基于金纳米团簇固相复合物的NAND逻辑门及其构建方法技术

本发明专利技术公开一种基于金纳米团簇固相复合物的NAND逻辑门及其构建方法，基于Fe2+和H2O2在pH=3.0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H2O2作为输入信号，以金纳米团簇‑聚电解质固相复合物为信号转换器，构建了一种NAND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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门及其构建方法，属于纳米

技术介绍
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。本专利技术以Fe2+和H2O2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）-聚电解质固相复合物为信号转换器，构建了一种NAND固相逻辑门。本专利技术所构建的NAND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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND固相逻辑门及其构建方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是输入信号-1为Fe2+，输入信号-2为H2O2；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。本专利技术所使用的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1 mol/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10 mg/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0.5 mol/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。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是所述的输入信号-1为Fe2+的浓度优选为100 μmol/L，所述的输入信号-2为H2O2的浓度优选为50 μmol/L ；当含有输入信号时，定义为1；当不含有输入信号时，定义为0。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是四种输入信号形式分别为：既不含有100 μmol/L Fe2+又不含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，0）；含有100 μmol/L Fe2+但不含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，0）；不含有100 μmol/L Fe2+但含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，1）；既含有100 μmol/L Fe2+又含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，1）。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是紫外灯302 nm波长下目视观察，金纳米团簇-聚电解质固相复合物具有橙黄色荧光时，输出信号定义为1，金纳米团簇-聚电解质固相复合物不具有橙黄色荧光时，输出信号定义为0。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是用Adobe Photoshop CS4软件读取照片金纳米团簇-聚电解质固相复合物处的RGB红值，红值大于40定义为1，红值小于40定义为0。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是当输入信号为（0，0）时，输出信号为1；当输入信号为（1，0）时，输出信号为1；当输入信号为（0，1）时，输出信号为1；当输入信号为（1，1）时，输出信号为0。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是当加入2 mmol/L焦磷酸钠后，猝灭的金纳米团簇-聚电解质固相复合物的荧光恢复，逻辑门重置。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门构建方法，其特征是将金纳米团簇-聚电解质固相复合物分别加入到10 mL含不同输入信号的pH为3.0的醋酸盐缓冲液，混匀，室温反应10分钟，紫外灯302 nm波长下目视观察金纳米团簇-聚电解质固相复合物是否具有橙黄色荧光或用Adobe Photoshop CS4软件读取照片金纳米团簇-聚电解质固相复合物处的RGB红值。本专利技术所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门构建方法，其特征是输入信号-1为Fe2+，输入信号-2为H2O2；所述的输入信号-1为Fe2+的浓度优选为100 μmol/L，所述的输入信号-2为H2O2的浓度优选为50 μmol/L；四种输入信号形式分别为：既不含有100 μmol/L Fe2+又不含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，0）；含有100 μmol/L Fe2+但不含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，0）；不含有100 μmol/L Fe2+但含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，1）；既含有100 μmol/L Fe2+又含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，1）；紫外灯302 nm波长下目视观察，金纳米团簇-聚电解质固相复合物具有橙黄色荧光时，输出信号定义为1，金纳米团簇-聚电解质固相复合物不具有橙黄色荧光时，输出信号定义为0，或用Adobe Photoshop CS4软件读取照片金纳米团簇-聚电解质固相复合物处的RGB红值，红值大于40定义为1，红值小于40定义为0；当输入信号为（0，0）时，输出信号为1；当输入信号为（1，0）时，输出信号为1；当输入信号为（0，1）时，输出信号为1；当输入信号为（1，1）时，输出信号为0；所使用的金纳米团簇由下述方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于BSA/3‑MPA‑金纳米团簇‑聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是输入信号‑1为Fe2+，输入信号‑2为H2O2；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。

【技术特征摘要】
1.一种基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是输入信号-1为Fe2+，输入信号-2为H2O2；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。2.根据权利要求1所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是所使用的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1 mol/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10 mg/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0.5 mol/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。3.根据权利要求1或2所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是所述的输入信号-1为Fe2+的浓度为100 μmol/L，所述的输入信号-2为H2O2的浓度为50 μmol/L ；当含有输入信号时，定义为1；当不含有输入信号时，定义为0。4.根据权利要求3所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是四种输入信号形式分别为：既不含有100 μmol/L Fe2+又不含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，0）；含有100 μmol/L Fe2+但不含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，0）；不含有100 μmol/L Fe2+但含有50 μmol/L H2O2，定义为（0，1）；既含有100 μmol/L Fe2+又含有50 μmol/L H2O2，定义为（1，1）。5.根据权利要求4所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是紫外灯302 nm波长下目视观察，金纳米团簇-聚电解质固相复合物具有橙黄色荧光时，输出信号定义为1，金纳米团簇-聚电解质固相复合物不具有橙黄色荧光时，输出信号定义为0。6.根据权利要求4所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是用Adobe Photoshop CS4软件读取照片金纳米团簇-聚电解质固相复合物处的RGB红值，红值大于40定义为1，红值小于40定义为0。7.根据权利要求5或6所述的基于BSA/3-MPA-金纳米团簇-聚电解质固相复合物的NAND逻辑门，其特征是当输入信号为（0，0）时，输出信号为1；当输入信号为（1，0）时，输出信号为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，邓豪华，李光文，吴艳玉，王文俊，
申请(专利权)人：福建医科大学，
类型：发明
国别省市：福建;35