stand til binde spesifikt til analytten i prøven og/eller det assey-utførende stoffet. Ved dannelse av komplekser av assey-utførende stoff og partikler, vil nevnte komplekser bli samlet inn og det utføres kjemoluminiscent deteksjonsreaksjon.

Det er også kjent å kode flate mikroparikler for merking av opprinnelsen på varer (se US 4.390.452). Mikropartiklene for en sats blir kodet på en ensartet måte og har to flater som er generelt flate og parallelle med hverandre. Disse mikropartiklene har imidlertid ikke blitt vist eller foreslått som mikrobærere.

Det er også kjent med mikrobærere som i tillegg inneholder en "kode" som identifiserer mikrobæreren og derfor identifiserer den bestemte ligand som er bundet til overflaten. Disse metodene som er beskrevet ovenfor tillater "tilfeldig prosessering", hvilket betyr at tusenvis av entydig kodede mikrobærere, hver med en ligand bundet til overflaten, kan blandes og utsettes for en assey samtidig. De mikrobærerne som oppviser en gunstig reaksjon av interesse mellom den fastgjorte ligand og mål-analyten, kan så få sin kode avlest, og derved anvise identiteten til liganden som fremkalte den gunstige reaksjonen.

Et hovedproblem i tidligere teknikk er den tilfeldige plasseringen av mikrobærere for identifiseringsformål som dermed mangler effektivitet i koding og i identifisering. Bare å plassere en kodet mikrobærer på en support er ikke tilstrekkelig til å tillate en effektiv koding og identifisering. Flere dokumenter anviser en plassering på en fast support. Praksisen med tilfeldig prosessering som er beskrevet ovenfor, krever en nøyaktig koding av hver især av mikrobærerne og krever nøyaktig, pålitelig og konsistent identifisering av kodene. Fordi assey som bruker tilfeldig prosessering er sterkt avhengig av kodingen av mikrobærerne for å oppnå resultater, vil kvaliteten av asseyene i hovedsak være avhengig av pålitelighet, lesbarhet, entydig kode, antall koder, nøyaktig dimensjon og lesbarhet av kodene på mikrobærerne. Forsøk på koding av mikrobærere er fortsatt begrenset til differensiell farging (Dye-Trak mikrokuler), fluorescent merking (Flurospheres; Nu-Flow), såkalte fjernpro-grammerbare matriser med minne (IRORI; US patent 5.751.629), avtakbare mer-kelapper slik som oligonukleotider og små peptider (US patent 5.565.324; US patent 5,721,099; US patent 5,789,172), og fastformfasepartikler som bærer trans-pondere (US patent 5,736,332). WO 98/40726 beskriver en fast support som er en optisk fiberbuntsensor der separate mikrokuler som medfører ulike kjemiske funksjonaliteter kan kobles optisk til diskrete fibre eller grupper av fibre innenfor bunten. Funksjonalitetene er innkodet på de separate mikrokulene ved bruk av fluorescente fargestoffer og derpå festet til brønner gravert i enden av bunten.

Nærværende oppfinnelse fremskaffer i et første aspekt en fremgangsmåte for manipulering av mikrobærere hvorved det oppnås en forbedret plassering og orientering. I videst forstand anviser oppfinnelsen en fremgangsmåte for manipulering for identifiseringsformål av en mikrobærer, som omfatter følgende trinn:

(a) et trinn for identifiseringsformål av mikrobæreren,

(b) et trinn for posisjonering og orientering forut for eller i løpet av trinnet for identifiseringsformål.

Selv om denne fremgangsmåten krever både et posisjonerings- og orienteringstrinn forut for eller i løpet av trinnet for identifiseringsformål, fører oppfinnelsen overras-kende til et bedre, mer effektiv og mer pålitelig identifiseringstrinn. En hovedårsak er fraværet av tilfeldighet i frihetsgraden for posisjonen til mikrobæreren. Nærværende oppfinnelse er spesielt velegnet for å gi mulighet for avlesing eller skriving av en kode på en mikrobærer, der koden blir generert av en romlig modulering dannet inne i mikrobæreren eller på overflaten av denne. Denne romlige moduleringen kan defineres som et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer som befinner seg inne i eller på overflaten av mikrobæreren. Det kjente arrangementet av distinkte volumelementer kan genereres enten (i) ved å endre én eller flere egenskaper av materialet i et individuelt volumelement, (ii) ved å fjerne materiale fra et individuelt volumelement, (iii) ved å avsette materiale på et individuelt volumelement, eller (iv) ved å etterlate et individuelt volumelement uendret, eller en kombinasjon av ovennevnte muligheter. Dette kjente arrangementet kan eksempelvis være slik at disse volumelementene ligger på én eller flere dimensjoner slik som på et linjearrangement eller i et plan. Hovedhensikten med oppfinnelsen er da å posisjonere og orientere mikrobæreren i forhold til skriveinstrumentet og avleseinstrumentet, slik at kjennskap til posisjon og orientering av mikrobæreren tillater at skriveinstrumentet kan generere koden ved å danne et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer, hvilken kode deretter kan utledes av leseinstrumentet ved bruk av nevnte kjennskap til posisjon og orientering av mikrobæreren som koden er skrevet på. Utledning av koden blir ut-ført ved å måle egenskapene til de volumelementene som sammen utgjør koden som befinner seg inne i mikrobæreren eller på overflaten av mikrobæreren. Orienteringen kan utføres i forhold til én, to eller alle tre akser, avhengig av symmetrien i arrangementet av volumelementer. Dersom dette kjente arrangementet er konstruert til å være symmetrisk om én eller flere akser, trenger ikke mikrobæreren å være orientert i forholdt til rotasjon om disse aksene.

Nærværende oppfinnelse gir en fremgangsmåte for å manipulere en mikrobærer for identifiseringsformål som omfatter trinnene (a) et trinn for identifiseringsformål av mikrobæreren og (b) et trinn med posisjonering og orientering forut for eller i løpet av trinnet for identifiseringsformål, hvor identifiseringsformålet et trinn for detektering av en kodet mikrobærer, slik som er definert i krav 1.

Spesielt, nærværende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å manipulere en mikrobærer for identifiseringsformål der nevnte mikrobærer er en innkodet mikrobærer kodet med en kode skrevet på mikrobæreren. I henhold til enda en annen utførelse blir nevnte mikrobærer innkodet med en kode skrevet på mikrobæreren ved å eksponere mikrobæreren for en lyskilde med høy rommessig oppløs-ning.

Trinnet med posisjonering og orientering følger av eller innebærer den ikke-sfæriske utformingen av mikrobæreren, og mer spesielt den elliptiske eller sylind-riske utformingen av mikrobæreren.

En mikrobærer for anvendelse i fremgangsmåten i oppfinnelsen er innkodet med en kode skrevet på mikrobæreren.

Fremgangsmåten i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte for å manipulere en populasjon av mikrobærere for identifiseringsformål der trinnet med posisjonering og orientering i tillegg omfatter: (b.l) distribuering av populasjonen av mikrobærere i et ettlagssystem og (b.2) begrensning av roterende bevegelse av mikrobærerne.

En utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved distribueringen i trinn b.l resulterer i en plan konfigurasjon i to dimensjoner (X, Y).

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved distribueringen i trinn b.l resulterer i en linjekonfigurasjon. En endimensjonal konfigurasjon fører til en hurtigere detektering.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved distribueringstrinnet forårsakes av transport av mikrobærerne fortrinnsvis i samsvar med et laminært strømningsmønster i væskeomgivelser, gassomgivelser eller semifaststoffomgivelser. Transport av mikrobærerne resulterer i muligheten for at detekteringsmidlene kan ha en fast posisjon, hvorved detekteringshastig-heten forbedres ytterligere og kalibrering av deteksjonsmidlene bortfaller.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved det laminære strømningsmønsteret i væskeomgivelser foregår i et kapillar-rør. Foruten laminært strømningsmønster er det mulig å ha andre strømnings-mønstre.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved distribueringstrinnet følger av posisjoneringen av mikrobærerne i en semi-væske eller væskebærer, der nevnte semi-væske eller væskebærer kan ha differensiell viskositet eller egenvekt eller kan være sammensatt av to eller flere semi-væskelag eller væskelag med forskjellig viskositet eller egenvekt. Mikrobæreren kan da flyte eller posisjoneres på eller i bæremediet i grensesnittet for en viskosi tetsendring eller egenvektsendring. Posisjonen kan variere i samsvar med mikro-bæ re reg en vekten. Fravær av strømning i nevnte distribuering av mikrobærere fører til muligheten for at deteksjonsmidlene kan være mobile.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved trinnet med posisjonering og orientering innebærer et fysisk, mekanisk, kjemisk eller biologisk samvirke på eller nær mikrobæreren. Som et eksempel kan kjemisk samvirke være en eller annen slags samvirke som kovalent eller Vander-waals samvirke. Et biologisk samvirke kan oppnås ved direkte eller indirekte kob-ling av mikrobæreren til en support eller til en bærer utført via samvirke mellom f.eks. avidin/biotin, antibody/antigen, antibody/hapten, reseptor/ligand, sukker/ lektin, komplementær nukleinsyre (RNA eller DNA eller kombinasjoner av disse) enzym/substrat, enzym/cofaktor, enzym/inhibitor og/eller immunoglobin/staftylo-kokkal protein A.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved trinnet med posisjonering og orientering begrenser rotasjonsbevegelsen av mikrobæreren ved å involvere et magnetfelt påtrykt på mikrobæreren.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en fremgangsmåte hvorved trinnet med posisjonering og orientering begrenser rotasjonsbevegelsen av mikrobæreren ved å involvere et elektrisk felt påtrykt på mikrobæreren.

En anordning egnet for manipulering for identifiseringsformål av en mikrobærer, omfattende midler for avlesningsformål, detekteringsformål eller identifiseringsformål, slik som optiske midler, elektroniske midler, fysiske midler, kjemiske midler, magnetiske midler eller midler for merking slik som en lyskilde med høy romlig oppløsning, samt midler for posisjonering og orientering av mikrobærerne.

I en utførelse vil en slik anordning for manipulering for identifiseringsformål av en mikrobærer omfatte midler for identifiseringsformål slik som et mikroskop, eller midler for merking slik som en lyskilde med høy romlig oppløsning, samt midler for posisjonering og orientering av mikrobærerne.

I en annen utførelse av nevnte anordning vil midlene for posisjonering og orientering av mikrobærerne omfatte en fast support med et antall brønner som hver kan gi plass for minst én mikrobærer og midler for roteringsbegrensning.

I en annen utførelse av nevnte anordning vil midlene for posisjonering og orientering av mikrobærerne omfatte en semi-væske eller en væske som middel for support og roteringsbegrensning. I henhold til en annen utførelse kan nevnte semi-væskesupport eller væskesupport ha ulik viskositet eller egenvekt eller kan være sammensatt av to eller flere lag av semi-væske eller væske med forskjellig viskositet eller egenvekt. Mikrobæreren kan så flyte eller plasseres og orienteres på eller i supporten ved grensesnittet for en viskositetsendring eller egenvektsendring. Posisjon og orientering kan variere avhengig av mikrobærerens egenvekt.

I en annen utførelse av nevnte anordning vil midlene for roteringsbegrensning bli tilveiebragt av et magnetisk og/eller elektrisk felt.

I en annen utførelse av anordningen vil anordningen i tillegg omfatte et reservoar som passer for å inneholde en populasjon av mikrobærere og som kan kobles til et kapillarrør og trykkdifferansemidler for å fremskaffe et laminært strømningsmøns-ter i kapillarrøret.

I en annen utførelse av nevnte anordning vil anordningen i tillegg inneholde et magnetisk og/eller elektrisk felt for å begrense rotering av mikrobærerne.

En utførelse av oppfinnelsen er en mikrobærer, der den kodede mikrobæreren erkarakterisert vedat koden er skrevet ved å eksponere mikrobæreren for en lyskilde med høy rommessig oppløsning.

En utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en mikrobærer, der den kodede mikrobæreren erkarakterisert vedat koden er skrevet ved å deponere materiale på overflaten eller i innvendig dybde i nevnte mikrobærer.

En annen utførelse i henhold til nærværende oppfinnelse er en mikrobærer som i tillegg til dens anisotropiske form omfatter en netto elektrisk ladning, et elektrisk dipolmoment eller et magnetisk dipolmoment. Mikrobæreren kan også i seg selv være ferromagnetisk, ferrimagnetisk eller paramagnetisk, eller ha en anisotropi i sin fordeling av masse, eller en hvilken som helst kombinasjon av disse egenskapene.

Forut for en gjennomgang av utførelser når det gjelder hvordan en mikrobærer kan posisjoneres og orienteres på en bestemt måte, er det nødvendig å beskrive det tredje aspektet av oppfinnelsen, nemlig de ulike typene av mikrobærere som kan brukes.

Slik betegnelsene "mikrobærer", også kalt "mikrokule", "perle" eller "mikropartik-kel" er brukt her, er de relatert til et reaksjonsvolum eller en support som kan være laget av eksempelvis hvilke som helst materialer som vanligvis blir brukt i silingsteknikk med høy gjennomløpshastighet. Eksempelvis kan mikrobærerne være laget av et faststoff, et semi-faststoff, eller en kombinasjon av et faststoff og et semi-faststoff, og kan være support slik som kjemiske eller biologiske asseyer og synte-ser. Eksempler på disse materialer omfatter følgende, uten at listen innebærer noen begrensning: cellulose, karboxymetyl-cellulose, hydroksyetyl-cellulose, agar, pore-glass, silikagel, polystyren, brominert polystyren, polyakrylsyre, polyakrylonitril, polyamid, polyakrolein, polybutadien, polykaprolakton, polyester, polyetylen, polyetylen-terefthalat, polydimetylsiloxan, polyisopren, polyuretan, polyvinylacetat, polyvinylklorid, polyvinylpyridin, polyvinylbenzylklorid, polyvinyltoluen, polyvinyli-denklorid, polydivinylbenzen, polymetylmetakrylat, polylaktid, polyglykolid, poly (laktid-co-glykolid), polyanhydrid, polyortoester, polyfosfazen, polyfosophaz, poly-sulfon, grafted@ copolymer slik som polyetylenglykol/polystyren, fornettede dekstraner, metylstyren, polypropylen, akrylisk polymer, paramagnetisk, karbon, grafitt, polykarbonat, polypeptid, hydrogeleer, liposomer, proteinholdig polymer, titandioksid, lateks, resin, lipid, keramikk, trekull, metall, bentonitt, kaolinitt, gum-mi, polyakrylamid, lateks, silikon, f.eks., polydimetyldifenyl siloksan, dimetylakryl-amid, og lignende eller kombinasjoner herav er også akseptable.

Foretrukne materialer omfatter lateks, polystyren samt fornettede dekstraner. Mikrobærerne kan også være prokaryotiske eller eukaryotiske celler eller sågar visse virus. Nevnte mikrobærere kan ha hvilke som helst fasonger og størrelser som måtte være passende for koding, posisjonering og orientering og ytterligere identi-fikasjon av disse. Eksempelvis kan mikrobærerne ha form av kuler, eller form av perler som ikke nødvendigvis er kuleformede. Mikrobærerne kan f.eks. være sylind-riske eller ovale.

Når de har kuleform kan mikrobærerne f.eks. ha en diameter på 0,5 til 300 um. Mikrobæreren kan også ha en diameter på 1 til 200 um. Andre eksempler på passende størrelser av nevnte mikrobærere kan variere fra 10 til 90 um.

- Mikrobæreren kan ha en netto elektrisk ladning eller et elektrisk dipolmoment.

- Mikrobæreren kan være magnetisk eller ha et magnetisk dipolmoment.

- Mikrobæreren kan ha en viss anisotropi i sin form. Eksempelvis kan mikrobæreren ha en aksiell symmetrisk form, f.eks. stavform, ellipseform eller sylinder-form. - Mikrobæreren kan ha en viss anisotropi i sin massefordeling. Eksempelvis kan ett område av partikkelen være tettere, slik at én side er tyngre enn den andre. Videre vil, når en mikrobærer har asymmetrisk form, dette også vise seg ved en asymmetrisk massefordeling.

- Den kodede mikrobæreren i henhold til beskrivelsen i PCT/EP00/03280.

- Mikrobæreren kan utgjøre en kombinasjon av noen eller alle de ovennevnte egenskapene.

Mikrobæreren kan ha ulike egenskaper slik som optisk transparens, ferromagnetis-me, og kan ha funksjonell overflategruppe for å binde ligander slik som proteiner. Mikrobæreren kan også inneholde ett eller flere fargestoffer slik som fluoroforer, luminoforer og lignende, eller en kombinasjon av disse. Ferromagnetismen kan inn-føres ved enten utfelling av ferromagnetisk materiale in situ, eller overflatebehandling med et polymer som inneholder ferromagnetiske nanopartikler. Eksempler på ferromagnetiske materialer omfatter, men er ikke begrenset til: Cr203, Fe203, Fe304, Ni- og Co-metaller, andre metalloksider og metaller. Sammensetningene kan innfø-res under tilberedningen av mikrobærerne eller i et senere modifiseringstrinn, slik som gjennombløting eller overflatebehandling. Det ferromagnetiske materialet kan foreligge i nevnte mikrobærer i konsentrasjoner fra 0,1 til 50 vektprosent, eller i konsentrasjoner fra 0,5% til 40%, eller f.eks. i konsentrasjoner fra 1% til 30%.

Kodene som er innskrevet på mikrobærerne i henhold til beskrivelsen i

PCT/EP00/03280 kan ha hvilken som helst geometri, utførelse eller symbol som lar seg skrive og lese på mikrobærerne. Eksempelvis kan kodene skrives som en kombinasjon av tall eller bokstaver, eller som koder i form av symboler, bilder, strekkoder, ringkoder eller tredimensjonale koder. Ringkoder tilsvarer strekkoder, bortsett fra at de bruker konsentriske sirkler i stedet for rette streker. En ring kan f.eks. inneholde samme informasjon som en strek. Kodene kan skrives på overflaten av mikrobærerne eller i en innvendig dybde i mikrobærerne. Kodene kan f.eks. skrives på en innvendig dybde i mikrobærerne, og nærmere bestemt i senterplanet i mik robærerne. Avhengig av formen på mikrobærerne kan senterplanet være en foretrukket plassering for innskriving av koden, fordi dette kan gi det største arealet som er tilgjengelig for skriving. Videre kan det for mikrobærere som har kurvede overflater være gunstigere å skrive kodene på en intern dybde enn på de kurvede overflatene. Dette fordi det ofte vil være enklere å skrive og lese kodene på en plan flate enn på en kurvet flate.

Kodene kan skrives på mikrobærerne f.eks. ved hjelp av en lyskilde med høy rommessig oppløsning, slik som en laser, en lampe eller en kilde som sender ut rønt-genstråler, alfa- og beta-stråler, ionestråler eller hvilken som helst form for elektromagnetisk stråling. Kodene kan også skrives på mikrobærerne ved hjelp av fotokroming eller kjemisk gravering. En grei måte å skrive kodene på er ved bruk av en lyskilde med høy rommessig oppløsning, spesielt en laser eller en lampe kombinert med et konfokalt mikroskop. Kodene kan også skrives i en innvendig dybde i mikrobæreren ved bruk av ovennevnte fremgangsmåter.

Kodene kan også skrives ved utfelling av materiale på eller i nevnte mikrobærer. Eksempler på utfellingsmåter inkluderer, men er ikke begrenset til, laserutfelling og elektrokjemisk utfelling. Eksempler på materialer som kan brukes for nevnte utfelling inkluderer, men er ikke begrenset til, en hvilken som helst organisk sammensetning, et partikkellag av materiale eller et komposittmateriale, polymeriske materialer, krystallinske eller ikke-krystallinske materialer, amorfe materialer eller glas-ser, karbonholdig materialer som f.eks. grafittpartikler eller nanorør av karbon, metalliske materialer, slik som f.eks. gull, sølv, kobber, nikkel, palladium, platina, kobolt, rhodium, iridium; hvilket som helst metall-chalkognid; metalloksider slik som f.eks. kobberoksid, titandioksid; metall-sulfid, metall-selenid, metall-tellurid, metallegering, metallnitrid, metallfosfid, metall-antimonid, halvleder, semi-metall. Nevnte materiale kan utfelles i form av partikler slik som mikropartikler eller nanopartikler. Partiklene er f.eks. nanopartikler, altså typisk partikler i størrelses-området 10 nm til 1000 nm.

Kunnskap om posisjonen og orienteringen til mikrobæreren er avgjørende for å muliggjøre skriving og/eller lesing av de ovennevnte innskrevne kodene, spesielt når disse trinnene for identifisering blir utført i en anvendelse med høy gjennom-løpshastighet. Kunnskap om posisjonen og orienteringen til mikrobæreren vil ytterligere forbedre trinnene som gjelder identifisering.

Mikrobærerne kan inneholde en fotosensitiv substans. Mikrobæreren kan f.eks. inneholde en blekbar substans, og kodene på mikrobæreren kan være i form av blekede mønstre innenfor de blekbare delene av mikrobæreren. Mikrobærerne kan inneholde den blekbare substansen enten på overflaten av mikrobæreren eller inne i massen av mikrobæreren. En henvisning i denne patentsøknaden til blekesubstanser "på" mikrobærerne inkluderer både bleking på overflaten av mikrobæreren og bleking på en innvendig dybde i mikrobærerne. Foretrukne blekesubstanser inkluderer blekbare substanser som absorberer fluorescent eller elektromagnetisk stråling. Mikrobærerne kan inneholde blekbare luminoforer. Eksempler på luminoforer som kan brukes inkluderer fluorescenter, forforescenter eller scintillatorer. Blekbare kjemiluminiscente, bioluminiscente eller fargede substanser kan brukes. Ikke-begrensende eksempler på blekbare substanser er opplistet her: 3-hydroksypyren 5,8,10-tri-sulfonisk syre, 5-hydroksy-tryptamin, 5-hydroksy-tryptamin (5-HT), Acid Fuhsin, Acridine Orange, Acridine Red, Acridine Yellow, Acriflavin, AFA (Acriflavin Feulgen SITSA), Alizarin Complexon, Alizarin Red, Allophycocyanin, ACMA, Ami-noactinomycin D, Aminocoumarin, Anthroyl Stearate, aryl- eller heteroaryl-substituert polyolefin, Astrazon Brilliant Red 4G, Astrazon Orange R, Astrazon Red 6B, Astrazon Yellow 7 GLL, Atabrine, Auramine, Aurophosphine, Aurophosphine G, BAO 9 (Bisaminophenyloxadiazole), BCECF, Berberine Sulphate, Bisbenzamide, BOBO 1, Blancophor FFG Solution, Blancophor SV, Bodipy Fl, BOPRO 1, Brilliant Sulphoflavin FF, Calcien Blue, Calcium Green, Calcofluor RW Solution, Calcofluor White, Calcophor White ABT Solution, Calcophor White Standard Solution, Carbo-cyanine, Carbostyryl, Cascade Blue, Cascade Yellow, Catecholamine, Chinacrine, Coriphosphine O, Coumarin, Coumarin-Phalloidin, CY3.1 8, CY5. 1 8, CY7, Dans (1-Dimethyl Amino Naphaline 5 Sulphonic Acid), Dansa (Diamino Naphtyl Sulphonic Acid), Dansyl NH-CH3, DAPI, Diamino Phenyl Oxydiazole (DAO), Dimethylamino-5-Sulphonic acid, Dipyrrometheneboron Difluoride, Diphenyl Brilliant Flavine 7GFF, Dopamine, Eosin, Erythrosin ITC, Ethidium Bromide, Euchrysin, FIF (Formaldehyde Induced Fluorescence), Flazo Orange, Fluo 3, Fluorescamine, fluorescein isothio-cyanate ("FITC"), Fura-2, Genacryl Brilliant Red B, Genacryl Brilliant Yellow 10GF, Genacryl Pink 3G, Genacryl Yellow 5GF, Gloxalic Acid, Granular Blue, Haematoporp-hyrin, Hoechst 33258, Indo-1, Intrawhite Cf Liquid, Leucophor PAF, Leucophor SF, Leucophor WS, Lissamine Rhodamine B200 (RD200), Lucifer Yellow CH, Lucifer Yellow VS, Magdala Red, Marina Blue, Maxilon Brilliant Flavin 10 GFF, Maxilon Brilliant Flavin 8 GFF, MPS (Methyl Green Pyronine Stilbene), Mithramycin, NBD Amine, Nile Red, Nitrobenzoxadidole, N- (7-Nitrobenz-2-oxa-l, 3-diazol-4-yl) diethyl amine (NODDI, Noradrenaline, Nuclear Fast Red, Nuclear Yellow, Nylosan Brilliant Flavin E8G, Oregon Green, Oxazine, Oxazole, Oxadiazole, Pacific Blue, Pararosaniline

(Feulgen), Phorwite AR Solution, Phorwite BKL, Phorwite Rev, Phorwite RPA, Phosphine 3R, Phthalocyanine, phycoerythrines, Phycoerythrin R, Polyazaindacene Pontochrome Blue Black, Porphyrin, Primuline, Procion Yellow, Propidium Iodide, Pyronine, Pyronine B, Pyrozal Brilliant Flavin 7GF, Quinacrine Mustard, Rhodamine 123, Rhodamine 5 GLD, Rhodamine 6G, Rhodamine B, Rhodamine B 200, Rhodamine B Extra, Rhodamine BB, Rhodamine BG, Rhodamine WT, Rose Bengal, Se-rotonin, Sevron Brilliant Red 2B, Sevron Brilliant Red 4G, Sevron Brilliant Red B, Sevron Orange, Sevron Yellow L, SITS (Primuline), SITS (Stilbene Isothiosulphonic acid), Stilbene, Snarf 1, sulpho Rhodamine B Can C, Sulpho Rhodamine G Extra, Tetracycline, Texas Red, Thiazine Red R, Thioflavin S, Thioflavin TCN, Thioflavin 5, Thiolyte, Thiozol Orange, Tinopol CBS, TOTO 1, TOTO 3, True Blue, Ultralite, Ura-nine B, Uvitex SFC, Xylene Orange, XRITC, YO PRO 1, eller kombinasjoner av dette. Optimalt vil slike blekbare substanser inneholde funksjonelle grupper som er i stand til å danne et stabilt fluorescent produkt med funksjonelle grupper som typisk finnes i biomolekyler eller polymere inkludert aktiverte estere, isothiocyanater, aminer, hydraziner, halider, syrer, azider, maleimider, alkoholer, akrylamider, haloace-tamider, fenoler, tioler, syrer, aldehyder og ketoner. Nar det gjelder volumet av substans som kan blekes innenfor mikrobærerne er ett eksempel på et slikt volum på mellom 0,01 kubikknanometer og 0,01 kubikkmillimeter av mikrobæreren, et annet eksempel på et slikt volum er på mellom 1 kubikknanometer og 100 000 kubikkmikrometer, og enda et annet eksempel på et slikt volum er på mellom 10 000 og 10 000 kubikkmikrometer, og et eksempel til på et slikt volum er på mellom 0,01 kubikkmikrometer og 1000 kubikkmikrometer. De blekbare substansene bør velges slik at når bleking oppstår fortsetter koden å bestå på mikrobæreren i minst den tiden som ønskes for bruken av mikrobæreren og nødvendig avlesing av kodene. Nevnte kode bør minst være i behold så lenge utprøvingen der mikrobæreren brukes pågår. Denne funksjonelle levetiden for koden kan være fra noen minutter og opptil flere måneder, sågar opptil flere år, avhengig av utprøvingen som skal utføres. Følgelig er en viss mengde diffundering av ikkeblekte molekyler inn i de blekede områdene akseptabel så lenge levetiden for koden opprettholdes. Slik de er brukt nedenfor er begrepene fluorescent fargestoff, fluorescerer, fluorokrom eller fluorofor brukt om hverandre og betyr det samme.

Koder som er bleket på mikrobærere kan også skrives slik at de har ulike intensiteter av fluorescens eller farge innenfor blekede områder på mikrobærerne. En bleket koding kan f.eks. inneholde flere ulike grader av bleking slik at det forekommer flere ulike intensiteter av fluorescens innen det blekede området sett under ett. Slik kan mikrobærere kodes ikke bare ved geometrien av mønsteret som er bleket på mikrobærerne, men også ved bruk av ulike fluorescente intensiteter innenfor møns-teret.

Kodene kan innskrives på mikrobærerne ved bruk av skanning-mikrofotolyse (Scanning Microphotolysis - SCAMP). De tekniske egenskapene ved SCAMP ble først beskrevet i P. Wedekind et al.: «Scanning microphotolysis: a new photobleaching technique based on fast intensity modulation of a scanned laser beam and confocal imaging», Journal of Microscopy, vol. 176, pp. 23-32 (1994. Fotobleking er et vel-kjent fenomen i samband med falming av farger som følge av det faktum at visse bølgelengder av lys som skinner på et gitt pigment vil føre til at molekylene i pig-mentet går i resonans og til slutt blir brutt ned. Dette er også årsaken til at fluorescente molekyler ofte har en tendens til å blekes når de blir utsatt for en kraftig laserstråle med en bestemt bølgelengde. Kodene kan fotoblekes ved hjelp av et kon-vensjonelt (ikke-skannende) lysmikroskop der en stasjonær (laser-)lysstråle foku-seres på prøven under blekeprosessen. Den stasjonære posisjonen til (laser-)lysstrålen under blekeprosessen fører til et fotobleket område som har en sirkulær geometri. Selv om ikke-skannende mikroskoper teknisk gir et bestrålt område på 2 um eller mindre i diameter, vil utvidelse av blekeflekken ofte oppstå som følge av den stasjonære laserstrålen. Dette fører til større sirkulære blekede flekker som er fra 1 um til 35 um, typisk fra 10 um til 20 um eller sågar større slik som 15 um til 35 um. Tilgjengeligheten av lysskannende mikroskoper med laser åpnet nye muligheter for mikrofotolysemetoder. Kombinasjonen av fotolyse, stråleskanning og kon-fokal mikroskopi førte til utvikling av SCAMP. Med SCAMP foregår bleking under skanning av en prøve ved å veksle mellom lavt laserintensitetsnivå for overvåking og høyt laserintensitetsnivå for fotobleking i løpet av mindre enn ett mikrosekund, ved bruk av en intensitetsmoduleringsanordning slik som en akusto-optisk modula-tor (AOM). Kombinasjonen av bleking under skanning og bruken av AOM, som genererer ekstremt korte blekepulser, hindrer utvidelsen av blekeflekken som oppstår ved konvensjonell mikrofotolyse som følge av lengre fotoblekingstider og den stasjonære laserstrålen. SCAMP tillater blekingsflekker opp til grensen for oppløsning hos objektivlinsen som brukes.

Skriving av koder på mikrobærere kan også involvere bleking av mikrobærerne for å frembringe forskjellige intensitetsnivåer i den blekede koden. I tillegg til å inneholde informasjonen i oppbyggingen av selve koden, kan informasjon også formidles av ulike intensiteter innen de blekede mønstrene. Evnen til å kode mikrobærerne med ulike intensiteter kan tillate mindre koder på mikrobærerne, slik at det spa-res plass, men fortsatt formidles samme antall eller flere unike identifikatorer for koding av mikrobærere. Som et eksempel er det mulig å bleke fire forskjellige intensiteter i perlene. Dette kan oppnås på flere måter, f.eks. ved gjentatt bleking over visse deler av perlen fremfor andre, eller ved å dissipere forskjellige nivåer av akustisk styrke inn i en AOM for å frembringe et antall ulike laserstyrker som vil danne blekede mønstre med ulike intensiteter alt etter styrken på laserlyset som brukes for hver del av koden.

Koden kan også innskrives ved fotokroming. Fotokromiske materialer av interesse utsettes for en irreversibel endring i lysabsorbering, fremkalt ved elektromagnetisk stråling, de vanligste anvendelser innebærer irreversible endringer i farge eller transparens ved eksponering for synlig eller ultrafiolett lys. Dette kan ofte observeres som en endring i det synlige spekteret (400 - 700 nm), og kan være hurtig eller meget langsom. En kode kunne så bli skrevet innvendig i en perle som inneholder et fotokjemisk fargestoff, med fokusert ultrafiolett lys. Det finnes to hovedklasser av fotokromiske materialer, uorganiske og organiske. Eksempler på uorganiske typer er sølvhalidene. De organiske fotokromiske systemene kan inndeles etter reak-sjonstypen. De fotokromatiske sammensetningene kan være løselige i normale organiske løsemidler slik som heksan, toluen, aceton og DMSO. Et ikke ekskluderende eksempel er bruken av en spredning i polystyren ved en konsentrasjon så høy som 99%. Nevnte sammensetninger er også stabile både i lav og høy pH, og er stabile over et stort temperaturområde. De fotokromiske sammensetningene av interesse er irreversible, idet fargeendringen ikke går tilbake når belysningen blir borte. De fleste av de interessante sammensetningene er termisk irreversible, idet de ikke går tilbake til opprinnelig fargeløs tilstand ved romtemperatur. Fordelaktige fotokromiske fargestoffer er slike som ikke lar seg bleke tilbake til sin opprinnelige tilstand. Ikke-begrensende eksempler på fotokromiske fargesammensetninger av interesse inkluderer derivativer av diaryletener med heterosykliske aryl-grupper slik som furan, indol, tiofen, selenofen, tiazol-aryl-grupper, monomeriske og polymer-former av nevnte sammensetninger og liknende. Eksempler på sammensetninger inkluderer 1, 2-dicyano-l, 2-bis (2,4,5-trimetyltiofen-3-yl)eten, 2,3-bis (2,4,5-trimetyltiofen-3-yl) malein anhydrid, 1, 2-bis (2,4-dimetyl-5-fenyltiofen-3-yl) perfluorocyklopenten, 1,2-bis (3-metyl-2-tienyl) perfluorocyklopenten, 1, 2-di (2-dimetyl-5-fenyltiofen-3-yl) perfluorocyklopenten, 1,2-bis (2-metyl-3-tienyl) perfluorocyklopenten, 1,2-bis (2,5-dimetyl-3-tienyl) perfluorocyklopenten, 2- (l-oktyl-2-metyl-3-indolyl)3- (2, 3,5-trimetyl-3-tienyl) malein anhydrid, 2- (2'-metoksybenzo [b] tiofen-3-yl)3- (2-dimetyl-3-indolyl) malein anhydrid, 1, 2-bis (2-metyl-5-fenyl-3-tienyl)perfluorocyklopenten, 1,2-bis (2,4-dimetyl-5-fenyl-3-tienyl) perfluorocyklopenten, 1, 2-bis (2-metyl-6-nitro-l-benzotiofen-3-yl) perfluorocyklopenten, 1, 2- bis (2-metoksy-5-fenyl-3-tienyl) perfluorocyklopenten og liknende. De fotokromiske sammensetningene kan tilsettes til mikrokulen i mengder fra 0,1% til 100%. I en annen utførelse kan de fotokromiske sammensetningene tilsettes til mikrokulen i mengder fra 0,1% til 80%. I enda en annen utførelse kan de fotokromiske sammensetningene tilsettes til mikrokulen i mengder fra 0,1% til 50%. Den fotokromiske sammensetningen kan også tilsettes i mengder fra 1% til 3%. Fotokroming er potensielt raskere og lettere å styre enn blekingen av fluorescent fargestoff, fordi fargingen normalt er lineær med innfallende effekt. Avlesning blir forenklet fordi det er tilstrekkelig å ta et bilde som viser koden på en transparent bakgrunn. Et møns-ter skrevet av lokalisert bleking i en fluorescent perle ville derimot kreve et konfokalt mikroskop for å detekteres. Det er mulig å innkode opptil flere titalls tusen mikrobærere per sekund ved fotokroming.

Andre fremgangsmåter for innskriving av koder kan også brukes, slik som kode-skriving ved å endre brytningsindeksen eller ved selektiv spektral fotobleking. I tilfellet med spektral fotobleking kan mikrobærerne inneholde en eller flere ulike fargestoffer med hver sin unike spektralkarakteristikk, idet en eller flere av disse fargestoffene kan blekes ved ulike intensiteter.

Videre kan mikrobærerne bli funksjonalisert, dvs. nevnte mikrobærer kan inneholde en eller flere ligander eller funksjonelle enheter bundet til overflaten av mikrobærerne. Et vidt spektrum av kjemiske og biologiske funksjonaliteter kan vedheftes som ligander til nevnte mikrobærere. Disse funksjonalitetene inkluderer alle funksjonaliteter som rutinemessig blir brukt i silingsteknikk og diagnose med høy gjen-nomløpshastighet. Valget av ligand vil variere etter analytene det tas sikte på. Liganden kan f.eks. være en organisk entitet, slik som et enkelt molekyl eller en sam-ling molekyler. Eksempler på funksjonalisering inkluderer vedhefting, ofte via en linker, til et antistoff eller antistoff-fragment, til en oligonukleotid eller til en detek-terbar merkelapp. I noen utførelser kan mikrobæreren ha multiple funksjonaliteter. Slik termen funksjonsenhet blir brukt her, er den ment å definere enhver art som modifiserer, hefter ved, henger ut fra, dekker eller er kovalent eller ikke-kovalent bundet til overflaten av nevnte mikrobærer. Funksjonalitet som definert her, inkluderer enhver modifikasjon av overflaten på mikrobæreren som kovalent eller ikke-kovalent modifisert, derivatisert eller på annen måte overtrukket med en organisk, uorganisk, organometallisk eller kompositt-monolag, multilag, film, polymer, glass, keramikk, metall, semi-metall, halvleder, metalloksid, metallchalkoginid, eller kombinasjoner av disse. Mens slik funksjonalisering vanligst kan forekomme på overflaten av mikrobæreren, kan den også forekomme på indre flater i mikrobæreren, slik det kan være tilfelle i en porøs eller hul mikrobærer. Eksempel på målanalyter for de mikrobærer-bundne ligander inkluderer antigener, antistoffer, reseptorer, hap-tener, enzymer, proteiner, peptider, nukleinsyrer, narkotika, hormoner, patogener, toksiner eller hvilke som helst andre kjemikalier eller molekyler av interesse. Ligandene eller funksjonsenhetene kan festes til mikrobærerne ved midler som vanligvis brukes til å feste ligander til mikrobærere i alminnelighet, inkludert ved hjelp av en kovalent binding og ved direkte vedheng eller vedheng via en linker. Videre kan mikrobærerne bli ytterligere funksjonalisert på en rekke måter for å tillate vedheng av en initiell reaktant med uorganisk eller organisk funksjonsgruppe, inkludert men ikke begrenset til syrer, aminer, tioler, etere, estere, tioestere, tioetere, karbama-ter, amider, tiokarbonater, ditiokarbonater, iminer, alkener, alkaner, alkyner, aro-magrupper, alkoholer, heterosykler, cyanater, isocyanater, nitriler, isonitriler, isotiocyanater og arganocyanater, eller kombinasjoner av disse, hvilke som helst uorganiske koordineringskomplekser og organometalliske komplekser, inkludert men ikke begrenset til 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- og 9-koordinat-komplekser, hvilket som helst organometallisk kompleks, inkludert men ikke begrenset til arter som inneholder en eller flere metall-karbon, metall-silisium eller metall-nitrogen-bindinger.

I en annen utførelse omfatter den funksjonelle enheten eller funksjonaliseringen av mikrobæreren en avtakbar merkelapp. En avtakbar merkelapp er enhver art som kan brukes til detektering, identifisering, telling, sporing, lokalisering, posisjonstri-angulering og/eller kvantisering. Slike målinger kan oppnås basert på absorbsjon, emisjon, generering og/eller spredning av en eller flere partikler, masse, ladning, faradiske eller ikke-faradiske elektrokjemiske egenskaper, elektronaffinitet, proton-affinitet, nøytronaffinitet, eller annen fysisk eller kjemisk egenskap, inkludert men ikke begrenset til, løsbarhet, polariserbarhet, smeltepunkt, kokepunkt, trippel-punkt, dipolmoment, magnetisk moment, størrelse, form, surhetsgrad, basegrad, iso-elektrisk punkt, diffusjonskoeffisient eller sedimentær koeffisient. Slik moleky-lær merkelapp vil kunne bli detektert eller identifisert via en slik egenskap eller en kombinasjon av slike egenskaper.

I en utførelse av nærværende oppfinnelse, vil en fremgangsmåte for manipulering for identifiseringsformål av en mikrobærer og omfatte følgende trinn:

a) posisjonering og orientering av nevnte mikrobærer,

b) koding av nevnte mikrobærer ved å innskrive en kode på denne,

c) å tillate en mål-analyt-reaksjon på eller i nevnte mikrobærer,

d) posisjonering og orientering av nevnte mikrobærer, samt

e) identifisering av nevnte mikrobærer.

Nevnte fremgangsmåte kan med fordel også inkludere et trinn der de mikrobærerne på en selektiv måte blir identifisert der det er foregått en mål-analyt-reaksjon av særlig interesse. Eksempelvis kunne mikrobærere med en mål-analyt-reaksjon av interesse separeres fra resten av mikrobærerne, og disse mikrobærere kan så bli gjenstand fortrinnene d) og e) i fremgangsmåten ovenfor.

I henhold til en annen utførelse gjelder nærværende oppfinnelse en fremgangsmåte der trinnet med posisjonering og orientering følger av et fysisk, mekanisk, kjemisk eller biologisk samvirke på eller nær nevnte mikrobærer. En annen utførelse i henhold til oppfinnelsen er en fremgangsmåte der trinnet med posisjonering og orientering begrenser roterende bevegelse av mikrobæreren som følge av et magnetfelt som er påtrykt mikrobæreren. En annen utførelse i henhold til oppfinnelsen er en fremgangsmåte der trinnet med posisjonering og orientering begrenser roterende bevegelse av mikrobæreren som følge av et elektrisk felt eller et magnetfelt som er påtrykt mikrobæreren. En annen utførelse i henhold til oppfinnelsen er en fremgangsmåte der trinnet med posisjonering og orientering følger av den ikke-kuleformede formen på mikrobæreren, og spesielt av en ellipseformet eller sylindrisk formet mikrobærer. En annen utførelse i henhold til oppfinnelsen er en fremgangsmåte der trinnet med posisjonering og orientering følger av anisotropien i massefordelingen i mikrobæreren. I et slikt tilfelle kan det oppnås en aksiell posisjonering og orientering på en gravitasjonen og på en sentrifugal måte, slik at trinnet med posisjonering og orientering følger av en eller flere kombinasjoner av egenskapene som er beskrevet ovenfor. Det kan f.eks. være en kombinasjon av magnetiske krefter og anisotropi i form, en kombinasjon av magnetiske krefter og anisotropi i vekt, osv.

I henhold til en annen utførelse kan trinnet med posisjonering og orientering foregå i en strømningscelle eller i et strømningscytometer. Termen strømningscytometer brukes her om enhver anordning som danner en enkelt banestrøm av partikler i et fluid og måler fluorescens fra partiklene. Prøvefluidet kan begrenses til en smal strømningskanal eller ved hydrodynamisk fokusering innen en omhyllingsvæske. Eksempel: For å posisjonere og orientere partikler i strømmen er det mulig å nytte prinsippet med hydrodynamisk fokusering i en såkalt omhyllingsstrømcelle eller

-kammer. Prøvefluidet som inneholder partiklene kan injiseres i senteret for en hurtigere omgivende strøm, omhyllingsstrømmen, foran en konvergent dyse. Idet flui-

det passerer gjennom konvergensen inn i observasjonsområdet, blir prøvestrøm-men akselerert, strukket ut og sentrert for å passere gjennom brennpunktet i ob-servasjonssystemet. Fluidet kan være luft, vann, løsemiddel, buffer og lignende. Ulike typer av strømningsceller kan brukes, ikke-begrensende eksempler er angitt her: Celler med et lukket optisk kammer som kan brukes til å detektere fluorescens, spredning eller lysslukking, partikkelsorterere som bruker strømningsceller åpne i enden og som deler opp strømmen til elektrisk ladede smådråper som lar seg avlede av et elektrisk felt over til beholdere for å sortere partikler alt etter deres fluorescente signal, for eksempel, strømningsceller som kan ha asymmetriske dyser eller ha asymmetriske innsnevringer i strømningskammeret for å orientere ikke-kuleformede partikler inn på den optiske aksen. Et annet eksempel inkluderer en strømningscelleanordning slik det er beskrevet i US patent nr. 5.690.895.

I henhold til en annen utførelse kan trinnet med posisjonering og orientering foregå ved dielektroforetisk innburing av mikrobærere. Dielektriske partikler slik som polystyren-mikrobærere, suspendert i en væske kan bli manipulert av et høyfrekvent

elektromagnetisk felt i et mikroelektrodebur. Eksempelvis kan mikrobærere bli ført inn i en spesialkonstruert strømningscelle med et antall elektroder, og ved å modifisere amplitude, frekvens og fase i feltene kan mikrobæreren posisjoneres og orienteres.

I henhold til en annen utførelse kan posisjonering og orientering også foregå i en se mi-væskes upport eller væskesupport, idet nevnte semi-væskesupport eller væskesupport kan ha ulik viskositet eller tetthet eller kan være sammensatt av to eller flere semi-væskelag eller væskelag med forskjellig viskositet eller tetthet. Mikrobæreren kan så flyte eller bli posisjonert på eller i supportvæsken ved grensesnittet foren viskositetsendring. Posisjon og orientering kan variere avhengig av mikro-bærertettheten. Fraværet av en strøm i nevnte fordeling av mikrobærerne fører til muligheten for at detekteringsmidlene kunne være mobile.

I henhold til en annen utførelse kan trinnet med posisjonering og orientering også foregå ved eksempelvis å fange mikrobærerne i sterkt fokuserte laserstråler, såkalte "laser tweezers". Trinnet med posisjonering og orientering kan også foregå ved bruk av akustiske bølger, slik som ultrasonisk innfanging, der mikrobæreren blir innfanget i stående bølger i en væske. En "mikrodreiebenk" som vanligvis brukes til å modifisere fasongen på partikler med en UV-laser kan også brukes til å posisjonere og orientere mikrobæreren for identifiseringstrinnet.

I henhold til en annen utførelse kan trinnet med posisjonering og orientering også foregå ved bruk av to eller flere kombinasjoner av ovenfor beskrevne fremgangsmåter for posisjonering og orientering.

I henhold til en utførelse kan kodingstrinnet utføres som beskrevet ovenfor under beskrivelsen av mikrobæreren. Kodingsprosessen kan således velges fra den gruppen som omfatter fotokroming, kjemisk gravering, materialavsetning, fotobleking eller eksponering av nevnte mikrobærer for en lyskilde med høy rommessig oppløs-ning, slik som en UV-laser. I henhold til en annen utførelse utføres kodingstrinnet ved fotokroming. I henhold til en annen utførelse utføres kodingstrinnet ved fotobleking.

I henhold til en annen utførelse omfatter kodingen innskriving av en kode på en mikrobærer, idet koden blir generert ved rommessig modulering dannet inne i mikrobæreren eller på overflaten av denne. I henhold til enda en annen utførelse er nevnte rommessige modulering et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer som befinner seg inne i eller på overflaten av mikrobæreren. I henhold til en annen utførelse kan nevnte rommessige modulering genereres av ett eller flere trinn som omfatter (i) endring av en eller flere egenskaper ved materialet i et individuelt volumelement, (ii) fjerning av materiale fra et individuelt volumelement, (iii) avsetning av materiale på et individuelt volumelement eller (iv) la et individuelt volumelement forbli uendret, eller en kombinasjon av dette.

I henhold til en utførelse kan trinnet med målanalyt-reaksjon bestå av kontakt med en oppløsning som kan inneholde nevnte analyt med en sammensetning som omfatter et molekyl, arter eller materiale som samvirker med nevnte analyt bundet til en kodet mikrobærer, eller en mikrobærer, og i identifiseringstrinnet videre detektere hvorvidt det har funnet sted et samvirke. Nevnte trinn inkluderer også å tillate en målanalytreaksjon for analyter i gass, damp, semi-væske eller fast-fase.

I henhold til en annen utførelse gjelder nærværende oppfinnelse en fremgangsmåte der trinnet med identifisering blir utført ved et mulig fysisk eller kjemisk middel for avlesning, inkludert men ikke begrenset til elektromagnetiske, optiske, spektromet-riske, spektroskopiske og mekaniske midler. Identifiseringstrinnet gjelder interpre-tering av informasjonen som er innkodet i en mikrobærer og kan også kalles et "avsøkingstrinn" eller "differensieringstrinn". Identifiseringstrinnet kan utføres med identifiseringsmidler, inkludert men ikke begrenset til visuelle inspeksjonsmidler, digitale (CCD-) kameraer, videokameraer, fotografisk film, eller aktuell instrumen- tering slik som laserskanningsanordninger, fluorometre, luminometre, fotodioder, kvantetellere, platelesere, epifluorescensmikroskoper, skannende mikroskoper, ko-fokale mikroskoper, detektorer med kapillær elektroforese, eller ved andre midler for å forsterke signalet, slik som et fotomultiplikatorrør eller annen lysdetektor som er i stand til å detektere tilstedeværelse, lokalisering, intensitet, eksitering og emi-sjonsspektra, fluorescenspolarisering, fluoriscenslevetid og andre fysiske egenskaper ved det fluorescente signalet.

I en annen utførelse blir identifiseringstrinnet utført ved hjelp av et optisk identifiseringsmiddel. Avlesning av kodene kan utføres med et vanlig mikroskop dersom koden befinner seg på overflaten av mikrobæreren, eller dersom mikrobæreren er tilstrekkelig gjennomsiktig, befinner seg på en innvendig dybde i mikrobæreren. Avlesning av kodene kan også utføres ved hjelp av et konfokalt mikroskop, et transmisjonsmikroskop eller et fluorescensmikroskop. Spesielt kan kodene avleses ved å suspendere mikrobærerne i en vannomgivelse, idet mikrobærerne plasseres mellom to glassplater eller i mikrokapillarrør, og derpå avlese kodene gjennom et mikroskop eller et konfokalt mikroskop. Avlesningen kan også utføres ved bruk av et laserstråle-skanneinstrument. Avlesningen kan også utføres i en strømningscelle. En myriade av lyskilder og fotodetektorer er kjent innen feltet strømningscytometri.

I henhold til en annen utførelse kan, under identifiseringstrinnet, mikrobæreren posisjoneres i 3-D i individuelle brønner på en slik måte at alle mikrobærerne i tur og orden passerer den stasjonære skannestrålen i et identifiseringsmiddel. Avles-ningshastigheten kunne også økes dersom mikrobærerne selv passerer skannestrålen. De begrensende faktorer i et slikt tilfelle ville være responstiden til detektoren og tiden som kreves av dekodealgoritmen. Eksempler: brønnene kunne posisjoneres på en skive i samsvar med en spiral med lineært økende radius. Skiven ville derfor bare måtte rotere med en konstant vinkelhastighet mens skanneren beveger seg med konstant hastighet i radiell retning, og mikrobærerne vil passere skannestrålen en etter en.

Nevnte fremgangsmåte kan være nyttig for utføring av en assey av målanalyt. Eksempler på assey av målanalyt inkluderer, men er ikke begrenset til DNA-hybridisering, enzymbaserte assey, immunoassey, kombinatoriske kjemiassey, assey utført for å sile etter visse sammensetninger i prøver, samt assey for detektering og isolering av sammensetninger fra disse prøvene.

Nærværende oppfinnelse omfavner koding av en mikrobærer slik at koden blir generert av rommessig modulering dannet inne i mikrobæreren eller på dennes utvendige flate. I henhold til en utførelse er den rommessige moduleringen et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer som befinner seg inne i eller på overflaten av mikrobæreren. I henhold til en annen utførelse er den nevnte rommessige moduleringen et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer som befinner seg inne i eller på overflaten av mikrobæreren. I henhold til enda en annen utførelse kan nevnte rommessige modulering bli generert av ett eller flere trinn som omfatter (i) endring av en eller flere egenskaper ved materialet i et individuelt volumelement, (ii) fjerning av materiale fra et individuelt volumelement, (iii) avsetning av materiale på et individuelt volumelement, eller (iv) la et individuelt volumelement forbli uendret, eller en kombinasjon av dette.

En kodet mikrobærer som kan fremskaffes ved fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor, har en kode generert ved rommessig modulering dannet inne i mikrobæreren eller på dens utvendige overflate. I henhold til en utførelse er den rommessige moduleringen et kjent arrangement av et endelig antall distinkte volumelementer lokalisert inne i eller på overflaten av mikrobæreren. I henhold til enda en annen utførelse kan nevnte rommessige modulering bli generert av ett eller flere trinn som omfatter (i) endring av en eller flere egenskaper ved materialet i et individuelt volumelement, (ii) fjerning av materiale fra et individuelt volumelement, (iii) avsetning av materiale på et individuelt volumelement, eller (iv) la et individuelt volumelement forbli uendret, eller en kombinasjon av dette.

Nærværende oppfinnelse omfavner videre bruken av en mikrobærer som beskrevet her i en silingsassey med høy gjennomløpshastighet. Utprøvingen kan bestå f.eks. av detektering av tilstedeværelse eller fravær av en eller flere målanalyter i prøven. Nevnte assey kan omfatte å bringe en mikrobærerbundet ligand i kontakt med minst én analyt, detektere hvorvidt analyten har reagert på eller bundet seg til mikrobæreren, og avlesning av koden til en mikrobærer som har vært gjenstand for reaksjon eller binding. Nevnte assey kan omfatte valget av en eller flere ligander som binder eller reagerer med den ene eller de flere analyten(e), binding av ligandene til et antall mikrobærere, korrelering av identiteten til ligandene med kodene på mikrobærerne som ligandene er bundet til, bringe den ene eller de flere analyten(e) i kontakt med minst de ligand-bundne mikrobærerne, observering av mulige mikrobærere der analyten har bundet seg til eller reagert med den mikrobærer-bundne liganden, og avlesning av kodene på mikrobærerne for å identifisere mulige ligander som den ene eller de flere analyten(e) har reagert med, for derved å be stemme tilstedeværelse eller fravær av den ene eller de flere analyten(e). Nevnte silingsassey med høy gjennomløpshastighet med bruk av de kodede mikrobærerne kan utføres i vann, i løsemiddel, i buffer eller i annet biologisk fluid, inkludert sepa-rerte eller ufiltrerte biologiske fluider slik som urin, cerebrospinal fluid, pleural fluid, synovial fluid, peritoneal fluid, amniotisk fluid, gastrisk fluid, blod, serum, plasma, lymfefluid, interstitial fluid, vev-homogenat, celleekstrakter, saliva, sputum, stool, fysiologiske sekreter, tårer, mucus, svette, melk, sæd, vaginale sekreter, væske fra ulcera og andre overflateutbrudd, blemmer og abscesser, samt ekstrakter av vev inkludert biopsier av normal, ondartet og mistenkelig vev eller andre stoffer i krop-pen som kan inneholde analyten som er av interesse. Andre lignende prøver slik som celle- eller vevkultur eller kultur-buljong er også av interesse.

Alternativt hentes prøven fra en omgivelseskilde slik som jord, vann eller luft, eller fra en industriell kilde slik som hentes fra en avløpsstrøm, en vannkilde, en tilfør-selslinje eller en produksjonspulje. Industrielle kilder inkluderer også fermente-ringsmedia, slik som fra en biologisk reaktor eller fødemiddelfermenteringsprosess slik som brygging, eller matvarer slik som kjøtt, vilt, grønnsaker eller meieriproduk-ter. Testprøven kan forhåndsbehandles før bruk, slik som tilberedning av plasma fra blod, fortynning av viskøse fluider eller lignende, og behandlingsmetoder kan innebære filtrering, destillering, konsentrering, passivisering av forstyrrende sammensetninger samt tilsetning av reagenter.

Nærværende oppfinnelse omfatter videre en rapport som inneholder informasjon oppnådd fra asseyene med høy gjennomløpshastighet som er beskrevet ovenfor.

Nærværende oppfinnelse omfavner videre en fremgangsmåte for tilberedning av en kodet mikrobærer som beskrevet ovenfor, som omfatter trinnet med innskriving av en kode på nevnte mikrobærer. Eksempler på prosesser for innskriving av nevnte koder inkluderer fotokroming, kjemisk gravering, materialavsetning, fotobleking eller eksponering av nevnte mikrobærer for en lyskilde med høy rommessig oppløs-ning. I henhold til en utførelse blir nevnte kode innskrevet ved fotokroming. I henhold til en annen utførelse blir nevnte kode innskrevet ved fotobleking.

I henhold til et annet aspekt innebærer nærværende oppfinnelse en datamaskin for overvåking av en mål-analytassey med høy gjennomløpshastighet med en mikrobærer som beskrevet her, der nevnte datamaskin er koblet til et apparat som beskrevet ovenfor.

I henhold til en utførelse innebærer nærværende oppfinnelse videre en anordning for mål-analytassey med høy gjennomløpshastighet, som omfatter en datamaskin for overvåking av nevnte assey og apparat som beskrevet ovenfor. Anordningen kan omfatte en mikromatrise og et identifiseringsmiddel. Eksempler på identifiseringsmidler omfatter men er ikke begrenset til optiske midler, elektroniske midler, fysiske midler, kjemiske midler og magnetiske midler. Mikromatrisen vil normalt innebære et antall ulike komponenter. Teoretisk trenger det ikke finnes mer enn én komponent, men det kan være opptil IO<5>. Mens antallet komponenter normalt ikke vil overstige IO<5>, kan antallet individuelle kodede mikrobærere som brukes være betydelig større.

De kodede mikrobærerne i mikromatrisen kan ordnes i spor. Etiketter kan lages for å definere steder slik at bestemte samvirkninger kan detekteres raskt. Spesielt kan en ha skiver med sirkulære spor med etiketter som definerer steder på sporene slik at positive signaler kan interpreteres i samband med informasjonen fra etiketten. De sirkulære sporene er fortrinnsvis konsentriske, og kan ha et tverrsnitt i området 5 til 5000 um, eller f.eks. i området 100 til 1000 um eller fra 500 til 2000 um. Forskjellige varianter er mulig, slik som forhåndsberedte segmenter som så kan festes til skiven for utprøving.

Ovennevnte og andre objekter, egenskaper og fordeler ved nærværende oppfinnelse vil lettere kunne bli forstått ut fra følgende beskrivelse, sett i samband med de vedlagte tegningsfigurene, der figurene 1 - 3 er tverrsnittskisser.

Flere av figurene viser særtrekk på det eksemplet om hhv. sfæriske mikrobærere eller mikrosfærer, som ikke er en del av den nærværende oppfinnelsen.

På figur 1 er vist en kuleformet mikrobærer med et magnetisk dipolmoment som stammer fra magnetisk materiale innvendig. Det magnetiske feltet som skyldes spoler holder mikrobæreren på plass, samtidig som mikrobæreren blir orientert. Når det magnetiske materialet blir plassert utenfor senteret på mikrobæreren slik det er vist, oppnås en fullstendig 3-D-orientering takket være gravitasjon og magnetisk tiltrekning.

På figur 2 er vist kuleformede mikrobærere med et magnetisk dipolmoment transportert av et fluid som strømmer gjennom et kapillar med hastighet v. Det finnes to spoler som kan indusere et magnetfelt parallelt med kapillaret. Utenfor det magnetiske feltet vil bærerne rotere på grunn av friksjonen i fluidet. Innenfor spolene vil det magnetiske feltet søke å rette inn dipolmomentet antiparallelt med seg selv, og slik eliminere rotasjonen i partikkelens bevegelsesretning.

På figur 3 er vist en skjematisk fremstilling av kapillarsystemet som brukes til å undersøke posisjoneringen av mikrobærere transportert av en laminær strøm inne i et kapillar ved hjelp av et konfokalt mikroskop.

Figur 4 viser et kofokalt bilde med én partikkel som flyter inne i kapillaret. Pilen til høyre angir innerdimensjonen i kapillaret: 80 um. Kapillaret og vannet er fullstendig mørkt, fordi de ikke sender ut fluorescent lys. Synsfeltet er 0,92 mm x 0,10 mm. Én partikkel kan observeres som et sett med tre separate streker fremfor en virkelig skive som følge av hastigheten av partiklene og den spesielle måten et konfokalt bilde blir tatt. Fordi figur 4 er en av bildene i en komplett tidsrekke, kan

partikkelen på figur 4 faktisk gjenfinnes på figur 5 i samme posisjon, siden dette er addisjonen av alle bildene fra tidsrekken inn på ett bilde. Fra figur 5 fremgår det at partiklene faktisk har en viss posisjon under transport i en laminær strøm gjennom kapillaret (trykk på om lag 0,05 atm, idet «om lag» slik det er brukt her, betyr pluss eller minus 15%). Partiklene følger en rett linje i konstant avstand fra ka-pillarveggen (linjen synes skrå, men det skyldes at selve kapillaret var plassert slik i synsfeltet).

Figur 5 viser et sammensatt bilde av alle de individuelle bildene fra en tidsrekke, der alle partiklene som har passert i dette tidsintervallet (trykk om lag 0,05 atm) er vist. Det fremgår at alle partiklene beveger seg langs én rett linje i konstant avstand fra veggen i (men ikke i senter av) kapillaret. Figurene 6 og 7 viser også et sammensatt bilde, nå fra to ulike tidsrekker. Figur 6 viser et sammensatt bilde med samme posisjonering ved et høyere trykk (om lag 0,1 atm). Figur 7 viser et sammensatt bilde med samme posisjonering ved et høye-re trykk (om lag 0,15 atm). Eneste forskjell mellom figurene 5, 6 og 7 er det på-trykte trykket (henholdsvis om lag 0,05, 0,1 og 0,15 atm), og dermed fluidhastig-heten. Posisjoneringen er derfor gyldig også ved høyere trykk. Figur 8 viser et konfokalt bilde av toppen av en grønn-fluorescent 40 um mikrokule overtrukket med ferromagnetiske Cr02-partikler. Figur 9 viser et konfokalt bilde av senterplanet av grønn-fluorescente 40 um ferromagnetisk-overtrukne partikler. Figur 10 viser et konfokalt bilde av et enkelt mønster som ble bleket i senterplanet av en ferromagnetisk-overtrukket partikkel. Figur 11 viser et bilde av en 28 um fotokromisk mikrokule (forut for UV-belysning) med rødt lys i transmisjonslysmodus. Mikroskopet ble fokusert på senterplanet. Figur 12 viser et transmisjonsbilde av mikrokulen etter fotokroming av et 3 um kvadrat i nevnte mikrokule. Figur 13 viser et transmisjonsbilde av en fullstendig farget og transparent mikrokule. Figur 14 viser et konfokalt bilde av tre "punktkoder" i en mikrokule (til venstre) og en normalisert intensitetsprofil målt gjennom den midtre koden (til høyre). Hver delestrek langs bildeaksene utgjør 2 um. Figur 15 viser en fotobleket mikrokule i DMSO (til venstre). Det andre bildet til høy-re ble tatt 3 timer senere. Figur 16 viser en skjematisk skisse av ferromagnetiske mikrobærere i en understøt - ting som består av to væsker eller semi-væsker med forskjellig tetthet. To spoler finnes som kan innføre et magnetfelt. Inne i spolene vil magnetfeltet søke å rette inn dipolmomentet i antiparallell til seg selv, og derfor posisjonere og orientere mikrobæreren på en bestemt måte. Figur 17 viser en skjematisk skisse av en anordning som omfatter et konfokalt laserskanningsmikroskop (Confocal Laser Scanning Microscope - CLSM) koblet til en kraftig laser kombinert med en hurtig optisk bryter. Lyskilden som brukes er en ionelaser type Spectra Physicx Stabilite 2017, avstemt til en enkelt bølgelengde, f.eks. 488 nm. AOM får laserlyset til å bli avbøyd til multiple stråler. Førsteordens stråle blir så koblet til en optisk fiber. AOM blir styrt av en PC og dedikert programvare til å vende intensiteten av førsteordens-strålen mellom to nivåer: en svak bil-dedannende stråle og en sterk blekestråle. Fiberenden er koblet i en "dobbel fiber-kobling" slik at lyset som kommer ut av fiberen kan kombineres med lyset fra en annen laser (men som ikke brukes i blekeeksperimentene). Endelig entrer lyset det konfokale laserskanningsmikroskopet (CSLM) og blir fokusert på prøven. Et bleke-mønster kan konstrueres ved hjelp av dedikert programvare. Mens bildet blir tatt, noe som gjøres ved å skanne laserlyset i et rastermønster, vil dedikert program vare styre den optiske bryteren på en slik måte at laserlys av lav og høy styrke treffer prøven i samsvar med det beregnede mønsteret. Figur 18 viser et konfokalt bilde av en bleket strekkode med bruk av 3 bredder og to intensitetsnivåer i senterplanet av en 45-mikron fluorescent mikrokule av polystyren. Figur 19 viser et konfokalt bilde av en bleket strekkode med bruk av 8 ulike intensitetsnivåer i senterplanet av en fluorescent mikrokule av polystyren (til venstre) og en normalisert intensitetsprofil målt gjennom den midtre koden (til høyre). Figur 20 viser to konfokale bilder av mikrokuler der strekkoder av forskjellig geometri, f.eks. bokstaver eller tall, er bleket. Figur 21 viser bilder av ferromagnetiske fluorescente perler på 40 mikron, flytende i en strømningscelle. Figur 22 representerer en sylindrisk symmetrisk perle der kodene er innskrevet i en sirkel omkring Z'-aksen, med et styremønster som anviser begynnelsen på koden. Figur 23 (ikke ifølge oppfinnelsen)representerer en kuleformet perle der kodebiter er skrevet langs symmetriaksen i nevnte perle. Figur 24 viser magnetiske perler som flyter gjennom et kapillar og som passerer gjennom brennpunktet for en laserstråle. Spoler som fører elektrisk strøm danner et magnetfelt og orienterer perlene langs bevegelsesretningen. Figur 25 vier et eksempel på en kodeplan som bruker 4 ulike intensiteter, hver representert ved en farge og et nummer fra 0 til 3. Denne kodeplanen har 28 tegn, symbolsk representert ved de 26 bokstavene i det romerske alfabetet samt to skilletegn. Hvert tegn består av 4 kodeelementer (dvs. 4 mulige intensiteter (eller farger)) med tilleggsbetingelsen at to identiske elementer ikke må følge etter hverandre, selv ikke når to tegn er plassert ved siden av hverandre. Figur 26 representerer et kapillar omgitt av en spole som genererer et variabelt magnetfelt B og en perle som inneholder en endeløs leder med indusert magnetfelt B', som er parallell når magnetfeltet B er økende. Figur 27 representerer en perle som inneholder en endeløs leder og som flyter i et kapillar som er plassert mellom to magnetiske plater og utsatt for et magnetfelt perpendikulært til strømretningen. Figur 28 er en skjematisk tegning av en eksperimentell oppstilling der et reservoar som inneholder ferromagnetisk grønn fluorescent suspensjon er plassert på et konfokalt mikroskop type Bio-Rad MRC1024, festet til et invertert mikroskop slik at det var mulig å bruke en linse type Nikon 60x for nedsenking i vann til å se på perlene gjennom nedre mikroskopglass. Mikrokulene ble belyst av en 488 nm laserstråle. Mikrokulene ble orientert av et eksternt magnetfelt B dannet av en kraftig permanentmagnet plassert 20 cm fra reservoaret. Figur 29 viser bilder av ferromagnetiske mikrokuler med en pil bleket i senterplanet. På bilde (a) ble mikrokulen orientert i et eksternt magnetfelt fra en magnet. På bildene (b) til (i) er mikrokulen orientert i en andre, bevegelig magnetfelt. På bildene (j) til (I) er mikrokulen gått tilbake til opprinnelig orientering etter at den andre magneten ble fjernet. Figur 30 viser bilder av en ferromagnetisk mikrokule med en pil bleket i senterplanet. På bilde (a) ble mikrokulen orientert i et eksternt magnetfelt fra en magnet. På bildene (b) til (j) ble den samme magneten brukt til å dreie mikrokulen ved at magneten ble flyttet 360° rundt reservoaret og plassert tilbake nøyaktig i utgangs-posisjonen. Bilde (j) viser at mikrokulen ikke gikk tilbake til sin opprinnelige orientering på grunn av en relativ sterk polymer-glass-reaksjon. På bildene (k) til (I) er mikrokulen løsnet ved raskt å bevege en andre magnet nær reservoaret, og det ble observert at mikrokulen øyeblikkelig gikk tilbake til opprinnelig orientering. Figur 31: Tegningene (a, b, i, j) viser skjematisk synsfelt for en mikrobærer som flyter foran et mikroskopobjektiv. Tegninger (a, i) viser synsfeltet før mikrobæreren kommer inn i den fokuserte laserstrålen for avlesning/innskriving av koden. Tegningene (b, j) viser synsfeltet med en mikrobærer i brennpunktet. Tegningene (c, d, e, f, g, h) viser mikroskopobjektivet sett fra siden når det er plassert foran en strømningscelle. Tegning (c) viser tilfellet der brennpunktet for lese-/skrive-laserstrålen skanner langs symmetriaksen til mikrobæreren. Tegning (f) viser tilfellet der brennpunktet for lese-/skrive-laserstrålen skanner nedenfor symmetriaksen til mikrobæreren. Tegning (d, g) viser tilfellet der en ekstra laserstråle belyser en mikrobærer og frembringer en skyggevirkning på den andre siden av nevnte mikrobærer.

For at personer som er vel kjent med feltet bedre kan forstå praktiseringen av nærværende oppfinnelse er det gitt eksempler nedenfor som illustrasjon og ikke som begrensning.

1. Eksempler på posisjonering og orientering av en mikrobærer ved bruk av en fast support

Ved hjelp av slike foretrukne mikrobærere som er nevnt ovenfor, beskrives her to foretrukne utførelser for å posisjonere og orientere en mikrobærer. Først blir mikrobærerne samlet på og transportert av en fast support, og i den andre foretrukne utførelsen blir mikrobærerne transportert av strømmen av en væske eller et semi-fast medium.

Den faste supporten har brønner med en slik form at mikrobæreren passer i den bare på en viss begrenset måte, slik at den derved oppnår en viss orientering. Brønnene kan være magnetiske for å holde på plass en magnetisk mikrobærer og for å orientere den på en bestemt måte. Én konfigurasjon ar angitt som eksempel på figur 1. Andre muligheter er de kjemiske og/eller biologiske samvirkene mellom den faste supporten og mikrobæreren.

Brønnene i supporten kan dessuten utstyres med vakuum ka na ler for å holde mikrobærerne på plass. Supporten kan være flatt og magnetisk/elektrisk ladet dersom bare innsamling av magnetiske/ladede mikrobærere kreves. Mikrobæreren kan være en kombinasjon av mulighetene som er nevnt ovenfor. De ovenfor nevnte brønnene kan ordnes i et visst mønster på den faste supporten, f.eks. i en rad, 2-D-matrise, spiral, konsentriske ringer osv.

Brønnen kan også ha en ikke-kuleformet fasong, f.eks. konisk eller ellipsoidisk slik at ikke-kuleformede mikrobærere vil få plass i brønnene i en bestemt orientering.

2. Eksempler på posisjonering og orientering av en mikrobærer ved hjelp av transportmidler slik som en fluidstrøm

Mikrobæreren kan transporteres av et fluid som strømmer gjennom en kanal, f.eks. et kapillar. I litteraturen (ref. 1 - 6) er det vist teoretisk ved 2-D-datasimuleringer at en kuleformet (ikke en del av oppfinnelsen) eller ellipsoidformet partikkel vil bli posisjonert på en viss dybde ved strømming gjennom en kanal. Det er også vist teoretisk at en ellipsoidformet partikkel vil ha en nøyaktig orientering avhengig av de nøyaktige omstendigheter. Det er f.eks. mulig at en ellipsoidformet partikkel med den riktige elliptisitet som strømmer i et kapillar med den rette diameter vil bli posisjonert på eller nær senterlinjen med sin lengste akse parallell med strømret-ningen. På den måten vil eneste bevegelsesfrihet som gjenstår, væra rotasjon om den lengste aksen.

Neste avsnitt forklarer en foretrukket versjon av fremgangsmåten i detalj, der denne posisjoneringen og orienteringen av mikrobærere blir oppnådd i en fluidstrøm.

Dersom en ellipsoidformet partikkel i tillegg blir utstyrt med et dipolmoment perpendikulært til dens lengste akse, kan også rotasjonsfriheten om denne aksen bli eliminert, når det blir påtrykt et elektrisk eller et magnetisk felt perpendikulært til strømretningen.

Dersom en kuleformet mikrobærer (ikke en del av oppfinnelsen) blir transportert i et fluid, vil den normalt rotere. Denne rotasjonen kan elimineres ved bruk av mikrobærere med et magnetisk eller elektrisk dipolmoment og et passende påtrykt magnetisk/elektrisk felt. Dette er vist på figur 2.

Kuleformede mikrobærere med et magnetisk dipolmoment blir transportert av et fluid gjennom et kapillar. Som følge av bevegelsen relativt til strømmen vil en rota-sjonskraft virke på bæreren. Når bærerne passerer gjennom området mellom de to spolene, vil rotasjonskraften bli kompensert av den magnetiske kraften som virker på dipolmomentet og søker å posisjonere mikrobæreren som vist (dipolmoment i antiparallell med magnetfeltet B). Den kuleformede mikrobæreren blir derved posisjonert ved strømmen og orientert ved magnetfeltet, slik at kun rotasjonsfrihet om dipolaksen gjenstår.

De situasjonene som er beskrevet ovenfor kan i tillegg bli gitt en asymmetrisk massefordeling for å eliminere siste frihetsgrad, ved hjelp av gravitasjonskraft eller sen-trifugalkraft.

Eksperimentell assey av posisjonering av kuleformede mikrobærere som strømmer i et fluid, f.eks. vann, gjennom et kapillarrør

Ved å bruke et konfokalt mikroskop som detekteringsmiddel har oppfinnerne un-dersøkt bevegelsen av partikler i en laminær strøm i et kapillar.

Kuleformede (ikke en del av oppfinnelsen) mikropartikler (i denne første eksperi-mentelle delen ikke magnetiske), merket ved hjelp av fluorescens, med en diameter på 15 suspendert i destillert vann ble brukt, og slike fluorescente partikler kan lett observeres ved hjelp av et konfokalt mikroskop.

Et kapillarsystem som passet på det konfokale mikroskopet ble laget. Selve kapillaret er laget av glass og har kvadratisk form. Innerdimensjoner er 80 um x 80 um, og ytterdimensjoner er 180 um x 180 um. På figur 3 er denne oppstillingen vist skjematisk. Kapillaret er koblet til et reservoar i begge ender. De suspenderte mikrobærerne kan føres til reservoaret. Et konstant trykk kan påtrykkes reservoaret og få suspensjonen til å strømme til den andre siden. Et lavt trykk (<0,2 atm) foret-rekkes, for å danne en laminær strøm i kapillaret.

Partiklene blir observert ved passering av objektivlinsen i et konfokalt laserskanningsmikroskop. I dette første eksperimentet ble det ikke påtrykt noe elektrisk eller magnetisk felt. Objektivlinsen som ble brukt har en numerisk apertur på 0,45 og ti gangers forstørrelse. Denne linsen ble brukt for å oppnå et stort synsfelt.

Mens partiklene strømmer blir det tatt bilder innenfor et visst tidsintervall, typisk om lag 1 minutt, slik at det dannes en tidsrekke. Etterpå blir disse bildene lagt sammen til ett bilde, som viser alle partiklene som har passert i løpet av dette tidsintervallet. På denne måten er det mulig å se hvorvidt mikrobærerne flyter langs samme bane.

Disse eksperimentene viser at partiklene faktisk er posisjonert langs en konstant bane under transport i en laminær strøm inne i et kapillar, slik det er prediktert av 2-D-datasimuleringer. Mer testing med høyere oppløsning er selvsagt påkrevd for å undersøke størrelsen av eventuelle fluktuasjoner. Flere eksperimenter trengs for å se virkningen av endring av partikkelstørrelsen.

I et videre eksperiment ble mikrobærere med et magnetisk dipolmoment brukt i ovenfor beskrevne oppstilling, og et magnetfelt B ble påtrykt på de transporterte mikrobærerne via de to spolene i Helmholtz-oppstillingen (figur 3). Magnetfeltet ligger parallelt med kapillarrøret. En rotasjonshindring ble observert som forklart på figur 2.

Disse eksperimentene viser at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan føre til en spesifikk, definert posisjon for en mikrobærer, nyttig for identifiseringsformål.

3. Eksempler på magnetiske mikrobærere

Grønnfluoriscerende mikrokuler (ikke en del av oppfinnelsen) på 40 um overtrukket med et ferromagnetisk overtrekk (Cr02) ble brukt. Ferromagnetiske mikrokuler (ik-ke en del av oppfinnelsen) eller mikrobærere er primære kandidater for å oppnå en korrekt orientering i fluidstrømmen ved hjelp av et eksternt magnetfelt parallelt med strømmen, som tidligere forklart. Dette eksperimentet bestemmer hvorvidt nevnte mikrobærere fortsatt er tilstrekkelig transparente til å "se" senterplanet og å skrive mønstre innvendig ved f.eks. fotobleking.

I dette eksperimentet ble de ferromagnetiske mikrokulene suspendert i av-ionisert vann, avsatt på et mikroskopglass og dekket med en dekkplate. Partiklene ble så avbildet ved hjelp av et konfokalt mikroskop type Bio-Rad MRC1024UV. Objektivlinsen som ble brukt var Nikon Plan Apochomat 60xN.A. 1,4 undervannslinse. Lyskilden for eksitering av de grønnfosforescerende mikrokulene var type Spectra Physics Stabilite 2017 Ar-ion laser, avstemt til linjen på 488 nm.

Figur 8 viser et konfokalt bilde fokusert på toppen av en ferromagnetisk overtrukket mikrokule. Det fremgår at overtrekket består av et lag submikrone Cr02-partikler avsatt på overflaten av mikrokulene. Fordi Cr02-partiklene er ikke-fluoriscerende og ikke-transparente, viser de seg som mørke flekker mot den lyse fluorescerende mikrokulen.

For å evaluere transparensen av mikrokulene som er overtrukket med de ferromagnetiske partiklene, ble det tatt et konfokalt bilde av senterplanet i noen mikrokuler (figur 9). Senterplanet ble avbildet meget tydelig, til tegn på at de overtrukne mikrokulene fortsatt var transparente. Sammenlignet med mikrokuler uten overtrekk var det registrerte fluorescenssignalet mindre homogent over senterplanet.

Dernest ble koding ved fotobleking av de ferromagnetisk overtrukne mikrokulene evaluert. Mikroskopet ble fokusert på senterplanet av en overtrukket mikrokule, og et blekemønster med grunnleggende geometrisk form ble tegnet ved hjelp av dedikert programvare spesiallaget for blekingseksperimenter. Lysstyrken i prøven var om lag 20 mW. Geometrien av blekemønsteret var uten betydning i dette eksperimentet, siden den eneste hensikten med eksperimentet var å undersøke hvorvidt de overtrukne partiklene fortsatt lot seg bleke. Figur 10 viser at mønsteret lett lot seg innskrive inne i den overtrukne mikrokulen.

Til konklusjon: grønnfluorescente polystyren-mikrokuler på 40 um ble overtrukket med ferromagnetiske Cr02-partikler. Tross ikke-transparens hos disse ferromagnetiske partiklene, viste det seg at de overtrukne mikrokulene fortsatt var transparente. Den registrerte fluorescensen var mindre homogen sammenlignet med ikke-overtrukne partikler, fordi de ferromagnetiske partiklene på overflaten av mikrokulene blokkerte en del av lysbanene. Konsentrasjonen av ferromagnetiske partikler kunne imidlertid endres og derved forbedre homogeniteten av den registrerte fluorescensen. Minimum konsentrasjon lot seg bestemme ved den magnetiske styrken som krevdes for å orientere mikrobærerne som strømmet gjennom posisjoneringsanordningen. De ferromagnetiske mikrokulene lot seg lett kode ved å bleke et mønster i sentralplanet.

4. Eksempler på fotokromiske mikrobærere

Et alternativ til koding ved fotobleking er koding ved fotokroming. Mikrokuler (ikke en del av oppfinnelsen) av polystyren ble fylt med den fotokromiske sammensetningen 1, 2-Bis (2-metoxy-5-fenyl-3-tienyl) perfluorocyklopenten (Extraordinary Low Cycloreversion Quantum Yields of Photochromic Diarylethenes with Methoxy Substituents, Shibata K, Kobatake S, Irie M, Chem. Lett. (2001), vol. 7,618-619) som initielt ikke har noe absorbsjonsbånd i det synlige området, men som utvikler et absorbsjonsbånd som strekker seg fra om lag 450 nm til 750 nm etter UV-belysning, med et absorbsjonsmaksimum nær 600 nm. Følgelig var de fylte mikrokulene initielt transparente og ble blå ved UV-belysning.

Koding av en mikrokule ved fotokroming kan betraktes som et alternativ til koding ved fotobleking, hovedsakelig fordi det gjør det lettere å lese koden idet det stiller mindre strenge krav til presisjonen til posisjoneringsanordningen. Det er faktisk slik at når en bleket kode brukes har vi en fullstendig fluorescent mikrobærer der bare et lite område ikke har signal. Følgelig krever identifisering av nevnte kodede mikrokule bruk av et konfokalt mikroskop og krever også at planet der koden ble bleket bringes nøyaktig i fokus. Når det gjelder koding ved fotokroming oppnår vi en fullstendig transparent mikrobærer der det er innskrevet et farget mønster. Dette er meget lettere å detektere og det er derfor ikke behov for et konfokalt mikroskop, idet et standard lysmikroskop er tilstrekkelig. Dessuten er prosessen med fotokroming hurtigere enn fotobleking ved samme laserstyrke.

I dette eksempelet ble mikrokuler av polystyren fylt med den fotokromiske sammensetningen. Dernest blir et første forsøk utført på å innskrive et mønster inne i de fotokromiske mikrokulene.

Alle eksperimentene ble utført under mørkeromsforhold. Ufylte, transparente mikrokuler av polystyren på 28 um (5% krysslinkingsgrad) ble fylt med den fotokromiske sammensetningen 1, 2-Bis (2-metoksy-5-fenyl-3-tienyl)perfluoro-cyclopenten. Først ble 5 mg tørre mikrokuler suspendert i en 2% (w/v) oppløsning av den fotokromiske sammensetningen i CH2CI2og inkubert over natten. Suspensjonen ble så sentrifugert i 5 minutter ved 12 000 o/min. Etter sentrifugeringen ble de flytende kulene isolert ved å fjerne den underliggende væsken. Kulene ble så suspendert i av-ionisert vann og lagt på et mikroskopglass for observasjon under et mikroskop.

Mikroskopoppstillingen var som beskrevet i eksempel 3. E laser fra Coherent Enter-prise ble dessuten brukt til å farge mikrokulene (357 nm UV-linje) og linjen på

647 nm fra en laser type Bio-Rad Ar/Kr ble brukt til å danne bilde av mikrokulene. Rødt lys ble brukt fordi dette blir absorbert av de blå områdene og fører til et grå-skalabilde der de blå områdene er mørke og de transparente områdene lyse. Bildene ble registrert i gjennomlysingsmodus ved hjelp av en detektor for transmittert lys.

For å konstruere et kodemønster ble et delområde av mikrokulen skannet med et UV-lys ved å zoome inn på dette området og utføre en regulær bildeskanning. Dette resulterte i et beskrevet kvadrat (vide infra - se nedenfor). Figur 11 viser en 28 um stor fotokrom mikrokule avbildet i gjennomlysingsmodus ved hjelp av en rød laserlinje (647 nm). På dette trinnet ble mikrokulen ikke eksponert for UV-lys. Det mørke partiet langs kantene skyldtes linseeffekter ved den kuleformede mikrokulen (brytningsindeks 1,59) suspendert i vann (brytningsindeks 1,33).

Etter innzooming på et lite område (3x3 um) av senterplanet i mikrokulen ble det utført en skanning med UV-linjen 357 nm ved 0,5 mW. Et bilde ble så tatt med den røde laserlinjen (figur 12). Et mørkt kvadrat var klart synlig, en indikasjon på at mikrokulene var vellykket fylt med det fotometriske fargestoffet som ble blått ved UV-belysning. Det blå kvadratet sender ut bare 50% av det røde lyset, sammenlignet med de transparente omgivelsene. Som illustrert på figur 12 ble mikrokulen mørkere etter UV-belysning enn før UV-belysning (figur 11). For sammenlignings skyld viser figur 13 to mikrokuler, den ene fullstendig farget (mørk kule) etter UV-belysning, og den andre som ikke ble utsatt for UV-lys.

Til konklusjon: Mikrokulene ble vellykket fylt med den fotokrome sammensetningen. Mindre laserstyrke (ca. 40 x) var påkrevd for å farge nevnte mikrokuler, sammenlignet med fotobleking. Fordelen med denne kodemåten er at kodene kan innskrives hurtigere.

5. Eksempler på fluorescente mikrobærere

I henhold til en utførelse av anordningen for posisjonering og orientering blir mikrobærerne transportert av en fluidstrøm og passerer skrivestrålen bare én gang og bare i én retning. Den foretrukne koden er derfor en endimensjonal punktkode i stedet for en strekkode (som også er en endimensjonal kode, men skrevet i to dimensjoner). Dette eksperimentet bestemmer hvorvidt det skal skrive en slik punktkode ved fotobleking i senterplanet av en mikrokule på 40 um, og undersøker om blekeprosessen er hurtig nok til at en kode kan innskrives med bare én skanning.

I dette eksperimentet ble det brukt mikrokuler (ikke en del av oppfinnelsen) på

28 um av polystyren (5% krysslinkingsgrad) fylt med det hurtigblekende grønne fluorescente fargestoffet NODD (N- (7-Nitrobenz-2-oxa-l, 3diazol-4-yl) dietylamin).

For å simulere strømmen av en mikrokule forbi en skrivestråle, ble mikrokulen posisjonert under et konfokalt mikroskop som ble fokusert på senterplanet i nevnte mikrokule. Dernest ble instrumentet innstilt til å skanne kun én linje over kulen og derved simulere en posisjonert mikrokule som passerer en stasjonær skrivestråle. Ved bruk av dedikert programvare ble instrumentet programmert til å slå laserstrålen av og på et par ganger under linjeskanningen for å oppnå en "punktkode".

Den skannede linjen består av 512 piksler, og i dette eksperimentet tilsvarer 1 pik-sel 0,038 um. Én linjeskanning tar 1,2 ms, hvilket betyr en skannehastighet på 16,35 p/ms. Dette eksperimentet simulerer situasjonen der en mikrokule flyter forbi en stillestående skrivestråle med en hastighet på 16,35 p/ms, eller et maksimalt antall av 584 kuler (28 um) per sekund. Ved å bruke en dedikert programvare ble instrumentet programmert til å stille laseren 5 ganger til 20 mW (i prøven) i løpet av 8 piksler (dvs. 0,304 um) og 80 piksler mellom hvert blink. Det ble oppnådd en kode som besto av fem punkter 3,04 um fra hverandre. Resultatet er vist på figur 14 som en stiplet linje i midten av en mikrokule. Under de forholdene som gjaldt ble det oppnådd om lag 55% bleking. Øverste og nederste linje ble oppnådd ved bleking henholdsvis 40 og 16 piksler, hvilket førte til en blekegrad på 80% og 70%.

Som konklusjon: 20 mW laserstyrke i prøven var tilstrekkelig til å danne en punktkode i senterplanet av en NODD-fylt mikrokule med et blekenivå på over 50%. Skannehastigheten var 16,35 p/ms. Eksperimentet demonstrerer at det er mulig å innkode en punktkode ved hjelp av fotobleking og én linjeskanning. Det er også mulig å øke skannehastigheten og oppnå samme grad av bleking ved å øke laser-effekten i prøveobjektet.

Neste skritt i eksperimentet besto i å undersøke stabiliteten av den blekede koden inne i en fluorescent mikrobærer under forhold med løsemidler, spesielt når mikrobærerne er suspendert i en DMSO-løsning (dimetylsulfoksid).

Mikrokulene på 28 um fylt med NODD fra forrige eksperiment ble brukt. Disse ble først suspendert i av-ionisert vann, hvoretter en dråpe av denne suspensjonen ble plassert på et mikroskopglassdeksel og lufttørret, slik at kulene ble festet til mikroskopglassdekselet. Mikrokulene ble så overtrukket med en dråpe DMSO (>99,7%) og plassert under et konfokalt mikroskop.

Et enkelt mønster ble bleket i senterplanet av en mikrokule og ble avbildet igjen etter tre timer for å undersøke om det var noen forskjell i fluorescens i mikrokulen eller det blekede mønsteret. Det konfokale mikroskopet ble fokusert på senterplanet til en mikrokule omgitt av DMSO. Et enkelt mønster som besto av tre linjer ble bleket. Etter tre timer ble mønsteret avbildet igjen. Resultatene er vist på figur 15. Det ble ikke funnet noen forskjell, hverken i fluorescens eller blekemønster. Venstre bilde var mindre skarpt på grunn av en liten misfokusering på mønsteret.

Det ble ikke funnet noen forskjell, hverken i fluorescens i mikrokulen eller i bleke-mønster etter at kulen hadde vært suspendert i 99,7% DMSO i tre timer. Dette viser den høye stabiliteten ved det innskrevne mønsteret, som er uavhengig av ut-prøvingsforholdene.

6. Eksempler på posisjonering og orientering av en mikrobærer i en væskesupport eller semi-væskesupport

Figur 16 viser mikrobærere posisjonert i en semi-væske- eller væskesupport, idet nevnte semi-væske- eller væskesupport er sammensatt av to semi-væske- eller væskemedia med forskjellig egenvekt. Mikrobæreren blir avsatt på grensesnittet mellom de to mediene. To spoler finnes som kan indusere et magnetfelt. Inne i spolene vil magnetfeltet søke å rette inn dipolmomentet antiparallelt med seg selv, slik at mikrobæreren blir orientert på en bestemt måte, hvorved det blir lettere å detektere kodene. Fravær av strømning i nevnte fordeling av mikrobærere resulterer i muligheten for at detekteringsmidlene kunne være mobile.

7. Eksempler på forskjellige kodetyper

Gjennomføring av perlebaserte assey på meget store antall sammensetninger eller molekyler i narkotikasøking og narkotikasiling krever merking av hver enkelt mikrobærer i samsvar med vedkommende ligand bundet til dennes overflate. Dette tillater videre blanding av de entydig kodede mikrobærerne og at de utsettes for en assey samtidig. De mikrobærerne som viser en gunstig reaksjon av interesse mellom den vedheftede liganden og målanalyten, kan så få sin kode avlest og derved lede til identiteten av liganden som frembrakte den gunstige reaksjonen. To forskjellige måter å kode mikrobærere på er presentert her, noe som gir en praktisk talt ubegrenset mengde unike koder.

Fotobleking: I henhold til første fremgangsmåte blir det innskrevet en mønster i en homogent fluorescerende farget mikrobærer ved hjelp av fotobleking. Dette er en foto-innført prosess der de fluorescerende molekylene mister sine fluorescerende egenskaper, hvilket fører til falming av fargen. Dette kan utføres ved først å foku-sere et konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM) på en viss dybde inne i mikrobæreren der mønsteret, konstruert i dedikert programvare, skal innskrives. CLSM er modifisert ved å legge til en kraftig laser kombinert med en hurtig optisk bryter som styrer styrken av laserlyset som når mikrobæreren. Lav styrke brukes ved ren avbildning, mens høy styrke brukes for hurtig bleking. Oppstillingen av anordningen er vist skjematisk på figur 17.

Mens det etterpå blir tatt et bilde, noe som gjøres ved å skanne laserlyset i et ras-termønster, vil dedikert programvare styre den optiske bryteren på en slik måte at laserlys med lav og høy styrke når mikrokulen i samsvar med det konstruerte mønsteret. Fordi de fluorescente molekylene er praktisk talt immobile i matrisen av mikrobærere, vil de blekede områdene bestå, hvilket fører til en lys bakgrunn og et mørkere, permanent bleket mønster. Figur 18 viser et konfokalt bilde av en bleket strekkode som bruker tre strektykkelser og to intensitetsnivåer, i senterplanet i en 45-mikron fluorescerende polystyren-mikrokule (ikke en del av oppfinnelsen). Figur 19 viser et konfokalt bilde av en bleket strekkode som bruker 8 ulike intensitetsnivåer, i senterplanet i en 45-mikron fluorescerende polystyren-mikrokule (til venstre) og en normalisert intensitetsprofil målt gjennom den midtre koden (til høyre).

Den andre fremgangsmåten bruker samme teknikk, bortsett fra at prosessen med fotokroming blir brukt i stedet for fotobleking. Her er mikrobærerne homogent farget med en fotokrom sammensetning som endrer farge ved bestråling med lys av aktuell bølgelengde. Eksempelvis kan mikrobærerne initielt være fargeløse og transparente, men ha et farget mønster innvendig i en viss dybde etter bestråling med i hovedsak samme instrument som er beskrevet ovenfor.

Mengden av koder avhenger av et antall faktorer: Oppløsningen i skrivestrålen, mengden av intensitetsnivåer som brukes, tilgjengelig plass på mikrobæreren, di-mensjonene til kodekonstruksjonen osv. Eksempelvis har vi ved bruk av en 60x NA1,4 objektivlinse vist at det var mulig å danne minst 263 106 ulike koder på en lengde av bare 16 mikron med bare en endimensjonal kode som bruker to forskjellige strektykkelser og 4 intensitetsnivåer (resultater er ikke vist). Denne koden kunne lett bli innskrevet i senterplanet på en 30-mikron mikrokule. Mange flere koder kan genereres dersom f.eks. større mikrokuler blir brukt, eller dersom kodekonstruksjonen blir utvidet til to eller tre dimensjoner i rommet. Eksempler er vist på figur 20 der strekkoder med forskjellig geometri, f.eks. bokstaver eller tall, ble bleket på to mikrokuler. Det er derfor rimelig å påstå at mengden av koder som kan genereres med denne fremgangsmåten er praktisk talt ubegrenset.

8. Eksperimentell assey vedrørende posisjonering og orientering av ferromagnetiske fluorescente perler som flyter i et fluid i en strømnings-celle

I dette eksempelet var 40-mikron store ferromagnetiske fluorescente perler flytende i en strømningscelle. Strømningshastigheten var om lag 6 m/s. Trykket var mellom 0,30 og 0,24 bar. Bilder av nevnte perler er vist på figur 21. Lyskilden for eksitering av de fluorescente perlene var en laser avstemt til linjen 488 nm. Objektivlinsen som ble brukt hadde tyve gangers forstørrelse. De flytende perlene ble avbil det ved hjelp av et kamera med lukkertid på 50 millisekunder, og en lyspuls på ett mikrosekund belyste strømmen hver 25 mikrosekunder. På grunn av denne innstil-lingen kan man se hver flytende perle to eller tre ganger på hvert bilde. På figur 21 nederst til høyre vises et bilde av en perle som passerer to ganger mens lukkeren var åpen. Bildet ovenfor førnevnte bilde representerer en klase med to perler.

9. Koding av perler ved fotobleking og ytterligere posisjonering og orientering av nevnte perler

Fluorescente perler kan kodes ved hjelp av fotobleking under et mikroskop. Informasjon kan innskrives i 3 dimensjoner ved å skanne brennpunktet for en skrive-/lesestråle langs X, Y, Z-aksen med Z-aksen parallell med den optiske aksen i mikroskopet. Maksimalt 60 bit informasjon kan finnes langs én akse, og antar vi at det i praksis er 32 bit, gir dette mulighet for å innskrive 4xl0<9>ulike koder.

Det blir så gitt en mekanisme for å orientere og posisjonere perler i deres opprinnelige innskrivingsposisjon.

Når en perle er en sylindrisk symmetrisk perle (rotasjonssymmetri langs Z'), kan kodene skrives i en sirkel om Z'-aksen. Dette tillater avlesing og innskriving i praksis i 1-D (cp-vinkel i polarkoordinater). Et styremønster kan legges til som angir begynnelsen på koden som vist på figur 22.

Når avlesning utføres i et endimensjonalt plan, er det mulig å avlese 1000 perler i sekundet når følgende parametere foreligger: Anta at det er 50 bit per perle og at 5 posisjoner blir målt per bit, da gir dette 250 målinger per kode. Ved at en linje med 514 punkter kan måles på 1,2 ms (basert på spesifikasjonene for konfokalmikro-skop type Bio-Rad MCR1024), gir dette 0,6 ms for avlesning av koden til én perle, altså kan 1667 perler avleses per sekund dersom leseprosessen er den tidsbegren-sende faktoren.

Fremføring av perlene og skanning av dem gjennom brennpunktet for en laserstråle kan utføres med samme stødige bevegelse. Den stødige bevegelsen kan realiseres på forskjellige måter. Perlene kan føres med strømmen av et fluid som strømmer gjennom et kapillarrør. Alternativt kan et kapillarrør som inneholder perlene og fluid (med tilpasset brytningsindeks) beveges i et forflytningstrinn gjennom brennpunktet.

Figur 24 viser magnetiske perler som føres med et fluid som strømmer gjennom et kapillar og som blir beveget gjennom brennpunktet for en laserstråle i retning perpendikulært til den optiske aksen i mikroskopet. Spoler som fører elektrisk strøm danner et magnetfelt og orienterer perlene langs bevegelsesretningen. Under bevegelsen kan kodene på perlene avleses eller innskrives. Spoler kan også tjene som indikatorer for ankommende perler og som en hastighetsmåler, siden det bevegeli-ge magnetfeltet fra perlene induserer en strøm i spolene. Signalet fra spolene kan derved brukes til å trigge avlesning/innskriving i perlene, og som et tilbakekob-lingssignal for styring av perlestrømmen.

Dersom strømningsrøret blir montert vertikalt, kan perlene også bli orientert med deres symmetriakse parallelt med bevegelsen, når deres tyngdepunkt ikke tilsvarer deres geometriske sentrum. Bevegelsen av perlene kan også overvåkes optisk. Et styremønster kan legges inn ved begynnelsen og slutten på hver kode, for å redu-sere kravet til stødig strøm og presis kjennskap til hastigheten.

Antallet lese-/skriveposisjoner kan også reduseres, ved å bruke forskjellige nivåer av fotobleking, f.eks. 0 bleket, 33% bleket, 66% bleket, 100% bleket. Med dette systemet kan strømningshastigheten økes og begrensningene på fokusering og presis posisjonering og orientering kan reduseres. Et ikke-begrensende eksempel på en kodeplan som bruker 4 ulike intensiteter er vist på figur 25. Hver intensitet er representert ved en farge og et tall fra 0 til 3. Denne kodeplanen har 28 tegn, symbolsk representert ved de 26 bokstavene i det romerske alfabetet samt to ekstra skilletegn. Hvert tegn består av 4 kodeelementer (dvs. 4 mulige intensiteter (eller farger)) med tilleggsbetingelsen at to identiske elementer ikke må følge etter hverandre, selv ikke når to tegn er plassert ved siden av hverandre.

10. Eksempel på posisjonering og orientering av perler som flyter i et kapillar utsatt for et variabelt magnetfelt parallelt med strømningsret-ningen

Perlene i dette eksperimentet inneholder en liten endeløs leder. Kapillæret som perlene kan strømme gjennom er plassert i en spole som vist på figur 26. Ved å sende en passende mengde elektrisk strøm gjennom spolen blir det generert et homogent magnetfelt B. Ved å variere den elektriske strømmen blir magnetfeltet B variabelt.

Idet perlen flyter gjennom det økende elektriske feltet vil det bli generert en strøm i den lille lederen, hvilket i sin tur vil generere et magnetfelt B' i perlen som vil mot- virke endringene i det eksterne magnetfeltet. Fordi et magnetfelt B' blir generert vil et kraftpar virke på perlen som søker å orientere B' i antiparallell med B. En aksiell posisjonering og orientering av perlen blir derved oppnådd, i samsvar med retningen av magnetfeltet B, og dette uten å ha den uheldige virkningen av at perlene kleber seg sammen som følge av det permanente magnetfeltet. Beveging av perlen er ikke nødvendig for denne orienteringsmetoden.

11. Eksempel på posisjonering og orientering av perler som flyter i et kapillar utsatt for et magnetfelt perpendikulært på strømningsretningen

Perlene i dette eksperimentet inneholder en liten leder. Kapillaret er i dette tilfellet plassert mellom to polplater som genererer et homogent magnetfelt B, som illustrert på figur 27. Perlene beveger seg gjennom kapillaret med en hastighet v i magnetfeltet B som vist på figur 27. En Lorentz-kraft F vil virke på elektronene i den lille lederen i perlene, hvorved disse vil bevege seg mot den ene siden av lederen. Kraften vil fortsette å eksistere så lenge perlene fortsetter å strømme, og planet av den lille lederen vil da bli trukket i parallell med F. En aksiell posisjonering og orientering av perlene blir oppnådd i samsvar med retningen av F. Dette eksempelet viser et forenklet bilde av kreftene som virker i denne eksperimentoppstilling-en.

12. Eksempler på posisjonering og orientering av ferromagnetiske mikrokuler

Disse eksperimentene viste at de ferromagnetiske mikrokulene på 40 um kunne

magnetiseres og orienteres i et eksternt magnetfelt. I disse eksperimentene er det bleket et mønster i senterplanet til en magnetisert ferromagnetisk mikrokule mens nevnte mikrokule ble utsatt for og orientert av et eksternt magnetfelt. Mønsteret er så blitt avbildet mens kulen var utsatt for et eksternt magnetfelt i bevegelse. Det ble testet hvorvidt den opprinnelige orienteringen - kjent fra blekemønsteret - kunne gjenfinnes etter tilfeldig bevegelse av mikrokulen når denne igjen ble utsatt for det opprinnelige magnetfeltet.

Grønn-fluorescente 40 um mikrokuler (ikke en del av oppfinnelsen) av polystyren ble klargjort. En 0,01% v/v oppløsning av NP40 (en nytral detergent) i av-ionisert vann ble tilvirket og brukt til å lage en 0,1% suspensjon av mikrokulene. Den nøyt-rale detergenten ble tilsatt for å minimalisere innvirkningen av polymerperlen på dekkglasset i glassmikroskopet (vide infra).

Et reservoar ble laget ved å lime en plastsylinder på 0,5 cm diameter til et mikro-skopdekkglass. Reservoaret ble fylt med 80 ul av mikrokulesuspensjonen, og mikrokulene fikk sedimentere seg på dekkglasset. Reservoaret ble så plassert over en sterk permanentmagnet i 1 minutt for at mikrokulene skulle bli magnetisert. Reservoaret ble deretter plassert på et konfokalt mikroskop type Bio-Rad MRC1024 som var festet til et invertert mikroskop slik at det var mulig å bruke en linse type Nikon 60x for nedsenking i vann til å betrakte perlene gjennom nedre mikroskopdekk-glass. En kraftig permanentmagnet var plassert 20 cm fra reservoaret for å orientere perlene uten å endre deres magnetiske polarisering.

Det ble bleket en pil i senterplanet av en ferromagnetisk mikrokule orientert av det eksterne magnetfeltet fra den første kraftige magneten, som derved anga kulens opprinnelige orientering (figur 29a). Dernest ble det konfokale mikroskopet satt til å ta en serie på 50 bilder med 1,2 sekunders intervall mellom hvert. Under oppta-ket av denne bildeserien ble en annen magnet brukt til å bevege rundt reservoaret: Først 90° til den ene siden, så 180° i motsatt retning (figur 29b-i) med den første magneten fortsatt tilstede. Endelig ble den andre magneten fjernet og det ble observert at mikrokulen gikk tilbake til opprinnelig orientering (figur 29j-l). Bildene på figur 29 ble utvalgt fra en serie på 50 bilder tatt med 1,2 sekunders mellomrom for å registrere bevegelsen av mikrokulen. På noen bilder var pilen ikke klart synlig på grunn av en helling av det opprinnelige senterplanet under forflytning av det andre magnetfeltet og som følge av det faktum at et konfokalt mikroskop lager optiske snitt.

I neste eksperiment ble samme mikrokule brukt som i foregående eksperiment. Mikrokulen ble initielt orientert i magnetfeltet fra den første magneten (figur 30a). Etter nøye å ha avmerket posisjonen til denne magneten ble den brukt til å dreie mikrokulen (figurene 30b-j) ved å bevege magneten 360° rundt reservoaret og til slutt plasserer den tilbake i opprinnelig posisjon. Mikrokulen gikk ikke tilbake til opprinnelig orientering på grunn av et relativt sterkt samvirke mellom polymerperlen og mikroskopglassdekselet. En annen magnet ble brukt til å løsne mikrokulen ved å bevege den hurtig én gang nær reservoaret. Det ble observert at mikrokulen øyeblikkelig gikk tilbake til sin eksakt opprinnelige orientering (figur 30k-l).

De ferromagnetisk overtrukne partiklene lot seg lett magnetisere ved hjelp av en sterk magnet. Mikrokulene lot seg orientere i et eksternt magnetfelt. Orienteringen av mikrokulene i et visst eksternt magnetfelt var eksakt reproduserbart etter tilfel dig bevegelse av kulene da det opprinnelige feltet ble påtrykt igjen. Ingen forskjell i orientering kunne observeres innenfor en pikselnøyaktighet (0,7 um/piksel).

13. Eksempel på bruk av kuleformede mikrobærere, som ikke er en del av oppfinnelsen, med en enkelt symmetriakse for identifiseringsformål, dvs. for koding og avlesning i en strømningscelle

Nødvendigheten av en orientering og en posisjonering for identifiseringsformål vil bli utredet nedenfor. Koden på nevnte kuleformede mikrobærer er innskrevet langs symmetriaksen, slik at koden blir innkodet (innskrevet) eller identifisert (avlest) ved hjelp av en lyskilde med høy rommessig oppløsning, mer spesielt ved bruk av fluorescens-bleking.

Kuleformede mikrobærere er orientert med sin symmetriakse langs strømmen. Laserstrålen for fluorescens-bleking har en stasjonær posisjon i det konfokale mikroskopet, og koden på nevnte mikrobærer blir skrevet langs symmetriaksen. Selve strømmen tjente som skannebevegelsen langs symmetriaksen. En kode innskrevet som beskrevet ovenfor (langs symmetriaksen) kan bli avlest av en laserstråle med stasjonær posisjon. Figurene 31a, 31b, 31i og 31j representerer skjematiske synsfelt på en mikrobærer som strømmer foran et mikroskopobjektiv. Figurene 31a og 31i viser synsfeltet før mikrobæreren ankommer til brennpunktet for laserstrålen for skriving/lesing av koden. Figurene 31b og 31j viser synsfeltet med en mikrobærer i brennpunktet.

I tilfellet med en stasjonær skrive-/leselaserstråle og presis strømning av mikrobæreren kan koden innskrives/avleses langs symmetriaksen for mikrobæreren, som vist på figur 31c. I det tilfellet der strømmen ikke er tilstrekkelig reproduserbar i forhold til mikroskopets fokus er det imidlertid usikkert om koden lar seg avlese korrekt, slik det er illustrert på figur 31f, der koden er innskrevet/avlest nedenfor symmetriaksen.

Som illustrert på figurene 31d og 31g kan det brukes en ekstra laserstråle for å belyse den passerende mikrobæreren. I dette tilfelle vil man observere en skyggevirkning bak mikrobæreren, som følge av partiell absorbsjon eller refleksjon av lys hos nevnte mikrobærer. En fotodiode som består av to separate celler (bicelle-fotodetektor) er plassert på motsatt side av strømningscellen for å måle skygge-virkningen. På figur 31d, idet senteret av den kuleformede mikrobæreren krysser den optiske aksen til mikroskopet, blir samme lysmengde oppsamlet av de 2 celle- ne, og bicelle-fotodetektoren måler et differensialsignal lik null, som viser at perlen passerer i korrekt høyde. På figur 3lg, fordi senteret av den kuleformede mikrobæreren ikke krysser den optiske aksen til mikroskopet, måler bicelle-fotodetektoren et differensialsignal som er større enn null og som viser at mikrobæreren flyter for høyt. Følgelig vil bruken av en fotodiode tillate detektering av feilposisjonering av mikrobærerne i strømmen, og angi hvorvidt nevnte mikrobærere flyter for høyt eller for lavt i forhold til den optiske aksen.

Dette fotodiodesystemet kan brukes til å måle posisjonen til mikrobæreren før nevnte mikrobærer ankommer til brennpunktet for lese-/skrivelaserstrålen. I dette tilfellet kan det genererte posisjonsfeilsignalet brukes til å justere fokus for lese-/skrivestrålen. På figur 31e, der det målte posisjonsfeilsignalet er null, ble posisjonen til strålebrennpunktet ikke endret. På figur 31h er det målt et feilsignal i dette tilfellet, og strålens brennpunkt blir flyttet oppover. Justering av brennpunktet for laserstrålen kan gjøres ved å endre innfallsretningen for skrive-/ lesestrålen på mikrofonobjektivet. En akusto-optisk stråleavbøyer kan brukes som en anordning for hurtig å tilpasse retningen av laserstrålen. Samme teknikk kan brukes til å generere et posisjonsfeilsignal for Z-aksen, dvs. den optiske aksen til mikroskopet. Fordi det bare vil finnes et differansesignal fra bicelle-fotodetektoren kan dette brukes til å detektere ankomsten av mikrobæreren, og kan også brukes som en trigger for lesing og skriving.

Referanser

Direct simulation of initial value problems for the motion of solid bodies in a Newto-nian Fluid. Part 2. Couette and Poiseuille flows. J. Feng, H. H. Hu, D. D. Joseph, J. Fluid Mech (1994), vol. 277, pp. 271-301.

Direct simulation of initial value problems for the motion of solid bodies in a Newto-nian Fluid. Part 2. Sedimentation. J. Feng, H.H. Hu, D.D. Joseph, J. Fluid Mech

(1994), vol. 261, pp. 95-134.

The turning couples on an elliptic particle settling in a vertical channel. Peter Y. Huang, Jimmy Feng, Daniel D. Joseph, J. Fluid Mech (1994), vol. 271, pp. 1-16.

Direct Simulation of the motion of solid particles in Couette and Poiseuille flows of viscoelastic fluids. P. Y. Huang, J Feng, H.H. Hu, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1997), vol. 343, pp. 73-94.

Dynamic simulation of the motion of capsules in pipelines. J. Feng, P.Y. Huang, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1995), vol. 286, pp. 201-227.

The unsteady motion of solid bodies in creeping flows. J. Feng, D.D. Joseph, J. Fluid Mech (1995), vol. 303, pp. 83-102.

Claims

1. Fremgangsmåte for manipulering av en mikrobærer, der nevnte mikrobærer er for identifiseringsformål, karakterisert vedat den omfatter: (a) et trinn for identifiseringsformål av mikrobæreren for detektering av en kodet mikrobærer hvor den kodete mikrobæreren omfatter en kode skrevet på mikrobæreren, og (b) et trinn for posisjonering og orientering forut for eller i løpet av trinnet for identifiseringsformål hvor posisjonerings- og orienteringstrinnet omfatter: (b.l) distribuering av populasjonen av mikrobærere i et ettlagssystem, og (b.2) begrensing av rotasjons bevegelse hos mikrobærerne hvor mikrobæreren har en anisotropi i sin form og videre inneholder en eller flere ligander bundet til overflaten av mikrobæreren.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat distribueringen i trinn b.l resulterer i en plan konfigurasjon med to dimensjoner (X, Y) eller i en linjekonfigurasjon.

3. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av foregående krav,karakterisert vedat trinnet med posisjonering og orientering er resultatet av anisotropien i formen på mikrobæreren.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, hvori trinnet med posisjonering og orientering er resultatet av en elliptisk eller sylindrisk konfigurasjonen av mikrobæreren.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat mikrobæreren er kodet med en kode skrevet på mikrobæreren ved å eksponere mikrobæreren for en lyskilde med høy rommessig oppløsning.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat fremgangsmåten omfattes av følgende trinn: a) posisjonering og orientering av nevnte mikrobærer, b) koding av nevnte mikrobærer ved å innskrive en kode på denne, c) gjennomføring av en mål-analytreaksjon på eller nær nevnte mikrobærer, d) posisjonering og orientering av nevnte mikrobærer, samt e) identifisering av nevnte mikrobærer, idet trinn (c) også kan utføres forut for trinn (a).

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat mikrobæreren er kodet ved en prosess valgt fra gruppen som omfatter fotokroming, kjemisk gravering, materialdeponering, fotobleking eller eksponering av nevnte mikrobærer for en lyskilde med høy rommessig oppløsning.

8. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 1-7,karakterisert vedat trinnet med identifisering blir utført ved bruk av et optisk identifiseringsmiddel.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert vedat det optiske identifiseringsmiddelet omfatter en laserstråle eller et transmisjonsmikroskop eller et konfokalt mikroskop eller et fluorescensmikroskop.

10. Fremgangsmåte for å utføre en målanalyttassey som omfatter fremgangsmåten i henhold til et hvilket som helst av krav 1-9.