Durchbruch beim Elektroantrieb beschleunigt Nanoroboter 100.000-mal schneller

• Wissenschaftler haben eine kostengünstige, kontaktlose elektrische Feldtechnik zur Steuerung von Nanoroboterarmen entwickelt.
• Elektrische Steuerung bietet eine dramatische Geschwindigkeitssteigerung und macht Nanoroboter schnell genug für die molekulare Herstellung in Echtzeit.
• Potenzielle Anwendungen umfassen Diagnostik, pharmazeutische Synthese und präzise molekulare Manipulation.

Forscher der Technischen Universität München haben ein elektrisches Antriebssystem entwickelt, das DNA-basierte Nanoroboter bis zu 100.000 Mal schneller als herkömmliche biochemische Methoden antreibt und so die Möglichkeit vollständig autonomer molekularer Fabriken eröffnet.

Dieser Meilenstein markiert die erste Demonstration der planaren Rotation und Steuerung von Nanoroboterarmen über externe elektrische Felder.

DNA-Origami-Nanoroboter

Fortschritte im DNA-Origami ermöglichen die Herstellung funktioneller Nanomaschinen in großem Maßstab und zu geringen Kosten. Ihr praktischer Einsatz wurde jedoch durch träge Bewegungen eingeschränkt, die typischerweise durch DNA-Stränge, Enzyme oder Licht angetrieben werden.

Im Vergleich zu optischen Pinzetten, magnetischen Manipulations- oder Rastersondentechniken ermöglicht die elektrische Steuerung eine um Größenordnungen schnellere Bewegung und erfordert gleichzeitig kostengünstige, berührungslose Instrumente.

In dieser Studie erreichten die Forscher eine Geschwindigkeitsverbesserung um fünf Größenordnungen gegenüber den schnellsten zuvor beschriebenen DNA-Motoren.

Elektrische feldgesteuerte Biomolekülbetätigung

Aufgrund ihrer intrinsischen negativen Ladung reagiert die DNA auf elektrische Felder und ermöglicht so eine präzise Steuerung von Nanobots. Das Team stellte Millionen von 400 nm langen Armen her, die auf 55 x 55 nm großen Grundplatten montiert waren und über ein flexibles Gelenk verfügten, das eine zufällige Drehung um die horizontale Achse ermöglicht.

Referenz:Sciencemag, 2026 – Technische Universität München

Durch Markieren der Armspitzen mit fluoreszierenden Farbstoffen visualisierte das Team Bewegungen unter einem Mikroskop. Die Anpassung der Richtung des elektrischen Feldes führte zu einer reversiblen Neuausrichtung des Arms im Millisekundenbereich, wodurch die Fortbewegung innerhalb eines praktischen Zeitrahmens effektiv eingeleitet wurde.

Anwendungen und zukünftige Richtungen

Über den bloßen Transport hinaus kann die elektrische Antriebsplattform Kräfte auf Biomoleküle ausüben und so Möglichkeiten für die gezielte Arzneimittelabgabe, Hochdurchsatzdiagnostik und chemische Synthese auf dem Chip eröffnen.

Millionen dieser Nanobots können parallel arbeiten und so ein schnelles Screening spezifischer Analyten oder den Aufbau komplexer molekularer Strukturen ermöglichen.

Die skalierbare Integration mit lithografischen Strukturierungs- und Selbstorganisationsmethoden ermöglicht die Erstellung ausgedehnter Gitter oder filamentöser Netzwerke von Nanoroboterarmen und erleichtert so groß angelegte Hybridsysteme.

Durch algorithmische Selbstorganisation können verschiedene Roboterplattformen generiert werden, die auf unterschiedliche Aufgaben zugeschnitten sind, während die lithografische Substratstrukturierung eine präzise Ausrichtungssteuerung ermöglicht.

Die Manipulation einzelner Arme wird durch nanostrukturierte Steuerelektroden möglich und ebnet den Weg für DNA-gestützte Synthese und hochselektive Nanomanipulation.