Comunicazione molecolare – Ispirata alla rete di comunicazione biologica

Nel blog precedente abbiamo parlato della diversa categoria di comunicazione ottica che utilizza luci LED per la trasmissione dei dati, nota come “Light Fidelity”. In questo blog discuteremo di un'altra tecnologia imminente nel campo della comunicazione chiamata comunicazione molecolare.

Fino ad oggi i metodi e le modalità di comunicazione utilizzano onde elettromagnetiche e acustiche, fili di rame, fibre ottiche e altri componenti. Esiste tuttavia un altro modo di comunicare che molti di noi non conoscono. La comunicazione che avviene in un sistema biologico. Tutti i sistemi biologici sono reti di elementi intercomunicanti a tutti i livelli: molecole, cellule, tessuti, organismi, popolazioni, microbiomi, ecosistemi, ecc.

La conoscenza di questo metodo di comunicazione dei sistemi biologici è diventata il base per l'invenzione di questa nuova tecnologia di comunicazione chiamata comunicazione molecolare.

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Che cos'è Comunicazione molecolare?

La comunicazione molecolare è una strategia di progettazione di reti nano che mira alla progettazione e al controllo effettivi di sistemi di comunicazione su scala nanometrica. È il meccanismo di comunicazione tra le nanomacchine a breve distanza (decine di micrometri) che utilizza la presenza o l'assenza di un tipo selezionato di molecola per codificare digitalmente i messaggi.

La comunicazione molecolare sarebbe utile in comunicazione all'interno di reti di tunnel, condutture o ambienti sottomarini imprevedibili. La comunicazione elettromagnetica è impegnativa negli ambienti precedentemente menzionati a causa di vincoli come il rapporto tra le dimensioni dell'antenna e la lunghezza d'onda del segnale elettromagnetico.

La comunicazione molecolare viene effettuata trasmettendo le informazioni attraverso le molecole alla destinazione specificata. Questa tecnologia ha il sopravvento in tutti i meccanismi a livello cellulare e subcellulare e utilizza già l'emissione di molecole per la comunicazione.

Principio base di funzionamento

La rete Nano è l'interconnessione delle nanomacchine. Le nanomacchine sono dispositivi o componenti biologici o creati artificialmente su nanoscala in grado di eseguire solo compiti molto semplici di calcolo, rilevamento o attuazione nel loro ambiente molto vicino. È come se gli elementi costitutivi cooperassero per eseguire compiti più complessi e condividere diverse informazioni locali. Le nanomacchine possono essere divise in due categorie:

Nanomacchine biologiche

Nanomacchine artificiali

La comunicazione molecolare è costituita da Nanomacchine mittenti, Nanomacchine riceventi, molecole trasportatrici , molecole di informazione e l'ambiente in cui operano. I mittenti e i ricevitori sono macchine Bio-Nano create biologicamente e artificialmente che hanno la capacità di emettere e catturare le molecole di informazione. I dati informativi vengono spostati dal mittente al destinatario dai vettori. I portatori di questo sistema sono motori molecolari, ormoni o neurotrasmettitori. Poiché la comunicazione molecolare funziona nel sistema biologico, le informazioni da trasportare sono proteine, ioni o DNA. L'ambiente è la soluzione acquosa che si trova all'interno e tra le cellule.

Le 5 fasi nel funzionamento della comunicazione molecolare sono le seguenti:

Codifica – È la fase in cui la macchina Bio-Nano sorgente o mittente codifica le informazioni in molecole di informazione che vengono rilevate dalla macchina Bio-Nano ricevente.

Invio – È la fase attraverso la quale una macchina bio-Nano mittente emette queste molecole di informazione nell’ambiente. Viene fatto separando le molecole di informazione dalla macchina bio-Nano mittente.

Propagazione – La propagazione è un metodo comune presente in tutte le tecnologie di comunicazione. La propagazione è la fase in cui l'informazione si sposta dalla sorgente alla destinazione. Questo è simile per la comunicazione molecolare, dove le molecole di informazione si spostano dalla macchina Bio-Nano mittente attraverso il mezzo fino alla macchina Bio-Nano ricevente.

Ricezione – Come implicito nel In altre parole, è la fase in cui la macchina Bio-Nano ricevente capta le molecole di informazione che si propagano nell'ambiente delle macchine Bio-Nano.

Decodifica – La codifica e la decodifica sono le fasi fasi più importanti nei metodi di comunicazione. Nella comunicazione molecolare durante la decodifica la macchina Bio-Nano ricevente cattura le molecole di informazione, decodifica le molecole ricevute in una reazione chimica.

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Applicazioni

Questa comunicazione è un concetto completamente nuovo e potrebbe potenzialmente consentire molte nuove applicazioni nel campo delle bionanotecnologie. Alcuni dei possibili F Gli usi futuri della comunicazione molecolare sono:

Tecnologia dell'informazione – Questa tecnologia di comunicazione può aiutare a far avanzare gli attuali sistemi elettrici basati sul silicio integrando in essi le macchine Bio-Nano per la comunicazione . Ad esempio, in futuro il cellulare potrebbe avere queste macchine Bio-Nano per l'analisi su chip dei segnali biochimici ricevuti dal corpo umano sotto forma di sangue e sudore.

Sistema di somministrazione di farmaci – L'utilizzo più promettente di tale tecnica di comunicazione si riscontra in campo medico. La comunicazione molecolare può fornire trasportatori di farmaci e anche meccanismi per somministrare farmaci in modo favorevole ai sistemi biologici. I mittenti di macchine bio-nano potrebbero essere impiantati nel corpo umano per emettere farmaci o DNA.

Sistemi microelettrochimici – Questo dominio mira a sviluppare sistemi su piccola scala come Lab-on- un chip. Lab-on-a-chip è la tecnologia emergente che integra le operazioni di analisi e sintesi biochimica come l'analisi cellulare e la diagnosi del sangue su un piccolo chip. Fornisce funzionalità come la manipolazione di molecole su un singolo chip come il trasporto di molecole in posizioni specifiche, la miscelazione di due tipi di molecole tra loro e la separazione di un particolare tipo di molecola da una miscela.

Ambiente e Produzione: sebbene non esista un sistema testato per questo. Ma gli scienziati stanno pianificando di utilizzare questa tecnologia per il monitoraggio dell’ambiente per diversi scopi come il controllo dei rifiuti, il controllo dell’inquinamento, il riscaldamento globale e così via. Stanno anche sperimentando modi per trovare il suo utilizzo nell'industria manifatturiera per la formazione di modelli e strutture.

Questa tecnologia è un paradigma completamente nuovo nel campo delle comunicazioni. Sono in corso ricerche per conoscere la sua applicazione positiva in diversi ambiti. Il campo medico ne trarrà sicuramente beneficio perché è biologico e nano entrambi in natura. Poiché siamo tutti consapevoli che la nanotecnologia è una parte inseparabile del futuro e che la tecnologia molecolare riguarda la comunicazione tra nanomacchine, ritengo che presto lo sviluppo subirà un ritmo accelerato e presto saremo in grado di vedere i sistemi che la utilizzano.

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