KR100863266B1 - 분자통신시스템 - Google Patents

Abstract

소정의 정보가 부호화된 정보분자를 제어성 좋게 목적 수신처까지 전달할 수 있는 분자통신시스템을 제공한다. 분자통신시스템은 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기와, 상기 정보분자를 수신하는 분자수신기와, 상기 분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하며, 분자 전반 경로는 고분자 재료로 형성되는 전송패스와, 상기 전송패스를 따라 소정의 방향으로 순회하는 캐리어분자를 포함하고, 상기 캐리어분자는 분자송신기에서 송출된 정보분자를 탑재하여 분자수신기까지 수송한다.

분자통신, 정보분자, 분자 전반 경로, 캐리어분자

Description

분자통신시스템{Molecular communication system}

본 발명은 분자통신시스템에 관한 것으로 특히, 인위적으로 설계된 전반 채널을 통해 분자송신기와 분자수신기 간에 제어성 좋게 정보분자를 전송할 수 있는 분자통신시스템에 관한 것이다.

분자통신은 화학물질(분자)을 통한 세포내·세포간의 시그널 전달 메커니즘의 관찰에서 발단된다. 분자통신에서는 정보가 인코드된 나노스케일의 분자를 정보 전달 캐리어로서 이용하여, 분자의 수용(수신)에 의해 발생하는 생화학적인 반응에 기초한 새로운 커뮤니케이션 패러다임의 창출을 목적으로 한다.

전기나 광신호 등의 전자파를 정보 전달 캐리어로서 이용하는 기존의 통신기술과 달리, 분자통신은 생화학 신호를 사용하여 저속이면서 상당히 적은 에너지소비량으로 수행된다는 특징이 있다. 이와 같은 분자통신은 능력적, 환경적인 이유로 전자파를 사용할 수 없는 나노스케일 디바이스 간의 통신이나, 전자기기에서 구성, 구동되지 않는 나노 머신의 동작제어 등에 적용 가능성이 기대되고 있다.

생체 내의 시그널 전달 메커니즘의 하나로, 키네신이라 불리는 단백질 모터분자에 의한 물질 수송기구가 있다. 키네신은 전체길이 약 80㎚ 정도의 크기이지만 생체 내에서 미소관이라 불리는 섬유형상의 레일분자를 따라 자신의 몇 배나 되는 크기의 물질을 운반한다. 이와 같은 생체현상을 이용한 나노 수송 시스템으로서, 인공가공물(마이크로비드)을 실은 키네신이 기판상에 고정된 미소관(레일)상을 한 방향으로 이동하는 시스템이 보고되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 또, 리소그라피 기술에 의해 형성된 직선형상의 홈 안에 키네신을 고정하고, 고정된 키네신 상을 미소관이 한 방향으로 이동하는 시스템도 보고되어 있다.(예를 들면, 비특허문헌 2 참조).

그러나, 이들 문헌은 생체분자의 인공적인 한 방향 이동을 확인한 성공 예를 보고하는데 그치고 있으며, 구체적인 적용 예에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

한편, 생체고분자를 통신매체 또는 기록매체로서 이용하는 정보통신시스템이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 시스템에서는, 송신측 서브시스템에서 송신 할(또는 써야 할) 데이터를 배열정보 또는 결합양식정보로 변환하고, 변환한 배열정보 또는 결합양식정보를 생체고분자 재료와 합성하여 합성고분자를 생성한다.

수신측 서브시스템에서 합성고분자를 수신(또는 읽기)하는 경우는, 부호화된 배열/결합양식정보를 합성고분자로부터 취출하여, 그것을 수신데이터 또는 읽기데이터로 복원하여 출력한다.

이 문헌에서는 송신측 서브시스템에서 수신측 서브시스템으로 합성고분자를 송신하는 경우, 어떠한 전달로(채널)를 통해 수신측까지 전달하는지에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

비특허문헌 1 : R. Yokokawa, et al., "Hybrid Nanotransport System by Biomolecular Linear Motors," Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 13, No. 4, pp.612-619, Aug. 2004

비특허문헌 2 : Y. Hiratsuka, et al., "Controlling the Direction of Kinesin-driven Microtubule Movements along Microlithographic Tracks," Biophysical Journal, Vol. 81, No. 3, pp.1555-1561, Sep. 2001

특허문헌 1 : 특개2003-101485

상기와 같은 배경을 기초로, 본 발명은 분자를 통한 생물계의 시그널 전달 메커니즘을 인위적인 디자인 하에 자율동작이 가능한 통신시스템으로서 재구축하는 것을 과제로 한다.

또한, 제어가능한 전반 채널에 의해, 지향성을 갖는 분자통신시스템의 구축을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 측면에서는, 분자송신기와 분자수신기 사이에 인공적으로 형성한 분자 전반 경로를 형성한다.

구체적으로, 제1 측면에서의 분자통신시스템은, 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기와, 상기 정보분자를 수신하는 분자수신기와, 상기 분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하며, 분자 전반 경로는, 고분자재료로 형성되는 전송패스와, 상기 전송패스를 따라 소정 방향으로 순회하는 캐리어분자를 포함하며, 상기 캐리어분자는 분자송신기로부터 송출된 정보분자를 탑재하여 분자수신기까지 수송한다.

이와 같은 구성의 분자통신시스템에서는 인위적으로 만들어진 전송로를 따라 수신처까지 제어성 좋게 정보분자를 전달할 수가 있다.

예를 들면, 전송패스는 레일분자로 형성되고, 캐리어분자로서 모터분자를 이용한다. 이 경우, 정보분자는 모터분자에 탑재되어 분자수신기까지 수송된다.

혹은, 전송패스는 모터분자로 형성되고, 캐리어분자로서 레일분자를 이용한다. 이 경우, 정보분자는 레일분자에 탑재되어 분자수신기까지 수송된다.

본 발명의 제2 측면에서는, 분자송신기에서 정보분자의 수신처가 되는 분자수신기를 식별하는 표식분자를 생성하고, 표식분자와 정보분자를 분자 전반 경로로 송출한다.

구체적으로, 제2 측면에서의 분자통신시스템은, 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기와, 상기 정보분자를 수신하는 분자수신기와, 상기분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하며, 상기 분자송신기는, 소정의 분자에 소정의 정보를 부호화하여 정보분자를 생성하는 분자 부호화부와, 상기 정보분자의 수신처인 상기 분자수신기를 식별하는 표식분자를 생성하는 표식분자 생성부와, 상기 정보분자 및 표식분자를 상기 분자 전반 경로로 송출하는 분자 방출부를 갖는다.

이와 같은 구성의 분자통신시스템에서는, 목적 수신처에 대해 정보분자를 높은 확률로 전송할 수 있고, 동일한 정보를 부호화한 정보분자를 복수 송출함으로써 목적 수신처에 대해 거의 확실하게 정보를 전송할 수가 있다.

하나의 구성 예로서 분자송신기는, 표식분자 생성부 및 표식분자를 방출하는 제1 분자 방출부를 갖는 제1 분자송신장치와, 분자 부호화부 및 정보분자를 방출하는 제2 분자 방출부를 갖는 제2 분자송신장치를 포함하며, 제2 분자송신장치는, 제1 분자송신장치로부터의 표식분자의 방출을 검출하는 표식분자 검출부를 더 가지며, 제2 분자 방출부는 표식분자 검출에 기초하여 정보분자를 방출한다.

다른 구성 예로서 분자송신기는, 표식분자 생성부 및 표식분자를 방출하는 제1 분자 방출부를 갖는 제1 분자송신장치와, 분자 부호화부 및 정보분자를 방출하는 제2 분자 방출부를 갖는 제2 분자송신장치를 포함하며, 제2 분자송신장치는, 정보분자를 방출할 때, 제1 분자송신장치에 대해 표식분자의 방출을 지시하는 표식분자 방출 지시부를 더 가지며, 제1 분자 방출부는 상기 지시에 기초하여 상기 표식분자를 방출한다.

분자를 통한 정보 전달을 제어성 좋게 수행할 수 있는 분자통신시스템이 제공된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분자통신시스템을 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는, 도 1의 분자통신시스템에서 이용되는 분자송신기의 구성 예를 나타낸 도면이다.

도 3은, 도 1의 분자통신시스템에서 이용되는 분자수신기의 구성 예를 나타낸 도면이다.

도 4는, 도 1의 분자통신시스템에서 전송되는 정보분자의 데이터 구조 예를 나타낸 도면이다.

도 5는, 도 4의 정보분자 데이터부만을 보호 코팅하는 경우의 예를 나타낸 도면이다.

도 6은, 도 5의 정보분자를 캐리어분자에 결합시켜서 전송할 때의 구성 예를 나타낸 도면이다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 분자통신시스템을 설명하기 위한 개략도이다.

도 8은, 도 7의 분자통신시스템에서 이용되는 분자송신기의 구성 예 1을 나타낸 도면이다.

도 9는, 도 7의 분자통신시스템에서 이용되는 분자송신기의 구성 예 2를 나타낸 도면이다.

도 10은, 도 7의 분자통신시스템에서 이용되는 분자수신기의 구성 예를 나타낸 도면이다.

도 11은, 도 7의 분자통신시스템에서 이용되는 분자송신기의 구성 예 3을 나타낸 도면이다.

도 12는, 도 7의 분자통신시스템에서 이용되는 분자송신기의 구성 예 4를 나타낸 도면이다.

*부호의 설명

1, 2 : 분자통신시스템 10, 50 : 분자 전반 경로

11 : 기판 15, 55 : 정보분자

16 : 모터분자 17 : 레일분자

18 : LDH 19 : 캐리어분자

20, 60 : 분자송신기 21 : 분자 공급부

22 : 분자 생성부 23 : 분자 공급 포트

24 : 분자 저장부 25, 65 : 분자 정보 부호화부

26 : 부호화 정보 보호부 27, 67 : 분자 방출부

30, 70 : 분자수신기 31 : 분자수신부

32 : 보호기구 해제부 33, 72 : 분자 정보 복호화부

34 : 분자 처리부 35 : 저장부

36 : 분해부 37 : 배출부

56 : 표식분자 61 : 표식분자 생성부

62 : 정보분자 생성부 64 : 표식분자 저장부

66 : 정보분자 저장부 68 : 표식분자 검출부

69 : 표식분자 방출 지시부 71 : 표식분자 수신부

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.

우선, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분자통신시스템을 설명한다. 제1 실시형태에서는 모터분자와 레일분자를 이용한 인공채널을 형성하여 분자통신시스템을 구축한다.

도 1은, 제1 실시형태에 따른 분자통신시스템(1)의 개념을 설명하기 위한 개략도이다. 분자통신시스템(1)은, 분자송신기(20), 분자수신기(30), 이들 사이를 연결하는 분자 전반 경로(10)를 포함한다. 도 1(a)의 구성 예에서는 분자송신기(20)와 분자수신기(30) 사이에 레일분자(17)를 배치하여 분자 전반 경로(10A)를 형성하고, 모터분자(16)에 정보분자(15)를 탑재하여 레일을 따라 분자수신기(30)까지 정보분자(15)를 수송한다.

레일분자(17)로서, 예를 들면 미소관을 이용한다. 모터분자(16)는 그 이동 방향에 따라 키네신 또는 다이닌을 이용한다. 모터분자(16)가 이동하는 방향은 미소관(17)의 극성에 의해 결정되며, 키네신은 미소관(17)의 플러스(+) 단을 향해 이동하고, 다이닌은 마이너스(-) 단을 향해 이동하는 것이 일반적으로 알려져 있다.

레일분자(17)를 이용하여 전반 경로(10A)를 형성하기 위해서는, 유리기판(11)상에 미소관(17)를 고정할 필요가 있다. 미소관(17)은 유리표면에 대한 친화성이 낮으므로 아미노산(PLL:Poly-L-Lysine)을 접착제로서 이용한다. 예를 들면, 유리기판(11)상에 전송패스를 구성하는 슬릿 개구가 형성된 수지필름(미도시)을 배치하고, 슬릿 내에 PLL을 주입한다. 그 후, 여분의 PLL을 씻어내고 수지필름을 제거한 기판(11)상에 레일분자(미소관 용액)를 도입하면 PLL이 코팅된 부분에만 레일분자(17)가 부착한다.

이와는 반대로, 도 1(b)의 예에서는 모터분자(16)를 기판(11)상에 배치하고 분자송신기(20)와 분자수신기(30) 사이에 분자 전반 경로(10B)를 형성한다. 이 경우는 레일분자인 미소관(17)이 모터분자(16)로 형성된 전송패스를 따라 정보분 자(15)를 수송한다.

분자 전반 경로(10B)의 형성은, 예를 들면 포토리소그라피법에 의해 유리기판(11)상에 소정의 패스 형상으로 패터닝된 레지스트막(미도시)을 형성한다. 레지스트에 형성된 홈 내에 모터분자를 주입하고 기판(11)상에 흡착시킨다.

도 1(a)과 도 1(b)의 시스템은, 원리적으로 등가이다. 도 1(a)의 예에서는 모터분자(16)가 정보분자(15)의 전송을 담당하는 캐리어로서 기능하고, 도 1(b)의 예에서는 레일분자(17)가 캐리어로서 기능한다. 따라서, 이하에서는 양자를 총칭하여 캐리어분자(19)라 칭한다.

또한, 도 1(a), 도 1(b)의 어느 예에서든 레일분자(17)는 미소관에 한정되지 않으며 액틴필라멘트이어도 좋다. 그 경우에는 모터분자로서 키네신이나 다이닌 대신에 미오신을 이용한다. 또한, 전반 경로(10)는 반드시 기판(11)상에 고정될 필요는 없으며, 예를 들어 섬유형상의 경로이어도 좋다.

도 2는, 도 1의 분자통신시스템(1)에서 이용되는 분자송신기(20)의 개략구성도이다. 분자송신기(20)는 정보분자를 생성하여 분자 전반 경로(10)로 송출한다. 분자송신기(20)는 분자를 생성하는 분자 생성부(22)와, 외부로부터 분자의 공급을 받는 분자 공급 포트(23) 중 적어도 하나를 포함하는 분자 공급부(21)를 갖는다. 분자 저장부(24)는 분자 생성부(22)에서 생성되거나 또는 분자 공급 포트(23)를 통해 외부 공급된 분자를 일시적으로 저장해 둔다. 분자 정보 부호화부(25)는 전송하고자 하는 정보를 분자에 대해 부호화를 수행한다. 부호화 정보 보호부(26)는 부호화한 정보분자를 외부환경으로부터 보호하기 위한 처리를 수행한다. 분자 방출 부(27)는 부호화된(임의로 보호 처리도 이루어진) 정보분자를 분자송신기(20)의 외부로 방출한다.

도 3은, 도 1의 분자통신시스템(1)에서 이용되는 분자수신기(30)의 개략구성도이다. 분자수신기(30)는 분자송신기(20)로부터 보내온 정보분자를 수신하여, 정보의 내용을 복호한다. 분자수신기(30)의 분자수신부(31)는 분자 전반 경로(10)상을 전송되어온 정보분자를 포착하여 분자수신기(30) 내부에 도입한다. 보호기구 해제부(32)는 수신한 정보분자에 보호처리가 되어 있는 경우에 그 보호기구를 해제한다. 분자 정보 복호화부(33)는 정보분자에 부호화된 정보의 복호화 내지는 해석을 수행한다. 분자 처리부(34)는 분자의 저장, 분해, 분자수신기(30) 외부로의 배출 등을 수행한다.

다음으로, 이와 같은 분자통신시스템(1)의 동작에 대해 설명한다.

분자송신기(20)에서, 외부로부터 공급되거나 혹은 미리 분자 저장부(24)에 저장된 DNA를 클로닝 조작하고, 합성DNA나 천연DNA를 조합하여 연결하고, 전송하고자 하는 정보내용에 대응한 염기배열(A:Adenine/G:Guanine/T:Thymine/C:Cytosine)을 갖는 한 가닥 사슬 또는 두 가닥 사슬의 DNA를 생성한다. 또는, 전송하고자 하는 정보에 대응한 구조(헤어핀 구조나 벌지 구조 등)를 갖는 한 가닥 사슬 또는 두 가닥 사슬의 DNA를 생성한다. 이와 같은 DNA의 생성이나 조작은, 마이크로 PCR(Polymerase Chain Reaction) 등에 보여지는 바와 같이, 미소한 칩 상에서 수행하는 것이 가능하다(예를 들면, K. Sun, et al., "Fabrication and Evaluation of the All Transparent Micro-PCR Chip," Technical Report of IEICE, MBE2003-40, pp.1-4, July 2003. 을 참조하기 바람).

예를 들어, A라는 문자에는 CGA의 염기배열을, B라는 문자에는 CCA의 염기배열을, C라는 문자에는 GTT의 염기배열을 맵핑하는 등의 방법을 생각할 수 있다.

또는, 0의 디지털 정보에는 헤어핀 구조를, 1의 디지털 정보에는 벌지 구조를 맵핑하는 것도 생각할 수 있다.

부호화 시에는 분자송신기 외부에서 미리 다양한 배열이나 형상의 DNA를 대량합성하여 분자 공급 포트(23)를 통해 분자 저장부(24)에 저장해 두고, 전송하고자 하는 정보에 대응한 DNA를 선택하여 방출하는 형태이어도 좋다.

전송하는 정보는 상기와 같은 인공적인 아날로그/디지털 정보뿐만이 아니라 DNA가 가지는 생명정보 자체나 질환 세포의 치료용 유전자 등이어도 좋다.

이렇게 하여 생성된 DNA를 데이터부로 하고, 여기에 캐리어분자와의 결합에 이용하는 한 가닥 사슬 DNA를 결합부로서 연결함으로써 정보분자를 생성한다.

도 4는, 정보분자(본 실시 예에서는 DNA)의 데이터 구조를 나타내는 모식도이다. 정보분자(15)는 분자 전반 경로(10) 상을 분자수신기(30)까지 이동하는 캐리어분자(모터분자(16) 또는 레일분자(17))와의 결합에 이용하는 결합부(15a)와, 전송할 정보를 부호화한 데이터부(15b)를 포함한다.

분자 전반 경로(10) 중의 온도나 pH, 분해효소, 이온 강도, 빛 등 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 생성한 정보분자(15)를 보호하기 위해, 도 5에 도시한 바와 같이 부호화 정보 보호부(26)에서 데이터부(15b)를 무기화합물인 LDH(Layered Double Hydroxide)(18)로 코팅해도 좋다. LDH 코팅은 예를 들면 부호 화된 DNA 사슬을 LDH층 사이에 넣어 캡슐화함으로써 이루어진다. LDH 코팅 방법 및 효과에 대해서는, J.H. Choy, et al., "Inorganic-Biomolecular Hybrid Nanomaterials as a Genetic Molecular Code System," Advanced Material, 16, No. 14, pp.1181-1184, July. 19, 2004.를 참조하기 바란다.

이렇게 하여 생성, 가공된 정보분자(예를 들면 DNA)(15)는 분자 방출부(27)에서 분자송신기(20)의 외부로 방출된다. 예를 들면, 이온채널과 같은 개폐가능한 게이트와 타이머를 구비함으로써, 캐리어분자의 순회주기에 맞춰서 정보분자를 방출하는 기구를 생각할 수 있다. 방출된 정보분자(15)는 도 6에 도시한 바와 같이, 분자송신기(20)의 근방에 존재하며, 정보분자(15)의 결합부(15a)와 상보성을 갖는 한 가닥 사슬 DNA의 염기배열을 표면에 갖는 캐리어분자(19)와 두 가닥 사슬을 형성(hybridization)함으로써 결합한다. 또한, 캐리어분자(19)는 순회하고 있으므로 방출된 정보분자(15)가 분자송신기(20)의 근방에 계속 존재하고 있으면, 방출되고 일정시간 경과 후에는 순회하고 온 캐리어분자(19)와 결합하므로 타이머를 구비하는 것은 필수는 아니다.

캐리어분자(19)는 아데노신3인산(ATP)이 주입된 용액 안에서 기판(11)상에 고정된 레일분자(17) 또는 모터분자(16)의 전송패스를 따라 상시 순회 이동하고 있다. 캐리어분자(19)의 이동속도는 ATP농도나 마그네슘 이온 농도, 용액의 온도, 점성저항을 조정함으로써 제어가능하다. 이를 이용하여, 캐리어분자(19)의 순회주기와 분자송신기(20)로부터 정보분자(15)가 방출되는 주기를 동기시키는 것도 가능하다.

또는, ATP가 존재하지 않는 용액 중의 분자송신기(20) 근방에 캐리어분자(19)를 대기시켜 놓고, 정보분자(15)가 캐리어분자(19)와 결합한 후에, 분자수신기(30)까지 이동할 수 있는 양의 ATP를 용액 안에 주입함으로써 캐리어분자(19)의 이동을 개시시켜도 좋다.

정보분자(15)가 결합한 캐리어분자(19)는 기판(11)상에 전반 경로(10)를 형성하는 레일분자(17) 또는 모터분자(16)를 따라 분자수신기(30)로 수송된다.

분자수신기(30)의 분자수신부(31)에서는 수송되어 온 캐리어분자(19)와 정보분자(15)와의 결합체에 대해, 제한효소를 작용시켜 정보분자(15)와 캐리어분자(19)의 결합을 이루고 있는 두 가닥 사슬을 절단하고, 캐리어분자(19)로부터 분리한 정보분자(15)를 분자수신기(30) 내부에 도입한다.

도입한 정보분자(15)의 데이터부(15b)가 LDH 코팅이 되어있는 경우는, 보호기구 해제부(32)에서, pH를 3 이하로 한 용액 안에 넣음으로써 LDH 코팅을 제거한다. LDH 코팅에서 DNA를 취출하는 방법에 관해서도 상기 J.H.Choy, et al.,의 문헌에 기재되어 있다.

다음으로, 분자 정보 복호화부(33)는 정보분자(15)의 데이터부(15b) 배열을 읽음으로써 정보의 복호화를 수행한다. 염기배열을 읽는 방법으로서는, PCR(Polymerase Chain Reaction)과 겔 전기영동을 이용하는 방법이 가장 일반적인데, 나노스케일의 구멍(nanopore)을 DNA가 통과할 때의 전류변화를 검출함으로써 배열을 독출할 가능성이 있다는 것이 T.A. Goor, "Nanopore Detection: Threading DNA Through a Tiny Hole,"PharmaGenomics, pp.28-30, March/April 2004 에 개시되 어 있다.

염기배열을 직접적으로 해독하는 대신에 분자수신기(30)에 도입된 DNA가 발현함으로써 발생하는 생화학적인 반응(예를 들면 단백질의 생성 등)을 관찰함으로써 부호화된 정보를 해석하도록 해도 좋다.

정보의 복호화 또는 해석이 끝나면 분자 처리부(34)에서 필요한 처리를 수행한다. 정보분자를 리사이클하는 경우는 저장부(35)에 저장한다. 소멸시키는 경우는 분해부(36)에서 분해, 소멸시킨다. 외부로 배출하는 경우는 배출부(37)를 통해 분자수신기(30)의 외부로 배출한다.

다음으로, 상술한 제1 실시형태의 변형 예를 설명한다.

(정보부호화·복호화에 대해)

상기 실시 예에서는 정보분자(15)로서 DNA를 이용했기 때문에 DNA의 염기배열이나 구조에 정보를 맵핑하는 예를 나타냈다. 그러나, 정보분자로서 사용하는 분자의 종류에 따라 다양한 정보부호화 방법을 생각할 수 있다.

예를 들면, 아조벤젠은 파장 380㎚의 빛을 조사하면 시스형에서 트랜스형으로 구조가 변화하고, 파장 450㎚의 빛을 조사하면 트랜스형에서 시스형으로 변화(광 이성화)하는 성질이 알려져 있다. 그 밖에도 비슷한 광학활성을 갖는 분자가 있으며, 폴리실란은 온도나 화학물질 등의 외부로부터의 에너지에 의해, 나선 감김성을 오른쪽에서 왼쪽, 왼쪽에서 오른쪽으로 변환할 수 있다는 것이 알려져 있다. 이와 같은 성질을 이용하여 한 측의 상태에 "0"을, 다른 한 측의 상태에 "1"을 대응시키는 정보 부호화도 생각할 수 있다.

또한, 수만 가지의 종류가 존재하는 단백질의 입체구조를 이용하는 것도 생각할 수 있다. 예를 들면, 아미노산배열이나 3차원 입체구조가 극히 닮은 단백패밀리(족)를 구성하는 단백질군에 대해 어느 하나의 정보를 맵핑하면, 분자송신기(20)와 분자수신기(30) 사이의 외부환경에 따른 변화로 단백질 분자가 다소 변성되었다 하더라도, 같은 단백질군 안에서의 변이라면 정보를 잃게 되지는 않는다. 따라서, 환경 내성을 높인 부호화가 가능하게 된다.

분자의 입체구조를 이용하는 것에 의해서도 정보 부호화는 가능하다. 예를 들면, 금속원자와 유기분자와의 자기조직화에 따른 결합으로 형성되는 각종의 나노 구조체를 이용할 수 있다. 구성부품이 되는 분자를 적절히 설계(원자의 종류나 수, 위치 등의 디자인)하면, 상온상압의 조건하에서 물에 녹이는 것만으로 자연계에는 존재하지 않는 복잡한 나노 구조체(정사각형, 사면체, 육면체, 팔면체, 튜브형, 박스형, 팔자형, 지혜의 고리형 등)를, 수율 100%로 합성할 수 있다는 것이 알려져 있다. 이들 구조에 정보를 대응시키는 부호화 방법도 실현할 수 있다.

분자의 입체구조에 정보를 부호화한 경우에는, 수신측에서 NMR(Nuclear Magnetic Resonance)이나 X선 해석에 의한 입체구조의 해독이 필요하다.

그 밖에, 분자의 입체구조를 이용하지 않고 분자구조의 극성이나 진동, 강도 등의 성질을 이용하는 정보부호화도 생각할 수 있다. 게다가, 다양한 사이즈의 반도체 나노 결정(양자도트)을 채운 라텍스제의 비드를 정보분자로 하고, 그 비드에 채워진 양자도트의 조성을 정보부호화에 이용하는 방법도 가능하다.

양자도트 비드를 이용하는 경우는, 하나의 라텍스 비드에 채워진 다양한 사 이즈의 양자도트로부터 발하는 형광을 프리즘으로 분광함으로써, 비드 중의 양자도트 조성에 대응하는 파장과 강도를 갖는 스펙트럼 패턴(이론상으로는 10억개의 패턴)을 얻을 수 있다. 따라서, 스펙트럼 패턴을 이용한 정보부호화가 가능하다.

한편, 분자에 특별한 조작을 하지 않고 분자의 존재 자체가 정보를 가진다는 관점으로도 생각할 수 있다. 예를 들면, 페로몬 등의 화학물질은 그 분자를 수용한 수신자의 감정이나 행동 등에 작용을 미친다는 것이 알려져 있다. 즉, 분자의 존재 자체가 부호화에 상당하며, 그 해석이 복호화에 상당한다. 또한, 캡슐화에 의한 정보분자의 보호에 대해서는 LDH로 코팅하는 것 이외에도 예를 들면 막소포를 이용하여 막소포의 내부에 정보분자를 가둬넣어 캡슐화하는 방법도 생각할 수 있다. 또한, 막소포를 이용하여 정보분자를 캡슐화할 때에는 복수의 정보분자를 동일한 막소포 내에 가둬 넣는 것이 가능하므로, 정보분자의 농도나 막소포 내의 다른 정보분자의 구성 비율로 정보를 부호화하는 것도 가능하게 된다. 또한, 페로몬 등의 화학물질은 그 분자를 많이 수용하면 할수록 보다 강한 작용을 미치기 때문에 농도나 구성 비율로 정보를 부호화한 경우, 수신자에게 일어나는 작용의 강약이 복호화에 상당하게 된다. 또한, 이와 같이 정보를 캡슐화하는 물질로는, 막소포 이외에도 유기, 무기분자 등을 이용하여 구축한 분자 캡슐 등이어도 좋고, 정보분자를 캡슐화할 수 있는 것이라면 어떠한 것이어도 좋다.

(정보분자와 캐리어분자의 결합·분리에 대해)

상술한 실시 예에서는 정보분자(15)로서 DNA를 이용했기 때문에 DNA의 하이브리다이제이션(hybridization)을 이용하였으나, 정보분자로서 사용하는 분자의 종 류에 따라 다양한 방법을 생각할 수 있다.

예를 들면, 캐리어분자의 표면에 리셉터(수용체)를 결합함으로써 분자송신기(20)에서 방출된 단백질 등의 정보분자(15)를 수용체의 분자 인식능에 의해 포착하고, 캐리어분자(19)에 실어 전송할 수 있다고 생각된다. 또한, 수용체는 테일러메이드(Taylor Made)에서 인공적으로 제조할 수 있으므로, 다양한 정보분자를 캐리어분자로 전송하는 것이 가능하게 된다. 또한, 수용체는 막소포 표면에 부착시키는 것도 가능하므로, 막소포 표면에 하나의 수용체를 부착시키고, 캐리어분자(19)에는 그 수용체가 인식하는 분자를 부착시킴으로써, 막소포를 캐리어분자(19)에 싣는 것이 가능하다. 막소포 내에는 다양한 정보분자를 가둬 넣는 것이 가능하므로 정보분자(15)의 종류에 따라 다른 수용체를 이용하지 않고도 다양한 정보분자를 동일한 캐리어분자(19)로 전송할 수 있다고 생각된다. 이 경우 우편으로 말하자면, 막소포는 봉투에 상당하고, 정보분자(15)가 안에 들어가는 편지에 상당하게 되며, 막소포는 내부에 가둬진 정보분자(15)를 분자 전반 경로(10) 중의 온도나 pH, 분해효소, 이온 강도, 빛 등 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 보호할 뿐만 아니라, 정보분자(15)의 성질을 캐리어분자(19)에 대해 은폐하여, 정보분자(15)의 종류에 개의치 않고 전송을 가능하게 할 수 있다.

또한, 캐리어분자의 표면에 시클로덱스트린이나 크라운 에테르를 결합하면, 링의 크기에 피트되는 분자나 이온을 내포하는 분자 포접능에 의해, 정보분자를 캐리어분자로 전송할 수 있게 된다. 또한, 분자수신기(30)까지 전송된 정보분자는 빛을 조사하는 등의 외부 자극을 줌으로써 취출할 수 있다.

그 밖에는, 분자송신기(20)로부터 방출된 정보분자(15)를 인산화효소에 의해 인산화함으로써 캐리어분자(19)에 결합하고, 분자수신기(30)에서는 탈인산화효소에 의해 정보분자를 탈인산화함으로써 분리하는 방법도 생각할 수 있다.

(수신처 정보의 부여)

상기 실시예에서는 단일 분자수신기(30)가 이용되는 경우를 예로서 설명하였으나, 복수의 분자수신기(30)가 존재하고 각각이 다른 수용체를 갖는 분자통신시스템에도 제1 실시형태를 적용할 수 있다.

이 경우는, 복수의 분자수신기(30) 각각에, 각기 다른 수용체를 갖게 한다. 그리고, 분자송신기(20)에서, 어느 수용체의 리간드가 되는 분자를 방출시켜 캐리어분자(19)와 결합시켜 전송함으로써, 그 리간드에 대응하는 수용체를 갖는 분자수신기(30)에 의해 캐리어분자는 포착된다. 즉, 캐리어분자(19)에 정보분자(15)에 덧붙여 수신처 정보를 나타내는 리간드분자를 결함함으로써 복수의 분자수신기(30) 중에서 특정 분자수신기(30)에 대해 정보분자(15)를 전송할 수 있다.

(적용 예)

(1) 대용량의 정보전송

정보분자로서 DNA를 사용한 경우는 특히, 하나의 정보분자로 대용량의 정보를 전송할 수 있다.

(2) 연료수송

정보분자로서 수소를 전송하면 연료전지에 에너지를 공급하게 된다. 정보분자로서 프로톤(수소이온)을 전송하면 회전분자모터에 에너지를 공급하게 된다.

(3) 의사(擬似)물질수송

정보분자로서 효소나 DNA 등 최소한의 물질을 전송함으로써, 수신측에 자기조직화 등의 생화학반응을 일으켜, 송신측과 동일한 물질을 수신측에도 형성할 수 있다.

(4) μ-TAS(Micro Total Analysis System)/Lab-on-a-Chip(랩온어칩)

칩에 펌프, 밸브, 센서, 리액터 등 다양한 컴포넌트를 미소화(微小化)·집적화시킨 시스템을 가리키며, 칩 상에서의 생화학분석이나 합성을 수행할 수 있다. 여기서는, 정보분자로서 각종의 시료나 시약을 각 컴포넌트에 전송한다.

(5)분자 컴퓨터

분자로 구성되는 트랜지스터나 논리 게이트, 메모리 등의 컴퓨팅 디바이스 소자간의 입출력이나 제어신호로서, 효소 등의 정보분자를 전송한다.

(6) 나노 머신간 통신, 동작제어

능력적·환경적으로 전자파를 사용할 수 없는 나노스케일 디바이스간의 통신이나, 전자기기에서 구성·구동되지 않는 나노 머신의 동작제어 등을 수행한다.

다음으로, 도 7 ~ 도 12를 참조하여 본 발명의 제2 실시형태에 따른 분자통신시스템에 대해 설명한다. 제2 실시형태에서는 전반 경로로서 주로 혈관이나 임파관 등 생체 내의 분자 신호 전달 경로를 이용한다.

도 7은, 제2 실시형태에 따른 분자통신시스템(2)의 개념도이다. 분자통신시스템(2)은, 분자송신기(60), 분자수신기(70), 이들 사이를 연결하는 분자 전반 경로(50)를 포함한다. 분자송신기(60)는 분자에 정보를 부호화하여 정보분자(55)를 생성하고, 이 정보분자(55)와 정보분자(55)의 수신처 표식이 되는 표식분자(56)를 송신한다. 정보분자(55)와 표식분자(56)는 분자 전반 경로(50)를 지나 분자수신기(70)에 도달한다. 분자수신기(70)는 정보분자(55) 및 표식분자(56)를 수신하고, 정보분자(55)로부터 정보를 복호화한다.

분자송신기(60)는 예를 들면, 생체의 세포를 인공적으로 개변하고, 분자에 정보를 부호화하는 능력을 갖게 한 것으로, 부호화된 정보를 갖는 정보분자(55)와 표식분자(56)를 생성하여 외부로 송출한다. 또한, 분자송신기(60)는 생체의 세포를 인공적으로 개변하는 것 이외에도, 기계적인 부품을 이용하여 인공적으로 구성해도 좋다. 또한, 부호화의 대상이 되는 분자와 표식분자는 반드시 분자송신기(60) 내부에서 생성할 필요는 없으며, 인공적으로 부호화용 분자와 표식분자를 미리 분자송신기(60) 내부에 저장해 두는 구성이어도 좋다. 분자송신기(60)는 최소한의 능력으로서 분자에 정보를 부호화하고, 이것을 송신하는 능력을 갖고 있으면 된다.

표식분자는 호르몬이나 신경 전달 물질 등의 분자이며, 특정 수용체에 선택적으로 결합하는 능력을 가진 분자이다. 부호화의 대상이 되는 분자는 예를 들면, 단백질이나 DNA 등의 생체분자이다. 이들 부호화의 대상이 되는 분자에는, 분자구조적으로 표식분자와 결합하는 부분을 갖게 하고 근방의 표식분자와 결합하도록 해 둔다. 또한, 부호화 방법에 대해서는 후술하기로 한다.

분자 전반 경로(50)는 예를 들면, 혈관이나 임파관 등 생체내의 분자 신호 전달 경로이며, 분자송신기(60)와 분자수신기(70) 사이에서 정보분자(55)와 표식분자(56)의 결합체(한 쌍)가 전반된다. 분자 전반 경로(50)는 혈관이나 임파관이 아 니라도 정보분자(55)/표식분자(56) 결합체를 수송할 수 있는 경로라면 어떠한 경로이어도 좋으며, 예를 들어 임의의 분비 경로나 생체 내 이외의 경로인 상기 제1 실시형태에 나타낸 바와 같은 유로를, 분자모터가 캐리어분자가 되어 이동하는 것과 같은 경로이어도 좋다.

분자수신기(70)는 예를 들면, 표식분자(56)를 수신하는 수용체를 갖는 생체세포 또는 이를 개변한 인공세포이며, 표식분자(56)와 함께 정보분자(55)를 내부에 도입하고, 정보분자(55)에 부호화된 정보를 복호화한다. 복호화 방법에 대해서는 부호화 방법과 함께 후술한다. 또한, 분자수신기(70)는 생체세포나 생체세포를 개변한 인공세포에 한정되지 않고, 기계적인 부품을 이용하여 인공적으로 구성한 것이어도 좋다. 어느 경우든 표식분자(56)를 수신하는 수용체를 가지고 정보분자(55)에 부호화된 정보를 복호화하는 기능을 가지면 된다.

분자송신기(60)에 의한 분자 정보 부호화 방법으로는, 가장 단순한 부호화 방법으로서 예를 들면, 분자 A를 정보 "0"에, 분자 B를 정보 "1"에 대응시켜 어느 하나를 송신함으로써 전달할 정보를 변화시키는 부호화 방법이 있다. 분자 A,B는 전혀 다른 분자를 이용해도 좋으나, 분자 B로서, 분자 A에 인산화나 유비퀴틴화 등 어떠한 화학반응을 작용시켜 성질을 변경한 것을 이용할 수도 있다. 또한, 분자송신기가 생체세포나 생체세포를 개변한 인공세포의 경우, 생체세포가 세포 외부로 방출하는 시그널을 갖는 분자를 이와 같은 분자 A,B로서 선택하면, 분자를 생성하여 부호화하는 것만으로 세포 외부로 방출되게 된다. 또한, 기계적인 부품을 이용하여 분자송신기를 구성한 경우, 클록을 갖는 개폐 게이트 등의 부품을 이용하여, 분자생성, 부호화와 동기시켜 분자방출 타이밍을 제어할 수 있다. 또한, 분자생성, 부호화 후, 즉시 송신할 필요가 없으면 분자생성, 부호화와 분자방출을 동기시킬 필요는 없으며 정기적으로 개폐하는 게이트 등의 부품을 이용하여 보다 간편하게 분자송신기를 구성하는 것이 가능하다.

분자수신기(70)에서의 복호화 방법으로는, 각각에 대응하는 수용체를 준비해 두고, 어느 것과 결합했는지를 판정함으로써 송신된 정보를 복호화할 수 있다. 판정방법으로는, 수용체를 결합한 결과, 분자수신기에 일어나는 작용(분자수신기의 형태변화, 분자수용에 따른 화학물질의 방출 등)을 관측, 측정하면 된다. 또한, "0", "1"과 같은 디지털정보가 아닌 분자수신기에 일어나는 작용 자체를 정보로 할 수도 있으며, 이 경우는 분자송신기에서 전달하는 작용을 일으키는 분자 생성이 부호화에 상당하고, 분자수신기에서 원하는 작용이 일어나는 것이 복호화에 상당한다. 이와 같이 작용 자체를 정보로서 송신하는 분자송신기는 예를 들면, 진핵세포를 유전자 개변하고 주위의 온도나 빛 등의 외부자극에 따라 어느 분자의 방출을 ON/OFF하거나, 방출되는 분자의 종류나 농도가 변화하거나 하는 기능을 갖게 한 외부자극 감수성 변이세포 등을 이용하여 실현 가능하다고 생각된다. 또한, 분자수신기에 대해서는 생체세포 자체를 이용함으로써 실현 가능하다고 생각된다.

그 밖에도, 분자구조에 비틀림 부분을 갖고, 비틀림 방향이 오른쪽 비틀림과 왼쪽 비틀림의 경우를 갖는 디아자펜타펜(diazapentaphene)류와 같은 분자를 이용하여, 오른쪽 비틀림의 경우를 정보 "0"에, 왼쪽 비틀림의 경우를 정보 "1"에 대응시켜, 정보에 대응하여 비틀림 방향을 조작함으로써 부호화할 수도 있다. 이 분자 는 원편광에 의해 비틀림 방향을 제어할 수 있으므로 좌우 어느 쪽의 원편광을 조사하는지에 따라 부호화를 수행할 수가 있다. 원편광 조사에 의한 비틀림 방향의 제어에 대해서는, Tanaka Yasutaka(田中康隆) 『분자 메모리를 위한 신규 광학 활성 방향족 분자의 합성과 그 물성에 관한 연구』, '시즈오카대학 벤처 비지니스 연구소 연구개발 프로젝트 보고서, 평성 12년'에 기재되어 있다.

또한, 비틀림 방향은 원이색성 스펙트럼에 의해 독출하는 것도 알려져 있으며, 이것을 분자수신기(70)에서의 복호화 방법으로서 이용할 수 있다. 또한, 이들 원편광이나 스펙트럼을 이용한 부호화, 복호화 방법은, 기계적으로 구성한 분자송신기, 분자수신기에서는 이용 가능하지만, 생 세포에서 유래한 분자송신기, 분자수신기를 이용한 경우에는 원편광이나 스펙트럼을 발생시키기가 어려우므로 실현 가능성은 낮아진다.

분자 자체나 분자의 구조를 이용한 정보부호화, 복호화 방법 대신에, 제1 실시형태와 같이 부호화되는 분자로서 DNA를 이용하고 그 염기배열로 부호화하거나 혹은 상기 특허문헌 1(특개2003-101485)에 기재된 바와 같이 부호화되는 분자로서 아미노산을 이용하고 그 배열로 부호화하는 부호화 방법을 이용해도 좋다. 단, 어떤 종류의 단백질이나 DNA를 혈중에 두면 효소적인 분해를 받으므로 이 경우의 분자 전반 경로는 혈관 이외의 유로로 하는 것이 바람직한 경우가 있다. 그러나, 제1 실시형태에서 나타낸 바와 같이 DNA를 LDH 등으로 캡슐화하여 보호하거나, 막소포로 정보분자를 가두어 보호하는 것이 가능하므로 이와 같은 수법을 이용하면 혈중에서의 전송도 가능하다.

또한, 한 개의 분자에 정보를 부호화하는 것이 아니라 복수의 분자를 준비하고 그 농도에 따라 부호화하도록 해도 좋다. 예를 들면, 분자 A와 분자 B가 모두 100개 존재하는 경우에, 분자 A의 비율이 70% 이상이면 정보 "0"을, 분자 B의 비율이 70% 이상이면 정보 "1"을 나타내는 부호화 방법을 채용해도 좋다. 분자 전반 경로(50)에서 몇 개의 분자가 화학변화를 일으키거나, 다른 분자와 결합하거나 하여 그 성질을 잃어 버린 데 기인하여 몇 개의 정보분자를 분자수신기(70)에서 수신하지 못했다 하더라도, 어느 일정 이상의 분자가 분자수신기(70)까지 도달하면 정보를 복호화할 수 있다. 따라서, 분자 전반 경로(50)의 영향에 의한 정보오류를 억제할 수 있다. 어느 한 쪽의 분자 농도라도 70% 이하인 경우, 정보오류 발생을 검출할 수 있으므로 분자송신기(60)에 대해 정보 재전송을 요구할 수도 있어 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 정보 부호화의 기능을 갖는 분자송신기는 온도나 빛 등의 외부자극에 따라 분자 A, 분자 B 중 어느 쪽을 방출할지 절환하는 상술한 외부자극 감수성 변이세포 등을 이용하고, 전체 분자 생성량을 제어하기 위해서 부여하는 영양소의 양을 조절함으로써 실현 가능하다고 생각된다.

또한, 제1 실시형태에 나타낸 바와 같이, 분자방출시에 막소포에 분자를 가두어 분자를 보호하는 기구를 이용할 수도 있으며, 이 경우는 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로 막소포 내에 가두어진 분자의 농도나 다른 분자의 막소포 내 구성비율 등으로 정보를 부호화하는 것도 가능하다. 이 경우, 막소포에 의해 정보분자가 보호되어 있으므로 정보오류가 발생하는 확률도 낮아지는 효과도 있다. 또한, 복호화에 대해서도 제1 실시형태와 마찬가지로, 분자수신기에 일어나는 작용 강도 를 관측, 측정함으로써 실현된다. 또한, "0", "1"과 같은 디지털신호를 정보로 하지 않고 분자수신기에 일어나는 작용과 그 강도를 정보로 할 수도 있다. 이 경우, 분자송신기에서 전달하는 작용을 일으키는 분자를 생성하고, 원하는 강도가 되는 농도나 비율로 막소포 내에 가두는 것이 부호화에 상당하며, 분자수신기에서 원하는 강도로 원하는 작용이 일어나는 것이 복호화에 상당한다. 또한, 원하는 농도나 비율로 막소포 내에 분자를 가두는 수법으로는, 막소포가 형성될 때 막소포 내부의 정보분자 농도나 비율이 환경중의 정보분자의 농도나 비율과 동일해지는 성질을 이용하고, 분자생성량을 제어하여 분자송신기 내의 정보분자 농도나 비율을 원하는 농도나 비율로 하여 막소포를 형성하는 것을 생각할 수 있다.

이하에서는 정보분자(55)의 농도에 따라 정보부호화, 복호화를 수행하는 방법을 예로 들어 도 7의 분자통신시스템(2)의 동작을 설명한다.

도 8은, 도 7에 도시한 분자송신기(60)의 제1 구성 예를 나타낸다. 분자송신기(60)는 표식분자 생성부(61), 정보분자 생성부(62), 분자 부호화부(65), 및 분자 방출부(67)를 포함한다. 표식분자 생성부(61)는 호르몬이나 신경 전달 물질 등의 표식분자(56)를 생성하는 부분으로, 생체 세포에서는 리보솜에 상당하는 부분이다. 정보분자 생성부(62)는 정보부호화의 대상이 되는 단백질 등의 분자를 생성하는 부분으로, 이것도 생체 세포에서는 리보솜에 상당한다. 또한, 부호화의 대상이 되는 분자의 생성을 표식분자의 생성과 구별하기 위해 설명의 편의상 정보분자 생성부라 칭한다.

상술한 바와 같이, 표식분자나 정보부호화를 위한 분자를 분자송신기(60) 내 부에서 생성하는 대신, 미리 인공적으로 저장해 두는 경우는 도 9와 같은 구성이 된다. 이 경우, 분자송신기(60)는 표식분자 생성부(61) 대신에 표식분자 저장부(64)를 가지며, 정보분자 생성부(62) 대신에 정보분자 저장부(66)를 갖게 된다. 정보분자 생성부(62)도 정보분자 저장부(66)도 둘 다 부호화 대상이 되는 분자를 공급한다는 의미에서 분자 공급부로서 기능한다.

분자 부호화부(65)는 생성 또는 미리 저장된 분자에 대해 소정의 부호화를 수행하여 정보분자(55)로 한다. 부호화된 정보분자(55)는 표식분자(56)와 함께 분자 방출부(67)로부터 방출된다.

지금부터, 분자송신기(60)는 생체 내의 췌장 부근에 내장되어 있고, 분자송신기(60)에 연결한 센서 등(미도시)으로 취득한 체온, 체액점도 등의 생체정보를, 마찬가지로 생체 내의 간 부근에 내장된 분자수신기(70)에 정기적으로 송신하는 것을 상정한다. 분자송신기(60)의 표식분자 생성부(61)는 센서로 취득한 정보를 분자수신기(70)에 전달하기 위해, 센서로부터의 입력을 트리거로 하여 간 세포를 표적 세포로 하는 호르몬인 인슐린을 표식분자로서 생성한다.

한편, 정보분자 생성부(62)(또는 정보분자 저장부(66))는 센서로부터의 입력을 트리거로 하여 인슐린과 결합하는 구조를 갖는 단백질 분자(분자 A)를 부호화 대상 분자(정보분자)로서 출력한다.

센서 입력에 기초하여, 표식분자로서의 인슐린을 100개, 정보분자를 위한 분자 A를 100개 출력했다고 하자. 센서에 의해 검출된 정보가 체온이고, 체온이 36.5℃ 보다 높으면 "0"을, 36.5℃ 이하이면 "1"을 부여하여 부호화한다. "0"을 부호화 하는 경우에는 인산화된 분자 A의 비율을 70% 이상으로 하고, "1"을 부호화하는 경우에는 유비퀴틴화된 분자 A의 비율을 70% 이상으로 하는 부호화를 수행한다. 취득된 체온이 36℃라고 하면, 분자 부호화부(65)는 "1"을 부호화하기 위해 분자 A에 대해 유비퀴틴을 작용시켜 분자 A의 대부분을 유비퀴틴화 한다. 여기서 문턱값을 70%로 설정하는 이유는 유비퀴틴이 작용하지 않는 분자가 일부 존재하는 경우를 고려해서이다.

표식분자인 인슐린과 정보가 부호화된 분자(정보분자) A는 분자 방출부(67)로부터 방출된다. 이때, 분자 A는 인슐린과 결합하기 쉬운 구조부위를 가지므로 분자 방출부(67)로부터 송신되기 전에 분자 A와 표식분자와의 결합체를 형성하게 된다. 물론, 상황에 따라서는 이 결합체의 형성은 분자송신기(60)로부터 방출된 후가 되는 것도 생각할 수 있다. 또한, 분자 A는 인산화나 유비퀴틴화에 의해 정보분자가 부호화되어도 표식분자와 결합하기 쉬운 부분에는 영향이 없도록 설계함으로써 부호화에 의해 이 결합체가 형성되지 않게 되는 경우는 없다.

또, 분자 A와 인슐린이 결합하는 부분은 인슐린이 분자수신기(수용체)(70)와 결합하는 부분과는 다른 부분이다. 정보분자 A와 인슐린과의 결합부분이 다른 부분에 영향을 주지않도록 설계함으로써 이 결합으로 인해 인슐린이 분자수신기(70)에 수신되지 않게 되는 사태를 회피한다.

분자송신기(60)로부터 송신된 분자(인슐린과 부호화된 정보분자 A의 결합체)는, 인슐린의 생체 내 신호 전달 경로인 혈관을 흐르는 혈류에 의해 체내를 전반하여, 인슐린의 수용체를 갖는 간 부근의 표적세포에 도달한다. 이때, 인슐린과 정보 분자 A와의 결합체가 전반 경로(50)에서 분해 등의 영향을 받지않도록, 분자송신기(60)의 분자방출부(67)로부터 미리 정보분자 A에 항인슐린 항체를 결합시킨 상태로 방출해도 좋다.

도 10은, 도 7의 분자통신시스템(2)에서 사용되는 분자수신기(70)의 구성 예를 나타낸 개략도이다. 분자수신기(70)는 표식분자 수신부(71)와 정보분자 복호화부(72)를 가진다. 표식분자 수신부(71)는 표식분자를 수신하는 부분이다. 생체 세포에서 수용체에 상당하며, 특정의 표식분자와 선택적으로 결합한다. 정보분자 복호화부(72)는 정보의 복호화를 수행하는 부분으로, 단백질에 대해 인산화나 유비퀴틴화 등의 화학반응에 의해 부호화한 경우는, 각각의 화학반응을 받은 단백질이 일으키는 작용의 차이에 의해 복호화를 수행한다.

상기 예에서는 분자수신기(70)의 표식분자 수신부(71)가 인슐린 수용체로 구성되어 있고, 분자 전반 경로(50)를 지나온 결합분자 중 표식분자(인슐린)가 이 표식분자 수신부(71)와 결합함으로써 정보분자를 포함하는 분자가 분자수신기(70)에 수신된다. 표식분자 수신부(71)에 인슐린이 결합하면, 분자수신기(70)는 수용체 의존성 엔도시토시스에 의해 인슐린과 정보부호화 분자 A의 결합체를 분자수신기(70) 내부에 도입한다. 수용체 의존성 엔도시토시스에 대해서는 米田悅啓(Yoneda Yosihiro)저 『세포 내 수송을 알 수 있다』, ISBN:4897069963, 양토사, 제45~53페이지에 기재되어 있다. 도입된 정보분자는 정보분자 복호화부(72)에서 복호된다.

상기 예에서는 정보의 수신처가 간 부근의 분자수신기였기 때문에 표식분자(56)로서 인슐린을 사용했다. 수신처가 위 부근의 분자수신기인 경우는 위에 작 용하는 호르몬인 알도스테론을 표식분자(56)로서 사용하게 된다. 이와 같이, 수신처 별로 적절한 표식분자를 사용함으로써 정보를 부호화한 분자를 생체의 분자 신호 전달 경로를 이용하여 적절한 수신처에 송신하는 것이 가능하게 된다. 또한, 생체의 분자 신호 전달 경로가 아니더라도 예를 들면, 상기 제1 실시형태에서 도시한 유로이어도 수신처 별로 다른 수용체를 갖는 분자수신기가 존재한다면, 본 발명을 이용하여 적절한 수신처에 정보를 부호화한 분자를 송신하는 것이 가능하게 된다.

상술한 예에서는 센서 등으로 취득한 정보를 목적 수신처에 송신하는 구성으로 하였으나, 제2 실시형태인 분자통신시스템(2)은 약분자를 적절한 수신처에 송신하는 목적으로 사용할 수도 있다. 이 경우, 약분자가 정보분자(55)가 되고 부호화는 약분자가 분자수신기(70)에서 작용하는 상태로 만드는 것에 상당하며, 분자수신기(70)에서 약이 작용하는 것이 복호화에 상당한다.

상기 예에서는 하나의 분자송신기(60)에서 표식분자(56)와 정보분자(55) 쌍방을 생성하였으나, 도 11에 도시한 바와 같이 표적분자(56)를 생성, 방출하는 제1 분자송신장치(60a)와 부호화된 정보분자(55)를 생성, 방출하는 제2 분자송신장치(60b)를 이용하여 분자송신장치군 또는 분자송신기(60)로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 분자송신장치(60a)는 예를 들면 본래 생체에 존재하는 세포 그 자체로 좋고, 제2 분자송신장치(60b)만을 제1 분자송신장치(60a)의 근방에 내장한다.

도 11(a)에 도시한 바와 같이, 제2 분자송신장치(60b)는, 정보분자 생성부(62), 분자 부호화부(65), 분자 방출부(67b)에 더하여 표식분자 검출부(68)를 갖 는다. 표식분자 검출부(68)는 예를 들면 표식분자의 수용체이며, 제1 분자송신장치(생체세포)(60a)가 방출한 표식분자(56)의 일부를 수신함으로써 표식분자(56)의 방출을 검출한다. 표식분자 검출부(68)는 표식분자(56)의 방출(분비)을 검출하면 정보분자 생성부(62)에 대해 부호화 대상 분자의 생성을 지시한다. 분자 부호화부(65)에서 분자에 대한 정보의 부호화가 수행되고 분자 방출부(67b)로부터 정보분자(55)가 출력된다.

혹은, 표식분자(56)의 방출을 검출하고 나서 부호화된 정보분자를 생성하는 것이 아니라, 부호화 대상이 되는 분자의 생성, 부호화를 미리 수행해 두어도 좋다. 이 경우, 도 11(a)에서 파선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 표식분자(56) 방출의 검출을 기초로 분자 방출부(67b)에 정보분자(55)의 방출 지시를 함으로써 즉시 정보분자(55)를 방출한다. 이 지시방법으로는, 분자송신기로서 생체세포나 이를 인공적으로 개변한 인공세포를 이용했을 경우, 표식분자 검출부(68)가 호르몬분비를 검출했을 때 분자 방출부(67b)에 대해 생체세포가 분자를 방출할 때 이용하고 있는 칼슘 이온을 신호로서 전달해 주는 것을 생각할 수 있다. 또한, 표식분자 검출부(68)가 호르몬분비를 검출하는 기구로는, 분비되는 호르몬에 대응하는 수용체를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 호르몬이 수용체에 결합한 것을 트리거로 하여 칼슘 이온이 분자 방출부에 전달한다는 작용을 발생하는 작용구조의 실현에는, 수용체에 결합하는 분자와 그것을 트리거로서 일어나는 작용을 자유롭게 조합할 수 있는 키메라 수용체를 이용할 수 있다고 생각된다. 키메라 수용체에 대해서는, M. Kawahara, et al.,"Selection of genetically modified cell population using hapten-specific antibody/receptor chimera," Biochemical and Biophysical Research Communication," vol. 315, pp.132-138, Feb. 2004.를 참조하기 바란다. 칼슘 이온이 작용하면 분자 방출부(67b)에서는 분자를 방출하는 메커니즘인 엑소시토시스가 촉진되어 정보분자가 방출되게 된다.

어느 구성에서나 도 11(b)에 도시한 바와 같이 제1 분자송신장치(생체세포)(60a)가 표식분자를 방출하는 타이밍에 맞추어 제2 분자송신장치(60b)가 정보분자를 방출하고, 이들 분자의 결합체를 분자 전반 경로를 따라 송출한다.

도 12는 또 다른 구성 예 3을 나타낸다. 구성 예 3에서는 도 12(b)에 도시한 바와 같이 제2 분자송신장치(60b)가 정보분자(55)를 방출할 필요가 있는 경우에 제1 분자송신장치(생체세포)(60a)에 표식분자를 분비하도록 지시를 보낸다.

이 경우, 제2 분자송신장치(60b)는 정보분자 생성부(62), 분자 부호화부(65), 분자 방출부(67b)에 더하여 표식분자 방출 지시부(69)를 갖는다. 제1 분자송신장치(생체세포)(60a)가 방출하는 표식분자(56)가 호르몬이면, 표식분자 방출 지시부(69)는 호르몬 방출 자극 호르몬 등을 제1 분자송신장치(60a)에 대해 출력한다.

도 11 및 도 12의 예에 도시한 바와 같이, 분자송신기를 복수의 분자송신장치의 집합으로 구성한 경우, 하나의 분자송신기에서 표식분자(56)와 정보분자(55)의 양방을 생성하는 경우와 비교하여, 표식분자(56)와 정보분자(55)의 결합 확률이 저하하는 것이 상정되나 어느 정도의 결합 확률은 확보되므로 특별히 문제되지는 않는다. 또, 분자수신기(70)에서 복호화의 문턱값을 어느 정도 낮게(예를 들면 60% 정도) 함으로써 결합 확률 저하 문제를 회피할 수도 있다. 또한, 도 11 및 도 12의 구성 예에 대한 설명에서는 분자송신장치(60a)가 생체세포인 것으로 설명하였으나 생체세포 이외에도 생체세포를 개변한 것이나 분자송신장치(60a)의 기능을 만족하는 장치를 기계적으로 구성한 것을 이용해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 따르면, 분자를 통한 정보 전달을 제어성 좋게 수행할 수 있는 분자통신시스템이 제공되며, 종래의 통신시스템을 적용할 수 없는 생체 내부나 분자스케일의 송수신기 간의 통신이 가능해진다.

또한, 분자통신시스템은 화학적인 에너지에 의해 구동, 동작하고, 나노스케일 분자에 정보를 부호화하여 전송하므로 종래의 통신시스템보다도 적은 에너지소비량으로 정보밀도가 높은 정보 전달이 가능해진다.

게다가, 종래의 통신시스템으로는 전송할 수 없는 송신측의 생화학적인 현상이나 상태를, 분자를 통해 수신측에 전달, 재현할 수 있어 생화학반응에 기초한 새로운 통신형태도 제공할 수 있게 된다.

본 국제출원은 2005년 3월 7일자 일본국 특허출원 2005-063105호에 기초한 우선권을 주장하는 것으로 그 전체 내용은 본 국제출원에 원용되는 것으로 한다.

Claims (39)

1. 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기:

   상기 정보분자를 수신하는 분자수신기; 및

   상기 분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하고,

   상기 분자 전반 경로는 고분자 재료로 형성되는 전송패스, 및 상기 전송패스를 따라 소정의 방향으로 순회하는 캐리어분자를 포함하며, 상기 분자송신기로부터 송출된 정보분자는 상기 캐리어분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되며,

   상기 정보분자는 한 가닥 사슬 DNA의 염기배열로 이루어지는 결합부를 가지며,

   상기 캐리어분자는 상기 정보분자의 결합부와 상보성을 갖는 한 가닥 사슬 DNA의 염기배열을 가지며, 상기 정보분자의 결합부와 두 가닥 사슬을 형성함으로써 상기 정보분자를 탑재하는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전송패스는 레일분자로 형성되고, 상기 캐리어분자는 모터분자이며, 상기 정보분자는 상기 모터분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전송패스는 모터분자로 형성되고, 상기 캐리어분자는 레일분자이며, 상기 정보분자는 상기 레일분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분자수신기는 상기 캐리어분자에 탑재된 정보분자를 수취하여 상기 캐리어분자로부터 정보분자를 분리하는 분자수신부; 및

   상기 분리한 정보분자를 복호화하는 복호화부를 갖는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전송패스는 아데노신3인산(ATP)을 주입한 용액 안에 설치되고, 상기 캐리어분자의 이동속도는 ATP 농도, 마그네슘 이온 농도, 용액온도, 점성저항의 적어도 하나를 변경함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 분자송신기로부터 방출되는 정보분자는 그 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보가 부호화되어 있으며, 상기 분자수신기에서 일어나는 작용의 종류 또는 강약에 따라 정보가 복호화되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 정보분자는 상기 정보분자를 가둘 수 있는 물질로 캡슐화되어 있고, 상기 정보분자는 상기 분자 전반 경로 중의 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 보호되며, 상기 정보분자의 성질은 상기 캐리어분자에 대해 은폐되어 있는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
8. 삭제
9. 분자송신기와 분자수신기 사이에 고분자 재료로 구성되는 전송패스를 형성하고,

   상기 전송패스를 따라 캐리어분자를 소정의 방향으로 순회시키고,

   상기 분자송신기에서 분자에 소정의 정보를 부호화하여 정보분자를 생성하고,

   상기 정보분자를 상기 전송패스로 송출하여 상기 순회하는 캐리어분자에 탑재하고,

   상기 정보분자를 상기 전송패스를 따라 분자수신기까지 전송하는 공정을 포함하며,

   상기 정보분자를 생성하는 공정은, 상기 정보분자에 한 가닥 사슬 DNA의 염기배열로 이루어지는 결합부를 형성하는 공정을 더 포함하고,

   상기 캐리어분자에 탑재하는 공정은, 상기 정보분자의 결합부와, 상기 캐리어분자가 갖는 정보분자의 결합부와 상보성을 갖는 한 가닥 DNA의 염기배열로 두 가닥 사슬을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 전송패스를 레일분자로 형성하고,

    상기 캐리어분자로서 모터분자를 순회시키고,

    상기 정보분자를 상기 모터분자에 탑재하여 상기 수신기까지 수송하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 전송패스를 모터분자로 형성하고,

    상기 캐리어분자로서 레일분자를 순회시키고,

    상기 정보분자를 상기 레일분자에 탑재하여 상기 분자수신기까지 수송하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 분자수신기에서 상기 캐리어분자에 탑재된 정보분자를 수신하고,

    상기 캐리어분자로부터 상기 정보분자를 분리하고,

    상기 분리한 정보분자를 복호화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 전송패스를 아데노신3인산(ATP)을 주입한 용액 중에 설치하고,

    상기 ATP 농도, 마그네슘 이온 농도, 용액온도, 점성저항의 적어도 하나를 변경함으로써 상기 캐리어분자의 이동속도를 조정하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자의 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보를 부호화하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
15. 제 12항에 있어서,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자의 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보를 부호화하고,

    상기 복호화하는 공정은 상기 분자수신기에서 일어나는 작용의 종류나 강약에 따라 정보를 복호화하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
16. 제 9항에 있어서,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자를 가둘 수 있는 물질로, 상기 정보분자를 캡슐화함으로써, 상기 정보분자를 상기 분자 전반 경로 중의 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 보호하고, 상기 정보분자의 성질을 상기 캐리어분자에 대해 은폐하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
17. 삭제
18. 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기;

    상기 정보분자를 수신하는 분자수신기; 및

    상기 분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하며,

    상기 분자송신기는,

    소정의 분자에 소정의 정보를 부호화하여 정보분자를 생성하는 분자 부호화부;

    상기 정보분자의 수신처인 상기 분자수신기를 식별하는 표식분자를 생성하는 표식분자 생성부; 및

    상기 정보분자 및 표식분자를 상기 분자 전반 경로에 송출하는 분자 방출부 를 갖는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 분자송신기는,

    상기 표식분자 생성부, 및 상기 표식분자를 방출하는 제1 분자 방출부를 갖는 제1 분자송신장치; 및

    상기 분자 부호화부, 및 상기 정보분자를 방출하는 제2 분자 방출부를 갖는 제2 분자송신장치를 포함하며,

    상기 제2 분자송신장치는,

    상기 제1 분자송신장치로부터의 상기 표식분자 방출을 검출하는 표식분자 검출부를 더 가지며, 상기 제2 분자 방출부는 상기 표식분자의 검출을 기초로 상기 정보분자를 방출하는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 분자송신기는,

    상기 표식분자 생성부, 및 상기 표식분자를 방출하는 제1 분자 방출부를 갖는 제 1 분자송신장치; 및

    상기 분자 부호화부, 및 상기 정보분자를 방출하는 제2 분자 방출부를 갖는 제2 분자송신장치를 포함하며,

    상기 제2 분자송신장치는,

    상기 정보분자를 방출할 때, 상기 제1 분자송신장치에 대해 상기 표식분자의 방출을 지시하는 표식분자 방출 지시부를 더 가지며, 상기 제1 분자 방출부는 상기 지시를 기초로 상기 표식분자를 방출하는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
21. 제 18항에 있어서,

    상기 분자 전반 경로는 유로이며,

    상기 분자 방출부는 상기 표식분자와 정보분자가 상기 분자송신기의 내부 또는 외부에서 결합하도록 상기 표식분자 및 정보분자를 방출하고,

    상기 정보분자는 상기 표식분자에 의해 상기 분자 전반 경로를 따라 상기 분자수신기까지 수송되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
22. 제 18항에 있어서,

    상기 분자수신기는 상기 표식분자와 상기 정보분자의 결합체를 수신하고, 상기 표식분자에 결합한 정보분자를 도입하는 표식분자 수신부; 및

    상기 정보분자를 복호화하는 복호화부를 갖는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
23. 분자송신기에서, 소정의 분자에 소정의 정보를 부호화하여 정보분자와, 상기 정보분자의 수신처인 분자수신기를 식별하는 표식분자를 생성하고,

    상기 정보분자가 상기 표식분자와 결합하도록 상기 분자송신기로부터 상기 정보분자와 표식분자를 분자 전반 경로에 방출하고,

    상기 분자 전반 경로에 의해 상기 정보분자와 표식분자의 결합체를 상기 분자수신기까지 수송하고,

    상기 분자수신기에서 상기 결합체를 수신하는 공정을 포함하는 것을 특징으 로 하는 분자통신방법.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 분자송신기에서 상기 표식분자의 방출을 모니터링하고,

    상기 표식분자의 방출이 검출되었을 때, 상기 정보분자를 방출하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
25. 제 23항에 있어서,

    상기 분자송신기에서 상기 정보분자를 방출할 때, 상기 표식분자의 방출을 지시하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
26. 제 23항에 있어서,

    상기 분자수신기에서 상기 표식분자와 정보분자의 결합체를 수신하고, 상기 표식분자에 결합한 정보분자를 도입하고, 상기 정보분자를 복호화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
27. 소정의 정보가 부호화된 정보분자를 송출하는 분자송신기:

    상기 정보분자를 수신하는 분자수신기; 및

    상기 분자송신기와 분자수신기 사이를 연결하는 분자 전반 경로를 포함하고,

    상기 분자 전반 경로는 고분자 재료로 형성되는 전송패스, 및 상기 전송패스를 따라 소정의 방향으로 순회하는 캐리어분자를 포함하며, 상기 분자송신기로부터 송출된 정보분자는 상기 캐리어분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되며,

    상기 정보분자는 상기 정보분자를 가둘 수 있는 물질로 캡슐화되어 있고, 상기 정보분자는 상기 분자 전반 경로 중의 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 보호되며, 상기 정보분자의 성질은 상기 캐리어분자에 대해 은폐되어 있는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
28. 제 27항에 있어서,

    상기 전송패스는 레일분자로 형성되고, 상기 캐리어분자는 모터분자이며, 상기 정보분자는 상기 모터분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
29. 제 27항에 있어서,

    상기 전송패스는 모터분자로 형성되고, 상기 캐리어분자는 레일분자이며, 상기 정보분자는 상기 레일분자에 탑재되어 상기 분자수신기까지 수송되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
30. 제 27항에 있어서,

    상기 분자수신기는 상기 캐리어분자에 탑재된 정보분자를 수취하여 상기 캐리어분자로부터 정보분자를 분리하는 분자수신부; 및

    상기 분리한 정보분자를 복호화하는 복호화부를 갖는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
31. 제 27항에 있어서,

    상기 전송패스는 아데노신3인산(ATP)을 주입한 용액 안에 설치되고, 상기 캐리어분자의 이동속도는 ATP 농도, 마그네슘 이온 농도, 용액온도, 점성저항의 적어도 하나를 변경함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
32. 제 27항에 있어서,

    상기 분자송신기로부터 방출되는 정보분자는 그 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보가 부호화되어 있으며, 상기 분자수신기에서 일어나는 작용의 종류 또는 강약에 따라 정보가 복호화되는 것을 특징으로 하는 분자통신시스템.
33. 분자송신기와 분자수신기 사이에 고분자 재료로 구성되는 전송패스를 형성하고,

    상기 전송패스를 따라 캐리어분자를 소정의 방향으로 순회시키고,

    상기 분자송신기에서 분자에 소정의 정보를 부호화하여 정보분자를 생성하고,

    상기 정보분자를 상기 전송패스로 송출하여 상기 순회하는 캐리어분자에 탑재하고,

    상기 정보분자를 상기 전송패스를 따라 분자수신기까지 전송하는 공정을 포함하며,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자를 가둘 수 있는 물질로, 상기 정보분자를 캡슐화함으로써, 상기 정보분자를 상기 분자 전반 경로 중의 분자를 변성시킬 수 있는 환경인자로부터 보호하고, 상기 정보분자의 성질을 상기 캐리어분자에 대해 은폐하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
34. 제 33항에 있어서,

    상기 전송패스를 레일분자로 형성하고,

    상기 캐리어분자로서 모터분자를 순회시키고,

    상기 정보분자를 상기 모터분자에 탑재하여 상기 수신기까지 수송하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
35. 제 33항에 있어서,

    상기 전송패스를 모터분자로 형성하고,

    상기 캐리어분자로서 레일분자를 순회시키고,

    상기 정보분자를 상기 레일분자에 탑재하여 상기 분자수신기까지 수송하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
36. 제 33항에 있어서,

    상기 분자수신기에서 상기 캐리어분자에 탑재된 정보분자를 수신하고,

    상기 캐리어분자로부터 상기 정보분자를 분리하고,

    상기 분리한 정보분자를 복호화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
37. 제 33항에 있어서,

    상기 전송패스를 아데노신3인산(ATP)을 주입한 용액 중에 설치하고,

    상기 ATP 농도, 마그네슘 이온 농도, 용액온도, 점성저항의 적어도 하나를 변경함으로써 상기 캐리어분자의 이동속도를 조정하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
38. 제 33항에 있어서,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자의 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보를 부호화하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.
39. 제 36항에 있어서,

    상기 정보분자를 생성하는 공정은 상기 정보분자의 종류, 농도, 구성비율, 또는 이들의 임의 조합으로 정보를 부호화하고,

    상기 복호화하는 공정은 상기 분자수신기에서 일어나는 작용의 종류나 강약에 따라 정보를 복호화하는 것을 특징으로 하는 분자통신방법.

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