微流控芯片试验室又称为微流控(Microfluidics)芯片、芯片试验室(Lab-on-a-Chip，LoC)或生物微机电体系(bio-MEMS)，依据接连流体的微流控生物芯片又称为数字微流控生物芯片(Digital MicrofluidicBiochip，DMFB)。因为DMFB中操控电极的独立操控引脚数量是重要的本钱动因，电极以电驱动的办法衔接到操控引脚，许多典型的生物芯片用直接寻址的办法来完结电极的操控，每个电极衔接一个专用的操控引脚，因而，其能独立被激活，这种办法可使液滴自在的操作，但关于一个实践的DMFB其需求过多的操控引脚，显著地添加了产品的制作本钱。关于大规模的DMFB，在保证测验完结时刻的状况下，尽量削减操控引脚的数量，关于未来的开展具有重要的含义。
1 电极管脚操控信号处理
1.1 DMFB根本原理
数字微流控生物芯片使用介电潮湿的原理在二维的电极阵列中操作和移动纳晋级的离散液滴。如图1所示，数字微流控生物芯片的根本单元包括两个平板和夹在平板中心的填充，液滴在填充介质内运转。底板包括一个独自操控的有图画的电极阵列，顶板覆盖了一层接连的地线。经过改动沿着电极的一个线性阵列的电势，液滴能够沿着电极的一条线移动。可经过调整操控电压(0～90 V)来操控液滴的速度，且液滴能最高以20 cm/s的速度移动，依据这一原理，液滴能自在移动到2维阵列的任何方位，而无需微型泵和微型阀。
1.2 DMFB相关研讨
为削减操控引脚的数量，2006年Xu Tao提出了用阵列分区和具体的引脚分配的办法来削减操控引脚的数量，但是这种办法在每个分区中至少需求5个操控引脚，关于包括多重液滴混合的分区，会用到直接寻址的办法，这种办法的阵列规划仅限于方针生物流体使用，且仅限于操控引脚数的削减而不能保证完结时刻。Srinivasan又提出了关于焊接的电潮湿生物芯片用一个流体途径的多相位总线来使得操控引脚数最小，对一个传输总线只需n个操控引脚，而不需考虑其所包括电极的数量。虽然多相总线的办法可用来削减操控引脚的数量，但其只适用于一维阵列。另一个代替的办法是S.K.Fan等人提出的行和列的寻址，被称为“穿插引证”驱动计划，但因为电极的搅扰，处理多于两个液滴的一同移动的规划十分的杂乱，关于高通量的使用，终究发生的液滴移动的序列化是一个严峻缺点。并穿插引证规划需求一个特定的电极结构，会导致制作本钱的添加。
依据上述办法所存在的缺乏，文中提出了一种优化办法，在依据液滴路由途径发生电极驱动序列后，依据一个操控引脚最对所能驱动的电极数，对驱动序列进行分区后比对，找出彼此兼容的驱动序列，其可共用一个操控引脚。
2 操控信号优化处理办法
通常在一个特定的时刻步，移动一个液滴的操控信号可用激活位“1”，开释位“0”或不影响位“x”来标明，“1”/“0”标明一个操控信号有一个相关的逻辑高/逻辑低的驱动电压值。“x”标明输入信号可用“1”或“0”标明，并对流体操控的调度无影响。终究串联输出称为电极驱动序列。
如图2所示，液滴依照图示的方向以相似扫描的办法从源极动身终究抵达槽电极。
本文用“1”，“0”，“x”3个值标明一个生物判定的电极驱动序列，依照液滴的路由途径发生的电极驱动序列如表1所示。
如表1所示，每个驱动序列均包括一些可用“1”或“0”来代替的“无影响”单元“x”，经过分配这些“无影响”单元，就可发生驱动序列相同的电极，即彼此兼容的电极。例如：经过用“0”或“1”来代替“x”就能够使电极E1、E3、E5、E7、E9发生相同的电极驱动序列“101010101”，其可从同一个信号源发生，因而其可共用一个操控引脚，用这样的办法便可在必定程度上削减操控引脚的数量。
关于大规模的电极阵列发生的电极驱动序列也较多。在本规划中，因为液滴路由途径已知状况下，将会对液滴路由进程中发生的驱动序列进行分区，分区的规则是：先假定每个操控引脚最多能驱动x个电极，且以x的倍数进行分区(如x=5，则能以10来区分，使每个分区中有10个电极驱动序列)，分区后经过对每个分区中的电极驱动序列进行比对来削减操控引脚的数量。具体进程如下：
进程1 据液滴的路由途径来取得每个操控引脚的电极驱动序列。
进程2 假定电极的每个操控引脚最多所能驱动的电极的数量x，以x的倍数对发生的电极驱动序列进行分区。
进程3 对每个分区的电极驱动序列进行比对，找到彼此兼容的驱动序列，其可由同一个操控引脚来操控。
进程4 每个分区比对完结后，检查发生的共用引脚数量是否小于x，若小于x则与其他分区中小于x的相比较，直到终究的共用引脚数量等于x或者是没有与其彼此兼容的停止。例如：当x=3时，将由图4发生的电极驱动序列以6来进行分区，然后关于每个分区进行比对，会得到在前6个电极中E1=E3=E5，E2=E4=E6因为共用电极数等于3，则无需再与其他电极相比较。
表2是对图4的液滴路由发生的电极驱动序列进行x值的设定，然后分区发生的成果。
由表2中的数值可体现出，不同x值终究所削减的操控引脚数是不同的，依据x值的设定可更好的对发生的电极驱动序列进行分区，x值不只对自身的生物芯片的功能有影响，也对终究操控引脚数的削减有必定的影响。文中的试验成果是对x取不同值终究发生的引脚分配进行比对，用终究发生的最优引脚数与其他办法相比对。因为本办法的使用是依据液滴路由途径已知的状况，故终究的阵列完结时问与直接寻址生物芯片的完结时刻相同，保证了测验的完结时刻。
3 试验成果
本文将所提出的优化办法引证到生物芯片的多功能生物判定傍边，来验证办法的有效性。图3所示，多功能的生物判定映射到了一个15×15的数字微流控生物芯片上。关于每个样本和试剂均有两个液滴分发到阵列中，因而依据多功能生物判定的序列图所示：有4对液滴{S1，R1}，{S1，R2}，{S2，R1}和{S2，R2}履行到一同进行混合操作，终究进行4组检测操作。
依据上述8个液滴的路由进程，发生电极驱动序列后，图5所示为x别离取x=9，x=10，x=11，x=12再对序列进行分区，终究不同x值发生的引脚分配也不同。
如图5(a)所示，当x=12时终究引脚削减到了19个，相当于68%的削减率。图6是各种计划的比对成果，由图可看出在文献中提出的阵列分区办法终究用到了35个操控引脚，73 s的完结时刻;在文献中提出的穿插引证办法，终究削减到了30个操控引脚，132s的完结时刻。由上述成果可知，终究削减的操控引脚比其他办法多，在保证测验时刻的状况下，达到了更好的成果，且完结了对引脚操控信号的优化处理。
4 结束语
本文首要研讨了数字微流控生物芯片的电极管脚操控信号处理，考虑生物芯片有其必定的物理性质，每个操控引脚均会有必定的驱动才能，在此假定每个操控引脚最多能驱动x个电极，然后以x的倍数对发生的电极驱动序列进行分区，再寻觅彼此兼容的驱动序列，不同的x值终究发生的引脚分配也不同，在文中将x=12时的试验成果与穿插引证等办法相比较，试验成果标明，在保证测验完结时刻的状况下，终究所用到的操控引脚比其他办法少，完结了对数字微流控生物芯片的电极管脚的操控信号处理，削减了芯片的制作本钱，为未来数字微流控生物芯片的研讨供给了参阅。
