基于bsa/3-mpa-金納米團簇的implication邏輯門及其構建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于BSA/3?MPA?金納米團簇的IMPLICATION邏輯門及其構建方法，基于H+可抑制Fe2+對pH=4.6醋酸緩沖液中BSA/3?MPA?金納米團簇的熒光猝滅這一現(xiàn)象，以Fe2+和H+作為輸入信號，以牛血清白蛋白?3?巰基丙酸?金納米團簇為信號轉換器，構建了一種IMPLICATION型邏輯門系統(tǒng)。本邏輯門系統(tǒng)具有操作簡便（無需任何修飾和標記過程）、信號讀取多樣化等優(yōu)點，在臨床診斷、化學傳感及環(huán)境監(jiān)測等領域具有較好的應用前景。
【專利說明】基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門及其構建方法
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及基于BSA/3-MPA-金納米團簇的頂PLICAT1N邏輯門及其構建方法，屬于納米技術領域。
【背景技術】
[0002]在過去的幾十年中，化學布爾邏輯門已經引起了人們的廣泛關注，其已被應用于臨床診斷、化學傳感和環(huán)境監(jiān)測等諸多領域。目前，通過使用不同的材料(如核酸、酶、有機分子和納米材料)可構建出不同類別的邏輯門，如AND、OR、NOR、NAND、IMPLICAT1N及INHIBIT等。然而，大多數(shù)的邏輯運算系統(tǒng)存在以下缺點:(I)包含復雜的修飾或標記過程，成本高；(2)不可重置；(3)可移植性差，很難連接到固體表面上；(4)不能同時處理多個輸入信號且各邏輯門之間的整合非常困難。
[0003]熒光法具有操作簡單、快速、靈敏度高、特異性強等突出優(yōu)點，是邏輯門器件常選用的一種方法。雖然很多熒光染料已被報道可執(zhí)行邏輯運算，但成本高、光穩(wěn)定性差、易發(fā)生自氧化、毒性大等問題限制了其進一步應用。近年來，金屬納米團簇，尤其是金納米團簇，作為一類新型的熒光納米材料備受關注。與小分子有機熒光染料相比，金納米團簇材料具有光物理性質好、比表面積大、毒性低、表面易于修飾以及熒光性質可調等優(yōu)點。因此，開發(fā)金納米團簇作為實現(xiàn)邏輯門操作的一種新材料是非常有意義的。
[0004]本發(fā)明以Fe2+和H+作為輸入信號，以牛血清白蛋白-3-巰基丙酸-金納米團簇(SP:BSA/3-MPA-金納米團簇)為信號轉換器，構建了一種頂PLICAT1N邏輯門。本發(fā)明所構建的IMPLICAT1N邏輯門具有操作簡便、信號讀取多樣化等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于BSA/3-MPA-金納米團簇熒光材料的頂PLICAT1N邏輯門及其構建方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的頂PLICAT1N邏輯門，其特征是輸入信號-1為Fe2+，輸入信號-2為H+;信號轉換器為BSA/3-MPA-金納米團簇;輸出信號為BSA/3-MPA-金納米團簇的熒光。
[0007]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是所使用的85六/3-10^-金納米團簇由下述方法制備:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與
2.5mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I h，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色，將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。
[0008]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的頂PLICAT1N邏輯門，其特征是Fe2+的濃度優(yōu)選為50 ymol/L，H+的濃度優(yōu)選為I mmol/L。
[0009]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是當含有輸入信號時，定義為I;當不含有輸入信號時，定義為O。
[0010]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是四種輸入信號形式分別為:既不含有50 ymol/L Fe2+又不含有I mmol/L H+，定義為(0，0);含有50 ymol/L Fe2+但不含有I mmol/L H+，定義為(I，0);不含有50 ymol/L Fe2+但含有I mmol/L H+，定義為(0，I);既含有 50 ymol/L Fe2+又含有 I mmol/L H+，定義為(I，I)。
[0011]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是紫外燈302 nm波長下目視觀察，BSA/3-MPA-金納米團簇具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為1，BSA/3-MPA-金納米團簇不具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為O。
[0012]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時575 nm波長處的熒光強度，熒光強度大于100時，輸出信號定義為I;熒光強度小于100時，輸出信號定義為O。
[0013]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT10N邏輯門，其特征是當輸入信號為(O，0)時，輸出信號為I;當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為0;當輸入信號為(O，I)時，輸出信號為I;當輸入信號為(1，1)時，輸出信號為I。
[0014]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT10N邏輯門構建方法，其特征是在25 yL BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中分別加入475 yL含不同輸入信號的pH為4.6的醋酸鹽緩沖液，混勻，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下目視觀察BSA/3-MPA-金納米團簇是否具有橙黃色熒光或用熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時575 nm波長處的熒光強度。
[0015]本發(fā)明所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT10N邏輯門構建方法，其特征是輸入信號-1為Fe2+，輸入信號-2為H+;Fe2+的濃度優(yōu)選為50 ymol/L，H+的濃度優(yōu)選為Immol/L，當含有輸入信號時，定義為I;當不含有輸入信號時，定義為O，四種輸入信號形式分別為:既不含有50 ymol/L Fe2+又不含有I mmol/L H+，定義為(0，0);含有50 ymol/L Fe2+但不含有I mmol/L H+，定義為(I，0);不含有50 ymol/L Fe2+但含有I mmol/L H+，定義為(0，
I);既含有50 ymol/L Fe2+又含有I mmol/L H+，定義為(I，I);紫外燈302 nm波長下目視觀察，BSA/3-MPA-金納米團簇具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為l，BSA/3-MPA-金納米團簇不具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為O，或熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時575nm波長處的熒光強度，熒光強度大于100時，輸出信號定義為I;熒光強度小于100時，輸出信號定義為0;當輸入信號為(0，0)時，輸出信號為I;當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為0;當輸入信號為(0，I)時，輸出信號為I ；當輸入信號為(I，I)時，輸出信號為I;所使用的BSA/3-MPA-金納米團簇由下述方法制備:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與2.5 mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和
0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I h，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色，將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。
[0016]具體地說，本發(fā)明采用以下技術方案:
(一)BSA/3-MPA-金納米團簇熒光材料的制備
以下過程中使用的所有玻璃器皿均經過王水浸泡，并用雙蒸水徹底清洗，晾干。BSA/3-MPA-金納米團簇熒光材料的制備過程如下:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與2.5mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I h，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色。將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。
[0017](二)頂PLICAT1N型邏輯門的構建
取4個EP管，各加入25 yL步驟(一)制備的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液，而后分別加入475 yL含不同輸入信號的醋酸鹽緩沖液(pH=4.6)，混勻，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下目視觀察或用熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)。頂PLICAT1N型液相邏輯門的輸入信號-1為50 ymol/L Fe2+，輸入信號-2為I mmol/L H+。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點:
(I)本發(fā)明基于H+可抑制Fe2+對pH=4.6醋酸緩沖液中BSA/3-MPA-金納米團簇的熒光猝滅而設計的一種IMPLICAT1N邏輯門。
[0019](2)本發(fā)明所使用的信號轉換器BSA/3-MPA-金納米團簇制備過程簡單快速。
[0020](3)本發(fā)明所構建的邏輯門響應速度快，可以在10分鐘內完成信號輸出。
[0021](4)本發(fā)明所構建的邏輯門具有操作簡便、信號讀取多樣化等突出優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022]圖1為不同輸入信號作用后金納米團簇溶液在紫外燈302nm波長下的外觀圖。
[0023]圖2為不同輸入信號作用后金納米團簇溶液575nm波長處的熒光強度圖(激發(fā)波長為320 nm)0
【具體實施方式】
[0024]頂PLICAT1N邏輯門的輸入信號-1為50 ymol/L Fe2+，輸入信號_2為I mmol/L H+。當含有輸入信號時，定義為I;當不含有輸入信號時，定義為O。四種輸入信號形式分別為:既不含有50 ymol/L Fe2+又不含有I mmol/L H+，定義為(0，0);含有50 ymol/L Fe2+但不含有Immol/L H+，定義為(I，0);不含有50 ymol/L Fe2+但含有I mmol/L H+，定義為(O，I);既含有50 ymol/L Fe2+又含有I mmol/L H+，定義為(I，1)。輸出信號為BSA/3-MPA-金納米團簇的熒光。當BSA/3-MPA-金納米團簇有熒光時，定義為I;當BSA/3-MPA-金納米團簇無熒光時，定義為O。輸出信號分為兩種讀取形式:(I)紫外燈302 nm波長下目視觀察，具有橙黃色熒光定義為I，不具有橙黃色熒光定義為0; (2)用熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)，焚光強度大于100定義為I，焚光強度小于100定義為O。
[0025]實施例1:
85八/3-10^-金納米團簇熒光材料的制備:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與
2.5mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I小時，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色。將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH 3磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。
4°(:暗處保存，能保持至少兩個月的相對穩(wěn)定。
[0026]實施例2:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL 50 mmol/L pH=4.6的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下觀察，溶液具有橙黃色熒光。即當輸入信號為(0，0)時，輸出信號為1(見圖1)。
[0027]實施例3:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL 50 mmol/L pH=4.6的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)，熒光強度大于100。即當輸入信號為(0，0)時，輸出信號為1(見圖2)。
[0028]實施例4:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL含有50 ymol/LFe2+的50 mmol/L pH=4.6的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下觀察，溶液不具有橙黃色熒光。即當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為0(見圖1)。
[0029]實施例5:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL含有50 ymol/L Fe2+的50 mmol/L pH=4.6的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)，熒光強度小于100。即當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為0(見圖2)。
[0030]實施例6:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL 50 mmol/L pH=3.0的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下觀察，溶液具有橙黃色熒光。即當輸入信號為(0，1)時，輸出信號為1(見圖1)。
[0031]實施例7:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL 50 mmol/L pH=3.0的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)，熒光強度大于100。即當輸入信號為(0，1)時，輸出信號為1(見圖2)。
[0032]實施例8:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL含有50 ymol/LFe2+的50 mmol/L pH=3.0的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下觀察，溶液具有橙黃色熒光。即當輸入信號為(I，1)時，輸出信號為1(見圖1)。
[0033]實施例9:
在25 yL實施例1制得的BSA/3-MPA-金納米團簇溶液中加入475 yL含有50 ymol/L Fe2+的50 mmol/L pH=3.0的醋酸鹽緩沖溶液，室溫反應10分鐘，熒光分光光度計測定575 nm波長處的熒光強度(激發(fā)波長為320 nm)，熒光強度大于100。即當輸入信號為(I，1)時，輸出信號為1(見圖2)。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的典型實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于BSA/3-MPA-金納米團簇的頂PLICAT1N邏輯門，其特征是輸入信號-1為Fe2+，輸入信號-2為H+;信號轉換器為BSA/3-MPA-金納米團簇;輸出信號為BSA/3-MPA-金納米團簇的熒光。2.根據權利要求1所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是所使用的83六/3-]\0^-金納米團簇由下述方法制備:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與2.5 mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I h，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色，將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。3.根據權利要求1所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是Fe2+的濃度為50 ymol/L，H+的濃度為I mmol/L。4.根據權利要求1或2所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT1N邏輯門，其特征是當含有輸入信號時，定義為I;當不含有輸入信號時，定義為O。5.根據權利要求1或2所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是四種輸入信號形式分別為:既不含有50 ymol/L Fe2+又不含有I mmol/L H+，定義為(0，0);含有50 ymol/L Fe2+但不含有I mmol/L H+，定義為(I，0);不含有50 ymol/L Fe2+但含有1 mmol/L H+，定義為(0，I);既含有50 ymol/L Fe2+又含有I mmol/L H+，定義為(I，I)。6.根據權利要求5所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT1N邏輯門，其特征是紫外燈302 nm波長下目視觀察，BSA/3-MPA-金納米團簇具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為l，BSA/3-MPA-金納米團簇不具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為O。7.根據權利要求5所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時575 nm波長處的熒光強度，熒光強度大于100時，輸出信號定義為I;熒光強度小于100時，輸出信號定義為O。8.根據權利要求6或7所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門，其特征是當輸入信號為(0，0)時，輸出信號為I;當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為0;當輸入信號為(0，1)時，輸出信號為I;當輸入信號為(1，1)時，輸出信號為I。9.一種基于BSA/3-MPA-金納米團簇的MPLICAT1N邏輯門構建方法，其特征是在25yLBSA/3-MPA-金納米團簇溶液中分別加入475 yL含不同輸入信號的pH為4.6的醋酸鹽緩沖液，混勻，室溫反應10分鐘，紫外燈302 nm波長下目視觀察BSA/3-MPA-金納米團簇是否具有橙黃色熒光或用熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時575 nm波長處的熒光強度。10.根據權利要求9所述的基于BSA/3-MPA-金納米團簇的IMPLICAT1N邏輯門構建方法，其特征是輸入信號-1為Fe2+，輸入信號-2為H+;Fe2+的濃度優(yōu)選為50 ymol/L，H+的濃度優(yōu)選為I mmol/L，當含有輸入信號時，定義為I;當不含有輸入信號時，定義為0，四種輸入信號形式分別為:既不含有50 ymol/L Fe2+又不含有I mmol/L H+，定義為(0，0);含有50 ymol/LFe2+但不含有I mmol/L H+，定義為(I，0);不含有50 ymol/L Fe2+但含有I mmol/L H+，定義為(O，I);既含有50 ymol/L Fe2+又含有I mmol/L H+，定義為(I，I);紫外燈302 nm波長下目視觀察，BSA/3-MPA-金納米團簇具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為l，BSA/3-MPA-金納米團簇不具有橙黃色熒光時，輸出信號定義為0，或熒光分光光度計測定激發(fā)波長為320 nm時.575 nm波長處的熒光強度，熒光強度大于100時，輸出信號定義為I;熒光強度小于100時，輸出信號定義為O;當輸入信號為(0，0)時，輸出信號為I;當輸入信號為(I，0)時，輸出信號為O;當輸入信號為(0，I)時，輸出信號為I;當輸入信號為(I，I)時，輸出信號為I;所使用的85八/3-10^-金納米團簇由下述方法制備:2.5 mL濃度為50 mg/mL的牛血清白蛋白與2.5 mL濃度為10 mmol/L的氯金酸溶液混合均勻，然后加入0.25 mL濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液和0.25 mL濃度為4 mol/L的3-巰基丙酸溶液，振搖混勻，4 °C下反應I h，反應液由淺黃色變?yōu)闊o色，將反應液用截留分子量7000的透析袋在20 mmol/L pH=3.0磷酸鹽緩沖液中透析48小時，然后再在去離子水中繼續(xù)透析12小時，得到BSA/3-MPA-金納米團簇溶液。
【文檔編號】G01N21/64GK105954243SQ201610284006
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月2日
【發(fā)明人】陳偉, 鄧豪華, 王菲菲, 劉愛林, 徐琪
【申請人】福建醫(yī)科大學