考虑流端口数量约束下的连续微流控生物芯片流路径规划算法

来源：电子与信息学报杂志2023年第9期北京时间：

作者：陈志盛, 朱予涵, 刘耿耿, 黄兴, 徐宁

单位：1.福州大学计算机与大数据学院 福州 3501162.中国科学院计算机体系结构国家重点实验室 北京 1001903.西北工业大学计算机科学学院 西安 7100724.武汉理工大学信息工程学院 武汉 430070

摘要：连续微流控生物芯片通常需要构建复杂交错的流路径来支持样本/试剂的运输，也需要大量的流端口来推动液体的有序流动，这阻碍了生物芯片的进一步发展。因此，该文考虑了有限流端口驱动下的流路径规划问题，并提出一个流路径驱动下的连续微流控生物芯片的架构综合设计流程。首先采用基于列表调度算法实现操作的绑定与调度，通过时间窗对调度进行调整，从而满足给定的流端口数量约束；然后采用基于序列对表示的遗传算法求得芯片的布局设计，通过考虑并行任务之间的冲突以及组件之间的连接关系，进一步优化了布局解的质量；最后采用基于A*寻路的优化布线算法规划所需的流路径，以有效减少流通道总长度和交叉点数量，生成具有高执行效率的芯片架构。实验结果表明，该方法在严格满足给定的流端口数量约束条件下，极大地避免了各种液体运输任务的冲突，同时也优化了流通道的总长度以及交叉点的数量，降低了芯片的构造成本。

关键词：连续微流控生物芯片, 高层次综合, 流层物理设计

基金资助：国家自然科学基金(61877010)，国家重点基础研究发展计划(2011CB808003)，计算机体系结构国家重点实验室开放课题(CARCHB202014)