A high-endurance DNA origami snap-through switch for functional nanoscale control

纳米技术 双稳态 纳米尺度 DNA折纸 纳米棒 机制(生物学) 材料科学 联轴节(管道) 分子机器 光开关 光学双稳态 纳米结构 分子开关 纳米电子学 理论(学习稳定性) DNA纳米技术
作者
Florian Rothfischer,Lennart J. K. Weiß,Sonja K. Schinko,Niccolò Tedeschi,Rui Yee Loke,Michael Matthies,Matthias Vogt,Christoph Karfusehr,Alexander Hebel,Petr Šulc,Tim Liedl,Enzo Kopperger,Friedrich C. Simmel
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (115) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/scirobotics.aec7796
摘要

Switchable elements are central to both technological devices and biological machines because they enable controlled and reversible transitions between distinct functional states. Here, we present a DNA origami–based, mechanically bistable snap-through mechanism that can be electrically controlled. This nanoscale switching mechanism exhibits long-term stability in both states in the absence of external stimuli while achieving millisecond-scale switching times upon application of an electric field. Individual devices sustain hundreds of thousands of switching cycles over several hours and remain functional for actuation over several days, offering a powerful platform for systematically studying the endurance and failure mechanisms of biomolecular nanoswitches. As a nanoscale electromechanical interface, our device enables applications in molecular information processing, optical nanodevices, and the dynamic control of chemical reactions. We demonstrate that functionalization with gold nanorods facilitates polarization-dependent optical modulation, establishing direct application in plasmonics. We further show that controlling the accessibility of a molecular binding site allows electrical regulation of reaction kinetics, thereby directly coupling mechanical switching to biochemical function.
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