生物微系統三維集成技術新發展
生物微系統在生物感測和晶元上實驗室兩方面的應用有長足發展，前者具有提供穩定的觀察、小體積、生物相容性和低寄生阻抗的TSV等特點，後者已發展了三代微流控生物晶元（DMFB）。近幾年的技術創新有：基於TSV雙面集成的用於大腦神經感測的微系統；採用硅基微流體元件直接嵌入注塑製件的聚合物晶元實驗室；可使第二代DMFB的控制管腳數最小化的新的互連線規劃方案；在數字化微流體中的3D液滴驅動新方法，即全地形液滴驅動（ATDA），在ATDA基的數字微流控生物晶元中3D應用的新結構。
基於TSV雙面集成的用於大腦神經感測的微系統
高度集成和小型化的神經感測微系統能提供穩定的觀察、小體積和生物相容性的屬性是至關重要的，這樣的生物醫學器件通常包括感測器和生物電勢的電路採集、信號調節、處理和傳輸的CMOS電路。2013年，C.W.Chang等人開發了基於TSV雙面集成的用於大腦神經感測的微系統。該生物感測微系統共有480個探針分為4X4感測區域，形成16個通道，16個TSV陣列是用於連接探針並輸出到製作在硅襯底的對面的16個讀出電路。TSV用於形成在微探針和CMOS電路之間一個低阻抗互連，從而提供感測器電路最短的信號傳輸距離，低寄生阻抗的TSV使傳輸損耗和雜訊最小化。整個晶元尺寸是5 mm×5 mm，厚度為350 μｍ。
採用硅基微流體元件直接嵌入注塑製件的聚合物晶元實驗室
2014年，E.Andreassen等人開發了一種新的異構集成方法，形成硅基微流體元件直接摻入注塑製件的聚合物晶元實驗室。該集成作為注塑工藝的一部分，形成聚合物和矽片之間的直接射流連接，同時把硅晶元嵌入聚合物晶元中，矽片和聚合物晶元之間的射流界面可使結構緊湊且無廢棄的體積。測試結果表明，這種射流連接可以承受至少3 bar（1 bar=10^5 Pa）的液體壓力。所開發的異構集成的晶元上實驗室包含了MEMS和NEMS 組件，如集成在聚合物晶元中的生物感測器和致動器。
可使第二代DMFB的控制管腳數最小化的新的互連線規劃方案——DLDPW
由精密加工和微流體技術相結合的晶元上實驗室的一種新器件稱為微流控生物晶元，已發展了三代技術。早期的第一代微流控生物晶元是基於通過永久刻蝕溝道連續流體流動。21世紀初開發的第二代數字微流控生物晶元（DMFB），是採用二維陣列的多個控制電極並能夠操控納升體積的液滴。第二代DMFB近年來已開發為可替代傳統的實驗室用於生化分析和診斷可行的器件。這些器件在二維矩形陣列的電極內能精確操控納升體積的生物液體和化學試劑。為了在單一DMFB布局中綜合執行多個生物分析，隨著檢測計劃的複雜性，要求增加控制管腳的數量成為一個主要問題。2016年，P.Roy等人報道了在數字微流控生物晶元中使控制管腳數最小化的新的互連線規劃方案。所提出的方案稱為雙層雙路線規劃（DLDPW），對每一個電極設計為3D 的雙層、雙路線的架構。DLDPW技術有能力對於任何給定的布局形成控制管腳最小化。該方法能夠處理各種各樣的路由配置，特別適應生物檢測被分布為多個子問題的階段。模擬結果表明，採用DLDPW新方法，在給定的布局下，控制管腳的數量大幅減少。
全地形液滴驅動——ATDA
為適應臨床診斷和檢測、DNA分析等方面更複雜的即時應用，發展了DMFB的3D集成而成為第三代，稱為全地形液滴驅動（ATDA）。2007年，M.Abdelgawad等人報道了在數字微流體器件中的3D液滴驅動，介紹了一種在數字化微流體中的3D 液滴驅動的方法，即全地形液滴驅動（ATDA），液滴在傾斜、下降、垂直、扭曲和顛倒的架構上被操控。ATDA 在一個平台上實施離散處理，無熱、化學或生物之間的干擾。為了說明這種能力，開發了感測器能夠循環感知不同的環境溫度和氧氣環境之間的液滴，並預計了ATDA 會顯著影響微流體領域和實驗室不斷增長的小型化趨勢。至此之後，ATDA基生物晶元作為DMFB器件新一代技術出現在3D 領域的應用。2015年，P.Roy等人報道了在生物晶元中的3D集成，在ATDA基數字微流控生物晶元中3D 應用的新結構。開發了特別適用於3D生物晶元的設計自動化技術，提出三種不同結構的ATDA 的設計：基於並行梯子的架構、基於相反梯子的架構和基於四個梯子的架構，並模擬了3D生物晶元的生物測定和隨後的路由性能。模擬結果表明，三種3D 結構ATDA的性能都優於２D結構，基於四個梯子結構處理污染最有效，因為對於給定的兩種情況，其能減少污染至零，與基於相反梯子的架構和其他布局相比，細胞利用的目的執行得更好。
綜上，生物微系統沿生物感測和晶元上實驗室兩方向發展，生物感測的三維集成技術具有小體積、生物相容性和低寄生阻抗的TSV的特點，晶元上實驗室的三維集成技術以三代微流控生物晶元的3D新結構設計為主。
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