분자 조립기

Molecular assembler
에 관한 일련의 기사의 일부
분자의
나노테크놀로지

K에 의해 정의된 분자 조립기. 에릭 드렉슬러(Eric Drexler)는 "원자 정밀도로 반응성 분자를 배치함으로써 화학 반응을 유도할 수 있는 제안된 장치"이다.분자 조립기는 분자 기계의 일종이다.리보솜과 같은 몇몇 생물학적 분자들은 이 정의에 들어맞는다.이것은 그들이 메신저 RNA로부터 지시를 받고 단백질 분자를 만들기 위해 특정한 아미노산 서열을 조립하기 때문이다.그러나 "분자 조립자"라는 용어는 일반적으로 이론적으로 인간이 만든 장치를 가리킨다.

리보솜은 생물학적 기계이다.

2007년부터 영국 공학 및 물리 과학 연구 위원회는 리보솜 유사 분자 조립기 개발에 자금을 지원했습니다.분명히, 분자 조립자는 이 제한된 의미에서 가능하다.Batelle Memorial Institute가 주도하고 미국 국립 연구소가 주최하는 테크놀로지 로드맵 프로젝트는 프로그램 가능한 분자 어셈블리의 초기 세대 및 장기 전망 등 다양한 원자 정밀 제조 기술을 탐구해 왔습니다.[1]이 보고서는 2007년 12월에 발표되었습니다.2008년, 엔지니어링 및 물리 과학 연구 위원회는 분자 제조 연구소 [3]등과 협력하여 기계화 기계 합성을 위한 연구에 6년간 150만 파운드(2021년에는 $1,942,235.57, $2,693[2],808.00)의 자금을 제공했습니다.

마찬가지로, "분자 조립자"라는 용어는 공상 과학 소설과 대중 문화에서 다양한 종류의 원자 조작 나노 기계를 가리키는 데 사용되어 왔다."분자 조립자"에 대한 논쟁의 대부분은 기술적 개념과 대중적인 환상 모두에 대한 명칭의 사용의 혼란에서 비롯된다.1992년, Drexler는 "분자 제조"라는 용어를 도입했는데, 그는 "개개의 [4]원자를 조작하는 것이 아니라 반응성 분자를 기계적으로 배치함으로써 복잡한 구조의 화학적 합성"이라는 프로그래밍된 용어로 정의했다.

이 기사는 주로 "분자 조립자"에 대해 대중적 의미로 다루고 있다.여기에는 유기체와 같은 자기 복제 능력, 이동성, 음식 소비 능력 등으로 개별 원자와 기계를 조작하는 가상 기계가 포함됩니다.이는 단순히 (위에서 정의한) "원자 정밀도로 반응성 분자를 배치하여 화학 반응을 유도하는" 장치와는 상당히 다르다.

합성분자조립기가 만들어진 적이 없고 그 용어의 의미에 대한 혼란으로 인해 "분자조립기"가 가능한지 아니면 단순히 공상과학 소설인지에 대해 많은 논란이 있었다.나노기술로 분류되는 것도 혼란과 논란은 실제 제품 생산에 이미 적용된 실험실 연구의 활발한 분야이지만 최근까지 '[when?]분자 조립체'의 실제 건설에 대한 연구는 없었다.

그럼에도 불구하고, 사이언스 저널에 발표된 데이비드 레이 그룹의 2013년 논문은 [5]분자 가닥에 의해 유도되는 인공 분자 기계를 사용하여 배열 특이적인 방식으로 펩타이드를 합성하는 새로운 방법을 자세히 설명하고 있다.이는 메신저 RNA 청사진에 따라 아미노산을 조립해 단백질을 만드는 리보솜과 같은 기능을 한다.이 기계의 구조는 분자 축을 따라 미끄러지는 분자 고리인 로탁산을 기반으로 합니다.고리는 차축에서 순서대로 아미노산을 제거하여 펩타이드 조립 부위로 전달하는 티올레이트기를 운반합니다.2018년, 같은 그룹은 분자 고리가 [6]고분자 트랙을 따라 순환하여 카르콘 유도체의 에난티오 선택적 에폭시화를 수행할 수 있는 α-나선으로 접힐 수 있는 올리고펩타이드를 조립하는 이 개념의 보다 발전된 버전을 발표했다.2015년 3월 사이언스에 실린 또 다른 논문에서 일리노이 대학의 화학자들은 14개의 작은 분자와 수천 개의 호환 가능한 구성 [7]요소를 자동으로 합성하는 플랫폼을 보고했습니다.

2017년, 데이비드 리의 그룹은 나노 기계 [8]로봇 팔을 사용하여 인공 분자 기계의 다른 반응 부위 간에 분자 기질을 이동시킴으로써 분자 제품의 4개의 다른 입체 이성질체 중 하나를 구성하도록 프로그램될 수 있는 분자 로봇을 보고했다.'A molecular assembler'라는 제목의 첨부된 News and Views 기사는 분자 로봇의 작동 방식을 효과적으로 원형 분자 조립자로 [9]개략적으로 설명했다.

나노팩토리

나노 공장은 나노 기계(분자 조립기, 또는 산업용 로봇 팔)가 기계 합성을 통해 반응성 분자를 결합하여 더 큰 원자 정밀 부품을 만드는 제안된 시스템입니다.또한 다양한 크기의 메커니즘을 사용하여 조립하여 거시적(가시적)이지만 원자적으로도 정밀한 제품을 만들 수 있습니다.

전형적인 나노 공장은 K의 관점에서 데스크탑 박스에 들어갈 수 있습니다. Eric Drexler는 Nansystems에서 다음과 같이 발표했습니다. 분자 기계, 제조 및 계산(1992)은 "탐색 공학"의 주목할 만한 작품이다.1990년대에 다른 사람들은 나노팩토리 개념을 확장했습니다.예를 들어 Ralph Merkle의 나노팩토리 컨버전스 어셈블리의 분석, J. Storrs Hall의 복제 나노팩토리 아키텍처의 시스템 설계, 포레스트 비숍의 "Universal Assembler", Zyvex의 특허받은 지수 어셈블리의 프로세스 및 'Prior'를 위한 최상위 시스템 설계 등이 있습니다.크리스 피닉스(책임 있는 나노테크놀로지 센터 연구 책임자)의 '모티브 나노팩토리'입니다.이러한 나노 공장 설계(및 그 외)는 모두 Robert Freitas와 Ralph Merkle의 Kinematic Self-Replicate Machines(2004) 제4장에 요약되어 있습니다.2000년 Freitas와 Merkle이 설립한 Nanofactory [10]Collaboration은 위치제어 다이아몬드 기계합성 및 다이아몬드형 나노공장 개발을 목표로 한 실용적인 연구[11] 어젠다를 개발하고 있는 10개 기관 및 4개국 23명의 연구자가 참여하는 지속적인 집중적인 노력입니다.

2005년에는 존 버치가 드렉슬러와 공동으로 나노팩토리 컨셉의 컴퓨터 애니메이션 단편 영화를 제작했다.그러한 비전은 몇 가지 지적 수준에서 많은 논쟁의 대상이 되어 왔다.그 누구도 근본적인 이론에서 극복할 수 없는 문제를 발견하지 못했고 그 이론들이 실제로 옮겨질 수 있다는 것을 증명하지 못했다.하지만, 그 중 일부는 분자 나노 기술 기사에 요약되어 있어 논쟁은 계속되고 있다.

만약 나노공장이 건설될 수 있다면, 세계 경제에 대한 심각한 혼란은 많은 가능한 부정적인 영향들 중 하나가 될 것이다. 비록 모두가 그러한 나노공장을 가지고 있다면, 이러한 혼란은 부정적인 영향을 거의 미치지 않을 것이라고 주장할 수 있다.또, 큰 메리트를 기대할 수 있습니다.다양한 공상과학 소설 작품들이 이것들과 비슷한 개념들을 탐구해 왔다.이러한 장치의 잠재력은 기계 공학 교수 Dame Ann Dowling이 이끄는 영국의 주요 연구의 일부였습니다.

셀프 리플리케이션

"분자 조립기"는 자가 복제 기계와 혼동되어 왔다.원하는 제품의 실제적인 양을 생산하기 위해, 전형적인 공상과학 소설 범용 분자 조립기의 나노 크기에는 매우 많은 수의 그러한 소자가 필요합니다.그러나, 그러한 이론적인 분자 조립자 한 명이 자기 복제를 하도록 프로그램되어 많은 복사본을 만들 수 있다.이것은 기하급수적인 생산 속도를 가능하게 할 것이다.그런 다음, 충분한 양의 분자 조립기를 사용할 수 있게 된 후, 원하는 제품을 생산하기 위해 다시 프로그래밍될 것입니다.그러나 분자조립자의 자기복제가 억제되지 않으면 자연발생 생물과의 경쟁으로 이어질 수 있다.이것은 에코파지 또는 회색의 끈적끈적한 [12]문제라고 불려왔다.

분자조립기를 만드는 한 가지 방법은 생물학적 시스템에 의해 사용되는 진화 과정을 모방하는 것이다.생물학적 진화는 덜 성공적인 변종들의 도태와 더 성공적인 변종들의 재생산과 결합된 무작위 변이들에 의해 진행된다.복잡한 분자조립기의 생산은 "동작하는 복잡한 시스템은 반드시 동작하는 단순한 시스템에서 진화한 것으로 밝혀졌기 때문에" ... ... ... 처음부터 설계된 복잡한 시스템은 동작하지 않으며 작동시키기 위해 패치를 적용할 수 없기 때문에 더 단순한 시스템에서 진화했을 수 있습니다.제대로 [13]작동하는 시스템부터 다시 시작해야 합니다."그러나, 대부분의 공개된 안전 지침에는 "변이가 생존하거나 [14]진화가 진행 중인 복제기 설계를 개발하는 것에 대한 권고"가 포함되어 있다.

대부분의 어셈블러 설계에서는 "소스 코드"가 물리 어셈블러 외부에 유지됩니다.제조 공정의 각 단계에서, 그 스텝은 통상의 컴퓨터 파일로부터 읽어내, 모든 어셈블러에 「브로드캐스트」된다.어셈블러가 해당 컴퓨터의 범위를 벗어나거나 해당 컴퓨터와 어셈블러 사이의 링크가 끊어지거나 해당 컴퓨터의 플러그를 뽑으면 어셈블러는 복제를 중지합니다.이러한 「브로드캐스트 아키텍처」는 「분자 나노테크놀로지에 관한 전망 가이드 라인」이 추천하는 안전 기능 중 하나이며, Freitas와 Merkle이 최근 발행한 137차원 리플리케이터 설계[15] 공간의 지도는 리플리케이터를 좋은 디자인으로 안전하게 제어할 수 있는 수많은 실용적인 방법을 제공하고 있다.

Drexler와 Smalley 토론

주요 기사: 분자 나노 기술에 대한 Drexler-Smalley 토론

"분자 조립자"의 개념에 대해 가장 거침없이 비판한 사람 중 한 명은 나노 기술 분야에 기여한 공로로 노벨상을 받은 리처드 스몰리 교수였다.스몰리는 그러한 조립자들이 물리적으로 가능하지 않다고 믿었고 그들에게 과학적인 반론을 제기했다.그의 두 가지 주요 기술적 반대는 "뚱뚱한 손가락 문제"와 "딱지 낀 손가락 문제"로 불렸다.그는 이것이 개별 원자를 정밀하게 따고 배치함으로써 작동하는 "분자 조립기"의 가능성을 배제시킬 것이라고 믿었다.Drexler와 동료들은 2001년 출판물에서 이 두 가지[16] 문제에 대해 답변했다.

스몰리는 또한 자기 복제 기계의 종말론적 위험에 대한 드렉슬러의 추측은 나노 기술 개발에 대한 대중의 지지를 위협할 것이라고 믿었다.Drexler와 Smalley의 분자 조립업체들에 대한 논쟁을 다루기 위해 Chemical & Engineering News는 이 [4]문제를 다루는 서신 교환으로 구성된 포인트 카운터 포인트를 발행했다.

규정

"분자 조립자"라고 불려온 시스템의 힘에 대한 추측은 나노 기술의 함축에 대한 광범위한 정치적 논쟁을 촉발시켰다.이것은 부분적으로 나노 기술이 매우 광범위한 용어이고 "분자 조립체"를 포함할 수 있다는 사실에 기인한다.환상적인 분자 조립자의 가능한 영향에 대한 논의는 현재와 미래의 나노 기술을 규제해야 한다는 요구를 불러일으켰다.제조 제품에 통합되고 있는 나노 기술의 잠재적인 건강과 생태적 영향에 대한 매우 현실적인 우려가 있습니다.예를 들어 그린피스는 나노기술에 관한 보고서를 의뢰해 환경 [17]속에 도입된 나노물질의 독성에 우려를 표명했다.다만, 「어셈블러」테크놀로지에 대해서는, 통상의 참조만을 실시합니다.영국 왕립학회와 왕립공학아카데미도 나노기술의 사회적, 생태적 함축에 관한 '나노사이언스와 나노기술: 기회와 불확실성'[18] 보고서를 의뢰했다.이 보고서는 소위 "분자 조립체"라고 불리는 잠재적인 위협에 대해 논의하지 않는다.

공식적인 과학적 검토

2006년, 미국 국립 과학 아카데미는 더 긴 보고서인 A Matter of Size의 일환으로 분자 제조에 관한 연구 보고서를 발표했습니다.Triennial 경제 리뷰 미국 국가 나노 기술 Initiative[19]의 연구는 위원회,과 결론 국가가 없현재 이론적 분석 최종적인 잠재적인 시스템 성능의 몇가지 질문들에 대해 고려해야 할 수 있고, Nanosystems의 기술적인 내용을 검토한 것은 고성능 시스템을 구현하기 위해 최적의 경로를 의미합니다.sn자신감 있게 예측할 수 없습니다.이 분야의 지식을 발전시키기 위한 실험 연구를 권장합니다.

"현재 이론적인 계산이 가능하지만, 이러한 상향식 제조 시스템이 궁극적으로 달성할 수 있는 화학 반응 주기, 오류율, 작동 속도 및 열역학 효율의 범위는 현재로서는 확실하게 예측할 수 없습니다.따라서, 최종적으로 완성할 수 있는 완성도와 복잡도는 이론적으로는 계산할 수 있지만, 자신 있게 예측할 수 없다.마지막으로, 생물학적 시스템의 열역학적 효율성 및 기타 능력을 크게 초과하는 시스템으로 이어질 수 있는 최적의 연구 경로를 현재로서는 확실하게 예측할 수 없다.이 목표를 달성하기 위해서는 연구자가 추상적인 모델과 연계하여 장기적인 비전을 제시하는 실험적인 데모를 제작할 수 있는 능력을 바탕으로 한 연구비가 가장 적합합니다."

그레이구

주요 기사:그레이구

예상되는 시나리오 중 하나는 회색 구(grey goo) 형태로 제어 불가능한 자가 복제 분자 조립체입니다. 이 분자 조립체는 복제를 계속하기 위해 탄소를 소비합니다.만약 선택을 취소한다면, 그러한 기계적 복제는 잠재적으로 전체 환경이나 지구 전체를 소비할 수도 있고, 탄소, ATP, 또는 UV 빛과 같은 필요한 자원에 대한 자연 생물 형태를 능가할 수도 있다.그러나 합성 분자 조립기와 같은 에코파지와 '회색 구' 시나리오는 아직 실험적으로 입증되지 않은 가상 기술에 기초하고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  2. ^ "Value of 2008 British Pounds today - Inflation calculator". Inflation Tool. Retrieved September 5, 2021.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
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  4. ^ a b "C&En: Cover Story - Nanotechnology".
  5. ^ Lewandowski, Bartosz; De Bo, Guillaume; Ward, John W.; Papmeyer, Marcus; Kuschel, Sonja; Aldegunde, María J.; Gramlich, Philipp M. E.; Heckmann, Dominik; Goldup, Stephen M. (2013-01-11). "Sequence-Specific Peptide Synthesis by an Artificial Small-Molecule Machine". Science. 339 (6116): 189–193. Bibcode:2013Sci...339..189L. doi:10.1126/science.1229753. ISSN 0036-8075. PMID 23307739. S2CID 206544961.
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  7. ^ Li, J.; Ballmer, S. G.; Gillis, E. P.; Fujii, S.; Schmidt, M. J.; Palazzolo, A. M. E.; Lehmann, J. W.; Morehouse, G. F.; Burke, M. D. (2015). "Synthesis of many different types of organic small molecules using one automated process". Science. 347 (6227): 1221–1226. Bibcode:2015Sci...347.1221L. doi:10.1126/science.aaa5414. PMC 4687482. PMID 25766227.
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외부 링크