综述：偶氮 - 甲亚胺比色化学传感器作为分子逻辑门：开启分子计算新时代

为解决传统硅基电子器件的局限，研究人员开展偶氮 - 甲亚胺比色化学传感器模拟分子逻辑门研究，发现其可用于构建复杂电路，为相关领域发展提供新思路。

　　在科技飞速发展的今天，电子设备已成为人们生活中不可或缺的一部分。从日常使用的智能手机，到功能强大的计算机，它们的核心都离不开数字组件。目前，大多数电子设备依赖基于逻辑门的集成半导体结构，逻辑门依据布尔逻辑运行，是数字系统中晶体管的关键组成部分。然而，随着科技的不断进步，传统硅基数字设备面临着诸多挑战。根据摩尔定律，硅基数字设备的性能与芯片上晶体管的数量密切相关，但由于基础和技术的限制，增加晶体管数量和提高电子设备效率变得愈发困难。为了突破这些局限，研究人员将目光投向了分子逻辑门（MLGs）。分子逻辑门是能够执行逻辑运算的分子，有望取代电子电路，实现设备的小型化，提升信息存储和处理能力。在众多用于构建分子逻辑门的材料中，偶氮 - 甲亚胺化合物因其独特的性质受到了广泛关注。

来自伊朗阿拉克大学和布阿里?西纳大学的研究人员针对偶氮 - 甲亚胺比色化学传感器模拟分子逻辑门展开了深入研究，相关成果发表在《Heliyon》上。

在研究方法上，研究人员主要运用了光谱分析技术（如 UV - Vis 光谱）。通过监测化学传感器与不同离子作用前后光谱的变化，来探究传感器对离子的检测机制以及模拟逻辑门的性能。同时，结合理论计算（如 DFT 计算），从分子轨道层面解释颜色变化和电荷转移等现象，深入理解化学传感器与离子之间的相互作用。

研究结果方面：

1. 偶氮 - 甲亚胺化合物作为分子离子化学传感器：
   • 阳离子检测机制：多数偶氮 - 甲亚胺化学传感器含有酚羟基等活性基团，能基于分子内电荷转移机制检测阳离子。例如，含有 O、N、S 供体原子的间三甲苯基生色三脚架受体对 Ag⁺高度敏感，加入 Ag⁺后溶液颜色由浅黄色变为红色；还有三种偶氮 - 甲亚胺化学传感器可选择性检测 Cr³⁺，与 Cr³⁺作用后颜色从浅黄色变为品红色。
   • 阴离子检测机制：与阴离子的反应分两步，首先通过氢键形成复合物，随后阴离子增多导致去质子化和分子内电荷转移，引起颜色变化。如新型三脚架偶氮 - 甲亚胺化学传感器对 F^-检测灵敏度高，颜色变化明显；二氨基马来腈基偶氮 - 甲亚胺化学传感器与 F^-作用后颜色分别从浅绿变深绿、浅黄色变红色；还有传感器加入 CN^-后颜色由黄变红。
   
   
2. 分子偶氮 - 甲亚胺化学传感器模拟逻辑门：
   • 基于氟离子输入的逻辑门：偶氮 - 甲亚胺化学传感器 35 可作为双离子 MLG 检测 F^-和 Cu²⁺，实现 OR/INH 逻辑功能，还能构建分子键盘锁；传感器 36 以 F^-和 H⁺为输入构建 INHIBIT 逻辑门，并具备 “Write - Read - Erase - Read” 记忆功能；传感器 37 能检测 F^-、Zn²⁺和 Cu²⁺，构建复杂组合逻辑电路。
   • 基于氰离子输入的逻辑门：双通道可逆偶氮 - 甲亚胺化学传感器 38 可检测氰离子，建立 INHIBIT 逻辑门；异烟酰胺基偶氮 - 甲亚胺受体 39 可检测 CN^-和 HSO₄^-，设计 INH 门，并呈现 “write - read - erase - read” 记忆功能，还能制作分子水平的安全键盘锁。
   • 基于多种离子输入的逻辑门：简单偶氮 - 甲亚胺化学传感器 40 可检测 Cr³⁺、HSO₄^-和 CN^-，设计 4to - 2 编码器逻辑电路；传感器 41 能检测 Cu²⁺、HCO₃^-、AcO^-和 CN^-，其行为可基于 INHIBIT 和 IMPLICATION 逻辑电路描述，还可作为半减法器逻辑电路。
   
   

研究结论表明，基于偶氮 - 甲亚胺比色化学传感器的逻辑门在过去二十年发展显著。水杨醛基偶氮 - 甲亚胺化合物因良好的光谱特性和高热稳定性，是设计分子逻辑门的合适候选材料。这项研究为比色分子化学传感器的实际应用以及分子逻辑电路的发展提供了重要参考，推动了分子计算领域的进步，有望在未来电子设备小型化、高效化等方面发挥关键作用，为相关领域的研究开辟了新的方向。