मैकेनोसिंथेसिस

मैकेनोसिंथेसिस काल्पनिक रासायनिक संश्लेषण के लिए एक शब्द है जिसमें प्रतिक्रिया परिणाम विशिष्ट आणविक साइटों पर प्रतिक्रियाशील अणुओं को निर्देशित करने के लिए यांत्रिक बाधाओं के उपयोग से निर्धारित होते हैं। वर्तमान में कोई गैर-जैविक रासायनिक संश्लेषण नहीं है जो इस उद्देश्य को प्राप्त करता हो। स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप से कुछ परमाणु प्लेसमेंट प्राप्त किया गया है।

परिचय
पारंपरिक रासायनिक संश्लेषण या रसायन संश्लेषण में, प्रतिक्रियाशील अणु तरल या वाष्प में यादृच्छिक थर्मल गति के माध्यम से दूसरे का सामना करते हैं। रसायन संश्लेषण की परिकल्पित प्रक्रिया में, प्रतिक्रियाशील अणु आणविक यांत्रिक प्रणालियों से जुड़े होंगे, और उनका सामना यांत्रिक गतियों के परिणामस्वरूप होगा जो उन्हें नियोजित अनुक्रमों, स्थितियों और अभिविन्यासों में साथ लाएगा। यह कल्पना की गई है कि मैकेनोसिंथेसिस संभावित अभिकारकों को अलग रखकर अवांछित प्रतिक्रियाओं से बच जाएगा, और अनेक आणविक दोलन चक्रों के लिए अभिकारकों को अधिकत्तम अभिविन्यास में साथ रखकर वांछित प्रतिक्रियाओं का दृढ़ता से समर्थन करेगा। जो जीव विज्ञान में, राइबोसोम प्रोग्रामयोग्य मैकेनोसिंथेटिक उपकरण का उदाहरण प्रदान करता है।

स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके क्रायोजेनिक तापमान पर यांत्रिक रसायन का गैर-जैविक रूप प्रदर्शित किया गया है। जो कि अब तक, ऐसे उपकरण आणविक इंजीनियरिंग के लिए निर्माण उपकरण के निकटतम दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। मैकेनोसिंथेसिस का व्यापक उपयोग आणविक मशीन प्रणालियों के निर्माण के लिए अधिक उन्नत तकनीक की प्रतीक्षा कर रहा है, जिसमें राइबोसोम जैसी प्रणालियाँ आकर्षक प्रारंभिक उद्देश्य के रूप में हैं।

उन्नत मैकेनोसिंथेसिस के बारे में अधिकांश उत्साह आणविक नैनो प्रौद्योगिकी या आणविक-मापदंड  के उपकरणों के संयोजन में इसके संभावित उपयोग को लेकर है। ऐसा प्रतीत होता है कि ऐसी तकनीकों का चिकित्सा, विमानन, संसाधन निष्कर्षण, विनिर्माण और युद्ध में अनेक अनुप्रयोग हैं।

इस प्रकार की उन्नत मशीनों के अधिकांश सैद्धांतिक अन्वेषणों ने कार्बन के उपयोग पर ध्यान केंद्रित किया है, क्योंकि यह अनेक शसक्त बंधन से बना सकता है, ये बंधन अनेक प्रकार के रसायन विज्ञान की अनुमति देते हैं, और चिकित्सा और यांत्रिक अनुप्रयोगों में इन बांडों की उपयोगिता है। उदाहरण के लिए, कार्बन हीरे का निर्माण करता है, जो यदि सस्ते में उपलब्ध हो तो अनेक मशीनों के लिए उत्कृष्ट सामग्री होगी।

यह सुझाव दिया गया है, विशेष रूप से के. एरिक ड्रेक्सलर द्वारा, कि परमाणु परिशुद्धता के साथ मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं के निर्माण में सक्षम नैनोफ़ैक्टरी पर आधारित मैकेनोसिंथेसिस आणविक निर्माण के लिए मौलिक होगा। इनकी क्षमता पर विवाद किया गया है, विशेष रूप से नोबेल पुरस्कार विजेता रिचर्ड स्माले (जिन्होंने आणविक नैनोटेक्नोलॉजी पर ड्रेक्सलर-स्माले बहस के आधार पर अव्यवहारिक दृष्टिकोण का प्रस्ताव रखा था और फिर इसकी आलोचना की थी ।

नैनोफैक्ट्री सहयोग, 2000 में रॉबर्ट फ्रीटास और राल्फ मर्कले द्वारा स्थापित, 10 संगठनों और 4 देशों के 23 शोधकर्ताओं को सम्मिलित करने वाला एक केंद्रित प्रयास है जो एक व्यावहारिक अनुसंधान एजेंडा विकसित कर रहा है जिसका उद्देश्य विशेष रूप से स्थितिगत रूप से नियंत्रित डायमंड मैकेनोसिंथेसिस और डायमंडॉइड नैनोफैक्ट्री विकास है।.

वास्तव में माइक्रोस्कोप की नोक पर ज्ञात स्थान पर बिल्कुल अणु पहुंचाना संभव है, किन्तु इसे स्वचालित करना कठिन सिद्ध हुआ है। चूँकि व्यावहारिक उत्पादों के लिए कम से कम अनेक सौ मिलियन परमाणुओं की आवश्यकता होती है, यह तकनीक अभी तक वास्तविक उत्पाद बनाने में व्यावहारिक सिद्ध नहीं हुई है।

मैकेनोअसेंबली अनुसंधान की पंक्ति का लक्ष्य अंशांकन और उचित संश्लेषण प्रतिक्रियाओं के चयन द्वारा इन समस्याओं पर नियंत्रण पाने पर केंद्रित है। कुछ लोग विशेष, बहुत छोटी (एक तरफ लगभग 1,000 नैनोमीटर) मशीन उपकरण विकसित करने का प्रयास करने का सुझाव देते हैं जो बाहरी कंप्यूटर के नियंत्रण में मैकेनोकेमिकल साधनों का उपयोग करके स्वयं की प्रतियां बना सकता है। साहित्य में, ऐसे उपकरण को असेंबलर या आणविक असेंबलर कहा जाता है। इसके पश्चात् असेंबलर उपस्थित हो जाने पर, ज्यामितीय वृद्धि (प्रतियों को प्रतियां बनाने के लिए निर्देशित करना है) जो कि असेंबलरों की निवेश को तेजी से कम कर सकती है। बाहरी कंप्यूटर द्वारा नियंत्रण से असेंबलरों के बड़े समूहों को परमाणु परिशुद्धता के लिए बड़ी, उपयोगी परियोजनाओं का निर्माण करने की अनुमति मिलनी चाहिए। ऐसी परियोजना कारखाने का उत्पादन करने के लिए आणविक-स्तर के कन्वेयर बेल्ट को स्थायी रूप से स्थापित असेंबलरों के साथ संयोजित करेगी।

आंशिक रूप से औद्योगिक दुर्घटनाओं के खतरों और चेरनोबिल आपदा और भोपाल आपदा आपदाओं के समतुल्य रनवे घटनाओं की लोकप्रिय आशंकाओं के बारे में और संबंधित प्रश्नों को हल करने के लिए, और इकोफैगी, ग्रे गू और ग्रीन गू (रनवे प्रतिकृतियों से उत्पन्न होने वाली विभिन्न संभावित आपदाएं) के अधिक दूरस्थ उद्देश्य को हल करने के लिए जिसे मैकेनोसिंथेसिस का उपयोग करके बनाया जा सकता है) रॉयल सोसाइटी और यूके रॉयल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग ने 2003 में मैकेनिकल इंजीनियरिंग प्रोफेसर एन डाउलिंग के नेतृत्व में इन उद्देश्य और बड़े सामाजिक और पारिस्थितिक प्रभावों से सामना करने के लिए अध्ययन प्रारंभ किया था। जिससे कुछ लोगों द्वारा इन समस्याओं और संभावनाओं पर शसक्त स्थिति लेने और तथाकथित मैकेनोसिंथेसिस के सामान्य सिद्धांत के लिए किसी भी विकास पथ का सुझाव देने का अनुमान लगाया गया था। चूँकि रॉयल सोसाइटी की नैनोटेक रिपोर्ट ने आणविक विनिर्माण को बिल्कुल भी संबोधित नहीं किया था, अतिरिक्त इसके कि इसे ग्रे गू के साथ अस्वीकार कर दिया गया।

नैनोफैक्ट्रीज़ के लिए वर्तमान तकनीकी प्रस्तावों में स्व-प्रतिकृति नैनोरोबोट सम्मिलित नहीं हैं, और वर्तमान के नैतिक दिशानिर्देश नैनोमशीनों में अप्रतिबंधित स्व-प्रतिकृति क्षमताओं के विकास पर रोक लगाएंगे।

डायमंड मैकेनोसिंथेसिस
यांत्रिक रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं को हटाकर/जोड़कर हीरे को संश्लेषित करने पर सहकर्मी-समीक्षित सैद्धांतिक कार्य बढ़ रहा है और कार्बन परमाणुओं को जमा करना है    (एक प्रक्रिया जिसे डायमंड मैकेनोसिंथेसिस या डीएमएस के रूप में जाना जाता है ) उदाहरण के लिए, फ़्रीटास, मर्कले और उनके सहयोगियों के इस सतत अनुसंधान प्रयास में 2006 का पेपर रिपोर्ट करता है कि सबसे अधिक अध्ययन किया गया मैकेनोसिंथेसिस टूलटिप मोटिफ (DCB6Ge) सफलतापूर्वक C2 रखता है C(110) हीरे की सतह पर कार्बन डिमर (रसायन विज्ञान) 300 K (कमरे का तापमान) और 80 K (तरल नाइट्रोजन तापमान) दोनों पर, और सिलिकॉन वैरिएंट (DCB6Si) भी 80 K पर काम करता है, किन्तु 300 K पर नहीं ये टूलटिप्स का उपयोग केवल सावधानीपूर्वक नियंत्रित वातावरण (जैसे, वैक्यूम) में करने के लिए किया जाता है। टूलटिप ट्रांसलेशनल और रोटेशनल मिसप्लेसमेंट त्रुटियों के लिए अधिकतम स्वीकार्य सीमाएं पेपर III में बताई गई हैं - डिमर को गलत विधि से जोड़ने से बचने के लिए टूलटिप्स को बहुत स्पष्टता के साथ रखा जाना चाहिए। इस अध्ययन में 100,000 से अधिक सीपीयू घंटे का निवेश किया गया था।

DCB6Ge टूलटिप मोटिफ, जिसे प्रारंभ में 2002 में दूरदर्शिता सम्मेलन में वर्णित किया गया था, हीरे के मैकेनोसिंथेसिस के लिए प्रस्तावित पहला पूर्ण टूलटिप था और एकमात्र टूलटिप मोटिफ बना हुआ है जिसे पूर्ण 200-परमाणु हीरे की सतह पर अपने इच्छित कार्य के लिए सफलतापूर्वक अनुकरण किया गया है। चूँकि प्रारंभिक पेपर इस टूलटिप के लिए 1 डिमर प्रति सेकंड की अनुमानित प्लेसमेंट गति देता है, यह सीमा अकुशल रिचार्जिंग विधि का उपयोग करके उपकरण को रिचार्ज करने की धीमी गति के कारण लगाई गई थी। और चार्ज किए गए टूलटिप के उपयोग की गति में किसी अंतर्निहित सीमा पर आधारित नहीं है। इसके अतिरिक्त, प्रयास किए गए डिमर प्लेसमेंट के तीन संभावित परिणामों के बीच भेदभाव करने के लिए कोई सेंसिंग साधन प्रस्तावित नहीं किया गया था - जिसे सही स्थान पर जमाव, गलत स्थान पर जमाव, और डिमर को बिल्कुल भी लगाने में विफलता - क्योंकि प्रारंभिक प्रस्ताव टूलटिप को स्थिति देने के लिए था डेड रेकनिंग द्वारा, टूलटिप-सतह इंटरैक्शन के लिए उपयुक्त रासायनिक ऊर्जावान और सापेक्ष बंधन शक्तियों को डिजाइन करके उचित प्रतिक्रिया का आश्वासन दिया गया।

अधिक आधुनिक सैद्धांतिक कार्य हाइड्रोजन, कार्बन और जर्मेनियम से बने नौ आणविक उपकरणों के पूरे सेट का विश्लेषण करता है जो (ए) सेट में सभी उपकरणों को संश्लेषित करने में सक्षम है (बी) सेट में सभी उपकरणों को उपयुक्त फीडस्टॉक अणुओं से रिचार्ज करने में सक्षम है और (सी) कठोर हाइड्रोकार्बन की विस्तृत श्रृंखला को संश्लेषित करने में सक्षम है (हीरा, ग्रेफाइट, फुलरीन, और इसी तरह)। सभी आवश्यक प्रतिक्रियाओं का विश्लेषण मानक एबी इनिटियो क्वांटम रसायन विज्ञान विधियों का उपयोग करके किया जाता है।

अग्रगामी अनुसंधान वैकल्पिक युक्तियों पर विचार करने के लिए समय लेने वाली कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान और कठिन प्रयोगशाला कार्य की आवश्यकता होगी। जिसमे 2000 के दशक की प्रारंभ में, विशिष्ट प्रयोगात्मक व्यवस्था अणु को परमाणु बल माइक्रोस्कोप की नोक से जोड़ना था, और फिर टिप पर अणु को सब्सट्रेट पर दूसरे में परिवर्तित करने के लिए माइक्रोस्कोप की स्पष्ट स्थिति क्षमताओं का उपयोग करना था। चूँकि कोणों और दूरियों को स्पष्ट रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, और प्रतिक्रिया निर्वात में होती है, नए रासायनिक यौगिक और व्यवस्थाएँ संभव हैं।

इतिहास
एकल परमाणुओं को यांत्रिक रूप से हिलाने की तकनीक एरिक ड्रेक्सलर ने अपनी 1986 की पुस्तक सृजन के इंजन में प्रस्तावित की थी।

1989 में, आईबीएम के ज्यूरिख रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक आईबीएम (परमाणु) अक्षरों की वर्तनी लिखी| क्रायोजेनिक तांबे की सतह पर क्सीनन परमाणुओं में आईबीएम, दृष्टिकोण को पूरी तरह से मान्य करता है। तब से, अनेक शोध परियोजनाओं ने कंप्यूटर डेटा को कॉम्पैक्ट विधि से संग्रहीत करने के लिए समान तकनीकों का उपयोग करने का काम प्रारंभ किया है। वर्तमान ही में इस तकनीक का उपयोग नवीन भौतिक रसायन विज्ञान का पता लगाने के लिए किया गया है, कभी-कभी विशेष ऊर्जा राज्यों की युक्तियों को उत्तेजित करने के लिए लेजर का उपयोग किया जाता है, या विशेष रासायनिक बांडों की क्वांटम रसायन शास्त्र की जांच की जाती है।

1999 में, सुविधा-उन्मुख स्कैनिंग नामक प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध पद्धति प्रारंभ की गई थी (एफओएस) का सुझाव दिया गया था। सुविधा-उन्मुख स्कैनिंग पद्धति कमरे के तापमान पर परमाणु सतह पर स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप (एसपीएम) की जांच की स्थिति को स्पष्ट रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देती है। सुझाई गई पद्धति मैकेनोसिंथेसिस और बॉटम-अप नैनोफैब्रिकेशन के कार्यों को हल करने में एकल और मल्टीप्रोब उपकरणों के पूर्ण स्वचालित नियंत्रण का समर्थन करती है।

2003 में, ओयाबू एट अल। विशुद्ध रूप से यांत्रिक-आधारित सहसंयोजक बंधन बनाने और बंधन तोड़ने के पहले उदाहरण की सूचना दी, अथार्त, वास्तविक मैकेनोसिंथेसिस का पहला प्रयोगात्मक प्रदर्शन - यद्यपि कार्बन परमाणुओं के अतिरिक्त सिलिकॉन के साथ।

2005 में, डायमंड मैकेनोसिंथेसिस पर पहला पेटेंट आवेदन अंकित किया गया था.

2008 में, $3.1 मिलियन का अनुदान प्रस्तावित किया गया था सिद्धांत-सिद्धांत मैकेनोसिंथेसिस प्रणाली के विकास को वित्तपोषित करना है।

2013 में, आईबीएम ने परमाणुओं का उपयोग करके एक लघु एनिमेटेड फिल्म ए बॉय एंड हिज एटम बनाई।

आणविक नैनोटेक्नोलॉजी, संभावित उत्पादों की अधिक सामान्य व्याख्या और अन्य असेंबली तकनीकों की विचार भी देखें।

बाहरी संबंध

 * Bibliography updated here by Robert Freitas
 * The Foresight Institute remains active.
 * 2004 proposed practical method for enabling diamond mechanosynthesis, by Robert Freitas