Poarta logică moleculară

O poartă logică moleculară este o moleculă care efectuează o operație logică bazată pe una sau mai multe intrări logice și producând o singură ieșire logică. Multe cercetări academice sunt dedicate dezvoltării acestor sisteme și există în prezent multe prototipuri. Datorită utilității lor potențiale în aritmetică, aceste mașini moleculare sunt numite și moleculatoare .

Porțile logice moleculare funcționează cu semnale de intrare bazate pe proces chimic și semnale de ieșire bazate pe spectroscopie . Unul dintre primele sisteme bazate pe soluții apoase exploatează comportamentul chimic al compușilor A și B așa cum este reprezentat în schema 1 . ^[1]

Compusul A este un olefin push / pull (push-pull) cu receptorul în partea de sus conținând patru grupe anionice de acid carboxilic (și nu sunt dezvăluite contracationi ^[2] ) capabile să se lege de calciu . Fundul este o moleculă de chinolină , care este un receptor pentru ioni de hidrogen. Poarta logică funcționează așa cum se explică mai jos.

Fără intrare chimică de Ca ²⁺ sau H ⁺ , cromoforul prezintă o absorbanță maximă în spectroscopia ultravioletă / vizibilă (UV / VIS) la 390 nm . Când se introduce calciu, are loc o schimbare albastră și absorbția la 390 nm scade. În mod similar, adăugarea de protoni provoacă o deplasare spre roșu și atunci când ambii cationi sunt în apă, rezultatul final este absorbția la 390 nm inițială. Acest sistem reprezintă o poartă logică XNOR în absorbție și o poartă logică XOR în transmisie .

În compusul B, secțiunea inferioară conține acum o grupare amino terțiară care este, de asemenea, capabilă să se lege de protoni. În acest sistem, fluorescența are loc numai atunci când sunt prezenți ambii cationi și, prin urmare, sistemul reprezintă o poartă logică ȘI .

Cu ambele sisteme în paralel și cu monitorizarea transmitanței pentru sistemul A și fluorescența pentru sistemul B, rezultatul este o jumătate de sumă capabilă să reproducă ecuația 1 + 1 = 2.

Într-o modificare a sistemului B nu două, ci trei intrări chimice sunt procesate simultan într-o poartă logică ȘI ^[3] . Un semnal de fluorescență intensificat din compus, descris mai jos, este obținut numai în prezența ionilor de hidrogen, zinc și sodiu prin interacțiunea cu receptorii amină , carboxil și, respectiv, corona eter , iar acest sistem poate fi aplicat potențial în screening. laborator-pe-o-moleculă ) deoarece acești ioni sunt relevanți fiziologic .

Într-un alt sistem de poartă logică XOR, chimia se bazează pe pseudorotaxanul ^[4] descris în Schema 3 . Într - o soluție organică, electroni cu deficit diazapyrenium sare (tijă) și 2,3-dioxi bogate în electroni naftalinei unități ale eterului corona (inel) autoasambleaza prin formarea unui complex de transfer de sarcină .

O amină terțiară adăugată, cum ar fi tributilamina, formează un aduct 1: 2 cu diazapirena și complexul se descompune. Acest proces este însoțit de o creștere a intensității emisiilor la 343 nm rezultată din corona eterul eliberat.

Acidul trifluormetansulfonic adăugat reacționează cu amina și procesul revine la starea sa inițială. Excesul de acid blochează coroana prin protonație și complexul este din nou anulat.

Schema 3. Poarta logică a pseudorotaxanului

Un sistem full-adder bazat pe fluoresceină ^[5] este capabil să calculeze 1 + 1 + 1 = 3.

Notă

^(EN) Dovada principiului aritmeticii la scară moleculară A. Prasanna de Silva și Nathan D. McClenaghan J. Am. Chem. Soc .; 2000 ; 122 (16) pp 3965 - 3966; Abstract
^ De ing. nedivulgat
^(EN) Congregația chimică comunicantă: o logică moleculară și o poartă cu trei intrări chimice ca prototip "Lab-on-a-Molecule" David C. Magri, Gareth J. Brown, Gareth McClean D. și A. Prasanna de Silva J. Am. Chem. Soc .; 2006 ; 128 (15) pp 4950 - 4951; (Comunicare) Rezumat
^(RO) Operațiuni logice la nivel molecular. O poartă XOR bazată pe o mașină moleculară Alberto Credi, Vincenzo Balzani, Steven J. Langford și J. Fraser Stoddart J. Am. Chem. Soc .; 1997 ; 119 (11) pp 2679 - 2681; (Articol) Rezumat
^(EN) A Molecular Full-Adder și Full-Subtractor, un pas suplimentar către Moleculator David Margulies, Galina Melman și Abraham Shanzer J. Am. Chem. Soc .; 2006 ; 128 (14) pp 4865 - 4871; (Articol) DOI: 10.1021 / ja058564w

linkuri externe

( EN ) A Photoionic Molecular ȘI Poartă bazată pe semnalizare fluorescentă ( PDF ), pe nature.com .

[Silva1-1] (EN) Dovada principiului aritmeticii la scară moleculară A. Prasanna de Silva și Nathan D. McClenaghan J. Am. Chem. Soc .; 2000 ; 122 (16) pp 3965 - 3966; Abstract

[2] ^ De ing. nedivulgat

[Silva2-3] (EN) Congregația chimică comunicantă: o logică moleculară și o poartă cu trei intrări chimice ca prototip "Lab-on-a-Molecule" David C. Magri, Gareth J. Brown, Gareth McClean D. și A. Prasanna de Silva J. Am. Chem. Soc .; 2006 ; 128 (15) pp 4950 - 4951; (Comunicare) Rezumat

[Credi-4] (RO) Operațiuni logice la nivel molecular. O poartă XOR bazată pe o mașină moleculară Alberto Credi, Vincenzo Balzani, Steven J. Langford și J. Fraser Stoddart J. Am. Chem. Soc .; 1997 ; 119 (11) pp 2679 - 2681; (Articol) Rezumat

[Margulies-5] (EN) A Molecular Full-Adder și Full-Subtractor, un pas suplimentar către Moleculator David Margulies, Galina Melman și Abraham Shanzer J. Am. Chem. Soc .; 2006 ; 128 (14) pp 4865 - 4871; (Articol) DOI: 10.1021 / ja058564w

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]