Theo cấu trúc và kích thước của chip microfluidic, phương pháp mô hình hóa của nó được chia thànhThiết kế cấp hệ thốngvàThiết kế cấp thiết bị。

Thiết kế cấp hệ thống còn được gọi là thiết kế mô hình macro, cụ thể là thiết kế đều đặn đầu vào, đầu ra, điều khiển với toàn bộ cấu trúc chip làm đối tượng mô hình. Các phương pháp thiết kế cấp hệ thống phổ biến bao gồmPhương pháp mô hình、Phương pháp mạch tương đương、Phương pháp giảm bậc trực tiếp、Tổng tham số giảm dầnĐợi đã.

1. Luật mô hình hóa hành vi

Mô hình hành vi đề cập đến việc phá vỡ toàn bộ chip microfluidic thành nhiều thành phần chức năng, được mô hình hóa cho các thành phần chức năng khác nhau. Sau đó, tín hiệu giao diện được xử lý bằng cách sử dụng chuỗi Fourier, cho phép mô hình hóa toàn bộ chip. Phương pháp này có vấn đề đơn giản hóa quá mức, độ chính xác thấp hơn. Khi thiết kế hệ thống điều khiển vi lưu phức tạp, nếu đơn giản hóa một phần nhiều hơn, lỗi sẽ tích lũy và không thể phản ánh đúng các quy luật vật lý.

2, Phương pháp mạch tương đương

Phương pháp mạch tương đương còn được gọi là phương pháp phân tích nút, cụ thể là dựa trên sự tương đồng của đối tượng nghiên cứu và mạch, mô hình toán học của các thành phần không phải điện được mô phỏng bằng lượng vật lý của các đặc tính điện, tức là đại lượng vật lý của vấn đề nghiên cứu được biểu thị thành điện trở, điện dung, cảm ứng và các thông số vật lý khác, sau đó được xây dựng thành "mạch tương đương" để giải quyết.

3, Phương pháp giảm bậc trực tiếp

Phương pháp giảm bậc trực tiếp sử dụng phương pháp tiếp cận quỹ đạo, phương pháp phân giải trực giao và các phương pháp khác để xử lý trực tiếp hệ phương trình vi phân từng phần mô tả hiện tượng vật lý của chip, giảm nó xuống thành hệ phương trình vi phân thường, do đó đơn giản hóa thành hệ phương trình đại số sau khi giải quyết. Phương pháp giảm bậc trực tiếp cho phép xử lý các thành phần phức tạp hơn, dẫn đến mô hình macro đơn giản hóa. Vì việc xử lý giảm dần đòi hỏi phải từ bỏ một số thông tin mô tả các đặc tính vật lý bên trong chip, sẽ có một số sai lệch nhất định so với mô hình thực tế.

4, Phương pháp giảm tổng tham số

Phương pháp giảm bậc tổng tham số tập hợp đề cập đến việc thực hiện một đường cong đa thức phù hợp với kết quả mô phỏng trên cơ sở mô phỏng tĩnh, do đó thu được mô hình macro tổng tham số tập hợp hệ thống, chẳng hạn như mô hình macro tổng khối lượng tập hợp hệ thống, mô hình macro giảm xóc tập hợp, v.v.

Thiết kế cấp thiết bị là thiết kế nhằm vào một mắt xích quan trọng của chip, nghiên cứu quy luật tiến hóa của nó. Thiết kế cấp thiết bị chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp mô phỏng số, bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn, chênh lệch hữu hạn, khối lượng hữu hạn, phương pháp phổ và các phương pháp mô phỏng số khác.

Với các phương pháp trên, phần mềm chuyên nghiệp hoặc lập trình có thể được sử dụng để thiết lập mô hình tiến hóa hoạt động của chip microfluidic, cho phép lập luận, đánh giá và tối ưu hóa các chương trình cụ thể. Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng cho thiết kế hỗ trợ máy tính vi mạch (hoặc MEMS) là một phương pháp mô hình chính, trong đó lập trình chủ yếu phù hợp cho nghiên cứu cơ học lý thuyết. Các phần mềm chuyên nghiệp phổ biến bao gồm COMSOL Multiphysics (Phương pháp phần tử hữu hạn), CFD-ACE+(Phương pháp khối lượng hữu hạn), CoventorWare (Phương pháp phần tử hữu hạn), v.v., các mô-đun chức năng không chỉ được thiết kế cho MEMS mà còn cho các lĩnh vực nghiên cứu khác. Ngoài ra, có một số phần mềm dành riêng cho thiết kế chip microfluiding như IntelliSuite, MEMS Pro, TannerPro, HFSS, v.v. Trong số đó,TôintelliSuiteNó không chỉ có thể được sử dụng trong thiết kế tối ưu hóa cấu trúc chip, mà còn bao gồm các chức năng như phân tích tham số, mô phỏng hệ thống, phân tích gói.

Thiết kế cấp thiết bị tuân theo cơ học, dòng chảy, truyền nhiệt và các quy luật vật lý khác, độ chính xác cao, nhưng số lượng tính toán lớn, nói chung không thể thực hiện mô phỏng số toàn hệ thống. Và thiết kế cấp hệ thống nhằm vào toàn bộ cấu trúc chip điều khiển vi lưu, là một phương pháp hạt thô mô tả các quy luật vật lý của hệ thống, độ chính xác tương đối thấp, nhưng tốc độ tính toán nhanh. Do đó, bạn có thể kết hợp những ưu điểm của hai phương pháp trên, sử dụng thiết kế cấp thiết bị ở các bộ phận quan trọng của chip và thiết kế cấp hệ thống ở các bộ phận không quan trọng, tạo thành một phương pháp thiết kế macro-vi mô.

Macro - Phương pháp thiết kế vi môTư tưởng cơ bản:

(1) Chia hệ thống điều khiển vi lưu phức tạp thành các đơn vị đơn giản và phức tạp.

(2) Đối với các cấu trúc liên kết hình học đơn giản như kênh thẳng, bể chứa và khúc cua có quy mô lớn theo một hướng nhất định, mô hình hóa các phương pháp như phương pháp biến tách hoặc chồng chất hàm cơ sở được sử dụng để tìm giải pháp phân tích.

(3) Đối với các cấu trúc liên kết hình học phức tạp, chẳng hạn như các đơn vị hỗn hợp hỗn hợp ba chiều, phương pháp mô phỏng số được giải quyết.

(4) Sử dụng các phương pháp phù hợp và rời rạc dữ liệu để thực hiện cầu nối giữa các đơn vị đơn giản và phức tạp. Sau đó, tất cả các đơn vị sau đó được cầu nối bằng cách sử dụng cùng một phương pháp, giải quyết toàn bộ hệ thống bằng cách lặp đi lặp lại các phép tính.