Flow-Based Microfluidic Biochips with Distributed Channel Storage: Synthesis, Physical Design, and Wash Optimization

材料科学 微通道 数字微流体
作者
Xing Huang,Wenzhong Guo,Zhisheng Chen,Bing Li,Tsung-Yi Ho,Ulf Schlichtmann
出处
期刊:IEEE Transactions on Computers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tc.2021.3054689
摘要

System-architecture design optimization of flow-based microfluidic biochips has been extensively investigated over the past decade. Most of the prior work, however, is still based on chip architectures with dedicated storage units and this, not only limits the performance of biochips, but also increases their fabrication cost. To overcome this limitation, a distributed channel-storage architecture can be implemented, where fluid samples can be cached temporarily in flow channels instead of using a dedicated storage. This new concept of fluid storage, however, requires a careful arrangement of fluid samples to enable the channels to fulfill their dual functions. Moreover, to avoid cross-contamination between fluidic flows, wash operations are necessary to remove the residue left in flow channels. In this paper, we formulate the first system level design and wash optimization problem for microfluidic biochips with distributed channel storage, considering high-level synthesis, physical design, and wash optimization simultaneously. Given the protocol of a biochemical application and the corresponding design requirements, our goal is to generate a chip architecture with minimized cost. Meanwhile the bioassay can be executed efficiently with an optimized wash scheme. Experimental results confirm that our approach leads to short completion time of bioassays, low chip cost, and high wash efficiency.

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