Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben einen bemerkenswerten Durchbruch in der Entwicklung molekularer Maschinen erzielt. Sie präsentieren einen zuverlässigen und stabilen DNA-Schalter, der elektrisch gesteuert werden kann. Dieser innovative Nanoschalter ermöglicht die Kontrolle molekularer Funktionen und bleibt über mehrere Hunderttausend Schaltzyklen funktionsfähig. Der Schalter besteht aus sogenanntem DNA-Origami, hergestellt aus DNA-Fäden, die zu winzigen Bauteilen gefaltet werden. Dies bietet eine neue Dimension der Präzision in der molekularen Technologie.

Der DNA-Schalter weist zwei stabile Stellungen auf. Ein kurzer elektrischer Impuls genügt, um die Struktur nahezu augenblicklich von einer Stellung in die andere zu bringen. Bemerkenswert ist, dass die Struktur nach dem Umschalten ohne weitere Energiezufuhr stabil bleibt, was die Effizienz dieses Schalters weiter unterstreicht. In Tests blieben die einzelnen Bauteile über Stunden stabil und erreichten weit über 200.000 Schaltzyklen. Nach rund einer Million Ansteuerungen zeigte der Schalter weiterhin ein robustes Schaltverhalten, was seine Langlebigkeit und Zuverlässigkeit unter Beweis stellt.

Vielfältige Anwendungen des DNA-Schalters

Zusätzlich zur Stabilität in der Schaltfunktion wurde der DNA-Schalter erfolgreich in zwei verschiedenen Anwendungen getestet: Er kann Koppelungen an Goldnanostäbchen zur Steuerung eines optischen Signals ermöglichen und die Steuerung einer Bindestelle für andere DNA-Stränge übernehmen. Diese Entwicklungen könnten weitreichende Implikationen für die molekulare Informationsverarbeitung und die gezielte Steuerung chemischer Reaktionen haben. Die Forschenden sehen auch potenzielle Anwendungen in der Erstellung optischer Nanobauteile.

Die Erkenntnisse liefern eine solide Grundlage zur Untersuchung von Ausdauer, Verschleiß und Fehlern bei molekularen Schaltern. Allerdings erfordern die Ergebnisse weitere Entwicklungsschritte, um eine Anwendung außerhalb des kontrollierten Laborumfelds zu gewährleisten. Prof. Dr. Friedrich Simmel von der TUM ist der wissenschaftliche Ansprechpartner für dieses Projekt und verweist darauf, dass trotz vielversprechender Testergebnisse zusätzliche Forschung nötig ist, bevor der Schalter in realen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Diese bahnbrechende Arbeit wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlicht (Rothscher et al, 24. Juni 2026, DOI: 10.1126/scirobotics.aec7796). Die Entwicklungen im Bereich der elektrisch steuerbaren DNA-Schalter könnten die Zukunft molekularer Maschinen entscheidend beeinflussen und eröffnen neue Möglichkeiten in der Nanotechnologie.

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Für weiterführende Informationen zu dieser Thematik können Sie die Berichte auf den Webseiten von TUM und idw-online einsehen.