Trong các lĩnh vực y sinh học như giải trình tự gen, chẩn đoán bệnh, sàng lọc thuốc, v.v., chip sinh học đã đạt được bước đột phá "một giọt mẫu, nhiều xét nghiệm" với ưu điểm "thông lượng cao, độ nhạy cao và thu nhỏ", và cốt lõi của tất cả điều này, bắt nguồn từ sự kết hợp của các quy trình xử lý chính xác của vi điện tử, vi cơ khí và công nghệ sinh học đằng sau nó. Từ việc chuẩn bị chất nền chip đến cố định phân tử sinh học, xử lý chip sinh học cần hoàn thành việc xây dựng các cấu trúc và chức năng phức tạp ở quy mô micron thậm chí nano, độ chính xác và độ tin cậy của mỗi bước của quá trình, trực tiếp quyết định hiệu quả và độ chính xác của phát hiện chip sinh học.

　　Quy trình chế biến chip sinh họcCốt lõi là vi gia công cơ bản: tạo ra vải vẽ kiểm tra. Chất nền của chip sinh học cần thông qua quá trình vi xử lý để tạo ra các cấu trúc như vi kênh, vi phản ứng, cung cấp không gian phản ứng thu nhỏ cho phát hiện sinh học. Dòng chính hiện nay sử dụng công nghệ in thạch bản và khắc: quá trình in thạch bản sử dụng tia cực tím hoặc chùm điện tử để chuyển mô hình microchannel lên bề mặt của chất nền, độ chính xác của chiều rộng đường có thể đạt 1-10μm, đảm bảo tính nhất quán kích thước của microchannel; Khắc khô hoặc khắc ướt theo mẫu để loại bỏ vật liệu chất nền dư thừa, tạo thành một kênh vi mô có độ sâu 10-100 μm, độ nhám của tường bên trong kênh cần được kiểm soát ở cấp độ nano, tránh ảnh hưởng đến dòng chảy của chất lỏng và hấp thụ phân tử sinh học. Ví dụ, trong quá trình xử lý chất nền của chip di truyền, cần tạo ra các rãnh microarray có khoảng cách đồng đều để cung cấp vị trí chính xác cho các phân tử thăm dò cố định tiếp theo; Trong chip điều khiển vi lưu, mạng vi kênh phức tạp cần được thực hiện thông qua quá trình in thạch bản và liên kết nhiều lớp để đảm bảo dòng chảy và phản ứng chính xác của chất lỏng trong chip.

Tiếp theo là chức năng sinh học: trao cho chip khả năng phát hiện. Sau khi hoàn thành vi cấu trúc cơ bản, các phân tử thăm dò cần được cố định trên bề mặt chip thông qua quá trình chức năng sinh học, đây là chìa khóa để chip sinh học đạt được phát hiện cụ thể. Trước tiên, cần phải điều trị sửa đổi bề mặt của chất nền - ví dụ, phủ chất kết nối silane trên bề mặt của chất nền thủy tinh, giới thiệu nhóm hoạt động amino hoặc carboxyl, tăng cường sự ổn định liên kết của phân tử đầu dò; Sau đó sử dụng phương pháp lấy mẫu điểm để thêm các giọt chính xác của phân tử thăm dò vào các vị trí vi mô, độ chính xác của mẫu điểm cần được kiểm soát ở ± 5μm, để đảm bảo nồng độ thăm dò đồng đều ở mỗi vị trí; Cuối cùng, bằng cách nướng, liên kết chéo và các quá trình khác để đạt được sự cố định chắc chắn của các phân tử đầu dò, tránh rơi ra trong quá trình phát hiện. Lấy chip protein làm ví dụ, đầu dò kháng thể cần liên kết với bề mặt của chất nền thông qua liên kết cộng hóa trị và hiệu quả liên kết cần đạt hơn 90% để đảm bảo độ nhạy cao đối với kháng nguyên mục tiêu.

Cuối cùng là đóng gói và tích hợp: đảm bảo chip "hoạt động ổn định". Chip sinh học cần thông qua đóng gói để thực hiện lấy mẫu, phát hiện tín hiệu kết nối với thiết bị bên ngoài, đồng thời tránh ô nhiễm bên ngoài. Quá trình đóng gói cần tích hợp cổng mẫu, cổng mẫu và cửa sổ phát hiện trên bề mặt chip, sử dụng công nghệ hàn laser hoặc liên kết nhiệt độ thấp để niêm phong nắp và chất nền, cường độ niêm phong cần đảm bảo chip không bị rò rỉ dưới áp suất 1-5atm; Đối với chip cần phát hiện quang học, cửa sổ phát hiện cần sử dụng vật liệu thạch anh hoặc sapphire truyền ánh sáng cao để tránh mất tín hiệu ánh sáng; Ngoài ra, một số chip sinh học còn cần tích hợp cảm biến vi mô và mạch xử lý tín hiệu, thực hiện tích hợp "phát hiện - chuyển đổi tín hiệu - đầu ra dữ liệu", ví dụ trong chip giải trình tự gen, cảm biến hình ảnh CMOS tích hợp có thể nắm bắt tín hiệu huỳnh quang trong quá trình tổng hợp DNA trong thời gian thực, nâng cao đáng kể hiệu quả giải trình tự.

Với sự phát triển của y học chính xác và điều trị cá nhân, quy trình xử lý chip sinh học đang được nâng cấp theo hướng "thông lượng cao hơn, độ nhạy cao hơn và chi phí thấp hơn". Từ độ chính xác nano của vi xử lý chất nền đến tính đặc hiệu cao của chức năng sinh học, thông minh hóa tích hợp bao bì, mỗi bước đổi mới công nghệ thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của chip sinh học trong chẩn đoán lâm sàng, nghiên cứu và phát triển thuốc và các lĩnh vực khác.