SISTEMA DE COMUNICACIÓN MOLECULAR.

Un sistema de comunicación molecular (2) caracterizado por:

un transmisor molecular (60) para transmitir una molécula de información (55) en el cual se codifica información prescrita;

un receptor molecular (70) para recibir la molécula de información; y

un canal de transmisión de moléculas (50) que se extiende entre el transmisor molecular y el receptor molecular, donde el transmisor molecular incluye:

un codificador de información de moléculas (65) configurado para codificar la información prescrita en la molécula para producir la molécula de información;

un generador de moléculas marcadas (61) configurado para generar una molécula marcada (56) usada para identificar el receptor molecular al cual se direcciona la molécula de información; y

un emisor de moléculas (67) configurado para generar la molécula de información y la molécula marcada al canal de transmisión de moléculas.

Sistema de comunicación molecular Campo de la invención La presente invención se relaciona en general con un sistema de comunicación molecular, y más particularmente, con un sistema de comunicación molecular capaz de portar y transportar moléculas de información entre un transmisor molecular y un receptor molecular a través de un canal de transmisión artificialmente diseñado con buena capacidad de control.

Técnica antecedente La comunicación molecular está inspirada por la observación de los mecanismos de señalización intracelular e intercelular mediados por sustancias químicas (moléculas) . En la comunicación molecular, se utilizan moléculas a nanoescala como portadores de información en las cuales se codifica información. Se espera que la comunicación molecular cree un nuevo paradigma de comunicación con base en reacciones químicas estimuladas por la recepción de moléculas.

A diferencia de las tecnologías de comunicación existentes que hacen uso de ondas electromagnéticas (señales eléctricas o señales ópticas) para los portadores de información, la comunicación molecular se implementa usando señales bioquímicas a baja velocidad con un consumo bajo de energía. La comunicación molecular tiene alto potencial de aplicación en comunicación interdispositivos a nanoescala que no pueden utilizar ondas electromagnéticas por razones de capacidad o razones ambientales o para el control operacional de nanomáquinas que no pueden ser ensambladas con o manejadas por componentes electrónicos.

Uno de los mecanismos de señalización in vivo es un transporte vesicular que utiliza proteínas motoras denominadas quinesinas. La quinesina tiene aproximadamente 80 nm de longitud y porta una sustancia varias veces más grande que la quinesina misma a lo largo de una molécula riel similar a una fibra denominada microtúbulo en una célula viva. Se conoce un sistema de transporte que hace uso de este biofenómeno en el cual las quinesinas que portan una carga artificial (microperlas) se mueven en una dirección a lo largo de un microtúbulo fijado sobre un sustrato. Véase la publicación no patente 1 listada más abajo. También se conoce otro sistema de nanotransporte, en el cual las quinesinas se fijan a un canal recto formado por litografía y un microtúbulo se mueve sobre las quinesinas fijas en una dirección. Véase la publicación no patente 2 listada más abajo.

Sin embargo, estas publicaciones solamente reportan experimentos exitosos para confirmar un movimiento unidireccional artificial en moléculas in vivo, y no se refieren en ningún momento a aplicaciones reales.

Entre tanto, se propone un sistema de comunicación de información que utilice una biomacromolécula como medio de comunicación o como medio de registro. Véase la publicación relacionada de patente 1 listada más abajo. Este sistema incluye un subsistema de transmisión que convierte un mensaje para ser transmitido (o escrito) en información secuencial o en formación en modo de enlazamiento y combina la información de secuencia o la información en modo de enlazamiento con un material biopolimérico para producir un polímero biosintético.

45 Cuando se recibe o lee el polímero sintético en el subsistema de recepción, la información de secuencia/modo de enlazamiento codificada se extrae del polímero sintético y se descodifica en un mensaje recibido (o leído) .

Esta publicación no describe como se transmite el polímero sintético desde el subsistema de transmisión al subsistema 50 de recepción utilizando qué clase de canal de transmisión.

En la publicación no patente 1: R. Yokokawa, et al., "Hybrid Nanotransport System by Biomolecular LinearMotors", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. No. 13, No. 4, pp. 612-619, Aug. 2004 Non-patent Publication 2: Hiratsuka, et al., "Controlling the Direction of Kinesin-driven Microtubule Movements along Microlithographic Tracks", 55 Biophysical Journal, Vo. 81, No. 3, pp. 1555-1561, Sep, 2001 Publicación relacionada con patente 1: JP 2003-101485A Publicación relacionada con patente 2: la US2004/0093575 describe dispositivos electrónicos a escala nanométrica en los cuales se codifican datos en señales eléctricas. Las moléculas capaces de reacciones de oxidación-reducción son intercaladas en la intersección de dos alambres metálicos o semiconductores. Las moléculas intercaladas sirven como 60 conmutadores en la intersección para controlar el flujo de corriente eléctrica en los alambres.

Resumen de la invención Problema para ser resuelto por la invención La presente invención busca reconstruir el mecanismo de transducción de señales mediado por moléculas existente en el mundo viviente como un sistema de comunicación operativo autónomamente bajo diseño artificial.

La invención también busca construir un sistema de comunicación molecular que tiene directividad utilizando un canal 5 de transmisión controlable.

Medios para resolver el problema De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de comunicación molecular caracterizado por: un transmisor molecular para transmitir una molécula de información en la cual se codifica la información prescrita;

un receptor molecular para recibir la molécula de información; y un canal de transmisión de moléculas que se extiende entre el transmisor molecular y el receptor molecular, donde el transmisor molecular incluye:

un codificador de información molecular configurado para codificar la información prescrita en la molécula para producir la molécula de información:

un generador de moléculas marcadas configurado para generar una molécula marcada utilizada para identificar el receptor molecular al cual se dirige la molécula de información; y un emisor molecular configurado para dar salida a la molécula de información y la molécula marcada hacia el canal de 25 transmisión molecular.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención se proporciona un método de comunicación molecular caracterizado por la etapas de:

en un transmisor molecular, generar un molécula de información en la cual se codifique información prescrita y una molécula marcada capaz de identificar un receptor molecular al cual se dirige la molécula de información;

emitir la molécula de información y la molécula marcada desde el transmisor molecular a un canal de transmisión molecular tal que la molécula de información y la molécula marcada se combinen una con otra dentro o fuera del transmisor molecular;

transportar la combinación de la molécula de información y la molécula marcada al receptor molecular a lo largo del canal de transmisión molecular; y recibir la combinación de la molécula de información y la molécula marcada en el receptor molecular.

Para resolver los problemas, en un aspecto de la invención, se proporciona un canal de transmisión molecular estructurado artificialmente entre un transmisor molecular y un receptor molecular.

Para ser más precisos, un sistema de comunicación molecular incluye un transmisor molecular que transmite una 45 molécula de información en la cual está codificada una información prescrita, un receptor molecular que recibe la molécula de información, y una canal de transmisión molecular que se extiende entre el transmisor molecular y el receptor molecular. El canal de transmisión molecular incluye una ruta de transmisión formada de materiales poliméricos altos (o macromoleculares) y una molécula portadora que se mueve o circula en una dirección prescrita a lo largo de la ruta de transmisión. La molécula portadora porta la molécula de información hacia fuera desde el transmisor molecular, 50 y la transporta hacia el receptor molecular.

Con este sistema de comunicación molecular, la molécula de información puede suministrarse a su destino a lo largo de la ruta de transmisión estructurada artificialmente bajo control.

55 En un ejemplo, la ruta de transmisión está estructurada por moléculas riel, y se utiliza una molécula motora como molécula portadora. En este caso, la molécula de información es portada sobre la molécula motora, y transportada al receptor molecular.

En una alternativa, la ruta de transmisión se estructura mediante moléculas motoras, y se utiliza una molécula de riel 60 como molécula portadora. En este caso, la molécula de información es llevada sobre la molécula riel, y transportada al receptor molecular.

1. Un sistema de comunicación molecular (2) caracterizado por:

un transmisor molecular (60) para transmitir una molécula de información (55) en el cual se codifica información prescrita; un receptor molecular (70) para recibir la molécula de información; y un canal de transmisión de moléculas (50) que se extiende entre el transmisor molecular y el receptor molecular, donde el transmisor molecular incluye: un codificador de información de moléculas (65) configurado para codificar la información prescrita en la molécula para producir la molécula de información; un generador de moléculas marcadas (61) configurado para generar una molécula marcada (56) usada para identificar el receptor molecular al cual se direcciona la molécula de información; y un emisor de moléculas (67) configurado para generar la molécula de información y la molécula marcada al canal de transmisión de moléculas.

2. El sistema de comunicación molecular de la reivindicación 1, donde el transmisor molecular incluye:

un primer transmisor molecular (60a) que tiene el generador de moléculas marcadas (61) y un primer emisor de moléculas (67a) para emitir la molécula marcada; y un segundo transmisor molecular (60b) que tiene el codificador de información de moléculas (65) y un segundo emisor de moléculas (67b) para emitir la molécula de información, donde el segundo transmisor molecular tiene adicionalmente un detector de moléculas marcadas (68) para detectar la molécula marcada emitida por el transmisor molecular, y el segundo emisor de moléculas emite la molécula de información al detectar la molécula marcada.

3. El sistema de comunicación molecular de la reivindicación 1, donde el transmisor molecular incluye:

un primer transmisor molecular que tiene el generador de moléculas marcada y un primer emisor de moléculas para emitir la molécula marcada; y un segundo transmisor molecular que tiene el codificador de información de moléculas y un segundo emisor de moléculas para emitir la molécula de información, donde el segundo transmisor molecular tiene adicionalmente un iniciador de la emisión de moléculas marcadas (69) para instruir al primer transmisor molecular para emitir la molécula marcada cuando emita la molécula de información.

4. El sistema de comunicación molecular de la reivindicación 1, donde el canal de transmisión de moléculas es una ruta de flujo, y el emisor de moléculas emite la molécula marcada (56) y la molécula de información (55) de tal forma que la molécula marcada y la molécula de información se enlazan una a otra dentro o fuera del transmisor molecular de tal forma que permita que la molécula de información sea transportada al receptor molecular por medio de la molécula marcada.

45 5. El sistema de comunicación molecular de la reivindicación 1, donde el receptor molecular (70) comprende:

una unidad receptora de moléculas marcadas (71) configurada para recibir una combinación de la molécula marcada y la molécula de información, y tomar la molécula de información hacia el receptor molecular; y un descodificador de información molecular (72) configurado para descodificar la molécula de información.

6. Un método de comunicación molecular caracterizado por las etapas de:

en un transmisor molecular (60) , generar una molécula de información 55 en la cual se codifica información prescrita y una molécula marcada (56) capaz de identificar un receptor molecular al cual está dirigida la 55 molécula de información; emitir la molécula de información y la molécula marcada desde el transmisor molecular a un canal de transmisión de moléculas (50) de tal forma que la molécula de información y la molécula marcada se combinen una con otra dentro o fuera del transmisor molecular; transportar la combinación de la molécula de información y de la molécula marcada al receptor molecular (70) a lo largo del canal de transmisión de moléculas; y 60 recibir la combinación de la molécula de información y la molécula marcada en el receptor molecular.

7. El método de comunicación molecular de la reivindicación 6, que comprende adicionalmente las etapas de:

8. Método de comunicación molecular de la reivindicación 6, que comprende adicionalmente la etapa de:

en el transmisor molecular, monitorizar la emisión de la molécula marcada; y 65 emitir la molécula de información disparada por la detección de la emisión de la molécula marcada.

en el transmisor molecular, instruir la emisión de la molécula marcada cuando se emite la molécula de 5 información.

9. El método de comunicación molecular de la reivindicación 6, que comprende adicionalmente las etapas de:

tomar la molécula de información transportada y recibida junto con la molécula marcada en el receptor 10 molecular; y descodificar la molécula de información.