Trong blog trước, chúng ta đã nói về một loại Giao tiếp quang học khác sử dụng đèn LED để truyền dữ liệu, được gọi là “Độ trung thực của ánh sáng” . Trong blog này, chúng ta sẽ thảo luận về một công nghệ sắp ra mắt khác trong lĩnh vực truyền thông được gọi là Truyền thông phân tử.
Cho đến nay, các phương pháp và cách thức giao tiếp sử dụng sóng điện từ và sóng âm, dây đồng, sợi quang và các thành phần khác. Tuy nhiên, có một cách giao tiếp khác mà nhiều người trong chúng ta không biết. Giao tiếp xảy ra trong một hệ thống sinh học. Tất cả các hệ thống sinh học là mạng lưới các yếu tố liên kết với nhau ở mọi cấp độ phân tử, tế bào, mô, sinh vật, quần thể, quần thể vi sinh vật, hệ sinh thái, v.v.
Kiến thức về phương thức giao tiếp này của các hệ thống sinh học đã trở thành cơ sở để phát minh ra công nghệ giao tiếp mới có tên là Giao tiếp phân tử.
Cũng nên đọc: 21 Công nghệ lớn của thập kỷ tới – Phần 1
Giao tiếp phân tử là gì?
Truyền thông phân tử là một chiến lược thiết kế mạng Nano nhằm hướng tới thiết kế và kiểm soát thực tế các hệ thống liên lạc ở quy mô Nano. Đó là cơ chế giao tiếp giữa các máy Nano trong một khoảng cách ngắn (hàng chục micromet) sử dụng sự hiện diện hoặc vắng mặt của một loại phân tử được chọn để mã hóa kỹ thuật số các thông điệp.
Giao tiếp phân tử sẽ hữu ích trong việc giao tiếp bên trong mạng lưới đường hầm, đường ống hoặc môi trường dưới nước không thể đoán trước. Giao tiếp điện từ là một thách thức trong các môi trường đã đề cập trước đây do các hạn chế như tỷ lệ kích thước ăng-ten với bước sóng của tín hiệu điện từ.
Giao tiếp phân tử được thực hiện bằng cách truyền thông tin qua các phân tử đến đích xác định. Công nghệ này chiếm ưu thế trong tất cả các cơ chế ở cấp độ tế bào và dưới tế bào vốn đã sử dụng sự phát xạ của các phân tử để liên lạc.
Nguyên tắc làm việc cơ bản
Mạng Nano là sự kết nối của các máy Nano. Máy Nano là các thiết bị hoặc thành phần ở quy mô Nano được tạo ra bằng phương pháp sinh học hoặc nhân tạo có khả năng thực hiện chỉ các nhiệm vụ tính toán, cảm biến hoặc truyền động rất đơn giản trong môi trường rất gần của nó. Đây giống như các khối xây dựng hợp tác để thực hiện các tác vụ phức tạp hơn và chia sẻ thông tin cục bộ khác nhau. Máy nano có thể được chia thành hai loại:
- Máy Nano sinh học
- Máy nano nhân tạo
Giao tiếp phân tử bao gồm máy Nano người gửi, máy Nano người nhận, phân tử chất mang, phân tử thông tin và môi trường mà chúng hoạt động trong đó. Người gửi và người nhận được tạo ra một cách sinh học và nhân tạo. -Máy nano có khả năng phát ra và thu giữ các phân tử thông tin. Dữ liệu thông tin được chuyển từ người gửi đến người nhận bởi các nhà cung cấp dịch vụ. Các chất mang trong hệ thống này là động cơ phân tử, hormone hoặc chất dẫn truyền thần kinh. Vì giao tiếp phân tử hoạt động trong hệ thống sinh học nên thông tin được mang là protein, ion hoặc DNA. Môi trường là dung dịch nước được tìm thấy bên trong và giữa các tế bào.
5 giai đoạn hoạt động của Giao tiếp phân tử như sau:
- Mã hóa – Đây là giai đoạn mà máy Bio-Nano của nguồn hoặc máy gửi mã hóa thông tin thành các phân tử thông tin mà máy Bio-Nano của máy thu phát hiện được.
- Đang gửi – Đó là giai đoạn mà máy Nano sinh học của người gửi phát ra các phân tử thông tin này vào môi trường. Nó được thực hiện bằng cách hủy liên kết các phân tử thông tin khỏi máy Nano sinh học của người gửi.
- Tuyên truyền – Tuyên truyền là phương pháp phổ biến có mặt trong tất cả các công nghệ truyền thông. Tuyên truyền là giai đoạn trong đó thông tin di chuyển từ nguồn đến đích. Điều này cũng tương tự đối với Giao tiếp phân tử khi các phân tử thông tin di chuyển từ máy Bio-Nano của người gửi qua phương tiện đến máy Bio-Nano của người nhận.
- Nhận – Theo ngụ ý của từ này, đó là giai đoạn mà máy Bio-Nano thu nhận các phân tử thông tin lan truyền trong môi trường của máy Bio-Nano.
- Giải mã – Mã hóa và giải mã là giai đoạn quan trọng nhất trong các phương thức truyền thông. Trong giao tiếp phân tử, trong quá trình giải mã, máy Bio-Nano thu nhận các phân tử thông tin, giải mã các phân tử nhận được thành phản ứng hóa học.
Ứng dụng
Sự giao tiếp này hoàn toàn là một khái niệm mới và có khả năng tạo ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ nano sinh học. Một số ứng dụng có thể có trong tương lai của Truyền thông phân tử là:
- Công nghệ thông tin – Công nghệ liên lạc này có thể giúp cải tiến các hệ thống điện dựa trên silicon hiện tại bằng cách tích hợp các máy Bio-Nano vào chúng để liên lạc. Ví dụ – trong tương lai, điện thoại di động có thể có các máy Bio-Nano này để phân tích trên chip các tín hiệu sinh hóa nhận được từ cơ thể con người dưới dạng máu và mồ hôi.
- Hệ thống phân phối thuốc – Việc sử dụng hứa hẹn nhất của một kỹ thuật giao tiếp như vậy đang được nhìn thấy trong lĩnh vực y tế. Giao tiếp phân tử có thể cung cấp các chất mang thuốc và cả các cơ chế để phân phối thuốc theo cách thân thiện với các hệ thống sinh học. Máy gửi nano sinh học có thể được cấy vào cơ thể người để phát ra thuốc hoặc DNA.
- Hệ thống vi điện hóa –
Miền này nhằm phát triển các hệ thống quy mô nhỏ như Lab-on-a-chip. Lab-on-a-chip là công nghệ mới nổi tích hợp các hoạt động phân tích và tổng hợp sinh hóa như phân tích tế bào và chẩn đoán máu trên một con chip nhỏ. Nó cung cấp các chức năng như thao tác với các phân tử trên một con chip như vận chuyển các phân tử đến các vị trí cụ thể, trộn hai loại phân tử với nhau và tách một loại phân tử cụ thể ra khỏi hỗn hợp. - Môi trường và sản xuất – Mặc dù không có hệ thống thử nghiệm cho nó. Nhưng các nhà khoa học đang có kế hoạch sử dụng công nghệ này để giám sát môi trường cho các mục đích khác nhau như Kiểm soát chất thải, Kiểm soát ô nhiễm và Sự nóng lên toàn cầu, v.v. Họ thậm chí còn đang thử nghiệm các cách để tìm cách sử dụng nó trong ngành sản xuất để tạo hình mẫu và cấu trúc.
Công nghệ này là một mô hình hoàn toàn mới trong lĩnh vực Truyền thông. Nghiên cứu đang được thực hiện để biết về ứng dụng tích cực của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Y tế là lĩnh vực chắc chắn sẽ được hưởng lợi từ nó vì nó là sinh học và Nano cả về bản chất. Vì tất cả chúng ta đều biết rằng công nghệ nano là một phần không thể tách rời của tương lai và công nghệ phân tử là về giao tiếp giữa các máy Nano, tôi cảm thấy rằng nó sẽ sớm phát triển và chúng ta sẽ sớm có thể thấy các hệ thống sử dụng nó.