A compiler for cyber-physical digital microfluidic biochips
A compiler for cyber-physical digital microfluidic biochips
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网络物理数字微流控生物芯片编译器
DOI：
10.1145/3168826
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Brisk, Philip
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Curtis, Christopher;Grissom, Daniel;Brisk, Philip
可编程微流控芯片实验室(LOCS)为生命科学提供了自动化和微型化的好处。本文介绍了BioCoder语言的更新版本和一个完全静态(离线)的编译器，该编译器可以针对一类新兴的LOCS，即数字微流控生物芯片(DMFBs)，该芯片在2D电极网格上操纵离散的液滴。BioCoder语言和运行时执行引擎利用传感器集成方面的进步来实现分析(生物化学过程)的规范、编译和执行，这些分析基于在分析执行期间获取的感官数据进行在线决策。该编译器具有一种新颖的混合中间表示(IR)，它将流体操作与对传感器数据执行的计算交织在一起。IR将活性和干扰的传统概念扩展到流体变量和操作，以针对DMFB，而DMFB本身可以被视为空间可重新配置的阵列。代码生成器将IR转换为：(1)控制流程图(CFG)中每个基本块的一组电极激活序列；(2)对传感器数据执行的一组计算，其动态地确定每个控制流操作的结果；以及(3)每个控制流转移操作(CFG EDGE)的一组电极激活序列。编译器使用软件模拟器进行验证，该软件模拟器在DMFB上生成逼真的生物检测执行的动画视频。
Programmable microfluidic laboratories-on-a-chip (LoCs) offer the benefits of automation and miniaturization to the life sciences. This paper presents an updated version of the BioCoder language and a fully static (offline) compiler that can target an emerging class of LoCs called Digital Microfluidic Biochips (DMFBs), which manipulate discrete droplets of liquid on a 2D electrode grid. The BioCoder language and runtime execution engine leverage advances in sensor integration to enable specification, compilation, and execution of assays (bio-chemical procedures) that feature online decision-making based on sensory data acquired during assay execution. The compiler features a novel hybrid intermediate representation (IR) that interleaves fluidic operations with computations performed on sensor data. The IR extends the traditional notions of liveness and interference to fluidic variables and operations, as needed to target the DMFB, which itself can be viewed as a spatially reconfigurable array. The code generator converts the IR into the following: (1) a set of electrode activation sequences for each basic block in the control flow graph (CFG); (2) a set of computations performed on sensor data, which dynamically determine the result of each control flow operation; and (3) a set of electrode activation sequences for each control flow transfer operation (CFG edge). The compiler is validated using a software simulator which produces animated videos of realistic bioassay execution on a DMFB.
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