[發(fā)明專利]基于改進(jìn)Dijkstra算法和IPSO結(jié)合的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811044287.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109190259B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭文斌;付平;石金龍;尹洪濤;王安琪;葉俊濤;孫媛媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/367
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/367;G06F30/392;G06F111/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

基于改進(jìn)Dijkstra算法和IPSO結(jié)合的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法，涉及數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法的用時(shí)長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題。該方法包括：步驟一、基于改進(jìn)Dijkstra算法計(jì)算兩個(gè)待混合液滴之間的最短路徑；改進(jìn)Dijkstra算法為在現(xiàn)有Dijkstra算法中引入代價(jià)函數(shù)，代價(jià)函數(shù)引導(dǎo)現(xiàn)有Dijkstra算法向到起點(diǎn)距離最短、到終點(diǎn)距離最短和到故障點(diǎn)距離最長(zhǎng)的方向進(jìn)行搜索；步驟二、基于IPSO計(jì)算移動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)在保證混合完成的條件下，液滴移動(dòng)距離最短，完成故障修復(fù)。本發(fā)明適用于修復(fù)數(shù)字微流控芯片的故障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)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。

現(xiàn)階段，數(shù)字微流控芯片的應(yīng)用主要集中在生物、醫(yī)藥領(lǐng)域，各種體液都可以在數(shù)字微流控芯片中進(jìn)行分析，還可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的生化實(shí)驗(yàn)，包括DNA的提取、復(fù)制和放大，細(xì)胞分析和免疫測(cè)定等。而隨著微流控芯片應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，我們面臨著在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)多過(guò)程，多反應(yīng)的巨大需求。但是，由于微尺度加工工藝存在脆弱環(huán)節(jié)，隨著新材料不斷引入，都使這類(lèi)芯片更容易面臨故障風(fēng)險(xiǎn)。潛在故障風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致芯片壽命的不確定性，從而限制其進(jìn)一步發(fā)展，而DMFB的穩(wěn)定性和可靠性的提高可以大幅度擴(kuò)展數(shù)字微流控芯片的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，為了保證芯片的有效性，芯片經(jīng)過(guò)故障檢測(cè)、故障診斷之后要對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)故障修復(fù)方法是保證芯片穩(wěn)定工作、延長(zhǎng)芯片使用壽命不可或缺的重要手段。

數(shù)字微流控芯片的故障修復(fù)方法是對(duì)有故障的芯片進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，保障在故障芯片上能完成生化實(shí)驗(yàn)。然而，現(xiàn)有的故障修復(fù)方法的用時(shí)長(zhǎng)、效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法的用時(shí)長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題，從而提供基于改進(jìn)Dijkstra算法和IPSO結(jié)合的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法。

本發(fā)明所述的基于改進(jìn)Dijkstra算法和IPSO結(jié)合的數(shù)字微流控芯片故障修復(fù)方法，該方法包括：

步驟一、基于改進(jìn)Dijkstra算法計(jì)算兩個(gè)待混合液滴之間的最短路徑，使兩個(gè)待混合液滴根據(jù)該最短路徑運(yùn)動(dòng)到同一位置；

改進(jìn)Dijkstra算法為在現(xiàn)有Dijkstra算法中引入代價(jià)函數(shù)，代價(jià)函數(shù)引導(dǎo)現(xiàn)有Dijkstra算法向到起點(diǎn)距離最短、到終點(diǎn)距離最短和到故障點(diǎn)距離最長(zhǎng)的方向進(jìn)行搜索；

步驟二、基于IPSO計(jì)算移動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)在保證混合完成的條件下，液滴移動(dòng)距離最短，完成故障修復(fù)，所述移動(dòng)路徑為從步驟一的同一位置到兩個(gè)待混合液滴完成混合所需路徑。

優(yōu)選的是，代價(jià)函數(shù)f_cost(D_k,i)為：