رقاقة حيوية
تصنيع المصفوفة الدقيقة

تمثل المصفوفة الدقيقة – والتي هي عبارة عن شبكةٍ من المستشعرات الحيوية ثنائية الأبعاد الكثيفة – مكوناً حيوياً في منصة أو قاعدة الرقاقة الحيوية. حيث يتم اصطفاف المستشعرات بصورةٍ نموذجيةٍ على ركيزةٍ مسطحةٍ قد تكون سلبية الشحنة (مثل السيليكون أو الزجاج) أو تكون نشيطةً، حيث تتشكل الأخيرة من الإلكترونيات المدمجة أو الأجهزة الميكانيكية الدقيقة والتي تقوم بوظيفة التحاس أو تساعد على إنجازها. هذا وتُسْتخْدَمْ كيمياء السطوح لربط جزيئات المستشعر تساهمياً بوسيط الركيزة. مما يجعل من عملية تصنيع المصفوفات الدقيقة مسألةً غير تافهةٍ، بل عقبةً اقتصاديةً وتكنولوجيةً رئيسيةً، قد تساعد بصورةٍ حتميةٍ في تحديد نجاح مستقبل منصات الرقاقات الحيوية. ويتمثل التحد الرئيسي في تصنيع الرقاقات الحيوية في عملية وضع كل مستشعر نانوي في مكانه المخصص له (تماماً كما هو الحال على شبكة النظام الإحداثي الديكتاري) على الركيزة. ونلاحظ توافر العديد من السبل لتحقيق ذلك التموضع بصورةٍ دقيقةٍ، إلا أنه عادةً ما يتم استخدام أنظمةٍ روبوتيةٍ دقيقةٍ (Schena, 1995) أو طباعةٍ دقيقةٍ (MacBeath, 1999) لوضع نقاط أو مواضع المادة الاستشعارية الصغيرة على سطح الرقاقة. وبسبب أن كل مستشعرٍ فريدٍ في نوعه، فإن عدداً قليلاً فقط من الموضاع أو النقاط يمكن وضعها في الوقت ذاته. هذا وتُسْفٍرُ طبيعة الإنتاجية المنخفضة لهذه العملية عن ارتفاع تكلفة التصنيع.
قام كلٌ من فودر وزملائه بتطوير عملية تصنيع فريدةٍ للرقاقة الحيوية (والتي استخدمتها فيما بعد شركة Affymetrix)، والتي يتم استخدام العديد من خطوات الطباعة الحجرية الدقيقة فيها لتصنيع توافقياً مئات الآلاف من مستشعرات الحمض النووي أحادي الضفيرة الفريد على ركيزةٍ أحادية النوكليوتيد في الوقت ذاته (Fodor, 1991; Pease, 1994). فهناك خطوة طباعةٍ حجريةٍ مطلوبةٍ لكل نموذج قاعدة؛ ولذلك، فإن المطلوب أربع خطواتٍ لمستوى كل نوكليوتيد. وعلى الرغم من فعالية ذلك الأسلوب في إمكانية القدرة على إنتاج عددٍ كبيرٍ من المستشعرات في آنٍ واحدٍ، إلا أنه متاح فقط في وقتنا الحالي لإنتاج ضفائر الحمض النووي (من 15- 25 نوكليوتيدات). في حين تُحَجِّم عوامل الدقة، الموثوقية والتكلفة من عدد خطوات الطباعة الحجرية الضوئية التي يمكن تطبيقها في تلك العملية. هذا بالإضافة إلى طرائق التصنيع التوافقية القائمة على التوجيه الضوئي ليست متاحة حالياً بالنسبة للبروتينات أو جزيئات الاستشعار الأخرى.
وكما لوحظ مسبقاً، فإن أغلب المصفوفات الدقيقة تتكون من شبكةٍ ديكارتيةٍ من المستشعرات. حيث يُستخدم هذا التطبيق بصورةٍ أساسيةٍ لتخطيط أو «ترميز» نسق كل مستشعرٍ لوظيفته. كما تستخدم المستشعرات في تلك المصفوفات عادةً أسلوب تأشيرٍ عالميٍ (مثل الفلورية)، ومن ثم تجعل النسق تلك الملمح أو السمة المميزة الوحيدة لها. كما يجب تصنيع تلك المصفوفات باستخدام عليةٍ متسلسلةٍ (والتي تتطلب خطواتٍ متسلسلةٍ متعددةٍ)، بهدذ ضمان أن يتم وضع كل مستشعرٍ في موضعه الصحيح.
في حين تُعَدُ طريقة التصنيع «العشوائي»، والتي يتم فيها وضع المستشعرات في أماكنٍ محددةٍ على الرقاقة، طريقةٍ بديلةٍ للطريقة المتسلسلة. فعملية التموضع المكلفة والشاقة ليست محبزة، مما يُمَكِّن من استخدام أساليب التجميع الذاتي بصورةٍ متوازيةٍ. حيث يمكن إنتاج دفعاتٍ ضخمةٍ من المستشعرات المتطابقة؛ حيث يتم دمج وتجيمع مستشعرات كل دفعةٍ في مصفوفةٍ واحدةٍ. وهنا يجب استخدام مشروع الترميز القائم على عدم التناسق بهدف تحديد كل مستشعر. وكما يُظْهِرُ الشكل، فإن مثل ذلك التصميم تم تنفيذه للمرة الأولى (والذي تم تسويقه لاحقاً من خلال إليومينا) بواسطة استخدام الكريات المصنعة والموضوعة عشوائياً في آبار كابل من الألياف البصرية المحفورة (Steemers, 2000; Michael, 1998). حيث تم ترميز كل كريةٍ بصورةٍ فريدةٍ بتوقيع فلوري. على الرغم من ذلك، فإن مشروع الترميز هذا يتسم بالقصور على عددٍ من تركيبات الأصباغ النادرة والتي يمكن استخدامها وتمييزها بنجاحٍ.