微流控芯片与计算机间通信模型的研究

论文摘要

微流控芯片及其相关分析系统是一个涉及到化学、生物学、微电子学、机械学、控制科学、信息学等多学科的研究领域，由于其涉及学科的多样性，所以在设计和实施上存在许多困难。现阶段，微流控芯片的功能还远没有达到硅芯片的水平，要利用微流控芯片完成一些科学计算、医学检测以及药物筛选等工作，还必须依靠计算机机的帮助，这就使得微流控芯片与计算机间的通信变得十分重要。本文主要讨论如何在微流控芯片与计算机之间建立开放式的通信模型，同时对建立的模型进行简单的实现。首先，针对微流控芯片与计算机各自的特点，在微流控芯片与计算机之间提出了一种开放式的不对称层次通信模型。模型的主要特点是将复杂的通信过程划分成七个不同层次，每层从自己的下一层得到服务并同时向自己的上一层提供服务。为了符合开放性的特点，模型仅仅规定每个层的功能，对层的具体实现技术不做要求。其次，对层次通信模型进行了简单的实现，以验证模型的可行性和实用性。依照层次通信模型的特点，分别对计算机端的应用层、指令封装／解释层、传输层和接口层以及微流控芯片端的反应解释层、反应层和反应反馈层利用相关技术进行了简单而具体的实现。其中对指令封装／解释层中指令的定义作了具体的规定，对指令的操作通过COM组件来实现；对传输层利用计算机串行协议（Rs-232）直接实现；对接口层则利用微流控芯片分析系统来完成其功能，论文还详细讨论了如何对微流控芯片分析系统进行自动化分析的改造，使其适应层次模型的要求；在微流控芯片端的三层中，则对其运算、存储逻辑的定义和化学实现的相关技术作了详细而明确的规定。最后，在模型简单实现的基础上，对层次模型未来的推广做了探讨，其中对模型的开放性问题做了较为深入的讨论。论文的研究成果为微流控芯片与计算机之间的通信提出了一种开放式的标准，降低了两者之间实现通信的复杂度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 微流控芯片及其分析系统的发展历程
• 1.1.2 微流控芯片及其分析系统当前研究热点
• 1.2 国内外研究现状及研究进展
• 1.3 论文的主要研究内容及创新点
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 微流控芯片与计算机间的层次通信模型
• 2.1 引言
• 2.2 微流控芯片与计算机通信的可分层性
• 2.3 微流控芯片与计算机间层次通信模型的建立
• 2.3.1 微流控芯片与计算机通信模型的层次划分
• 2.3.2 微流控芯片与计算机层次通信模型的具体建立
• 2.4 微流控芯片与计算机间层次通信模型的可行性分析
• 2.4.1 通信模型建立的可行性
• 2.4.2 原型通信模型中各个层实现的可行性
• 2.5 小结
• 第3章 层次通信模型中指令封装/解释层的研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算机端指令封装/解释层规范的实现
• 3.2.1 计算机端指令封装/解释的编码规则
• 3.2.2 计算机端指令封装/解释的编码实现
• 3.3 计算机端指令封装/解释的通用性问题
• 3.3.1 COM技术详解
• 3.3.2 COM技术在指令封装/解释层中的应用
• 3.4 小结
• 第4章 层次通信模型中接口层的研究
• 4.1 引言
• 4.2 接口层中自动互换问题涉及的相关图像处理算法
• 4.3 微流控芯片分析系统自动化改造的实现
• 4.3.1 微流控芯片自动分析系统的组成
• 4.3.2 基于图像处理技术的微流控芯片自动定位方法
• 4.3.3 自动化分析改造的实验结果
• 4.4 小结
• 第5章 层次模型中微流控芯片端的实现
• 5.1 引言
• 5.2 微流控芯片中运算器的实现
• 5.3 微流控芯片中存储器的实现
• 5.4 微流控芯片端三层的具体划分
• 5.5 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加的项目、发表的论文及申请的专利