基于钙离子信号的细胞间分子通信研究
发布时间：2020-08-01 09:24
【摘要】：纳米尺度的通信是信息技术与纳米技术结合产生的新型通信技术,它在医疗、工业、军事等众多领域存在广阔的应用前景。在纳米尺度的通信中,基于生物启发的分子通信是一种以生物化学分子作为信息载体的通信技术,它可以利用自身的生物兼容性、微纳尺度、高效节能性以及信息承载量大等特性完成某些特定环境的信息传递功能。本文介绍了分子通信的概念、特点及已经取得的研究结果等内容,并着重阐述了基于钙离子信号的分子通信研究现状。作为基础知识,引入了钙离子信号的生物模型,解释了钙离子信号分子通信的基本概念、相关特点,以及因其特点而设计的应用场景。本文设计了由发射机,信道和接收机组成的一维分子通信系统,利用吉莱斯皮随机算法研究了细胞质中钙离子信号波形及其经过传播后的变化,分析了该系统的特性和性能。利用误比特率、互信息量和开关键控调制技术分析了相关参数对通信结果的影响。最后分析了钙离子信号分子通信的拓扑结构,为后续网络模型的构建研究奠定基础。本文所采用的研究方法及获得的实验结果,有助于后续对钙离子信号分子通信进行深入研究,并为生物纳米物联网的构建和对某些疾病的治疗提供技术参考。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q61;O641.3
【图文】：
1.1 论文背景及意义近年来，蓬勃发展的纳米技术在研究方面受到广泛的关注，而在应用方面也变得越来越成熟。当纳米技术应用到各个领域与其它技术相结合时，会产生新的研究方向以及应用前景。因而，当纳米技术和通信技术相结合时，在通信领域内就产生了一个新的研究课题——分子通信。自然界中纳米尺度上的生物通信过程为分子通信的提出奠定了良好的基础，分子通信的原理与机制恰是在此基础上建立起来的。因此，分子通信是一种基于生物启发的纳米尺度通信技术，这种独特的通信技术通常利用生物化学分子进行信息的传递，生物化学分子也被称为信息分子。图 1.1 对分子通信过程以及各个模块的作用进行了描述。分子通信的模型主要分为三个模块，发射模块、传播模块以及接收模块，通信的一般过程为：位于发射端的纳米机器（发射器）产生信息分子，并且利用信息分子特有的物理或者化学特性进行编码，之后信息分子通过液体或气体等介质（分子信道）的传播后被接收端的纳米机器（接收器）接收，随后接收器利用规定的方式完成解码[1]，无论何种形式利用哪种信息分子的分子通信系统大致过程如此。作为本文研究重点的钙离子信号分子通信的信息分子是细胞间常用的钙离子，而纳米机器可以是经过修饰的生物细胞，人工合成的细胞或者最初的生物细胞[2,3]。
图 2.1 基于钙离子信号的分子通信结构和原理图[11]nm~μm 通信距离的分子马达通信机制。分子马达在细胞内的分运用[12]。利用分子马达机制可以实现纳米机器的短距离（nm~达的实质是细胞内部具有特殊功能的蛋白质，可以把腺苷三磷械能。引导分子马达进行移动的结构是微管，微管又定义为引这种结构一般由细胞的中心体出发，利用其“动态不稳定”（任细胞壁附近，通过自组织行为构建星形或随机的网络拓扑结构 2.2[11]所示，分子马达与封装信息分子的囊泡根据特定的方式下，分子马达沿着分子轨道移动，经过不同分子轨道的转换最端，封装了信息分子的囊泡与分子马达相分离，并且可以利用端的纳米机器接收。由此可见，基于分子马达的分子通信系统
图 2.1 基于钙离子信号的分子通信结构和原理图[11]nm~μm 通信距离的分子马达通信机制。分子马达在细胞内的分子的运用[12]。利用分子马达机制可以实现纳米机器的短距离（nm~μ马达的实质是细胞内部具有特殊功能的蛋白质，可以把腺苷三磷酸机械能。引导分子马达进行移动的结构是微管，微管又定义为引导，这种结构一般由细胞的中心体出发，利用其“动态不稳定”（任意到细胞壁附近，通过自组织行为构建星形或随机的网络拓扑结构，图 2.2[11]所示，分子马达与封装信息分子的囊泡根据特定的方式结动下，分子马达沿着分子轨道移动，经过不同分子轨道的转换最后收端，封装了信息分子的囊泡与分子马达相分离，并且可以利用囊收端的纳米机器接收。由此可见，基于分子马达的分子通信系统属
本文编号：2777278
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q61;O641.3
【图文】：
1.1 论文背景及意义近年来，蓬勃发展的纳米技术在研究方面受到广泛的关注，而在应用方面也变得越来越成熟。当纳米技术应用到各个领域与其它技术相结合时，会产生新的研究方向以及应用前景。因而，当纳米技术和通信技术相结合时，在通信领域内就产生了一个新的研究课题——分子通信。自然界中纳米尺度上的生物通信过程为分子通信的提出奠定了良好的基础，分子通信的原理与机制恰是在此基础上建立起来的。因此，分子通信是一种基于生物启发的纳米尺度通信技术，这种独特的通信技术通常利用生物化学分子进行信息的传递，生物化学分子也被称为信息分子。图 1.1 对分子通信过程以及各个模块的作用进行了描述。分子通信的模型主要分为三个模块，发射模块、传播模块以及接收模块，通信的一般过程为：位于发射端的纳米机器（发射器）产生信息分子，并且利用信息分子特有的物理或者化学特性进行编码，之后信息分子通过液体或气体等介质（分子信道）的传播后被接收端的纳米机器（接收器）接收，随后接收器利用规定的方式完成解码[1]，无论何种形式利用哪种信息分子的分子通信系统大致过程如此。作为本文研究重点的钙离子信号分子通信的信息分子是细胞间常用的钙离子，而纳米机器可以是经过修饰的生物细胞，人工合成的细胞或者最初的生物细胞[2,3]。
图 2.1 基于钙离子信号的分子通信结构和原理图[11]nm~μm 通信距离的分子马达通信机制。分子马达在细胞内的分运用[12]。利用分子马达机制可以实现纳米机器的短距离（nm~达的实质是细胞内部具有特殊功能的蛋白质，可以把腺苷三磷械能。引导分子马达进行移动的结构是微管，微管又定义为引这种结构一般由细胞的中心体出发，利用其“动态不稳定”（任细胞壁附近，通过自组织行为构建星形或随机的网络拓扑结构 2.2[11]所示，分子马达与封装信息分子的囊泡根据特定的方式下，分子马达沿着分子轨道移动，经过不同分子轨道的转换最端，封装了信息分子的囊泡与分子马达相分离，并且可以利用端的纳米机器接收。由此可见，基于分子马达的分子通信系统
图 2.1 基于钙离子信号的分子通信结构和原理图[11]nm~μm 通信距离的分子马达通信机制。分子马达在细胞内的分子的运用[12]。利用分子马达机制可以实现纳米机器的短距离（nm~μ马达的实质是细胞内部具有特殊功能的蛋白质，可以把腺苷三磷酸机械能。引导分子马达进行移动的结构是微管，微管又定义为引导，这种结构一般由细胞的中心体出发，利用其“动态不稳定”（任意到细胞壁附近，通过自组织行为构建星形或随机的网络拓扑结构，图 2.2[11]所示，分子马达与封装信息分子的囊泡根据特定的方式结动下，分子马达沿着分子轨道移动，经过不同分子轨道的转换最后收端，封装了信息分子的囊泡与分子马达相分离，并且可以利用囊收端的纳米机器接收。由此可见，基于分子马达的分子通信系统属
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 黎作鹏;张菁;蔡绍滨;王勇;倪军;;分子通信研究综述[J];通信学报;2013年05期
相关博士学位论文 前1条
1 何鹏;分子通信信道模型关键技术研究[D];电子科技大学;2018年
相关硕士学位论文 前1条
1 熊俊哲;基于时间调制的分子通信解调方法研究[D];中国科学技术大学;2017年
本文编号：2777278
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