مدل‌سازي رياضي ترانزيستور اثر ميدان حساس يوني و بهينه‌سازي بر پايه شبيه‌سازي و فرامدل براي تشخيص آفلاتوكسين B1

مدل‌سازي رياضي ابزاري قدرتمند جهت پيش‌بيني پاسخ ترانزيستور اثرميدان حساس به يون (ISFET) و بهينه‌سازي پارامترهاي موثر بر عملكرد آن است. در اين پژوهش مقادير بهينه پارامترهاي جريان درين، ولتاژ درين، غلظت اوليه سوبسترا و غلظت اوليه آنزيم به منظور به دست آوردن پاسخ ماكزيمم ISFET در تشخيص آفلاتوكسين B1 (AFB1) تعيين شدند. بهينه‌سازي با به‌كارگيري الگوريتم ژنتيك و بر پايه حل عددي معادله‌هاي ديفرانسيل حاكم ISFET به روش المان محدود در نرم‌افزار كامسول انجام شد. تابع هدف مورد استفاده در الگوريتم ژنتيك نيز با جايگزيني مدل شبيه‌سازي شده توسط فرامدل شبكه عصبي مصنوعي تعريف شد. نتايج به‌دست آمده نشان داد مدل شبيه‌سازي شده  ISFET با استفاده از روش المان محدود در مقايسه با آزمايش تجربي، داراي ميانگين درصد خطاي مطلق (MAPE) برابر با 1.06 درصد در پيش‌بيني پاسخ ISFET است. با استفاده از مدل المان محدود، 1296 آزمايش براي دست‌يابي به پايگاه داده مورد نياز جهت آموزش شبكه عصبي شبيه‌سازي شد. پس از ارزيابي ساختار‌هاي مختلف شبكه عصبي مشخص شد شبكه عصبي آموزش ديده با ساختار (4451) داراي ميانگين درصد خطاي مطلق (MAPE) برابر با 0.04، 0.07 و 0.05 درصد به ترتيب در فازهاي آموزش، اعتبارسنجي و آزمايش است. نتايج بهينه‌سازي ISFET نشان داد با استفاده از مقادير بهينه پارامتر‌هاي جريان درين، ولتاژ درين، غلظت اوليه سوبسترا و غلظت اوليه آنزيم تعيين شده توسط الگوريتم ژنتيك حداكثر پاسخ ISFET برابر با 44.440 درصد به‌دست آمده است.