支持动态错误恢复的流式微流控生物芯片控制与流体协同设计方法

基本信息
批准号:61674093
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:姚海龙
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何宗易,王钦,贾小涛,王晨光
关键词:
流体层设计动态错误恢复流式微流体生物芯片设计自动化控制层设计
结项摘要

Microfluidic biochips, also called Lab-on-a-Chip (LoC), has revolutionized the traditional biochemical area. Using microfluidic biochips, the required sample and reagents in bioassays are reduced to nano-liter volume. Therefore, the bioassay’s cost is greatly reduced, and the sensitivity is greatly enhanced, which bring significant economic benefit. LoCs have broad application fields, including food safety, environmental monitoring, clinical diagnosis, etc. According to Research and Markets, the global microfluidic device market grows rapidly at the compound annual growth rate (CAGR) of 22.8%, which will reach $5.2 billion in 2019. Currently, biochips are manually designed due to the lack of mature automated design tools. With the inevitable increase in the integration scale of biochips, automated design tools will become necessary. Existing automated design works of biochips perform flow-layer design and control-layer design separately, which results in degraded solution quality due to lacks of the interaction between the two stages. This project proposes the first complete flow-control co-design methodology for greatly improved design quality. The key scientific problems on dynamic real-time error recovery are further studied, which results in mature systematic automated design flow for microfluidic biochips. This project will achieve world-class research results, and will develop the first demonstrative automated design tool for microfluidic biochips. The automated design tool will be published online to support the biochip design process for national and even foreign experts in biochip applications.

微流控生物芯片,又称为片上实验室,给传统生物化学领域带来巨大变革。采用微流控生物芯片,试验样本和试剂需求量可以减少到纳升级别,极大降低试验成本,提高灵敏度,带来巨大的经济效益。片上实验室应用广泛,包括食品安全、生态环境监测、临床诊断等。据国际机构“研究与市场”预测,全球微流控生物芯片市场以复合年增长率22.8%高速增长,将于2019年达到52亿美元。目前,由于缺乏成熟的自动化设计工具,生物芯片采用手工设计。随着生物芯片集成度的增大,自动化设计工具将不可或缺。针对现有设计方法中控制层与流体层设计分离进行、缺乏交互的问题,本课题首次提出完整的控制层与流体层协同设计方法学,并深入研究实时动态运行错误恢复的关键科学问题,形成完善的自动化设计系统流程。本课题预期取得国际一流的科研成果,并完成首款生物芯片自动化设计示范型工具,为国家乃至世界生物芯片应用专家提供支持。

项目摘要

微流控生物芯片,又称为片上实验室,给传统生物化学领域带来巨大变革。随着生物芯片集成度的增大,自动化设计工具将不可或缺。针对现有设计方法中控制层与流体层设计分离进行、缺乏交互的问题,本课题首次提出完整的控制层与流体层协同设计方法学,并深入研究流体层布线、控制层阀门切换优化、基于机器学习的微流控生物芯片设计等关键科学问题,形成了完善的自动化设计系统流程。本课题研究取得了一系列国际一流的科研成果,共发表21篇国际期刊和会议论文(11篇论文标明资助信息),其中,以第一作者或通讯作者发表CCF A类顶尖期刊IEEE Transactions on CAD论文6篇,IEEE Trans. on Biomedical Circuits and Systems (IF = 4.042) 论文1篇,CCF A类顶尖会议DAC论文2篇。获得2项专利授权,并完成了生物芯片自动化设计在线示范应用,为国家生物芯片应用专家提供支持。基于该项目资助所取得的科研成果,负责人获得“德国资深研究人员洪堡学者”荣誉资助。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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