近日，我系本科生姜博予同学以第一作者在物联网领域Top期刊IEEE Internet of Things Jornal（简称IEEE IoTJ，JCR Q1，IF=8.9）上发表团队最新研究成果：Clock Signal Generation for IoBNT Using Self-Sustaining Oscillations via Protein Circuit Design，论文链接：https://doi.org/10.1109/JIOT.2025.3640935。
研究人员
这项研究工作由林林老师指导，我院2022级通信工程专业本科生姜博予同学为第一作者。
研究内容
研究背景
生物纳米互联网（IoBNT）希望让微纳机器人等纳米设备在体内实时感知、通信和协同工作，用于靶向给药、体内环境监测等前沿应用。在这种系统中，信息不能通过传统电磁通信，需要依靠分子来传递信息，这也就是“分子通信”的概念。和电子通信一样，分子通信也离不开一个“时钟信号”。但目前分子通信的研究中，仍缺少通用全局的时钟信号生成机制。
这项工作提出了一个基于蛋白质电路的“生物时钟”模型，用来为分子通信系统提供稳定的全局时钟信号，核心包括：
1. 系统建模“蛋白质振荡器”
文章基于生命科学领域提出的相互抑制的蛋白质组成的负反馈环路，利用蛋白质浓度的变化形成类似电子振荡器的自持振荡。基于微分方程系统建模了mRNA 与蛋白质产生、降解，以及蛋白质被跨膜转运出振荡器扩散传播的过程。之后，分析了蛋白质时钟信号在三维空间中的扩散波形、幅度衰减和覆盖范围。结果显示在合理参数下，这种时钟信号可在约 270 μm 范围内保持可检测的振荡振幅。
2. 时钟信号触发机制设计
蛋白质时钟信号在扩散过程中难免会因为噪声和干扰出现失真，为了提高时钟信号的鲁棒性和方便驱动逻辑以及通信系统设计，文章中提出了两种时钟整形机制。分别是，浓度阈值触发（CTT），蛋白浓度高于阈值记为“1”，低于阈值记为“0”；双浓度比较触发（BCCT）：比较两种蛋白浓度的大小来决定输出 0/1，更能抵抗环境噪声和参数不确定性，适合移动分子通信场景。