这个像剪刀一样的纳米系统由一束缠绕在一起的DNA组成，只有几纳米。在可见光下，从束中伸出的两个DNA末端(红色)相互连接。当研究人员打开紫外线灯时，系统就会打开。他们可以通过两个金棒(黄色)内的物理变化来测量开合。位于斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的科学家们现在提出了一种可能的组件，可以用来专门移动和控制这样一台机器。他们以剪刀的形式开发出一种纳米粒子系统，可以利用紫外光打开。
一旦它们用可见光而不是紫外光照射纳米结构，它就会再次闭合。研究人员可以借助金粒子来观察结构的变化，金粒子用光线来激发。动物和植物细胞，以及细菌在它们的DNA中储存着关于它们完整结构和所有生命过程的信息。在纳米技术中，它不是DNA携带科学家使用的基因组成的能力，而是它的弹性结构。这使得他们能够制造小型机器的部件，比如马达和其他工具。
然而，为了能够设计出完整的纳米机器，科学家们必须一步一步地设计并进一步开发机器的可能亚基。来自马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员和来自日本和美国的同事们已经开发出一种由DNA组成的结构，可以作为纳米马达或纳米变速箱的运动部件。就像剪刀的两片刀片一样，它们有两个DNA束，通过一种铰链连接在一起。每一束只有80纳米长，每一束由14股相互平行的螺旋状DNA组成。最初，这种剪刀状纳米结构的运动被一种由偶氮苯制成的化学锁所阻断，这种锁可以被紫外光打开。
偶氮苯各组成部分都与从每个束中伸出的DNA线相连。在可见光下，偶氮苯残留物呈现出一种结构，允许两个束的突出DNA链相互连接——这两个束彼此非常接近。然而，一旦研究人员用紫外线激活DNA偶氮苯复合物，偶氮苯就会改变其结构。这导致两个松散的DNA末端分离，铰链在几分钟内断裂打开。因此，在某种意义上，光就像运动的润滑剂。一旦紫外光被关闭，偶氮苯的结构又发生了变化，两个DNA末端又连接起来：纳米系统关闭。
“当我们想要开发一台机器时，它不仅要在一个方向上工作，还必须是可逆的，”位于斯图加特的马克斯·普朗克研究所的研究小组组长劳拉·娜·刘说。这里的DNA束不会因为光的变化或者偶氮苯的结构改变而移动，而仅仅是因为布朗分子的运动。研究人员可以观察到纳米结构是如何开启和关闭的。为此，他们将DNA纳米技术与所谓的纳米粒子联系起来:这是一个研究金属表面电子振荡的研究领域，即所谓的等离子激元。当光线撞击金属粒子时，等离子体激元就会产生，并在适当的光线下留下特征特征。
由LauraNaLiu领导的研究小组在两根金条上产生了这些电浆子，每根都位于两束DNA中的一束上。用剪刀的比喻来说，这两个黄金粒子分别位于剪刀的外侧，就像剪子铰链处的DNA束一样交叉。光的激发不仅使固定在两个DNA束上的分子锁弹簧打开，金粒子上的电浆子也开始振荡。当剪刀状结构打开时，两个金棒之间的角度也发生了变化，这对电浆子产生了影响。研究人员可以观察到这些变化由辐射光谱方法综合与合适的光属性和测量它如何改变。因此，他们甚至可以确定DNA束之间的角度。
总结：我们首次成功地利用光控制了一个纳米粒子系统。这正是我们的动机。这名研究人员和她的同事之前曾研究过化学控制的纳米系统。然而，化学控制不干净，在系统中留下残留物。劳拉娜刘已经有了一个应用在光控剪刀设计。该系统可以作为控制纳米颗粒排列的工具。由于这两个DNA束之间的角度可以控制，它提供了改变纳米粒子在太空中的相对位置的可能性。此外，科学家们认为目前的工作是迈向纳米机械的一步。纳米粒子系统可能是这种机器的一部分。