CN108827952A - Nor逻辑门及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

NOR逻辑门及其构建方法
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。
所述的NOR逻辑门的输出以可视化方式读出，通过目视最终溶液的颜色是否改变而判断逻辑输出；还可以用光谱测量装置测量所述最终溶液中金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振吸收(L-LSPR)波长λx，并与所述金纳米棒工作溶液的L-LSPR波长λ0相比较，两者波长之差Δλ＝λ0-λx，以Δλ作为该逻辑门输出值的判据。
所述的NOR逻辑门，其特征在于：
定义引入巯基-烷基-羧酸时第一逻辑输入值为1，不引入巯基-烷基-羧酸时第一逻辑输入值为0；
定义引入巯基-烷基-胺或巯基-烷基-三甲基铵阳离子时第二逻辑输入值为1，不引入巯基-烷基-胺或巯基-烷基-三甲基铵阳离子时第二逻辑输入值为0；
所述的NOR逻辑门有以下的输入/输出特征：
定义最终溶液颜色发生变化时，逻辑门输出值为1，不发生变化则为0；
定义最终溶液中金纳米棒的L-LSPR波长蓝移值Δλ大于或等于200nm时，逻辑门输出值为1，小于或等于10nm时为0。
第一逻辑输入值为0，且第二逻辑输入值为0时，逻辑门输出值为1；
第一逻辑输入值为0，且第二逻辑输入值为1时，逻辑门输出值为0；
第一逻辑输入值为1，且第二逻辑输入值为0时，逻辑门输出值为0；
第一逻辑输入值为1，且第二逻辑输入值为1时，逻辑门输出值为0；
本发明还提供一种NOR逻辑门构建方法，其特征在于，包括：常温下将金纳米棒工作溶液与2个逻辑输入混合，加入刻蚀液，摇匀后置于恒温环境中刻蚀，刻蚀完成后对最终溶液进行冷却，通过目视最终溶液的颜色是否改变而判断逻辑输出，还可以用光谱测量装置测量最终溶液中金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λx，并与金纳米棒工作溶液的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λ0相比较，两者波长之差Δλ＝λ0-λx，以Δλ作为该逻辑门输出值的判据。所述金纳米棒工作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。所述最终溶液为金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入的混合液经刻蚀反应后的溶液。
优选的，所述恒温环境的温度为30～80℃。
优选的，所述刻蚀时间为6～120min。
优选的，所述刻蚀完成后，所述最终溶液冷却时间为2～4min。
本申请所提供的逻辑门的输出的光谱特征信号是基于金纳米棒本身的形貌变化，所受外部环境的影响较小。其次，本申请所提供的逻辑门中逻辑输入为巯基化合物，由于巯基化合物和金原子之间形成了S-Au化学键，键合强度高，对被修饰物的保护作用更强。再次，本发明中采用的巯基化合物在逻辑门的工作或保存条件下不会发生断裂或变性，因此，所构建的逻辑门稳定性高。实验证明，对比例的NOR逻辑门输出在常温下稳定不到10min，而本发明提供的NOR逻辑门输出可以在常温下稳定至少300min。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的金纳米棒的透射电子显微镜图；
图2为本发明实施例1提供的金纳米棒的光谱图；
图3为本发明实施例2提供的最终溶液中第一逻辑输入的浓度对金纳米棒光谱的影响；曲线1～5中第一逻辑输入11-巯基十一烷酸的浓度(μmol/L)：1，0；2，8；3，17；4，25；5，33；曲线6，金纳米棒工作溶液；
图4为本发明实施例2提供的最终溶液中第二逻辑输入的浓度对金纳米棒光谱的影响
曲线1～5中第二逻辑输入11-巯基十一烷基三甲基溴化铵的浓度(μmol/L)：1，0；2，8；3，17；4，25；5，29；曲线6，金纳米棒工作溶液；
图5本发明为本发明实施例4构建的NOR逻辑门的输入/输出特性(基于9次实验的统计结果)。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种NOR逻辑门，包括金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入；其中，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；所述刻蚀液含有过氧化氢和碘离子；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；与巯基-烷基-三甲基铵阳离子成盐的阴离子为除碘离子之外的其它阴离子。
金纳米棒是纵向伸长的金纳米粒子，具有两个LSPR谱带，分别对应于T-LSPR和L-LSPR谱带。种子生长法合成金纳米棒过程中通常加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为形貌诱导剂。由于CTAB沿金纳米棒的侧边具有更高的堆积密度，使得其两端相对裸露。而刻蚀液中的过氧化氢和碘离子反应可生成氧化剂碘分子，一个碘分子结合一个碘离子生成I3 -，I3 -可以和金原子之间发生氧化还原反应，生成+1价的金离子，该离子和碘离子形成配合物AuI2 -：
2Au+I3 -+I-→2AuI2 - (1)
该反应的发生使得刻蚀液沿轴向对金纳米棒进行刻蚀，引起金纳米棒的长径比减小，导致金纳米棒L-LSPR谱带中心波长减小，从近红外区迁移到了可见光区，对应的颜色也从红色变成蓝色。作为优选方案，金纳米棒的长径比为3.5～5.0，其L-LSPR峰在700～1000nm之间，可以通过商品化紫外-可见光谱仪对其L-LSPR峰进行定位。
如果在上述溶液中引入含巯基的有机分子，巯基化合物中S原子和金纳米棒中Au原子之间可以形成很强的S-Au化学键。因此，金纳米棒裸露的两端可以通过化学吸附覆盖上一层含巯基的有机分子，从而阻止上述的刻蚀反应的发生，金纳米棒工作溶液的颜色不发生改变。巯基-烷基-羧酸、巯基-烷基-胺以及巯基-烷基-三甲基铵盐是本领域技术人员熟知的化合物，但是，当其用于阻止金纳米棒的刻蚀反应时，其结构上烷基碳链的长度影响其效率，碳链太短时，其疏水性不高，刻蚀试剂容易穿透巯基化合物覆盖层到达金纳米棒表面发生刻蚀；碳链太长时会影响巯基的反应活性。因此，作为优选方案，所述巯基-烷基-羧酸、巯基-烷基-胺以及巯基-烷基-三甲基铵阳离子中的烷基碳链长度为8～14。
逻辑运算利用二进制对信息进行编码，这意味着一个位可以由两个不同的值的其中之一表示，即0或1。现实中的逻辑门输出信号是连续的模拟值，因此需要定义阈值。具体到本发明的逻辑输出，以L-LSPR波长蓝移值Δλ作为该逻辑门输出值的判据，由于Δλ的变化是连续的，本发明定义了逻辑输出0和1的阈值：最终溶液中金纳米棒的L-LSPR波长蓝移值Δλ大于或等于200nm时，逻辑门输出值为1，小于或等于10nm时为0。类似的，不同碳链长度的逻辑输入值1也有相应浓度阈值。每个巯基化合物的阈值与其化学性质有关，也与需要保护的金纳米棒的量有关。实验结果表明，当金纳米棒的量相同时，所述的巯基-烷基-羧酸、巯基-烷基-胺以及巯基-烷基-三甲基铵阳离子，在烷基碳链长度为8～14的范围内阈值不尽相同，但是相差不大。
本发明还提供一种NOR逻辑门构建方法，包括：常温下将金纳米棒工作溶液与2个逻辑输入混合，加入刻蚀液，摇匀后置于恒温环境下刻蚀，刻蚀完成后对最终溶液进行冷却，通过目视或光谱测量的手段判断逻辑输出。刻蚀温度影响刻蚀速度。常温下，本发明所采用的刻蚀液不对金纳米棒产生显著的刻蚀反应，温度越高刻蚀速度越快，所需时间也越短。优选的刻蚀温度为30～80℃；优选的刻蚀时间为6～120min；刻蚀完成后，优选的冷却时间为2～4min。刻蚀液的参数也会影响刻蚀速度，从而影响刻蚀时间，比如，改变过氧化氢和碘离子的浓度，改变刻蚀液酸碱度等，这些都为本领域技术人员熟知的技术手段，本申请不再赘述。
本发明所提供的逻辑门的输出信号是基于纳米颗粒本身的形貌变化，是基于纳米材料本身的光谱特征，所以受外部环境的影响较小；其次，本申请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，由于巯基化合物和金原子之间形成了S-Au化学键，这些化合物通过化学键合方式修饰在金纳米棒表面，对被修饰物的保护作用更强。再次，所采用的巯基化合物在逻辑门的工作或保存条件下不会发生变性，因此，采用本发明的方法所构建的逻辑门稳定性高。
为了进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
本发明以下实施例中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用去离子水彻底清洗后晾干。
实施例1
本实施例进行金纳米棒的合成及表征。
1.1金种的合成：将5mL0.1mol/L CTAB与25μL 50mmol/L氯金酸加入到一个25mL烧瓶中，搅拌混合物5min，向混合物中加入300μL 10mmol/L新配制的硼氢化钠溶液，搅拌25s，溶液颜色从棕黄色转为茶色，表明形成金种，将制得的金种溶液保存于27～30℃环境中备用。
1.2生长液的制备：将200μL 1mol/L盐酸与100μL 50mmol/L氯金酸加入到10mL0.1mol/L CTAB溶液中，搅拌5min混匀后将120μL 10mmol/L的硝酸银溶液和100μL100mmol/L的抗坏血酸顺次加入到上述混合物中，混匀后得到生长液。
1.3金纳米棒的制备：将24μL步骤1.1合成的金种子溶液注入步骤1.2制备好的生长液中，剧烈搅拌6～8秒后于30℃恒温条件下静置24h制得金纳米棒。
将步骤1.3制备的溶液在10000转/分的转速下离心15min后，去除上清液，用去离子水洗涤金纳米棒2次后分散于10mL 0.1mmol/L CTAB中，此金纳米棒分散液称为金纳米棒工作溶液，4℃保存备用。
透射电子显微镜(TF20,FEI Tecnai,Oregon,USA)分析显示所合成的金纳米棒长度约为40nm，直径约为10nm，长径比约为4(图1)。光谱分析(UV-2450，ShimadzuCorporation,Kyoto,Japan)显示所合成的金纳米棒在520nm和840nm处分别有一弱吸收峰和一强吸收峰(图2)，此两个吸收峰分别对应金纳米棒的T-和L-LSPR。
实施例2
本实施例考察逻辑输入的浓度对输出结果的影响，并提供一种确定逻辑输入阈值的方法。
本实施例刻蚀液由200mmol/L过氧化氢,0.4mmol/L碘化钠和0.4mmol/L盐酸组成。第一逻辑输入为11-巯基十一烷酸，第二逻辑输入为11-巯基十一烷基三甲基溴化铵。实验过程中改变逻辑输入的浓度，从而改变其在最终溶液中的浓度。光谱测量最终溶液中金纳米棒L-LSPR的波长，通过其发生蓝移波长值Δλ确定逻辑输入的浓度阈值。Δλ定义为纳米棒溶液的L-LSPR波长λ0与最终溶液的L-LSPR波长λx的差值，Δλ＝λ0-λx。
将200μL实施例1合成的金纳米棒工作溶液与20μL第一逻辑输入及20μL第二逻辑输入混合，加入20μL刻蚀液，混匀后置于50℃水浴中刻蚀10分钟，将最终溶液去除，放入0℃冰水浴冷3min后进行光谱测量。
图3和图4分别是最终溶液中第一逻辑输入和第二逻辑输入的浓度对金纳米棒光谱的影响，实验结果显示，随着最终溶液中逻辑输入浓度的提高，刻蚀后的金纳米棒的L-LSPR的波长λx越来越接近金纳米棒工作溶液中未刻蚀金纳米棒的L-LSPR的波长λ0，当第一逻辑输入和第二逻辑输入的浓度分别为33μmol/L和29μmol/L时，Δλ分别为10nm和1nm，满足NOR逻辑门输出值为0的条件。对于第一逻辑输入，最终溶液中的浓度为33μmol/L时刚刚能满足逻辑输出要求，因此33μmol/L为其阈值。在本实施例中，等于或超过阈值的逻辑输入都能使NOR逻辑门输出为0。
实施例3
本实施例考察碳链长度对逻辑输入阈值的影响。
本实施例刻蚀液由200mmol/L过氧化氢,0.4mmol/L碘化钠和0.4mmol/L盐酸组成。将200μL实施例1得到的金纳米棒工作溶液与20μL第一逻辑输入及20μL第二逻辑输入混合，加入20μL刻蚀液，混匀后置于80℃水浴中刻蚀6分钟，将最终溶液去除，放入0℃冰水浴冷却4min后进行光谱测量。
第一逻辑输入为巯基-烷基羧酸，通式为HS-(CH2)n-1-COOH；第二逻辑输入为巯基-烷基-胺或巯基-烷基三甲基铵盐，分别以通式HS-(CH2)n-NH2和HS-(CH2)n-N(CH3)3 +表示；上式中n为碳链的长度。实验过程中改变逻辑输入的浓度，从而改变其在最终溶液中的浓度，光谱测量最终溶液中金纳米棒L-LSPR的波长，通过其发生蓝移波长值Δλ确定逻辑输入的浓度阈值。测得不同碳链长度的逻辑输入的阈值(以最终溶液中的浓度，μmol/L)列表如下：
表1不同碳链长度的逻辑输入的阈值(μmol/L)
表1结果说明，碳链长度为12时，逻辑输入对纳米棒刻蚀的阻止效果最佳，表现为逻辑输入的阈值最小。但是，不同碳链长度的阈值相差不大，只要保证逻辑输入的最终浓度大于或等于阈值就可以构建有效的NOR逻辑门。
实施例4
本实施例提供本发明构建的NOR逻辑门输入/输出特性。
第一逻辑输入为HS-(CH2)7-COOH，在最终溶液中的浓度为60μmol/L；第二逻辑输入为HS-(CH2)8-NH2，在最终溶液中的浓度为60μmol/L。采用实施例1的方法合成3个批次金纳米棒工作溶液，采用实施例2的方法参数和步骤构建逻辑门，每个批次的金纳米棒工作溶液做3次平行实验。光谱测量算得的最终溶液L-LSPR波长蓝移值Δλ如图5所示，当第一逻辑输入或第二逻辑输入至少有一个不为0时，金纳米棒有巯基化合物保护，不发生刻蚀作用，目视最终溶液颜色没有发生变化，为红色，9次光谱测量结果显示最终溶液的波长蓝移值Δλ为2.6nm，标准偏差1.4nm；当第一逻辑输入和第二逻辑输入都为0时，金纳米颗粒没有受到保护，发生了刻蚀作用，目视最终溶液颜色由红色变成蓝色，9次测量Δλ平均值为201.5nm，蓝移值的标准偏差为3.7nm，相对标准偏差为1.8％。以上实验结果说明本发明的NOR逻辑门有很高的输出精度和准确度。
实施例5
本实施例评价本发明NOR逻辑门输出的稳定性，并以文献(Li-Pei Zhang,Bo Hu,Jian-Hua Wang,Analytica Chimica Acta,2012,717,127–133)为对比例，与之进行比较。
5.1对比例
本例中所有的实验都参照对比例中的条件进行。
5.1.1纳米金颗粒的合成
在200mL的圆底烧瓶中加入100mL 1.0mmol/L氯金酸溶液，快速搅拌下加热沸腾，然后将10mL 38.8mmol/L柠檬酸三钠溶液快速加入，溶液保持沸腾30分钟得到酒红色的纳米金溶液。将溶液通过0.22μm滤膜以去除纳米金溶液中沉淀，滤液储存于4℃冰箱中备用。所合成的纳米金颗粒直径为13nm，经紫外光谱检测，其浓度为11.4nmol/L。
5.1.2NOR逻辑门的构建
以抗坏血酸为第一逻辑输入，输入抗坏血酸最终浓度为20μmol/L，如果引入则逻辑输入值为1；以L-半胱氨酸为第二逻辑输入，输入L-半胱氨酸最终浓度为50μmol/L，如果引入则逻辑输入值为1。
将600μL 0.2mg/L ssDNA(鲱鱼精DNA，Sigma，St.Louis,USA)、200μL 3.0mmol/LFeSO4、160μL 0.1mmol/L H2O2，200μL第一逻辑输入和200μL第二逻辑输入混匀，并在室温下孵育10min，然后加入400μL本实施例5.1.1中所合成的纳米金颗粒溶液，室温孵育10min后，加入200μL 0.05mol/L Tris-HCl与0.5mol/L NaCl混合液，混匀后逻辑门输出以可视方式观察最终溶液颜色变化，并通过光谱测量在波长为670nm和520nm下吸光度，计算比值A670/A520。逻辑输出值为1定义为最终溶液颜色为蓝色，或A670/A520大于0.9；逻辑输出值为0定义为最终溶液颜色为红，或A670/A520小于0.3。
5.2本发明
采用实施例1的方法合成金纳米棒工作溶液，刻蚀液由100mmol/L过氧化氢,0.4mmol/L碘化钠和0.3mmol/L盐酸组成。第一逻辑输入为HS-(CH2)13-COOH，引入时，在最终溶液中的浓度为42μmol/L；第二逻辑输入为HS-(CH2)14-N(CH3)3 +Br-，引入时，在最终溶液中的浓度为40μmol/L。光谱测量最终溶液中金纳米棒L-LSPR的波长，通过其发生蓝移波长值Δλ确定逻辑输入的浓度阈值。Δλ定义为纳米棒溶液的L-LSPR波长λ0与该逻辑门对应最终溶液的L-LSPR波长λx的差值，Δλ＝λ0-λx。
将200μL实施例1合成的金纳米棒工作溶液与20μL第一逻辑输入及20μL第二逻辑输入混合，加入20μL刻蚀液，混匀后置于30℃水浴中刻蚀100min，将最终溶液放入0℃冰水浴冷却至室温后进行光谱测量。
5.3逻辑门输出结果稳定性比较
为表达简洁，第一逻辑输入值和第二逻辑输入值以“(”第一逻辑输入值“，”第二逻辑输入值“)”表示。实际逻辑输出值评价：按照表2中NOR逻辑门输入/输出真值表及判断标准，满足NOR逻辑门输出值记为“对”，否则记为“错”。
表2本申请及引用的对比例NOR逻辑门的真值及逻辑输出判断标准
按照本发明或对比例操作步骤第一次测量逻辑输出的时间，记为0min，从即刻开始计时。
表3结果表明，对比例的逻辑门输出值在5min时正确；第10min时，虽然逻辑输出的可视化指标都正确，但光谱学指标出现错误；从第20min开始，逻辑输出值为0的可视化指标和光谱学指标全都错误。本发明的逻辑输出值在0～300min的考察时间范围内可视化指标和光谱学指标都正确。以上实验结果说明了本发明提供逻辑门的稳定性。
表3本发明和对比例所构建的NOR逻辑门稳定性对比
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种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，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。
2.根据权利要求1所述的NOR逻辑门，其特征在于所述巯基-烷基-羧酸中的烷基碳链长度为8～14。
3.根据权利要求1所述的NOR逻辑门，其特征在于所述巯基-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。
4.根据权利要求1所述的NOR逻辑门，其特征在于，以可视化方式读出，通过目视所述最终溶液的颜色是否改变而判断逻辑输出，还可以用光谱测量装置测量所述最终溶液中金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λx，并与所述金纳米棒工作溶液的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λ0相比较，两者波长之差Δλ＝λ0-λx，以Δλ作为该逻辑门输出值的判据。
5.根据权利要求4所述的NOR逻辑门，其特征在于：
定义引入巯基-烷基-羧酸时第一逻辑输入值为1，不引入巯基-烷基-羧酸时第一逻辑输入值为0；
定义引入巯基-烷基-胺或巯基-烷基-三甲基铵阳离子时第二逻辑输入值为1，不引入巯基-烷基-胺或巯基-烷基-三甲基铵阳离子时第二逻辑输入值为0；
定义所述最终溶液颜色发生变化时，逻辑门输出值为1，不发生变化则为0；
定义所述最终溶液中金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振吸收波长蓝移值Δλ大于或等于200nm时，逻辑门输出值为1，小于或等于10nm时为0。
6.根据权利要求5所述的NOR逻辑门，其特征在于：
第一逻辑输入值为0，且第二逻辑输入值为0时，逻辑门输出值为1；
第一逻辑输入值为0，且第二逻辑输入值为1时，逻辑门输出值为0；
第一逻辑输入值为1，且第二逻辑输入值为0时，逻辑门输出值为0；
第一逻辑输入值为1，且第二逻辑输入值为1时，逻辑门输出值为0。
7.一种权利要求1～6任意一项所述的NOR逻辑门的构建方法，其特征在于，包括：常温下将金纳米棒工作溶液与2个逻辑输入混合，加入刻蚀液，摇匀后恒温环境下刻蚀，刻蚀完成后对最终溶液进行冷却，通过目视最终溶液的颜色是否改变而判断逻辑输出，还可以用光谱测量装置测量最终溶液中金纳米棒的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λx，并与金纳米棒工作溶液的纵向局域表面等离子体共振吸收波长λ0相比较，两者波长之差Δλ＝λ0-λx，以Δλ作为该逻辑门输出值的判据。所述金纳米棒工作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。所述最终溶液为金纳米棒工作溶液、刻蚀液和2个逻辑输入的混合液经刻蚀后的溶液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述恒温环境的温度为30～80℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述刻蚀时间为6～120min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述刻蚀完成后，冷却时间为2～4min。
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