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面向数字微流控生物芯片的差分隐私方案
1
作者 陈潇 董晨 《信息安全学报》 CSCD 2024年第6期43-59,共17页
近年来,基于数字微流控生物芯片(Digital Microfluidic Biochip,DMFB)的分子诊断技术成为热点研究方向。与传统分子诊断技术相比,数字微流控生物芯片具有精准控制离散液滴、执行生化协议等优势。然而,作为网络物理系统的组成,生物芯片... 近年来,基于数字微流控生物芯片(Digital Microfluidic Biochip,DMFB)的分子诊断技术成为热点研究方向。与传统分子诊断技术相比,数字微流控生物芯片具有精准控制离散液滴、执行生化协议等优势。然而,作为网络物理系统的组成,生物芯片潜在的隐私安全问题日益突出,比如通信信道的窃听攻击,生化协议的篡改攻击,物理结构保护的版权攻击等。差分隐私作为传统数据隐私保护的常用技术可以融入生物芯片应用以保护用户隐私安全。然而,对隐私安全、生物芯片应用以及生物芯片安全三种技术的交叉研究较为少见。调研分析生物芯片应用的实现机制和威胁模型,包括生化协议、网络物理系统及增强隐私保护的DMFB用户数据安全平台,首先在DMFB用户数据平台上描述了拉普拉斯机制、高斯机制和随机响应机制的应用场景和保护方案,其次基于用户层级敏感度、路由权重集合和路由交叉点参数集合这三个策略提出参数安全发布算法,最后创建防篡改概率作为安全性指标,同时建立置信分数、校准度和累计误差率衡量数据可用性。仿真实验结果表明整体方案的隐私安全性可达98%,数据可用性平均可达93.3%,算法性能试验表明方案最佳的隐私预算为0.4,此外,对比同类算法,所提方案平均提高了12.09%隐私安全性和7.02%的数据可用性,因此该方案能够为DMFB执行生化协议安全有效的用户数据平台。 展开更多
关键词 数字微流控生物芯片 生化协议 数据安全 差分隐私
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数字微流控生物芯片的并行在线测试 被引量：8
2
作者 张玲 邝继顺 +1 位作者 林静 梅军进 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期98-102,107,共6页
在数字微流控生物芯片的并行测试过程中,将芯片阵列分成等大的子阵列块,在生物实验模块布局的限制下,对相应的子阵列块进行合并与调度,以实现芯片阵列的并行测试.同时,通过实验验证了并行在线测试方法的有效性.结果表明,在不干扰生物实... 在数字微流控生物芯片的并行测试过程中,将芯片阵列分成等大的子阵列块,在生物实验模块布局的限制下,对相应的子阵列块进行合并与调度,以实现芯片阵列的并行测试.同时,通过实验验证了并行在线测试方法的有效性.结果表明,在不干扰生物实验过程的基础上,所采用的测试方法能够减少测试液滴的数目,提高在线测试的效率. 展开更多
关键词 数字微流控生物芯片 测试调度 在线测试
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连续微流控生物芯片下一种多阶段启发式的流层物理协同设计算法 被引量：1
3
作者 刘耿耿 叶正阳 +3 位作者 朱予涵 陈志盛 黄兴 徐宁 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期3401-3409,共9页
为了提高连续微流控生物芯片(CFMBs)中的流层物理协同设计质量和效率,该文分3阶段实现布局布线协同设计。(1)布局预处理阶段:通过提出的逻辑布局和组件方向布局调整方法,得到组件优异的逻辑位置和逻辑方向。(2)组件映射和包围盒间隙布... 为了提高连续微流控生物芯片(CFMBs)中的流层物理协同设计质量和效率,该文分3阶段实现布局布线协同设计。(1)布局预处理阶段:通过提出的逻辑布局和组件方向布局调整方法,得到组件优异的逻辑位置和逻辑方向。(2)组件映射和包围盒间隙布局调整阶段:基于包围盒策略,把布局预处理结果映射到实际物理设计空间中,并通过包围盒间隙布局调整,获得最佳包围盒间隙。(3)收缩布局调整阶段:基于组件间的连通图关系,提出了沿流通道收缩和多图收缩两种新的布局调整方法。实验结果表明,与现有最佳的启发式算法对比,该文算法在芯片流层整体面积、流通道交叉点数和流通道总长度上分别优化20.22%,54.66%和71.62%,加速比为177.12,显著提升了设计质量和效率。 展开更多
关键词 连续微流控生物芯片 流层物理设计 逻辑布局 包围盒策略 收缩布局调整
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数字微流控生物芯片微液滴优化调度
4
作者 章安良 《电子器件》 CAS 2008年第4期1327-1330,共4页
数字微流控生物芯片出现,使得单片并行多样品、多试剂、多生物检测量的大规模生物检测系统成为现实,需要在有限的芯片资源中优化调度各样品和试剂以减少检测时间。由于优化调度是一个NP完全问题,本文提出了以多样品检测完成时间为适应... 数字微流控生物芯片出现,使得单片并行多样品、多试剂、多生物检测量的大规模生物检测系统成为现实,需要在有限的芯片资源中优化调度各样品和试剂以减少检测时间。由于优化调度是一个NP完全问题,本文提出了以多样品检测完成时间为适应度函数,以样品和试剂混合操作类型集合为染色体,并将该染色体分别赋以一整数值代表混合操作优先级高低,同时,将染色体基因分为可同时进行混合操作而资源不冲突基因和有限任意项基因两部份,并对有限任意项基因进行移位、交叉等遗传操作,达到优化调度接近最优解。所提出算法编码基因数从(4Sm*Rn)!降低到Sm*Rn,极大改善了算法效率和并行检测所需时间。 展开更多
关键词 微流控生物芯片 微液滴 调度
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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 被引量：3
5
作者 陈志盛 朱予涵 +2 位作者 刘耿耿 黄兴 徐宁 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期3321-3330,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 连续微流控生物芯片 高层次综合 流层物理设计
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数字微流控生物芯片的电极管脚控制信号处理 被引量：2
6
作者 陈春艳 《电子科技》 2015年第9期93-96,共4页
随着对数字微流控生物芯片的深入研究,直接寻址DMFB需要大量独立控制引脚,显著增加了产品的制造成本。文中根据液滴路由路径,产生液滴路由所经过电极的驱动序列,利用芯片中一个引脚最多所能驱动的电极数量值,对产生的电极驱动序列进行分... 随着对数字微流控生物芯片的深入研究,直接寻址DMFB需要大量独立控制引脚,显著增加了产品的制造成本。文中根据液滴路由路径,产生液滴路由所经过电极的驱动序列,利用芯片中一个引脚最多所能驱动的电极数量值,对产生的电极驱动序列进行分区,对每个分区中的电极驱动序列进行比对,找出相互兼容的以此来减少控制引脚的数量。实验结果表明,该方案与交叉引用等方法相比,减少了控制引脚的数量,实现了对电极管脚控制信号的处理。 展开更多
关键词 数字微流控生物芯片 电极驱动 控制信号处理
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完全可编程阀门阵列生物芯片下容错导向的高阶综合算法
7
作者 朱予涵 刘博文 +1 位作者 黄兴 刘耿耿 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4141-4150,共10页
作为新一代流式微流控生物芯片,完全可编程阀门阵列(FPVA)生物芯片具有更高的灵活性和可编程性,已经成为一种流行的生物化学实验平台。然而,由于环境或人为因素,制造过程中通常存在一些物理故障,如通道阻塞和泄漏,这无疑会影响生化检测... 作为新一代流式微流控生物芯片,完全可编程阀门阵列(FPVA)生物芯片具有更高的灵活性和可编程性,已经成为一种流行的生物化学实验平台。然而,由于环境或人为因素,制造过程中通常存在一些物理故障,如通道阻塞和泄漏,这无疑会影响生化检测的结果。此外,高阶综合作为架构综合的首要阶段,其结果的质量直接影响着后续设计的优劣。因此,该文首次研究了FPVA生物芯片高阶综合过程中的容错问题,提出了单元功能转换方法、双向冗余方法、故障映射方法等动态容错技术,为实现高效的容错设计提供了技术保障。通过将这些技术集成到高阶综合设计中,进一步实现了一种高质量的FPVA生物芯片下容错导向的高阶综合算法,包括故障感知的实时绑定策略和故障感知的优先级调度策略,为实现芯片架构的鲁棒性和检测结果的准确性奠定了良好的基础。实验结果显示,所提算法能够得到一个FPVA生物芯片下高质量且容错的高阶综合方案,为后续实现容错物理设计方案提供了有力保障。 展开更多
关键词 微流控生物芯片 完全可编程阀门阵列 物理故障 容错 高阶综合
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基于混合离散粒子群优化的控制模式分配算法
8
作者 曾裕钦 蔡华洋 +3 位作者 周茹平 刘耿耿 黄兴 徐宁 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2836-2849,共14页
连续微流控生物芯片是生物化学实验自动化、微型化的革命性技术.多路复用器的控制模式分配作为连续微流控生物芯片自动化设计的关键环节之一,是难的NP(Non-deterministic Polynomial)优化问题.现有工作采用粒子群优化算法求解控制模式... 连续微流控生物芯片是生物化学实验自动化、微型化的革命性技术.多路复用器的控制模式分配作为连续微流控生物芯片自动化设计的关键环节之一,是难的NP(Non-deterministic Polynomial)优化问题.现有工作采用粒子群优化算法求解控制模式分配问题存在过早陷入局部最优解、收敛速度慢以及算法稳定性差的缺点.为此,本文提出一种连续微流控生物芯片下基于混合离散粒子群优化的控制模式分配算法.首先,为了加快算法收敛速度及避免过早陷入局部最优解,提出了离散的自适应区域搜索策略.其次,通过基于样例的社会学习机制提高了算法的稳定性.然后,采用等距抽值的方式筛选出自适应区域搜索策略中重要参数的最佳组合,以进一步提高分配方案的质量.最终实验结果表明,所提算法在多路复用器中阀门使用数量上平均优化了19.01%,在算法稳定性上提高了29.18%,且在现实的生化应用中有良好的性能表现. 展开更多
关键词 连续微流控生物芯片 控制模式分配 离散粒子群优化 样例学习 自适应区域搜索
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