光控耗散自组装的动态发光体系、制备方法及可逆逻辑门和应用

本发明涉及动态发光体系、制备方法及多种逻辑门和应用，尤其涉及光控耗散自组装的动态发光体系、制备方法及可逆逻辑门和应用，属于逻辑门领域。

背景技术：

1、逻辑门是基本的数字电路元件，用于执行逻辑操作。它们通常由多个输入和一个输出组成，其输出状态取决于输入信号的逻辑状态。不同类型的逻辑门可以执行不同的逻辑操作，例如与、或、非、异或等。逻辑门的功能在数字电子电路中具有重要作用，能够用于实现各种数字逻辑电路，如计算机、通信系统、控制系统等，是数字电子技术的基础。

2、其中分子调节荧光强度的逻辑门已经被报道，虽然已经开发了基于荧光强度的逻辑系统，但是其开发的逻辑系统仍缺乏多样性和时空复杂性。其中利用荧光信号和变化作为动态演示和成像技术得到了广泛的关注，但利用荧光去开发的逻辑门仍需要进一步设计和优化。一些旨在调节荧光变化的研究遇到了一些问题，如不可逆性、荧光变化趋势单调等。这些问题急需解决，特别是考虑到单调的荧光变化对信息传输的不利影响。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是在提供光控耗散自组装的动态发光体系，本发明的第二目的是提供该光控耗散自组装的动态发光体系的制备方法，本发明的第三目的是提供包括该光控耗散自组装的动态发光体系的可逆逻辑门，本发明的第四目的是提供该光控耗散自组装的动态发光体系或可逆逻辑门在信息传递和储存的应用。

2、技术方案：本发明的光控耗散自组装的动态发光体系，所述体系包括磺酸部花青在酸性水中与表面活性剂自组装为光控耗散自组装体系后加入荧光染料得到。

3、进一步地，所述磺酸部花青的结构如式i所示，

4、

5、进一步地，所述表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵。

6、进一步地，所述十二烷基三甲基氯化铵的结构式如式ii所示，

7、

8、进一步地，所述表十四烷基三甲基氯化铵的结构式如式iii所示，

9、

10、进一步地，所述十六烷基三甲基氯化铵的结构式如式iv所示，

11、

12、进一步地，所述荧光染料为联苯乙烯二苯基二磺酸二钠、曙红y或磺酰罗丹明b。

13、进一步地，所述酸性水为用盐酸调节水的ph，因为磺酸部花青会在碱性下失效，而在酸性很低的条件下很难有非常好的效果，所以酸性水ph选择4～6。

14、进一步地，当表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵时，所述光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.75～1.25mmol/l，磺酸部花青的浓度0.12～0.16mmol/l。

15、进一步地，当表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵时，所述光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.1～0.4mmol/l，磺酸部花青的浓度0.08～0.12mmol/l。

16、进一步地，当表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵时，所述光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.02～0.06mmol/l，磺酸部花青的浓度0.7～0.11mmol/l。

17、本发明述光控耗散自组装的动态发光体系的制备方法，包括以下步骤：将磺酸部花青固体分散溶解在酸性水中，超声溶解后加入表面活性剂充分混合，得到光控耗散自组装体系，在光控耗散自组装体系中加入荧光染料搅拌均匀即得光控耗散自组装的动态发光体系。

18、本发明还包括一种光控耗散自组装负载荧光分子的可逆逻辑门，所述可逆逻辑门包括本发明所述的光控耗散自组装的动态发光体系作为光控耗散体系。

19、进一步地，所述可逆逻辑门为与门and、异或非门xnor或异或门xor。

20、进一步地，所述可逆逻辑门为双输入单输出机制，输入a为420±10nm的光辐照或黑暗条件，输入b为各种激发光或表面活性剂，输出c为荧光变化的强度。

21、进一步地，当为与门and时，表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系内加入荧光染料联苯乙烯二苯基二磺酸二钠得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗条件或420±10nm的光辐照，输入b分别为黑暗或350±20nm光辐照，输出c分别为440±10nm的荧光强度的强弱。

22、进一步地，当为异或非门xnor时，表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系或表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系内加入荧光染料曙红y得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗或420±10nm的光辐照，输入b分别为表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵或表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵，输出c分别为550±10nm的荧光强度的强弱。

23、进一步地，当为门xor时，表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系内加入荧光染料磺酰罗丹明b得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗或420±10nm的光辐照，输入b分别为365±10nm或570±10nm光辐照，输出c分别为590±10nm的荧光强度的强弱。

24、本发明所述光控耗散自组装的动态发光体系或本发明所述的可逆逻辑门在信息传递和储存的应用。

25、本发明基于光响应分子磺酸部花青与一系列阳离子表面活性剂的相互作用形成光耗散自组装体系后负载荧光染料得到的光控耗散自组装的动态发光体系。磺酸部花青能够在420±10nm光致异构化为螺吡喃结构，然后在室温下酸性水溶液中与表面活性剂进行组装成球形纳米粒子，即光控耗散自组装体系。同时，这一类光控耗散自装体系可通过负载不同的荧光染料实现不同的荧光动态变化，在此基础上开发了一系列基于不同输入实现荧光动态变化的逻辑信号门。本发明中多种光控耗散自组装的动态发光体系制备路线简单，荧光动态变化仅需通过改变动态发光体系或改变激发光波长来实现并以此作为逻辑信号的设计依据，在信息传递和信息存储如分子计算、传感等领域中具有巨大的应用潜力。

26、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

27、本发明设计了一系列光控耗散自组装并开发了多种往复性好，操作性高和简单的光控耗散自组装的动态发光体系。其作为荧光变化的逻辑门进一步开发应用的典型例子，为解决信息传输以及有机体系中为在逻辑信号方向应用打下基础，并且在已知的逻辑门设计中简化了基本逻辑门的设计并且丰富了有机体系在荧光逻辑门中的应用，并优化了在荧光逻辑门开发中的荧光变化的往复性和非单调性。

技术特征：

1.光控耗散自组装的动态发光体系，其特征在于，所述体系包括磺酸部花青在酸性水中与表面活性剂自组装为光控耗散自组装体系后加入荧光染料得到。

2.根据权利要求1所述的光控耗散自组装的动态发光体系，其特征在于，所述磺酸部花青的结构如式i所示，

3.根据权利要求1所述的光控耗散自组装的动态发光体系，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯化铵，所述荧光染料为联苯乙烯二苯基二磺酸二钠、曙红y或磺酰罗丹明b，所述酸性水为用盐酸调节水的ph为4～6。

4.根据权利要求3所述的光控耗散自组装的动态发光体系，其特征在于，当表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵时，所述基于光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.75～1.25mmol/l，磺酸部花青的浓度0.12～0.16mmol/l，当表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵时，所述基于光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.1～0.4mmol/l，磺酸部花青的浓度0.08～0.12mmol/l，当表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵时，所述基于光控耗散自组装体系中表面活性剂的浓度为0.02～0.06mmol/l，磺酸部花青的浓度0.7～0.11mmol/l。

5.权利要求1-4所述光控耗散自组装的动态发光体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磺酸部花青固体分散溶解在酸性水中，超声溶解后加入表面活性剂充分混合，得到光控耗散自组装体系，在光控耗散自组装体系中加入荧光染料搅拌均匀即得光控耗散自组装的动态发光体系。

6.一种光控耗散自组装负载荧光分子的可逆逻辑门，其特征在于，所述可逆逻辑门包括权利要求1-4任一项所述的光控耗散自组装的动态发光体系作为光控耗散体系，所述可逆逻辑门为与门and、异或非门xnor或异或门xor，所述可逆逻辑门为双输入单输出机制，输入a为420±10nm的光辐照或黑暗条件，输入b为各种激发光或表面活性剂，输出c为荧光变化的强度。

7.根据权利要求6所述的光控耗散自组装负载荧光分子的可逆逻辑门，其特征在于，当为与门and时，表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系内加入荧光染料联苯乙烯二苯基二磺酸二钠得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗条件或420±10nm的光辐照，输入b分别为黑暗或350±20nm光辐照，输出c分别为440±10nm的荧光强度的强弱。

8.根据权利要求6所述的光控耗散自组装负载荧光分子的可逆逻辑门，其特征在于，当为异或非门xnor时，表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系或表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵与磺酸部花青自组装的光控耗散自组装体系内加入荧光染料曙红y得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗或420±10nm的光辐照，输入b分别为表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵或表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵，输出c分别为550±10nm的荧光强度的强弱。

9.根据权利要求6所述的光控耗散自组装负载荧光分子的可逆逻辑门，其特征在于，当为门xor时，表面活性剂染料磺酰罗丹明b得到的体系作为光控耗散体系，输入a分别为黑暗或420±10nm的光辐照，输入b分别为365±10nm或570±10nm光辐照，输出c分别为590±10nm的荧光强度的强弱。

10.权利要求1-4所述光控耗散自组装的动态发光体系或权利要求6-9所述的可逆逻辑门在信息传递和储存的应用。

技术总结
本发明公开了光控耗散自组装的动态发光体系、制备方法及可逆逻辑门和应用，该体系包括磺酸部花青在酸性水中与表面活性剂自组装为光控耗散自组装体系后加入荧光染料得到，磺酸部花青能在420±10nm光致异构化为螺吡喃结构，然后在室温下酸性水溶液中与表面活性剂进行组装成球形纳米粒子体系。同时，该组装体系可通过负载不同的荧光染料实现不同的荧光动态变化，在此基础上开发了一系列基于不同输入实现荧光动态变化的可逆逻辑信号门。该多种光控耗散自组装体系制备路线简单，荧光动态变化仅需通过改变自组装体系或改变激发光波长来实现，并以此作为逻辑信号的设计依据，在信息传递和信息存储如分子计算、传感等领域中具有巨大的应用潜力。

技术研发人员：陈旭漫,魏佳豪,邢俊飞,罗岩,荣怡丹,侯小芳,李全
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15