Xem mã nguồn của Công nghệ nano DNA

[[Tập tin:DNA tetrahedron white.png|thumb|Công nghệ nano DNA liên quan tới việc tạo nên những cấu trúc nano từ các [[DCM china my vn]], chẳng hạn như khối tứ diện [[DNA]] này.<ref name="Goodman05">'''DNA polyhedra:''' {{chú thích tạp chí |last = Goodman|first = Dmssel P.|author2 = Schaap, Iwan A. T.|author3 = Tardin, C. F.|author4 = Erben, Christof M.|author5 = Berry, Richard M.|author6 = Schmidt, C.F.|author7 = Turberfield, Andrew J.|date = ngày 9 tháng 12 năm 2005|title = Rapid chiral assembly of rigid DNA building blocks for molecular nanofabrication|url = https://archive.org/details/sim_science_2005-12-09_310_5754/page/1661|journal = Science|volume = 310|issue = 5754|pages = 1661–1665|pmid = 16339440|doi = 10.1126/science.1120367|bibcode = 2005Sci...310.1661G}}</ref> Mỗi cạnh của tứ diện là một chuỗi xoắn kép gồm cặp base DNA, và mỗi đỉnh là một điểm nối ba nhánh. 4 dải DNA hình thành nên 4 mặt tứ diện được tô màu trong hình.]]
'''Công nghệ nano DNA''' là việc thiết kế và chế tạo cấu trúc [[acid nucleic]] nhân tạo cho mục đích công nghệ. Trong lĩnh vực này, acid nucleic được sử dụng làm vật liệu kỹ thuật phi sinh học cho&nbsp;[[công nghệ nano]] thay vì truyền tải [[thông tin di truyền]] trong [[tế bào]] sống. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đã chế tạo thành công những cấu trúc tĩnh tại như [[cấu trúc tinh thể]] 2 chiều và 3 chiều, [[ống nano]], [[Đa diện|khối đa diện]], và các hình dạng tùy ý, cũng như những thiết bị hoạt động được như các [[cỗ máy phân tử]] và [[máy tính DNA]]. Lĩnh vực này đã bắt đầu được ứng dụng như một công cụ để giải đáp những vấn đề của [[khoa học cơ bản]] như trong [[sinh học cấu trúc]] và [[lý sinh học]], bao gồm các ứng dụng trong các ngành [[tinh thể học tia X]] và [[Quang phổ học|phổ học]] cho việc xác định cấu trúc [[protein]]. Các ứng dụng khác trong ngành [[Điện tử phân tử|điện tử kích thước phân tử]] và [[y học nano]] cũng đang được nghiên cứu.

Nền tảng khái niệm cho công nghệ nano được xây dựng bởi [[Nadrian Seeman]] đầu những năm 1980, nhưng lĩnh vực này chỉ bắt đầu thu hút sự quan tâm rộng rãi từ giữa thập niên 2000. Việc sử dụng các acid nucleic dựa trên [[quy tắc ghép cặp base]] chặt chẽ của chúng, cho phép chỉ những đoạn trên dải DNA với [[Trình tự DNA|trình tự chuỗi]] [[Nguyên tắc bổ sung|bổ sung]] cho nhau gắn kết để tạo thành cấu trúc chuỗi xoắn kép bền chặt. Điều này cho phép [[thiết kế trình tự chuỗi]] theo ý đồ để tổng hợp một cách lọc lựa DNA thành những cấu trúc đích phức tạp với [[kích thước nano|cấu trúc bậc nano]] được kiểm soát chính xác. Có một số phương pháp tổng hợp khác nhau cho mục đích này, bao gồm các cấu trúc xếp gạch tổng hợp những cấu trúc nhỏ hơn, các cấu trúc gấp lại sử dụng phương pháp DNA [[origami]], và các cấu trúc có thể tái định hình sử dụng các kỹ thuật dịch chuyển dải. Trong khi tên của lĩnh vực này nhắc tới DNA, những nguyên lý tương tự cũng đã được áp dụng với các acid nucleic khác, khiến cho đôi khi người ta gọi nó bằng tên khác là '''công nghệ nano acid nucleic'''.

== Các khái niệm cơ bản ==
[[Tập tin:Mao-4armjunction-schematic.png|thumb|Bốn dải này gắn kết thành một điểm nối DNA bốn nhánh bới vì cấu trúc này tối đa hóa số lượng cặp base phù hợp, với [[Adenine|A]] khớp với [[Thymine|T]] và [[Cytosine|C]] khớp với [[Guanine|G]].<ref name="Mao04">'''Overview:''' {{chú thích tạp chí |last = Mao|first = Chengde|date = December 2004|title = The emergence of complexity: lessons from DNA|journal = PLoS Biology|volume = 2|issue = 12|pages = 2036–2038|pmid = 15597116|pmc = 535573|doi = 10.1371/journal.pbio.0020431}}</ref><ref name="Seeman-sciam">'''Overview:''' {{chú thích tạp chí |last = Seeman|first = Nadrian C.|title = Nanotechnology and the double helix|journal = Scientific American|date = June 2004|pages = 64–75|pmid = 15195395|url = http://www.scientificamerican.com/article/nanotechnology-and-the-do/ | volume = 290|issue = 6|doi = 10.1038/scientificamerican0604-64}}</ref>]]
[[Tập tin:Mao-DX-schematic-2.svg|thumb|[[Cấu trúc phức siêu phân tử|Phức hợp siêu phân tử]] xuyên chéo kép (DX) này bao gồm 5 dải DNA đơn tạo nên hai miền xoắn kép phía trên và phía dưới trong hình. Cáo hai điểm xuyên chéo nơi các dài xuyên từ miền này sang miền kia.<ref name="Mao04" />]]

=== Tính chất của acid nucleic ===
[[Công nghệ nano]] thường được định nghĩa là ngành nghiên cứu các vật liệu và thiết bị với những yếu tố nhỏ hơn 100 [[Nanômét|nanomet]]. Cụ thể công nghệ nano DNA là một ví dụ của [[tự tổng hợp phân tử ]]<nowiki/>từ dưới lên (''bottom-up)'', trong đó các thành phần nguyên tử tổ chức thành các cấu trúc bền vững một cách tự phát; dạng cụ thể của những cấu trúc này do các tính chất vật lý và hóa học của các thành phần mà người thiết kế chọn quyết định.<ref>'''Background:''' {{chú thích sách |last = Pelesko|first = John A.|title = Self-assembly: the science of things that put themselves together|url = https://archive.org/details/selfassemblyscie0000pele|year = 2007|publisher = Chapman & Hall/CRC|location = New York|isbn = 978-1-58488-687-7|pages = [https://archive.org/details/selfassemblyscie0000pele/page/5 5], 7}}</ref> Trong công nghệ nano DNA, các vật liệu thành phần là các dải acid nucleic như DNA; các dải này thường được tổng hợp và luôn được sử dụng ngoài môi trường tế bào sống. DNA rất phù hợp cho việc xây dựng cấu trúc nano bởi vì liên kết giữa hai dải acid nucleic phụ thuộc vào các quy luật ghép cặp base đơn giản mà con người đã hiểu rõ, và tạo nên những cấu trúc nano xác định từ [[cấu trúc xoắn kép]]. Những tính chất này khiến cho việc tổng hợp cấu trúc acid nucleic dễ dàng kiểm soát thông qua [[thiết kế acid nucleic|thiết kế chuỗi]]. Đặc tính này vắng mặt trong các vật liệu khác trong công nghệ nano, bao gồm [[protein]], vốn rất khó [[thiết kế protein|thiết kế]], và các [[hạt nano]], vốn không có khả năng tự tổng hợp.<ref name="Seeman2010">'''Overview:''' {{DOI|10.1146/annurev-biochem-060308-102244}}</ref>

Cấu trúc của một phân tử acid nucleic bao gồm một chuỗi các [[nucleotide]] phân biệt bởi [[nucleobase]] mà chúng chứa đựng. Trong DNA, 4 base hiện diện là [[adenine]] (A), [[cytosine]] (C), [[guanine]] (G), và [[thymine]] (T). acid nucleic có một thuộc tính đặc biệt, đó là hai phân tử chỉ liên kết với nhau tạo thành một chuỗi xoắn kép nếu hai chuỗi là [[Nguyên tắc bổ sung|bổ sung cho nhau]], nghĩa là chúng tạo nên các chuỗi phù hợp theo cặp base, theo nguyên tắc A chỉ liên kết với T, và C chỉ với G.<ref name="Seeman2010" /><ref>'''Background:''' {{chú thích sách|last = Long|first = Eric C.|chapter = Fundamentals of nucleic acids|editor1-first = Sidney M|editor1-last = Hecht|title = Bioorganic chemistry: nucleic acids|url = https://archive.org/details/bioorganicchemis0000unse_i7n6|year = 1996|publisher = Oxford University Press|location = New York|isbn = 0-19-508467-5|pages = [https://archive.org/details/bioorganicchemis0000unse_i7n6/page/4 4]–10}}</ref> Bởi vì sự hình thành các cặp base phù hợp là thuận lợi về mặt [[năng lượng tự do Gibbs|nhiệt động]] (năng lượng tự do của hệ giảm), trong hầu hết mọi trường hợp các dải acid nucleic sẽ liên kết với nhau theo cách tối đa hóa số base ghép cặp phù hợp. Trình tự base trong một hệ các dải do đó sẽ quyết định mô hình liên kết và cấu trúc tổng thể theo một cách có thể kiểm soát dễ dàng. Trong công nghệ nano DNA, trình tự base của các dải được thiết kế theo ý đồ của nhà nghiên cứu sao cho tương tác ghép cặp base khiến cho các dải tổng hợp thành hình thể mong muốn.<ref name="Seeman-sciam" /><ref name="Seeman2010" /> Trong khi [[DNA]] là vật liệu chủ yếu được dùng, các cấu trúc bao gồm các acid nucleic khác như [[RNA]] và [[acid peptit nucleic]] (APN) cũng đã được chế tạo.<ref>'''RNA nanotechnology:''' {{chú thích tạp chí |author = Chworos, Arkadiusz; Severcan, Isil; Koyfman, Alexey Y.; Weinkam, Patrick; Oroudjev, Emin; Hansma, Helen G.; Jaeger, Luc|title = Building Programmable Jigsaw Puzzles with RNA|url = https://archive.org/details/sim_science_2004-12-17_306_5704/page/2068|journal = Science|year = 2004|volume = 306|pages = 2068–2072|doi = 10.1126/science.1104686|bibcode = 2004Sci...306.2068C|issue = 5704|pmid = 15604402}}</ref><ref>'''RNA nanotechnology:''' {{chú thích tạp chí |last = Guo|first = Peixuan|title = The Emerging Field of RNA Nanotechnology|year = 2010|journal = Nature Nanotechnology|volume = 5|pages = 833–842|pmc = 3149862|doi = 10.1038/nnano.2010.231|bibcode = 2010NatNa...5..833G|issue = 12|pmid = 21102465}}</ref>

=== Các lĩnh vực con ===
Công nghệ nano DNA đôi khi phân thành hai nhánh nghiên cứu chồng lấn lên nhau: công nghệ nano DNA cấu trúc và công nghệ nano DNA động lực. Công nghệ DNA cấu trúc (tiếng Anh: ''Structural DNA nanotechnology'', đôi khi viết tắt là SDN), tập trung vào việc tổng hợp và phân tích các vật liệu và phức hợp từ acid nucleic tổng hợp nên một trạng thái cuối tĩnh, [[cân bằng hóa học|cân bằng]]. Trong khi đó, công nghệ nano DNA động lực xét tới các phức hợp với những hành vi trong trạng thái không cân bằng hữu ích như khả tăng tái cấu trúc dựa trên một kích thích vật lý hoặc hóa học. Những phức hợp như vậy, chẳng hạn các thiết bị cơ học nano acid nucleic, kết hợp các đặc điểm của cả hai lĩnh vực con cấu trúc và động lực.<ref name="DDNreview">'''Dynamic DNA nanotechnology:''' {{DOI|10.1038/nchem.957}}</ref><ref name="SDNreview">'''Structural DNA nanotechnology:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1007/s12033-007-0059-4|title = An overview of structural DNA nanotechnology|date = November 2007|last1 = Seeman|first1 = Nadrian C.|journal = Molecular Biotechnology|volume = 37|pages = 246–257|pmid = 17952671|issue = 3|pmc = 3479651}}</ref>

Các cấu trúc được kiến tạo bởi công nghệ nano DNA cấu trúc sử dụng các cấu trúc acid nucleic phân nhánh topo chứa các mối nối. (Ngược lại, hầu hết các DNA trong sinh học tồn tại như những [[chuỗi xoắn kép]] không phân nhánh.) Một trong những cấu trúc phân nhánh đơn giản nhất là một mối nối bốn nhánh bao gồm 4 dải DNA đơn lẻ, từng phần của chúng bổ sung cho nhau theo một kiểu mẫu nhất định. Không giống như trong mối nối Holliday, mỗi nhánh của mối nối nhân tạo bất động này có một trình tự base khác nhau, khiến cho điểm nối cố định ở một vị trí nhất định. Nhiều mối nối có thể kết hợp vào cùng phức hợp, chẳng hạn như trong [[môtip xuyên chéo kép]] (tiếng Anh: ''double-crossover'', DX), bao gồm hai miền xoắn kép song song với những dải riêng lẻ vắt qua giữa các miền ở hai điểm xuyên chéo. Về mặt topo mỗi điểm xuyên chéo tự nó là một mối nối bốn nhánh, nhưng bị giới hạn ở một định hướng duy nhất, trái với mối nối bốn nhánh đơn linh hoạt, cung cấp sự bền chắc khiến cho motip DX thích hợp làm một khối xây dựng nên những phức hợp DNA lớn hơn.<ref name="Seeman-sciam" /><ref name="Seeman2010" />

Công nghệ nano DNA sử dụng một cơ chế gọi là [[dịch chuyển dải can thiệp chỗ đứng chân]] cho phép các phức hợp acid nucleic tái cấu trúc để đạp lại sự thêm vào một dải acid nucleic mới. Trong phản ứng này, dải mới tới liên kết với một [[miền chỗ đứng chân một dải]] của một phức hợp hai dải, và sau đó chuyển một trong các dải trong phức hợp ban đầu thông qua một quá trình [[di chuyển nhánh]]. Hệ quả chung cục là một trong các dải bị thay thế bởi một dải khác.<ref name="DDNreview" /> Ngoài ra, các cấu trúc và thiết bị tự tái cấu trúc có thể chế tạo từ các acid nucleic chức năng như deoxyribozyme và [[ribozyme]], vốn có khả năng thực hiện các phản ứng hóa học, và các [[aptamer]] có thể liên kết với những protein đặc biệt hoặc những phân tử nhỏ.<ref>'''Dynamic DNA nanotechnology:''' {{DOI|10.1016/j.copbio.2006.10.004}}</ref>

== Công nghệ nano DNA cấu trúc ==
Công nghệ nano DNA cấu trúc, đôi khi gọi tắt là SDN, tập trung vào việc tổng hợp và phân tích các vật liệu và phức hợp acid nucleic mà sự tổng hợp có một điểm mút ổn định, cân bằng. Cấu trúc xoắn kép của acid nucleic có dạng hình học 3 chiều vững chắc, xác định, cho phép tiên đoán và thiết kế các cấu trúc của những phức hợp acid nucleic phức tạp hơn. Nhiều cấu trúc như vậy đã được tạo ra, bao gồm các cấu trúc 2 và 3 chiều, các cấu trúc tuần hoàn, phi tuần hoàn và gián đoạn.<ref name="SDNreview" />

=== Các mạng mở rộng ===
[[Tập tin:DNA nanostructures.png|thumb|350x350px|''Bên trái,'' mô hình một viên gạch DNA được dùng để tạo nên một mạng tuần hoàn 2 chiều. ''Bên phải'', một vi ảnh [[Kính hiển vi lực nguyên tử|lực nguyên tử]] của một mạng đã được tổng hợp.<ref>'''Other arrays:''' {{chú thích tạp chí |last1 = Strong|doi = 10.1371/journal.pbio.0020073|title = Protein Nanomachines|date = March 2004|first1 = Michael|journal = PLoS Biology|volume = 2|page = e73|pmid = 15024422|issue = 3|pmc = 368168}}</ref><ref>{{DOI|10.1126/science.1089389}}</ref>]]
Các phức hợp acid nucleic nhỏ có thể trang bị các đầu "dính" (dễ gắn kết) và hợp lại thành những mạng tuần hoàn 2 chiều lớn hơn chứa những hình [[kết lưới|dạng lưới]] nhất định từ những ''viên gạch'' phân tử riêng lẻ.<ref name="SDNreview" /> Ví dụ sớm nhất về phương thức này sử dụng các phức hợp DX làm các viên gạch cơ bản, mỗi phức hợp DX có 4 đầu dính với trình tự khiến cho các đơn vị DX kết hợp thành các phiến phẳng 2 chiều về cơ bản có thể xem như những tinh thể 2 chiều của DNA.<ref>'''DX arrays:''' {{chú thích tạp chí |last = Winfree|first = Erik|author2 = Liu, Furong|author3 = Wenzler, Lisa A.|author4 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 6 tháng 8 năm 1998|title = Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_1998-08-06_394_6693/page/529|journal = Nature|volume = 394|issue = 6693|pages = 529–544|pmid = 9707114|doi = 10.1038/28998|bibcode = 1998Natur.394..539W}}</ref><ref>'''DX arrays:''' {{chú thích tạp chí |last = Liu|first = Furong|author2 = Sha, Ruojie|author3 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 10 tháng 2 năm 1999|title = Modifying the surface features of two-dimensional DNA crystals|url = https://archive.org/details/american-chemical-society-journal_1999-02-10_121_5/page/917|journal = Journal of the American Chemical Society|volume = 121|issue = 5|pages = 917–922|doi = 10.1021/ja982824a}}</ref> Các mảng 2 chiều cũng được tạo ra từ các môtip khác nữa, bao gồm các mạng [[mối nối Holliday]] [[hình thoi]],<ref>'''Other arrays:''' {{chú thích tạp chí |last = Mao|first = Chengde|author2 = Sun, Weiqiong|author3 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 16 tháng 6 năm 1999|title = Designed two-dimensional DNA Holliday junction arrays visualized by atomic force microscopy|url = https://archive.org/details/american-chemical-society-journal_1999-06-16_121_23/page/5437|journal = Journal of the American Chemical Society|volume = 121|issue = 23|pages = 5437–5443|doi = 10.1021/ja9900398}}</ref> và nhiều mảng dựa trên DX lợi dụng các ý đồ gắn kết kép.<ref>'''Other arrays:''' {{chú thích tạp chí |authors = Constantinou, Pamela E.; Wang, Tong; Kopatsch, Jens; Israel, Lisa B.; Zhang, Xiaoping; Ding, Baoquan; Sherman, William B.; Wang, Xing; Zheng, Jianping; Sha, Ruojie; Seeman, Nadrian C.|date = ngày 21 tháng 9 năm 2006|title = Double cohesion in structural DNA nanotechnology|url = https://archive.org/details/sim_organic-biomolecular-chemistry_2006-09-21_4_18/page/3414|journal = Organic and Biomolecular Chemistry|volume = 4|issue = 18|pages = 3414–3419|pmid = 17036134|doi = 10.1039/b605212f|pmc = 3491902}}</ref><ref>'''Other arrays:''' {{chú thích tạp chí |last = Mathieu|first = Frederick|author2 = Liao, Shiping|author3 = Kopatsch, Jens|author4 = Wang, Tong|author5 = Mao, Chengde|author6 = Seeman, Nadrian C.|date = April 2005|title = Six-helix bundles designed from DNA|journal = Nano Letters|volume = 5|issue = 4|pages = 661–665|pmid = 15826105|doi = 10.1021/nl050084f|bibcode = 2005NanoL...5..661M|pmc = 3464188}}</ref> Hai hình ảnh phía bên phải minh họa ví dụ về mạng tuần hoàn xếp gạch.

Các mảng 2 chiều có thể được thiết kế sao cho mang cấu trúc phi tuần hoàn tuân theo một thuật toán nhất định, thể hiện một dạng của điện toán DNA.<ref name="SeemanGrowing">'''History''': {{chú thích tạp chí|last = Seeman|first = Nadrian|title = Structural DNA nanotechnology: growing along with Nano Letters|journal = Nano Letters|doi = 10.1021/nl101262u|date = ngày 9 tháng 6 năm 2010|volume = 10|issue = 6|pages = 1971–1978|pmid = 20486672|pmc = 2901229|bibcode = 2010NanoL..10.1971S}}</ref> Các viên gạch DX có thể có trình tự đầu dính được chọn sao cho chúng đóng vai trò như những [[viên gạch Wang]], cho phép chúng thực hiện tính toán. Người ta đã chứng minh thành công một mảng DX được tổng hợp để làm phép tính [[XOR]]; điều này cho phép DNA tạo nên những [[robot tế bào]] sinh ra một [[Phân dạng|fractal]] được gọi là [[miếng đệm Sierpinski]]. Hình thứ 3 ở bên phải minh họa dạng mảng này.<ref name="rothemund04winfree">'''Algorithmic self-assembly:''' {{chú thích tạp chí |last = Rothemund|first = Paul W. K.|author2 = Papadakis, Nick|author3 = Winfree, Erik|date = December 2004|title = Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles|journal = PLoS Biology|volume = 2|issue = 12|pages = 2041–2053|pmid = 15583715|pmc = 534809|doi = 10.1371/journal.pbio.0020424}}</ref> Một hệ thống khác có chức năng của một [[mạch đếm]] nhị phân, biểu diễn sự tăng các số nhị phân khi nó hình thành. Các kết quả này chứng tỏ rằng tính toán có thể thực hiện đưa vào việc tổng hợp các mảng DNA.<ref>'''Algorithmic self-assembly:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1021/nl052038l|title = Two computational primitives for algorithmic self-assembly:  copying and counting|date = December 2005|last1 = Barish|first1 = Robert D.|last2 = Rothemund|first2 = Paul W. K.|last3 = Winfree|first3 = Erik|journal = Nano Letters|volume = 5|issue = 12|pages = 2586–2592|pmid = 16351220|bibcode = 2005NanoL...5.2586B}}</ref>

Các mảng DX cũng có thể hình thành các ống nano đường kính 4–20&nbsp;[[Nanômét|nm]], về cơ bản là những mạng 2 chiều uốn cong vào chính nó.<ref name="Feldkamp">'''Design:''' {{DOI|10.1002/anie.200502358}}</ref> Các ống nano DNA này ít nhiều tương tự về kích thước và hình dạng với [[Ống nanô cácbon|ống nano carbon (CNT)]], và trong khi chúng không có tính dẫn điện như CNT, ống nano DNA dễ chỉnh sửa và kết nối với những cấu trúc khác hơn. Một trong số nhiều phương pháp xây dựng nên ống nano DNA sử dụng một mạng các viên gạch DX uốn cong tự cuộn vào mình và khép lại thành một ống.<ref>'''DNA nanotubes:''' {{chú thích tạp chí |authors = Rothemund, Paul W. K.; Ekani-Nkodo, Axel; Papadakis, Nick; Kumar, Ashish; Fygenson, Deborah Kuchnir & Winfree, Erik|date = ngày 22 tháng 12 năm 2004|title = Design and Characterization of Programmable DNA Nanotubes|url = https://archive.org/details/american-chemical-society-journal_2004-12-22_126_50/page/16344|journal = [[Journal of the American Chemical Society]]|volume = 126|issue = 50|pages = 16344–16352|pmid = 15600335|doi = 10.1021/ja044319l}}</ref> Một phương pháp khác cho phép chu vi có thể được xác định theo một cách đơn giản sử dụng những viên gạch chứa một dải, sự vững chắc của ống là một yếu tố [[đột hiện]].<ref>'''DNA nanotubes:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1126/science.1157312|title = Programming DNA Tube Circumferences|date = ngày 8 tháng 8 năm 2008|last1 = Yin|first1 = P.|last2 = Hariadi|first2 = R. F.|last3 = Sahu|first3 = S.|last4 = Choi|first4 = H. M. T.|last5 = Park|first5 = S. H.|last6 = Labean|first6 = T. H.|last7 = Reif|first7 = J. H.|journal = Science|volume = 321|issue = 5890|pages = 824–826|pmid = 18687961|bibcode = 2008Sci...321..824Y}}</ref>

Sự tạo ra các mạng 3 chiều DNA là mục tiêu từ buổi đầu của công nghệ nano DNA, nhưng lại là một trong những mục tiêu khó thực hiện nhất. Thành công trong việc sử dụng một môtip dựa trên khái niệm về [[tính toàn vẹn căng]] (tiếng Anh: ''tensegrity=tension'', sự căng+''integrity'', toàn vẹn'')'', một sự cân bằng giữa các lực căng và lực kéo, cuối cùng đã thành hiện thực vào năm 2009.<ref name="SeemanGrowing" /><ref name="3Darrays">'''Three-dimensional arrays:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nature08274|title = From molecular to macroscopic via the rational design of a self-assembled 3D DNA crystal|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2009-09-03_461_7260/page/74|date = ngày 3 tháng 9 năm 2009|last1 = Zheng|first1 = Jianping|last2 = Birktoft|first2 = Jens J.|last3 = Chen|first3 = Yi|last4 = Wang|first4 = Tong|last5 = Sha|first5 = Ruojie|last6 = Constantinou|first6 = Pamela E.|last7 = Ginell|first7 = Stephan L.|last8 = Mao|first8 = Chengde|last9 = Seeman|first9 = Nadrian C.|journal = Nature|volume = 461|pages = 74–77|pmid = 19727196|issue = 7260|pmc = 2764300|bibcode = 2009Natur.461...74Z}}</ref>

=== Các cấu trúc gián đoạn ===
Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp được một số các phức hợp DNA 3 chiều mà mỗi phức hợp có dạng kết nối của một [[đa diện]], chẳng hạn như các khối [[Khối lập phương|lập phương]] hoặc khối 8 mặt, nghĩa là các DNA kép đi theo các [[cạnh (hình học)|cạnh]] của một đa giác với các mối nối DNA ở mỗi đỉnh.<ref name="ShihYanChallenges">'''Overview:''' {{DOI|10.1038/nnano.2011.187}}</ref> Những bằng chứng đầu tiên về đa giác DNA tốn rất nhiều công sức, đòi hỏi những bước thắt nối và [[tổng hợp pha rắn]] để tạo nên những đa giác nối dây.<ref>'''DNA polyhedra:''' {{chú thích tạp chí |last = Zhang|first = Yuwen|author2 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 1 tháng 3 năm 1994|title = Construction of a DNA-truncated octahedron|url = https://archive.org/details/american-chemical-society-journal_1994-03-09_116_5/page/1661|journal = Journal of the American Chemical Society|volume = 116|issue = 5|pages = 1661–1669|doi = 10.1021/ja00084a006}}</ref> Những công trình về sau tổng hợp được những đa diện dễ dàng hơn nhiều. Chúng bao gồm một [[khối bát diện|hình 8 mặt]] DNA tạo từ một dải dài duy nhất gập lại thành cấu hình chính xác,<ref>'''DNA polyhedra:''' {{chú thích tạp chí |last = Shih|first = William M.|author2 = Quispe, Joel D.|author3 = Joyce, Gerald F.|date = ngày 12 tháng 2 năm 2004|title = A 1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2004-02-12_427_6975/page/618|journal = Nature|volume = 427|issue = 6975|pages = 618–621|pmid = 14961116|doi = 10.1038/nature02307|bibcode = 2004Natur.427..618S}}</ref> và một tứ diện có thể tạo từ 4 dải DNA trong chỉ một bước, được mô tả trên hình ở đầu bài viết này.<ref name="Goodman05" />

Các cấu trúc nano có hình dạng bất kỳ, không tuần hoàn sử dụng phương pháp origami DNA. Các cấu trúc này bao gồm một dải virus tự nhiên làm "giàn đỡ", gấp thành hình dạng mong muốn bằng những dải "đinh kẹp" ngắn được thiết kế có tính toán. Phương pháp này có những ưu điểm như dễ thiết kế, bởi trình tự chuỗi được xác định trước bởi trình tự chuỗi giàn đỡ, và không đòi hỏi độ tinh khiết cao cũng như cấu tạo thành phần chính xác của dải như những phương pháp khác. [[Origami DNA]] trước tiên thành công với các cấu trúc 2 chiều, đã tạo được các hình dạng như mặt cười hay một bản đồ phác họa [[Tây bán cầu]].<ref name="ShihYanChallenges" /><ref name="rothemundorigami">'''DNA origami:''' {{chú thích tạp chí |last = Rothemund|first = Paul W. K.|date = ngày 16 tháng 3 năm 2006|title = Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2006-03-16_440_7082/page/297|journal = Nature|volume = 440|issue = 7082|pages = 297–302|pmid = 16541064|doi = 10.1038/nature04586|bibcode = 2006Natur.440..297R}}</ref> Các cấu trúc rắn 3 chiều có thể chế tạo được bằng cách sử dụng những chuỗi xoắn DNA song song thành dạng tổ ong,<ref name="origami">'''DNA origami:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nature08016|title = Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2009-05-21_459_7245/page/414|date = ngày 21 tháng 5 năm 2009|last1 = Douglas|first1 = Shawn M.|last2 = Dietz|first2 = Hendrik|last3 = Liedl|first3 = Tim|last4 = Högberg|first4 = Björn|last5 = Graf|first5 = Franziska|last6 = Shih|first6 = William M.|journal = Nature|volume = 459|issue = 7245|pages = 414–418|pmid = 19458720|pmc = 2688462|bibcode = 2009Natur.459..414D}}</ref> và các cấu trúc với mặt 2 chiều có thể gấp lại thành một hình khối 3 chiều rỗng, tương tự như một hộp giấy. Chúng có thể được lập trình để mở và lộ ra hoặc giải phóng một "món hàng" phân tử dưới ảnh hưởng của một kích thích bên ngoài, khiến cho chúng có thể hữu ích trong vai trò những [[bộ khung phân tử]].<ref name="AndersenBox">'''DNA boxes:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nature07971|title = Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2009-05-07_459_7243/page/73|date = ngày 7 tháng 5 năm 2009|last1 = Andersen|first1 = Ebbe S.|last2 = Dong|first2 = Mingdong|last3 = Nielsen|first3 = Morten M.|last4 = Jahn|first4 = Kasper|last5 = Subramani|first5 = Ramesh|last6 = Mamdouh|first6 = Wael|last7 = Golas|first7 = Monika M.|last8 = Sander|first8 = Bjoern|last9 = Stark|first9 = Holger|journal = Nature|volume = 459|pages = 73–76|pmid = 19424153|issue = 7243|bibcode = 2009Natur.459...73A|display-authors = 8}}</ref><ref>'''DNA boxes:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1021/nl901165f|title = Scaffolded DNA origami of a DNA tetrahedron molecular container|date = ngày 10 tháng 6 năm 2009|last1 = Ke|first1 = Yonggang|last2 = Sharma|first2 = Jaswinder|last3 = Liu|first3 = Minghui|last4 = Jahn|first4 = Kasper|last5 = Liu|first5 = Yan|last6 = Yan|first6 = Hao|journal = Nano Letters|volume = 9|pages = 2445–2447|pmid = 19419184|issue = 6|bibcode = 2009NanoL...9.2445K}}</ref>

=== Tổng hợp theo khuôn mẫu ===
Các cấu trúc acid nucleic có thể tích hợp các phân tử không phải là acid nucleic, đôi khi được gọi là dị tố (tiếng Anh: ''heteroelements''), bao gồm protein, hạt nano kim loại, [[chấm lượng tử]], và [[fullerene]]. Điều này cho phép xây dựng các vật liệu và thiết bị với phạm vi chức năng lớn hơn nhiều nếu chỉ dùng acid nucleic. Mục đích là dùng phép tự tổng hợp của các cấu trúc acid nucleic để làm khuôn mẫu cho việc tổng hợp các hạt nano cấy trên chúng, kiểm soát vị trí và có thể là cả định hướng của chúng.<ref name="ShihYanChallenges" /><ref name="ChemicalReview">'''Overview:''' {{DOI|10.1002/cbic.200900286}}</ref>
Phần nhiều trong những ý đồ như vậy sử dụng một cơ chế gắn cộng hóa trị, bằng các oligonucleotide với [[nhóm chức]] [[amide]] hoặc [[thiol]] như những tay cầm để gắn kết các dị tố. Ý đồ liên kết cộng hóa trị này đã được sử dụng để sắp xếp các hạt nano vàng trên một mảng dựa trên DX,<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{chú thích tạp chí |last = Zheng|first = Jiwen|author2 = Constantinou, Pamela E.|author3 = Micheel, Christine|author4 = Alivisatos, A. Paul|author5 = Kiehl, Richard A.|author6 = Seeman Nadrian C.|date = July 2006|title = 2D Nanoparticle Arrays Show the Organizational Power of Robust DNA Motifs|journal = Nano Letters|volume = 6|issue = 7|pages = 1502–1504|pmid = 16834438|doi = 10.1021/nl060994c|bibcode = 2006NanoL...6.1502Z|pmc = 3465979}}</ref>
và sắp xếp các phân tử protein streptavidin lên một mảng DX.<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{chú thích tạp chí |authors = Park, Sung Ha; Pistol, Constantin; Ahn, Sang Jung; Reif, John H.; Lebeck, Alvin R.; Dwyer, Chris; LaBean, Thomas H.|date = October 2006|title = Finite-size, fully addressable DNA tile lattices formed by hierarchical assembly procedures|journal = Angewandte Chemie|volume = 118|issue = 40|pages = 749–753|doi = 10.1002/ange.200690141}}</ref>
Một cơ chế cấy cộng hóa trị sử dụng các polyamide [[Peter Dervan|Dervan]] trên một mảng DX đã sắp xếp được các protein [[streptavidin]] theo một hình dạng nhất định trên một mảng DX.<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{chú thích tạp chí |last = Cohen|first = Justin D.|author2 = Sadowski, John P.|author3 = Dervan, Peter B.|date = ngày 22 tháng 10 năm 2007|title = Addressing single molecules on DNA nanostructures|journal = Angewandte Chemie International Edition|volume = 46|issue = 42|pages = 7956–7959|pmid = 17763481|doi = 10.1002/anie.200702767}}</ref> Các ống nano carbon đã được cấy lên các mảng DNA theo một hình dạng cho phép hệ thống hoạt động như một thiết bị [[điện tử phân tử]], một [[transistor hiệu ứng trường]] ống nano carbon.<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nnano.2009.311|title = Self-assembly of carbon nanotubes into two-dimensional geometries using DNA origami templates|pmid = 19898497|date = January 2009|last1 = Maune|first1 = Hareem T.|last2 = Han|first2 = Si-Ping|last3 = Barish|first3 = Robert D.|last4 = Bockrath|first4 = Marc|last5 = Goddard III|first5 = William A.|last6 = Rothemund|first6 = Paul W. K.|last7 = Winfree|first7 = Erik|journal = Nature Nanotechnology|volume = 5|issue = 1|pages = 61–66|bibcode = 2010NatNa...5...61M}}</ref> Hơn nữa, có những phương pháp kim loại hóa acid nucleic, trong đó một kim loại thế chỗ acid nucleic mang hình dạng thông thường của cấu trúc acid nucleic ban đầu,<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{DOI|10.1021/nn1035075}}</ref> cùng những ý đồ sử dụng các cấu trúc nano acid nucleic làm các mặt nạ [[in thạch bản]], chuyển hình dạng của chúng sang một bề mặt rắn.<ref>'''Nanoarchitecture:''' {{DOI|10.1002/anie.200460257}}</ref>

== Công nghệ nano DNA động lực ==
[[Tập tin:Strand displacement.svg|thumb|Công nghệ nano DNA động lực thường sử dụng các phản ứng dịch chuyển dải can thiệp chỗ đứng chân. Trong ví dụ này, một dải màu đỏ gắn kết với một vùng chỗ đứng chân trên dải màu xanh (vùng 1), và sau đó trong một quá trình di chuyển nhánh dọc qua vùng 2, dải màu xanh dướng bị dịch chuyển và giải phóng khỏi phức hợp. Các phản ứng kiểu này được sử dụng để tái cấu trúc về mặt động lực hoặc tổng hợp các cấu trúc nano acid nucleic.  Hơn nữa, có thể sử dụng các dải đỏ và xanh làm tín hiệu trong một [[cổng logic]] phân tử.]]
Công nghệ nano DNA động lực tập trung vào việc tạo ra các hệ acid nucleic với các chức năng động lực được thiết kế liên quan tới cấu trúc chung của chúng, chẳng hạn cho tính toán hoặc chuyển động cơ học. Có ít nhiều chồng lấn giữa các nhánh công nghệ nano DNA cấu trúc và động lực, bởi vì các cấu trúc có thể tạo thành thông qua ủ nhiệt và sau đó tái cấu trúc một cách động lực, hoặc có thể được chế tạo để hình thành theo con đường động lực ngay từ đầu.<ref name="ShihYanChallenges" /><ref name="nanomachines">'''DNA machines:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nnano.2007.104|title = DNA nanomachines|date = May 2007|last1 = Bath|first1 = Jonathan|last2 = Turberfield|first2 = Andrew J.|journal = Nature Nanotechnology|volume = 2|issue = 5|pages = 275–284|pmid = 18654284|bibcode = 2007NatNa...2..275B}}</ref>

=== Các thiết bị cơ học nano ===
Các phức hợp DNA có thể thay đổi hình dạng dưới những kích thích nhất định, khiến cho chúng trở thành ứng viên cho [[robot nano]]. Các cấu trúc này ban đầu được tạo theo cách giống như các cấu trúc tĩnh trong công nghệ DNA cấu trúc, những được thiết kế sao cho một sự tái cấu trúc động lực học có thể xảy ra sau sự tổng hợp ban đầu.<ref name="DDNreview" /><ref name="nanomachines" /> Thiết bị đầu tiên có khả năng như vậy sử dụng chuyển vị giữa các dạng [[B-DNA]] và [[Z-DNA]] để đáp ứng lại một thay đổi trong các điều kiện [[Dung dịch đệm|đệm]] nhờ trải qua một chuyển động xoắn.<ref>'''DNA machines:''' {{chú thích tạp chí |last = Mao|first = Chengde|author2 = Sun, Weiqiong|author3 = Shen, Zhiyong|author4 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 14 tháng 1 năm 1999|title = A DNA nanomechanical device based on the B-Z transition|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_1999-01-14_397_6715/page/144|journal = Nature|volume = 397|issue = 6715|pages = 144–146|pmid = 9923675|doi = 10.1038/16437|bibcode = 1999Natur.397..144M}}</ref>
Tuy nhiên sự phụ thuộc vào các điều kiện đệm này khiến tất cả các thiết bị thay đổi trạng thái cùng lúc, một điều không mong muốn. Các hệ thống về sau có thể thay đổi trạng thái dựa trên sự tồn tại của các dải kiểm soát, cho phép nhiều thiết bị có thể vận hành độc lập trong dung dịch. Một vài ví dụ về những hệ như vậy là một thiết kế "kẹp phân tử" có các trạng thái mở và đóng,<ref>'''DNA machines:''' {{chú thích tạp chí |authors = Yurke, Bernard; Turberfield, Andrew J.; Mills, Allen P., Jr; Simmel, Friedrich C.; Neumann, Jennifer L.|date = ngày 10 tháng 8 năm 2000|title = A DNA-fuelled molecular machine made of DNA|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2000-08-10_406_6796/page/605|journal = Nature|volume = 406|issue = 6796|pages = 605–609|pmid = 10949296|doi = 10.1038/35020524|bibcode = 2000Natur.406..605Y}}</ref> một thiết bị có thể bật từ dạng xuyên chéo sóng đôi (tiếng Anh: ''paranemic-crossover, ký hiệu ''PX) sang dạng mối nối kép (JX2), thông qua chuyển động quay trong quá trình,<ref>'''DNA machines:''' {{chú thích tạp chí |last = Yan|first = Hao|author2 = Zhang, Xiaoping|author3 = Shen, Zhiyong|author4 = Seeman, Nadrian C.|date = ngày 3 tháng 1 năm 2002|title = A robust DNA mechanical device controlled by hybridization topology|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2002-01-03_415_6867/page/62|journal = Nature|volume = 415|issue = 6867|pages = 62–65|pmid = 11780115|doi = 10.1038/415062a|bibcode = 2002Natur.415...62Y}}</ref> và một mảng hai chiều có thể giãn ra và co lại tùy theo các dải kiểm soát.<ref>'''DNA machines:''' {{DOI|10.1002/ange.200351818}}</ref> Người ta cũng chế tạo được các cấu trúc có thể đóng hoặc mở một cách động lực, có khả năng đảm nhận vai trò như một chiếc khung để giải phóng hoặc lộ ra một phân tử chuyên chở được kích hoạt khi mở ra.<ref name="AndersenBox" /><ref>'''DNA machines:''' {{DOI|10.1038/nnano.2008.3}}</ref><ref name="DouglasRobot">'''Applications:''' {{DOI|10.1126/science.1214081}}</ref>

''[[DNA di chuyển]] ''là một lớp các cỗ máy nano acid nucleic thể hiện chuyển động có định hướng dọc theo một đường thẳng vạch sẵn. Đã có hàng loạt ý đồ liên quan tới chúng.<ref name="nanomachines" /> Một chiến lược trong số đó là kiểm soát chuyển động của thiết bị di chuyển dọc theo rãnh bằng các dải kiểm soát cần thêm vào chuỗi.<ref>'''DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |pmid = 15339155|date = ngày 8 tháng 9 năm 2004|last1 = Shin|first1 = Jong-Shik|last2 = Pierce|first2 = Niles A.|title = A synthetic DNA walker for molecular transport|url = https://archive.org/details/american-chemical-society-journal_2004-09-08_126_35/page/10834|volume = 126|issue = 35|pages = 10834–10835|doi = 10.1021/ja047543j|journal = Journal of the American Chemical Society}}</ref><ref>'''DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1021/nl049527q|title = A precisely controlled DNA biped walking device|date = July 2004|last1 = Sherman|first1 = William B.|last2 = Seeman|first2 = Nadrian C.|journal = Nano Letters|volume = 4|issue = 7|pages = 1203–1207|bibcode = 2004NanoL...4.1203S}}</ref> Một cách tiếp cận khác là lợi dụng các [[enzym giới hạn]] hoặc [[Deoxyribozyme|deoxyribozym]] để chia tách các dải và khiến thiết bị tiến về phía trước, cách này có lợi thể là có thể vận hành tự động.<ref>'''DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1002/ange.200500703|title = A DNAzyme that walks processively and autonomously along a one-dimensional track|date = ngày 11 tháng 7 năm 2005|last1 = Tian|first1 = Ye|last2 = He|first2 = Yu|last3 = Chen|first3 = Yi|last4 = Yin|first4 = Peng|last5 = Mao|first5 = Chengde|journal = Angewandte Chemie|volume = 117|issue = 28|pages = 4429–4432}}</ref><ref>'''DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1002/anie.200501262|title = A free-running DNA motor powered by a nicking enzyme|date = ngày 11 tháng 7 năm 2005|last1 = Bath|first1 = Jonathan|last2 = Green|first2 = Simon J.|last3 = Turberfield|first3 = Andrew J.|journal = Angewandte Chemie International Edition|volume = 44|issue = 28|pages = 4358–4361}}</ref> Gần đây một hệ thống đã có thể di chuyển trên một bề mặt 2 chiều thay vì một rãnh thẳng, và chứng minh được khả năng nhặt có chọn lọc "hàng hóa" và di chuyển chúng.<ref>'''Functional DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nature09012|title = Molecular robots guided by prescriptive landscapes|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2010-05-13_465_7295/page/206|date = ngày 13 tháng 5 năm 2010|last1 = Lund|first1 = Kyle|last2 = Manzo|first2 = Anthony J.|last3 = Dabby|first3 = Nadine|last4 = Michelotti|first4 = Nicole|last5 = Johnson-Buck|first5 = Alexander|last6 = Nangreave|first6 = Jeanette|last7 = Taylor|first7 = Steven|last8 = Pei|first8 = Renjun|last9 = Stojanovic|first9 = Milan N.|last10 = Walter|first10 = Nils G.|last11 = Winfree|first11 = Erik|last12 = Yan|first12 = Hao|journal = Nature|volume = 465|issue = 7295|pages = 206–210|pmid = 20463735|pmc = 2907518|bibcode = 2010Natur.465..206L}}</ref> Ngoài ra, một thiết bị dịch chuyển thẳng đã thể hiện khả năng [[tổng hợp dựa trên bản mẫu DNA]] trong lúc di chuyển trên đường, cho phép các tổng hợp hóa học nhiều bước có thể chỉ đạo bởi thiết bị.<ref>'''Functional DNA walkers:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nnano.2010.190|title = Autonomous multistep organic synthesis in a single isothermal solution mediated by a DNA walker|date = November 2010|last1 = He|first1 = Yu|last2 = Liu|first2 = David R.|journal = Nature Nanotechnology|volume = 5|issue = 11|pages = 778–782|pmid = 20935654|pmc = 2974042|bibcode = 2010NatNa...5..778H}}</ref>

=== Bậc dịch chuyển dải ===
Các bậc phản ứng dịch chuyển dải có thể sử dụng cho mục đích tính toán hoặc cấu trúc. Một phản ứng dịch chuyển dải riêng lẻ liên quan tới sự tiết lộ một trình tự mới đáp ứng sự hiện diện của một dải khởi phát. Nhiều phản ứng như vậy có thể liên kết lại thành một cấu trúc [[bậc thác sinh hóa|bậc thác]] với mỗi trình tự đầu ra mới được tiết lộ của một phản ứng lại khởi phát một phản ứng dịch chuyển dải ở gần đó. Điều này cho phép xây dựng các mạng lưới phản ứng hóa học với nhiều thành tố, thể hiện những khả năng tính toán và xử lý thông tin phức tạp. Các bậc này thuận về mặt nhiệt động do tạo nên các cặp base mới, và [[entropy]] của hệ tăng từ các phản ứng giải tổng hợp. Các bậc dịch chuyển chuỗi cho phép các quá trình tổng hợp hoặc tính toán vận hành trong điều kiện đẳng nhiệt, trái với đòi hỏi của tổng hợp acid nucleic truyền thống với phải nhiệt độ tăng lên sau đó từ từ giảm đi để đảm bảo sự hình thành chính xác các cấu trúc mong muốn. Chúng cũng hỗ trợ chức năng [[xúc tác]] của chuỗi khởi phát.<ref name="DDNreview" /><ref name="YinDynamic">'''Kinetic assembly:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1038/nature06451|title = Programming biomolecular self-assembly pathways|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_2008-01-17_451_7176/page/318|date = ngày 17 tháng 1 năm 2008|last1 = Yin|first1 = Peng|last2 = Choi|first2 = Harry M. T.|last3 = Calvert|first3 = Colby R.|last4 = Pierce|first4 = Niles A.|journal = Nature|volume = 451|pages = 318–322|pmid = 18202654|issue = 7176|bibcode = 2008Natur.451..318Y}}</ref>

Các phức hợp dịch chuyển dải cho phép các [[cổng logic phân tử]] có thể thực hiện tính toán phức tạp.<ref>'''Fuzzy and Boolean logic gates based on DNA:''' {{DOI|10.1002/smll.201402755}}</ref> Không giống như máy tính điện tử truyền thống, sử dụng [[dòng điện]] làm đầu vào và đầu ra, máy tính phân tử sử dụng nồng độ của các chất hóa học nhất định làm tín hiệu. Trong trường hợp của mạch dịch chuyển dải acid nucleic, tín hiệu là sự hiện diện của các dải acid nucleic được giải phóng hoặc tiêu thụ trong các sự kiện kết hợp và giải kết hợp với các dải khác trong cấu trúc phức dịch chuyển. Cách tiếp cận này đã được sử dụng để chế tạo thành công các [[cổng logic]] như AND, OR, và NOT.<ref>'''Strand displacement cascades:''' {{DOI|10.1126/science.1132493}}</ref> Gần đây, một mạch 4-bit sử dụng một hệ các cổng chứa 130 dải DNA đã chứng tỏ có thể tính toán [[căn bậc hai]] của các số nguyên từ 0-15.<ref>'''Strand displacement cascades:''' {{DOI|10.1126/science.1200520}}</ref>

Cũng có thể dùng các bậc dịch chuyển dải&nbsp;để chế tạo các cấu trúc tổng hợp động lực học. Chúng sử dụng một cấu trúc [[cuộn gốc|"kẹp tóc"]] cho các chất phản ứng, để cho khi dải đầu vào kết nối, trình tự mới hé lộ nằm trên cùng phân tử tử thay vì <!--Đúng chính tả, disassembling=giải tổng hợp-->giải tổng hợp. Điều này cho phép các cấu trúc kẹp tóc mới mở thêm vào một phức hợp lớn lên. Cách tiếp cận này có thể tạo nên những cấu trúc đơn giản như là mối nối ba nhánh hoặc bốn nhánh và các [[dendrimer]].<ref name="YinDynamic" />

== Ứng dụng ==
Công nghệ nano DNA là một trong vài cách khả dĩ để xây dựng các cấu trúc phức tạp được thiết kế với sự kiểm soát chính xác bậc nano. Lĩnh vực này bắt đầu hé lộ ứng dụng tiềm năng trong việc&nbsp;giải&nbsp;đáp&nbsp;những vấn&nbsp;đề&nbsp;[[khoa học cơ bản]] trong&nbsp;các ngành [[sinh học cấu trúc]]&nbsp;và [[lý sinh học]]. Ứng dụng sớm nhất được trông đợi về mảng này, và hiện vẫn đang phát triển, liên quan tới ngành&nbsp;[[tinh thể học]], với các phân tử khó tinh thể hóa trong điều kiện cô lập có thể sắp xếp vào trong những mạng acid nucleic 3 chiều, cho phép xác định cấu trúc của chúng. Một lĩnh vực khác sử dụng các thanh DNA origami để thay thế cho các [[tinh thể lỏng]]&nbsp;trong các thí nghiệm về ghép cặp [[lưỡng cực điện]] dư trong phổ kế [[NMR]] protein; việc sử dụng DNA có ưu thế là khác với tinh thể lỏng, chúng chịu&nbsp;được các chất tẩy dùng&nbsp;để ngưng tụ các [[protein màng]]&nbsp;trong dung dịch. Hơn nữa, các cấu trúc DNA origami có thể đóng góp vào các nghiên cứu lý sinh về chức năng của [[enzym]]&nbsp;và sự [[cuộn gấp protein]].<ref name="SDNreview" /><ref name="growsup">'''History/applications:''' {{chú thích tạp chí|last = Service|first = Robert F.|title = DNA nanotechnology grows up|url = https://archive.org/details/sim_science_2011-06-03_332_6034/page/1140|journal = Science|date = ngày 3 tháng 6 năm 2011|volume = 332|pages = 1140–1143|doi = 10.1126/science.332.6034.1140|issue = 6034}}</ref>

Công nghệ DNA đang hướng tới những ứng dụng tiềm năng trong thực tế. Khả năng sắp xếp các nguyên tử các của các mảng acid nucleic gợi rằng chúng có thể có ứng dụng quan trọng trong điện tử phân tử. Sự tổng hợp của một cấu trúc acid nucleic có thể dùng làm khuôn tổng hợp cho các yếu tố [[điện tử phân tử]] như các [[sợi dây phân tử]], cung cấp một phương pháp để kiểm soát sự xếp đặt và cấu trúc tổng thể của thiết bị ở bậc nanomet như thể&nbsp;một [[Bộ cắm dây|bảng mạch]]&nbsp;phân tử.<ref name="ShihYanChallenges" /> Công nghệ nano DNA từng được ví với khái niệm về ''[[vật liệu có thể lập trình]]'' (tiếng Anh:'' programmable matter).'' do sự liên hệ giữa tính toán và tính chất vật liệu của nó.

Trong một nghiên cứu thực hiện&nbsp;ở [[Đại học Aarhus]] (Đan Mạch),&nbsp;các nhà nghiên cứu&nbsp;đã chế tạo thành công một "hộp"&nbsp;origami&nbsp;DNA.&nbsp;Hộp này&nbsp;đặc biệt&nbsp;ở chỗ&nbsp;có thể&nbsp;đóng mở nhiều lần dưới sự kích thích của một số "chìa khóa"&nbsp;DNA hoặc RNA.&nbsp; Hộp này có triển vọng dùng để vận tải phân tử (trong y học nano) hoặc&nbsp;kiểm soát chức năng của những phân tử riêng lẻ.<ref>{{chú thích tạp chí|last1 = M.  Zadegan|first1 = Reza|last2 = et|first2 = al.|title = Construction of a 4 Zeptoliters Switchable 3D DNA Box Origami|journal = [[ACS Nano]]|volume = 6|issue = 11|pages = 10050–10053|year = 2012|doi = 10.1021/nn303767b | url = http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn303767b}}</ref>

Có những tiềm năng ứng dụng công nghệ DNA nano trong lĩnh vực y học nano, sử dụng khả năng thực hiện tính toán tương thích sinh học để chế tạo những "viên thuốc thông minh" cho việc [[vận chuyển thuốc]] tới đích đến là những cơ quan nhất định trong cơ thể. Một hệ thống như vậy sử dụng một hộp DNA rỗng chứa những protein có thể gây nên [[Chết rụng tế bào|sự chết rụng tế bào]]&nbsp;mà chỉ mở ra khi ở gần một&nbsp;[[tế bào ung thư]].<ref name="growsup" /><ref>'''Applications:''' {{chú thích tạp chí |pmid = 19404476|date = March 2008|last1 = Jungmann|first1 = Ralf|last2 = Renner|first2 = Stephan|last3 = Simmel|first3 = Friedrich C.|title = From DNA nanotechnology to synthetic biology|volume = 2|issue = 2|pages = 99–109|doi = 10.2976/1.2896331|pmc = 2645571|journal = HFSP journal}}</ref> Cũng có những mối quan tâm khác trong việc đưa các cấu trúc nhân tạo này vào các tế bào vi khuẩn tổng hợp, có thể sử dụng các RNA [[phiên mã]] cho việc tổng hợp, mặc dù người ta vẫn chưa biết liệu các cấu trúc phức hợp này có thể gấp lại hoặc tổng hợp trong [[tế bào chất]]&nbsp;của tế bào đích hay không. Nếu thành công, điều này có thể cho phép tạo nên [[tiến hóa định hướng]] trong các cấu trúc acid nucleic.<ref name="ShihYanChallenges" /> Các nhà khoa học tại&nbsp;[[Đại học Oxford]] đã tường thuật sự tự tổng hợp của bốn dải DNA ngắn thành một dạng khung có khả năng đi vào bên trong tế bào và tồn tại trong vòng 48 giờ. Các mặt tứ diện DNA này có khả năng duy trì liên lạc trong các tế bào [[thận]]&nbsp;người được nuôi cấy trong phòng thí nghiệp bất chấp sự tấn công của các enzym. Thí nghiệm này cho thấy khả năng vận chuyển thuốc vào bên trong tế bào sống sử dụng các khung DNA.<ref>{{chú thích web|url = http://www.fiercedrugdelivery.com/story/dna-cages-can-unleash-meds-inside-cells/2011-07-05|title = DNA cages can unleash meds inside cells|author = Lovy, Howard|publisher = fiercedrugdelivery.com|date = ngày 5 tháng 7 năm 2011|access-date = ngày 22 tháng 9 năm 2013|ngày lưu trữ = 2013-09-27|archive-url = https://web.archive.org/web/20130927192141/http://www.fiercedrugdelivery.com/story/dna-cages-can-unleash-meds-inside-cells/2011-07-05|url-status = dead}}</ref><ref>{{chú thích tạp chí|last1 = Walsh|first1 = Anthony|last2 = Yin|first2 = Hai|last3 = Erben|first3 = Christoph|last4 = Wood|first4 = Matthew|last5 = Turberfield|first5 = Andrew|title = DNA Cage Delivery to Mammalian Cells | journal = ACS Nano|volume = 5|issue = 7|pages = 5427–5432|year = 2011|publisher = ACS Publications|doi = 10.1021/nn2005574 | url = http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn2005574 | pmid = 21696187}}</ref> Một tứ diện DNA tương tự đã được dùng để vận chuyển chất [[Can thiệp RNA]] (RNAi) vào một con chuột thí nghiệm, theo một báo cáo&nbsp;của một nhóm&nbsp;nghiên cứu từ [[Viện Công nghệ Massachusetts|MIT]]. Sự vận chuyển chất can thiệp RNA cho việc điều trị đã bước đầu thành công bằng cách sử dụng&nbsp; [[polymer]]&nbsp;hoặc [[lipid]], nhưng&nbsp;vẫn có những giới hạn về độ an toàn và độ nhắm đích chính xác, cũng như tuổi thọ ngắn trong các tế bào máu.<ref>{{chú thích web|url = http://newsoffice.mit.edu/2012/rna-interference-lightweight-nanoparticle-0604 |title = Researchers achieve RNA interference, in a lighter package|author = Trafton, Anne|publisher = MIT News|date = ngày 4 tháng 6 năm 2012|access-date = ngày 22 tháng 9 năm 2013}}</ref><ref>{{chú thích tạp chí|last1 = Lee|first1 = Hyukjin|last2 = Lytton-Jean|first2 = Abigail|last3 = Chen|first3 = Yi|last4 = Love|first4 = Kevin|last5 = Park|first5 = Angela|last6 = Karagiannis|first6 = Emmanouil|last7 = Sehgal|first7 = Alfica|last8 = Querbes|first8 = William|last9 = Zurenko|first9 = Christopher|title = Molecularly self-assembled nucleic acid nanoparticles for targeted in vivo siRNA delivery|journal = [[Nature Nanotechnology]]|volume = 7|issue = 6|pages = 389–393|year = 2012|publisher = Nature|doi = 10.1038/NNANO.2012.73 | url = http://www.nature.com/nnano/journal/v7/n6/pdf/nnano.2012.73.pdf | last10 = Jayaraman|first10 = Muthusamy|last11 = Peng|first11 = Chang G.|last12 = Charisse|first12 = Klaus|last13 = Borodovsky|first13 = Anna|last14 = Manoharan|first14 = Muthiah|last15 = Donahoe|first15 = Jessica S.|last16 = Truelove|first16 = Jessica|last17 = Nahrendorf|first17 = Matthias|last18 = Langer|first18 = Robert|last19 = Anderson|first19 = Daniel G.|display-authors = 8}} [http://dash.harvard.edu/bitstream/handle/1/11879638/3898745.pdf Pdf]</ref>

== Thiết kế ==
Các cấu trúc nano DNA phải được thiết kế theo ý đồ sao cho các dải acid nucleic đơn lẻ tự kết hợp thành những cấu trúc mong muốn. Quá trình này thường bắt đầu với việc xác định đặc tính của một [[cấu trúc bậc ba của acid nucleic|cấu trúc đích]] hoặc chức năng mong muốn. Sau đó, [[cấu trúc bậc hai của acid nucleic|cấu trúc bậc hai]] của một phức hợp đích được xác định, bao gồm thông tin về sự sắp xếp các dải acid nucleic trong cấu trúc, và những phần nào của những dải đó sẽ gắn vào với nhau. Bước cuối cùng là thiết kế [[Trình tự DNA|cấu trúc bậc một]], tức xác định trình tự chuỗi thực sự của mỗi từng acid nucleic.<ref name="Feldkamp" /><ref name="Brenneman02">'''Design:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1016/S0304-3975(02)00135-4|title = Strand design for biomolecular computation|date = ngày 25 tháng 9 năm 2002|last1 = Brenneman|first1 = Arwen|last2 = Condon|first2 = Anne|journal = Theoretical Computer Science|volume = 287|pages = 39–58}}</ref>

=== Thiết kế cấu trúc ===
Bước đầu tiên trong thiết kế một cấu trúc nano acid nucleic là xác định xem làm thế nào một cấu trúc cho trước có thể biểu diễn bằng một sự sắp xếp nhất định các dải acid nucleic. Bước thiết kế này xác định cấu trúc bậc hai, hay vị trí của các cặp base giữ cho các dải đơn lẻ gắn kết với nhau theo hình dạng mong muốn.<ref name="Feldkamp" />&nbsp;Một vài cách tiếp cận đã được chứng minh bằng thực nghiệm:
* '''Cấu trúc xếp gạch.'''&nbsp;Cách tiếp cận này phân nhỏ cấu trúc đích ra thành những đơn vị nhỏ hơn với liên kết mạnh giữa các dải chứa trong từng đơn vị, và các tương tác yếu giữa các đơn vị với nhau. Nó thường được dùng để tạo nên các mạng tuần hoàn, nhưng cũng có thể áp dụng cho tự tổng hợp theo thuật toán, tạo nên một cơ sở cho [[tính toán DNA]]. Đây là chiến lược thiết kế có ưu thế nổi trội dùng trong những năm từ giữa thập niên 1990 tới giữa thập niên 2000, trước khi phương pháp origami DNA xuất hiện.<ref name="Feldkamp" /><ref>'''Overview:''' {{chú thích tạp chí |doi = 10.1002/cphc.200600260|title = DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures|date = ngày 11 tháng 8 năm 2006|last1 = Lin|first1 = Chenxiang|last2 = Liu|first2 = Yan|last3 = Rinker|first3 = Sherri|last4 = Yan|first4 = Hao|journal = ChemPhysChem|volume = 7|pages = 1641–1647|pmid = 16832805|issue = 8}}</ref>
* '''Cấp trúc gấp.'''&nbsp;Một cách tiếp cận mới hơn, tạo nên cấu trúc nano từ một dải dài duy nhất. Dải dài này có thể có một trình tự được thiết kế để gấp lại do tương tác với chính nó, hoặc có thể gấp lại nhờ những dải ngắn hơn gọi là "ghim kẹp". Phương pháp sau (dùng "ghim kẹp") gọi là origami DNA, có thể tạo nên những hình dạng bậc nano 2 hoặc 3 chiều&nbsp;(xem&nbsp;[[#Cấu trúc rời rạc|mục Cấu trúc rời rạc]]).<ref name="ShihYanChallenges" /><ref name="rothemundorigami" />
* '''Tổng hợp động lực.'''&nbsp;Cách tiếp cận này trực tiếp kiểm soát quá trình [[động lực học]] của sự tự tổng hợp DNA, xác định rõ tất cả các bước trung gian trong [[cơ chế phản ứng]] chứ không chỉ sản phẩm cuối cùng. Điều này thực hiện được nhờ sử dụng những vật liệu ban đầu có cấu trúc "kẹp tóc"; chúng tổng hợp thành hình dạng cuối cùng trong một phản ứng bậc thác, theo một trật tự nhất định(xem mục [[#Bậc dịch chuyển dải|Bậc dịch chuyển dải]] ở trên). Cách tiếp cận này có lợi thế là xảy ra [[quá trình đẳng nhiệt|đẳng nhiệt]]-tức ở một nhiệt độ không đổi. Điều này trái với các cách tiếp cận nhiệt động, vốn đòi hỏi một bước [[ủ nhiệt]] mà trong đó cần thay đổi nhiệt độ để kích hoạt sự tổng hợp và khuyến khích việc hình thành chính xác các cấu trúc mong muốn.<ref name="ShihYanChallenges" /><ref name="YinDynamic" />

=== Thiết kế chuỗi ===
Sau khi bước thiết kế cấu trúc bậc hai cho phức hợp đích bằng một trong các cách tiếp cận ở trên hoàn thành, người ta cần phải tạo ra một trình tự thực sự cho chuỗi [[nucleotide]]. Thiết kế acid nucleic là quá trình gán một trình tự chuỗi nhất định cho một dải thành phần của cấu trúc sao cho chúng sẽ gắn kết thành hình dạng mong muốn. Hầu hết các phương pháp có mục đích thiết kế chuỗi sao cho cấu trúc đích có [[Năng lượng Gibbs|năng lượng]]&nbsp;nhỏ nhất, và do đó được ưu tiên về mặt nhiệt động, trong khi các cấu trúc tổng hợp sai phải có năng lượng lớn hơn và do đó không được ưu tiên. Điều này được thực hiện hoặc nhờ các phương pháp&nbsp;[[heuristic]]&nbsp;đơn giản và nhanh hơn như [[Tối thiểu hóa đối xứng chuỗi|cực tiểu hóa đối xứng chuỗi]], hoặc bằng cách sử dụng mô hình nhiệt động lân cận đầy đủ, vốn chính xác hơn nhưng chậm hơn và đòi hỏi năng lực tính toán (của máy tính) nhiều hơn. Các mô hình hình học được dùng kiểm tra [[cấu trúc bậc ba của acid nucleic|cấu trúc bậc ba]] của các cấu trúc nano và để đảm bảo rằng các phức hợp đó không bị kéo [[sức căng|căng]] quá mức.<ref name="Brenneman02" /><ref name="paradigms">'''Design:''' {{chú thích tạp chí |last = Dirks|first = Robert M.|author2 = Lin, Milo|author3 = Winfree, Erik|author4 = Pierce, Niles A.|date = ngày 15 tháng 2 năm 2004|title = Paradigms for computational nucleic acid design|url = https://archive.org/details/nucleic-acids-research_2004-02-19_32_4/page/1392|journal = Nucleic Acids Research|volume = 32|issue = 4|pages = 1392–1403|doi = 10.1093/nar/gkh291|pmid = 14990744|pmc = 390280}}</ref>

Thiết kế acid nucleic có mục đích tương tự như [[thiết kế protein]]. Trong cả hai quá trình, trình tự chuỗi đơn phân phải đảm bảo năng lượng cực tiểu cho cấu trúc đích. thiết kế acid nucleic có lợi thế là dễ dàng về mặt tính toán hơn protein, bởi quy tắc ghép cặp chuỗi đơn giản là đủ để tiên đoán ưu tiên năng lượng, không cần tới những thông tin chi tiết về gấp xếp 3 chiều tổng thể của cấu trúc. Điều này cho phép sử dụng các phương pháp heuristic đem lại những thiết kế tỏ ra bền vững trong thực nghiệm. Tuy nhiên, các cấu trúc acid nucelic ít hữu dụng bằng protein về mặt chức năng bởi protein có khả năng gấp thành những cấu trúc hết sức phức tạp, cũng như sự hạn chế về đa dạng hóa tính của bốn loại nucleotide so với 20 loại [[amino acid]]&nbsp;trong protein.<ref name="paradigms" />

== Vật liệu và kỹ thuật ==
[[Tập tin:DX formation gel.png|thumb|Các phương pháp [[điện di]] gel, chẳng hạn xét nghiệm tạo hình trên một phức hợp DX (trong hình), được dùng để xác định xem liệu các cấu trúc có hình thành như mong muốn. Mỗi dải dọc trong hình chứa một chuỗi các miền, mỗi miền đặc trưng cho một sản phẩm trung gian phản ứng nhất định.]]
Trình tự chuỗi của các dải DNA tạo nên cấu trúc đích được thiết kế bằng máy tính, sử dụng các phần mềm [[làm mẫu phân tử]] và [[làm mẫu nhiệt động]].<ref name="Brenneman02" /><ref name="paradigms" /> Các phân tử được tổng hợp dựa trên các phương pháp tổng hợp oligonucleotide thông thường, thường tự động hóa trong một bộ tổng hợp [[oligonucleotide]], và các dải với trình tự tùy biến hiện có sẵn dưới dạng sản phẩm thương mại.<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1002/0471142727.mb0211s42}}</ref>  Các chuỗi có thể được làm sạch bằng cách làm [[biến chất điện di gel]] nếu cần thiết,<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1002/0471142727.mb0212s42 }}</ref> và nồng độ có thể xác định được chính xác qua một trong vài [[phương pháp định tính acid nucleic]] sử dụng [[phổ kế hấp thụ tử ngoại]].<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1002/9780470089941.et0202s5}}</ref>

Các cấu trúc đích sau khi hình thành hoàn toàn sẽ được kiểm chứng bằng phương pháp [[điện di]] gel tự nhiên, cung cấp thông tin về hình dạng và kích thước của các phức hợp acid nucleic. Một phép xét nghiệm [[dịch chuyển độ linh động điện di]] có thể khẳng định liệu cấu trúc đó có bao gồm tất cả các dải mong muốn.<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1002/0471142727.mb0207s47}}</ref> Đôi khi người ta cũng dùng các phương pháp đánh dấu huỳnh quang và [[Truyền năng lượng cộng hưởng Förster|truyền năng lượng cộng hưởng Förster]](FRET)để xác định cấu trúc của các phức hợp.<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1002/0471142700.nc1110s11}}</ref>

[[Kính hiển vi lực nguyên tử]] có khả năng chụp ảnh trực tiếp các cấu trúc acid nuleic, rất thích hợp với các cấu trúc hai chiều, nhưng ít hữu dụng cho các cấu trúc ba chiều rời rạc bởi tương tác giữa mũi dò của kính hiển vi với cấu trúc acid nucleic vốn dễ đứt gãy; trong trường hợp này người ta thường dùng [[kính hiển vi điện tử truyền qua]] và [[Kính hiển vi điện tử siêu hàn|kính hiển vi điện tử cryo]]. Các mạng 3 chiều mở rộng được phân tích bằng [[tinh thể học tia X]].<ref>'''Methods:''' {{DOI|10.1007/978-1-61779-142-0_1}}</ref><ref>'''Methods:''' {{chú thích sách|last = Bloomfield|first = Victor A.|title = Nucleic acids: structures, properties, and functions|url = https://archive.org/details/nucleicacidsstru0000bloo|year = 2000|publisher = University Science Books|location = Sausalito, Calif|isbn = 0-935702-49-0|pages = [https://archive.org/details/nucleicacidsstru0000bloo/page/84 84]–86, 396–407|author2 = Crothers, Donald M.|author3 = Tinoco, Jr., Ignacio}}</ref>

== Lịch sử ==
[[Nadrian Seeman]] đã lập nên nền tảng khái niệm cho công nghê nano DNA vào đầu những năm 1980.<ref name="Pelesko">'''History:''' {{chú thích sách |last = Pelesko|first = John A.|title = Self-assembly: the science of things that put themselves together|url = https://archive.org/details/selfassemblyscie0000pele|year = 2007|publisher = Chapman & Hall/CRC|location = New York|isbn = 978-1-58488-687-7|pages = [https://archive.org/details/selfassemblyscie0000pele/page/201 201], 242, 259}}</ref>&nbsp;Động lực ban đầu của&nbsp;Seeman là tạo ra một mạng DNA ba chiều để định hướng những phân tử lớn hơn, giúp đơn giản hóa việc nghiên cứu [[tinh thể học]]&nbsp;các phân tử này do loại bỏ được quá trình phức tạp cần để thu được những tinh thể tinh khiết. ý tưởng này được là đến với ông vào cuối năm 1980, sau khi ông nhận ra sự tương tự giữa bản khắc gỗ ''Chiều sâu''&nbsp;của&nbsp;[[Maurits Cornelis Escher|M. C. Escher]]&nbsp;và một mảng mối nối DNA sáu nhánh.<ref name="Seeman-sciam" /><ref>'''History:''' See {{chú thích web|url = http://seemanlab4.chem.nyu.edu/nano-pro.html|title = Current crystallization protocol|publisher = Nadrian Seeman Lab|ngày truy cập = 2015-08-08|archive-date = 2012-11-30|archive-url = https://web.archive.org/web/20121130155310/http://seemanlab4.chem.nyu.edu/nano-pro.html|url-status = dead}}</ref>&nbsp;Vào lúc bấy giờ người ta đã biết đến một số cấu trúc DNA phân nhánh tự nhiên, bao gồm [[nhánh chĩa tái tạo]] DNA và [[mối nối Holliday]] di động, nhưng tầm nhìn của Seeman những mối nối acid nucleic bất động có thể tạo ra bằng cách thiết kế chính xác trình dự dải để loại bỏ đối xứng trong phân tự tổng hợp, và rằng những mối nối bất động đó có thể, về mặt nguyên lý, kết hợp thành những mạng tinh thể vững bền. Bài báo lý thuyết đầu tiên đề xuất sơ đồ này được công bố vào năm 1982, và một mối nối DNA bất động đầu tiên được chứng minh bằng thực nghiện năm sau đó.<ref name="Seeman2010" /><ref name="ShihYanChallenges" />

Năm 1991, phòng thí nghiệm của Seeman ở [[Đại học New York]]&nbsp;tuyên bố tổng hợp thành công một khối lập phương DNA, cấu trúc tổng hợp ba chiều đầu tiên từ DNA, công trình này đã đem lại cho ông [[giải Feynman về Công nghệ Nano]]&nbsp;năm 1995. Sau đó một khối [[bát diện chặt cụt|bát diện]] DNA chặt cụt cũng xuất hiện. Tuy nhiên, cộng đồng nghiên cứu sớm nhận ra rằng những cấu trúc này, với hình dạng đa diện cùng các mối nối co giãn nằm ở [[đỉnh (hình học)|đỉnh]], không đủ vững chắc để tạo nên những mạng ba chiều mở rộng. Seeman phát triển motip xuyên chéo kép (DX) bền hơn, vào năm&nbsp;1998, cộng tác với [[Erik Winfree]], công bố thành công trong việc tạo ra những mạng hai chiều từ những viên gạch DX.<ref name="Seeman-sciam" /><ref name="Pelesko" /><ref name="origamichapter">'''DNA origami:''' {{chú thích sách |doi = 10.1007/3-540-30296-4_1|editor1-first = Junghuei|editor1-last = Chen|editor2-first = Natasha|editor2-last = Jonoska|editor3-first = Grzegorz|editor3-last = Rozenberg|title = Nanotechnology: science and computation|url = https://archive.org/details/nanotechnologysc0000unse|series = Natural Computing Series|year = 2006|publisher = Springer|location = New York|isbn = 978-3-540-30295-7|first = Paul W. K.|last = Rothemund|chapter = Scaffolded DNA origami: from generalized multicrossovers to polygonal networks|pages = [https://archive.org/details/nanotechnologysc0000unse/page/3 3]–21}}</ref>&nbsp;Những cấu trúc xếp gạch này có lợi thế là chúng cung cấp khả năng thực hiện tính toán DNA, như được chứng minh bởi&nbsp;Winfree và&nbsp;[[Paul Rothemund]]&nbsp;trong một bài báo năm 2004 về sự tự tổng hợp theo thuật toán của một cấu trúc miếng đệm Sierpinski, giúp họ nhận được giải Feymann về Công nghệ Nano năm 2009. Viễn kiến quan trọng của Winfree là các viên gạch DX có thể sử dụng làm các như các [[viên gạch Wang]], nghĩa là sự tổng hợp chúng có khả năng thực hiện phép tính toán.<ref name="Pelesko" />&nbsp;Sự tổng hợp một mạng ba chiều cuối cùng cũng được Seeman thực hiện năm&nbsp;2009, gần 30 năm sau khi ông xác định mục tiêu đạt được nó.<ref name="growsup" />

Những khả năng mới tiếp tục được khám phá cho các cấu trúc DNA tổng hợp trong suốt những năm 2000. [[Cỗ máy nano DNA]] đầu tiên-một môtip thay đổi cấu trúc của nó theo một đầu vào-được chứng minh năm 1999, cũng do nhóm nghiên cứu của Seeman. Một hệ thống cải tiến, thiết bị acid nucleic đầu tiên sử dụng dịch chuyển can thiệp chỗ đứng chân, được chứng minh bởi [[Bernard Yurke]]&nbsp;năm sau đó. Bước tiến bộ tiếp theo là chyển đổi dịch chuyển này thành chuyển động cơ học, vào năm 2004-2005, một số hệ thống DNA di chuyển đã được chứng minh bởi các nhóm&nbsp;Seeman, [[Niles Pierce]], [[Andrew Turberfield]], và&nbsp;[[Chengde Mao]].<ref name="nanomachines" /> Ý tưởng sử dụng các mảng DNA để làm khuôn cho tổng hợp các phân tử khác như các hạt nano và protein, do&nbsp;Bruche Robinson và Seeman đề xuất năm 1987,<ref name="biochip">'''Nanoarchitecture:''' {{chú thích tạp chí |last = Robinson|first = Bruche H.|author2 = Seeman, Nadrian C.|date = August 1987|title = The design of a biochip: a self-assembling molecular-scale memory device|journal = Protein Engineering|volume = 1|issue = 4|pages = 295–300|pmid = 3508280|doi = 10.1093/protein/1.4.295}}</ref>&nbsp;đã thành hiện thực năm 2006-2007 bởi các nhóm của [[Hao Yan]], [[Peter Dervan]], và&nbsp;[[Thomas LaBean]].<ref name="Seeman2010" /><ref name="ChemicalReview" />

Năm 2006, Rothemund lần đầu tiên chứng minh kỹ thuật origami DNA cho phép chế tạo dễ dàng những cấu trúc DNA xếp gấp vững chãi với hình dạng tùy ý. Rothemund xem phương pháp này như trung gian về mặt khái niệm giữa các mạng DX của Seeman sử dụng nhiều dải ngắn, và bát diện DNA của&nbsp;[[William Shih]]&nbsp;bao gồm hầu như chỉ một dải rất dài. Origami của&nbsp;Rothemund chứa một dải dài gấp lại nhờ sự hỗ trợ của một số dải ngắn. Phương pháp này cho phép chế tạo những cấu trúc lớn hơn nhiều so với trước kia, và ít phức tạp về mặt kỹ thuật ttrong việc thiết kế và tổng hợp.<ref name="origamichapter" /> Origami DNA lên trang bìa của tạp chí&nbsp;''[[Nature (tạp chí)|Nature]]''&nbsp;ngày 15 tháng 3 năm 2006.<ref name="rothemundorigami" />&nbsp;Sau đó, vào năm 2009,&nbsp;Douglas đã chế tạo được origami dạng đặc 3 chiều,<ref name="origami" />&nbsp;trong khi các nhóm của&nbsp;[[Jørgen Kjems]]&nbsp;và Yan tạo được cấu trúc rỗng làm từ các mặt hai chiều.<ref name="growsup" />

Ban đầu công nghệ nano DNA được đón nhận với ít nhiều ngờ vực do việc sử dụng acid nucleic ngoài lĩnh vực sinh học để làm vật liệu xây dựng cấu trúc hay thực hiện &nbsp;tính toán, cũng như ưu thế của những thí nghiệm [[chứng minh nguyên lý]] mở rộng các triển vọng của lĩnh vực nhưng vẫn còn xa với ứng dựng thực. Bài báo cột mốc năm 1991&nbsp;Seeman về tổng hợp khối lập phương DNA đã bị tờ&nbsp;''[[Science]]''&nbsp;từ chối sau dù một người phê bình ca ngợi tính độc đáo của nó nhưng một người khác lại phê phán rằng nó thiếu liên quan tới sinh học. Tuy nhiên tới đầu thập niên 2010, lĩnh vực đã mở rộng các tiềm năng của nó tới mức mà ứng dụng cho nghiên cứu khoa học cơ bản đã được hiện thực hóa, và các ứng dụng thực tế trong y học và các ngành khác bắt đầu trở nên khả thi.<ref name="growsup" /><ref>'''History:''' {{chú thích tạp chí|last = Hopkin|first = Karen|title = Profile: 3-D seer|journal = The Scientist|date = August 2011|url = http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/30936/title/3-D-Seer/ |access-date = ngày 8 tháng 8 năm 2011}}</ref>&nbsp;Lĩnh vực này đã lớn lên từ chỗ chỉ có vài phòng thí nghiệm tích cực nghiên cứu vào năm 2001 lên tới ít nhất 60 phòng thí nghiệm như thế vào năm&nbsp;2010, tăng cường vốn trí tuệ đầu tư cũng như số lượng những tiến bộ khoa học trong thập kỉ này.<ref name="SeemanGrowing" />

== Tham khảo ==
{{tham khảo|3}}

== Đọc thêm ==
'''Đại cương:'''
* {{chú thích tạp chí |last=Seeman |first=Nadrian C. |title=Nanotechnology and the double helix |journal=Scientific American |date=June 2004 |pages=64–75 |pmid=15195395 |url=http://www.scientificamerican.com/article/nanotechnology-and-the-do/ |volume=290 |issue=6 |doi=10.1038/scientificamerican0604-64}}—Một bài viết dành cho giới không chuyên của người sáng lập nên lĩnh vực mới này
* {{chú thích tạp chí|last=Seeman|first=Nadrian C.|title=Structural DNA nanotechnology: growing along with Nano Letters|journal=Nano Letters|doi=10.1021/nl101262u|date=ngày 9 tháng 6 năm 2010|volume=10|issue=6|pages=1971–1978|pmid=20486672|pmc=2901229|bibcode = 2010NanoL..10.1971S }}—Một bài phê bình các kết quả nghiên cứu trong giai đoạn 2001–2010
* {{chú thích tạp chí |last1 = Seeman |first1 = Nadrian C. |doi = 10.1146/annurev-biochem-060308-102244 |title = Nanomaterials based on DNA |url = https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_2010_79/page/65 |journal = Annual Review of Biochemistry |volume = 79 |pages = 65–87 |year = 2010 |pmid =  20222824 |pmc =3454582 }}—Một bài phê bình toàn diện hơn bao gồm các những kết quả cũ và mới về lĩnh vực
* {{chú thích tạp chí|last=Service|first=Robert F.|title=DNA nanotechnology grows up|url=https://archive.org/details/sim_science_2011-06-03_332_6034/page/1140|journal=Science |date=ngày 3 tháng 6 năm 2011 |volume=332|pages=1140–1143|doi=10.1126/science.332.6034.1140|issue=6034|postscript=}} and {{doi|10.1126/science.332.6034.1142}}.—Một bài báo nghiên cứu tập trung vào lịch sử của ngành và sự phát triển những ứng dụng mới
* {{chú thích tạp chí |last1=Zadegan |first1=Reza M. |last2=Norton |first2=Michael L.  |title=Structural DNA Nanotechnology: From Design to Applications |journal=Int. J. Mol. Sci.  |date=June 2012 |pages=7149–7162 |url=http://www.mdpi.com/1422-0067/13/6/7149 |volume=13 |issue=6 |doi=10.3390/ijms13067149 |pmid=22837684 |pmc=3397516}}-Một bài phê bình toàn diện gần đây về lĩnh vực này
'''Về những đề tài cụ thể:'''
* {{chú thích tạp chí |doi=10.1038/nnano.2007.104 |title=DNA nanomachines |date=ngày 5 tháng 5 năm 2007 |last1=Bath |first1=Jonathan |last2=Turberfield |first2=Andrew J. |journal=Nature Nanotechnology |volume=2 |issue=5 |pages=275–284 |pmid=18654284|bibcode = 2007NatNa...2..275B }}—Một bài phê bình về các thiết bị cơ học nano acid nucleic
* {{chú thích tạp chí |doi=10.1002/anie.200502358 |pmid=16470892 |title=Rational design of DNA nanoarchitectures |date=ngày 13 tháng 3 năm 2006 |last1=Feldkamp |first1=Udo |last2=Niemeyer |first2=Christof M. |journal=Angewandte Chemie International Edition |volume=45 |issue=12 |pages=1856–76}}—Một bài phê bình từ quan điểm về thiết kế cấu trúc thứ cấp
* {{chú thích tạp chí |doi=10.1002/cphc.200600260 |title=DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures |date=ngày 11 tháng 8 năm 2006 |last1=Lin |first1=Chenxiang |last2=Liu |first2=Yan |last3=Rinker |first3=Sherri |last4=Yan |first4=Hao |journal=ChemPhysChem |volume=7 |pages=1641–1647 |pmid=16832805 |issue=8}}—Một bài phê bình ngắn tập trung vào tổng hợp xếp gạch
* {{chú thích tạp chí |doi=10.1038/nchem.957 |title=Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions |date=February 2011 |last1=Zhang |first1=David Yu |last2=Seelig |first2=Georg |journal=Nature Chemistry |volume=3 |issue=2 |pages=103–113 |pmid=21258382|bibcode = 2011NatCh...3..103Z }}—Một bài phê bình về các hệ thống DNA sử dụng cơ chế dịch chuyển dải
* [http://www.vista.gov.vn/UserPages/News/detail/tabid/73/newsid/11528/seo/Cau-truc-nano-tu-sao-chep-duoc-lam-tu-DNA/language/vi-VN/language/vi-VN/Default.aspx Cấu trúc nano tự sao chép được làm từ DNA] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170418083600/http://www.vista.gov.vn/UserPages/News/detail/tabid/73/newsid/11528/seo/Cau-truc-nano-tu-sao-chep-duoc-lam-tu-DNA/language/vi-VN/language/vi-VN/Default.aspx |date = ngày 18 tháng 4 năm 2017}} N.L.H ([http://phys.org/news/2015-05-self-replicating-nanostructures-dna.html theo Phys.org], 28/5/2015). [[Bộ Khoa học và Công nghệ (Việt Nam)#Cơ cấu tổ chức|Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia]]. Cập nhật lúc: 05 Tháng Sáu 2015 2:35:12 CH

== Liên kết ngoài ==
{{Thể loại Commons|DNA nanotechnology}}
* [http://www.isnsce.org/ Hiệp hội Quốc tế về Khoa học, Tính toán và Kỹ thuật Nano] - [[International Society for Nanoscale Science, Computation, and Engineering|International Society of Nanoscale Science, Computation and Engineering (ISNSCE)]]
* {{YouTube|ITtGJUGXFKc|What is Bionanotechnology?}} - [[Công nghệ sinh học nano]] là gì? Shawn Douglas. Đã tải lên vào 07-03-2011
* {{TĐBKVN|3755|Vật liệu nano}}
* {{Britannica|962484|Nanotechnology}}
{{Kiểm soát tính nhất quán}}
{{Bậc công nghệ dựa trên mức thao tác vật chất}}
{{Công nghệ nano}}
{{sao chọn lọc|phiên bản chọn lọc = 21407648|thời gian = 22 tháng 8 năm 2015}}

[[Thể loại:Công nghệ nano DNA]]