基于纳米生物传感器的分子通信接收器物理设计研究

分子通信（MC）以分子编码、传输和接收信息，是实现纳米级设备协调运作的一种极具前景的手段。目前，该范式已从信道建模和噪声分析等多个方面得到了广泛研究。相比之下，分子接收器和发射器的物理设计却鲜少受到关注，人们通常将具备内在分子收发能力的生物合成细胞视为未来的纳米机器。然而，这一假设导致所设想的应用（需要复杂的通信接口与协议）与所构想的生物纳米机器极其有限的计算能力之间产生了差距。本文探讨了在合成生物学以外的物理领域设计分子接收器的可行性，以满足纳米网络应用的基本要求。我们首先回顾了最先进的生物传感方法，以确定它们能否为接收器设计提供启发。我们发现，基于纳米场效应晶体管的电学生物传感器技术（bioFET）是设计分子接收器的一个尤为有用的起点。本文以概念性方法聚焦于基于 bioFET 的分子接收器，详细阐述了其工作原理、性能指标和设计参数。随后，我们为基于硅纳米线（SiNW）FET 的分子接收器中的信号流提供了一个简单模型。最后，我们讨论了实现该接收器的实际挑战，并从通信理论的角度提出了未来的研究方向。