[发明专利]NOR逻辑门及其构建方法

说明书

本发明提供了一种NOR逻辑门，包括金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入；所述金纳米棒溶液中含十六烷基三甲基溴化铵，所述金纳米棒的长径比为3.5～5.0；所述刻蚀液含过氧化氢和碘离子；所述2个逻辑输入中，第一逻辑输入为巯基‑烷基‑羧酸，第二逻辑输入为巯基‑烷基‑胺或巯基‑烷基‑三甲基铵阳离子。本申请提供的逻辑输入为巯基化合物，能和金纳米棒之间通过S‑Au键结合，从而牢固地修饰在金纳米棒两端，有效地阻止了金纳米棒的刻蚀反应，构建的逻辑门有高的准确度、精密度和高稳定性。本申请还提供了采用上述金纳米棒溶液、刻蚀液和2个逻辑输入构建NOR逻辑门的方法。

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，特别涉及一种基于金纳米棒的NOR逻辑门及其构建方法。

背景技术

金纳米材料由于有很强的表面等离子体共振吸收，其摩尔消光系数比一般的有机染料大3～4个数量级，而且此吸收的波长取决于金纳米材料的大小、形状以及其所处的环境的性质，基于金纳米材料颜色变化的比色法已被用作分析输出信号来构建超灵敏分析检测方法和逻辑门的构建。金纳米材料可以作为理想平台将分子事件转化为逻辑系统，在分子尺度上复制布尔逻辑门；特别地，稳定性高的逻辑系统可以构建顺序逻辑操作的存储元件。

Zhang等报道了一个基于纳米金颗粒聚集的比色法构建NOR逻辑门的方法(Li-PeiZhang,Bo Hu,Jian-Hua Wang,Analytica Chimica Acta,2012,717,127–133)。所报道逻辑门的底液成分包含纳米金颗粒，高浓度氯化钠(0.5mol/L)，ssDNA，Fe²⁺和H₂O₂；第一逻辑输入为抗坏血酸，第二逻辑输入为L-半胱氨酸或谷胱甘肽，以纳米颗粒分散液的颜色变化作为输出。由于ssDNA在纳米金颗粒表面吸附，使其表面负电荷密度增加，此时，分散液中有0.5mol/L氯化钠时纳米金不会引起聚集，仍然呈酒红色。但底液中含有Fe²⁺和H₂O₂时，由于Fe²⁺和H₂O₂发生反应生成的自由基使ssDNA断裂成更小的片段，使纳米金表面的负电荷密度降低而发生聚集，溶液由酒红色变成蓝色。抗坏血酸、L-半胱氨酸和谷胱甘肽都为抗氧化剂，可以清除自由基，因此当这些组分作为逻辑输入时会阻止ssDNA的裂解从而阻止AuNPs溶液的颜色变化。该文献根据输入状态不同引起逻辑输出状态的变化构建了NOR逻辑门。

该文献采用ssDNA作为构建逻辑门，ssDNA作为生物大分子容易断裂而变性(Sandra Stenzel,Jorg Bohrisch,Michael Meyer,Journal of Applied PolymerScience,2015,41754)，从而在有抗氧化剂存在的情况下纳米金颗粒也会发生聚集，使逻辑门的输出错误。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种NOR逻辑门及其构建方法，以提高NOR逻辑门稳定性。

有鉴于此，本申请提供一种NOR逻辑门，包括金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入。所述金纳米棒工作溶液中含十六烷基三甲基溴化铵，优选的，所述金纳米棒的长径比为3.5～5.0；所述刻蚀液含过氧化氢和碘离子；所述2个逻辑输入中，第一逻辑输入为巯基-烷基-羧酸，第二逻辑输入为巯基-烷基-胺或巯基-烷基-三甲基铵阳离子；

所述逻辑门输出信号为最终溶液颜色的变化；所述最终溶液为所述金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入的混合物经刻蚀反应后的溶液。

优选的，所述巯基-烷基-羧酸中的烷基碳链长度为8～14。

优选的，所述巯基-烷基-胺中烷基碳链长度为8～14，所述巯基-烷基-三甲基铵阳离子中烷基碳链长度为8～14。