卟啉及荧光素衍生物模拟的分子逻辑器件的设计,制备与研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:amyzi
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自从分子逻辑的布尔逻辑被阐述以来,分子逻辑器件以其优于传统电子逻辑器件的诸多优势得到了广泛的发展,首先我们可以通过改变构成分子逻辑器件的分子的结构来改变分子逻辑器件的逻辑功能,换言之我们可以通过分子设计来实现对目标逻辑功能的模拟,然后我们也可以通过自组装等方式得到各向同性的分子阵列来实现传统意义上的功能化集成。分子逻辑器件在很多方面都取得了优异的成果,例如二进制计算器,分子键盘锁,加码解码器等。分子逻辑器件就其功能而论分成两种逻辑器件:组合逻辑器件以及时序逻辑器件,前者在操作过程中不考虑输出历史且不具有记忆功能,而后者在操作过程中要考虑历史且具有记忆功能。本文设计并合成了卟啉类衍生物以及荧光素酰腙类衍生物来模拟这两种逻辑器件。1、我们将具有氨基功能团的不对称中位四苯基卟啉以共价嫁接的形式固载到介孔二氧化硅薄膜上,由于卟啉化合物对酸碱的特异性响应,当我们将含有卟啉化合物的介孔薄膜材料置于酸性或碱性溶液中并取出时,卟啉在酸性或碱性介质中的状态会被完整的保存下来,进而实现对具有逻辑记忆功能的RS触发器的模拟,因为卟啉化合物是通过共价嫁接的形式固载到介孔薄膜材料上,所以使得分子逻辑器件兼具了介孔薄膜材料的优异性质:a.相对较大的表面积,不但有利于输入介质与响应单元更有效的接触,还有益于输入介质的彻底清除,避免其残留下来影响下次逻辑输入。b.周期性排布的均一孔道结构,更加有利于器件的后期加工。c.高的透过性使得该分子逻辑器件的输出(output)更容易被光学检测仪器所监听。2、为了提高已知分子逻辑器件的安全性,我们设计并合成了荧光素酰腙类衍生物,对已知由荧光素模拟的二进制计算器逻辑功能进行逻辑加密,并且由于自毁装置的存在使得这种逻辑加密更加安全,这一逻辑功能是由荧光素酰腙类衍生物在二价铜离子催化下,与酸反应部分分解并生成二价铜离子配合物,而与碱反应完全分解并释放出具有模拟二进制计算器逻辑功能的荧光素分子,进而实现了对已知分子逻辑器件进行加密,在酸性介质中生成了稳定的二价铜离子配合物,既不会还原成原化合物,在加入过量碱时也不会释放出荧光素,所以不能对该分子逻辑器件进行暴力破解。
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