DNA molecules direct the swelling of cross-linked hydrogels with shape changes in response to different biomolecular signals. Getting a hold with DNA Stimuli-responsive materials can respond to physical or chemical cues to trigger changes in color, shape, or other properties. Cangialosi et al. used photolithography to define multilayer planar soft machines from polyacrylamide coupled to single strands of DNA. When presented with the complementary strands, the machines can change shape in complicated and programmable ways, including stepwise or sequential shape changes. Science, this issue p. 1126 Shape-changing hydrogels that can bend, twist, or actuate in response to external stimuli are critical to soft robots, programmable matter, and smart medicine. Shape change in hydrogels has been induced by global cues, including temperature, light, or pH. Here we demonstrate that specific DNA molecules can induce 100-fold volumetric hydrogel expansion by successive extension of cross-links. We photopattern up to centimeter-sized gels containing multiple domains that undergo different shape changes in response to different DNA sequences. Experiments and simulations suggest a simple design rule for controlled shape change. Because DNA molecules can be coupled to molecular sensors, amplifiers, and logic circuits, this strategy introduces the possibility of building soft devices that respond to diverse biochemical inputs and autonomously implement chemical control programs.

中文翻译：

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通过高度溶胀 DNA 序列引导的光图案化水凝胶的形状变化

DNA 分子引导交联水凝胶溶胀，并响应不同的生物分子信号而改变形状。掌握 DNA 刺激响应材料可以响应物理或化学线索，触发颜色、形状或其他特性的变化。Cangialosi 等。使用光刻法定义了从聚丙烯酰胺耦合到单链 DNA 的多层平面软机器。当呈现互补链时，机器可以以复杂和可编程的方式改变形状，包括逐步或连续的形状变化。科学，这个问题 p。1126 可弯曲、扭曲或响应外部刺激的变形水凝胶对软机器人、可编程物质和智能医学至关重要。水凝胶的形状变化是由全局线索引起的，包括温度、光或 pH 值。在这里，我们证明特定的 DNA 分子可以通过交联的连续延伸来诱导 100 倍体积水凝胶膨胀。我们将光图案化至厘米大小的凝胶，其中包含多个结构域，这些结构域会根据不同的 DNA 序列发生不同的形状变化。实验和模拟为受控形状变化提出了一个简单的设计规则。由于 DNA 分子可以与分子传感器、放大器和逻辑电路耦合，因此该策略引入了构建能够响应不同生化输入并自主实施化学控制程序的软设备的可能性。我们将光图案化至厘米大小的凝胶，其中包含多个结构域，这些结构域会根据不同的 DNA 序列发生不同的形状变化。实验和模拟为受控形状变化提出了一个简单的设计规则。由于 DNA 分子可以与分子传感器、放大器和逻辑电路耦合，因此该策略引入了构建响应不同生化输入并自主实施化学控制程序的软设备的可能性。我们将光图案化至厘米大小的凝胶，其中包含多个结构域，这些结构域会根据不同的 DNA 序列发生不同的形状变化。实验和模拟为受控形状变化提出了一个简单的设计规则。由于 DNA 分子可以与分子传感器、放大器和逻辑电路耦合，因此该策略引入了构建响应不同生化输入并自主实施化学控制程序的软设备的可能性。