受分子通信启发的用于人体循环系统重金属去除的粒子收集器-发射器（PaCoT）
系统与控制
2025-01-13 v1 系统与控制
摘要
本研究提出了一种受分子通信（MC）启发的纳米机器——粒子收集器-发射器（PaCoT），用于从人体循环系统中去除有毒重金属。PaCoT收集这些有毒金属，并在它们到达关键器官之前将其传输到释放节点（如淋巴毛细血管）。该设计结合了关键物理参数，并通过粒子接收和释放机制运行。在接收过程中，描述为配体-受体结合反应，建模为连续时间马尔可夫过程（CTMP），PaCoT使用金属硫蛋白作为受体，重金属（如Zn、Pb、Cd）作为配体。我们假设毒性条件（有毒（比特1）、无毒（比特0））被编码到重金属分子的浓度中。因此，我们认为MC信道（例如人体循环系统）内的重金属浓度采用二进制浓度键控（二进制CSK）。估计特定重金属的浓度比以推断毒性，即高比率表示有毒，低比率表示无毒。通过监测存在干扰物和各种重金属时的受体结合持续时间来实现毒性检测。在检测和收集有毒重金属后，PaCoT将其安全地保存在液体介质（如水）中直至释放，采用两种机制：（1）单盘粘性微泵调节流速，（2）布朗运动促进扩散。通过MATLAB仿真评估PaCoT的性能，重点关注毒性检测方法的误码概率（BEP）、分子从PaCoT释放的时间以及能量消耗。
引用
@article{arxiv.2501.06092,
title = {Molecular Communication-Inspired Particle Collector-Transmitter (PaCoT) for Heavy Metal Removal from Human Circulatory System},
author = {Hilal Esra Yaldiz and Ozgur B. Akan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.06092},
year = {2025}
}