合成分子通信系统的生物构建模块综述
新兴技术
2020-07-10 v3
摘要
合成分子通信（MC）是一种新兴的通信工程范式，有望实现诸如智能药物递送和实时健康监测等革命性应用。在纳米和微米尺度上设计与实现合成分子通信系统（MCSs）极具挑战性，对于采用生物组件作为收发器或与天然生物 MCSs 接口的合称 MCSs 而言尤为如此。然而，由于此类生物组件历经自然界数十亿年的优化，将其用于合成 MCSs 极具前景。本文综述了可用作合成 MCSs 设计与实现主要构建模块（即发射器、接收器和信号粒子）的生物学组件。自然界利用大量不同尺寸与性质迥异的信号粒子在生物实体间通信。在此，我们聚焦于三类重要的信号粒子：阳离子（特别是质子和钙离子）、神经递质（特别是乙酰胆碱、多巴胺和血清素）以及磷酸肽。对于每种候选信号粒子，我们呈现若干主要基于蛋白质构建的特定发射器与接收器结构，其能够执行 MCSs 收发器所需的独特生理功能。此外，我们给出了 MCSs 的微米尺度实现方案以及实验评估 MCSs 所需的微到宏观尺度接口选项。进而，我们勾勒了所提发射器与接收器架构在实现及理论设计与分析方面的新研究方向。
引用
@article{arxiv.1901.02221,
title = {A Survey of Biological Building Blocks for Synthetic Molecular Communication Systems},
author = {Christian A. Söldner and Eileen Socher and Vahid Jamali and Wayan Wicke and Arman Ahmadzadeh and Hans-Georg Breitinger and Andreas Burkovski and Kathrin Castiglione and Robert Schober and Heinrich Sticht},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.02221},
year = {2020}
}
备注
70 pages, 11 figures, 9 tables; Accepted for publication in the IEEE Communications Surveys & Tutorials