التواصل الجزيئي – مستوحى من شبكة الاتصالات البيولوجية

تحدثنا في المدونة السابقة عن فئة مختلفة من الاتصالات البصرية التي تستخدم مصابيح LED لنقل البيانات، والمعروفة باسم "دقة الضوء". سنناقش في هذه المدونة تقنية أخرى قادمة في مجال الاتصالات تسمى الاتصالات الجزيئية.

حتى الآن تستخدم طرق وطرق الاتصال الموجات الكهرومغناطيسية والصوتية، والأسلاك النحاسية، والألياف الضوئية، و المكونات الأخرى. ومع ذلك، هناك طريقة أخرى للتواصل لا يعرفها الكثير منا. التواصل الذي يحدث في النظام البيولوجي. جميع الأنظمة البيولوجية عبارة عن شبكات من العناصر المترابطة على جميع المستويات، الجزيئات والخلايا والأنسجة والكائنات الحية والسكان والمناطق الحيوية الدقيقة والأنظمة البيئية، وما إلى ذلك.

أصبحت معرفة طريقة الاتصال هذه للأنظمة البيولوجية هي أساس اختراع تقنية الاتصال الجديدة هذه والتي تسمى بالاتصال الجزيئي.

اقرأ أيضًا: 21 التقنيات الكبرى للعقد القادم - الجزء الأول

ما هو الاتصالات الجزيئية؟

الاتصالات الجزيئية هي إستراتيجية تصميم شبكات النانو والتي تعمل على التصميم الفعلي والتحكم في أنظمة الاتصالات على نطاق النانو. إنها آلية الاتصال بين أجهزة النانو على مسافة قصيرة (عشرات الميكرومترات) والتي تستخدم وجود أو عدم وجود نوع محدد من الجزيئات لتشفير الرسائل رقميًا.

سيكون الاتصال الجزيئي مفيدًا في الاتصالات داخل شبكات الأنفاق أو خطوط الأنابيب أو البيئات تحت الماء التي لا يمكن التنبؤ بها. يمثل الاتصال الكهرومغناطيسي تحديًا في البيئات المذكورة سابقًا بسبب قيود مثل نسبة حجم الهوائي إلى الطول الموجي للإشارة الكهرومغناطيسية.

يتم الاتصال الجزيئي عن طريق نقل المعلومات عبر الجزيئات إلى الوجهة المحددة. هذه التكنولوجيا لها اليد العليا في جميع الآليات على المستوى الخلوي ودون الخلوي التي تستخدم بالفعل انبعاث الجزيئات للاتصال.

المبدأ الأساسي للعمل

شبكة النانو هي الترابط من آلات النانو. آلات النانو هي أجهزة أو مكونات بيولوجية أو مصطنعة على نطاق النانو قادرة على أداء مهام بسيطة للغاية مثل الحساب أو الاستشعار أو التشغيل في بيئتها القريبة جدًا. هذه هي مثل اللبنات الأساسية التي تتعاون لأداء مهام أكثر تعقيدًا ومشاركة المعلومات المحلية المختلفة. يمكن تقسيم آلات النانو إلى فئتين:

آلات النانو البيولوجية

آلات النانو الاصطناعية

يتكون الاتصال الجزيئي من آلات النانو المرسلة، وآلات النانو المستقبلة، والجزيئات الحاملة وجزيئات المعلومات والبيئة التي تعمل فيها. المرسلون والمستقبلون عبارة عن آلات Bio-Nano تم إنشاؤها بيولوجيًا واصطناعيًا ولديها القدرة على بث جزيئات المعلومات والتقاطها. يتم نقل بيانات المعلومات من المرسل إلى المتلقي بواسطة شركات النقل. الناقلات في هذا النظام هي المحركات الجزيئية أو الهرمونات أو الناقلات العصبية. وبما أن الاتصال الجزيئي يعمل في النظام البيولوجي، فإن المعلومات التي سيتم نقلها هي البروتينات أو الأيونات أو الحمض النووي. البيئة هي المحلول المائي الموجود داخل الخلايا وفيما بينها.

المراحل الخمس لعمل الاتصال الجزيئي هي كما هو موضح أدناه:

التشفير – هي المرحلة التي يقوم فيها المصدر أو المرسل بجهاز بيو نانو بتشفير المعلومات إلى جزيئات معلومات يتم اكتشافها بواسطة جهاز بيو نانو المستقبل.

الإرسال - هي المرحلة التي تقوم فيها آلة النانو الحيوية المرسلة بإصدار جزيئات المعلومات هذه إلى البيئة. ويتم ذلك عن طريق فك جزيئات المعلومات من جهاز النانو الحيوي المرسل.

الانتشار – يعد الانتشار طريقة شائعة وموجودة في جميع تقنيات الاتصالات. الانتشار هو المرحلة التي تنتقل فيها المعلومات من المصدر إلى الوجهة. وهذا مشابه أيضًا للاتصال الجزيئي حيث تنتقل جزيئات المعلومات من جهاز Bio-Nano المرسل عبر الوسيط إلى جهاز Bio-Nano المتلقي.

الاستقبال - كما يشير ضمنيًا كلمة، إنها المرحلة التي تلتقط فيها آلة Bio-Nano المتلقية جزيئات المعلومات التي تنتشر في بيئة آلات Bio-Nano.

فك التشفير - التشفير وفك التشفير هما الحل أهم المراحل في أساليب الاتصال. في الاتصال الجزيئي أثناء فك التشفير، تقوم آلة Bio-Nano المستقبلة بالتقاط جزيئات المعلومات، وفك تشفير الجزيئات المستقبلة إلى تفاعل كيميائي.

اقرأ أيضًا:21 التقنيات الكبرى في العقد القادم – الجزء الأول

التطبيقات

يعد هذا الاتصال مفهومًا جديدًا تمامًا ومن المحتمل أن يتيح العديد من التطبيقات الجديدة في مجال تكنولوجيا النانو الحيوية. بعض احتمالات F الاستخدامات المستقبلية للاتصالات الجزيئية هي:

تكنولوجيا المعلومات - يمكن لتقنية الاتصالات هذه أن تساعد في تطوير الأنظمة الكهربائية الحالية القائمة على السيليكون من خلال دمج آلات Bio-Nano فيها للاتصالات . على سبيل المثال – في المستقبل يمكن أن يحتوي الهاتف المحمول على آلات Bio-Nano لتحليل الإشارات البيوكيميائية الواردة من جسم الإنسان على شكل دم وعرق على الرقاقة.

نظام توصيل الأدوية - الاستخدام الواعد لتقنية الاتصال هذه يظهر في المجال الطبي. قد يوفر الاتصال الجزيئي ناقلات للأدوية وأيضًا آليات لتوصيل الأدوية بطريقة صديقة للأنظمة البيولوجية. يمكن زرع مرسلات آلات النانو الحيوية في جسم الإنسان لإصدار الدواء أو الحمض النووي.

الأنظمة الكهروكيميائية الدقيقة – يهدف هذا المجال إلى تطوير أنظمة صغيرة الحجم مثل Lab-on- رقاقة. Lab-on-a-chip هي التكنولوجيا الناشئة التي تدمج عمليات التحليل الكيميائي الحيوي والتوليف مثل تحليل الخلايا وتشخيص الدم على شريحة صغيرة. فهو يوفر وظائف مثل معالجة الجزيئات على شريحة واحدة، مثل نقل الجزيئات إلى مواقع محددة، وخلط نوعين من الجزيئات مع بعضهما البعض وفصل نوع معين من الجزيئات عن الخليط.

البيئة و التصنيع – على الرغم من عدم وجود نظام تم اختباره لذلك. لكن العلماء يخططون لاستخدام هذه التكنولوجيا لرصد البيئة لأغراض مختلفة مثل التحكم في النفايات، ومكافحة التلوث، والاحتباس الحراري وما إلى ذلك. بل إنهم يقومون بتجربة طرق للعثور على استخدامها في الصناعة التحويلية لتكوين الأنماط والهياكل.

تعد هذه التكنولوجيا نموذجًا جديدًا تمامًا في مجال الاتصالات. ويتم إجراء الأبحاث للتعرف على تطبيقه الإيجابي في المجالات المختلفة. ومن المؤكد أن المجال الطبي يمكن الاستفادة منه لأنه بيولوجي ونانو بطبيعته. وبما أننا جميعًا ندرك أن تكنولوجيا النانو جزء لا يتجزأ من المستقبل وأن التكنولوجيا الجزيئية تدور حول التواصل بين آلات النانو، أشعر أنها ستأخذ وتيرة التطور قريبًا وسنكون قادرين قريبًا على رؤية الأنظمة التي تستخدمها.

_{قراءة: 0}