[發(fā)明專利]基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710183533.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106886843B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭文斌;尹洪濤;付平;王安琪;于鴻杰;石金龍;楊哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06F30/30
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法及系統(tǒng)，屬于微數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法故障定位時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，而提出一種基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法，包括：獲取測(cè)試液滴的起始位置和終點(diǎn)位置；構(gòu)建禁忌表；構(gòu)建至少一個(gè)粒子群，為每個(gè)粒子群構(gòu)建與其對(duì)應(yīng)的位置矩陣；確定粒子群算法中每個(gè)粒子的速度向量，直至所有相鄰電極均被遍歷；根據(jù)公式更新粒子的位置序列；計(jì)算每個(gè)粒子的位置向量的適應(yīng)度，并分別確定每個(gè)種群當(dāng)前最短路徑以及全局最短路徑；重復(fù)上述步驟，直至達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)，輸出全局最短路徑。本發(fā)明適用于數(shù)字微流控芯片的故障檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法及系統(tǒng)，屬于微數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域已從對(duì)模擬電路或數(shù)字電路的測(cè)試擴(kuò)展到對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro-Electromechanical Systems)的測(cè)試。微流控芯片又稱作片上實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip),可以在一塊幾平方厘米的芯片上完成生物實(shí)驗(yàn)室及常規(guī)化學(xué)檢驗(yàn)的各種功能。具有小型化、高敏感度、低成本、集成化等特點(diǎn)。第一代微流控生物芯片具有永久刻蝕的微閥、微泵和微流道，至于具體操作都是基于連續(xù)的流體流動(dòng)。微流體技術(shù)和制造工藝的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字微流控芯片的產(chǎn)生，數(shù)字微流控芯片在二維微流控陣列上操縱離散的液滴，具有可大幅擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)。

數(shù)字微流控芯片與連續(xù)流體控制相比，強(qiáng)調(diào)將液體分散化為微量的液滴來(lái)操作，單獨(dú)控制每個(gè)液滴，且能耗很低，特別適用于需要高性能并且操作較復(fù)雜的生化分析。與傳統(tǒng)模式的生化分析儀相比，數(shù)字微流控芯片具有可重復(fù)使用、尺寸小、自動(dòng)化程度高、集成度高等優(yōu)勢(shì)。有能力精確驅(qū)動(dòng)微量液體(低至微升甚至納升級(jí)別的液體)，在芯片上完成流體的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、分離和混合等操作，以低成本完成超靈敏的生化檢測(cè)，可以顯著的減少測(cè)試時(shí)間及實(shí)驗(yàn)室空間，由于減少了人為操作過(guò)程，增加了結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。因此在臨床診斷、生物醫(yī)療、健康檢查、藥物診斷、空氣質(zhì)量的檢測(cè)等方面都有廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的意義。

隨著數(shù)字微流控芯片的發(fā)展，為了滿足越來(lái)越復(fù)雜的生化分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求，數(shù)字微流控芯片的規(guī)模及芯片密度迅速擴(kuò)大，這樣在使用過(guò)程中十分容易出現(xiàn)各種物理故障及生產(chǎn)故障，這樣的故障對(duì)微流控系統(tǒng)而言更具有危險(xiǎn)性，也更容易出現(xiàn)破壞性的故障。同時(shí)，數(shù)字微流控生物芯片常用在生物檢測(cè)、臨床診斷、藥物研制等安全關(guān)鍵領(lǐng)域，其可靠性成為制作和設(shè)計(jì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。為保證芯片系統(tǒng)的可靠性，需要進(jìn)行有效并且全面的故障檢測(cè)。芯片的有效性測(cè)試不僅僅存在于芯片生產(chǎn)完成后，進(jìn)行生化檢測(cè)之前，甚至在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中都需要不斷的進(jìn)行測(cè)試，以保證穩(wěn)定性。故障檢測(cè)完成后，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)液滴行走路線的重新配置，還需要對(duì)芯片陣列進(jìn)行準(zhǔn)確的故障定位。如何對(duì)測(cè)試液滴的測(cè)試路徑進(jìn)行規(guī)劃是節(jié)約芯片測(cè)試時(shí)間、提高芯片測(cè)試效率的核心問(wèn)題。

數(shù)字微流控芯片的測(cè)試方法是使實(shí)測(cè)試滴遍歷芯片的電極單元，因此實(shí)驗(yàn)液滴走過(guò)路徑的長(zhǎng)短直接影響測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短。為了不影響實(shí)驗(yàn)液滴的正常工作，數(shù)字微流控芯片陣列故障檢測(cè)屬于資源限制下的路徑優(yōu)化問(wèn)題，屬于NP難問(wèn)題。

因此，需要一種新的數(shù)字微流控芯片的故障檢測(cè)方法，使得在保證故障覆蓋率的前提下，最大程度的縮短故障定位時(shí)間，提高故障檢測(cè)效率，節(jié)約檢測(cè)成本，保障數(shù)字微流控芯片的安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法故障定位時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，而提出一種新的基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)及定位方法。

基于改進(jìn)粒子群算法的數(shù)字微流控芯片故障檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：獲取測(cè)試液滴的起始位置和終點(diǎn)位置；所述測(cè)試液滴用于在數(shù)字微流控芯片的相鄰電極陣列間移動(dòng)以判斷所述相鄰電極陣列間是否存在故障；每?jī)蓚€(gè)相鄰電極陣列間的邊被賦予了互不相同的編號(hào)；