近日，第69届IEEE国际电子器件年会(International Electron Devices Meeting，IEDM)在美国旧金山举行。山东大学信息科学与工程学院Arokia Nathan院士团队的研究论文“Field programmable digital microfluidics chip for high-throughput droplet array manipulation”在IEDM 2023上发表。于俊研究员为第一作者，Arokia Nathan院士和马汉彬研究员（中国科学院苏州生物医学工程技术研究所/广东奥素液芯微纳科技有限公司）为共同通讯作者，山东大学为第一单位。

基于介电湿润（EWOD）原理的数字微流控（DMF）技术是一种新兴的离散液滴控制技术，通过在像素电极之间施加外部电场，改变液体样品在固液界面的润湿性，可以实现液体的分裂、混合、稀释、生成和检测等操作。数字微流控芯片已经成为推动二维平面上可编程液体控制的关键技术，对于片上实验室的应用具有重大意义。实现复杂的生物医学操作需要大的电极阵列。传统的数字微流控芯片基于无源电极阵列，由于驱动信号和布线路径的空间限制，这类系统的可扩展性受到显著阻碍。有源矩阵（AM）架构为解决这一挑战提供了最佳方案。通过行列扫描信号，可以对每个像素进行寻址，单独控制每个像素的开关。完全集成的有源数字微流控（AM-EWOD）方法实现了独立液滴操作，显著提高了电极阵列的可扩展性。但是目前AM-EWOD在高通量液滴阵列的操控以及单细胞的精确处理和分选上仍存在限制，该论文为克服上述问题提供了解决方案。

该论文成功地展示了一个基于氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜晶体管（TFT）背板技术的现场可编程AM-EWOD生物样品处理系统，该芯片具有640 × 280个可单独寻址的AM像素阵列。该芯片展示了高可靠性液滴分离，且稳定运动时长高达数十小时。单个液滴的最小稳定体积仅为1nL，比同团队在IEDM 2020上报道成果的降低两个数量级。此外，由于对像素电路和驱动方案进行了系统级优化，生物(杂交瘤)细胞的单细胞分选和识别变为可行。该芯片精确识别和操作单细胞的能力突出了数字微流控在体外诊断和单细胞生物和化学分析中的巨大潜力。

背景链接：IEDM始于1955年，是全球报道半导体及电子器件领域最新的科技、设计、制造、物理及建模的主要论坛，也是世界半导体产业界各知名企业和学术机构报告其最新研究成果和技术突破的主要窗口和平台。IEDM影响力巨大，与IEEE Symposium on VLSI Technology（即“集成电路技术国际会议”）并列为微电子器件领域中权威性最高的两个顶级会议，每年Intel、IBM、Samsung和TSMC等国际知名半导体公司都在IEDM大会上发布各自最新研究进展。