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1 概述1

1.1 引言1

1.2 早期的分子逻辑概念1

1.3 基于光化学的分子逻辑运算4

参考文献7

2 化学和计算11

2.1 引言11

2.2 为什么选择分子？14

2.3 分子逻辑计算的适用范围16

2.4 指示剂和传感器17

2.5 化学体系中的数字－模拟关系17

2.6 分子器件特性18

2.7 分子逻辑门与其他学科的关系19

参考文献20

3 逻辑与计算23

3.1 引言23

3.2 逻辑门中的真值表和代数式23

3.2.1 单输入－单输出器件24

3.2.2 双输入－单输出器件25

3.3 电子学中的逻辑门27

3.4 数字操作30

参考文献31

4 光化学和发光浅谈32

4.1 引言32

4.2 电荷转移的激发态32

4.3 以金属为中心（MC）的激发态34

4.4 nπ和ππ的激发态35

4.5 光诱导电子转移（PET）35

4.6 电子能量转移（EET）38

4.7 激基缔合物和激基复合物38

4.8 振动去激和激发态分子内质子转移（ESIPT）39

4.9 开关中所用的一些光化学原理40

参考文献41

5 单输入－单输出系统46

5.1 引言46

5.2 YES逻辑门46

5.2.1 电子输入46

5.2.2 化学输入46

5.2.3 温度输入68

5.2.4 光剂量输入71

5.3 不可逆的YES逻辑门72

5.3.1 化学输入72

5.3.2 剂量输入77

5.4 NOT逻辑门77

5.4.1 电子输入77

5.4.2 化学输入78

5.4.3 温度输入84

5.4.4 光剂量输入86

5.5 不可逆的NOT逻辑门86

5.5.1 阴离子输入87

5.5.2 寡核苷酸输入88

5.5.3 蛋白质输入88

5.6 PASS 1逻辑门89

5.7 PASS0逻辑门90

参考文献90

6 可重构的单输入－单输出体系103

6.1 引言103

6.2 输入的本质103

6.3 输出信号的选择104

6.4 检测波长106

参考文献106

7 双输入－单输出体系108

7.1 引言108

7.2 AND逻辑门108

7.2.1 无关联的独立输入108

7.2.2 不可区分的独立输入122

7.2.3 可区分的相关输入125

7.2.4 不可区分的相关输入126

7.2.5 光计量输入128

7.2.6 生物大分子AND逻辑门132

7.2.7 基于分子材料的AND逻辑门134

7.3 OR逻辑门137

7.3.1 用分子材料构建OR逻辑门140

7.4 NOR逻辑门141

7.5 NAND逻辑门145

7.6 INHIBIT逻辑门150

7.6.1 基于分子材料的INHIBIT逻辑门155

7.7 XOR逻辑门157

7.7.1 光剂量输入161

7.7.2 基于分子材料的XOR逻辑门161

7.8 XNOR逻辑门162

7.9 IMPLICATION逻辑门163

7.10 TRANSFER逻辑门167

7.11 NOT TRANSFER逻辑门167

7.12 PASS 0和PASS 1逻辑门168

参考文献168

8 可重构的双输入－单输出系统182

8.1 引言182

8.2 器件中模块的连通性182

8.3 输入序列中官能团的连通性184

8.4 输入序列中官能团的构建185

8.5 输入的本质185

8.6 输出观测技术189

8.7 输出的本质（在所给定的观测技术内）190

8.7.1 观测波长191

8.8 器件始发态191

8.9 外加电压或氧化还原试剂193

参考文献194

9 双输入－双输出体系196

9.1 引言196

9.2 半加法器196

9.3 半减法器205

9.4 1:2多路分解器208

9.5 数字比较器208

9.6 可逆逻辑209

参考文献210

10 复杂的逻辑系统213

10.1 引言213

10.2 三输入AND逻辑门214

10.2.1 混合型三输入AND逻辑门217

10.3 三输入OR逻辑门218

10.4 三输入NOR逻辑门220

10.5 三输入INHIBIT逻辑门220

10.6 三输入IMPLICATION逻辑门224

10.7 三输入使能OR逻辑门225

10.8 三输入使能NOR逻辑门226

10.9 三输入波长可重构的使能IMPLICATION逻辑门228

10.10 三输入波长可重构的禁止OR逻辑门229

10.11 三输入禁止INHIBIT逻辑门231

10.12 三输入禁止XNOR逻辑门232

10.13 三输入禁止IMPLICATION逻辑门233

10.14 三输入反向使能OR逻辑门236

10.15 2:1多路器和1:2信号分离器238

10.16 其他三输入系统241

10.17 四输入AND逻辑门241

10.18 四输入双禁止AND逻辑门243

10.19 四到二编码器和二到四解码器243

10.20 其他四输入（或更高输入）系统246

10.21 更高的运算系统250

10.21.1 组合半加法器和半减法器250

10.21.2 全加法器252

10.21.3 全加法器和全减法器的组合254

10.22 游戏系统：井字棋258

参考文献259

11 有记忆的体系267

11.1 引言267

11.2 R-S触发器267

11.3 D型触发器272

11.4 分子键盘锁274

参考文献279

12 多重态逻辑283

12.1 引言283

12.2 “关－开－关”开关283

12.3 其他变量289

参考文献293

13 量子系统297

13.1 引言297

13.2 核磁共振光谱技术297

13.3 电子吸收和发射光谱技术298

13.3.1 分子内电荷转移系统（ICT）299

13.3.2 电子能量转移（EET）系统307

13.3.3 激基缔合物和激基复合物体系310

13.4 拉曼光谱技术312

参考文献314

14 应用317

14.1 引言317

14.2 基于YES和NOT逻辑及其叠加的光学传感317

14.2.1 跟踪细胞、组织中物质的种类或性质318

14.2.2 测量血液中的电解质324

14.2.3 监控机翼表层气压325

14.2.4 检测海洋毒素326

14.2.5 检测核废料组件326

14.2.6 催化剂筛选327

14.2.7 检测化学战毒剂328

14.3 改进的传感器329

14.3.1 通过AND逻辑改进传感器329

14.3.2 通过叠加AND、INHIBIT及TRANSFER逻辑提高灵敏度332

14.3.3 通过XOR逻辑检测多个物种334

14.4 识别人群中的小目标336

14.5 改进的医疗诊断338

14.6 改善治疗343

14.7 光动力疗法345

14.7.1 靶向光动力疗法345

14.8 细胞内的计算348

14.9 总结351

参考文献352

缩写词和术语列表362

主题索引365