微型片上生化反应检测装置的组件布置方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生化反应检测领域，尤其涉及微型片上生化反应检测装置的组件布置 方法和系统。
【背景技术】
[0002] 现有生物芯片（Bio-Chip)由于片上反应资源有限，组件布局是否合理直接影响 检测完成时间，为了针对不同检测更好的利用有限的片上资源以减小检测时间，需要设置 合理的组件的物理位置布局及其连接路径的布置方案。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种微型片上生化反应检测装置的组件布置方法和系统，以通过合理 设计组件的物理位置及其连接路径实现减小整个生化反应检测过程的时间。
[0004] 本发明的第一个方面是提供一种微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，包 括：
[0005] 设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜测值递推规则，所述 约束条件包括反应完成时间约束条件；
[0006] 根据所述猜测值递推规则计算得到第k次猜测值并代入第k次所述反应完成时间 约束条件组成第k次ILP约束条件，在所述第k次约束条件下联合求解并判断所述第k次 猜测值对应的ILP是否可行；
[0007] 如果可行则将ILP解的上界更新为所述第k次猜测值，如果不可行则将ILP解的 下界更新为所述第k次猜测值；
[0008] 迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP 上界或下界的过程直至求得ILP的最终解为组件位置布局。
[0009] 本发明的第二个方面是提供一种微型片上生化反应检测装置的组件布置系统，包 括：
[0010] 位置布局模块，用于设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜 测值递推规则、所述约束条件包括反应完成时间约束条件，根据所述猜测值递推规则计算 得到第k次猜测值并代入第k次所述反应完成时间约束条件组成第k次ILP约束条件，在 所述第k次约束条件下联合求解并判断所述第k次猜测值对应的ILP是否可行，在可行时 则将ILP解的上界更新为所述第k次猜测值、在不可行时则将ILP解的下界更新为所述第 k次猜测值，和迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更 新ILP上界或下界的过程直至求得ILP的最终解，以及将所述组件位置布局与组件路由布 局组成组件布置方案输出；
[0011] 路由布局模块，用于根据迷宫算法计算得到所述组件位置布局下的路由布局。
[0012] 本发明的有益效果为：
[0013] 本发明微型片上生化反应检测装置的组件布置方法通过采用ILPdnteger LinearProgramming，整数线性规划）算法设计生物芯片，也即在设计生物芯片时将组件位 置的限制条件和生化反应完成顺序的限制条件设置为ILP的约束条件，并通过逐次迭代求 解含有生化反应完成时间这一未知约束的ILP来缩小ILP解的上界和下界，得到最终解从 而给出组件位置布局，从而通过合理设计组件的物理位置及其连接路径实现了减小整个生 化反应检测过程的时间；特别是在迭代时生化反应完成时间的猜测值以几何级数更新法替 代现有ILP中的二分法，减小了求解时间，提高了针对不同检测流程组件布置的设计速度。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明微型片上生化反应检测装置的组件布置方法实施例一的流程图；
[0015] 图2为本发明微型片上生化反应检测装置的组件布置系统实施例一的结构框图。
【具体实施方式】
[0016] 图1为本发明微型片上生化反应检测装置的组件布置方法实施例一的流程图，如 图1所示，本发明微型片上生化反应检测装置的组件布置方法包括：
[0017] S101、设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜测值递推规 贝1J，所述约束条件包括反应完成时间约束条件；
[0018] 优选的，所述ILP的约束条件（1)~（4)包括：
[0019] 组件对应且仅对应一个物理位置的约束条件（1):
[0020]
【主权项】
1. 一种微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于，包括： 设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜测值递推规则，所述约束 条件包括反应完成时间约束条件； 根据所述猜测值递推规则计算得到第k次猜测值并代入第k次所述反应完成时间约束 条件组成第k次ILP约束条件，在所述第k次约束条件下联合求解并判断所述第k次猜测 值对应的ILP是否可行； 如果可行则将ILP解的上界更新为所述第k次猜测值，如果不可行则将ILP解的下界 更新为所述第k次猜测值； 迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP上 界或下界的过程直至求得ILP的最终解为组件位置布局。
2. 根据权利要求1所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 所述ILP的约束条件⑴~⑷包括： 组件对应且仅对应一个物理位置的约束条件（1):
其中，ami表示组件对应的布局变量，所述布局变量a mi中的X、y、t、i分别表示 组件的两个物理位置坐标、组件在生化反应过程中的时间节点、和组件标识符；气~表示第 i组件所需的第j种资源的量，h表示第j种资源的总量；T表示生化反应完成总时间。
3. 根据权利要求1所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 所述反应完成时间的猜测值递推规则包括： 设定第一次猜测值 或者， 根据公式（6)更新第k次猜测值tk:
其中，k>l，Ulrt表示第（k-1)次迭代的ILP解的上界，L H表示第（k-1)次迭代的ILP 解的下界。
4. 根据权利要求3所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 所述迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP上 界或下界过程直至求得ILP的最终解包括： 迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP上 界或下界过程直至迭代次数n满足（7): n = loglog (U^/L^) (7)； 其中，Ulri表示第（n-1)次迭代的ILP解的上界，Llri表示第（n-1)次迭代的ILP解的 上界。
5. 根据权利要求1所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 所述组件包括用于检测微型片上生化反应物的输入储液槽、输出储液槽和稀释槽。
6. 根据权利要求5所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 所述组件还包括用于检测微型片上生化反应物的光学传感器。
7. 根据权利要求1所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置方法，其特征在于， 在所述迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP 上界或下界的过程直至求得ILP的最终解为组件位置布局之后，还包括： 根据迷宫算法计算得到所述组件位置布局下的路由布局，所述组件位置布局与所述组 件路由布局组成组件布置的输出方案。
8. -种微型片上生化反应检测装置的组件布置系统，其特征在于，包括： 位置布局模块，用于设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜测值 递推规则、所述约束条件包括反应完成时间约束条件，根据所述猜测值递推规则计算得到 第k次猜测值并代入第k次所述反应完成时间约束条件组成第k次ILP约束条件，在所述 第k次约束条件下联合求解并判断所述第k次猜测值对应的ILP是否可行，在可行时则将 ILP解的上界更新为所述第k次猜测值、在不可行时则将ILP解的下界更新为所述第k次猜 测值，和迭代所述计算得到第k次猜测值、所述求解判断对应ILP是否可行和所述更新ILP 上界或下界的过程直至求得ILP的最终解，以及将所述组件位置布局与组件路由布局组成 组件布置方案输出； 路由布局模块，用于根据迷宫算法计算得到所述组件位置布局下的路由布局。
9. 根据权利要求8所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置系统，其特征在于， 所述ILP的约束条件⑴~⑷包括： 组件对应且仅对应一个物理位置的约束条件（1):
其中，ami表示组件对应的布局变量，所述布局变量a mi中的x、y、t、i分别表示 组件的两个物理位置坐标、组件在生化反应过程中的时间节点、和组件标识符；气r7表示第 i组件所需的第j种资源的量，rj表示第j种资源的总量；T表示生化反应完成总时间。
10.根据权利要求8所述的微型片上生化反应检测装置的组件布置系统，其特征在于， 所述反应完成时间的猜测值递推规则包括： 设定第一次猜测值 或者， 根据公式（6)更新第k次猜测值tk:
其中，k>l，Ulrt表示第（k-1)次迭代的ILP解的上界，L H表示第（k-1)次迭代的ILP 解的下界。
【专利摘要】本发明的第一个方面是提供一种微型片上生化反应检测装置的组件布置方法和系统，包括：设计整数线性规划ILP的约束条件且设定反应完成时间的猜测值递推规则，所述约束条件包括反应完成时间约束条件；根据所述猜测值递推规则计算得到第k次猜测值并代入第k次所述反应完成时间约束条件组成第k次ILP约束条件，在所述第k次约束条件下联合求解并判断所述第k次猜测值对应的ILP是否可行；如果可行则将ILP解的上界更新为所述第k次猜测值，如果不可行则将ILP解的下界更新为所述第k次猜测值；迭代上述过程直至求得ILP的最终解为组件位置布局。本发明所述方法通过合理设计组件的物理位置及其连接路径能够减小整个生化反应检测过程的时间。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104820767
【申请号】CN201510280749
【发明人】胡师彦, 谢俊
【申请人】胡师彦, 谢俊
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月27日