首页/浙江/杭电老师连发两篇封面论文 有望解决部分医疗检测设备家庭化难题
杭电老师连发两篇封面论文 有望解决部分医疗检测设备家庭化难题

新冠疫情在全球爆发,核酸检测设备的体积和速度引起广泛关注。让医疗检测设备小型化、便携化,并加速检测速度,成为医学发展重要方向。而微流控研究就是致力于让医疗检测设备小型化。

微信图片_20210311143124.png

杭州电子科技大学王骏超副教授近日在片上实验室领域旗舰期刊Lab on a Chip《芯片实验室》上发表的封面论文“Predicting the fluid behavior of random microfluidic mixers using convolutional neural networks”(基于卷积神经网络预测随机微流控混合器的流体特性),有望为微流控芯片设计找到“捷径”,从而打开医疗检测设备小型化芯片设计制造的“快捷之门”。而此论文也是王骏超等人时隔一年后第二篇Lab on a Chip封面论文,并在近日得到英国皇家化学学会中文官微头条推介。

微信图片_20210311143133.jpg

王骏超副教授

微流控的英文名为microfluidic chip,也是一种芯片。微流控芯片同一般集成电路芯片不同之处在于,后者通过硅、铜材质的电路图电压运行工作,而前者则通过树脂、玻璃等聚合物里的液体(聚合物有惰性,不会和流经液体发生反应)压力差运行工作。“微流控芯片做液体检测,优势是液体样本量变小了,反应体芯片也很小,流体在微米级别大小会变得更可控。流体到达微流控里的反应区,经过小型阀门的控制,发生生化反应,传感器件会解码液体里隐藏的信息,也就是医疗检测所要达到的结论,比如新冠阴性、阳性,是否病毒感染等等。”王骏超介绍说。

事实上,微流控作为专业术语有些“生僻”,但其应用对大众来说并不陌生。验孕棒就是用了微流控原理。一般来说,想检测是否已经怀孕,可以到医院去通过大型医疗设备验血、尿液等检测。而验孕棒这一微流控反应体则实现了居家便利化自我检测。女性将极少量尿液放到验孕棒试纸上,试纸就是一款基于纸张的微流控芯片,尿液进入微流控,通过生化反应,通过判断试纸出现单线或双线解码出女性是否已孕。

王骏超博士发表在《芯片实验室》上的封面论文,最大的创新点在于,大幅提升了微流控芯片仿真速度。众所周知,集成电路芯片生产出来,前面要经历软件设计、代工、封测等环节。芯片设计需要有EDA(电子设计自动化)软件设计工具,而此项被认为是中国集成电路产业“卡脖子中的卡脖子”。微流控芯片设计也需要EDA设计工具,一般被称为MEDA,而王骏超博士通过芯片结构矩阵化,换句话说是“对芯片结构拍照”,将流体力学问题转化为“图像识别问题”,相比传统微流控芯片仿真设计速度可以提到到51600倍,从而大幅缩短微流控芯片设计时间。此外,这篇论文还提出了基于卷积神经网络(CNN)的技术来预测随机微流控混合器的流体行为。

王骏超博士认为,微流控在医疗检测设备小型化、家庭化上“会有前途”,随着微流控应用扩大,家庭里通过微型检测设备DIY检测唾液、汗液、尿液,可以在家里而不用去医院自己获取身体健康信息,“但不同微流控芯片设计时间周期长,通过将流体力量问题转化为图像识别问题,可以大幅减少微流控芯片设计时间,减少设计研发成本,从而有力推动微流控芯片的广泛应用”。

据了解,该论文的共同第一作者是杭电自动化学院张乃音老师,杭电电子信息学院的陈金凯老师、苏国东老师,清华大学计算机系的姚海龙教授等为该论文的共同作者。

下载APP