数字微流控生化芯片多液滴稀释方法的研究

生化试验中如何将样品试剂配备过程转化成有效的数字生化芯片实现的协议,并给出相应的操作过程中的稀释/混合操作优化算法非常关键,是样品试剂配备过程的一个挑战。为减少操作步骤和节省药品,提出针对数字微流控生物芯片多液滴混合器稀释/混合操作优化算法,该算法允许多个液体参与混合分离操作,可以在误差允许范围内利用片上多液滴混合器用较少的操作步骤获得目标浓度的液滴。相对传统的两液滴混合方法,减少了稀疏/混合的步骤和稀释/混合时间,同时减少中间废弃液滴的数目。实验结果也表明可以在允许的误差范围内高效地进行混合/分离操作,获得目标浓度的液滴。     

存在故障的数字微流控芯片重构后测试

数字微流控芯片广泛用于生命科学领域,它对可靠性的要求很苛刻。由于数字微流控芯片的可重构性,在测试诊断的故障数小于一定比例时,电极阵列会被重构以撇开故障单元继续使用,而对于重构后的不规则电极单元,必须在使用前做强健完备的测试。首次提出对重构后的不规则电极单元进行并行测试:将重构电极阵列分为多个等大子阵列,每个子阵列分配1个测试液滴进行并行测试,目标为最小化测试时间。本文将测试时间最小化问题转化为分发池的分配问题,并为该NP完全问题建立ILP模型,计算最优测试时间。实验结果表明,该方法避免了重复诊断,最小化了故障后重构芯片的测试时间,获得了较好的测试效果。     

低成本聚合物微流控芯片加工技术综述

针对传统微流控芯片加工方法成本高昂、耗时长的问题,近年来出现了多种低成本的微流控芯片加工方法,在聚合物、纸等材料上加工、完成了能够满足其应用需求的微流控芯片。对当前各类基于聚合材料的低成本微流控芯片加工技术进行了梳理和总结,并对未来低成本微流控芯片的发展进行了展望。     

一种离心式微流控生化分析芯片

文章介绍了一种低成本、快速、自动化的离心式微流控生化分析芯片。该芯片通过整合样本前处理和多生化指标检测,采用了多级微流道与虹吸微阀相结合的方式把样本的前处理、样本输送、样本与生化试剂反应等过程集成于一体,并通过比色检测获得各个生化检测项目的结果。实验结果显示芯片比色孔光程的精密度的变异系数在0.08%~0.52%,通过血糖结果的精密度评估的芯片对样本和稀释液定量以及两者混合的精密度变异系数为1.4%,同时使用芯片测定15个生化项目的日间和批内精密度均小于3.5%,这表明该离心式微流控生化分析芯片符合临床检测要求。     

基于禁忌搜索的数字微流控生物芯片多目标综合优化算法

利用数字微流控生物芯片来实施生化分析实验的关键是如何提高电极利用率、增大操作的并行性以及最小化生化检验完成时间,因为这关系到检验结果是否完整准确。根据片上实际空闲电极的数量和位置,利用数字微流控芯片上功能模块具有动态重构这一特点,适时改变某些功能模块在片上的位置,提高操作的并行处理。结合改进的禁忌搜索算法对数字微流控生物芯片进行架构级调度和几何级布局,以实现提高电极利用率和最小化生化检验完成时间两个目标。仿真结果验证了优化算法的可行性和有效性,该算法可大大提高数字微流控生物芯片的电极利用率,减少生化检验的完成时间。     

聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制备

采用印刷电路板技术加工出芯片模具,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料制作出微流控芯片。该芯片由基片和盖片组成,微流控沟道位于基片上,深度和宽度分别为75μm和100μm,由盖片对其进行密封。考察了有绝缘漆模具和无绝缘漆模具制作的芯片的电泳分离情况。在该PDMS微流控芯片上对用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,当信噪比S/N=3时,最小检测浓度达到0.8×10-11mol/L。     

应用于肿瘤细胞基因表达水平分析的微流控芯片

近年来快速发展的微流控技术为单细胞基因诊断的基础研究提供了一个有力的平台,微流控芯片具有样品和试剂低消耗、快速实时、大量样本平行处理等优点,还可以使分析过程自动化、防止污染以及完成自动高效的重复实验。本文主要介绍一种用于高通量单细胞基因表达水平分析的微流控芯片技术平台。芯片集成了单细胞捕获、裂解、纯化、逆转录等生物样品处理单元,通过内置气动微阀实现细胞反应腔的独立寻址,从而实现单细胞处理与分析整个过程的自动化操控。实验结果显示了此平台可以实现基因表达水平稳定性的评估,具有应用于肿瘤早期诊断领域的潜力。     

微流控芯片及其应用

单层BD碟片容量为25GB、双层为50GB,基本上可以满足完全高清节目的记录播放。但是随着3D技术和互动技术的介入以及超大容量数据存储需求的增长,目前的BD标准将面临挑战。本文以工程实践的角度介绍了3种BD碟片的物理结构,并以此为基础,结合当前光存储领域的最新技术,从存储密度和数据传输率两方面展望了BD技术的发展趋势。     

基于FPGA的微流控芯片电泳控制系统设计

设计一套基于FPGA的微流控芯片的电泳控制系统。该系统采用具有大量控制端口的FPGA作为系统的控制芯片,同时为了节约控制端口,选取串行控制的A／D与D／A芯片;采用USB2.0高速传输接口与上位机通信,满足了实施控制与数据上传的要求;采用VerilogHDL语言对芯片编程后,可同时对30个PCR芯片实施控制,另外还编写了基于Windows XP的驱动程序与控制软件。     

面向PCR微流控芯片的多通道温控系统

基于PCR微流控芯片,研究和设计了一套多通道温度控制系统,实现了温控功能并应用于PCR扩增试验.系统由硬件电路搭建和控制软件编写共同实现.温度信号由AD590采集,经过CD4051选通,由TLD0832将模拟信号转换为数字信号,传送给AT89C2051.单片机根据负反馈算法对信号进行处理,得到控制指令,经过TLC5620得到模拟信号,控制驱动电路.利用汇编语言编写功能软件,包括A/D,D/A转换程序、跳转程序和系统闭环程序.通过自主设计的硬件电路和控制软件,实现了微型PCR微流控芯片的多通道温度控制系统.实验结果表明,系统符合PCR扩增原理的要求,升温迅速,控温准确,可用于PCR扩增试验.     

基于多故障模糊组的序贯多故障诊断方法

由于系统复杂性的显著提高,多故障发生的概率也逐渐增大;针对多故障诊断的困难性,提出一种序贯多故障诊断算法;算法以构建的单故障诊断树为基础,利用集合划分思想和多故障模糊组,并根据信息熵理论实现测试选择,逐渐扩展单故障诊断树,最终得到多故障诊断树;最后的系统实例详细阐述了序贯多故障诊断算法的应用过程,生成了多故障诊断树,可以有效地实现对系统多故障的检测.     

数字微流控生物芯片测试诊断过程分析和优化

针对数字微流控生物芯片的测试和诊断过程进行建模和分析,并根据并行测试的分块数和单元出错概率为相应的测试和诊断成本建立函数。通过Matlab对测试诊断成本函数的分析表明：随着并行测试分块数的增大,测试诊断成本的变化趋势不明显,也就是说,并行测试的分块数对测试诊断成本的影响不大;而随着单元出错概率p的增加,测试成本呈明显的增加趋势,且增加的幅度较大。另外,诊断过程中,根据单元出错概率对出错的子阵列再进行诊断,诊断过程必须持续若干次,直到所有故障定位后才能结束。在这些诊断中,针对最后一次定位的诊断成本是最大的,而且与其他次的诊断过程的成本相差几十个数量级,决定了总成本的大小。这些结论为数字微流控生物芯片的测试和诊断过程优化提供重要的理论依据,并为测试诊断方法的设计提供指导。     

数字电路板故障诊断测试数据自动生成

针对目前数字电路板故障诊断测试数据生成效率低的难题,文章引入基于国际先进的D前沿敏化和时间帧展开算法的电路板故障诊断测试数据自动生成系统,系统集成图形化电路输入、测试向量与故障字典自动生成、故障模拟和测试数据效能评估等功能,应用该系统可有效避免人工生成电路板测试数据,对提高数字电路板故障诊断效率和精度具有重大的现实意义。     

一种数据驱动的多故障诊断方法研究

结合统计建模与物理建模的指定元分析(DCA)有效地避免了主元分析的模式复合问题,从而能用来进行多故障诊断。针对非正交指定模式的处理问题,基于模式分组思想给出一种逐步DCA多故障诊断法,把常见变化模式分为几个正交模式组,然后关于各组指定模式,分别对所得观测数据阵或上一步DCA所得残差矩阵做DCA,逐步诊断各组中的故障是否发生。针对包含6种共存故障的观测数据的仿真研究表明,逐步DCA多故障诊断算法可有效地进行多故障诊断,且无需人为解释诊断结果的物理意义。     

机载系统多故障诊断推理方法研究

在传统的飞机排故活动中广泛使用的单故障前提假设在大型复杂机载系统中并不总是成立,然而多故障假设会导致解决故障诊断问题更加困难和耗时,实践中需要能在有限的时间内有效地求解该问题的方法;文章利用多故障诊断问题(MFD)与集合覆盖问题(SCP)的数学等效性,研究了拉格朗日松弛算法和次梯度优化算法在多故障诊断问题中寻找次优解的方法,并且使用蒙特-卡罗仿真验证了该方法在某试验系统排故应用中的有效性;结果表明该算法可以在一定前提下较为准确地处理多故障诊断问题。     

过程控制系统中多条件约束的多传感器故障检测与诊断

针对工业过程控制系统中的故障具有类型多样、时空独立和非线性等特点,使得检测与诊断效率降低,系统性能下降等问题,提出了一种基于自定义多条件约束的多传感器故障检测与诊断机制;该机制,首先考虑了系统的稳态和时空特征建立了非线性过程控制系统多故障模型,并给出了满足条件判定法则;然后对于系统中的单故障,并发故障和通信故障等类型给出了多条件约束法则及独立特性判断;最后提出了通过自定义多条件约束的多传感器故障检测与诊断机制;实验结果表明,在平均检测概率、稳态特征保持能力和系统功耗等方面明显优于无条件约束的机制,可以显著改善过程控制系统性能.     

针对动态系统的多故障诊断模型与优化算法

一般的静态故障诊断模型无法描述状态随时间变化的系统,为此用隐马尔可夫模型对动态变化的系统状态进行建模,给出了动态多故障诊断问题的形式化描述;该问题的目标函数是典型的集合覆盖问题,属于NP难解问题。通过将原始目标函数转化为若干个独立的子问题,并分别用动态规划算法进行求解,有效实现了动态系统的多故障诊断;与现有的方法相比,该方法在不影响检测率和隔离率的前提下,执行时间短,计算复杂度低,优化效果明显。     

基于多级BP神经网络的无线电罗盘多故障诊断研究

为了快速准确诊断出无线电罗盘多故障模块,针对诊断过程中的过拟合现象提出了基于提前停止法的学习率可变BP算法,并运用多级BP神经网络诊断思想,得出基于多级BP神经网络的多故障诊断方法;文中根据多级BP神经网络的多故障诊断方法,对具体的机载无线电罗盘测向电路建模仿真,将复杂的无线电罗盘电路分解为3个子网络,并对每个子网络建立合适的故障集,按顺序依次诊断得出无线电罗盘电路中的故障模块;此方法可快速准确定位电路中的多处故障模块,准确率较高且缩短了诊断时间.     

基于集成多神经网络在模拟电路故障诊断中的研究

以进行模拟电路故障诊断为主要目的,针对单神经网络故障字典法在进行复杂电路系统故障诊断时,对多故障和多任务诊断的不足之处,讨论了基于多故障的神经网络集成技术,采用集成多神经网络来提高诊断速度和精度,提出了集成多神经网络故障字典法来解决多故障任务,对基于层次分类模型的多重结构神经网络进行了研究,给出了两种对故障定位的统一融合算法,克服了采用单神经网络多故障时学习速度慢,出现新故障的网络要重新进行学习等缺点.并给出了应用实例.     

基于Rollout算法的冗余多故障诊断策略

针对冗余系统的多故障诊断问题,分析了冗余多故障系统的相关性矩阵模型,通过对模型进行转换后,用Rollout算法对基于信息熵的诊断策略进行优化,提出了一种新的多故障诊断策略;该策略不需要计算最小碰集,而且具有先测试,最后修复的特点,在具体应用中更便于操作;实例计算结果表明,和现有算法相比,本策略得到的期望测试费用更低。