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