JP5132906B2 - 分子通信システムおよび分子通信方法 - Google Patents
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Description
S. Hiyama, et al., "Molecular Communication," Proceedings on NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show 2005, vol.3, pp. 392-395, May 2005. 檜山他,「分子通信」,電子情報通信学会誌,vol.89, no.2, pp.162-166, 2006年2月. Y. Moritani, et al, "Molecular Communication among Nanomachines Using Vesicles," Proceedings on NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show 2006, vol.2, pp. 705-708, May 2006.
(1)脂質二分子膜によって構成される人工細胞膜に、光や温度、化学物質、pHなどの入力シグナルに応答する少なくとも1種類の分子スイッチを埋め込んだものを分子送信機、分子受信機、分子カプセルとして利用し、その入力シグナルを制御することにより、分子送信機と分子カプセル、および分子カプセルと分子受信機の会合と離散を制御する。
この場合、良好な構成例では、
(2)分子受信機の内面または外面に、人工受容体とエフェクターとしての酵素の機能を連結させた人工シグナル伝達系を構築し、情報分子の受信によって酵素活性のスイッチングを制御することで、分子受信機で生じる生化学反応を人為的に制御する。
前記分子送信機、前記分子受信機、及び前記分子カプセルは、外部からの入力シグナルに応答する少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれた脂質二分子膜で構成され、
外部からの入力シグナルを作用させることにより、前記分子送信機と前記分子カプセル、及び前記分子カプセルと前記分子受信機の会合と離散を制御して、前記情報分子の送受信を行う。
20 分子送信機
21、31A、31B、41A、41B 人工細胞膜
22A、32A、42A 分子スイッチA
22B、32B、42B 分子スイッチB
30A、30B 分子受信機
33A、33B 人工受容体
34A、34B 酵素
36A、36B 人工シグナル伝達系
40A、40B 分子カプセル
45A、45B 情報分子
50 分子伝搬環境
Claims (14)
- 所定の情報が符号化された情報分子を送信する分子送信機と、
前記情報分子を受信する分子受信機と、
前記情報分子を前記分子送信機から前記分子受信機へ輸送する分子カプセルと
を含む分子通信システムであって、
前記分子送信機、前記分子受信機、及び前記分子カプセルの各々は、外部からの入力シグナルに応答する少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれた脂質二分子膜で構成され、
外部からの入力シグナルを前記分子スイッチに作用させることにより、前記分子送信機と前記分子カプセルの会合と離散、及び前記分子カプセルと前記分子受信機の会合と離散を制御して、前記情報分子の送受信を行うことを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1に記載の分子通信システムであって、
複数の分子受信機を含み、
前記分子受信機の各々は、分子受信機ごとに異なる固有の分子スイッチを有し、
前記分子カプセルには、前記情報分子の宛先となる分子受信機に対応する分子スイッチが埋め込まれている、
ことを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1に記載の分子通信システムであって、
複数の分子受信機を含み、
前記複数の分子受信機は1以上のグループを構成し、前記グループ毎に異なる固有の分子スイッチが割り当てられ、同一グループに属する前記分子受信機にはグループ固有の同一の分子スイッチが埋め込まれており、
前記分子カプセルには、前記情報分子の宛先となる分子受信機のグループに対応する分子スイッチが埋め込まれている、
ことを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1に記載の分子通信システムであって、
各々が固有の分子スイッチを有する複数の分子受信機を含み、
前記複数の分子受信機は1以上のグループを構成し、前記グループ毎に異なる固有の分子スイッチが割り当てられ、同一グループに属する前記分子受信機にはグループ固有の同一の分子スイッチがさらに埋め込まれており、
前記分子カプセルには、前記情報分子の宛先となる分子受信機に対応する固有の分子スイッチと、前記情報分子の宛先となる分子受信機のグループに対応するグループの分子スイッチのうち、少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれている、
ことを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の分子通信システムであって、
前記分子送信機には、前記分子カプセルに埋め込まれている分子スイッチと同一の分子スイッチが埋め込まれていることを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の分子通信システムであって、
複数の分子送信機を含み、
前記複数の分子送信機の各々には、前記分子カプセルに埋め込まれている分子スイッチと同一の分子スイッチのうち、少なくとも1種類が埋め込まれていることを特徴とする分子通信システム。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の分子通信システムであって、
前記分子受信機は、人工受容体と酵素とで構成される人工シグナル伝達系を有し、
前記分子カプセルは、前記人工受容体の入力シグナルとなる情報分子を輸送し、
前記情報分子が前記分子受信機で受信され、前記人工受容体に作用することによって、前記酵素の活性が変化する
ことを特徴とする分子通信システム。 - 所定の情報が符号化された情報分子を、分子カプセルにより分子送信機から分子受信機へ伝達する分子通信方法であって、
前記分子送信機、前記分子受信機、及び前記分子カプセルの各々を、外部からの入力シグナルに応答する少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれた脂質二分子膜で構成し、
前記情報分子を前記分子カプセルで内包または分子カプセルの表面に固定し、
第1の入力シグナルを前記分子送信機と前記分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子送信機から前記分子カプセルを離散、送出し、
第2の入力シグナルを前記分子受信機と前記分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子受信機と前記分子カプセルを会合させ、これによって前記情報分子の送受信を行うことを特徴とする分子通信方法。 - 請求項8に記載の分子通信方法であって、
複数の分子受信機を用意し、前記複数の分子受信機の各々に、分子受信機ごとに固有の分子スイッチを埋め込み、
前記分子カプセルに、前記情報分子の宛先となる分子受信機に対応する分子スイッチを埋め込み、
前記第1の入力シグナルを、前記分子送信機の宛先分子受信機に対応する分子スイッチと、当該分子スイッチを介して会合している分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子送信機から前記分子カプセルを送出し、
前記第2の入力シグナルを、前記宛先分子受信機の分子スイッチと、前記分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子カプセルを受信させる
工程をさらに含むことを特徴とする分子通信方法。 - 請求項8に記載の分子通信方法であって、
複数の分子受信機を用意し、前記複数の分子受信機で1以上のグループを構成し、前記グループ毎に固有の分子スイッチを割り当て、同一グループに属する前記分子受信機にグループ固有の同一の分子スイッチを埋め込み、
前記分子カプセルに、前記情報分子の宛先となる分子受信機のグループに対応する分子スイッチを埋め込み、
前記第1の入力シグナルを、前記分子送信機の宛先分子受信機のグループの分子スイッチと、当該分子スイッチと会合している分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子送信機から前記分子カプセルを送出し、
前記第2の入力シグナルを、前記宛先分子受信機のグループの分子スイッチと、前記分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子カプセルを受信させる
工程をさらに含むことを特徴とする分子通信方法。 - 請求項8に記載の分子通信方法であって、
複数の分子受信機を用意し、各分子受信機に、分子受信機ごとに異なる固有の分子スイッチを埋め込み、
前記複数の分子受信機で1以上のグループを構成し、前記グループ毎に固有の分子スイッチを割り当て、同一グループに属する前記分子受信機にグループ固有の同一の分子スイッチをさらに埋め込み、
前記分子送信機に、前記情報分子の宛先となる分子受信機に対応する固有の分子スイッチと、前記情報分子の宛先となるグループに対応する分子スイッチとを埋め込み、
前記分子カプセルに、前記情報分子の宛先となる分子受信機に対応する固有の分子スイッチと、宛先となるグループに対応する分子スイッチのうち、少なくとも1種類の分子スイッチを埋め込み、
前記第1の入力シグナルを、前記分子送信機の宛先となる分子受信機に対応する分子スイッチと、当該分子スイッチと会合している分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子送信機から前記分子カプセルを送出し、
前記第2の入力シグナルを、前記宛先分子受信機の分子スイッチと、前記分子カプセルの分子スイッチに作用させて、前記分子カプセルを受信させる
工程をさらに含むことを特徴とする分子通信方法。 - 請求項8〜11のいずれかに記載の分子通信方法であって、
前記分子受信機に、人工受容体と酵素とで構成される人工シグナル伝達系を形成し、
前記分子カプセルに、前記人工受容体の入力シグナルとなる情報分子を輸送させ、
前記分子受信機で前記情報分子を受信することによって、前記酵素の活性を変化させる
工程をさらに含むことを特徴とする分子通信方法。 - 分子受信機に情報分子を送信する分子送信機であって、
人工細胞膜に、宛先となる分子受信機に固有の分子スイッチに対応する第1の分子スイッチと、宛先となるグループに含まれる分子受信機に与えられるグループ用の分子スイッチに対応する第2の分子スイッチのうち、少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれており、
前記第1の分子スイッチ及び第2の分子スイッチは、情報分子を内包あるいは表面に固定した状態で輸送する分子カプセルの人工細胞膜に埋め込まれた前記分子受信機に固有の分子スイッチまたは前記分子受信機が属するグループに与えられるグループ用の分子スイッチと会合可能であり、外部からの入力シグナルを受けて、前記第1の分子スイッチ又は第2の分子スイッチと、前記分子カプセルに埋め込まれた前記分子受信機の固有の分子スイッチまたは前記グループ用の分子スイッチとを離散させる
ことを特徴とする分子送信機。 - 情報分子を送受信する分子通信システムで用いられる分子受信機であって、
人工細胞膜に、前記分子受信機に固有の分子スイッチと、前記分子受信機が属するグループに与えられるグループ用の分子スイッチのうち、少なくとも1種類の分子スイッチが埋め込まれ、
人工受容体と酵素で構成される人工シグナル伝達系を有し、
前記分子受信機に固有の分子スイッチまたは前記グループ用の分子スイッチは、外部の入力シグナルを受けて、情報分子を内包あるいは表面に固定した状態で輸送する分子カプセルの人工細胞膜に埋め込まれた前記分子受信機に固有の分子スイッチまたは前記分子受信機が属するグループに与えられるグループ用の分子スイッチと会合可能である
ことを特徴とする分子受信機。
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