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効率的にPMDを利用するための耐故障設計理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 23KF0283
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分外国
審査区分 小区分60040:計算機システム関連
研究機関立命館大学

研究代表者

山下 茂  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30362833)

研究分担者 KUNDU DEBRAJ  立命館大学, 研究部, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-11-15 – 2024-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2023年度)
配分額 *注記
1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2025年度: 100千円 (直接経費: 100千円)
2024年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードPMD / mixing / loading
研究開始時の研究の概要

バイオチップの中で新しいタイプのProgrammable Microfluidic Device (PMD)向けの利用手法はいまだ確立されているとは言えない。特に、PMDのセルの一部が故障した場合を想定してどのように所望の実験を効率よく実行するかを決定する「耐故障設計手法」に関しては、現在までに全く研究が進んでいないといえる。そこで、本研究では、「PMD上で液滴を途中で移動せずに試薬合成を行う手法」と「すでに知られているDMBにおける耐故障設計手法」を組み合わせて、PMD向けの耐故障設計に有望な種々のアルゴリズムを考案する。そして、考案したアルゴリズムに基づく設計手法を開発する。

研究実績の概要

To use programmable microfluidic devices (PMDs) efficiently, we propose a loading-aware, no-transport mixer placement algorithm. For a given target ratio and mixer size constraint, we design a two-phase satisfiability-based placement algorithm. In the first phase, we determine the size of the mixers and the reagent assignment to each of these mixers. In the second phase, we determine the placement of those mixers and the placement of the reagents within each mixer so that the overall fluid loading problem is simplified. Moreover, to determine a time-efficient mixer shape for PMD, we use COMSOL Multiphysics software to design various mixer models. Utilizing these models, we formulate a realistic mixing time estimation for PMD mixers and determine the overall operation time required to prepare the given target ratio. From these COMSOL based mixer models, we verify that the specific arrangement of two different reagents of particular volumes can affect the mixing time. From those models, we conclude that mixing time can be minimized when the reagents within a mixer are placed in a more scattered way. However, on the other hand, the loading complexity becomes more complex with the scatteredness of the reagents. This makes the design automation of the proposed problem very hard and interesting to solve. From exponentially different possible placements of the reagents within a mixer, we determine a heuristic and incorporate it in our satisfiability solver model to minimize the mixing time and also simultaneously simplify the loading problem.

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (1件)

すべて 2024

すべて 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] An Efficient Routing Method for Micro-Electrode-Dot-Array Digital Microfluidic Biochips Considering Droplet Division and Velocity2024

    • 著者名/発表者名
      Chuan LIN, Debraj Kundu, Shigeru Yamashita, Hiroyuki Tomiyam
    • 学会等名
      The 25th Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-11-17   更新日: 2024-12-25  

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