利用纳米金和分子识别构建可视化逻辑门

SMALL国家纳米科学中心蒋兴宇研究小组利用纳米金和分子识别构建可视化逻辑门,研究成果最近在《Small》上发表。逻辑门是电子集成电路的基本单元,被广泛应用于计算机和通信设备之中。逻辑运算遵循布尔逻辑,即可以根据一个或多个输入产生相应的输出。近些年来,随着分子识别研究的发展,使得利用分子间相互作用构建各种形式的逻辑门成为可能。这种分子级别的逻辑门具有诸多优势,已经受到越来越多研究者的关注。

纳米技术的迅猛发展使得具有优良性质的纳米材料受到广泛关注。纳米金凭借独特的光学性质(表面等离子体共振吸收),易于合成和表面化学修饰等优点,使其成为最为重要的可视化传感平台。在该工作中,逻辑门的设计是通过金属离子与纳米金表面的氨基酸相互作用来调控纳米金间的距离,改变表面等离子体共振吸收,从而达到可视化的逻辑门读出。

在该研究中,作者报道了汞离子能够引起精氨酸功能化纳米金的聚集,并利用其构建了逻辑“与”门(AND)。以此为基础,作者进一步利用金属离子与纳米金表面分子间的相互作用构建了逻辑“或”门(OR)和“禁止”门(INHIBIT)。在天然氨基酸中,由于赖氨酸与精氨酸分子结构类似且具有相似的化学性质,进而可以构建更为复杂的逻辑运算(AND + OR)。最后,作者通过引入微流控技术将上述构建的逻辑操作整合在一体化的微流控芯片之中,实现可自动化操作的可视化逻辑门。这种利用纳米金和分子识别构建的逻辑门在化学传感器、可视化检测、可穿戴电子器件、新型计算机等领域具有潜在的应用价值。