数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法技术

本发明专利技术公开了一种数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，包含如下步骤：建立优先约束、资源约束、重叠约束、流体约束四个约束条件的模型；建立连锁生物化学反应在数字微流控生物芯片上完成总时间的目标模型；基于马尔可夫决策，根据所述四个约束条件的模型求解所述完成时间的目标模型的最优解；根据所述最优解，控制数字微流控生物芯片上生物化学反应的实现过程。本发明专利技术能够将数字微流控生物芯片中的生物化学反应的时间将至最低，还具有低成本、高精度和高效率的优点。

Time optimization method for computer-aided design layout of digital microfluidic biochips

The invention discloses a time optimization method for computer-aided design layout of digital microfluidic biochips, which includes the following steps: establishing a model of four constraints: priority constraints, resource constraints, overlapping constraints and fluid constraints; establishing a target model of chain biochemical reactions to complete total time on digital microfluidic biochips; and based on Markov decision-making, according to the model. The model with four constraints is described to solve the optimal solution of the target model of the completion time, and according to the optimal solution, the realization process of biochemical reactions on the digital microfluidic biochip is controlled. The invention can minimize the biochemical reaction time in the digital microfluidic biochip, and has the advantages of low cost, high precision and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】
数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法
本专利技术涉及数字微流控生物芯片计算机辅助设计领域，更具体地说，涉及一种数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法。
技术介绍
首先介绍微流控生物芯片的物理设计。如图1所示，微流控生物芯片主要由电极板构成，通过电润湿电极驱动液滴进行移动、混合、反应和存储等操作，液滴中存储着生物化学实验所需要的相关试剂样本，所有液滴均夹在两层铟锡氧化物电极板中间。这里有两种不可重配置的资源分别是光学检测器和光学分配端口，光学检测器用来检测每个操作是否正常进行，作为一种特殊的资源，它的位置在制造阶段就被固定下来并且在整个物理设计中都无法移动，光学分配端口用来产生液滴。随着科学的进步，生化实验也愈加复杂，传统的微流控生物芯片设计已经无法满足需求，但是通过计算机辅助设计的帮助，不仅解决了该问题，而且还具有低成本、高精度和高效率的优点。微流控生物芯片的计算机辅助设计主要由任务规划、布局和布线三部分组成，包括了时间和尺寸两个优化目标，计算机辅助设计通过建立一个3D模型来模拟微流控生物芯片的一系列实验过程，如图2所示，将生物芯片的物理平面作为x-y平面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、建立以下四个约束条件的模型：1)优先约束条件：化学反应的优先顺序定义了数字微流控生物芯片设计期间的对于不同操作的执行顺序；2)资源约束条件：确保整个系列生物化学反应使用每种类型的化学药剂，均不超过其资源限制的上限；3)重叠约束条件：确保了系列生物化学反应在同一个时间点不会在同一个位置执行；4)流体约束条件：定义了数字微流控生物芯片液滴之间的最小间距；S2、建立连锁生物化学反应在数字微流控生物芯片上完成总时间的目标模型：

【技术特征摘要】
1.一种数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、建立以下四个约束条件的模型：1)优先约束条件：化学反应的优先顺序定义了数字微流控生物芯片设计期间的对于不同操作的执行顺序；2)资源约束条件：确保整个系列生物化学反应使用每种类型的化学药剂，均不超过其资源限制的上限；3)重叠约束条件：确保了系列生物化学反应在同一个时间点不会在同一个位置执行；4)流体约束条件：定义了数字微流控生物芯片液滴之间的最小间距；S2、建立连锁生物化学反应在数字微流控生物芯片上完成总时间的目标模型：其中，{o1,o2,…,on}代表实验的所有的操作集，n≥2，t(oi)代表每一个操作oi的执行时间；S3、基于马尔可夫决策，根据所述四个约束条件的模型求解所述完成时间的目标模型的最优解；S4、根据所述最优解，控制数字微流控生物芯片上生物化学反应的实现过程。2.根据权利要求1所述的数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，所述优先约束条件的建模具体包括：针对一系列的连锁生物化学反应，根据反应物之间的相互依赖关系，建立有向图定义生物化学反应之间的约束关系，记为G＝{O,P}，图G中的O,P两项参数定义如下：O＝{o1,o2,…,on}：表示一系列的生物化学反应；P＝{p1,p2,…,pm}：表示两个化学反应之间的优先约束条件，m≥n。3.根据权利要求1所述的数字微流控生物芯片计算机辅助设计布局的时间优化方法，其特征在于，资源约束条件的建模具体包括：定义化学反应的药剂a用量为ma,药剂a总量为Ma，资源约束条件的模型为：4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小岛，刘东波，王玥玮，万超伟，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42