[发明专利]基于金纳米团簇-聚电解质复合物的NOR固相逻辑门

说明书

本发明公开一种基于金纳米团簇‑聚电解质复合物的NOR固相逻辑门，基于Fe²⁺和Fe³⁺在pH=4.6的醋酸盐缓冲液共存时可诱导牛血清白蛋白‑3‑巯基丙酸‑金纳米团簇‑聚电解质固相复合物荧光发生猝灭这一现象，以Fe²⁺和Fe³⁺作为输入信号，以金纳米团簇‑聚电解质复合物为信号转换器，构建了一种NOR型固相逻辑门系统。本逻辑门系统具有操作简便（无需任何修饰和标记过程）、移植性好、可重置、信号读取多样化等优点，在临床诊断、化学传感及环境监测等领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质复合物的NOR固相逻辑门及其构建方法，属于纳米技术领域。

背景技术

在过去的几十年中，化学布尔逻辑门已经引起了人们的广泛关注，其已被应用于临床诊断、化学传感和环境监测等诸多领域。目前，通过使用不同的材料（如核酸、酶、有机分子和纳米材料）可构建出不同类别的逻辑门，如AND、OR、IMPLICATION、NAND、NOR及INHIBIT等。然而，大多数的逻辑运算系统存在以下缺点：（1）包含复杂的修饰或标记过程，成本高；（2）不可重置；（3）可移植性差，很难连接到固体表面上；（4）不能同时处理多个输入信号且各逻辑门之间的整合非常困难。

荧光法具有操作简单、快速、灵敏度高、特异性强等突出优点，是逻辑门器件常选用的一种方法。虽然很多荧光染料已被报道可执行逻辑运算，但成本高、光稳定性差、易发生自氧化、毒性大等问题限制了其进一步应用。近年来，金属纳米团簇，尤其是金纳米团簇，作为一类新型的荧光纳米材料备受关注。与小分子有机荧光染料相比，金纳米团簇材料具有光物理性质好、比表面积大、毒性低、表面易于修饰以及荧光性质可调等优点。因此，开发金纳米团簇作为实现逻辑门操作的一种新材料是非常有意义的。

本发明以Fe²⁺和Fe³⁺作为输入信号，以牛血清白蛋白-3-巯基丙酸-金纳米团簇（即：BSA/3-MPA-金纳米团簇）-聚电解质复合物为信号转换器，构建了一种NOR固相逻辑门。本发明所构建的NOR固相逻辑门具有操作简便、移植性好、可重置、信号读取多样化等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质复合物的NOR固相逻辑门及其构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质复合物的NOR固相逻辑门，其特征是输入信号-1为Fe²⁺，输入信号-2为Fe³⁺；信号转换器为金纳米团簇-聚电解质固相复合物；输出信号为金纳米团簇-聚电解质固相复合物的荧光。

上述使用的BSA/3-MPA-金纳米团簇由下述方法制备：2.5 mL浓度为50 mg/mL的牛血清白蛋白与2.5 mL浓度为10 mmol/L 的氯金酸溶液混合均匀，然后加入0.25 mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液和0.25 mL浓度为4 mol/L的3-巯基丙酸溶液，振摇混匀，4 °C下反应1 h，反应液由浅黄色变为无色，将反应液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸盐缓冲液中透析48小时，然后再在去离子水中继续透析12小时，得到BSA/3-MPA-金纳米团簇溶液；所使用的金纳米团簇-聚电解质固相复合物由下述方法制备：0.5 mL含有10mg/mL聚二烯丙基二甲基氯化铵的浓度为0.5 mol/L 的氯化钠溶液加入到0.5 mL BSA/3-MPA-金纳米团簇溶液中，超声15秒，加入1 mL含有10 mg/mL聚苯乙烯磺酸钠的浓度为0.5mol/L的氯化钠溶液，超声1分钟，涡旋30分钟，得到白色胶体分散物，将25 μL所制备的胶体分散物滴涂到载玻片上，放置于37 °C烘箱中，30分钟后取出即得到金纳米团簇-聚电解质固相复合物。