[發(fā)明專利]一種磁性納米粒子仿真測試平臺的優(yōu)化設計方法及裝置

有效

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• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109472114B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 王莉;周潼;牛群峰;侯志偉;毛志鑫;惠延波
• 申請（專利權）人: 河南工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/27;G06N3/12;G16C60/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權代理有限公司 41119
• 代理人: 崔旭東

本發(fā)明提供一種磁性納米粒子仿真測試平臺的優(yōu)化設計方法及裝置，屬于磁性納米粒子仿真測試平臺的設計和優(yōu)化技術領域。該優(yōu)化方法包括：1)設置磁性納米粒子仿真測試平臺待優(yōu)化參數(shù)的取值范圍和精度，所述待優(yōu)化參數(shù)至少包括線圈通入電流強度I、線圈距離L和線圈匝數(shù)N；以每一組待優(yōu)化參數(shù)的取值為種群中的一個個體，設置遺傳算法的控制參數(shù)；通過構造評價函數(shù)計算種群中每個個體的適應度；2)生成初始種群，計算初始種群中每個個體的適應度；3)迭代地進行遺傳操作，生成新種群，計算新種群中每個個體的適應度，輸出滿足迭代停止條件時的最優(yōu)解作為待優(yōu)化參數(shù)的取值。本發(fā)明解決了如何設置磁性納米粒子仿真測試平臺參數(shù)的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及一種磁性納米粒子仿真測試平臺的優(yōu)化設計方法及裝置，屬于磁性納米粒子仿真測試平臺的設計和優(yōu)化技術領域。

背景技術

磁性納米粒子(Magnetic Nanoparticles，MNPs)是近幾年來發(fā)展迅速且實用價值極高的新型材料，在生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、化學催化、免疫檢定等方面有著廣泛的應用，其制備方法包括共沉淀法、水熱法、熱分解法等。磁性納米粒子由于其獨特的物理化學特性，可作為免疫檢定過程中的固相載體，再通過抗體抗原之間的反應，逐步實現(xiàn)檢測和分析等功能，與此同時，磁性納米粒子作為一種磁性材料，具有磁學性質。

可以通過軟件技術搭建磁性納米粒子測試仿真平臺對磁性納米粒子的各種性能進行研究。圖1為一種磁性納米粒子仿真測試平臺的結構示意圖，該仿真測試平臺包括：球形磁屏蔽環(huán)境1、亥姆霍茲線圈和磁性納米粒子裝置4。其中，亥姆霍茲線圈由一對半徑相同、匝數(shù)相同、繞線厚度相同并且同軸平行放置的圓形線圈(即第一線圈2和第二線圈3)構成，兩個線圈之間的軸向距離與線圈的半徑相同。磁性納米粒子裝置4是使用微流控和MEMS技術制造的厚度為微納級、半徑不同的圓形薄片裝置，其具體結構如圖2所示，包括磁性納米粒子5、玻璃邊框結構6、混合溶液7和吸附磁性納米粒子的特殊基底結構8。由于實際用途和測量精度需求的差異，處理不同數(shù)量級的磁性納米粒子時使用的磁性納米粒子裝置的尺寸不同。

磁性納米粒子仿真測試平臺通過亥姆霍茲線圈對磁性納米粒子裝置4施加勻強磁場，畢奧-薩伐爾定律如公式(1)所示，通過該公式可以計算穩(wěn)定電流所產(chǎn)生的磁場。

公式(1)中，μ₀為真空磁導率，Idl為電流元，r為電流元與空間中任意點之間的距離。

根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，可對亥姆霍茲線圈內部的磁感應強度、磁感應強度Bx分量等進行計算。其中，通過畢奧-薩伐爾定律推出的亥姆霍茲線圈軸線上磁場強度計算方法如公式(2)所示：

公式(2)中，N為線圈匝數(shù)，R為線圈半徑，I為電流強度，c是軸線上任意一點距離兩線圈中心點的距離，μ₀為真空磁導率。

然而，如何設置磁性納米粒子仿真測試平臺的參數(shù)，是亟需解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種磁性納米粒子仿真測試平臺的優(yōu)化設計方法及裝置，用以解決如何設置磁性納米粒子仿真測試平臺參數(shù)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磁性納米粒子仿真測試平臺的優(yōu)化設計方法，包括以下步驟：

1)設置磁性納米粒子仿真測試平臺待優(yōu)化參數(shù)的取值范圍和精度，所述待優(yōu)化參數(shù)至少包括線圈通入電流強度I、線圈距離L和線圈匝數(shù)N；

以每一組待優(yōu)化參數(shù)的取值為種群中的一個個體，設置遺傳算法的控制參數(shù)，所述控制參數(shù)至少包括最大進化代數(shù)、初始種群大小、交叉概率和變異概率；

通過構造評價函數(shù)計算種群中每個個體的適應度，所述評價函數(shù)的性能指標至少包括磁感應強度、磁感應強度Bx分量、磁感應強度均勻度和磁感應強度Bx分量均勻度；