Moleküler mantık kapısı - Molecular logic gate

Bir moleküler mantık geçidi bir ya da daha fazla fiziksel veya kimyasal giriş ve tek bir çıkış göre mantıksal işlemi gerçekleştiren bir moleküldür. Saha, aritmetik işlemler olarak kombine ve sıralı işlemler edebilen moleküllere tek kimyasal veya fiziksel girişine göre basit bir mantık sistemlerinden ilerlemiştir, yani moleculators ve bellek depolama algoritmaları.

Tek girişli mantık kapıları için, dört olası çıkış desenler vardır. VAR PASS 0: giriş 0 olduğunda, çıkış girişi 1 olduğu zaman, ya bir 0 ya da 1, çıkış belirli bir mantık türüyle ortaya çıkabilir, 0 veya 1, dört çıkış bit modelleri olabilir olabilir dEĞİL ve PASS 1. PASS 0 daima 0, ne olursa olsun giriş çıkarır. PASS 1 hep 1, ne olursa olsun giriş çıkarır. giriş, bir VAR mantık kapısı bir örnek aşağıda gösterilmiştir moleküler yapısı 1 olduğu zaman, bir 0 çıktılar - giriş 1 olup ters EVET EVET bir 1 verir. sodyum iyonları çözeltisi ( "1" girişi) 'de mevcut olduğunda, "1" çıkışı sadece verilir.

Moleküler mantık kapıları göre giriş sinyalleriyle çalışan kimyasal işlemler ve temel çıkış sinyalleri ile spektroskopisi . Daha önce su çözeltisi bazlı sistemlerden biri bileşiklerinin kimyasal davranışı kullanan A ve B de , şema 1 .

Bileşik A bir itme-çekme olefin dört içeren üst reseptörü ile karboksilik asit bağlanabilen anyon grupları (ve olmayan açıklanan karşı katyonları) kalsiyum . Taban kısmı a, kinolin hidrojen iyonları için bir reseptör molekülü. Aşağıdaki gibi mantık kapısı çalışır. Ca herhangi bir kimyasal girişi olmaksızın ²⁺ ya da H ⁺ , kromofor maksimum gösterir absorbansı olarak UV / VIS spektroskopisi 390 nm . Kalsiyum sokulduğunda bir mavi kayma yeri ve azalır mil 390 absorbans alır. Benzer şekilde proton ilavesi neden kırmızı bir kayma ve her iki katyonlar su içinde olduğunda net sonucu, orijinal 390 nm'de emilmesidir. Bu sistem, bir temsil XNOR emiliminde mantık kapısı ve bir XOR mantık kapısı geçirgenlik .

Bileşik, B alt bölüm a artık üçüncül amino da proton bağlanabilen bir grup. Bu sistem içinde floresan tek yer, her iki katyonlar kullanılabilir sürer. Her iki katyonlarının mevcudiyeti engellemektedir ışıkla uyarılan elektron transferi (PET) bileşik B floresan imkan verir. Veya ikisi iyonu olmadığında, floresans antrasenil grubu azot atomu ya da oksijen atomu ya da her ikisi ya da bir elektron transferini içerir, PET ile söndürülür. Her iki reseptör, sırasıyla, kalsiyum iyonları ve proton bağlanmıştır, her iki PET kanal kapatılır. Bileşik B genel sonucudur ve mantık "1" (floresans) çıkış Ca hem de sadece oluşur, çünkü ^{2 +} ve H ⁺ , yani, çözelti içinde mevcut olan "1" değerleri vardır. Paralel olarak ve sonuç B sistemine sistem A ve floresan için geçirgenliği izlenmesi ile gerçekleştirilir her iki sistem ile bir olan yarım-toplayıcı denklem 1 + 1 = 2 tekrar üretebilir.

Sistem B bir modifikasyonunda iki değil, üç kimyasal girişi, eş zamanlı olarak ve mantık kapısı işlenir. Geliştirilmiş bir floresan sinyali sadece ilgili etkileşimler yoluyla fazla protonların, çinko ve sodyum iyonlarının mevcudiyetinde gözlenmektedir amin , phenyldiaminocarboxylate ve taç eter reseptörleri. Yukarıda ele alındığı gibi işlem modu benzer çalışır - floresan bağlı heyecan antrasen florofora alıcılardan ışık etkili elektron transfer reaksiyonları ile rekabet önlenmesi gözlenmiştir. Bir, iki ya da yokluğu, düşük floresan çıkış tüm üç iyon girişi ile sonuçlanır. Her reseptör yüksek flüoresans verim değildir diğer iyonlar konsantrasyonunda bir artış olarak spesifik iyon için seçicidir. Her bir giriş spesifik konsantrasyon eşik kombinatoryal VE mantık çerçevesinde bir floresan sonuç elde etmek için ulaşılmalıdır. Bu prototip potansiyel işaret-bakım tıbbi teşhis uygulamasını gelecekte hastalık taraması için uzatılabilir.

Benzer bir düzenleme içinde, aşağıda gösterilen moleküler mantık geçidi bir elektrokimyasal anahtarıyla redoks fluoresan anahtarlara çoklu girişli mantık kapıları gelen bir ilerleme göstermektedir. Bu iki girişli AND mantık kapısı, bir tersiyer amin, proton reseptörü ve bir tetrathiafulvelene redoks verici içerir. Bu gruplar, aynı anda bilgi asit konsantrasyonuna ilişkin ve çözeltinin yeteneği oksitleyici işleyebilir antrasen bağlandıklarında.

Gunnlaugsson ve arkadaşları tarafından sağlanan ENGELLEME mantık geçidi aşağıda gösterilen. Bir Tb içermektedir ³⁺ bir şelat kompleksi içinde iyonu. Bu iki giriş mantık geçidi bir ilk ve kimyasal girişi ve bir çıkışı olan fosforesans olmayan değişmeli davranışı gösterir. Dioksijen (Giriş 1), mevcut olduğu zaman, sistem sulandırılır ve herhangi bir fosforesan (çıkışı 0) görülmektedir. İkinci giriş, H ⁺ , aynı zamanda dikkat edilmesi bir çıkış "1" için mevcut olmalıdır. Bu, iki giriş ENGELLEME doğruluk tablosundaki anlaşılmaktadır.

Başka bir mantıksal XOR kapısı sisteminde kimya dayanmaktadır pseudorotaxane tasvir Şema 3 . Organik çözelti, elektron eksikli olarak diazapyrenium tuzu (çubuk) ve elektron bakımından zengin 2,3-dioksi naftalen birimleri taç eter (halka) kendini düzenleyen bir formasyonuyla bir yük aktarma kompleksi .

Eklenen bir tersiyer amin gibi bir tributilamin diazapyrene 2 ilave maddesi ve kompleks dethreaded alır: 1 oluşturur. Bu işlem, serbest taç eter kaynaklanan 343 nm'deki emisyon yoğunluğunda bir artış eşlik eder. Eklenen triflorometansülfonik asit amin ile reaksiyona girer ve işlem döndürülür. Fazla asit taç eter kilitler protonasyon ve yine karmaşık bir dethreaded edilir.

Bir tam toplayıcı göre sistem floresein 1 + 1 + 1 = 3 hesaplamak edebilmektedir.

Moleküler ardışık lojik D. Margulies ve diğ., Bunların paralel birbirine bağlı birkaç VE mantık kapıları içerir eşdeğer olan bir elektronik güvenlik cihazının işleme yetenekleri benzeyen bir molekül tuş kilidini göstermek ile örneklenmektedir. Molekülü bir elektronik tuş takımı taklit otomatik vezne makinası (ATM). Doğru şifre girilmelidir başka bir deyişle: çıkış sinyalleri girişlerin kombinasyonuna aynı zamanda girdilerin doğru sırayla üzerine sadece bağlıdır. Molekül Pyrene ve Fe (III) bağlanan bir siderofor ile bağlanan floresein fluorophores kullanılarak tasarlanmış ve çözeltinin asidik floresein floroforun floresan özelliklerini değiştirir edildi.

Bu alandaki daha da geliştirilmesi de moleküler mantık kapıları IT sektöründe yarı iletkenler yerini görebilirsiniz. Bu tür moleküler sistemleri teorik yarı iletkenler nano boyutları yaklaşım zaman ortaya çıkan sorunların üstesinden gelebilir. Moleküler mantık kapıları gibi yarı iletken elektronik yok üst üste mantık gibi olaylar ile, bunların silikon göre daha fazla çok yönlü. örneğin Avouris ve arkadaşları tarafından ortaya konulmuş bir şekilde kuru moleküler kapıları dolayı küçük boyutlu, benzer alt yapı ve veri işleme yetenekleri yarı iletken cihazlar için olası yerine olduğu kanıtlanmıştır. Avouris karbon nanotuplerın demetinin oluşan bir değil mantık kapısı saptandı. nanotupler iki tamamlayıcı alan etkili transistörler oluşturma bitişik bölgelerde farklı ikame edilmektedir. bohça tatmin edici şartlar yerine getirildiği yalnızca DEĞİL mantık kapısı olarak faaliyet göstermektedir.

Kimyasal mantık kapılarının Yeni potansiyel uygulamalar araştırılmasına devam edilmektedir. Yeni bir çalışma için bir mantık kapısı uygulanmasını göstermektedir fotodinamik terapi . Bir taç eter ve (aşağıda gösterildiği gibi) ara parçalar ile ayrılmış iki piridil gruplarına bağlı bir BODIPY boya bir AND kapısının bir mantık göre çalışır. Molekül singlet oksijenin sitotoksik üçlü oksijen dönüştürerek nispeten yüksek sodyum ve proton iyon konsantrasyonlarının koşullar altında 660 nm'de aktive edilmenin ardından fotodinamik madde olarak çalışır. Bu prototip örneği, normal hücrelerde seviyelerine kıyasla tümör dokusunda daha yüksek sodyum seviyelerinin avantajı ve daha düşük pH alacaktı. Bu iki kanserle ilgili hücresel parametreler memnun kaldığınızda, bir değişiklik absorbans spektrumda görülmektedir. Bu non-invazif ve spesifik olarak bu teknik, kötü huylu tümörlerin tedavisi için yararlı olabilir.

Can bir moleküler mantık kapısı çok gibi modülatörleri işler aynı molekül üzerinde de Silva'nın 'of-prensibi Korumalı' ama birleşmeyle farklı mantık kapıları görülen kurdu. Bu tür bir işlev entegre lojik olarak adlandırılır ve (aşağıda gösterildiği gibi) A Coşkun, AB Akkaya ve arkadaşları tarafından gösterildiği BODIPY bazlı, yarı çıkarıcı mantık kapısı ile örneklendirilir. Farklı iki dalga boyunun, 565 ve 660 nm, XOR izlenir ve inhibe zaman mantık kapıları ilgili dalga boylarında elde edilir. Bu bileşiğin optik çalışmalar THF 565 nm'de bir soğurma tepesi ve 660 nm'de emisyon tepe ortaya koymaktadır. Bir bir asit ilave hypsochromic kayması dahili yük transferi tersiyer amin sonuçlarının protonasyon gibi iki piklerin. Gözlenen emisyon rengi sarı olur. Güçlü bir baz eklenmesi üzerine, fenolik hidroksil grubu da molekül salımsal olmayan hale getiren bir fotoindükleme ürünü olan elektron transferi ile sonuçlanan, deprotone olarak bırakılmaktadır. Hidroksil grubu PET ve BİT hem de yokluğunda elde edilen protonlanmış altında kalacak şekilde üçüncül amin protonlanması olmaz gibi bir asit ve bir bazın hem de eklenmesi üzerine, molekülün emisyon kırmızı olarak görülmektedir. Nedeniyle emisyon yoğunluğunun arasındaki büyük fark nedeniyle, bu tek bir molekül, bir aritmetik işlem yapma kabiliyeti olduğu; Bir nano ölçekli düzeyinde çıkarma.

Ayrıca bakınız

• Kimyasal bilgisayar
• Biyolojik bilgisayar
• kuantum bilgisayar

Referanslar

1. ^ A. Prasanna de Silva ve Nathan D. McClenaghan. Korumalı ilke-moleküler Ölçekli aritmetik J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 16, 3965-3966. doi:10,1021 / ja994080m
2. ^ David C Magri Gareth J. Brown Gareth D. McClean ve A. Prasanna de Silva. Bir "Lab-on-a-Molekülü" Prototip olarak moleküler ve üç kimyasal Girişli mantık geçidi: Kimyasal Congregation iletişim J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4950-4951. (İletişim)doi:10,1021 / ja058295
3. ^ David C Magri. Elektronlar ve protonlar tarafından yönlendirilen bir floresan VE mantık kapısı. New J. Chem. 2009,33, 457-461.
4. ^ T Gunnlaugsson DA MacDonail ve D Parker,Chem. Commun. 2000, 93.
5. ^ Alberto Credi,Vincenzo Balzani, Steven J. Langford, veJ. Fraser Stoddart. Moleküler Düzeyde Mantık İşlemleri. XOR kapısı bir Molecular makine dayanarak J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2679-2681 (Madde).Doi:10,1021 / ja963572l
6. ^ David Margulies, Galina Melman ve İbrahim Shanzer. Moleküler Tam Toplayıcı ve Tam çıkartıcılar, bir Moleculator doğru ek bir adım J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4865-4871. (Ana)doi:10,1021 / ja058564w
7. ^ David Margulies, Galina Melman ve İbrahim Shanzer. Bir moleküler tuş kilidi: şifre girişlerini izin verebilmesidir bir fotokimyasal cihaz. , J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 347-354.
8. ^ S. oslem ve AB Akkaya. Silikon kutunun dışında düşünme: fotodinamik tedavi için tekli oksijen üretimi seçicilik ek bir katman olarak, moleküler ve mantık. , J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 48-49.
9. ^ A. Coşkun, E. Deniz ve AB Akkaya. Etkili PET ve boradiazaindacene emisyonunun BİT anahtarlama: Bir tek moleküllü, emisyon mod, yeniden konfigüre kapılarla molekül yarı çıkarıcı. Org. Lett. 20055187-5189.

Dış bağlantılar

• Floresan sinyalleşmesine dayanan bir moleküler Photoionic AND kapı
• Moleküler Sensörler ve Moleküler Mantık Kapıları (MSMLG) 3. Uluslararası Konferansı Seul, Kore Kore Üniversitesi'nde temmuz 8-11 2012 tarihinde yapılmıştır. [10]