Kokooja

Kokooja (assembler) on teoreettinen nanoteknologinen yleisrakennuslaite, joka käsittelee ainetta yksittäisten atomien tai molekyylien tasolla. Kokooja pystyisi siis rakentamaan käytännössä mitä tahansa, mukaan lukien kopioita itsestään, jos sillä olisi käytössään tarvittava määrä raakamateriaalia ja energiaa.
Kokoojassa voi olla ohjaustietokone sisäänrakennettuna tai sitä voidaan ohjata ulkoisesti. Ulkoisesti ohjattua kokoojaa kutsutaan myös fabrikaattoriksi. Itsenäiset kokoojat ovat paljon monimutkaisempia valmistaa ja oletettavasti myös vähemmän tehokkaita kuin fabrikaattorit. Lisäksi ulkoisesti ohjattuihin kokoojiin liittyvät turvallisuusriskit ovat pienempiä.
Insinööri K. Eric Drexlerin määrittelemä molekyylikokoonpanolaite on "ehdotettu laite, joka pystyy ohjaamaan kemiallisia reaktioita sijoittamalla reaktiivisia molekyylejä atomien tarkkuudella". Molekyylikokoonpanokone on eräänlainen molekyylikone. Jotkin biologiset molekyylit, kuten ribosomit, sopivat tähän määritelmään. Tämä johtuu siitä, että ne saavat ohjeita lähetti-RNA:lta ja kokoavat sitten tiettyjä aminohapposekvenssejä proteiinimolekyylien rakentamiseksi. Termi molekyylikokoonpanokone viittaa kuitenkin laajemmin teoreettisiin ihmisen tekemiin laitteisiin.
Ison-Britannian Engineering and Physical Sciences Research Council on vuodesta 2007 alkaen rahoittanut ribosomien kaltaisten molekyylikokoonpanolaitteiden kehittämistä. On selvää, että molekyylikokoonpanijat ovat mahdollisia tässä rajoitetussa merkityksessä. Battelle Memorial Instituten johtamassa ja useiden Yhdysvaltojen kansallisten laboratorioiden isännöimässä teknologiakarttahankkeessa on tutkittu erilaisia atomitarkkoja valmistustekniikoita, mukaan luettuina ohjelmoitavan molekyylikokoonpanon varhaisen sukupolven ja pidemmän aikavälin näkymät; raportti julkaistiin joulukuussa 2007. Vuonna 2008 Engineering and Physical Sciences Research Council myönsi 1,5 miljoonan punnan rahoituksen kuuden vuoden aikana mekanisoitua mekanosynteesiä edistävään tutkimukseen muun muassa Institute for Molecular Manufacturingin kanssa.
Samoin termiä "molekyylikokoonpanokone" on käytetty tieteiskirjallisuudessa ja populaarikulttuurissa monenlaisten fantastisten atomeja manipuloivien nanomaidenselvennä valmistamiseen, joista monet saattavat olla fyysisesti mahdottomia todellisuudessa. Suuri osa "molekyylikokoonpanijoihin" liittyvistä kiistoista johtuu siitä, että nimitystä käytetään sekavasti sekä teknisistä käsitteistä että populaarifantasioista. Vuonna 1992 Drexler otti käyttöön samankaltaisen mutta paremmin ymmärrettävän termin molekulaarinen valmistus, jonka hän määritteli ohjelmoiduksi "monimutkaisten rakenteiden kemialliseksi synteesiksi, joka asettaaselvennä mekaanisesti reaktiivisia molekyylejä, ei manipuloimalla yksittäisiä atomeja".
Tässä artikkelissa käsitellään lähinnä "molekyylikokoonpanijoita" yleisessä merkityksessä. Niihin kuuluvat hypoteettiset koneet, jotka manipuloivat yksittäisiä atomeja, ja koneet, joilla on organismin kaltaiset itsereplikointikyvyt, liikkuvuus, kyky syödä ruokaa ja niin edelleen. Nämä ovat aivan eri asia kuin laitteet, jotka pelkästään (kuten edellä on määritelty) "ohjaavat kemiallisia reaktioita sijoittamalla reaktiivisia molekyylejä atomien tarkkuudella".
Koska synteettisiä molekyylikokoonpanolaitteita ei ole koskaan rakennettu ja koska termin merkitys on epäselvä, on kiistelty paljon siitä, ovatko "molekyylikokoonpanolaitteet" mahdollisia vai pelkkää tieteiskirjallisuutta. Hämmennystä ja kiistelyä aiheuttaa myös se, että ne luokitellaan nanoteknologiaan, joka on aktiivinen laboratoriotutkimuksen ala, jota on jo sovellettu todellisten tuotteiden valmistukseen; viime aikoihin asti ei kuitenkaan ole tutkittu "molekyylikokoonpanijoiden" todellista rakentamista.
David Leighin ryhmän vuonna 2013 Science-lehdessä julkaisemassa artikkelissa esitellään kuitenkin yksityiskohtaisesti uusi menetelmä, jolla peptidi voidaan syntetisoida sekvenssispesifisesti käyttämällä keinotekoista molekyylikonetta, jota ohjataan molekyylilangan avulla. Tämä toimii samalla tavalla kuin ribosomi, joka rakentaa proteiineja kokoamalla aminohappoja sanansaattaja-RNA:n mallin mukaan. Koneen rakenne perustuu rotaxaaniin, joka on molekyyliakselia pitkin liukuva molekyylirengas. Rengas kantaa tiolaattiryhmää, joka irrottaa aminohappoja järjestyksessä akselilta ja siirtää ne peptidien kokoamispaikalle. Vuonna 2018 sama ryhmä julkaisi kehittyneemmän version tästä konseptista, jossa molekyylirengas sukkuloi polymeeristä rataa pitkin kootakseen oligopeptidin, joka voi taittua α-kierteeksi, joka voi suorittaa enantioselektiivisen epoksidaation kalkonijohdannaiselle (tavalla, joka muistuttaa entsyymiä kokoavaa ribosomia). Toisessa Science-lehdessä maaliskuussa 2015 julkaistussa artikkelissa Illinoisin yliopiston kemistit raportoivat alustasta, joka automatisoi 14 pienmolekyyliluokan synteesin, jossa on tuhansia yhteensopivia rakennuspalikoita.
Vuonna 2017 David Leighin ryhmä raportoi molekyylirobotista, joka voidaan ohjelmoida rakentamaan mikä tahansa molekyylituotteen neljästä eri stereoisomeeristä käyttämällä nanomekaanista robottikäsivartta siirtämään molekyylisubstraattia keinotekoisen molekyylikoneen eri reaktiivisten paikkojen välillä. Oheisessa News and Views -artikkelissa, jonka otsikko oli "A molecular assembler" (molekyylikokoonpanokone), hahmoteltiin molekyylirobotin toimintaa käytännössä prototyyppisenä molekyylikokoonpanokoneena.