编码的发色聚合物颗粒

本申请是申请人华盛顿大学商业中心提交的申请号为201480074042.8、申请日为2014年11月25日、发明名称为“编码的发色聚合物颗粒”的发明专利申请的分案。所述原申请是基于国际申请PCT/US2014/067471提交的，于2016年7月25日进入中国国家阶段。

交叉引用

本申请要求2013年11月27日提交的美国临时申请号61/909,698的权益，此申请以引用的方式整体并入本文。

背景技术

影响许多研究区域诸如流式细胞术、基因分析以及临床诊断的生物分析科学和生物工程中已存在最新技术进步。在这些中，基因组学和蛋白质组学的发展生成了非常多的序列数据，因此，存在发展新技术来快速筛选大量核酸和蛋白质的方法的需要。光学编码提供使高通量的分析成为可能的有前景的方法。在波长和强度复用中，代码的数目随颜色数目和强度水平的增加而指数级增加。3颜色/10强度方案产生大约1000个代码，而6颜色/10强度方案具有约一百万的理论编码能能力。然而，编码方法的主要问题是目前尚无可靠的技术用于在纳米级别上大规模并行写码。

存在提供用于光学编码的改善的组合物、系统以及方法的需要。本公开解决了此需要并且解决了更多。

发明内容

本公开提供了编码的发色聚合物颗粒及其使用方法。

在各个方面中，本公开提供了一种编码的发色聚合物颗粒，其包含：包含发色聚合物的聚合物基体；以及多个有区别的发色团，其中所述多个有区别的发色团中的每个发色团包含预定的组的可调的光学编码参数，从而定义聚合物颗粒的光学可检测的代码。

在各个方面中，本公开提供了悬浮液，其包含第一多个编码的发色聚合物颗粒和液体。

在各个方面中，本公开提供了一种检测分析物的方法，其包括：使包含分析物的样品与编码的发色聚合物颗粒或编码的发色聚合物颗粒的悬浮液接触；并且检测样品中编码的发色聚合物颗粒发射的光学可检测的代码，其中光学可检测的代码的检测表明样品中的分析物的存在、分析物的身份或样品中分析物的浓度中至少一个。

在各个方面中，本公开提供了用于检测样品中分析物的试剂盒，所述试剂盒包含编码的发色聚合物颗粒的悬浮液。

在各个方面中，本公开提供了用于复用分析的系统，该系统包括：编码的发色聚合物颗粒的悬浮液；包含分析物的样品；电磁辐射源；检测器；以及包括处理器和具有可执行指令储存于上的存储装置的电脑，当执行时所述指令使得处理器：运行检测器以测量发射特性；储存所测量的发射特性；并且分析测量的发射特性。

在各个方面中，本公开提供了光学编码系统，其包括：第一编码的发色聚合物颗粒；和第二编码的发色聚合物颗粒，其中所述第一和第二编码的发色聚合物颗粒具有彼此可区分的光学可检测的代码。

提供本概述以便用简化形式介绍下文在详细描述中进一步描述的概念选择。本概述既不旨在辨识所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的手段。

附图说明

本发明的新颖特征在随附权利要求书中具体阐明。通过参考以下阐述利用了本公开的原理的详细说明和以下附图将获得对本发明的特征和优势的更充分理解：

图1示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少一种类型的镧系物质。

图2示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少两种类型的镧系物质。

图3示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少三种类型的镧系物质。

图4示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少四种类型的镧系物质。

图5示出了用于从具有单分散链长的聚合物和在聚合物侧链中的明确数目的镧系物质制备编码的发色聚合物颗粒的示意图。

图6示出了用于从一种类型的偶联聚合物和镧系络合物树枝状体制备编码的发色聚合物颗粒的示意图。

图7A和7B示出了编码的发色聚合物颗粒中荧光团A相对于荧光团B的群体分布，该编码的发色聚合物颗粒从变化的量的单体A和二聚体AB制成。图7A中示出了五种分布，并且图7B中示出了两种分布。

图8A示出了Eu/PFO/PS-PEG-COOH(10/5/2质量比)的大小分布。

图8B示出了Eu/PFO-ECPEG

图9A示出了二色编码的发色聚合物颗粒：Sm/PFO/PS-PEG-COOH(40/1/16质量比)和Sm/PFO-ECPEG

图9B示出了二色编码的发色聚合物颗粒：Eu/PFO/PS-PEG-COOH(10/5/2质量比)和Eu/PFO-ECPEG

图10A示出了Sm/Eu/PFO-ECPEG

图10B示出了Sm/Eu/PFO-ECPEG

图11示出了三色编码的发色聚合物颗粒：每种化合物具有不同质量比的(20/1/1/4、40/2/1/8、20/2/1/4、40/1/1/8以及80/2/1/16质量比)的Sm/Eu/PFO-ECPEG

图12是含有镧系络合物接枝聚合物的编码的发色聚合物颗粒的合成的示意图。

图13A示出了由偶联的聚合物PVK和Eu(TTA)phen-NH-PSMA聚合物组成的聚合物颗粒的大小分布。

图13B示出了Eu(TTA)phen-NH-PSMA聚合物颗粒和共混的编码的发色聚合物颗粒的荧光光谱，该共混的编码的发色聚合物颗粒由偶联的聚合物聚-(9-乙烯基咔唑)(PVK)和Eu(TTA)phen-NH-PSMA聚合物组成。

图13C示出了在使用220纳米膜过滤器之前和之后，Eu(TTA)phen掺杂的PVK和PSMA聚合物颗粒的吸收光谱。在聚合物颗粒中，PSMA不与Eu(TTA)phen化学连接。

图13D示出了在使用220纳米膜过滤器之前和之后，Eu(TTA)phen掺杂的PVK和PSMA聚合物颗粒的吸收光谱。在聚合物颗粒中，PSMA与Eu(TTA)phen化学连接。

图14示出了多种染料掺杂的发色颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。实线、虚线以及短划线分别表示1％、5％以及10％(按质量计)染料掺杂的聚合物颗粒。

图15示出了多种染料掺杂的发色颗粒的吸收和发射荧光的光谱图。实线、虚线以及短划线分别表示1％、5％以及10％(按质量计)染料掺杂的聚合物颗粒。

图16A和16B示出了包含铕络合物和尼罗蓝染料的发色颗粒的荧光的时间衰减曲线。图16A示出了具有增加的尼罗蓝浓度的发色Eu-PSMA颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。图16B示出了具有增加的尼罗蓝浓度的发色Eu-PSMA/PVK颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。

具体实施方式

本公开总体上涉及用于光学编码的组合物、系统和方法。在一些方面中，本公开提供了具有多种有区别的发色团的光学编码的发色聚合物颗粒。每种有区别的发色团具有预定的组的可调的光学编码参数以便定义用于聚合物颗粒的光学可检测代码，例如基于发射波长、强度和/或寿命。在某些方面中，多个光学代码通过调节可调的光学编码参数来产生，例如通过改变发色团的组成和/或结构。随着独立地或半独立地可调的光学参数的数目增加，可能的编码的发色聚合物颗粒的数目指数级增加，从而产生同时辨识和量化非常大数目的分析物的可能性。

例如，如本文进一步所述，本公开包括表现出多组发射峰值的多种发色聚合物颗粒，其中这些发射峰值的强度是独立地或半独立地可调的以便于定义可区分的光学代码。这些发射峰值可例如通过改变聚合物结构和/或颗粒组成调谐。其中发射强度是独立地或半独立地可调的，颗粒可具有独特或有区别的发射光谱。可使用具有有区别的发射光谱的多个此类颗粒辨识络合物样品中的多个分析物。例如，具有一组发射光谱的此类编码的发色聚合物颗粒的一个子组可被配制成特异性地与络合物样品中特定组的分析物缔合。通过整合分子识别和光学写码，每个独特的发射光谱或代码可被认为是检测和分析复合混合物中特定分析物的指纹。

本公开的编码的发色聚合物颗粒提供能够支撑大量可区分的光学代码的多功能平台。另外，本文描述的各种编码的发色聚合物颗粒表现出改善的特点，诸如大消光系数、高荧光量子产率、快发射速率以及优异的光稳定性。此外，本文所公开的编码的发色聚合物能够提供在纳米级别上编码的生物分子。虽然已展示在大的微米大小中编码，但在某些情况中，这不是最佳的。例如，直径为微米的荧光染料掺杂的胶乳球被用于一些生物分析应用中。然而，当染料掺杂浓度在小百分比之上时，荧光猝灭发生，从而基于强度水平限制了代码的数目。在一些方面中，当颗粒大小下降到纳米范围时，这种自猝灭地方严重限制了编码，因为它限制了可被掺杂到小纳米颗粒的染料的数目。无机量子点(Q点)表现出对于编码是期望的多色、狭窄且对称的发射光谱。然而，在一些方面中，将足够的数目的Q点整合到一个纳米大小的颗粒中以实现在单颗粒水平上可区分的独立的颜色和强度水平是困难的。本文描述的发色聚合物颗粒能够整合多种多样的有区别的发色团，从而在纳米级别颗粒内允许大量有区别的光学代码。

各种聚合物组合物适合与本文所述的编码的发色聚合物颗粒一起使用。在一些方面中，“聚合物”是由通常通过共价化学键连接的至少两个重复结构单元构成的分子。重复结构单元可以是一种类型的单体，并且所得聚合物是均聚物。在一些方面中，聚合物可包括两种不同类型的单体或三种不同类型的单体或更多种类型单体。本领域的普通技术人员将理解不同类型的单体可以多种方式沿聚合物链分布。例如，三种不同类型的单体可沿聚合物无规分布。类似地应当理解单体沿聚合物的分布可以不同方式表示。沿聚合物的长度的重复结构单元(例如，单体)的数目可由“n.”表示。在一些方面中，n的范围可以是例如，从至少2、从至少100、从至少500、从至少1000、从至少5000或从至少10,000或从至少100,000或更高的范围内。在某些方面中，n可在2至10000、20至10000、20至500、50至300、100至1000或500至10,000的范围内。

在一些方面中，聚合物一般具有包含任选地含有侧链基团的主链的延长的分子结构。本文提供的聚合物包括但不限于线性聚合物和支链聚合物，诸如星形聚合物、梳形聚合物、刷形聚合物、梯状体以及树枝状体。如本文进一步所述，聚合物可包括本领域中通常熟知的半导体聚合物。

在一些方面中，“聚合物颗粒”、“聚合物的颗粒”或“P点”是纳米大小的实体，它表示由连续自由流动介质围绕的分离的不连续的相。如本文所用，术语“聚合物颗粒”、“聚合物的颗粒”或“P点”可互换使用。自由流动的介质常常是低分子量液体，最通常为水。

在一些方面中，术语“聚合物颗粒”、“发色聚合物颗粒”、“聚合物点”、“发色聚合物点”、“荧光聚合物点”、“发色纳米颗粒”以及“P点”互换使用以指包含已塌折为稳定的次微米大小的颗粒的一种或多种聚合物(例如，半导体聚合物、非半导体聚合物或其组合)的结构。各种方法适合用于形成发色聚合物颗粒，如本文进一步描述。本文提供的发色聚合物颗粒可由单个聚合物制成或可包含聚合物的共混物。在某些方面中，一种或多种聚合物塌折、析出和/或缩聚以形成聚合物基体。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒的特性取决于聚合物结构。因此，聚合物主链(主要链)、侧链、端部单元以及取代基可变化以获得特定的特性。在一些方面中，发色聚合物颗粒的光学特性通过改变聚合物主链(主要链)的结构来调谐。

在某些方面中，本文提供的发色聚合物颗粒包括一种或多种发色团，在本文中也被称为发色单元。在一些方面中，术语“发色团”或“发色单元”采用其在本领域中的普通含义。发色团，例如从UV区域到近红外区域，吸收某些波长的光，并且可以是或可以不是发射性的。在一些方面中，发色单元包括但并不限于具有离域π电子的结构单元、小的有机染料分子单元和/或金属络合物单元。发色团可以是聚合物基体的一部分或可掺入到聚合物基体中，例如，通过共混、交联等等。

在某些方面中，本公开的发色聚合物颗粒包括一种或多种发色聚合物。在一些方面中，术语“发色聚合物”是指其中聚合物的至少一部分例如，从UV区域到近红外区域，吸收某些波长的光的聚合物。根据本公开的发色聚合物可以是或可以不是发射性的。在一些方面中，“发色聚合物”是其中聚合物的至少一部分包括发色单元的聚合物。发色聚合物的示例可包括具有离域π电子的结构单元的聚合物，如半导体聚合物、包含小的有机染料分子单元的聚合物、包含金属络合物单元的聚合物以及包含其任意组合的单元的聚合物。发色单元可掺入到聚合物主链中。发色单元还可共价地连接到聚合物的侧链或端部单元。发色聚合物可使用本领域中通常熟知的标准合成方法制成。

在某些方面中，发色聚合物是“偶联聚合物”。术语“偶联聚合物”是本领域中所认识到的。可沿偶联结构传导电子、洞或电子能。在一些方面中，聚合物主链的较大部分可以是偶联的。在一些方面中，整个聚合物可以是偶联的。在一些方面中，聚合物可在其侧链或末端包括偶联结构。在一些方面中，偶联聚合物可具有传导特性，例如，聚合物可传导电。在一些方面中，偶联聚合物可具有半导体特性，例如，聚合物可表现出直接带隙，从而在带边缘处产生有效的吸附或发射。

在某些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括单个聚合物或多个聚合物(例如，形成聚合物基体)，单个聚合物或多个聚合物可例如，与各种类型的发色团化学交联和/或物理共混以便调节编码颗粒的光学特性。适用于与本文所述的各个方面一起使用的发色团的示例包括但不限于发色聚合物、镧系发色团、发色染料(例如，荧光和/或发光染料)或其组合。在一些方面中，本文提供的发色团表现出狭窄的带发射特性(例如，发射带的半极大处全宽度(FWHM)小于70纳米)。在一些方面中，“镧系发色团”是包含来自元素周期表中镧系族的原子的发色团。更具体地，镧系发色团是包含具有包括或在57与71之间的原子数的原子的发色团。

在一些方面中，本公开提供了编码的发色聚合物颗粒，其能够光学复用例如，波长和强度复用、波长-强度-和-寿命复用等。在某些方面中，使用具有期望的光学特性的一种或多种发色团，诸如发色聚合物、镧系发色团或发色染料来提供此类复用能力。例如，发色聚合物的光学特性包括它们的优异特征，诸如大消光系数、高荧光量子产率、快发射速率以及优异的光稳定性。在一些方面中，本公开利用了镧系离子独特的发光特性，诸如它们狭窄的发射带宽度、较长的寿命、基本上不受环境影响的稳定的f-f跃迁。此外，聚合物颗粒提供了可容纳其他荧光和/或发光材料的灵活的聚合物基体。因此，不同的荧光和/或发光物质(例如，镧系络合分子或镧系纳米颗粒)可被整合到聚合物基体中，同时每种物质可保持个体荧光和/或发光。此外，每种物质的各种特性，例如，波长、强度、寿命等，可以独立地或半独立地调谐。在一些方面中，“独立的”或“非独立地”具有它们常用的含义，并且“半独立地”意指可调整或调控一种特性而基本上不影响一个或多个其他特性。这些独特的特性提出例如用于宽泛的高通量生物分析应用的范围的新的编码技术。

如本文所用并且除非另外指明，术语“一个(种)”和“一个(种)”用于指“一个(种)”、“至少一个”或“一个或多个”。除非上下文另外要求，否则本文使用的单数术语应包括复数，并且复数术语应包括单数。

在一些方面中，术语“烷基”是指具有所指示的碳原子数目的直链或支链、饱和、脂族基团。例如，C

在一些方面中，术语“亚烷基”是指连接至少两个其他基团的如上所定义的烷基，即二价烃基。连接到亚烷基的两个基团可以连接到亚烷基的相同的原子或不同的原子。例如，直链亚烷基可以是-(CH

在一些方面中，术语“烷氧基”是指具有将烷氧基连接到连接点或连接到烷氧基的两个碳的烷基。烷氧基包括，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异-丙氧基、丁氧基、2-丁氧基、异-丁氧基、仲-丁氧基、叔-丁氧基、戊氧基、己氧基等。烷氧基可被本文所述的多种取代基进一步取代。例如，烷氧基可被卤素取代以形成“卤代-烷氧基”。

在一些方面中，术语“烯基”是指具有2至6个碳原子，具有至少一个双键的直链或支链的烃。烯基的示例包括但不限于、乙烯基、丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、异丁烯基、丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、异戊烯基、1,3-戊二烯基、1,4-戊二烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1,3-己二烯基、1,4-己二烯基、1,5-己二烯基、2,4-己二烯基或1,3,5-己三烯基。

在一些方面中，术语“炔基”是指具有2至6个碳原子，具有至少一个三键的直链或支链的烃。炔基的示例包括但不限于，乙炔基、丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、异丁炔基、仲-丁炔基、丁二炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、异戊炔基、1,3-戊二炔基、1,4-戊二炔基、1-己炔基、2-己炔基、3-己炔基、1,3-己二炔基、1,4-己二炔基、1,5-己二炔基、2,4-己二炔基或1,3,5-己三炔基。

在一些方面中，术语“烷基氨基”是指如本文所定义的具有一个或多个氨基的烷基。氨基可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。烷基氨基可被羟基进一步取代。烷基氨基包括但不限于，乙基氨基、丙基氨基、异丙基氨基、亚乙基氨基以及乙醇氨基。氨基可将烷基氨基与化合物的其余部分的连接点连接、位于烷基的Ω位、或者将烷基的至少两个碳原子连接在一起。

在一些方面中，术语“卤素”或“卤化物”指氟、氯、溴以及碘。如本文所用，术语“卤代烷基”是指如上定义的烷基，其中一些或全部氢原子被卤原子取代。卤素(卤代)优选代表氯代或氟代，但也可以是溴代或碘代。如本文所用，术语“卤代-烷氧基”是指具有至少一个卤素的烷氧基。卤代-烷氧基被定义为其中一些或全部氢原子被卤素原子取代的烷氧基。烷氧基可以被1、2、3或更多个卤素取代。当所有的氢被卤素，例如氟替换时，所述化合物是全-取代的，例如，全氟化的。卤代-烷氧基包括，但不限于，三氟甲氧基、2,2,2-三氟乙氧基、全氟乙氧基等。

在一些方面中，术语“环烷基”是指包含3至12个环原子，或所指示的原子数目的饱和或部分不饱和、单环、稠合二环或桥连多环组件。单环的环包括例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基以及环辛基。二环和多环的环包括，例如，降莰烷、十氢化萘和金刚烷。例如，C

在一些方面中，术语“亚环烷基”是指连接至少两个其他基团的如上所定义的环烷基，即二价烃基。与亚环烷基相连的两个基团可以连接到亚环烷基的相同的原子或不同的原子。亚环烷基包括，但不限于，亚环丙基、亚环丁基、亚环戊基、亚环己基以及亚环辛基。

在一些方面中，术语“杂环烷基”具有3环元至约20环元和1至约5个杂原子诸如N、O和S的环系统。还可使用另外的杂原子，包括但不限于B、Al、Si以及P。杂原子也可被氧化，诸如，但并不限于，-S(O)-和-S(O)

在一些方面中，术语“杂亚环烷基”是指连接至少两个其他基团的如上所定义的杂环烷基。连接到杂亚环烷基的两个基团可以连接到杂亚环烷基的相同的原子或不同的原子。

在一些方面中，术语“芳基”是指单环或稠合双环、三环或更大的，含有6至16个环碳原子的芳族环组件。例如，芳基可以是苯基、苄基、薁基或萘基。芳基可被选自以下的一个、两个或三个基团单-取代、二-取代或三-取代的：烷基、烷氧基、芳基、羟基、卤素、氰基、氨基、氨基-烷基、三氟甲基、亚烷基二氧基以及氧基-C

芳基可包括但不限于，萘基、苯基或被烷氧基、苯基、卤素、烷基或三氟甲基单取代或二取代的苯基、苯基或被烷氧基、卤素或三氟甲基单取代或二取代的苯基，并且尤其是苯基。

在一些方面中，术语“烷氧基-芳基”是指其中连接到芳基的基团中的一个通过氧原子连接的如以上所定义的芳基。烷氧基-芳基包括但不限于苯氧基(C

在一些方面中，术语“杂芳基”是指含有5至16个环原子的单环或稠合双环或三环芳族环组件，其中环原子中1至4个各自是杂原子N、O或S。例如，杂芳基包括吡啶基、吲哚基、吲唑基、喹噁啉基、喹啉基、异喹啉基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、呋喃基、吡咯基、噻唑基、苯并噻唑基、噁唑基、异噁唑基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、噻吩基，或被例如，烷基、硝基或卤素取代，尤其是单取代或二取代的任何其他基团。--类似地，本文所述的芳基或杂芳基可以是取代的或未取代的。芳基和杂芳基的取代基是变化的，诸如烷基、芳基、CN、氨基、硫化物、醛、酯、醚、酸、羟基或卤素离子。取代基可以是反应基，诸如但不限于氯、溴、碘、羟基或氨基。取代基可选自：卤素、OR’、OC(O)R’、NR’R”、SR’、R’、CN、NO

本文描述的基团可是取代的或未取代的。烷基和杂烷基(包括通常称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环烯基以及杂环烯基的那些基团)的取代基可以是多种基团，诸如烷基、芳基、氰基(CN)、氨基、硫化物、醛、酯、醚、酸、羟基或卤素离子。取代基可以是反应基，诸如但不限于氯、溴、碘、羟基或氨基。适合的取代基可选自：-OR’、＝O、＝NR’、＝N-OR’、-NR’R”、-SR’、-卤素、-SiR’R”R”’、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO

编码的发色聚合物颗粒的光学特性

本公开的某些方面提供了适于用作编码平台的发色聚合物颗粒。在一些方面中，本公开提供了能够光学编码和/或生物分子编码的发色聚合物颗粒，在本文中也被称作“编码的发色聚合物颗粒”或“编码的聚合物颗粒”。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有光学可检测的代码，在本文中也被称作“光学代码”或“光学编码”，这使得颗粒能够与具有不同代码的颗粒从光学上区分。各种类型的光学编码方案适合与本文所述的编码的发色聚合物颗粒一起使用。在某些方面中，光学可检测的代码包括聚合物颗粒的一个或多个光学特性，诸如聚合物颗粒的预定发射光谱(例如，发射波长、发射强度)、聚合物颗粒的预定发射寿命、预定发射速率、预定吸收波长或其组合。因此，可通过测量编码的发色聚合物颗粒的光学特性以便于确定对应的代码来唯一地识别它。

在本公开的各个方面中，光学可检测的代码由编码的发色聚合物颗粒的发色团定义。编码的发色聚合物颗粒可包括任何适合的数目的本文提供的各种发色团组合物及其组合。例如，适合与本公开一起使用的示例性的发色团包括但不限于，发色聚合物(例如，形成颗粒的聚合物基体的一种或多种发色聚合物，诸如狭窄带的发色聚合物)、镧系发色团(例如，镧系离子、镧系络合物、镧系纳米颗粒或其他镧系材料)，或发色染料(例如，荧光染料，发光染料)，如本文进一步所述。

在一些方面中，由于发色聚合物用作聚合物基体的独特的特征，本公开提供了用于编码的发色颗粒，其中整个颗粒由发色团(例如，荧光和/或发光材料，诸如发色聚合物、镧系发色团或发色染料)构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至90％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至80％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至70％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至60％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至50％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至40％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至30％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至20％的质量由发色团构成。在一些方面中，每种颗粒的最多至10％的质量由发色团构成。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括多种有区别的发色团，并且所述多种有区别的发色团的合并质量在聚合物颗粒的总质量的1％与99％、10％与99％、20％与99％、30％与99％、40％与99％或50％与99％之间。在某些方面中，发色团可以只是发色聚合物。在其他方面中，发色团可包括与其他类型的发色团例如，镧系材料诸如镧系离子、镧系络合物、镧系纳米颗粒、发色染料诸如荧光染料或其组合物理共混或化学交联的发色聚合物。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括用于定义光学可检测的代码的一种或多种有区别的发色团(例如，具有不同结构、组成和/或特性的发色团)。编码的发色聚合物颗粒可包括任何适合的数目的有区别的发色团类型及其组合，诸如仅单个有区别的发色团、两种或更多种有区别的发色团、三种或更多种或更多种有区别的发色团、四种或更多种有区别的发色团、五种或更多种有区别的发色团、六种或更多种有区别的发色团、七种或更多种有区别的发色团、八种或更多种有区别的发色团、九种或更多种有区别的发色团、十种或更多种有区别的发色团、二十种或更多种有区别的发色团、五十种或更多种有区别的发色团或一百种或更多种有区别的发色团。在一些方面中，在多个有区别的发色团中的任何有区别的发色团之间，编码的发色聚合物颗粒具有固定的质量比，诸如在两种或更多种有区别的发色团、三种或更多种或更多种有区别的发色团、四种或更多种有区别的发色团、五种或更多种有区别的发色团、六种或更多种有区别的发色团、七种或更多种有区别的发色团、八种或更多种有区别的发色团、九种或更多种有区别的发色团、十种或更多种有区别的发色团、二十种或更多种有区别的发色团、五十种或更多种有区别的发色团或一百种或更多种有区别的发色团之间的固定质量比。

在某些方面中，有区别的发色团具有可彼此可区分的一个或多个光学特性(例如，发射光谱、发射强度、发射波长、发射寿命、发射速率、吸收波长等)。例如，编码的发色聚合物颗粒可包括聚合物基体(例如，由至少一种发色聚合物形成)和具有可与聚合物基体的光学特性区分的光学特性的一种或多种发色团(例如，镧系发色团)。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射光谱的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射强度的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射波长的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射寿命的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。

在某些方面中，有区别的发色团具有可独立地或半独立地控制的一个或多个光学特性(例如，发射光谱、发射强度、发射波长、发射寿命等)。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射光谱的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射强度的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射波长的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括具有彼此可区分的发射寿命的两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种或十种或更多种的有区别的发色团。

在某些方面中，发色团的在本文中可被称为“光学编码参数”的多个光学特性是可调的，因此允许多种有区别的光学代码(例如，光学上彼此可区分的光学代码)。如本文中进一步所述，发色团的可调的光学编码参数可包括发色团的一个或多个光学特性，诸如发射峰值强度、发射峰值波长、发射寿命、发射速率、吸收峰值波长或其组合。在某些方面中，每种有区别的发色团的可调的光学编码参数是预定的(例如，具有基于发色团的结构和/或组成所预定的值、轮廓、特点等)以便为聚合物颗粒提供明确的光学可检测的代码。

各种数目的可调的光学编码参数及其组合适合与本文所述的方法一起使用。在一些方面中，发色团的一组可调的光学编码参数仅包括单个可调的光学编码参数。在其他方面中，一组可调的光学编码参数包括至少两个独特的可调的光学编码参数、至少三个独特的可调的光学编码参数、至少四个独特的可调的光学编码参数、至少五个独特的可调的光学编码参数、至少六个独特的可调的光学编码参数、至少七个独特的可调的光学编码参数、至少八个独特的可调的光学编码参数、至少九个独特的可调的光学编码参数、至少十个独特的可调的光学编码参数、至少二十个独特的可调的光学编码参数、至少五十个独特的可调的光学编码参数或至少一百个独特的可调的光学编码参数。

在某些方面中，每种有区别的发色团与一组可调的光学编码参数相关联，并且至少一些组的可调的光学编码参数是独立地或半独立地可调的或可调节的。在一些方面中，“独立地调谐的”意指一个可调的光学编码参数不受另一个可调的光学编码参数影响(例如，一组发射峰值不受另一组发射峰值影响)。在一些方面中，“半独立地调谐的”意指一个可调的光学编码参数可受另一个可调的光学编码参数影响(例如，一组发射峰值可受另一组发射峰值影响)。“半独立地调谐”的光学编码参数的示例包括其中使用能量传递来调整和调谐聚合物颗粒的发射强度的例子，其中聚合物颗粒包含供体分子和受体分子(例如，以下提供的实施例7)。例如，在一些方面中，两种或更多种有区别的发色团、三种或更多种或更多种有区别的发色团、四种或更多种有区别的发色团、五种或更多种有区别的发色团、六种或更多种有区别的发色团、七种或更多种有区别的发色团、八种或更多种有区别的发色团、九种或更多种有区别的发色团、十种或更多种有区别的发色团、二十种或更多种有区别的发色团、五十种或更多种有区别的发色团或一百种或更多种有区别的发色团的可调的光学编码参数的组是独立地或半独立地可调的或可调节的。

可基于任何适合数目的可调的光学编码参数及其组合来定义编码的发色聚合物颗粒的光学可检测的代码。在一些方面中，根据单个可调的光学编码参数(例如，仅发射峰值波长(“波长编码”)、仅发射峰值强度(“强度编码”)、仅发射寿命(“寿命编码”)等)来定义光学可检测的代码。在其他方面中，根据两个可调的光学编码参数(例如，发射峰值波长和发射峰值强度(“波长-强度编码”)、发射峰值波长和发射寿命(“波长-寿命编码”)、发射峰值强度和发射寿命(“强度-寿命编码”))来定义光学可检测的代码。在另选方面中，根据三个可调的光学编码参数(例如，发射峰值波长、发射峰值强度以及发射寿命(“波长-强度-寿命编码”)来定义光学可检测的代码。在一些方面中，根据四个可调的光学编码参数、五个可调的光学编码参数、六个可调的光学编码参数、七个可调的光学编码参数、八个可调的光学编码参数、九个可调的光学编码参数、十个可调的光学编码参数或多于十个可调的光学编码参数来定义光学可检测的代码。

在某些方面中，光学可检测的代码包括编码的发色聚合物颗粒的预定一组的发射峰值。在一些方面中，编码的发色颗粒的化学组成和结构包含至少两种有区别的发色团(例如，至少一种类型的发色聚合物和一种类型的镧系发色团、至少一种类型的发色聚合物和一种类型的荧光染料)，至少两种有区别的发色团被调谐以获得用于聚合物颗粒的至少两组发射峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有通过调谐对应的数目的发色团而生成的至少两组、至少三组、至少四组、至少五组、至少六组、至少七组、至少八组、至少九组或至少十组发射峰值。

在一个优选的方面中，发色聚合物颗粒可具有多组，例如，2-10组很好分辨的发射峰值，其中任何两个相邻的发射峰值不具有光谱重叠。可通过调整颗粒组成和/或聚合物结构独立地调谐每个发射峰值的强度水平。然而，在某些方面中，发色聚合物颗粒可具有多个发射峰值，并且两个相邻发射峰值之间可能存在一些光谱重叠。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的1％。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的5％。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的10％。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的20％。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的30％。在一些方面中，重叠区小于两个相邻峰值中任一个的整合区的40％。

在另一个优选的方面中，编码的发色聚合物颗粒可具有多组，例如，2-10组发射峰值，并且每个峰值来源于颗粒中的一个发色团(例如，荧光物质)。在某些方面中，可通过例如调整颗粒组成和/或聚合物结构独立地调谐每个发射峰值的强度水平。在某些方面中，发色聚合物颗粒可具有多个发射峰值，但两个或两个以上发射峰值可来源于一个发色团物质并且另一个发射峰值来自不同的物质。可通过调整颗粒组成和/或聚合物结构来关联和调谐来自一种发色团物质的发射峰值的强度水平。

在一些方面中，在一个波长激发下，发色聚合物颗粒显示了多组例如，2-10组发射峰值。在一些方面中，在两个波长激发下，发色聚合物颗粒显示了多组发射峰值。在一些方面中，在三个波长激发下，发色聚合物颗粒显示了多组发射峰值。在一些方面中，在四个或更多个波长激发下，发色聚合物颗粒显示了多组发射峰值。然而，通过改变颗粒组成和聚合物结构，可独立地或半独立地调谐每组发射峰值的发射强度，例如一组发射峰值的相对强度，或可独立地或半独立地改变对其他峰值中任一个的峰值。

在某些方面中，可调节编码的发色聚合物颗粒的组的发射峰值的发射强度和/或发射波长，从而允许基于峰值波长和/或强度编码。例如，在一些方面中，波长编码方案提供多种光学可检测的代码，该代码通过变化编码的发色聚合物颗粒的发射峰值的发射波长定义。聚合物颗粒的发射波长可从UV区域变化到近红外区域。在一些方面中，能够被独立地或半独立地调节聚合物颗粒的发射峰值或峰值中每一组的发射波长。可独立地或半独立地调谐和调整颗粒的发射峰值或峰值中每一组的发射强度。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括两组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括三组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括四组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括五组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括六组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括六组以上的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括最高至十组的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括十组以上的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的波长。

在一些方面中，强度编码方案提供多种光学可检测的代码，所述代码通过变化编码的发色聚合物颗粒的发射峰值的发射强度水平定义。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括两组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括三组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括四组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括五组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括六组发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括六组以上的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括最高至十组的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，发色聚合物颗粒包括十组以上的发射峰值，其中可独立地或半独立地调谐它们的强度水平。

在一些方面中，波长-强度编码方案提供多种光学可检测的代码，所述代码通过变化编码的发色聚合物颗粒的发射峰值的发射波长和发射强度水平定义。波长-强度编码方案可以是本文提供的波长编码方案和强度编码方案的任何适合的组合。

在一些方面中，本公开提供编码的发色聚合物颗粒，其能够在寿命编码，例如，具有基于聚合物颗粒的发射寿命定义的光学可检测的代码。在一些方面中，荧光寿命被定义为分子(或颗粒)在发射光子之前保持其激发态的平均时间。可从荧光团的单指数衰减函数的时间常数或多指数衰减函数的平均时间常数以实验方法确定荧光寿命。在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒能够波长-强度-寿命编码，也被称为波长-强度-寿命复用。由于光谱重叠和背景干扰可限制颜色和强度编码，因此寿命编码提供另外的编码维度。可通过变化编码的发色聚合物颗粒的组成来生成可区分的寿命代码。对于每个单色发射带，可生成大量的编码的发色聚合物颗粒并且用作具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命的寿命代码。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有多组，例如，2-10组发射峰值，并且每组发射峰值或峰值具有不同于其他的荧光发光寿命。寿命可在10皮秒至1毫秒中变化。在一些方面中，寿命在10皮秒至100皮秒中变化。在一些方面中，寿命在100皮秒至1纳秒中变化。在一些方面中，寿命在1纳秒至10纳秒中变化。在一些方面中，寿命在10纳秒至100纳秒中变化。在一些方面中，寿命在100纳秒至1微秒中变化。在一些方面中，寿命在1微秒至10微秒中变化。在一些方面中，寿命在10微秒至100微秒中变化。在一些方面中，寿命在100微秒至1毫秒中变化。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命的至少一种类型的发色聚合物。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的染料分子，其中发色聚合物或染料分子具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物和至少两种类型的染料分子，发色聚合物或染料分子具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的镧系材料(例如，镧系发色团)，发色聚合物或镧系材料具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物、至少一种类型的染料分子以及至少一种类型的镧系材料。发色聚合物、染料分子以及镧系材料中任一个可具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物以用于寿命编码。单体结构、单体物质以及浓度可变化以调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。编码的发色聚合物颗粒可包括两种或更多种类型的发色聚合物以生成多种发射颜色，并且可独立使用每种发射颜色来产生寿命代码。可使用发色聚合物之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的发色染料以用于寿命编码。可独立地使用聚合物的发射或染料的发射来产生10皮秒至1毫秒范围内的寿命代码。可使用发色聚合物与染料分子之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。染料分子可与发色聚合物物理缔合或化学连接。染料和聚合物的结构、组成和浓度可变化以调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。编码的发色聚合物颗粒可包括两种或更多种类型的染料分子以生成多种发射颜色，并且可独立使用每种发射颜色来产生寿命代码。

对于每个单色发射带，可生成多个发色聚合物颗粒并且用作具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命的寿命代码。在一些方面中，寿命在10皮秒至100皮秒中变化。在一些方面中，寿命在100皮秒至1纳秒中变化。在一些方面中，寿命在1纳秒至10纳秒中变化。在一些方面中，寿命在10纳秒至100纳秒中变化。在一些方面中，寿命在100纳秒至1微秒中变化。在一些方面中，寿命在1微秒至10微秒中变化。在一些方面中，寿命在10微秒至100微秒中变化。在一些方面中，寿命在100微秒至1毫秒中变化。实施例5显示可使用染料掺杂的发色聚合物颗粒产生多个寿命代码。

在另一方面，本公开提供了具有受控的颗粒间能量传递的编码的发色聚合物颗粒。因为每种颗粒具有来自不同的荧光或发光材料的多组发射峰值，在一些方面中，控制颗粒间能量传递以便可调谐每个峰值或每组峰值的强度水平是期望的。在一些方面中，颗粒间能量传递被完全阻止以使每组发射峰值可被独立地调谐。在一些方面中，部分地允许颗粒间能量传递以产生不同的发射颜色和强度水平。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒的两种或更多种有区别的发色团之前存在少于50％、少于40％、少于30％、少于20％、少于10％、少于5％、少于4％、少于3％、少于2％或少于1％的能量传递。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒的两种或更多种有区别的发色团之间基本上不存在能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于50％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于40％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于30％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于20％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于10％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于5％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于4％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于3％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于2％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间存在少于1％百分比的能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间基本上不存在能量传递。在一些方面中，本发明的任何发色团之间不存在可检测的能量传递。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含至少一种类型的发色聚合物以用于生物分子编码。编码的发色聚合物颗粒可含有一种或多种类型的偶联聚合物(例如，半导体聚合物)。编码的发色聚合物颗粒具有至少两组发射峰值。聚合物颗粒的发射波长可从UV变化到近红外区域。可独立地或半独立地调谐和调整颗粒的发射峰值或峰值中每一组的发射强度。本文进一步描述示例性的发色聚合物组合物。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括两组发射峰值；一组发射峰值来自能量供体，并且另一组发射峰值来自能量受体，并且可通过能量传递半独立地调谐它们的强度水平。在一些方面中，供体的发射强度大于受体的那些发射强度。在一些方面中，供体的发射强度小于受体的那些发射强度。

在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒的特征可在于它们的稳定性。光学特性(例如，具体波长处的发射光谱、发射带宽、荧光或发光量子产率、荧光或发光寿命、发射强度)稳定持续超过1天或1周、或2周、或1个月、或2个月、或3个月、或6个月、或1年或更久。稳定的荧光或发光量子产率意指颗粒的荧光或发光量子产率改变不超过5％、或10％、或20％或50％或更高。稳定的发射光谱意指每个峰值相对其他发射峰值的强度比率改变不超过5％、或10％、或20％或50％或更高。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有以下特点中的一些或全部：(1)具有极小光谱重叠的多组例如，2-10组很好分辨的发射峰值；(2)通过调整颗粒组成和聚合物结构调谐每组发射峰值的强度水平；(3)大于5％、优选地大于10％、优选地大于20％、大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％或大于90％的高的荧光或发光量子产率；(3)每组发射峰值具有彼此不同的荧光或发光寿命；(4)具有超过至少2周、优选地1个月、2个月、3个月、6个月、1年或更久的高稳定性。

如本文进一步所述，编码的发色聚合物颗粒表现出多组发射峰值，其中通过变化聚合物和镧系材料(镧系离子、镧系络合物或镧系纳米颗粒)的组成独立地或半独立地调谐它们的发射强度。在一些方面中，相对于整个颗粒质量，镧系材料的质量浓度高于10％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于20％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于30％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于40％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于50％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于60％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于70％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于80％。在一些方面中，镧系材料的质量浓度高于90％。

在一些方面中，一种或多种镧系发色团的发射峰值具有比聚合物基体的发射峰值更短的波长。在一些方面中，一种或多种镧系发色团的发射峰值具有比聚合物基体的发射峰值更长的波长。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒表现出多组发射峰值，其中其中通过变化聚合物和镧系材料(镧系离子、镧系络合物或镧系纳米颗粒)的组成独立地或半独立地调谐它们的发射寿命(例如，荧光或发光发射寿命)。每组发射峰值或峰值具有彼此不同的发射寿命。寿命可在10皮秒至1毫秒中变化。在一些方面中，寿命在10皮秒至100皮秒中变化。在一些方面中，寿命在100皮秒至1纳秒中变化。在一些方面中，寿命在1纳秒至10纳秒中变化。在一些方面中，寿命在10纳秒至100纳秒中变化。在一些方面中，寿命在100纳秒至1微秒中变化。在一些方面中，寿命在1微秒至10微秒中变化。在一些方面中，寿命在10微秒至100微秒中变化。在一些方面中，寿命在100微秒至1毫秒中变化。基于特性，可将编码的发色聚合物颗粒用于波长-强度-寿命编码。例如，使用分时选通(time-gated)检测或成像，我们可分离发色聚合物的荧光与镧系的发光。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的镧系材料以用于寿命编码。镧系材料包括镧系络合物、镧系离子以及镧系纳米颗粒。可独立地使用聚合物的发射或镧系的发射来产生10皮秒至1毫秒范围内的寿命代码。可使用发色聚合物与镧系材料之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。可使用不同的镧系离子之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。还可使用镧系纳米颗粒内的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。镧系材料可与发色聚合物物理缔合或化学连接。镧系材料和聚合物的结构、组成和浓度可变化以调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。编码的发色聚合物颗粒可包括两种或更多种类型的镧系材料以生成多种发射颜色，并且可独立使用每种发射颜色来产生寿命代码。对于每个单色发射带，可生成多个发色聚合物颗粒并且用作具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命的寿命代码。

在一些方面中，寿命在10皮秒至100皮秒中变化。在一些方面中，寿命在100皮秒至1纳秒中变化。在一些方面中，寿命在1纳秒至10纳秒中变化。在一些方面中，寿命在10纳秒至100纳秒中变化。在一些方面中，寿命在100纳秒至1微秒中变化。在一些方面中，寿命在1微秒至10微秒中变化。在一些方面中，寿命在10微秒至100微秒中变化。在一些方面中，寿命在100微秒至1毫秒中变化。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括至少一种类型的发色聚合物、至少一种类型的染料分子以及至少一种类型的镧系材料以用于寿命编码。镧系材料包括镧系络合物、镧系离子以及镧系纳米颗粒。可独立地使用聚合物的发射或染料的发射或镧系的发射来产生10皮秒至1毫秒范围内的寿命代码。可使用发色聚合物与镧系材料之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。还可使用聚合物与染料之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。还可使用镧系材料与染料之间的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。还可使用镧系纳米颗粒内的能量传递来调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。染料分子、镧系材料以及发色聚合物可彼此物理缔合或化学连接。聚合物、染料以及镧系材料的结构、组成和浓度可变化以调谐编码的发色聚合物颗粒的寿命。编码的发色聚合物颗粒可包括两种或更多种类型的镧系材料和两种或更多种类型的染料以生成多种发射颜色，并且可独立使用每种发射颜色来产生寿命代码。

对于每个单色发射带，可生成多个发色聚合物颗粒并且用作具有10皮秒至1毫秒范围内的有区别的寿命的寿命代码。在一些方面中，寿命在10皮秒至100皮秒中变化。在一些方面中，寿命在100皮秒至1纳秒中变化。在一些方面中，寿命在1纳秒至10纳秒中变化。在一些方面中，寿命在10纳秒至100纳秒中变化。在一些方面中，寿命在100纳秒至1微秒中变化。在一些方面中，寿命在1微秒至10微秒中变化。在一些方面中，寿命在10微秒至100微秒中变化。在一些方面中，寿命在100微秒至1毫秒中变化。实施例6显示可使用包含染料分子和镧系络合物的编码的发色聚合物颗粒产生多个寿命代码。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒的其他可调的光学特性可用作光学编码的基础。例如，光学可检测的代码可基于聚合物颗粒的总体荧光或发光量子产率上。在给定的激发波长下，编码的发色聚合物颗粒的总体荧光或发光量子产率可在100％至1％中变化。在一些方面中，量子产率大于约90％。在一些方面中，量子产率大于约80％。在一些方面中，量子产率大于约70％。在一些方面中，量子产率大于约60％。在一些方面中，量子产率大于约50％。在一些方面中，量子产率大于约40％。在一些方面中，量子产率大于约30％。在一些方面中，量子产率大于约20％。在一些方面中，量子产率大于约10％。在一些方面中，量子产率大于约5％。在一些方面中，量子产率大于约1％。

在其他方面中，光学可检测的代码可基于编码的发色聚合物颗粒的发色团的发射速率。在某些方面中，发色团的发射速率在约10皮秒至约100皮秒、约100皮秒至约1纳秒、约1纳秒至约10纳秒或约10纳秒至约100纳秒的范围内。

在其他方面中，光学可检测的代码可基于编码的发色聚合物颗粒的吸收特性。吸收峰值可从UV区域偏移到近红外区域。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有一个吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有两个吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有三个吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有多于三个的吸收峰值。可将编码的发色聚合物颗粒的吸收峰值调谐到某激光波长。在一些方面中，例如，吸收峰值为大约266纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约355纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约405纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约450纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约488纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约532纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约560纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约635纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约655纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约700纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约750纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约800纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约900纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约980纳米。在一些方面中，吸收峰值为大约1064纳米。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约200纳米与约300纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约300纳米与约400纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约400纳米与约500纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约500纳米与约600纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约600纳米与约700纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约700纳米与约800纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约800纳米与约900纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约900纳米与约1000纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约1000纳米与约1100纳米之间的吸收峰值。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒具有在约1100纳米与约1200纳米之间的吸收峰值。

编码的发色聚合物颗粒的发色聚合物组合物

多种类型的发色聚合物颗粒适合用作本公开的光学编码和/或生物分子编码方法的平台。应理解本文关于发色聚合物颗粒的任何描述适用于本公开的编码的发色聚合物颗粒。编码的发色聚合物颗粒可采取多种构形，包括但不限于具有均匀同质的组成的单一聚合物颗粒或具有不同核和帽结构的聚合物颗粒。本文提供的编码的发色聚合物颗粒可使用本领域已知的任何方法形成，包括但不限于依赖沉淀的方法、依赖乳液(例如，微型或微乳液)的形成的方法以及依赖缩聚的方法。适合与本文所述的技术一起使用的发色聚合物颗粒的示例可见于例如，PCT申请号PCT/US2010/056079、PCT/US2012/071767、PCT/US2011/056768、PCT/US2013/024300和PCT/US2013/063917以及美国专利申请号13/687,813，所述专利中的每一个通过引用并入本文。

任何适合的数目的发色聚合物类型及其组合，诸如以一种或多种发色聚合物、两种或更多种发色聚合物、三种或更多种发色聚合物、四种或更多种发色聚合物、五种或更多种发色聚合物、六种或更多种发色聚合物、七种或更多种发色聚合物、八种或更多种发色聚合物、九种或更多种发色聚合物、十种或更多种发色聚合物、五十种或更多种发色聚合物或、一百种或更多种发色聚合物，可掺入到本文所述的编码的发色聚合物颗粒中。相对于整个编码的发色聚合物颗粒质量，发色聚合物的质量浓度可在1％至99％、更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间变化。

在一些方面中，本文所述的编码的发色聚合物颗粒包括由一种或多种发色聚合物形成的聚合物基体。发色聚合物可以是均聚物或杂聚物。在各个方面中，发色聚合物可以是半导体聚合物、非-半导体聚合物或其组合。例如，多种半导体聚合物适合用于根据本公开的编码的发色聚合物颗粒。研发了具有UV到红外范围内(包括整个可见光谱)的发射波长的半导体聚合物。半导体聚合物的示例包括但不限于：聚芴聚合物，包括但不限于聚(9,9-二己基芴基-2,7-二基)(PDHF)和聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO)；基于芴的共聚物，包括但不限于聚[{9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基-亚芴基}-交替-共-{2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-l,4-亚苯基}](PFPV)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(l,4-苯并-{2,l,3}-噻二唑)](PFBT)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PFTBT)以及聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,l,3-苯并噻二唑)](PF-0.1TBT)；亚苯基亚乙烯基聚合物，包括但不限于聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)](CN-PPV)；亚苯基亚乙炔基聚合物，包括但不限于聚(2,5-二(3’,7’-二甲基辛基)亚苯基-1,4-亚乙炔基(PPE)；或其组合。

根据本公开的多个方面，适合使用多种发色聚合物结构。在一些方面中，发色聚合物可以是线性聚合物。在其他方面中，发色聚合物可以是支链聚合物。在某些方面中，发色聚合物可以是树枝状体。在某些方面中，发色聚合物可以是刷形聚合物。在某些方面中，发色聚合物可以是星形聚合物。

在一些方面中，可使用含有基于聚苯乙烯的梳样聚合物的编码的发色聚合物颗粒。基于聚苯乙烯的梳样聚合物的非限制性示例包括聚苯乙烯接枝丙烯酸、聚苯乙烯接枝环氧乙烷、聚苯乙烯接枝丁醇等等。

在一些方面中，可使用含有基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的梳样聚合物的编码的发色聚合物颗粒。基于聚(甲基丙烯酸甲酯)的梳样聚合物的非限制性示例包括，聚(甲基丙烯酸甲酯)接枝丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)接枝环氧乙烷等。

在一些方面中，可使用含有梳样聚合物的编码的发色聚合物颗粒，所述梳样聚合物包含羧基、氨基、巯基、酯、琥珀酰亚胺酯、叠氮化物、炔、环辛炔或磷基团。

在一些方面中，可使用含有在端部单体单元上官能化的聚合物的编码的发色聚合物颗粒，所述端部单体单元例如具有羧基、氨基、巯基、酯、琥珀酰亚胺酯、叠氮化物、炔、环辛炔、磷或类似的官能团。可使用的聚合物的示例包括但不限于，聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酰胺聚合物、聚异丁烯、聚二烯、聚亚苯基、聚亚乙基、聚(乙二醇)、聚交酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚亚安酯、其嵌段共聚物、其无规或交替共聚物等。

在一些方面中，可使用含有具有一种或多种官能化的单体单元的共聚物例如两亲性聚合物的编码的发色聚合物颗粒，所述共聚物包括但不限于：基于聚((甲基)丙烯酸)的共聚物诸如：聚(丙烯酸-b-丙烯酰胺)、聚(丙烯酸-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-b-N-异丙基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸正丁酯-b-丙烯酸)、聚(丙烯酸钠-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸-b-甲基丙烯酸新戊基酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-N,N-二甲基丙烯酰胺)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-丙烯酸钠)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-甲基丙烯酸钠)、聚(甲基丙烯酸新戊基酯-b-甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸叔丁基酯-b-环氧乙烷)、聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-b-丙烯酸)；基于聚二烯的共聚物诸如：聚(丁二烯(1,2加成)-b-环氧乙烷)、聚(丁二烯(1,2加成)-b-甲基丙烯酸、聚(丁二烯(1,4加成)-b-丙烯酸)、聚(丁二烯(1,4加成)-b-环氧乙烷、聚(丁二烯(1,4加成)-b-丙烯酸钠)、聚(丁二烯(1,4加成)-b-N-甲基4-乙烯基碘吡啶)、聚(异戊二烯-b-环氧乙烷)、聚(异戊二烯-b-环氧乙烷)以及聚(异戊二烯-b-N-甲基2-乙烯基碘吡啶)；基于聚(环氧乙烷)的共聚物诸如：聚(环氧乙烷-b-丙烯酸)、聚(环氧乙烷-b-丙烯酰胺)、聚(环氧乙烷-b-亚丁基氧)、聚(环氧乙烷-b-c-己内酯)、聚(环氧乙烷-b-交酯)、聚(环氧乙烷-b-交酯)、聚(环氧乙烷-b-甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷-b-丙烯酸甲酯)、聚(环氧乙烷-b-N-异丙基丙烯酰胺)、聚(环氧乙烷-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(环氧乙烷-b-甲基丙烯酸硝基苄基酯)、聚(环氧乙烷-b-N,N-甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯)、聚(环氧乙烷-b-亚丙基氧)、聚(环氧乙烷-b-丙烯酸叔丁基酯)、聚(环氧乙烷-b-甲基丙烯酸叔丁基酯)、聚(环氧乙烷-b-甲基丙烯酸四氢糠酯)、聚(环氧乙烷-b-2-乙基噁唑啉)、聚(环氧乙烷-b-2-甲基丙烯酸羟基乙基酯)、聚(环氧乙烷-b-2-甲基噁唑啉)；基于聚异丁烯的共聚物诸如聚(异丁烯-b-丙烯酸)、聚(异丁烯-b-环氧乙烷)、聚(异丁烯-b-甲基丙烯酸)；基于聚苯乙烯的共聚物诸如聚(苯乙烯-b-丙烯酰胺)、聚(苯乙烯-b-丙烯酸)、聚(苯乙烯-b-丙烯酸铯)、聚(苯乙烯-b-环氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-环氧乙烷)酸(在嵌段连接处可酸裂解)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸)、聚(4-苯乙烯磺酸-b-环氧乙烷)、聚(苯乙烯磺酸-b-甲基丁烯)、聚(苯乙烯-b-N,N-二甲基丙烯酰胺)、聚(苯乙烯-b-N-异丙基丙烯酰胺)、聚(苯乙烯-b-N-甲基2-乙烯基碘吡啶)、聚(苯乙烯-b-N-甲基-4-乙烯基碘吡啶)、聚(苯乙烯-b-丙基丙烯酸)、聚(苯乙烯-b-丙烯酸钠)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸钠)、聚p-氯甲基苯乙烯-b-丙烯酰胺)、聚(苯乙烯-共-对氯甲基苯乙烯-b-丙烯酰胺)、聚(苯乙烯-共-对氯甲基苯乙烯-b-丙烯酸)、聚(苯乙烯-b-甲基亚丁基-共-异戊二烯磺酸)；基于聚硅氧烷的共聚物诸如聚(二甲基硅氧烷-b-丙烯酸)、聚(二甲基硅氧烷-b-环氧乙烷)、聚(二甲基硅氧烷-b-甲基丙烯酸)；基于聚(二茂铁基二甲基硅烷)的共聚物诸如聚(二茂铁基二甲基硅烷-b-环氧乙烷)；基于聚(2-乙烯基萘)的共聚物诸如聚(2-乙烯基萘-b-丙烯酸)、基于聚(乙烯基吡啶和N-甲基乙烯基碘吡啶)的共聚物诸如聚(2-乙烯基吡啶-b-环氧乙烷)、聚(2-乙烯基吡啶-b-甲基丙烯酸)、聚(N-甲基2-乙烯基碘吡啶-b-环氧乙烷)、聚(N-甲基4-乙烯基碘吡啶-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(4-乙烯基吡啶-b-环氧乙烷)PEO终端官能OH；以及基于聚(乙烯基吡咯烷酮)的共聚物诸如聚(乙烯基吡咯烷酮-b-D/L-交酯)；等。

在本公开的一些方面中，用于检测的编码的发色聚合物颗粒可包含聚合物CN-PPV，其是发射明亮、致密且橙色的半导体聚合物颗粒，也被称为聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)]。CN-PPV具有优异的荧光特性，诸如大吸收横截面、高量子产率以及快的发射速率。

在一些方面中，用于检测蛋白质和肽的编码的发色聚合物颗粒可包含主要由CN-PPV组成的聚合物。在一些方面中，纳米颗粒包括CN-PPV和至少一种其他材料。例如，CN-PPV可与共聚物或提供另外的官能度的其他材料的混合。

在一些方面中，用于检测蛋白质和肽的编码的发色聚合物颗粒可包括具有至少两种不同的发色单元的半导体共聚物。例如，偶联的共聚物可同时含有以给定的比率存在的芴和苯并噻唑发色单元。用于合成半导体共聚物的通常的发色单元包括但不限于芴单元、亚苯基亚乙烯基单元、亚苯基单元、亚苯基亚乙炔基单元、苯并噻唑单元、噻吩单元、咔唑芴单元、硼-二吡咯亚甲基单元及其衍生物。在嵌段共聚物中时，可分离或掺和不同的发色单元。在一些方面中，通过写下主要发色物质的身份来表示发色共聚物。例如，PFBT是含有某比率的芴和苯并噻唑单元的发色聚合物。在一些情况中，使用短划线来指示较少发色物质的百分比并且然后较少发色物质的身份。例如，PF-0.1BT是含有90％PF和10％BT的发色共聚物。

在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包括半导体聚合物的共混物。共混物可包括均聚物、共聚物以及低聚物的任何组合。针对聚合物颗粒，为了调谐所得聚合物颗粒的特性，可选择用于形成编码的发色聚合物颗粒的聚合物共混物例如以实现期望的激发或发射光谱。

对于一些测定，半导体编码的发色聚合物颗粒提供部分改善的检测敏感性，因为它们表现出比其他荧光受体更高的量子产率。在一些方面中，所使用的发色聚合物颗粒的量子产率多于20％、多于30％、多于40％、多于50％、多于60％、多于70％、多于80％或多于90％。

对于一些测定，半导体编码的发色聚合物颗粒提供部分改善的检测敏感性，因为它们表现出比其他荧光受体更快的发射速率。在某些方面中，所使用的编码的发色聚合物颗粒的发射速率在约100皮秒与约50纳秒之间。

在一些方面中，所使用的编码的发色聚合物颗粒包含具有小的有机染料分子、金属络合物、光致变色染料及其任何组合的单元的聚合物，例如，与小的有机染料、金属络合物、光致变色染料以及其任何组合共价连接或接枝的非旋光聚合物诸如聚苯乙烯。这些染料或金属络合物可具有蛋白感测能力。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含与作为发射单元的小的有机染料分子、金属络合物、光致变色染料及其任何组合共价连接的半导体聚合物。此类发射单元可调谐发色聚合物颗粒的发射颜色、增加量子产率并且改善光稳定性。

在一些方面中，小的有机染料或金属络合物可具有感测功能，因此将另外的功能诸如蛋白感测能力添加到编码的发色聚合物颗粒。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可包含与其他发色聚合物诸如非旋光聚合物物理混合或化学交联的半导体聚合物，所述非旋光聚合物与小的有机染料、金属络合物、光致变色染料及其任何组合共价连接或接枝以具有另外的功能诸如蛋白感测。

在一些方面中，发色聚合物颗粒可包含与其他组分(诸如荧光染料、无机发光材料、磁性材料、金属材料等)物理混合或化学交联的半导体聚合物以便调谐发射颜色、改善量子产率和/或光稳定性以及/或提供另外的功能诸如磁性功能、等离子体共振功能等等。

针对发色聚合物颗粒，光学特性，诸如吸收波长可通过更改它的组成和几何结构来调谐。研发了具有UV到红外范围内(包括整个可见光谱)的吸收波长的半导体聚合物。在一些方面中，可使用约200纳米与约300纳米、约250纳米与约350纳米、约300纳米与约400纳米、约350纳米与约450纳米之间、约400纳米与约500纳米、约450纳米与约550纳米、约500纳米与约600纳米、约550纳米与约650纳米、约600纳米与约700纳米、约650纳米与约750纳米、约700纳米与约800纳米、约750纳米与约850纳米、约800纳米与约900纳米、约850纳米与约950纳米或约900纳米与约1000纳米之间的峰值吸收波长的编码的发色聚合物颗粒。

研发了具有UV到红外范围内(包括整个可见光谱)的发射波长的半导体聚合物。在一些方面中，使用了具有在约200纳米与约300纳米、约250纳米与约350纳米、约300纳米与约400纳米、约350纳米与约450纳米、约400纳米与约500纳米、约450纳米与约550纳米、约500纳米与约600纳米、约550纳米与约650纳米、约600纳米与约700纳米、约650纳米与约750纳米、约700纳米与约800纳米、约750纳米与约850纳米、约800纳米与约900纳米、约850纳米与约950纳米、约900纳米与约1000纳米、约950纳米与约1050纳米、约1000纳米与约1100纳米、约1150纳米与约1250纳米或约1200纳米与约1300纳米之间的峰值发射波长的编码的发色聚合物颗粒。

在一些方面中，本公开提供了具有狭窄带发射的编码的发色聚合物颗粒。对于某些应用，包括但不限于复用应用，狭窄带发射是有利的。聚合物颗粒的发射波长可从紫外变化到近红外区域。在一些方面中，发射带的半极大处全宽度(FWHM)小于70纳米。在一些方面中，FWHM少于约65纳米。在一些方面中，FWHM少于约60纳米。在一些方面中，FWHM少于约55纳米。在一些方面中，FWHM少于约50纳米。在一些方面中，FWHM少于约45纳米。在一些方面中，FWHM少于约40纳米。在一些方面中，FWHM少于约35纳米。在一些方面中，FWHM少于约30纳米。在一些方面中，FWHM少于约25纳米。在一些方面中，FWHM少于约20纳米。在一些方面中，FWHM少于约10纳米。在一些方面中，本文所述的聚合物颗粒的FWHM可在约5纳米至约70纳米、约10纳米至约60纳米、约20纳米至约50纳米或约30纳米至约45纳米的范围内。

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒的种类可包括具有窄带发射单元(例如，窄带单体和/或窄带单元)的聚合物。例如，本公开可包括包括窄带单体的均聚物或杂聚物，所述窄带单体诸如BODIPY和/或BODIPY衍生单体、方酸和/或方酸衍生单体、金属络合物和/或金属络合物衍生单体、卟啉和/或卟啉衍生单体、金属卟啉和/或金属卟啉衍生单体、酞菁和/或酞菁衍生单体、镧系络合物和/或镧系络合物衍生单体、苝和/或苝衍生单体、花青和/或花青衍生单体、罗丹明和/或罗丹明衍生单体、香豆素和/或香豆素衍生单体和/或氧杂蒽和/或氧杂蒽衍生单体。窄带单元可以是例如，窄带单体或嵌入或连接到聚合物颗粒的荧光纳米颗粒。荧光纳米颗粒可以是例如量子点。窄带单元还可包括在本公开的聚合物颗粒中给予狭窄发射的聚合物或荧光染料分子。

如本领域的普通技术人员将会知道，本文定义的各种化学术语可用于描述本公开的聚合物和单体的化学结构。例如，多种单体衍生物(例如，BODIPY衍生物)可包括多种化学取代基和本文所述的基团。例如，在一些方面中，各种单体的衍生物可被氢、氘、烷基、芳烷基、芳基、烷氧基-芳基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基、N-二烷氧基苯基-4-苯基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、酸以及/或羟基取代。

在一些方面中，用于制成发色聚合物颗粒的窄带发射聚合物包括硼-二吡咯亚甲基(4,4-二氟-4-硼杂-3a,4a-二氮杂-s-吲哒省，BODIPY)和或其衍生物以及/或其他含硼单体及其衍生物作为窄带单体。BODIPY和其他含硼单体及其衍生物包括但不限于它们的烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、BODIPY延伸的体系以及其他BODIPY衍生物。窄带发射聚合物还可包括任何其他单体。基于BODIPY的单体可以是能量受体并且其他单体可以是能量供体，从而最终发色聚合物颗粒可表现出窄带发射。良好的溶剂中的窄带发射发色聚合物可表现出宽发射或窄发射。具有窄带发射的发色聚合物颗粒(包括BODIPY和其他含硼单体及其衍生物)的综合描述在PCT/US2012/071767中有所描述，所述文献全文以引用方式并入本文。

多种其他BODIPY衍生物可用于本公开。BODIPY及BODIPY衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(I)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(II)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(III)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(IV)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(V)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(VI)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(VII)的结构：

其中R

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(VIII)的结构

其中R

氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支链烷基、杂烷基、杂环烷基、杂亚环烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基氨基、氟烷基、氟芳基以及聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基以及–(OCH

在一些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(IX)的结构：

其中X具有式(X)、(XI)、(XII)以及(XIII)或其衍生物中任一个的结构：

并且其中具有式(X)、(XI)、(XII)以及(XIII)的R

本公开的窄带单体还可包括二吡咯亚甲基(dipyrrin)衍生物。二吡咯亚甲基及二吡咯亚甲基衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。例如，本公开的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XIV)的结构：

其中M是金属。M的示例可以是但不限于Na、Li、Zn、Co或Si。X可包括取代基，诸如但不限于卤素、烷基、苯基、烷基苯基、苯硫基、烷硫基苯基、烷氧基、烷氧基苯基、烷硫基苯基、酯或羟基。X基团(n)的数目可以是1或多于1，并且n可以是0、1、2、3、4。R

在一些方面中，用于制备编码的发色聚合物颗粒的窄带发射聚合物包括作为窄带单体的方酸及方酸衍生物。方酸衍生物包括但不限于它们的烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、它们延伸的体系和类似物。窄带发射聚合物还可包括任何其他单体。方酸及其衍生物可以是能量受体并且其他单体可以是能量供体，从而最终发色聚合物颗粒可表现出窄带发射。良好的溶剂中的窄带发射发色聚合物可表现出宽发射或窄发射。然而，在一些方面中，它们纳米颗粒形式给出窄带发射。在一些方面中，以上发色聚合物颗粒的发射FWHM少于70nm。在某些方面中，FWHM少于60nm、少于50nm、少于40nm、少于30nm或少于20nm。

用于本公开的合适的方酸衍生物可包括下述的以下结构。方酸及方酸衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XV)的结构：

其中X

本公开可包括含氧的方酸衍生物。本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XVI)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XVII)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XVIII)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XIX)的结构：

其中X

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XX)的结构：

其中R

本公开可包括含硫的方酸衍生物。本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXI)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXII)的结构：

其中X

本公开可包括含氮的方酸衍生物。本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXIII)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXIV)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXV)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXVI)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXVII)的结构：

其中R

本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括包括窄带单体的聚合物，所述单体具有式(XXVIII)的结构：

其中每个R

在一些方面中，用于制备编码的发色聚合物颗粒的窄带发射聚合物包括作为窄带单体的金属络合物及其衍生物。金属络合物及其衍生物包括但不限于它们的烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、它们延伸的体系和类似物。窄带发射聚合物还可包括任何其他单体。金属可以是任何金属，诸如Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au等。金属络合物可以是能量受体并且其他单体可以是能量供体，从而最终发色聚合物颗粒可表现出窄带发射。良好的溶剂中的窄带发射发色聚合物可表现出宽发射或窄发射。然而，在一些方面中，它们纳米颗粒形式给出窄带发射。在一些方面中，以上发色聚合物颗粒的发射FWHM少于70nm。在某些方面中，FWHM少于60nm、少于50nm、少于40nm、少于30nm或少于20nm。金属络合物及金属络合物衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。

在一些方面中，用于制备编码的发色聚合物颗粒的窄带发射聚合物包括作为窄带单体的卟啉、金属卟啉及其衍生物。卟啉、金属卟啉及其衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。卟啉、金属卟啉及其衍生物包括但不限于它们的烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、它们延伸的体系和类似物。金属卟啉中的金属可以是任何金属，诸如Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au等。窄带发射聚合物还可包括任何其他单体。卟啉、金属卟啉及其衍生物可以是能量受体并且其他单体可以是能量供体，从而最终发色聚合物颗粒可表现出窄带发射。良好的溶剂中的窄带发射发色聚合物可表现出宽发射或窄发射。然而，在一些方面中，它们纳米颗粒形式给出窄带发射。在一些方面中，以上发色聚合物颗粒的发射FWHM少于70nm。在某些方面中，FWHM少于60nm、少于50nm、少于40nm、少于30nm或少于20nm。

在一些方面中，用于制备发色聚合物颗粒的窄带发射聚合物包括作为单体的酞菁及其衍生物。作为单体的酞菁及其衍生物可聚合以形成聚合物(例如，均聚物或杂聚物)和/或可连接(例如，共价地连接)到聚合物主链、侧链和/或端部。酞菁衍生物包括但不限于它们的烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、它们延伸的体系和类似物。酞菁衍生物中的金属可以是任何金属，诸如Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au或Pd。窄带发射聚合物还可包括任何其他单体。酞菁衍生物可以是能量受体，从而最终发色聚合物颗粒可表现出窄带发射。良好的溶剂中的窄带发射发色聚合物可表现出宽发射或窄发射。然而，在一些方面中，它们纳米颗粒形式给出窄带发射。在一些方面中，以上发色聚合物颗粒的发射FWHM少于70nm。在某些方面中，FWHM少于60nm、少于50nm、少于40nm、少于30nm或少于20nm。

针对编码，可使用多种多样的发色聚合物颗粒，诸如本文所述的示例以及例如在PCT/US2010/056079和PCT/US2012/071767中公开的并且尤其是关于具体的发色聚合物颗粒成分和制备它们相应的办法的其他示例，所述每个专利以引用的方式整体并入本文。正如所提供，例如，在PCT/US2010/056079中，发色聚合物颗粒中的聚合物可物理共混或化学键合(或化学交联)。例如，物理共混的聚合物颗粒可包括在发色聚合物颗粒中共混并且通过非共价相互作用保持在一起的聚合物。化学键合的发色聚合物颗粒可包括聚合物颗粒中彼此共价连接的聚合物。化学键合的聚合物可在聚合物颗粒形成之前彼此共价连接。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒是纳米颗粒。在一些方面中，根据是指纳米颗粒的最小尺寸的“临界尺寸”定义本文提供的纳米颗粒的大小。许多纳米颗粒的形状大致为球形，这使得临界尺寸是球形颗粒的直径。虽然典型的纳米颗粒，诸如纳米球和纳米立方体的大小完全是纳米级的，但是并非纳米颗粒的每个尺寸都需要是纳米级的。例如，纳米圆柱体可具有纳米级的直径但是微米级的长度。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒的典型大小少于100纳米。在某些方面中，大多胶态聚合物纳米颗粒由疏液聚合物内部构成，但是也可迫使高分子电解质形成纳米颗粒。在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含已成型为稳定颗粒的至少一种发色聚合物和至少一种其他发色团(例如，镧系材料)。颗粒大小可在5纳米至500纳米中变化。在一些方面中，颗粒的临界尺寸(例如，直径)少于500纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于400纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于300纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于200纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于100纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于50纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于40纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于30纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于20纳米。在一些方面中，颗粒的临界尺寸少于10纳米。

纳米颗粒的可能的形状基本上不受限制。然而，在某些方面中，形状选自球形、圆柱形、椭圆形、多面形、棱柱形、棒形以及线形。如本领域的技术人员将理解，纳米颗粒的形状可对光学特性有所贡献(例如，与纳米球体相比，纳米棒可具有不同的光学特性)。

在一些方面中，为了绕开由大的颗粒大小所呈现的问题，纳米颗粒的纳米级大小是有益的。例如，当针对光致发光成像，将纳米颗粒连接到靶分析物分子(例如，蛋白质)时，相对较大的颗粒具有更多的表面区域可用于非特异性结合到分子不是靶分析物或吸附到表面。

编码的发色聚合物颗粒的镧系组成

在本公开的一些方面中，本文所述的编码的发色聚合物颗粒包括一种或多种镧系材料。镧系材料可以是镧系离子、镧系络合物或镧系纳米颗粒。在某些方面中，镧系材料是镧系发色团。在一些方面中，本公开利用了镧系离子独特的发光特性，诸如它们狭窄的发射带宽度、较长的寿命、不易受环境影响的稳定的f-f跃迁。因此，当整合到聚合物纳米颗粒或其他类型的发色聚合物颗粒中时，镧系离子保持它们单个发光，并且可独立地或半独立地调谐它们的发射强度。基于这些独特的特性，本公开提供了用于高通量生物分析的改善的编码技术。

在某些方面中，与有机荧光团相比，本文所述的镧系发色团具有较窄的发射特性、较长的发光寿命以及有区别的发光机制。例如，在镧系(III)离子(诸如Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Eu(III)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)或Yb(III))的主要发光机制中，它们的4f层不是空的并且未被电子完全填充，f层内的跃迁可收获UV区域到近红外区域范围内的发光。在一些方面中，因为内层f轨道电子通过填充的5s5p子层屏蔽而不受环境影响，所以它们的发光不随环境变化很大。在一些方面中，镧系离子表现出斯托克斯发光，即短波长光子激发生成长波长光子发射。在某些方面中，一个光子激发可生成两个或更多个光子发射(量子剪裁)，例如，一个光子的能量可分离以具有两个或更多个光子发射。在一些方面中，镧系离子表现出抗斯托克斯发光(上转换发光)，例如，两个或更多个长的波长光子激发生成短的波长光子发射。

各种类型的镧系发色团适合与本公开一起使用。镧系发色团可包括任何合适的类型的镧系材料，诸如镧系离子、镧系络合物、镧系纳米颗粒或其组合。在一些方面中，镧系发色团包括选自以下的镧系元素：La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)、Lu(III)或其组合。在一些方面中，本公开的镧系发色团是镧系衍生物，例如，选自烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、其延伸的体系或其类似物的镧系衍生物。在某些方面中，镧系发色团掺杂在无机基质材料诸如镧系氧化物、镧系氟化物以及相关材料中。镧系离子也可与有机发色团配位以形成镧系发色团络合物。

在一些方面中，镧系发色团包括选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或其组合的稀土金属。在某些方面中，镧系发色团包括用作非发光基质材料的稀土金属(例如，稀土金属离子)(例如，Sc、Y、La、Gd、Lu或其组合)和掺杂的在基质中的一种或多种发光稀土金属离子(例如，Eu(III)、Tb(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)或其组合)。在各个方面中，镧系发色团包括优选用于下转换发光的至少一种掺杂的镧系离子，诸如Pr(III)、Sm(III)、Eu(III)、Tb(III)、Dy(III)、Yb(III)或其组合。在各个方面中，镧系发色团包括优选用于上转换发光的至少一种掺杂的镧系离子，诸如Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)或其组合。任何合适的数目的离子及其组合可通常掺杂到单个基质材料中，诸如两种或更多种离子、三种或更多种离子、四种或更多种离子、五种或更多种离子、六种或更多种离子、七种或更多种离子、八种或更多种离子、九种或更多种离子或十种或更多种离子。

在某些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括本文所述的至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的镧系发色团诸如镧系离子、镧系络合物或镧系纳米颗粒。发色聚合物和/或镧系发色团的光学特性可根据需要变化。在一些方面中，发色聚合物是荧光，从而聚合物荧光和镧系发色团发光均可用于编码。在一些方面中，发色聚合物是弱荧光或被明显猝灭，从而仅使用镧系材料用于编码。在某些方面中，镧系发色团的峰值发射波长比发色聚合物的峰值发射波长更长。在其他方面中，镧系发色团的峰值发射波长比发色聚合物的峰值发射波长更短。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒提供可容纳镧系材料的柔性聚合物基体(例如，由一种或多种发色聚合物形成)。因此，在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括聚合物基体和掺入聚合物基体的至少一种镧系发色团。任何合适的数目的镧系发色团类型及其组合可掺入聚合物基体中，诸如以一种或多种镧系发色团、两种或更多种镧系发色团、三种或更多种镧系发色团、四种或更多种镧系发色团、五种或更多种镧系发色团、六种或更多种镧系发色团、七种或更多种镧系发色团、八种或更多种镧系发色团、九种或更多种镧系发色团、十种或更多种镧系发色团、五十种或更多种镧系发色团或一百种或更多种镧系发色团。相对于整个编码的发色聚合物颗粒质量，镧系材料的质量浓度可在1％至99％、更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间变化。

在某些方面中，至少一些镧系发色团是不同镧系发色团(例如，具有不同的结构、组成和/或特性)。例如，一些或全部镧系发色团可具有彼此可区分的光学特性(例如，发射光谱、发射波长、发射强度、发射寿命)。编码的发色聚合物颗粒中镧系发色团的浓度可根据需要变化。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含具有第一浓度的第一镧系发色团和具有第二浓度的第二镧系发色团。在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含彼此为固定比率(例如，固定质量比)的两种或更多种镧系发色团。

在各个方面中，针对发色聚合物颗粒，将聚合物基体和掺入聚合物基体中的一种或多种镧系发色团的光学特性设计来生成期望的光学编码。在一些方面中，聚合物基体和一种或多种镧系发色团的光学特性(例如，发射光谱)是彼此可区分的。例如，在某些方面中，一种或多种镧系发色团的发射峰值具有聚合物基体的发射峰值更长的波长。在其他方面中，一种或多种镧系发色团的发射峰值具有比聚合物基体的发射峰值更短的波长。在各个方面中，一种或多种镧系发色团和聚合物基体的发射峰值的强度是可独立地或半独立地控制的。在某些方面中，聚合物基体与一种或多种镧系发色团之间存在能量传递。在另选的方面中，聚合物基体与一种或多种镧系发色团之间基本上不存在能量传递。

在一些方面中，掺入聚合物基体中的镧系发色团被物理地嵌入或整合到聚合物基体中。在一些方面中，镧系发色团与聚合物基体化学交联和/或物理共混。在一些方面中，第一镧系发色团在第一浓度下交联到聚合物基体，并且第二镧系发色团在不同于第一浓度的第二浓度下交联到聚合物基体。在一些方面中，第一镧系发色团在第一浓度下与聚合物基体物理共混，并且第二镧系发色团在不同于第一浓度的第二浓度下与聚合物基体物理共混。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与镧系发色团，诸如发光镧系络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物。示例性发光镧系(III)络合物包括La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)络合物。因为大多数镧系络合物显示来自被有机配体敏化的f-f跃迁发光，所以发色聚合物到镧系络合物的能量传递可通过变化聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制。在一些方面中，可阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，可允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。可独立地或半独立地调谐和调整每组颗粒的发射峰值的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与至少一种类型的发光镧系络合物诸如铽(Tb)络合物物理共混或化学交联的一种类型的发色聚合物。在一些方面中，Tb络合物通常显示出明亮的绿色发光。可通过变化聚合物和/或Tb络合物的结构和/或组成来控制从发色聚合物到Tb络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到Tb络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到Tb络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内Tb和发色聚合物的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与一种类型的发光镧系络合物诸如铕(Eu)络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物。在一些方面中，Eu络合物通常显示出明亮的红色发光。可通过变化聚合物和/或Eu络合物的结构和/或组成来控制从发色聚合物到Eu络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到Eu络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到Eu络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内Eu和发色聚合物的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

图1示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少一种类型的镧系物质。镧系物质可以是镧系络合物、镧系离子或镧系纳米颗粒。星形表示一种类型的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)物质。在一些方面中，偶联聚合物是发色聚合物。在编码的发色聚合物颗粒中，镧系物质可与偶联聚合物物理共混或化学交联。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和镧系物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。可独立地或半独立地调谐和调整每组颗粒的发射峰值的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。相对于整个聚合物纳米颗粒质量，镧系材料的质量浓度可在1％至99％中变化；更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与至少两种类型的镧系络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物，所述至少两种类型的镧系络合物选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)络合物。可通过更改聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制从发色聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内镧系络合物和发色聚合物的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与至少两种类型的镧系络合物诸如Tb和Eu络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物。可通过更改聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制从发色聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内Tb、Eu以及发色聚合物的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

图2示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少两种类型的镧系物质。镧系物质可以是镧系络合物、镧系离子或镧系纳米颗粒。星形和六边形表示不同的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)物质。在编码的发色聚合物颗粒中，镧系物质可与偶联聚合物物理共混或化学交联。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和每种镧系物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。可独立地或半独立地调谐和调整每组颗粒的发射峰值的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。相对于整个聚合物纳米颗粒质量，镧系材料的质量浓度可在1％至99％中变化；更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与至少三种类型的镧系络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物，所述至少三种类型的镧系络合物选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)络合物。可通过更改聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制从发色聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内每种物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

图3示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少三种类型的镧系物质。镧系物质可以是镧系络合物、镧系离子或镧系纳米颗粒。星形、六边形以及正方形表示不同的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)物质。在编码的发色聚合物颗粒中，镧系物质可与偶联聚合物物理共混或化学交联。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和每种镧系物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。可独立地或半独立地调谐和调整每组颗粒的发射峰值的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。相对于整个聚合物纳米颗粒质量，镧系材料的质量浓度可在1％至99％中变化；更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间。

在一些方面中，发色聚合物颗粒包括与至少四种类型的镧系络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物，所述至少四种类型的镧系络合物选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)络合物。可通过更改聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制从发色聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内每种物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

图4示出了用于设计编码的发色聚合物颗粒的示意图，其包括至少一种类型的偶联聚合物和至少四种类型的镧系物质。镧系物质可以是镧系络合物、镧系离子或镧系纳米颗粒。星形、六边形、正方形以及圆形表示不同的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)物质。在编码的发色聚合物颗粒中，镧系物质可与偶联聚合物物理共混或化学交联。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和每种镧系物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。可独立地或半独立地调谐和调整每组颗粒的发射峰值的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。相对于整个聚合物纳米颗粒质量，镧系材料的质量浓度可在1％至99％中变化；更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间。

在一些方面中，发色聚合物颗粒包括与五种或更多种类型的镧系络合物物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物，所述五种或更多种类型的镧系络合物选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)络合物。可通过更改聚合物的结构和/或组成和/或镧系络合物来控制从发色聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系络合物的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系络合物的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内每种物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与镧系离子缔合的至少一种类型的发色聚合物，所述镧系离子选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)离子。镧系离子可与发色聚合物的主链、侧链或端部基团配位。因此，所得编码的发色聚合物颗粒包括发光离子。在一些方面中，编码的颗粒包括一种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括两种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括三种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括三种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括四种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括五种类型的镧系离子。在一些方面中，编码的颗粒包括多于六种类型的镧系离子。可通过更改聚合物的结构和组成以及镧系离子来控制从发色聚合物到镧系离子的能量传递。在一些方面中，阻止或最小化从聚合物到镧系离子的能量传递。在一些方面中，允许从聚合物到镧系离子的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内每种物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，发色聚合物颗粒包括与至少一种类型的镧系纳米颗粒物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物。在某些方面中，镧系纳米颗粒是包含一种或多种镧系发色团的纳米颗粒。本公开的镧系纳米颗粒可以是镧系离子掺杂的无机纳米颗粒，诸如氧化物、氟化物、硫化物、铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钛酸盐、铋酸盐、其他金属盐或其组合。在一些方面中，镧系离子掺杂的无机纳米颗粒包含一种或多种金属盐。

在一个方面，镧系纳米颗粒掺杂有一种类型的镧系离子，所述镧系离子选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)离子。在一些方面中，通过两种或更多种类型的镧系离子共掺杂镧系纳米颗粒，并且因此所得发色聚合物颗粒包括两种或更多种类型的发光离子。掺杂的镧系离子可以是选自以下的任何组合：La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)离子。可通过更改聚合物和镧系纳米颗粒的结构和组成来控制从发色聚合物到镧系纳米颗粒的能量传递。在一些方面中，可阻止或最小化从聚合物到镧系纳米颗粒的能量传递。在一些方面中，可允许从聚合物到镧系纳米颗粒的能量传递。因此，可独立地或半独立地调谐和调整颗粒内每种物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括与至少一种类型的镧系上转换纳米颗粒物理共混或化学交联的至少一种类型的发色聚合物。镧系上转换纳米颗粒描述了通过长的波长的多光子激发表现出短的波长发光发射的纳米颗粒。镧系上转换纳米颗粒可以是镧系离子掺杂的无机纳米颗粒，诸如氧化物、氟化物、硫化物、铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钛酸盐、铋酸盐、其他金属盐或其组合。在某些方面中，镧系上转换纳米颗粒是镧系元素掺杂的氟化物纳米颗粒，诸如NaYF

在一些方面中，镧系离子掺杂的无机纳米颗粒包含具有式(XXIX)的结构的一种或多种化合物或分子：

(AM)–(RE)–(F

其中RE是稀土金属，其选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或其组合，并且AM是碱金属，其选自Li、Na、K、Rb、Cs、Fr或其组合。在某些方面中，RE选自Y、La、Eu、Gd、Ho、Tb、Er、Tm、Yb、Lu或其组合。在某些方面中，AM选自Li、Na、K或其组合。式(XXIX)的化合物可包括同时掺杂到非发光基质材料的两种或更多种发光离子(例如，Sc、Y、Gd、Lu或其组合)。在某些方面中，RE是不同稀土金属离子，诸如两种或更多种不同的稀土金属离子、三种或更多种不同的稀土金属、四种或更多种不同的稀土金属离子、五种或更多种不同的稀土金属离子、六种或更多种不同的稀土金属离子、七种或更多种不同的稀土金属离子、八种或更多种不同的稀土金属离子、九种或更多种不同的稀土金属离子或十种或更多种不同的稀土金属离子的组合。具有式(XXIX)的结构的化合物的示例是Yb、Er共掺杂的NaYF

在一些方面中，有机配体被用作与镧系离子配位的捕光天线。通过共振能量传递过程，由有机配体吸收的能量首先从配体的单重态传递到三重态(系统内交叉)，并且然后传递(或直接从有机配体的单重态传递)到镧系离子的4f激发态。在一些方面中，可与本公开一起使用的镧系络合物具有式(XXX)的结构：

(L

其中L

在式(XXX)中，LN是具有未填充的内层并且可从有机配体或通常聚合物接收能量以给出发光的镧系离子(例如，镧系离子)。可根据本公开使用任何合适的镧系元素。在各个方面中，LN可非限制地选自例如，La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)等等。

在以上式(XXX)中，L

在一些方面中，L

在一些方面中，L

以下非限制地列出的是与镧系(III)离子配位并且形成镧系络合物的有机阴离子配体(L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(I)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，式(XXX)的阴离子配体L

在一些方面中，L

在一些方面中，L

以下非限制地列出的是形成镧系络合物的中性配体(L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(I)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，式(XXX)的中性配体L

在一些方面中，可使用下式(XLVI)描述可与本公开一起使用的镧系络合物：

在式(XLVI)中，LN是具有未填充的内层并且可从有机配体或通常聚合物接收能量以给出发光的镧系离子。可根据本公开使用任何合适的镧系元素。在各个方面中，LN可非限制地选自例如，La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)、Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Yb(II)或Lu(III)等等或其组合。

在上式(XLVI)中，L

在一些方面中，L

以下非限制地列出的是形成镧系络合物的阴离子-中性配体(L

在一些方面中，式(XLVI)的阴离子-中性配体L

在一些方面中，式(XLVI)的阴离子-中性配体L

在一些方面中，式(XLVI)中显示的结构具有n＝1，如在下式(XLIX)中：

在一些方面中，式(XLVI)中显示的结构具有n＝2，如在下式(L)中：

以下化合物1-48是在上式(XXX)-(L)中用作R

在一些方面中，式(XXX)-(L)中描绘的取代基团R

在一些方面中，本公开提供在制备编码的发色聚合物颗粒中克服荧光团分布的泊松统计的策略。在一个方面，编码的发色聚合物颗粒可从具有单分散链长的聚合物和在聚合物侧链的明确数目的镧系物质制备。图5示出了用于从具有单分散链长的聚合物和在聚合物侧链中的明确数目的镧系物质制备编码的发色聚合物颗粒的示意图。在此策略中，例如A、B、C以及D代表具有不同类型的镧系物质的偶联聚合物。这些聚合物可化学交联或物理共混以形成编码的发色聚合物颗粒。镧系物质可以是镧系络合物、镧系离子或镧系纳米颗粒。星形、六边形、正方形以及圆形表示不同的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)或Yb(II)物质。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和每种镧系物质的发射强度。

在一些方面中，可使用线性聚合物、支链聚合物或树枝状体产生编码的发色聚合物颗粒，其中每种聚合物具有预定义和受控的数目的发色团(例如，镧系络合物和/或发色染料)。在某些方面中，线性聚合物、支链聚合物或树枝状体基仅包括用于控制多种发色团之间固定质量比的单个官能端基。线性聚合物、支链聚合物或树枝状体可包含彼此为固定质量比的任何合适的数目的发色团(例如，镧系发色团)及其组合，诸如一种或多种发色团、两种或更多种发色团、三种或更多种发色团、四种或更多种发色团、五种或更多种发色团、六种或更多种发色团、七种或更多种发色团、八种或更多种发色团、九种或更多种发色团，或或更多种发色团。

在某些方面中，偶联聚合物可以是具有预定义和受控数目的链端部官能团的树枝状体，所述链端部官能团连接有发色团例如，镧系络合物和/或发色染料。通过调整支链，可控制发色团相对于偶联聚合物的比率(例如，固定质量比)以形成编码的发色聚合物颗粒。例如，在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒可从一种类型的偶联聚合物和镧系络合物树枝状体制成。镧系络合物树枝状体可包含彼此为固定质量比的任何合适的数目的镧系发色团及其组合，诸如一种或多种镧系发色团、两种或更多种镧系发色团、三种或更多种镧系发色团、四种或更多种镧系发色团、五种或更多种镧系发色团、六种或更多种镧系发色团、七种或更多种镧系发色团、八种或更多种镧系发色团、九种或更多种镧系发色团或或更多种镧系发色团。树枝状体中镧系发色团中至少一些可具有不同的类型(例如，不同结构、组成和/或特性)。

图6示出了用于从一种类型的偶联聚合物和镧系络合物树枝状体制备编码的发色聚合物颗粒的示意图。在一个样品结构中，镧系络合物树枝状体包括中心单元诸如具有三个支链的镧系络合物A。第二代树枝状体包括三个镧系络合物(B)，其中每个也具有三个支链。第三代树枝状体包括其他类型的其他三个镧系络合物(C)。在一些方面中，通过更改树枝状体结构和生成数，在分子水平上产生LnA：LnB：LnC的不同比率。镧系络合物树枝状体可与偶联聚合物化学交联或物理共混以形成编码的发色聚合物颗粒。星形、六边形、正方形以及圆形表示不同的镧系物质，其选自La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Sm(II)Eu(III)、Eu(II)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)或Yb(II)物质。可调整并且更改编码的发色聚合物颗粒的结构和/或组成以调谐偶联聚合物和每种镧系物质的光学特性(例如，发射强度、发射波长、发射寿命)。

编码的发色聚合物颗粒的发色染料组成

在各个方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒包括一种或多种发色染料，诸如荧光染料、发光染料或其组合。发色染料可以是小分子染料。在某些方面中，本公开的编码的发色聚合物颗粒可包括本文所述的至少一种类型的发色聚合物和至少一种类型的发色染料。发色聚合物和/或发色染料的光学特性可根据需要更改。在一些方面中，发色聚合物是荧光，从而聚合物荧光和发色染料发光均可用于编码。在一些方面中，发色聚合物是弱荧光或被明显猝灭，从而仅使用镧系材料用于编码。在某些方面中，发色染料的峰值发射波长比发色聚合物的峰值发射波长更长。在其他方面中，发色染料的峰值发射波长比发色聚合物的峰值发射波长更短。

在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒提供可容纳发色染料的柔性聚合物基体(例如，由一种或多种发色聚合物形成)。因此，在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒包括聚合物基体和掺入聚合物基体的至少一种发色染料。任何合适的数目的发色染料类型及其组合可被掺入到聚合物基体中，诸如一种或多种发色染料、两种或更多种发色染料、三种或更多种发色染料、四种或更多种发色染料、五种或更多种发色染料、六种或更多种发色染料、七种或更多种发色染料、八种或更多种发色染料、九种或更多种发色染料、十种或更多种发色染料、以五十或更多种发色染料或、一百种或更多种发色染料。相对于整个编码的发色聚合物颗粒质量，发色染料的质量浓度可在1％至99％、更优选地10％与99％之间、更优选地20％与99％之间、更优选地30％与99％之间、更优选地40％与99％之间以及更优选地50％与99％之间变化。

在某些方面中，至少一些发色染料是不同的发色染料(例如，具有不同的结构、组成和/或特性)。例如，一些或全部发色染料可具有彼此可区分的光学特性(例如，发射光谱、发射波长、发射强度、发射寿命)。编码的发色聚合物颗粒中发色染料的浓度可根据需要更改。在一些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含具有第一浓度的第一发色染料和具有第二浓度的第二发色染料。在某些方面中，编码的发色聚合物颗粒包含彼此为固定比率(例如，固定质量比)的两种或更多种发色染料。

在各个方面中，针对发色聚合物颗粒，将聚合物基体和掺入聚合物基体中的一种或多种发色染料的光学特性设计来生成期望的光学编码。在一些方面中，聚合物基体和一种或多种发色染料的光学特性(例如，发射光谱)是彼此可区分的。例如，在某些方面中，一种或多种发色染料的发射峰值具有聚合物基体的发射峰值更长的波长。在其他方面中，一种或多种发色染料的发射峰值具有比聚合物基体的发射峰值更短的波长。在各个方面中，一种或多种发色染料和聚合物基体的发射峰值的强度是可独立地或半独立地控制的。在某些方面中，聚合物基体与一种或多种发色染料之间存在能量传递。在另选的方面中，聚合物基体与一种或多种镧系发色团之间基本上不存在能量传递。

在一些方面中，掺入聚合物基体中的发色染料被物理地嵌入或整合到聚合物基体中。在一些方面中，发色染料与聚合物基体化学交联和/或物理共混。在一些方面中，第一发色染料在第一浓度下交联到聚合物基体，并且第二发色染料在不同于第一浓度的第二浓度下交联到聚合物基体。在一些方面中，第一发色染料在第一浓度下与聚合物基体物理共混，并且第二发色染料在不同于第一浓度的第二浓度下与聚合物基体物理共混。在某些方面中，发色染料与发色聚合物化学交联和/或物理共混(例如，形成聚合物基体的发色聚合物)。

多种多样的发色染料适合与本文所述的编码的发色聚合物颗粒一起使用。在某些方面中，发色染料是荧光染料。在各个方面中，发色染料是小分子有机染料。荧光染料的示例包括但不限于：BODIPY和/或BODIPY衍生物、方酸和/或方酸衍生物、金属络合物和/或金属络合物衍生物、卟啉和/或卟啉衍生物、金属卟啉和/或金属卟啉衍生物、酞菁和/或酞菁衍生物、金属酞菁和/或金属酞菁衍生物、镧系络合物和/或镧系络合物衍生物、苝和/或苝衍生物、花青和/或花青衍生物、罗丹明和/或罗丹明衍生物、香豆素和/或香豆素衍生物以及/或氧杂蒽和/或氧杂蒽衍生物。在一些方面中，衍生物选自烷基衍生物、芳基衍生物、炔烃衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物或起类似物。

用于制备编码的发色聚合物颗粒的方法

在一些方面中，公开了制备编码的发色聚合物颗粒的方法。在一些方面中，可使用纳米沉淀形成发色聚合物颗粒。纳米沉淀法涉及将良好溶剂中的聚合物溶液引入不良溶剂，其中，其中溶解性中的改变使聚合物塌折(collapse)成颗粒形式。在某些方面中，可使用微滴乳液法制备发色聚合物颗粒。

在一些方面中，可通过使用溶剂混合法制备编码的发色聚合物颗粒。溶剂混合法包括将良好溶剂诸如THF(四氢呋喃)的发色聚合物溶液与可混溶的溶剂(诸如水)混合以将聚合物合拢为纳米颗粒形式，同时诱捕颗粒内的发色团(例如，镧系发色团、发色染料)。可在除去良好溶剂后获得编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，在表面活性剂的存在下，基于剪切包含两种不可混溶的液相(诸如水和其他不可混溶的有机溶剂)的混合物，通过乳液或微滴乳液法，制备编码的发色聚合物颗粒。

在一些方面中，可通过沉淀形成编码的发色聚合物颗粒。这种技术涉及将稀释的发色聚合物溶液(例如溶解在有机溶剂中的发色聚合物)快速加入(例如通过声波处理或剧烈搅动辅助)到过量体积的非溶剂(但能与有机溶剂混溶)诸如水或其他生理相关水溶液中。例如，在本文所述的一些过程中，可首先将发色聚合物溶解在具有良好溶解性的有机溶剂(良好溶剂)诸如THF中，之后将溶解在THF中的溶解的聚合物添加到过量体积的水或缓冲溶液中，水或缓冲溶液对于疏水性发色聚合物是不良溶剂，但能与优良溶剂(THF)混溶。对所得混合物进行声波处理或剧烈搅拌，以帮助形成发色聚合物颗粒，然后除去有机溶剂以留下分散良好的发色纳米颗粒。在使用这种过程时，发色聚合物应具有足够的疏水性以溶解到有机溶剂(例如，THF)中。在侧链上引入高密度的亲水性官能团，用于偶联到生物分子或高密度的亲水性侧链，将使所得聚合物在有机溶剂(例如，THF)中不溶解或溶解不良，这种方式与聚合电解质的行为类似或相同。

在一些方面中，通过其他方法包括但并不限于基于乳液(例如微滴乳液或微乳液)或沉淀或凝结的各种方法形成编码的发色聚合物颗粒。还可使用其他具有疏水性官能团的聚合物，其中的疏水性官能团不会影响发色聚合物的塌折和稳定性。然后可以将纳米颗粒表面上的疏水性官能团转化成亲水性官能团(例如通过后官能化)以用于生物偶联，或者将疏水性官能团直接连接到生物分子上。后种方法利用疏水性和可点击的(即属于点击化学范围内的化学反应)官能团可特别有效，该官能团包括但并不限于炔、变形(strained)炔、叠氮化物、二烯、烯烃、环辛炔和膦基。

在某些方面中，制备编码的发色聚合物颗粒的方法包括提供在非极性溶剂中的包含聚合物(例如，发色聚合物)和一种或多种发色团(例如，镧系发色团、发色染料)的溶液。然后可将溶液引入到极性溶剂中以产生编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，一种或多种发色团与聚合物以固定的比率缔合。在各个方面中，与聚合物缔合的多种发色团各自具有可区分的光学特性(例如，发射光谱)并且各自相对于彼此为固定的比率。在某些方面中，溶液可包括多个聚合物，每种所述多个聚合物与相应的组的一种或多种发色团以例如二、三、四、五、六或更多多个，相应的固定比率相关联。

聚合电解质涂布的编码的发色聚合物颗粒

在一些方面中，本文提供的编码的发色聚合物颗粒可具有聚合电解质涂层。有利地，聚合电解质涂层可例如，改善具有高离子强度、含有二价金属离子或两者的溶液中聚合物颗粒的胶态稳定性。与一些不具有聚合电解质涂层的聚合物颗粒相比，改善的胶态稳定性例如可允许聚合物颗粒在测定中使用而不丢失它们的官能性。在某些方面中，可调控聚合电解质涂层的组成构成以减少或消除溶液例如，高离子强度溶液中聚合物颗粒的聚集。此外，在某些条件下，溶液中的离子(例如，二价离子)可螯合聚合物颗粒表面上的基团，从而影响聚集特性。在一些方面中，使用聚合电解质涂层减少或消除溶液中聚合物颗粒的聚集。

聚合电解质涂层可具有约二至四纳米范围内的层厚度，从而将约四至八纳米添加到包括聚合物颗粒和聚合电解质涂层的纳米颗粒的直径。

涂层中的聚合电解质可以多种方式在聚合物颗粒的表面上形成。例如，如果使用一种类型的聚合电解质，则聚合电解质聚合物分子可物理共混在一起以形成涂层。如果使用两种或更多种类型的聚合电解质，则聚合电解质聚合物分子可物理共混在一起以形成涂层，或在一些方面中，不同聚合电解质可在纳米颗粒表面上形成区域(或筏)。在一些方面中，聚合电解质可化学交联。例如，可使用本领域中通常熟知的任何交联反应，使涂层中的一些或全部聚合电解质化学交联。聚合电解质还可与缩聚的聚合物化学交联，从而形成聚合物颗粒。在一些方面中，涂层可包括一层以上的聚合电解质。例如，涂层可包括两层聚合电解质、三层聚合电解质或更多层聚合电解质。层中的聚合电解质可包括相同或不同类型的聚合电解质。

在一些方面中，“聚合电解质”可包括例如，其重复单元带有具有电荷的电解质基团的聚合物。在一些方面中，聚合电解质可包括其中沿聚合物的所有重复单元带有电解质基团的聚合物。在某些方面中，聚合物的一些重复单元带有电解质基团。例如，本公开的聚合电解质可包括其中聚合物中至少99％、95％、90％>、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或1％的重复单元带有电解质基团的聚合物。在一些方面中，本公开聚合电解质可包括其中聚合物中至少99％、95％、90％、85％或80％的重复单元带有电解质基团的聚合物。

在一些方面中，聚合电解质可包括至少一种类型的电解质基团。例如，聚合电解质可包括仅一种类型的电解质基团或两种或更多种类型的电解质基团。本文所述的多种电解质基团可被包括在多种不同类型的聚合电解质中。本公开中示例性聚合电解质可包括但不限于，聚(磺苯乙烯)、多磷酸盐、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯-共-马来酸酯、聚丙烯酰胺、脱乙酰壳多糖、多糖、聚赖氨酸、聚组氨酸以及多肽。本文所述的电解质基团可被包括在聚合物主链中、被包括在连接到聚合物主链的侧链中和/或被包括在连接到聚合物的侧链的基团中。

在本公开中可使用多种多样的电解质基团。一般来讲，针对聚合电解质，可使用在某些条件下生成电荷的任何基团。例如，电解质基团可包括阴离子或阳离子。在一些方面中，电解质基团可包括一种阴离子或一种阳离子。另选地，电解质基团可包括多于一种阴离子和/或阳离子，从而电解质基团包括总体负电荷或正电荷。电解质基团上的电荷可以是永久电荷或根据特定pH的溶液生成的电荷(例如，氢可离解以形成带电荷的电解质基团)。在一些方面中，在溶解在水性溶液中前，电解质基团可以是盐(例如，使用抗衡离子中和)。在一些方面中，电解质基团可包括但不限于，羧基、磺酸根基团、磷酸根基团、氨基、羟基以及巯基。在一些方面中，可根据酸性或碱性溶液特征生成电解质基团的电荷。例如，根据溶液的pH和相应的电解质基团的pKa，例如，羧基、磺酸根基团、磷酸根基团、羟基或巯基可以是带负电的。在水性溶液中，聚合物上的电解质基团可离解以形成带电荷的基团，并且从而使得聚合物带电荷，从而形成聚合电解质。在一些方面中，电解质基团可被取代基取代以将永久电荷置于电解质基团上。例如，氨基可包括具有永久正电荷的季铵阳离子。电解质基团的取代基是变化的，诸如烷基、芳基、CN、氨基、硫化物、醛、酯、醚、酸、羟基或卤素离子。在某些方面中，电解质基团上的取代基可向电解质提供电荷。

本公开的一个方面包括通过提供聚合电解质涂层，修改聚合物颗粒的电动电势。可使用这种涂层在溶液中修改例如纳米颗粒的表面电荷并且阻止聚集。根据溶液，可调控电动电势以阻止聚集。在一些方面中，电动电势是评估分散在溶液中的颗粒是否可以抵抗聚集的参数。例如，当颗粒具有比+30mV更正或比-30mV更负的电动电势时，颗粒(例如，涂布有聚合电解质的聚合物颗粒)将是稳定的(例如，抗聚集)。更高的值的电动电势可提供更多的抗聚集稳定性。例如，具有+/-60mV的颗粒分散体可提供优异的稳定性。根据本文所述的所选择的聚合电解质，本公开包括具有比约+30mV更正、比约+40mV更正、比约+50mV更正或比约+60mV更正的电动电势的颗粒分散体(例如，具有聚合电解质涂层的聚合物颗粒)。本公开包括具有比约-30mV更负、比约-40mV更负、比约-50mV更负或比约-60mV更负的电动电势的颗粒分散体(例如，具有聚合电解质涂层的聚合物颗粒)。针对多种多样的聚合电解质，可使用本文所述的方法制备具有带有聚合电解质涂层的聚合物颗粒的颗粒。然后可使用多种技术，诸如通过使用设计来测量电动电势的器械，例如，通过Malvern Zetasizer来测定颗粒分散体的电动电势。

在某些方面中，本公开包括包括聚合物颗粒的纳米颗粒，所述聚合物颗粒具有包括多于一种聚合电解质聚合物的涂层。例如，涂层可包括处于任何需要比率的两种不同的聚合电解质、三种不同的聚合电解质、四种不同的聚合电解质或更多种。

编码的发色聚合物颗粒的官能化和生物偶联

在一些方面中，本公开提供用于生物分子编码的官能化的编码的发色聚合物颗粒。官能化的颗粒包括编码的发色聚合物颗粒和物理或化学连接到所述颗粒的官能团。

在一些方面中，本发明提供被官能团官能化的编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，术语“官能团”是指可诸如通过任何稳定的物理或化学缔合连接到编码的发色聚合物颗粒，从而使发色聚合物颗粒的表面可用于偶联或生物偶联的任何化学单元。在一些方面中，官能团可以是疏水性官能团。疏水性官能团的示例包括但不限于炔烃、变形炔烃、叠氮化物、二烯、烯烃、环辛炔以及膦基(用于点击化学)。在一些方面中，官能团可以是亲水性官能团。亲水性官能团的示例包括但不限于羧酸或其盐、氨基、巯基、叠氮基、重氮、醛、酯、羟基、羰基、硫酸根、磺酸根、磷酸根、氰酸根、琥珀酰亚胺酯、其取代的衍生物。本领域的普通技术人员可例如在生物偶联技术(Bioconjugate Techniques)(美国学术出版社(AcademicPress)，纽约1996或之后版本)中发现此类官能团，所述文献的内容全文以引用方式并入本文用于所有目的。

在一些方面中，使用官能团将编码的发色聚合物颗粒官能化，所述官能团包括但不限于以下任何：醛、烯烃、烷基、炔烃、变形炔烃、氨基、叠氮基、羰基、羧基、氰基、环辛炔、二烯基、酯、琥珀酰亚胺酯、卤代烷基、羟基、亚氨基、酮、马来酰亚胺基、巯基、磷酸根、膦基、硫酸根、磺酸根、其取代的衍生物或其组合。

在一些方面中，在共价结合到发色聚合物的主链、侧链或终端单元的情况下，产生官能团。因此，所得编码的发色聚合物颗粒表现出窄带发射并且同时具有用于生物偶联的官能团。本领域的普通技术人员可例如在生物偶联技术(美国学术出版社，纽约1996或之后版本)中发现此类官能团，所述文献的内容全文以引用方式并入本文用于所有目的。在一些方面中，每个发色聚合物颗粒仅具有一个官能团。在一些方面中，每个发色聚合物颗粒仅具有两个官能团。两个官能团可相同或不同。在一些方面中，每个发色聚合物颗粒具有三个或更多个官能团。三个或更多个官能团可相同或不同。

在本公开的某些方面中，编码的发色聚合物颗粒的官能化程度可根据需要变化。在一些方面中，修改本文提供的编码的发色聚合物颗粒以形成可以是一价、二价或多价的单分子聚合物颗粒。所述修改是将一些聚合物分子从颗粒除去，但仅留下可只具有一个官能团、两个或更多个官能团的一种分子。在一个方面，可使用工程化的表面以有助于所述修改。工程化的表面可具有某些官能团，诸如醛、烯烃、烷基、炔烃、变形炔烃、氨基、叠氮基、羰基、羧基、氰基、环辛炔、二烯基、酯、琥珀酰亚胺酯、卤代烷基、羟基、亚氨基、酮、马来酰亚胺基、巯基、磷酸根、膦基、硫酸根、磺酸根、其取代的衍生物及其组合。一般来讲，可使用适用于生物偶联的任何其他官能团。本领域的普通技术人员可例如在生物偶联技术(美国学术出版社，纽约1996或之后版本)中发现此类官能团。表面可以是平坦表面诸如盖玻片或来自任何颗粒的弯曲表面。表面可以是氧化硅、金属、半导体、硅和不同聚合物表面。上述官能化多分子发色聚合物颗粒只通过一个发色聚合物分子经由任何稳定的物理或化学缔合连接到表面。可以除去发色聚合物颗粒中的全部游离分子(除了与表面缔合的一个分子以外)，诸如通过用有机溶剂洗涤表面来除去，从而只保留与表面缔合的分子。然后可通过任何物理或化学方法从表面释放单分子发色颗粒。所得单分子颗粒可以是单价、二价或多价的，取决于原聚合物分子中的官能团数目。

在一些方面中，包括具有位于端部单元的至少一个官能团的单聚合物分子的编码的发色聚合物颗粒可带来一些益处。例如，可以在聚合物合成中对仅一个官能团与发色聚合物的端部单元的连接进行良好的控制。例如，包含官能团的化学单元可以在聚合物合成中用作聚合引发剂以及生长催化剂，并且通过这种方式使得每个聚合物分子只在端部包括一个官能团。还可以在聚合物合成中对将官能团仅到线性发色聚合物的两个端部单元的连接进行良好的控制。例如，包含官能团的化学单元可以用作封端剂以终止聚合物合成中的聚合物生长，从而使每个线性聚合物分子只在两个端部单元中包含两个官能团。类似地，可以在聚合物合成中对用于多价聚合物颗粒的官能团的连接进行良好的控制，例如，可以只将官能团增加到三分支支链聚合物的三个端部单元。

在一些方面中，本公开公开了用于生物分子编码的编码的发色聚合物颗粒的生物偶联。生物偶联体还包括上述发色聚合物颗粒，其与诸如病毒、细菌、细胞、生物或合成囊泡之类的生物颗粒诸如脂质体或其组合的生物颗粒缔合。在一些方面中，使用术语“生物分子”描述合成或天然形成的蛋白质、糖蛋白、肽、氨基酸、代谢物、药物、毒素、核酸、核苷、碳水化合物、糖、脂质、脂肪酸等或其组合。在一些方面中，生物分子是多肽或多核苷酸。在一些方面中，生物分子是抗体、抗生物素蛋白、生物素或其组合。在一些方面中，通过将生物分子连接到编码的发色聚合物颗粒的一个或多个官能团形成生物偶联物。此连接可以是直接或间接的。任选地，生物分子经由共价键连接到发色聚合物颗粒的官能团。例如，如果聚合物颗粒的官能团是羧基，则通过使羧基与蛋白质分子的氨基交联，蛋白质生物分子可直接连接到聚合物颗粒。在一些方面中，每个聚合物颗粒仅具有一种类型的生物分子连接。在一些方面中，生物分子偶联实质上不改变发色颗粒的发射特性。例如，生物偶联不改变发射光谱、不减少荧光或发光量子产率、不改变光稳定性等。

在本公开的各个方面中，可使用交联剂来帮助编码的发色聚合物颗粒的生物偶联。在一些方面中，术语“交联剂”用于描述能够在类似或不类似分子上分子基团之间形成化学键从而将分子共价键合到一起的化合物或部分。常见的交联剂的示例在本领域中是已知的。参见例如生物偶联技术(学院出版社，纽约，1996或之后版本)。通过使用“连接剂”分子，例如抗生素蛋白、链霉抗生物素蛋白、中和抗生物素蛋白、生物素或类似分子，能将生物分子间接连接到单价发色聚合物颗粒。

在一些方面中，使用偶联到特异性结合到靶分析物的生物分子的编码的发色聚合物颗粒，实现对靶分析物分子(例如，蛋白质)的分析。

在一些方面中，荧光和/或发光编码的发色聚合物颗粒偶联到提供功能或其他益处的一个或多个分子，所述功能或其他益处非限制地包括用于靶分析物的结合亲和力。

在一些方面中，分析物是多肽、多核苷酸、细胞、病毒、小分子、药物、毒素、碳水化合物、糖、脂质或脂肪酸。

在一些方面中，靶分析物分子是多肽，诸如蛋白质，并且偶联到编码的发色聚合物颗粒的生物分子是特异性结合到靶分析物蛋白质的一抗。

在其他方面中，靶分析物分子是感兴趣结合到用于所述蛋白质的一抗的蛋白质，并且偶联到编码的发色聚合物颗粒的生物分子是特异性结合到一抗的二抗。

在其他方面中，靶分析物分子是生物素酰化的感兴趣的蛋白质，并且偶联到编码的发色聚合物颗粒的生物分子是特异性结合到生物素酰化蛋白质的抗生物素蛋白(例如，链霉抗生物素蛋白)。

在一些方面中，术语“生物素”是指在抗生物素蛋白结合中是有效的多种生物素衍生物和类似物中任一个。合适的生物素部分包括使生物素酰化肽片段能够被抗生物素蛋白和相关的抗生物素蛋白蛋白质分离的那些部分。代表性生物素部分包括生物素衍生物，诸如亚氨基生物素、生物胞素以及乙酰氨基生物素和生物素类似物，诸如脱硫生物素以及生物素砜。

在一些方面中，术语“抗生物素蛋白”是指结合生物素的不同于免疫球蛋白的任何生物素结合蛋白，包括天然蛋白质以及重组和遗传工程改造的蛋白质两者。所述术语包括两种常见的生物素结合蛋白，称为“蛋白”或“禽”抗生物素蛋白和“链霉抗生物素蛋白”。蛋白或禽抗生物素蛋白，通常简称为抗生物素蛋白，是一种蛋白质，其是蛋白的组分且与生物素形成非共价络合物。链霉抗生物素蛋白是一种抗生物素蛋白蛋白，其分离自放线细菌阿维丁链霉菌且也与生物素形成非共价络合物。生物素结合蛋白的其他细菌来源也是已知的。蛋白抗生物素蛋白和链霉抗生物素蛋白均是四聚体蛋白质，其中生物素结合位点成对排列在抗生物素蛋白分子的相对面上。术语还指抗生物素蛋白衍生物，包括琥珀酰抗生物素蛋白、铁蛋白抗生物素蛋白、酶抗生物素蛋白以及交联抗生物素蛋白。

在一些方面中，靶分析物分子是多核苷酸，诸如DNA或RNA，并且偶联到编码的发色聚合物颗粒的生物分子是特异性结合到靶分析物多核苷酸的互补多核苷酸。

在一些方面中，荧光和/或发光编码的发色聚合物颗粒可偶联到一个或多个分子，所述一个或多个分子改变聚合物颗粒的其他特性，诸如它们的大小、荧光、疏水性、非特异性结合或吸附特性等。

在一些方面中，生物分子到编码的发色聚合物颗粒的偶联可包括连接官能团，包括但不限于羧基到聚合物颗粒的连接。在一些方面中，羧基可在碳二亚胺(诸如诸如1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐(EDC))存在下，与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)反应以产生羧酸根基团的氨基反应性酯以用于与某些生物分子上存在的伯胺基团交联。

在一些方面中，通过混合编码的发色聚合物颗粒与生物分子使羧化编码的发色聚合物颗粒与生物分子诸如蛋白质偶联，例如在含有0.1PEG(MW3350)的HEPES缓冲溶液(20mM，pH＝7.4)中。聚合物颗粒上羧基与生物分子的氨基之间肽键的形成可由EDC催化。然而，在一些方面中，由于聚合物颗粒的内在疏水本质，生物分子倾向于非特异性吸附在颗粒表面上。在一些方面中，可引入Triton X-100和/或牛血清白蛋白(BSA)以减少生物分子在聚合物颗粒表面上的非特异性吸附。

除了本文所述实施例外，在一些方面中，还可使用其他策略和方法以将生物分子偶联到编码的发色聚合物颗粒，该其他策略和方法包括例如，PCT/US2010/056079和PCT/US2012/071767中公开的那些策略和方法。本领域的普通技术人员可例如在生物偶联技术(美国学术出版社，纽约1996或之后版本)中发现用于将生物分子偶联到编码的发色聚合物颗粒的其他策略和方法。

编码的发色聚合物颗粒的制备

可以多种多样的格式制备本文所述的编码的发色聚合物颗粒。在本公开的一些方面中，提供了编码的发色聚合物颗粒的悬浮液。悬浮液可包括至少一种多个编码的发色聚合物颗粒和连续相(例如，溶剂诸如液体)。在其他方面中，本公开提供了编码的发色聚合物颗粒的悬浮液，所述悬浮液包含：由溶剂构成的连续相；由第一多个编码的发色聚合物颗粒构成的不连续相；第二多个编码的发色聚合物颗粒；其中所述第一多个编码的发色聚合物颗粒的光学特性(例如，发射光谱)与第二多种编码的发色聚合物颗粒的光学特性有区别。

在一些方面中，本公开提供了发色聚合物颗粒的悬浮液，所述悬浮液包含多个发色聚合物颗粒和一种或多种另外的多个发色聚合物颗粒。在一些方面中，悬浮液包括2种多个编码的发色聚合物颗粒、3种多个编码的发色聚合物颗粒、4种多个编码的发色聚合物颗粒、5种多个编码的发色聚合物颗粒、6种多个编码的发色聚合物颗粒、7种多个编码的发色聚合物颗粒、8种多个编码的发色聚合物颗粒、9种多个编码的发色聚合物颗粒、10种多个编码的发色聚合物颗粒、20种多个编码的发色聚合物颗粒、30种多个编码的发色聚合物颗粒、40种多个编码的发色聚合物颗粒、50种多个编码的发色聚合物颗粒、100种多个编码的发色聚合物颗粒、500种多个编码的发色聚合物颗粒、1000种多个编码的发色聚合物颗粒或5000种多个编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，悬浮液包含最多3种多个编码的发色聚合物颗粒、最多4种多个编码的发色聚合物颗粒、最多5种多个编码的发色聚合物颗粒、最多6种多个编码的发色聚合物颗粒、最多7种多个编码的发色聚合物颗粒、最多8种多个编码的发色聚合物颗粒、最多9种多个编码的发色聚合物颗粒、最多10种多个编码的发色聚合物颗粒、最多20种多个编码的发色聚合物颗粒、最多30种多个编码的发色聚合物颗粒、最多40种多个编码的发色聚合物颗粒、最多50种多个编码的发色聚合物颗粒、最多100种多个编码的发色聚合物颗粒、最多500种多个编码的发色聚合物颗粒、最多1000种多个编码的发色聚合物颗粒或最多5000种多个编码的发色聚合物颗粒。

在一些方面中，悬浮液中至少一些多个编码的发色聚合物颗粒与其他多个是可区分的，例如，具有不同光学特性。在一些方面中，至少一种多个的发射光谱可与至少一种其他多个的发射光谱区分。在一些方面中，至少一种多个的发射寿命可与至少一种其他多个的发射寿命区分。在一些方面中，至少一种多个的发射强度可与至少一种其他多个的发射强度区分。在一些方面中，至少一种多个的发射波长可与至少一种其他多个的发射波长区分。在某些方面中，每种多个编码的发色聚合物颗粒(例如，两种、三种、四种、五种、六种或更多种多个)具有不同发射光谱、发射寿命、发射强度以及/或发射波长。

在一些方面中，悬浮液中第一多个编码的发色聚合物颗粒的发色团中至少一种与第二多种编码的发色颗粒的发色团的至少一种相同。在某些方面中，第一多个编码的发色聚合物颗粒在悬浮液中的浓度与第二多种编码的发色聚合物颗粒不同。

在一些方面中，悬浮液中至少一种多个编码的发色聚合物颗粒包含的发色团与至少一种其他多个不同。例如，在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同的发色团，例如，不同的镧系发色团。在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同镧系发色团浓度(例如，按质量计)。如其他示例中，在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同发色聚合物。在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同的发色聚合物浓度(例如，按质量计)。又如其他示例中，在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同发色染料。在各个方面中，多个编码的发色聚合物颗粒中至少两种具有不同的发色染料浓度(例如，按质量计)。

在一些方面中，悬浮液中至少一种多个编码的发色聚合物颗粒是多分散的。在一些方面中，悬浮液中每种多个编码的发色聚合物颗粒是相对多分散的。在一些方面中，至少一种多个是单分散的。在一些方面中，每种多个是相对单分散的。

在一些方面中，连接到至少一种多个的官能团与连接到至少一种其他多个的官能团不同。在一些方面中，连接到至少一种多个的生物分子与连接到至少一种其他多个的生物分子不同。在一些方面中，生物分子与不同分析物特异性缔合。

在一些方面中，本公开提供了用于检测样品中分析物的试剂盒。在某些方面中，试剂盒包括编码的发色聚合物颗粒的悬浮液，所述悬浮液含有两种或更多种多个编码的发色聚合物颗粒，如上所述。在一些方面中，试剂盒包括偶联到官能团的生物分子，所述官能团连接到编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，试剂盒包括针对最终使用者配置以偶联到官能团的生物分子，所述官能团连接到编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，生物分子是多肽诸如蛋白质、多核苷酸诸如DNA和/或RNA、代谢物诸如脂质、脂肪酸、糖、核苷酸或氨基酸或细胞、病毒或病毒颗粒。

在一些方面中，本公开提供了光学编码系统。在某些方面中，光学编码系统包括具有彼此可区分的光学可检测代码的第一编码的发色聚合物颗粒和第二编码的发色聚合物颗粒。在某些方面中，系统包括多个编码的发色聚合物颗粒，其中至少一些具有彼此可区分的光学可检测的代码。

使用编码的发色聚合物颗粒的方法

本公开进一步提供了使用本文所述的编码的发色聚合物颗粒的方法。例如，本公开提供用于多种应用，使用作为一类新的荧光探针的编码的发色聚合物颗粒和它们的生物偶联的基于荧光-的检测的方法。这些包括但不限于流式细胞术、荧光激活筛选、荧光免疫检验、免疫组织化学、荧光复用、DNA和基因分析、蛋白质分析、代谢物分析、脂质分析、基于荧光能量共振转移(FRET)的传感器、高通量筛选、细胞检测、细菌检测、病毒检测、生物标记物检测、细胞成像、体内成像、生物正交标记、基于荧光的生物测定诸如免疫测定和基于酶的测定，以及生物测定和测量中的多种荧光技术。在某些方面中，本文编码的发色聚合物颗粒用作检测剂，例如，用于在诸如蛋白印迹分析的过程中检测蛋白质或肽，具有多个优点。根据本公开的编码的发色聚合物颗粒可包含能够检测蛋白质或肽并且尤其是蛋白质的任何合适的聚合物亚单元或多个亚单元。

在某些方面中，本文公开的编码的发色聚合物颗粒可用于涉及在多种波长范围、强度范围、寿命范围或其组合上复用的检测方法。

在一些方面中，提供了检测分析物的方法，所述方法包括使包含分析物的样品与编码的发色聚合物颗粒接触。在其他方面中，所述方法包括使包含分析物的样品与编码的发色聚合物颗粒的悬浮液接触。在一些方面中，样品包含血液、尿液、粪便、淋巴液、唾液或脑脊液。在一些方面中，样品来源于受试者，诸如动物或单细胞生物体。在一些方面中，样品包括活的动物或组织。在一些方面中，分析物具有用于连接到编码的发色聚合物颗粒的生物分子的结合亲和力。在一些方面中，分析物包含多肽、多核苷酸、细胞、细胞片段、病毒、药物、毒素、碳水化合物、糖、脂质或脂肪酸。

在一些方面中，该方法还包括测量从样品、悬浮液和/或编码的发色聚合物颗粒发射的信号。在一些方面中，该方法还包括检测由样品中编码的发色聚合物颗粒发射的光学可检测的代码。在各个方面中，光学可检测的代码的检测指出样品中分析物的存在、分析物的身份和/或分析物的浓度。

在一些方面中，该方法还包括使用电磁辐射源激发样品、悬浮液和/或编码的发色聚合物颗粒。在一些方面中，电磁辐射穿过光谱过滤器、多向色镜或其组合。在一些方面中，激发样品的电磁辐射的峰值波长在约200nm与约300nm、约250nm与约350nm、约300nm与约400nm、约350nm与约450nm、约400nm与约500nm、约450nm与约550nm、约500nm与约600nm、约550nm与约650nm、约600nm与约700nm、约650nm与约750nm、约700nm与约800nm、约750nm与约850nm、约800nm与约900nm、约850nm与约950nm或约900nm与约1000nm之间。

在一些方面中，该方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号来测量分析物。在一些方面中，该方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的光谱来测量分析物。在一些方面中，该方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的寿命来测量分析物。在一些方面中，该方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的强度来测量分析物。例如，该方法可包括使用由编码的发色聚合物颗粒发射的光学可检测的代码来测量分析物。在某些实施方案中，基于光学可检测的代码的一个或多个光学特性，诸如光学可检测的代码的光谱、波长、强度以及/或寿命，确定样品中分析物的存在、分析物的身份和/或分析物的浓度。

在一些方面中，该方法还包括将分析物从样品分离。在一些方面中，将分析物从样品分离包括将与分析物缔合的编码的发色聚合物颗粒引导到流式细胞仪或微流体装置的流动池中。在一些方面中，将分析物从样品分离包括将与分析物缔合的编码的发色聚合物颗粒连接到固体载体。

在其他方面中，本公开提供了用于检测样品中多个分析物的方法，诸如2种多个分析物、3种多个分析物、4种多个分析物、5种多个分析物、6种多个分析物、7种多个分析物、8种多个分析物、9种多个分析物、10种多个分析物、20种多个分析物、30种多个分析物、40种多个分析物、50种多个分析物、100种多个分析物、500种多个分析物、1000种多个分析物或5000种多个分析物。在某些方面中，本文所述的方法是用于检测最多3种多个分析物、最多4种多个分析物、最多5种多个分析物、最多6种多个分析物、最多7种多个分析物、最多8种多个分析物、最多9种多个分析物、最多10种多个分析物、最多20种多个分析物、最多30种多个分析物、最多40种多个分析物、最多50种多个分析物、最多100种多个分析物、最多500种多个分析物、最多1000种多个分析物或最多5000种多个分析物。

在某些方面中，本公开提供用于检测第一组分析物和第二组分析物的方法，例如，基于用于检测分析物的编码的发色聚合物颗粒的可区分的光学特性。在一些方面中，第一组分析物结合连接到第一组编码的发色聚合物颗粒的第一组生物分子，并且第二组分析物结合连接到第二组编码的发色聚合物颗粒的第二组生物分子。在各个方面中，方法还包括确定第一组分析物的存在、身份和/或浓度，并且确定第二组分析物的存在、身份和/或浓度。在各个方面中，第一和第二组编码的发色聚合物颗粒具有相应的彼此可区分的第一和第二光学可检测的代码，并且检测第一和第二光学可检测的代码能够确定对应的分析物的存在、身份和/或浓度。在各个方面中，第一和第二组编码的发色聚合物颗粒具有彼此可区分的发射光谱，并且检测发射光谱能够确定对应的分析物的存在、身份和/或浓度。在各个方面中，第一和第二组编码的发色聚合物颗粒各自具有彼此可区分的发射寿命，并且检测发射寿命能够确定对应的分析物的存在、身份和/或浓度。在各个方面中，第一和第二组编码的发色聚合物颗粒各自具有彼此可区分的发射强度，并且检测发射强度能够确定对应的分析物的存在、身份和/或浓度。

在某些方面中，一种用于检测样品中两种或更多种分析物的方法，所述方法包括：提供编码的发色聚合物颗粒的悬浮液，如本文所述，所述悬浮液包含包含生物分子的第一多个编码的发色聚合物颗粒，所述第一多种编码的发色聚合物颗粒被配置用于与样品中第一分析物选择性地缔合；包含生物分子的第二多种编码的发色聚合物颗粒，所述第二多种编码的发色聚合物颗粒被配置用于与样品中第二分析物选择性地缔合；在某些条件下使悬浮液与样品接触并且持续足够的时间以允许编码的发色聚合物颗粒与生物样品中两种或更多种分析物缔合；使包含与分析物缔合的编码的发色聚合物颗粒的悬浮液与能够激发一种或多种编码的发色聚合物颗粒的至少一个光源接触；并且测量来自样品的光学特性(例如，发射光谱)。在一些方面中，在样品是动物或来源于动物的情况下，使悬浮液与至少一个光源在体内接触，并且在体内测量光学特性。

在一些方面中，该方法还包括确定两种或更多种发色团，诸如聚合物基体和一种或多种镧系发色团的发射强度的比率。在某些方面中，在其中多个编码的发色聚合物颗粒是相对单分散的情况下，可将聚合物基体的发射光谱用作内部标准。

在一些方面中，该方法包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的分析物。在一些方面中，该方法包括使两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的编码的发色聚合物颗粒连接到两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的生物分子，其中每个不同的生物分子具有针对两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同分析物中一个的结合亲和力。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于流式细胞术其他荧光激活筛选法。在一些方面中，发色聚合物颗粒的发射特性被量化并且用于积极地分离和隔离颗粒和直接或间接连接到颗粒的分析物。在一些方面中，发色聚合物颗粒的发射光谱(波长)、寿命和/或强度可被用于积极地分离或以其他方式隔离颗粒和直接或间接连接到颗粒的分析物。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于免疫测定法，该免疫测定法包括但不限于免疫细胞化学法、免疫组织化学法以及基于酶的测定。在一些方面中，免疫测定法是用于检测包含多肽的分析物诸如蛋白质。在一些方面中，抗体间接地结合到发色聚合物颗粒，例如，通过偶联到连接到颗粒的官能团。在一些方面中，抗体是一抗。在一些方面中，抗体是二抗。在一些方面中，一抗和二抗均直接结合到发色聚合物颗粒。在一些方面中，在从组织离解的细胞上进行测定。在其他方面中，在完整(非离解)组织上进行测定。在一些方面中，使用编码的发色聚合物颗粒进行基于酶的测定，诸如酶联免疫吸附测定(ELISA)。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于分析多核苷酸的，包括但不限于聚合酶链式反应、逆转录酶PCR、连接酶链式反应、环介导的等温扩增、逆转录环介导的扩增、解旋酶依赖性扩增、逆转录解旋酶依赖性扩增、重组酶聚合酶扩增、逆转录重组酶聚合酶扩增、催化发卡组装反应、杂交链式反应、熵驱动的催化、链置换扩增、逆转录链置换扩增、基于核酸序列的扩增、转录介导的扩增、自主序列复制、单引物等温扩增、RNA技术的信号介导的扩增、滚环扩增、超支化滚环扩增、指数式扩增反应、smart扩增、核酸的等温和嵌合引物启动的扩增、多置换扩增以及/或原位杂交。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于分析代谢物的，所述代谢物包括脂质、糖、核苷酸、氨基酸、脂肪酸以及其他代谢物。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于检测细胞的，所述细胞包括但不限于体外真核细胞、体内真核细胞以及原核细菌细胞。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于检测细胞器官和其他亚细胞部分的，所述细胞器官和其他亚细胞部分包括但不限于线粒体、内质网和/或突触体。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于在生物测定中检测生物标记物的。生物标记可非限制性地是多肽诸如蛋白质、多核苷酸诸如DNA和/或RNA、代谢物诸如脂质、脂肪酸、糖、核苷酸或氨基酸或细胞、病毒或病毒颗粒。

在一些方面中，本公开的组合物、方法和系统是用于多种波长、寿命和强度范围内的荧光复用。在一些方面中，使用编码的发色聚合物颗粒的荧光复用提供对样品中多分析物的同时和/或顺序分析，所述多分析物包括但不限于多肽诸如蛋白质、多核苷酸诸如DNA和/或RNA、代谢物诸如脂质、脂肪酸、糖、核苷酸以及/或氨基酸、细胞、病毒和/或病毒颗粒。在一些方面中，使用编码的发色聚合物颗粒的荧光复用提供用于使用例如，流式细胞术和/或其他荧光辅助筛选法，对多个分析物的筛选。在一些方面中，使用编码的发色聚合物颗粒的荧光复用提供对样品中感兴趣的多个蛋白质的检测。

在一些方面中，提供方法以用于检测样品中的分析物，所述方法包括使样品与两种或更多种多个编码的发色聚合物颗粒的悬浮液接触，并且测量从样品和悬浮液发射的信号。在一些方面中，样品包含生物流体。在一些方面中，样品包含血液、尿液、粪便、淋巴液、唾液或脑脊液。在一些方面中，样品包括活的动物或组织。在一些方面中，样品包含与生物分子缔合的一种或多种分析物，所述生物分子直接或间接连接到发色聚合物颗粒。在一些方面中，分析物包含多肽、多核苷酸、细胞、细胞片段、病毒、药物、毒素、碳水化合物、糖、脂质或脂肪酸。

在一些方面中，所述方法还包括使用电磁辐射源激发样品和悬浮液。在一些方面中，电磁辐射穿过光谱过滤器、多向色镜或其组合。在一些方面中，激发样品的电磁辐射的峰值波长在约200nm与约1200nm之间。在一些方面中，所述方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号来测量分析物。在一些方面中，所述方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的光谱来测量分析物。在一些方面中，所述方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的寿命来测量分析物。在一些方面中，所述方法还包括使用从样品和悬浮液发射的信号的强度来测量分析物。在一些方面中，所述方法还包括将一种或多种分析物从样品分离。在一些方面中，所述方法还包括通过将与分析物缔合的颗粒引导到流式细胞仪或微流体装置的流动池中将一种或多种分析物从样品分离。在一些方面中，所述方法还包括通过将与分析物缔合的发色聚合物颗粒连接到固体载体将一种或多种分析物从样品分离。

用于使用编码的发色聚合物颗粒的复用分析的系统

在本公开一些方面中，提供了用于进行复用分析的系统，所述系统包括：编码的发色聚合物颗粒的悬浮液、包含分析物的样品、电磁辐射源、检测器、以及包括处理器和具有可执行指令储存于上的存储装置的电脑，当执行时所述指令使得处理器运行检测器以测量发射特性、储存所测量的发射特性以及分析所测量的发射特性。

在一些方面中，电磁辐射源包括激光、灯、LED或其组合。在一些方面中，该系统还包括光谱过滤器、多向色镜或其组合。在一些方面中，检测器包括显微镜。在一些方面中，检测器包括相机。在一些方面中，检测器包括流式细胞仪。在一些方面中，处理器可基于所测量的发射特性，将分析物引导到流式细胞仪或微流体装置的流动池。

在一些方面中，该系统包含多个不同的分析物，诸如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的分析物。在一些方面中，所述系统包括多各不同编码的发色聚合物颗粒，诸如连接到两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的生物分子的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同的编码的发色聚合物颗粒，其中每个不同的生物分子具有针对两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个不同分析物中一个的结合亲和力。

在一些方面中，所述系统提供被配置充当用于含有编码的发色聚合物颗粒的悬浮液和样品的激发源。在一些方面中，电磁辐射源包括激光。在一些方面中，由激光发射的峰值波长在约200nm与约300nm、约250nm与约350nm、约300nm与约400nm、约350nm与约450nm、约400nm与约500nm、约450nm与约550nm、约500nm与约600nm、约550nm与约650nm、约600nm与约700nm、约650nm与约750nm、约700nm与约800nm、约750nm与约850nm、约800nm与约900nm、约850nm与约950nm或约900nm与约1000nm之间。在一些方面中，可使用具有有区别的峰值波长的两个或更多个激光。

在一些方面中，电磁辐射源包括发光二极管(LED)。LED是半导体光源。在一些方面中，当LED的阳极电压比其阴极高至少LED的正向压降时，电流产生。电子能够与装置内的洞再结合，从而以光子的形式释放能量。光的颜色(对应于光子的能量)由半导体的能带隙决定。

在一些方面中，由LED发射的峰值波长在约200纳米与约300nm、约250nm与约350nm、约300nm与约400nm、约350nm与约450nm、约400nm与约500nm、约450nm与约550nm、约500nm与约600nm、约550nm与约650nm、约600nm与约700nm、约650nm与约750nm、约700nm与约800nm、约750nm与约850nm、约800nm与约900nm、约850nm与约950nm或约900nm与约1000nm之间。在一些方面中，可使用具有有区别的峰值波长的两个或更多个LED。

在一些方面中，电磁辐射源包括灯，例如汞灯、卤素灯、金属卤化物灯或其他合适的灯。在一些方面中，通过滤光设备在光谱上过滤由灯发射的光。在一些方面中，滤光设备包括过滤器，例如，仅允许落入特定范围内的光波长通过至含有发色聚合物颗粒的悬浮液和样品含有发色聚合物颗粒的带通过滤器。在一些方面中，滤光设备包括多向色镜，所述多向色镜可将光分离为不同的光谱组分，使得所述多向色镜仅允许落入特定范围内的光波长被引导至含有编码的发色聚合物颗粒的悬浮液和样品。

在一些方面中，通过滤光设备的最长波长小于300nm、小于400nm、小于500nm、小于600nm、小于700nm、小于800nm、小于900nm或小于1000nm。

在一些方面中，通过滤光设备的最短波长大于200nm、大于300nm、大于400nm、大于500nm、大于600nm、大于700nm、大于800nm或大于900nm。

本公开的系统还包括检测器和计算机，所述计算机被配置为分析由编码的发色聚合物颗粒发射的信号。检测器可包括用于分析信号强度、信噪比和/或其他感兴趣的特点的检测器。本文所述的方法通常可与能够检测和分析光学信息诸如图像的任何已知系统相容。

在一些方面中，系统提供了检测器，其检测由编码的发色聚合物颗粒发射的一种或多种信号。在一些方面中，检测器包括显微镜，诸如共焦显微镜、转盘显微镜、多光子显微镜、平面照射显微镜、贝塞尔光束显微镜、微分干涉差显微镜、相差显微镜、落射荧光显微镜或其组合。在一些方面中，检测器包括相机，诸如电荷耦合装置相机，其可将信号整合至数字芯片上的图像中。在一些方面中，检测器包括光电倍增管。在一些方面中，检测器包括流式细胞仪。

在一些方面中，检测器和电磁辐射源被优化以用于进行复用分析。在一些方面中，检测器和电磁辐射源被配置用于激发编码的发色聚合物颗粒并且快速检测所发射的信号(例如，光学可检测的代码)。在一些方面中，检测器和电磁辐射源被配置用于激发编码的发色聚合物颗粒，并且在小于1纳秒、小于10纳秒、小于100纳秒、小于1微秒、小于10微秒、小于100微秒、小于1毫秒、小于10毫秒、小于100毫秒、小于1秒、小于10秒或小于100秒内检测一个或多个所发射的信号。在一些方面中，检测器和电磁辐射源被配置用于激发编码的发色聚合物颗粒并且同时检测两个或更多个所发射的信号。

在一些方面中，系统提供了包含处理器和储存有可执行命令的储存装置的计算机。处理器的示例包括但不限于：储存检测器获得的信息的个人计算机装置和在处理信息的个人计算机装置上运行的软件。在其他方面中，信息处理器及其组件可嵌入检测器中，诸如在嵌入相机中的芯片中，所述芯片永久或暂时储存相机获得的光学信息。在其他方面中，信息处理器和检测器可以是完全整合装置的组件，所述装置获取和储存由发色聚合物颗粒发射的信号(如光学信号)。

在一些方面中，系统提供了用于获取、储存和分析信号的计算机可读取储存介质。计算机可读储存介质，具有储存在其上的指令，当由计算机的一个或多个处理器执行时，所述指令使得计算机：运行检测器以获得光学信号、储存信号并且分析信号。在一些方面中，计算机分析信号的发射光谱、发射寿命和/或发射强度。在一些方面中，计算机分析信号以检测和/或确定样品中感兴趣的靶分析物的浓度。在一些方面中，计算机分析由一种或多种多个编码的发色聚合物颗粒发射的信号。在一些方面中，计算机分析由一种或多种多个编码的发色聚合物颗粒发射的信号的发射光谱、发射寿命和/或发射强度。在一些方面中，计算机分析由一种或多种多个编码的发色聚合物颗粒发射的信号以检测和/或确定样品中多个分析物的浓度。

在一些方面中，系统提供包括处理器的计算机，所述处理器基于从样品测量的发射特性，控制分析物的定向运输。在一些方面中，处理器可基于所测量的发射特性，将分析物引导到流式细胞仪或微流体装置的流动池。在一些方面中，处理器分析由一种或多种多个编码的发色聚合物颗粒发射的一个或多个信号的发射光谱、发射寿命和/或发射强度，以控制分析物诸如到流式细胞仪或微流体装置的流动池的定向运输。

在一些方面中，可使用计算机进行本文所述的方法。在各个方面中，可使用计算机执行以上举例说明和描述的任何系统或方法。在一些方面中，计算机可包括处理器，所述处理器通过总线子系统与多个周边子系统通讯。这些周边子系统可包括储存子系统(包括存储器子系统和文件储存子系统)、用户界面输入装置、用户界面输出装置以及网络界面子系统。

在一些方面中，总线子系统提供了用于旨在使计算机的多个组件和子系统彼此通讯的机制。总线子系统可包括单个总线或多个总线。

在一些方面中，网络界面子系统向其他计算机和网络提供界面。网络界面子系统可用作用于从其他系统中接收数据并将数据从计算机传输至其他系统的界面。例如，网络界面子系统可使计算机连接因特网并促进使用因特网进行通讯。

在一些方面中，计算机包括用户界面输入装置诸如键盘、指向装置诸如鼠标、轨迹球、触摸屏或绘图板、扫描器、条形码扫描器、与显示器整合的触摸屏、音频输入装置诸如语音识别系统、麦克风以及其他类型的输入装置。一般来讲，术语“输入装置”旨在包括用于向计算机输入信息的所有可能类型的装置和机制。

在一些方面中，计算机包括用户界面输出装置，诸如显示子系统、打印机、传真机或非视觉显示器诸如音频输出装置等。显示子系统可以是阴极射线管(CRT)、平板装置诸如液晶显示器(LCD)或投影装置。一般来讲，术语“输出装置”旨在包括用于从计算机输出信息的所有可能类型的装置和机制。

在一些方面中，计算机包括储存子系统，其提供用于储存基础程序和数据构建的计算机可读取储存介质。在一些方面中，储存子系统储存软件(程序、代码模块、命令)，该软件在被处理器执行时提供本文所述的方法和系统的功能。这些软件模块或命令可被一个或多个处理器执行。储存子系统还可提供用于储存根据本公开使用的数据的储库。储存子系统可包括存储器子系统和文件/磁盘储存子系统。

在一些方面中，计算机包括存储器子系统，其包括多个存储器，该存储器包括主要的随机存取存储器(RAM)以用于储存程序执行期间的命令和数据，以及其中储存固定的命令的只读存储器(ROM)。文件储存子系统提供了用于程序和数据文件的非转移持续性(非易失性)储存，并且可包括硬盘驱动器、软盘驱动器以及相关可移动介质、光盘只读存储器(CD-ROM)驱动器、光驱、可移动介质盒和其他类似储存介质。

计算机可以是多种类型之一，包括个人计算机、便携式计算机、工作站、网络计算机、大型机、信息亭、服务器或任何其他数据处理系统。由于计算机和网络的常变本质，本文所含的计算机的描述仅旨在作为特定示例用于说明计算机的方面的目的。与本文所述的系统相比具有更多或更少组件的许多其他配置也是可用的。

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都以引用的方式并入本文，所述引用的程度就如同已特定地和个别地指示将各个别出版物、专利或专利申请以引用的方式并入一般。

本公开的任何设备、装置、体统以及组件的具体尺寸可易于根据预期应用变化，鉴于本公开，这对于本领域的技术人员而言显而易见。此外，应了解，本文所述的实施例和方面仅用于说明性目的并且根据其产生的各种修改或变化可为本领域技术人员所想到并且包括于本申请的精神和权限以及随附权利要求的范围内。本文所述的方面的多个不同组合是可能的，并且这类组合被考虑为本公开的一部分。

如本文所用，A和/或B涵盖一个或多个A或B及其组合诸如A和B。

与任何方面或本文的方面相联系所讨论的所有特征可易于适用于其他方面和本文方面。不同方面中针对类似特征使用的不同术语或附图标记不必然暗示差异，除非另有说明。因此，本公开旨在仅通过所附权利要求描述，并且不限于本文公开的方面。

除非另有说明，本发明所述方法和过程可以任何顺序进行。例如，描述步骤(a)、(b)和(c)的方法可首先进行步骤(a)，随后步骤(b)，并且然后步骤(c)。或者，可以不同的顺序进行所述方法，例如，首先进行步骤(b)，随后步骤(c)并且然后步骤(a)。此外，具体地除非另外指明，那些步骤可同时或单独进行。

本文示出的细节是作为实施例并且仅出于对本公开的优选方面的说明性讨论的目的，并且之所以呈现这些细节，是为了提供认为是本发明的各种方面的原理和概念方面的最有用和易理解的描述的内容。在这点上，除对于本发明的基本理解所必需的之外，没有企图更详细地示出本发明的结构细节，借助于附图和/或实施例所作的描述使得本领域技术人员明了如何可以在实践中实施本发明的若干形式。

在本文显示和描述本公开的优选方面的同时，应理解的是，本公开不限于本公开所描述的具体方面，因为可以对具体方面进行更改，但仍落在所附权利要求的范围之内。还应该理解所采用的术语仅是用于描述本公开的特定方面的目的，而并非旨在加以限制。反而，本公开的范围由所附的权利要求书来确定。

当提供数值范围时，应了解，除非上下文另外明确规定，在那个范围的上限与下限之间的直至下限的十分之一单位的各中间值(intervening value)以及在那个陈述的范围内的任何其他陈述值或中间值都涵盖在本文提供的公开内容内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在更小的范围内，并且也涵盖在本发明内，服从该规定范围内任何明确排除在外的界限。当陈述的范围包括一个或两个界限时，排除那些包括的界限中的任一个或两个的范围也包括在本文提供的公开内容中。

与一个方面或本文的方面相联系所讨论的所有特征可易于适用于其他方面和本文方面。在不同方面中，对于类似特征所用的不同术语或标号并不必须意味着与可以明显地叙述的内容有所不同。因此，本公开旨在仅参照所附权利要求书来描述，而不是局限于本文所公开的方面。

实施例

包括以下实施例以进一步描述本公开的一些方面，并且不应用于限制本发明的范围。

实施例1

克服荧光团分布的泊松统计的策略分析

此实施例描述了验证克服编码的发色聚合物颗粒中荧光团分布的泊松统计的策略的分析。

图7A和7B示出了编码的发色聚合物颗粒中荧光团A的群体分布，其中编码的发色聚合物颗粒由单体A和二聚体AB制成。采用这种策略克服编码的发色聚合物颗粒制备物中荧光团分布的泊松统计。这些柱状图中的每个系列标记有编码的发色聚合物颗粒中的期待数的A单体。每个编码的发色聚合物颗粒中AB二聚体的期待数是0.5×(492-[A单体数])。图7A中示出了五种分布，图7B中示出了两种分布，并且在两个柱状图中，A的分布＝378。使用10000个编码的发色聚合物颗粒进行每个分布。此外，存在纯二聚体(A/B＝1)和纯单体(A/B＝∞)的分布。由B单体和AB二聚体的混合物形成发的分布类似于A单体和AB二聚体形成的那些分布，仅通过A/B＝1表达(图7A)。因此，针对15个可能的强度水平，不同的分布包括A和AB的六种混合物、B和AB的六种混合物、纯A、纯AB和纯B。相比于单体A和二聚体AB的混合物的分析，单体A和单体B的混合物的分析收获了宽泛的分布。针对近似等量的A和B的混合物，使用异源二聚体使得分布窄，并且因此使用此策略，可获得更多的可能的水平。以此方式，当使用固定组成的其他短聚合物(ABBB、AAAB、ABBBBBBB等)时，可生成更多的强度水平。

实施例2

二色编码的镧系发色聚合物颗粒

这个实施例描述了若干二色编码的发色聚合物颗粒的合成、特性和使用的一些方面，这些二色编码的发色聚合物颗粒由不同质量比的发射蓝色的聚合物；红色Eu络合物或橙色Sm络合物；以及官能非发射的聚合物构成。

通过共混制备编码的发色聚合物颗粒。将所有聚合物和镧系络合物溶解在THF中以制成1mg/mL储备溶液。以不同质量比混合镧系络合物和聚合物的储备溶液以提供一组编码的发色聚合物颗粒。通常复合材料的最高注射浓度为约0.1mg/mL，并且在超声处理下，总共将2×1mL混合的THF溶液注射到10mL DI H

用于产生这些二色编码的发色聚合物颗粒的基于Eu和Sm的镧系络合物、官能聚合物PS-PEG-COOH和普通发射聚合物PFO的PFO-COOH的化学结构在以下给出：

示例性镧系络合物包括Eu络合物和Sm络合物。聚合物包括具有和不具有官能团端盖的聚芴聚合物。这些官能团端盖可包括PEG

聚合物PFO-ECPEG

单体PEG-OH的合成：将NaH(干燥，95％，50mg，2.1mmol)添加到聚(乙二醇)(平均MW＝1000)(50.0g，50mmol)的无水THF溶液(50.0mL)。在反应混合物变澄清后，添加叔丁基丙烯酸盐(7.3mL，50.0mmol)。在室温下搅拌所得溶液20小时。然后将反应混合物倾入饱和盐水中且用乙酸乙酯萃取。合并的有机萃取物经无水Na

单体BrPhPEG

聚合物PFO-ECPEG

图8A示出了通过动态光散射(DLS)测量的二色编码的发色聚合物颗粒的大小分布，其中质量比Eu/PFO/PS-PEG-COOH＝10/5/2，并且给出了这些编码的发色聚合物颗粒大约15.7纳米的平均大小，图8B示出了通过DLS测量的二色编码的发色聚合物颗粒的大小分布，其中质量比Eu/PFO-ECPEG

图9A示出了二色编码的发色聚合物颗粒：Sm/PFO/PS-PEG-COOH(40/1/16质量比)和Sm/PFO-ECPEG

图9B示出了二色编码的发色颗粒的发射光谱：Eu/PFO/PS-PEG-COOH(10/5/2质量比)和Eu/PFO-ECPEG

实施例3

三色编码的镧系发色聚合物颗粒

此实施例描述了若干三色编码的发色聚合物颗粒，其包括不同质量比的发射蓝色的聚合物；红色Eu络合物或橙色Sm络合物；以及官能非发射的聚合物。

通过物理共混法制备编码的发色聚合物颗粒：将所有聚合物和镧系络合物溶解在THF中以制成1mg/mL储备溶液。以不同质量比混合镧系络合物和聚合物的不同的储备溶液以提供一组编码的发色聚合物颗粒。通常复合材料的最高注射浓度为约0.1mg/mL，并且在超声处理下，总共将2×1mL混合的THF溶液注射到10mL DI H

图10A示出了通过DLS测量的三色编码的发色聚合物颗粒的大小分布，其中质量比Sm/Eu/PFO-ECPEG

图10B示出了通过DLS测量的三色编码的发色聚合物颗粒的大小分布，其中质量比Sm/Eu/PFO-ECPEG

图11示出了三色编码的编码的发色聚合物颗粒Sm/PFO-ECPEG

实施例4

用于编码具有改善的特性的镧系-络合物接枝的聚合物颗粒

此实施例描述了使用接枝到聚合物基体的镧系-络合物制备具有改善的量子产率和胶态稳定性的编码的发色颗粒的示意图和策略。

图12示出了合成镧系-络合物接枝聚合物的示意图。含氨基的镧系络合物可与聚(苯乙烯-共-马来酸酐)(PSMA)反应以形成镧系-络合物接枝的PSMA聚合物诸如Ln(DBM)苯-NH-PSMA(DBM＝二苯甲酰甲烷)和Ln(TTA)phen-NH-PSMA(TTA＝噻吩甲酰三氟丙酮)。这些接枝聚合物可进一步与偶联聚合物共混以形成具有改善的胶态稳定性和发光量子产率的编码的发色聚合物颗粒。例如，我们使用Eu(TTA)phen-NH

图13A示出了通过DLS测量的由偶联的聚合物PVK和Eu(TTA)phen-NH-PSMA聚合物组成的编码的发色聚合物颗粒的大小分布。图13B示出了Eu(TTA)phen-NH-PSMA编码的发色聚合物颗粒和包含偶联聚合物PVK和Eu(TTA)phen-NH-PSMA聚合物的共混编码的发色聚合物颗粒的发光光谱，其中两种类型的编码的发色聚合物颗粒具有相同的吸收性。如光谱所指出的那样，Eu(TTA)phen-NH-PSMA/PVK共混的编码的发色聚合物颗粒的发光量子产率比纯Eu(TTA)phen-NH-PSMA编码的发色聚合物颗粒高约两倍。图13C示出了Eu(TTA)phen掺杂的PVK编码的发色聚合物颗粒的吸附光谱。PSMA也物理共混在编码的发色聚合物颗粒中，但未与Eu(TTA)phen化学连接。在两周后，通过使用220纳米膜过滤器过滤编码的发色聚合物颗粒溶液。如图13C中所示，约50百分比的编码的发色聚合物颗粒聚集并且通过过滤除去。图13D示出了Eu(TTA)phen-NH-PSMA共混的PVK编码的发色聚合物颗粒的吸附光谱。在编码的发色聚合物颗粒中，PSMA与Eu(TTA)phen化学连接。在两周后，通过使用220纳米膜过滤器过滤编码的发色聚合物颗粒溶液。如图13D中所指出的那样，共混的编码的发色聚合物颗粒不聚集并且仅忽略不计的量通过过滤被除去。

实施例5

用于寿命编码的包含染料分子的发色聚合物颗粒

此实施例描述了用于寿命编码的染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒的制备。

如下制备染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒：在惰性气氛下，通过搅拌过夜，将10mg的半导体聚合物或被二甲基苯基封端的聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO，MW＝120,000)或聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(1,4-苯并-{2,1’,3}-噻二唑)](PFBT，MW＝73,000，多分散性＝3.0)或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)](CNPPV，MW＝15,000，多分散性＝5.9)，均来自ADS Dyes公司(加拿大魁北克(Quebec,Canada))溶解在10mL THF中。然后通过0.7μm玻璃纤维过滤器过滤溶液以除去任何不溶性材料。通过首先将200μL的1mg/mL PFO、PFBT或CNPPV(THF中)与溶解在5mL THF中的2、10或20μL的1mg/mL香豆素6、四苯基卟啉(TPP)或硅2,3-萘酞菁二(三己基甲硅烷基氧化物)(NIR775)染料混合，制备染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒。在超声处理下，将混合物注射到10mL的MilliQ的水中。通过氮汽提除去THF，并且在90℃热板上，通过连续氮汽提将溶液浓缩到10mL，之后通过0.2μm过滤器过滤。通过使溶液穿过Bio-Rad

使用时间相关的单个光子计数器械，获得染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒的荧光寿命数据。在375nm处激发PFO-香豆素6编码的发色聚合物颗粒，同时在470nm处激发PFBT-TPP和CNPPV-NIR编码的发色聚合物颗粒。使用适当的过滤器收集染料荧光衰减和半导体聚合物荧光衰减。使用TAUFIT衰减程序分析数据。

表1(下方)示出了如所制备的染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒的荧光发射寿命：

表1.以三种不同掺杂百分比(按质量计1％、5％和10％)，掺杂有不同染料的不同发色颗粒的荧光寿命

如表1(上方)中所示，针对1％、5％和10％掺杂(按质量计)，香豆素6掺杂的PFO编码的发色聚合物颗粒的香豆素6的分别是2.75纳秒、1.98纳秒和1.91纳秒。染料的寿命随染料掺杂的百分比的增加而减少。TPP掺杂的PFBT编码的发色聚合物颗粒和NIR775掺杂的CNPPV编码的发色聚合物颗粒中也发现了相同的现象。针对1％、5％和10％掺杂(按质量计)，TPP寿命分别为8.40纳秒、7.02纳秒和5.61纳秒。针对1％、5％和10％掺杂(按质量计)，NIR775寿命分别为3.14纳秒、3.08纳秒和3.06纳秒。在这些类型的染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒中，TPP显示寿命对掺杂百分比的改变最大，示出了从1％至10％掺杂百分比，减少约30％寿命。

还发现香豆素6掺杂的PFO和NIR775掺杂的CNPPV编码的发色聚合物颗粒中半导体聚合物的寿命随掺杂百分比的增加而减少。例如，针对1％、5％和10％掺杂(按质量计)，PFO寿命分别为0.19纳秒、0.10纳秒和0.09纳秒。针对1％、5％和10％掺杂(按质量计)，CNPPV寿命分别为0.24纳秒、0.17纳秒和0.14纳秒。唯一的例外是不依赖TPP的掺杂百分比的PFBT寿命，显示了等同的0.13纳秒的寿命。染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒中所有半导体聚合物的荧光发射寿命，当相比于它们的纯(无染料掺杂)编码的发色聚合物颗粒(大约1-2ns)时急剧减少(大约0.09-0.24ns)，这与图15中示出的发射图一致。由于半导体聚合物与染料之间发生的FRET的存在，半导体聚合物的发射被掺杂的染料高度压制(quench)。

图14示出了多种染料掺杂的发色颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。实线、虚线以及短划线分别表示1％、5％以及10％(按质量计)染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒。所获得的荧光发射寿命的宽的范围(从皮秒到纳秒)展示了使用发色聚合物颗粒的基于荧光寿命的编码策略的使用，所述发色聚合物颗粒包括掺杂有染料分子的发色聚合物颗粒。寿命编码可单独或与本文所述的其他编码策略组合使用。

图15示出了多种染料掺杂的发色颗粒的吸收(左图)和发射(右图)的光谱图，这来源于染料掺杂的发色颗粒的光学光谱测量。实线、虚线以及短划线分别表示1％、5％以及10％(按质量计)染料掺杂的编码的发色聚合物颗粒。由于半导体聚合物与染料之间发生的FRET的存在，半导体聚合物的发射在掺杂的染料中被压制。

实施例6

用于寿命编码的包含染料分子和镧系络合物的发色聚合物颗粒

此实施例提供产生多个寿命代码的染料分子、镧系材料诸如铕络合物以及发色聚合物颗粒的示例性组合。

首先，将Eu(TTA)

所得官能化的Eu-PSMA编码的发色聚合物颗粒分散体澄清且稳定持续数月而无聚集的迹象。通过将PVK混合到Eu-PSMATHF溶液中，制备Eu-PSMA/PVK颗粒，其中PVK与铕络合物的比率为1:1。将混合物快速注入到水中以形成Eu-PSMA/PVK颗粒。可通过引入染料分子诸如尼罗蓝改变两种类型的颗粒的寿命。通过使用Nd:YAG激光脉冲的第三谐波(355纳米)的激发并且使用光电倍增管与电子示波器一起监测信号，获得使用尼罗蓝染料的两种类型的发色颗粒的荧光衰减。

图16A示出了具有增加的尼罗蓝浓度的发色Eu-PSMA颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。图16B示出了具有增加的尼罗蓝浓度的发色Eu-PSMA/PVK颗粒的发射荧光的时间衰减曲线。在两种情况中，铕络合物的荧光寿命随染料浓度增加而减少。图16A和16B中更快速的衰减曲线对应于包含更高尼罗蓝浓度的颗粒。所获得的荧光发射寿命的宽范围展示了包含染料分子和镧系络合物的发色聚合物颗粒可用于基于荧光寿命的编码策略，单独或与本文所述的其他编码策略组合。

实施例7

涉及能量传递用以半独立调谐发射强度的基于发色聚合物颗粒的颜色代码

此实施例描述了使用发色聚合物颗粒中的能量传递来产生颜色代码的策略。

使用具有不同发射波长的五色偶联聚合物。B、G、O、R以及IR分别代表蓝、绿、橙、红以及红外发射。能量传递可在包含两种不同偶联聚合物的编码的发色聚合物颗粒中发生。这些纯颗粒的发射强度水平在最小0到最大100(任意单元)的范围内，并且可通过与具有红色偏移发射的聚合物共混抑制发射强度。基于五色偶联聚合物，可生成25个颜色代码，如以下实施例所示：

由一种聚合物的纯颗粒生成的颜色代码：B100、G100、O100、R100、IR100。

由两种聚合物的颗粒生成的颜色代码，其中能量供体强度高于能量受体强度，诸如：B60G30、B60O30、B60R30、B60IR30、G60O30、G60R30、G60IR30、O60R30、O60IR30、R60IR30。

由两种聚合物的颗粒生成的颜色代码，其中能量供体强度低于能量受体强度，诸如：B30G60、B30O60、B30R60、B30IR60、G30O60、G30R60、G30IR60、O30R60、O30IR60、R30IR60。

可使用包含具有其他强度水平的供体-受体对的颗粒生成其他颜色代码，包括但不限于B75G25、B50G50、B25G75等等。

可使用包含具有强度水平XMYN的供体-受体对的颗粒生成其他颜色代码，其中X和Y独立地选自B、G、O、R或IR，并且M和N独立地选自不小于0和不大于100的范围的值。

此外，可通过将具有其他发射颜色的镧系络合物添加到纳米颗粒生成100个颜色代码，其强度可被独立地调谐到四个不同的强度水平。