生物光-化学信号转换接口：一种用于分子通信的微型调制器

尽管分子通信（MC）系统的许多激动人心的应用被设想在微观尺度，但迄今为止文献中报道的可用MC测试平台大多处于宏观尺度。这可能部分是由于在微观尺度上控制MC系统相当具有挑战性。为了连接宏观世界与微观世界，我们提出了一种生物信号转换接口，它也可被视为一种微型调制器。该接口通过改变环境的pH值，将易于使用发光二极管（LED）控制的光信号转换为化学信号。该调制器利用表达来自紫色杆菌（Gloeobacter violaceus）的光驱动质子泵——格莱奥视紫红质（gloeorhodopsin）的大肠杆菌（Escherichia coli）实现。在施加外部光刺激后，这些细菌可通过向环境中输出质子来局部改变其周围的pH水平。基于测试平台的测量数据，我们建立了一个解析模型，用以描述诱导产生的化学信号与所施加光信号之间的函数关系。最后，使用pH传感器作为检测器，我们通过一个示例场景展示了所提出的装置能够成功地将代表二进制符号序列的光信号转换为化学信号，比特率为1比特/分钟。