36、数字微流控生物芯片的架构优化与测试策略

数字微流控生物芯片的架构优化与测试策略

在当今科技飞速发展的时代，数字微流控生物芯片在生物分析和诊断领域发挥着越来越重要的作用。本文将深入探讨数字微流控生物芯片面临的挑战、测试与重构策略，旨在提高生物芯片的性能、可靠性和使用寿命。

1. 生物芯片面临的挑战

随着技术的不断进步和对多并发生物检测需求的增长，基于数字微流控的生物芯片的系统集成度和复杂性预计将在不久的将来大幅提高。这带来了一系列挑战，主要包括以下几个方面：
- 电极控制与封装难题 ：以一个 100×100 单元的生物芯片为例，在直接引用方案中，若要单独控制每个有源电极，需要 10,000 个引脚。而现有的集成电路封装技术每个封装的引脚数量仅为几百个，远低于所需数量。此外，制造这样的生物芯片需要精确制造触点、进行封装，并设计带有多层金属的电路板来连接 10,000 条控制引脚与有源电极的线路。为解决这一问题，未来可能需要采用交叉引用方案，即通过一个公共电压控制一组电极，从而减少控制引脚的数量。
- 设计支持需求 ：新兴应用要求在生物芯片上同时执行更复杂的生物检测，且生物芯片常用于关键的实时应用中。因此，需要为生物芯片设计者提供更高级的计算机辅助设计支持。目前将应用映射到生物芯片的设计实践是临时且低效的，需要一个自动化的设计流程来实现特定应用生物芯片的优化设计。
- 制造缺陷与可靠性问题 ：半导体技术路线图指出，2009 年以后，当特征尺寸缩小至 50 纳米以下时，生物芯片将面临电化学和电生物技术集成的挑战。特征尺寸的缩小、新材料和新工艺的应用，使生物芯片更容易出现制造缺陷。一些制造缺陷可能是潜在的，