基于分子通信的药物运输机理研究

• 作 者: 林佳倩
• 出 处: 长春理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 分子通信 模拟器 药物运输 中继器 信道最大通信速率

分子通信与纳米技术、生物技术和通信技术有着密切的联系,随着新兴技术的不断发展,分子通信技术结合多种学科领域进行创新。分子通信系统有望实现新的革命性应用,如生物技术中目标物质的传感、医学中的智能药物输送以及工业环境中石油管道或化学反应器的监测。分子通信目前仍处于理论研究阶段,也有少数的模拟仿真平台,但关于实验验证方面还不够全面。本文主要研究的是基于分子通信的药物运输机理,整个通信过程是药物从发送端释放到细胞液中,通过介质将作为信息分子的药物分子传输到靶点细胞上,由受体-配体结合机制,信息分子与细胞表面上的受体结合,并通过受体介导的离子通道进入细胞,最终作用到细胞内的DNA或蛋白酶上。整个通信过程都是基于分子的扩散运动,然而随着信息分子在流体介质中自由扩散,接收端接收的信息分子数会随着传输距离的增加而显著减少,从而扩散分子通信的通信范围受到了限制。受传统无线通信中继启发,本文在扩散分子通信中采用收发器作为中继,进而扩大通信范围成为一个可靠的解决方案。因此,本文在研究药物的运输系统中填加了中继器,中继器可以让更多的药物分子作用到要治疗的细胞中,可以控制药物的消除速率,进而可以提高药物治疗效果。本文对系统模型中的码间干扰、信道噪声进行了探究,进而建立一个系统模型,即普通二进制信道系统,运用此系统对信道输送容量进行分析,推导出通信速率的最大值。采用浓度移位键控调制,在误码率最小的情况下得到中继器的最优位置。最后本文通过生物细胞扫描实验验证了中继器的作用效果,利用扫描得到的细胞形貌图的力学特性来反应不同浓度药物作用细胞的结果。本文所得到的实验结果对今后分子通信的实验验证研究具有重要的理论价值和指导意义。