Forskare har utvecklat en DNA-baserad nanoswitch som kombinerar två egenskaper som tidigare varit mycket svåra att förena: extremt snabb omkoppling och långvarig stabilitet. Den nya konstruktionen kan växla mellan två tillstånd på bara några millisekunder och sedan stanna kvar i sitt valda läge i flera dagar – utan att behöva kontinuerlig energitillförsel.
Genombrottet kan bana väg för en ny generation DNA-baserade nanomaskiner, sensorer och molekylära datorer som både arbetar snabbt och är mycket energieffektiva. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Nanotechnology.
Inspirerad av vanliga mekaniska strömbrytare
DNA är mest känt som arvsmassan som lagrar den genetiska informationen i levande organismer. Men under de senaste två decennierna har forskare även lärt sig att använda DNA som byggmaterial för extremt små strukturer genom en teknik som kallas DNA-origami.
Den nya nanoswitchen bygger på samma princip. Genom att vika DNA-strängar till en exakt tredimensionell struktur skapade forskarna en mekanisk brytare i nanoskala som kan växla mellan två stabila lägen – ungefär som en vanlig ljusströmbrytare.
Till skillnad från tidigare DNA-baserade nanosystem kräver den dock inte någon kontinuerlig yttre kraft för att behålla sitt läge efter omkopplingen.
Växlar på några millisekunder
Tidigare DNA-nanomaskiner har ofta varit begränsade av långsamma rörelser eller behovet av ständig aktivering för att fungera.
Den nya konstruktionen löser båda problemen.
Forskarna visar att brytaren kan växla mellan sina två tillstånd på bara några millisekunder. När omkopplingen väl har skett förblir strukturen stabil under flera dagar utan ytterligare påverkan.
Denna kombination av snabb respons och långvarig stabilitet är ovanlig inom DNA-nanoteknik och gör systemet betydligt mer praktiskt för framtida tillämpningar.
Kräver mycket lite energi
En av de största fördelarna är den låga energiförbrukningen.
Eftersom brytaren inte behöver hållas aktiv efter omkopplingen används energi endast när läget faktiskt ändras. Det liknar hur en mekanisk strömbrytare fungerar – den kräver kraft för att växlas men inte för att ligga kvar i sitt nya läge.
Detta kan göra framtida molekylära system betydligt mer energieffektiva än dagens lösningar.
Kan bli byggsten i molekylära datorer
Forskarna ser flera tänkbara användningsområden.
DNA-baserade nanoswitchar skulle kunna användas som:
- molekylära logiska kretsar
- biologiska sensorer
- programmerbara nanomaskiner
- styrsystem för riktad läkemedelsleverans
- komponenter i framtida molekylära datorer
Eftersom konstruktionen både är snabb och stabil skulle den kunna fungera som en grundläggande byggsten i betydligt mer avancerade DNA-baserade system än vad som hittills varit möjligt.
Ett steg mot programmerbara nanomaskiner
DNA-nanoteknik betraktas idag som ett av de mest lovande områdena inom framtidens nanomedicin och bioinspirerad teknik.
Forskarna menar att deras nya brytare visar hur mekaniska principer från makroskopiska konstruktioner kan överföras till molekylär nivå.
Nästa steg blir att koppla samman flera nanoswitchar så att de kan arbeta tillsammans i mer komplexa nätverk. På sikt hoppas forskarna kunna utveckla självgående molekylära maskiner som kan utföra avancerade uppgifter, exempelvis identifiera sjukdomsmarkörer, leverera läkemedel med hög precision eller fungera som komponenter i helt nya typer av biologiskt inspirerade datorer.
Publikationsuppgifter
DNA-based nanoswitch can flip in milliseconds and stay in one state for days without continuous forcing, Nature Nanotechnology (2026).
