基于演化算法的数字微流控芯片三维模块布局方法研究

发布时间：2025-06-26 00:26

　　数字微流控生物芯片是一种新兴技术,它可以将传统的生物实验室程序整合到一个小型生物芯片上,具有高精确度、自动化、低成本和高效率等优点,在生化分析、临床诊断和药物制备等领域具有广泛的应用前景。随着数字微流控芯片的尺寸越来越大,应用越来越复杂,我们需要更高质量的自动化软件以辅助其应用。数字微流控生物芯片流体层面的综合工具可以获得如何用芯片控制液滴以完成特定生化反应的信息,它包括四个步骤:资源绑定、操作调度、模块布局和液滴路由。综合过程中存在复杂的组合优化问题,适合使用遗传算法来解决。本研究的目的在于对数字微流控芯片流体层面的综合过程进行分析,利用遗传算法,为综合过程中的前三步提出更高质量的算法,在给定芯片上更快地执行生化反应。数字微流控生物芯片流体层面的综合过程的前三步在本文中合称为三维布局问题。数字微流控生物芯片综合过程的目的是让生化反应在芯片上合法地执行,同时增加吞吐量。反应的完成时间是先前相关算法的主要优化目标。由于生化反应执行过程中存在暂时不能参与反应的液滴,需要储存操作为这些液滴分配资源以储存在芯片上。先前算法得到的生化反应执行结果通常存在过多的储存操作,占据了多余的空间,激活了多余...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1.DMFB示意图及控制原理

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-1.2数字微流控芯片及其综合过程数字微流控芯片结构[35]的示意图如图1-1(a)所示。数字微流控芯片包含三个部分：控制液滴移动的二维电极阵列，用于产生和收集液滴的端口，和用以支持更多操作的外部设备仪器，如加热器、光学检测器、集成传感器等。二维....

图1-2.DMFB芯片上五种基本操作

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-由于疏水层的存在，液滴处于未润湿状态，当在液滴下方的控制电极上施加电势时，液滴与通电电极界面的接触角减小，就好像被吸引过去一样，变成润湿状态，这个现象称为电介质上电润湿（electrowetting-on-dielectric,EWOD）[9]....

图1-3.DMFB流体层综合过程

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-滴处于相邻的电极便会合并在一起，在执行生化反应时所有液滴都必须保证周围一圈的电极上没有其它不需要进行合并的液滴。数字微流控芯片流体层面综合过程如图1-3所示，所要进行的生化反图1-3.DMFB流体层综合过程应任务已被建模成操作序列图，对于序列图....

图2-2.操作序列图示例

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-14-DAG)，如图2-2所示。用来代表操作的个数。其中顶点集合={|=1,2,…,}表示生化反应的操作，有向边集合={（,）|,=1,2,…,}表示操作之间的关系，包括数据（液滴）传输的关系和先后约束的关系。如果存在由指向的边，那么操作产生的液滴....

本文编号：4052859