Doorbraak op het gebied van elektrische voortstuwing versnelt nanorobots 100.000 keer sneller

• Wetenschappers hebben pionierswerk verricht met een goedkope, contactloze elektrische veldtechniek om nanorobotarmen te besturen.
• Elektrische besturing zorgt voor een dramatische snelheidsverhoging, waardoor nanorobots snel genoeg zijn voor realtime moleculaire productie.
• Potentiële toepassingen omvatten diagnostiek, farmaceutische synthese en nauwkeurige moleculaire manipulatie.

Onderzoekers van de Technische Universiteit van München hebben een elektrisch voortstuwingssysteem ontwikkeld dat op DNA gebaseerde nanorobots tot 100.000 keer sneller voortstuwt dan traditionele biochemische methoden, waardoor de mogelijkheid van volledig autonome moleculaire fabrieken wordt ontsloten.

Deze mijlpaal markeert de eerste demonstratie van planaire rotatie en controle van nanorobotarmen via externe elektrische velden.

DNA-origami-nanorobots

Vooruitgang op het gebied van DNA-origami maakt de fabricage van functionele nanomachines op schaal en tegen lage kosten mogelijk. Toch wordt hun praktische toepassing beperkt door trage bewegingen, die doorgaans worden aangedreven door DNA-strengen, enzymen of licht.

Vergeleken met optische pincetten, magnetische manipulatie of scannende sondetechnieken, levert elektrische bediening een orde van grootte snellere bewegingen, terwijl er goedkope, contactloze instrumenten nodig zijn.

In dit onderzoek bereikten onderzoekers een snelheidsverbetering van vijf ordes van grootte ten opzichte van de snelste eerder gerapporteerde DNA-motoren.

Elektrisch veldgestuurde activering van biomoleculen

De intrinsieke negatieve lading van DNA zorgt ervoor dat het reageert op elektrische velden, waardoor nanobots nauwkeurig kunnen worden bestuurd. Het team vervaardigde miljoenen armen van 400 nm lang, gemonteerd op basisplaten van 55 x 55 nm, met een flexibel gewricht dat willekeurige rotatie om de horizontale as mogelijk maakt.

Referentie:Sciencemagazine, 2026 – Technische Universiteit München

Door de armuiteinden te markeren met fluorescerende kleurstoffen, visualiseerde het team beweging onder een microscoop. Het aanpassen van de richting van het elektrische veld zorgde voor een omkeerbare heroriëntatie van de armen op millisecondenschaal, waardoor de voortbeweging effectief op een praktische tijdschaal werd geïnitieerd.

Toepassingen en toekomstige richtingen

Naast louter transport kan het elektrische voortstuwingsplatform krachten uitoefenen op biomoleculen, waardoor wegen worden geopend voor gerichte medicijnafgifte, snelle diagnostiek en chemische synthese op de chip.

Miljoenen van deze nanobots kunnen parallel werken, waardoor een snelle screening van specifieke analyten of de assemblage van complexe moleculaire structuren mogelijk is.

Schaalbare integratie met lithografische patronen en zelfassemblagemethoden maakt de creatie mogelijk van uitgebreide roosters of draadvormige netwerken van nanorobotarmen, waardoor grootschalige hybride systemen mogelijk worden.

Algoritmische zelfassemblage kan diverse robotplatforms genereren die zijn afgestemd op verschillende taken, terwijl lithografische substraatpatronen nauwkeurige oriëntatiecontrole bieden.

Individuele armmanipulatie wordt mogelijk via nanogestructureerde controle-elektroden, wat de weg vrijmaakt voor synthese van DNA-templates en zeer selectieve nanomanipulatie.