专利名称：一种逻辑门的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逻辑器件，具体涉及一种分子逻辑门。
背景技术：
逻辑门是在集成电路上的基本组件。现在人们广泛使用的计算机，主要是硅半导体集成电路，当半导体元件密集到一定程度时，电路会产生难以克服的过热和交叉干扰。想进一步缩小电子传导线宽、缩小计算机体积、降低成本和功耗并提高运算速度，从理论上和工艺上都几近极限。随着信息技术的发展，科学家提出了分子逻辑门的概念，即利用分子的内在多样性来实现分子水平上的逻辑操作，使得分子逻辑门有望在纳米尺度下进行逻辑运算，这将是现在基于硅片的设备无法比拟的优势。在已经报道的分子逻辑门系统中，一般都用荧光作为读出信号(如文献1、3、4所述)，这种读出方式依赖于大型设备，如荧光光谱仪、酶标仪或荧光显微镜，成本较高，因此，读出方式简单多样的分子逻辑门越来越受到人们的青睐(如文献6所述)。此外，大多数的分子逻辑门都是单向的，即不可重设的。可重设的分子逻辑门是人们持续追求的目标，原因在于可重设的分子逻辑门可用于构建具有记忆功能的逻辑运算，可用于多次存储信息和读取信息，在资源匮乏的今天，分子逻辑们的重设性显得尤为重要(如文献2、5所述)。上文中所述的文献I.中国专利申请号 CN201010217126. 62.中国专利申请号 CN201010000526. I3. Angew. Chem. Int. Ed. 2008,47,872-8764. Angew. Chem. Int. Ed. 2009,48, 3469-34725. Angew. Chem. Int. Ed. 2009,48, 3834-38376. Chem. Commun. ,2009,4666-4668
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多种读出方式的、可重设的分子逻辑门。根据本发明一方面，提供一种逻辑门，包括I)紫外光发生装置，用于照射紫外光，将是否具有紫外光照射作为第一输入信号;2)铜离子的引入装置，用于向利用HSEGxSP (硫醇通过聚乙二醇与螺吡喃相连接的化合物)和EG3(以三聚乙二醇结尾的硫醇化合物)功能化的金纳米颗粒溶液引入铜离子，将是否引入铜离子作为第二输入信号；3)利用HSEGxSP和EG3功能化的金纳米颗粒溶液，将该溶液的颜色是否变色作为
输出信号。其中X的取值范围为3到9。例如定义具有紫外光照射为输入信号1，无紫外光照射为输入信号0 ;定义引入铜离子为输入信号1，不引入铜离子为输入信号O ;定义上述功能化金纳米颗粒溶液的颜色变色为1，不变则为O，则该逻辑门是“与”逻辑门。
又例如定义具有紫外光照射为输入信号0，无紫外光照射为输入信号I ;定义引入铜离子为输入信号0，不引入铜离子为输入信号I ;定义上述功能化金纳米颗粒溶液的颜色变色为0，不变则为1，则该逻辑门是“或”逻辑门。其中本发明提供的逻辑门还包括读出装置，该读出装置可以是紫外-可见吸收光谱读出装置、zeta电势读出装置、动态光散射(DLS)读出装置。本发明还提供了一种配体分子HSEGxSP(硫醇通过聚乙二醇与螺吡喃相连接的化合物)及其合成方法。其中配体分子HSEGxSP 包括 HSEGxNSP 和 HSEGxOSP (X = 3，4，5，6，7，8，9)。 该配体分子HSEGxNSP和HSEGxOSP的结构式为
oO
HSEGxNSP
1s I, S3 4, 6,
oO
HSEGxOSP
Y= 1, 2, 3, 4, 5, ￠,
SO2其中上述X = Y+2。本发明还提供了配体分子HSEGxNSP的合成方法，包括I)将2，3，3-三甲基吲哚啉和3-碘丙酸通过I : I的比例在甲苯中反应，生成碘化物，该碘化物与等摩尔量的5-硝基-邻羟基苯甲醛反应，以I. I倍的哌啶作为催化剂，生成化合物SPCOOH ；2)先用三苯基氯甲烷保护11-巯基十一烷酸的巯基，其羧基被N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化形成活化酯，该活化酯与末端为氨基的聚乙二醇反应，乙二醇的数量为3-9个，选择性反应一端的氨基，另一端的氨基与SPCOOH的羧基偶联，形成酰胺键化合物，该化合物的巯基在酸性条件下脱保护，生成HSEGxNSP。本发明还提供了配体分子HSEGxOSP的合成方法，包括I)将2，3，3-三甲基吲哚啉和3-碘丙酸通过I : I的比例在甲苯中反应，生成碘化物，该碘化物与等摩尔量的5-硝基-邻羟基苯甲醛反应，以I. I倍的哌啶作为催化剂，生成化合物SPCOOH ；2)先用三苯基氯甲烷保护11-巯基十一烷酸的巯基，其羧基通过偶联剂I-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与聚乙二醇一端的羟基反应，乙二醇的数量为3-9个，另一端的羟基与SPCOOH的羧基偶联，形成酯键化合物，该化合物的巯基在酸性条件下脱保护，生成HSEGxOSP。
本发明在新一代计算机集成电路的逻辑运算中有巨大的潜在用途；涉及多种读出方式的逻辑操作；与现有的方法相比，该发明读出方式简单多样，不需要任何大型仪器，成本极低；本发明的可重设性可实现具有记忆功能的逻辑运算；本发明操作简单，几乎所有逻辑操作通过金纳米颗粒溶液的颜色变化即可辨别。
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中图I. (a)HSEG3SP在乙醇中随太阳光照射时间的吸光度变化；(b)HSEG3SP在乙醇中随太阳光照射时间的550nm处的吸光度变化。图2. HSEG3MC与铜离子螯合前后的吸光度变化。图3.根据本发明的检测方法的示意图。图4.实施例I中，金纳米颗粒发生聚集后的TEM (透射电镜)照片。图5.根据实施例I的检测铜离子过程中，功能化金纳米颗粒的吸光度随时间的变化。图6. pH值与检测体系的A67Q/A52Q之间的关系图7. pH值与检测体系的A67(i/A52(i之间的关系，有效的范围为pH4 8.图8. HSEG3SP与EG3处于不同比例下的功能化金纳米颗粒检测铜离子，其吸光度随时间变化。图9.所合成的金纳米颗粒的TEM照片，大小约为13纳米。图10.紫外光辐射时间与吸光度的关系。图11.检测过程中，对于不同离子溶液A67tlA52tl值的变化。图12.对于铜离子浓度不同的溶液，各个检测体系的吸光度。图13.各种不同的金属离子，分别在不同的浓度下，检测体系的A67tlA52tl值。图14. a :光照之前功能化金纳米颗粒溶液的吸光度值；b :太阳光光照(30秒)，接着加入10 ii M的铜离子后的功能化金纳米颗粒溶液的吸光度值；c :将聚集后的金纳米颗粒溶液于4°C条件下、黑暗中放置过夜后的吸光度变化值。图15.配体分子HSEG3NSP的合成路线图。图16.配体分子HSEG6OSP的合成路线图。图17.不同链长的配体所对应的A67tZA52tl值随时间的变化。图18.配体分子CllSP的合成路线图。图19.根据本发明的逻辑门工作方法的示意图。图20.紫外-可见吸收光谱随时间的变化。图21.聚集后的金纳米颗粒的TEM(透射电镜)照片，大小约为300nm。图22.输入信号1，I与可见光照射交替出现时，紫外-可见吸收光谱的A67tlA52tl值的变化。图23.输入信号1，I与可见光照射交替出现时，Zeta电势的变化。
图24.输入信号1,1与可见光照射交替出现时，动态光散射(DLS)测试结果中金纳米颗粒尺寸的变化。
具体实施例方式本发明提供了一种现有技术中未报道的新的功能化的配体分子HSEGXSP(硫醇通过聚乙二醇与螺吡喃相连接的化合物)。该配体分子HSEGxSP包括HSEGxNSP和HSEGx0SP。该配体分子HSEGxNSP和HSEGxOSP的结构式分别为
权利要求
1.一种逻辑门，包括 紫外光发生装置，用于产生紫外光照射，将是否具有紫外光照射作为第一输入信号；铜离子的引入装置，用于向利用HSEGxSP和EG3功能化的金纳米颗粒溶液引入铜离子，其中X的取值范围为3到9，将是否引入铜离子作为第二输入信号； 利用HSEGxSP和EG3功能化的金纳米颗粒溶液，将该溶液的颜色是否变色作为输出信号。
2.根据权利要求I所述的逻辑门，其特征在于还包括读出装置，用于读出该逻辑门的输出。
3.根据权利要求2所述的逻辑门，其中读出装置可以是紫外-可见吸收光谱读出装置、zeta电势读出装置、动态光散射读出装置。
4.根据权利要求I所述的逻辑门，以可视化方式读出，通过功能化的金纳米颗粒溶液的颜色是否改变而判断输出。
5.根据权利要求I所述的逻辑门，其特征在于，还包括可见光发生装置和铜离子去除装置，用于重设该逻辑门。
6.根据权利要求I所述的逻辑门，其特征在于 定义具有紫外光照射为输入信号I，无紫外光照射为输入信号O ; 定义引入铜离子为输入信号1，不引入铜离子为输入信号O ; 定义该溶液的颜色变色为1，不变则为O。
7.根据权利要求I所述的逻辑门，其特征在于 定义具有紫外光照射为输入信号O，无紫外光照射为输入信号I ; 定义引入铜离子为输入信号O，不引入铜离子为输入信号I ; 定义该溶液的颜色变色为O，不变则为I。
8.根据权利要求I所述的逻辑门，其中使功能化金纳米颗粒溶液在引入铜离子后，pH值介于4 8之间。
9.根据权利要求I所述的逻辑门，配体分子HSEGxSP和稳定剂EG3的配比为约I: 10至 I : 60。
10.根据权利要求I所述的方法，其中X等于3。
全文摘要
本发明提供一种基于金纳米颗粒的逻辑门，包括紫外光发生装置，将是、否具有紫外光照射作为第一输入信号(0或1)；铜离子的引入装置，用于向利用HSEGXSP(硫醇通过聚乙二醇与螺吡喃相连接的化合物)和EG3(以三聚乙二醇结尾的硫醇化合物)功能化的金纳米颗粒溶液引入铜离子，将是否引入铜离子作为第二输入信号(0或1)；利用HSEGXSP和EG3功能化的金纳米颗粒溶液，将该溶液的颜色是否变色作为输出信号(0或1)。
文档编号H03K19/20GK102624379SQ20111003013
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘定斌, 王卓, 蒋兴宇 申请人:国家纳米科学中心