数字微流控芯片污染故障清除方法研究

摘要

数字微流控技术作为一门新兴的多学科交叉技术，已经广泛应用于药物筛选、临床疾病诊断、蛋白质组研究、功能基因组研究、基因表达研究等领域，由于这些领域对芯片可靠性要求异常严格因此，对其进行有效的测试是确保芯片可靠工作的重要手段。随着数字微流控芯片设计复杂性的提高，由液滴路径相交而导致的污染，会影响检测结果的准确性。因此，有效的污染故障清除策略对数字微流控芯片的研究具有非常重要的意义。 本文提出基于最大最小蚁群算法的污染故障在线清除策略。该策略针对数字微流控芯片污染故障建立MTSP模型，设计基于流体和时间约束的禁忌判断策略，重新定义蚁群算法的转移概率函数和信息素更新策略，采用最大最小蚁群算法进行路径寻优，实现清洗液滴路径规划、快速清除污染故障。 最后本文以人体生理体液的多元体外诊断实验为实验对象，验证在复杂生物化学实验中，采用污染故障在线清除策略清除交叉污染的有效性。此外，采用该算法对整个芯片上液滴残留进行清洗时，分别进行单清洗液滴、多清洗液滴实验。实验结果表明，污染故障在线清除策略能有效地减少清洗时间，减少阵列单元使用数目，并且使用多清洗液清洗污染单元能够有效地减少清洗时间。