[发明专利]基于禁忌搜索与人工势场法相结合的数字微流控芯片在线测试方法

说明书

本发明涉及一种基于禁忌搜索与人工势场法相结合的数字微流控芯片在线测试方法，属于数字微流控芯片故障测试领域，本发明为了解决现有的在线测试方法大多针对于定制的、具有特殊电极布局的数字微流控芯片，因而导致实际应用范围较窄的问题，针对具有规则的长方形电极布局的数字微流控芯片，提出一种基于禁忌搜索与人工势场法相结合的数字微流控芯片在线测试方法，包括：建立数字微流控芯片在线测试的数学模型；构建邻接列表；设置初始参数；计算从当前节点的可选邻域内各节点所受到的合力值，根据合力值及禁忌表选择下一节点；更新禁忌表；判断路径是否完整；判断迭代次数是否达到预设值。本发明适用于数字微流控芯片的在线测试路径优化问题。

技术领域

本发明涉及一种基于禁忌搜索与人工势场法相结合的数字微流控芯片在线测试方法，属于数字微流控芯片故障测试领域。

背景技术

微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等试验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被称为芯片试验室。由于其在生物化学分析领域展现出的优势，微流控芯片技术的各个领域一直是学者们研究的重点，数字微流控芯片已经被广泛应用于DNA分析，PCR反应，环境检测，药品筛选等国民生活与经济安全领域。在现阶段，微流控芯片的主流形式是通过控制芯片上形成的通道网络来实现流体控制以完成生物化学试验的各种功能。但近年来，由于对片上试验的复杂度与集成度的要求不断提高，出现了能够模块灵活组合与规模集成程度更高的的数字微流控芯片。

数字微流控芯片对以离散形式在平面上自由运动的微小液滴进行操纵，是一种与传统的基于连续流道的微流控芯片不同的新的控制模式。该芯片的典型结构为三明治结构，一般采用玻璃基底或者PCB基底，在顶层制作连续的公共电极，底层则被分割为一个个独立的电极单元，两层电极的中间层作为微小液滴和包容介质的活动空间。对离散液滴的控制基于介电润湿原理，通过改变液滴与介电层之间表面张力的大小来驱动液滴运动。芯片底层的每个独立电极单元分别连接不同的引脚，通过对引脚施加不同的电压序列，可以完成液滴分离，运输，混合等各种操作。基于数字微流控芯片的液滴控制方式技术简单，与基于流道的微流控芯片“一旦完成设计与制作，通道网络模式便固定下来”不同，通过施加不同的、合理的电压驱动序列，在同一片数字微流控芯片上可以设计完成不同的试验，实现芯片功能的重构，也利于更多功能模块的后续集成。另外，与传统的通道网络结构较为简单、试验复杂度小等不足相比，数字微流控芯片可以提供更加多样的液滴控制模式，在芯片规模增大时，控制难度也并没有显著增加，能够适应更高复杂度与更大集成度片上试验的需求，是未来微流控芯片的重要发展方向。

由于数字微流控芯片多被用于安全苛责领域，对可靠性的要求很高，因此，对芯片进行充分测试是保证芯片正常使用中的重要一环。芯片的故障产生方式可以分为两种，一部分来源于芯片生产过程中，由于生产工艺限制导致的参数错误，两层电极之间不平行或间距不适宜，或者制作过程导致的电极缺陷等；另一部分则会在芯片的使用过程中产生，这些故障有些在使用前表现为隐性，但却会在芯片的使用过程中表征出来，另一部分是由于使用过程中操作不当，例如驱动电压过大导致或者电极老化引起的电极短路或短路故障，试剂中的有机物例如核酸和蛋白质引入的污染，导致电极阻塞等等。不管是哪种原因导致的电极故障，最终都会表征为试验液滴运动失常，从而导致试验失败。因此，在片上试验进行的同时，利用空闲的电极单元，同步地对芯片进行在线测试具有十分重要的意义。数字微流控芯片上的试验通常是快速、高通量的反应与检测过程，对结果的可靠性要求较高，通过在线检测的结果，可以及时发现芯片产生的故障，从而可以在发现故障后及时中断试验过程，节省珍贵的试剂资源并且避免得到错误的实验结果。在线测试路径优化的目标是尽可能的找到更短的测试路径，从而缩短测试时间，更早的发现芯片产生的故障。