DNA nanotechnology
डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी तकनीकी उपयोगों के लिए कृत्रिम न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं का डिजाइन और निर्माण है। इस क्षेत्र में, न्यूक्लिक एसिड का उपयोग जीवित कोशिकाओं में आनुवंशिक जानकारी के वाहक के बजाय नैनो प्रौद्योगिकी के लिए गैर-जैविक इंजीनियरिंग सामग्री के रूप में किया जाता है। इस क्षेत्र के शोधकर्ताओं ने दो और तीन आयामी क्रिस्टल जाली, नैनोट्यूब, पॉलीहेड्रा और मनमाने आकार और आणविक मशीनों और डीएनए कंप्यूटर जैसे कार्यात्मक उपकरणों जैसी स्थिर संरचनाएं बनाई हैं। इस क्षेत्र का उपयोग संरचनात्मक जीव विज्ञान और जैवभौतिकी में बुनियादी विज्ञान समस्याओं को हल करने के लिए एक उपकरण के रूप में किया जाने लगा है, जिसमें संरचनाओं को निर्धारित करने के लिए एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और प्रोटीन की परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी में अनुप्रयोग शामिल हैं। आणविक पैमाने पर इलेक्ट्रॉनिक्स और नैनोमेडिसिन में संभावित अनुप्रयोगों की भी जांच की जा रही है। डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी के लिए वैचारिक नींव पहली बार 1980 के दशक की शुरुआत में नाड्रियन सीमन द्वारा रखी गई थी, और इस क्षेत्र ने 2000 के दशक के मध्य में व्यापक रुचि को आकर्षित करना शुरू कर दिया था। न्यूक्लिक एसिड का यह उपयोग उनके सख्त आधार युग्मन नियमों द्वारा सक्षम किया जाता है, जो पूरक आधार अनुक्रमों के साथ स्ट्रैंड के केवल कुछ हिस्सों को मजबूत, कठोर डबल हेलिक्स संरचना बनाने के लिए एक साथ बांधता है। यह आधार अनुक्रमों के तर्कसंगत डिजाइन के लिए अनुमति देता है जो सटीक रूप से नियंत्रित नैनोस्केल सुविधाओं के साथ जटिल लक्ष्य संरचनाओं को बनाने के लिए चुनिंदा रूप से इकट्ठा होंगे। इन संरचनाओं को बनाने के लिए कई संयोजन विधियों का उपयोग किया जाता है, जिसमें टाइल-आधारित संरचनाएं शामिल हैं जो छोटी संरचनाओं से इकट्ठा होती हैं, डीएनए ओरिगामी विधि का उपयोग करके तह संरचनाएं, और स्ट्रैंड विस्थापन विधियों का उपयोग करके गतिशील रूप से पुनर्संयोजित संरचनाएं। इस क्षेत्र का नाम विशेष रूप से डी. एन. ए. का संदर्भ देता है, लेकिन इसी सिद्धांत का उपयोग अन्य प्रकार के न्यूक्लिक एसिड के साथ भी किया गया है, जिससे वैकल्पिक नाम न्यूक्लिक एसिड नैनोटेक्नोलॉजी का कभी-कभार उपयोग किया जाता है। मौलिक अवधारणाएँ न्यूक्लिक एसिड के गुण नैनोटेक्नोलॉजी को अक्सर 100 नैनोमीटर से कम के पैमाने पर विशेषताओं वाली सामग्री और उपकरणों के अध्ययन के रूप में परिभाषित किया जाता है। डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी, विशेष रूप से, बॉटम-अप मॉलिक्यूलर सेल्फ-असेंबली का एक उदाहरण है, जिसमें आणविक घटक स्वचालित रूप से स्थिर संरचनाओं में व्यवस्थित होते हैं; इन संरचनाओं का विशेष रूप डिजाइनरों द्वारा चुने गए घटकों के भौतिक और रासायनिक गुणों से प्रेरित होता है। डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी में, घटक सामग्री डी. एन. ए. जैसे न्यूक्लिक एसिड के तार होते हैं; ये तार अक्सर सिंथेटिक होते हैं और लगभग हमेशा एक जीवित कोशिका के संदर्भ के बाहर उपयोग किए जाते हैं। डी. एन. ए. नैनोस्केल निर्माण के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है क्योंकि दो न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड के बीच बंधन सरल आधार युग्मन नियमों पर निर्भर करता है जो अच्छी तरह से समझे जाते हैं, और न्यूक्लिक एसिड डबल हेलिक्स की विशिष्ट नैनोस्केल संरचना बनाते हैं। ये गुण न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं की असेंबली को न्यूक्लिक एसिड डिजाइन के माध्यम से नियंत्रित करना आसान बनाते हैं। यह गुण नैनोटेक्नोलॉजी में उपयोग की जाने वाली अन्य सामग्रियों में अनुपस्थित है, जिसमें प्रोटीन शामिल हैं, जिनके लिए प्रोटीन डिजाइन बहुत कठिन है, और नैनोपार्टिकल्स, जिनके पास अपने दम पर विशिष्ट असेंबली की क्षमता का अभाव है। एक न्यूक्लिक एसिड अणु की संरचना में न्यूक्लियोटाइड्स का एक क्रम होता है जिसके द्वारा वे न्यूक्लियोबेस होते हैं। डी. एन. ए. में मौजूद चार क्षार एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), गुआनिन (जी) और थाइमिन (टी) हैं। न्यूक्लिक एसिड में यह गुण होता है कि दो अणु केवल एक दूसरे से जुड़कर एक दोहरा हेलिक्स बना सकते हैं यदि दोनों अनुक्रम पूरक हों, जिसका अर्थ है कि वे आधार जोड़े के मेल खाने वाले अनुक्रम बनाते हैं, जिसमें ए केवल टी से जुड़ता है, और सी केवल जी से जुड़ता है। क्योंकि सही ढंग से मेल खाने वाले आधार जोड़े का गठन ऊर्जावान रूप से अनुकूल होता है, न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड्स से अधिकांश मामलों में एक दूसरे से जुड़ने की उम्मीद की जाती है जो संरचना में सही तरीके से जोड़े गए आधारों की संख्या को अधिकतम करता है। तारों की एक प्रणाली में आधारों के अनुक्रम इस प्रकार बंधन के पैटर्न और समग्र संरचना को आसानी से नियंत्रित करने योग्य तरीके से निर्धारित करते हैं। डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी में, तारों के आधार अनुक्रमों को शोधकर्ताओं द्वारा तर्कसंगत रूप से डिज़ाइन किया जाता है ताकि आधार युग्मन अंतःक्रियाएं तारों को वांछित संरचना में इकट्ठा करने का कारण बन सकें। जबकि डी. एन. ए. प्रमुख सामग्री है जिसका उपयोग किया जाता है, आर. एन. ए. और पेप्टाइड न्यूक्लिक एसिड (पी. एन. ए.) जैसे अन्य न्यूक्लिक एसिड को शामिल करने वाली संरचनाओं का भी निर्माण किया गया है। उपक्षेत्र डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी को कभी-कभी दो अतिव्यापी उपक्षेत्रों में विभाजित किया जाता हैः संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी और गतिशील डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी। संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी, जिसे कभी-कभी एस. डी. एन. के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, न्यूक्लिक एसिड परिसरों और सामग्रियों के संश्लेषण और विशेषता पर केंद्रित है जो एक स्थिर, संतुलन अंतिम अवस्था में इकट्ठा होते हैं। दूसरी ओर, गतिशील डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी उपयोगी गैर-संतुलन व्यवहार वाले परिसरों पर ध्यान केंद्रित करती है जैसे कि रासायनिक या भौतिक उत्तेजना के आधार पर पुनः कॉन्फ़िगर करने की क्षमता। कुछ परिसर, जैसे कि न्यूक्लिक एसिड नैनोमैकेनिकल उपकरण, संरचनात्मक और गतिशील दोनों उपक्षेत्रों की विशेषताओं को जोड़ते हैं। संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी में निर्मित परिसर स्थलाकृतिक रूप से शाखाओं वाले न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं का उपयोग करते हैं जिनमें जंक्शन होते हैं। (इसके विपरीत, अधिकांश जैविक डीएनए एक अनब्रांच्ड डबल हेलिक्स के रूप में मौजूद है।) सबसे सरल शाखाओं वाली संरचनाओं में से एक चार-भुजा जंक्शन है जिसमें चार अलग-अलग डीएनए स्ट्रैंड होते हैं, जिनके कुछ हिस्से एक विशिष्ट पैटर्न में पूरक होते हैं। प्राकृतिक होलीडे जंक्शनों के विपरीत, कृत्रिम स्थिर चार-भुजा जंक्शन में प्रत्येक भुजा का एक अलग आधार अनुक्रम होता है, जिससे जंक्शन बिंदु को एक निश्चित स्थिति में तय किया जाता है। एक ही परिसर में कई जंक्शनों को जोड़ा जा सकता है, जैसे कि व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले डबल-क्रॉसओवर (डीएक्स) संरचनात्मक रूपांकन में, जिसमें दो समानांतर डबल हेलिकल डोमेन होते हैं, जिसमें दो क्रॉसओवर बिंदुओं पर डोमेन के बीच अलग-अलग स्ट्रैंड होते हैं। प्रत्येक क्रॉसओवर बिंदु, स्थलाकृतिक रूप से, एक चार-भुजा जंक्शन है, लेकिन लचीले एकल चार-भुजा जंक्शन के विपरीत, एक अभिविन्यास के लिए विवश है, जो एक कठोरता प्रदान करता है जो डीएक्स रूपांकन को बड़े डीएनए परिसरों के लिए एक संरचनात्मक निर्माण खंड के रूप में उपयुक्त बनाता है। गतिशील डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी एक नए न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड के जुड़ने के जवाब में न्यूक्लिक एसिड परिसरों को फिर से कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देने के लिए टोहोल्ड-मध्यस्थ स्ट्रैंड विस्थापन नामक एक तंत्र का उपयोग करती है। इस प्रतिक्रिया में, आने वाला स्ट्रैंड एक डबल-स्ट्रैंडेड कॉम्प्लेक्स के सिंगल-स्ट्रैंडेड टोहोल्ड क्षेत्र से जुड़ जाता है, और फिर एक शाखा प्रवास प्रक्रिया के माध्यम से मूल कॉम्प्लेक्स में बंधे स्ट्रैंड में से एक को विस्थापित कर देता है। समग्र प्रभाव यह है कि परिसर में एक स्ट्रैंड को दूसरे के साथ बदल दिया जाता है। इसके अलावा, पुनर्विन्यास योग्य संरचनाओं और उपकरणों को कार्यात्मक न्यूक्लिक एसिड जैसे डीऑक्सीराइबोजाइम और राइबोजाइम का उपयोग करके बनाया जा सकता है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं, और एप्टेमर, जो विशिष्ट प्रोटीन या छोटे अणुओं से जुड़ सकते हैं। संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी, जिसे कभी-कभी एस. डी. एन. के रूप में संक्षिप्त किया जाता है, न्यूक्लिक एसिड परिसरों और सामग्रियों के संश्लेषण और विशेषता पर केंद्रित है जहां असेंबली में एक स्थिर, संतुलन अंतिम बिंदु होता है। न्यूक्लिक एसिड डबल हेलिक्स में एक मजबूत, परिभाषित त्रि-आयामी ज्यामिति होती है जो अधिक जटिल न्यूक्लिक एसिड परिसरों की संरचनाओं का अनुकरण, भविष्यवाणी और डिजाइन करना संभव बनाती है। ऐसी कई संरचनाएँ बनाई गई हैं, जिनमें दो और त्रि-आयामी संरचनाएँ, और आवधिक, अपेरियोडिक और असतत संरचनाएँ शामिल हैं। विस्तारित जाली छोटे न्यूक्लिक एसिड परिसरों को चिपचिपे सिरों से सुसज्जित किया जा सकता है और अलग-अलग आणविक टाइलों के एक विशिष्ट टेसेलेटेड पैटर्न वाले बड़े दो-आयामी आवधिक जाली में जोड़ा जा सकता है। इसका सबसे पहला उदाहरण बुनियादी टाइलों के रूप में डबल-क्रॉसओवर (डीएक्स) परिसरों का उपयोग करता है, जिनमें से प्रत्येक में चार चिपचिपे सिरों को अनुक्रमों के साथ डिज़ाइन किया गया है जो डीएक्स इकाइयों को आवधिक दो-आयामी फ्लैट शीट में संयोजित करने का कारण बनता है जो अनिवार्य रूप से डीएनए के कठोर दो-आयामी क्रिस्टल होते हैं। दो-आयामी सरणियों को अन्य रूपांकनों से भी बनाया गया है, जिसमें हॉलिडे जंक्शन रम्बस जाली और दोहरे सामंजस्य योजना का उपयोग करते हुए विभिन्न डीएक्स-आधारित सरणियाँ शामिल हैं। दाहिनी ओर शीर्ष दो छवियाँ टाइल-आधारित आवधिक जाली के उदाहरण दिखाती हैं। द्वि-आयामी सरणियों को एपेरियोडिक संरचनाओं को प्रदर्शित करने के लिए बनाया जा सकता है जिनकी असेंबली एक विशिष्ट एल्गोरिथ्म को लागू करती है, जो डीएनए कंप्यूटिंग के एक रूप को प्रदर्शित करती है। डी. एक्स. टाइलों में उनके चिपचिपे अंत अनुक्रम चुने जा सकते हैं ताकि वे वांग टाइलों के रूप में कार्य करें, जिससे वे गणना कर सकें। एक डीएक्स सरणी जिसकी असेंबली एक एक्सओआर ऑपरेशन को एन्कोड करती है, प्रदर्शित की गई है; यह डीएनए सरणी को एक सेलुलर ऑटोमेटन को लागू करने की अनुमति देता है जो एक फ्रैक्टल उत्पन्न करता है जिसे सियर्पिंस्की गैस्केट के रूप में जाना जाता है। दाहिनी ओर तीसरी छवि इस प्रकार की सरणी को दिखाती है। एक अन्य प्रणाली में द्विआधारी काउंटर का कार्य होता है, जो बढ़ती द्विआधारी संख्या के प्रतिनिधित्व को प्रदर्शित करता है जैसे-जैसे यह बढ़ता है। इन परिणामों से पता चलता है कि गणना को डी. एन. ए. सरणी के संयोजन में शामिल किया जा सकता है। डी. एक्स. सरणियों को खोखले नैनोट्यूब 4-20 एन. एम. व्यास बनाने के लिए बनाया गया है, अनिवार्य रूप से दो आयामी जाली जो खुद पर वापस मुड़ती हैं। ये डी. एन. ए. नैनोट्यूब आकार और आकार में कुछ हद तक कार्बन नैनोट्यूब के समान होते हैं, और जबकि उनमें कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत चालकता की कमी होती है, डी. एन. ए. नैनोट्यूब अधिक आसानी से संशोधित होते हैं और अन्य संरचनाओं से जुड़े होते हैं। डी. एन. ए. नैनोट्यूब के निर्माण के लिए कई योजनाओं में से एक घुमावदार डी. एक्स. टाइलों की एक जाली का उपयोग करती है जो अपने चारों ओर मुड़ जाती है और एक नली में बंद हो जाती है। एक वैकल्पिक विधि में जो एकल-फंसे हुए टाइलों का उपयोग करके परिधि को एक सरल, मॉड्यूलर फैशन में निर्दिष्ट करने की अनुमति देती है, ट्यूब की कठोरता एक उभरता हुआ गुण है। डी. एन. ए. के त्रि-आयामी जाली बनाना डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी का सबसे पहला लक्ष्य था, लेकिन इसे साकार करना सबसे कठिन साबित हुआ। तनाव और संपीड़न बलों के बीच एक संतुलन, तनावग्रिती की अवधारणा पर आधारित एक रूपांकन का उपयोग करने में सफलता, अंततः 2009 में रिपोर्ट की गई थी। अलग-अलग संरचनाओं के शोधकर्ताओं ने कई त्रि-आयामी डीएनए परिसरों को संश्लेषित किया है जिनमें से प्रत्येक में एक पॉलीहेड्रॉन की कनेक्टिविटी होती है, जैसे कि एक घन या ऑक्टाहेड्रॉन, जिसका अर्थ है कि डीएनए डुप्लेक्स प्रत्येक शीर्ष पर एक डीएनए जंक्शन के साथ एक पॉलीहेड्रॉन के किनारों का पता लगाते हैं। डी. एन. ए. पॉलीहेड्रा के शुरुआती प्रदर्शन बहुत काम-गहन थे, जिसमें कैटेनेटेड पॉलीहेड्रा बनाने के लिए कई बंधनों और ठोस-चरण संश्लेषण चरणों की आवश्यकता होती थी। बाद के काम से पॉलीहेड्रा प्राप्त हुआ जिसका संश्लेषण बहुत आसान था। इनमें एक लंबे एकल स्ट्रैंड से बना एक डी. एन. ए. ऑक्टाहेड्रॉन शामिल है जिसे सही संरचना में मोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और एक टेट्राहेड्रॉन जिसे एक चरण में चार डी. एन. ए. स्ट्रैंड से बनाया जा सकता है, इस लेख के शीर्ष पर चित्रित किया गया है। मनमाने ढंग से, गैर-नियमित आकारों की नैनो संरचनाएं आमतौर पर डी. एन. ए. ओरिगामी विधि का उपयोग करके बनाई जाती हैं। इन संरचनाओं में एक "मचान" के रूप में एक लंबा, प्राकृतिक वायरस स्ट्रैंड होता है, जिसे कम्प्यूटेशनल रूप से डिज़ाइन किए गए छोटे "स्टेपल" स्ट्रैंड द्वारा वांछित आकार में मोड़ने के लिए बनाया जाता है। इस विधि में डिजाइन करने में आसान होने के फायदे हैं, क्योंकि आधार अनुक्रम मचान स्ट्रैंड अनुक्रम द्वारा पूर्व निर्धारित किया जाता है, और उच्च स्ट्रैंड शुद्धता और सटीक स्टोइकिओमेट्री की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि अधिकांश अन्य डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी विधियाँ करती हैं। डी. एन. ए. ओरिगामी को पहली बार दो आयामी आकृतियों के लिए प्रदर्शित किया गया था, जैसे कि एक स्माइली चेहरा, पश्चिमी गोलार्ध का एक मोटा नक्शा और मोना लिसा पेंटिंग। ठोस त्रि-आयामी संरचनाओं को एक मधुकोश पैटर्न में व्यवस्थित समानांतर डीएनए हेलिक्स का उपयोग करके बनाया जा सकता है, और दो-आयामी चेहरों वाली संरचनाओं को एक कार्डबोर्ड बॉक्स के समान एक खोखले समग्र त्रि-आयामी आकार में मोड़ने के लिए बनाया जा सकता है। इन्हें एक उत्तेजना के जवाब में एक आणविक माल को खोलने और प्रकट करने या छोड़ने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है, जिससे वे प्रोग्राम करने योग्य आणविक पिंजरों के रूप में संभावित रूप से उपयोगी हो सकते हैं। टेम्पलेटेड असेंबली न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं को न्यूक्लिक एसिड के अलावा अन्य अणुओं को शामिल करने के लिए बनाया जा सकता है, जिन्हें कभी-कभी हेटेरोलेमेंट्स कहा जाता है, जिसमें प्रोटीन, धातु नैनोपार्टिकल्स, क्वांटम डॉट्स, एमाइन और फुलरीन शामिल हैं। यह अकेले न्यूक्लिक एसिड के साथ संभव की तुलना में बहुत अधिक कार्यक्षमताओं के साथ सामग्री और उपकरणों के निर्माण की अनुमति देता है। लक्ष्य न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं के स्व-संयोजन का उपयोग उन पर होस्ट किए गए नैनोकणों की संयोजन को टेम्पलेट करने के लिए, उनकी स्थिति को नियंत्रित करने और कुछ मामलों में अभिविन्यास का उपयोग करना है। इनमें से कई योजनाएं एक सहसंयोजक संलग्नक योजना का उपयोग करती हैं, जिसमें विषम तत्वों को बांधने के लिए रासायनिक हैंडल के रूप में एमाइड या थियोल कार्यात्मक समूहों के साथ ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स का उपयोग किया जाता है। इस सहसंयोजक बंधन योजना का उपयोग डीएक्स-आधारित सरणी पर सोने के नैनोकणों को व्यवस्थित करने और डीएक्स सरणी पर विशिष्ट पैटर्न में स्ट्रेप्टाविडिन प्रोटीन अणुओं को व्यवस्थित करने के लिए किया गया है। डीएक्स सरणी पर डर्वन पॉलीमाइड का उपयोग करके एक गैर-सहसंयोजक होस्टिंग योजना का उपयोग डीएक्स सरणी पर एक विशिष्ट पैटर्न में स्ट्रेप्टाविडिन प्रोटीन को व्यवस्थित करने के लिए किया गया था। कार्बन नैनोट्यूब को डी. एन. ए. सरणी पर एक पैटर्न में होस्ट किया गया है जो असेंबली को एक आणविक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, एक कार्बन नैनोट्यूब फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, न्यूक्लिक एसिड धातुकरण विधियाँ हैं, जिनमें न्यूक्लिक एसिड को एक धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो मूल न्यूक्लिक एसिड संरचना के सामान्य आकार को मानता है, और लिथोग्राफी मास्क के रूप में न्यूक्लिक एसिड नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग करने के लिए योजनाएं हैं, जो उनके पैटर्न को एक ठोस सतह में स्थानांतरित करती हैं। डायनेमिक डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी डायनेमिक डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी न्यूक्लीक एसिड सिस्टम बनाने पर ध्यान केंद्रित करती है जिसमें उनकी समग्र संरचनाओं से संबंधित डिज़ाइन की गई गतिशील कार्यात्मकताएं होती हैं, जैसे कि गणना और यांत्रिक गति। संरचनात्मक और गतिशील डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी के बीच कुछ ओवरलैप है, क्योंकि संरचनाओं को एनीलिंग के माध्यम से बनाया जा सकता है और फिर गतिशील रूप से फिर से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, या पहली जगह में गतिशील रूप से बनाया जा सकता है। नैनोमैकेनिकल उपकरण डीएनए कॉम्प्लेक्स बनाए गए हैं जो कुछ उत्तेजनाओं पर अपनी संरचना को बदलते हैं, जिससे वे नैनोरोबोटिक्स का एक रूप बन जाते हैं। ये संरचनाएं शुरू में संरचनात्मक डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी में बनाई गई स्थिर संरचनाओं के समान बनाई जाती हैं, लेकिन इन्हें इस तरह से डिज़ाइन किया गया है ताकि प्रारंभिक संयोजन के बाद गतिशील पुनर्गठन संभव हो। सबसे पहले इस तरह के उपकरण ने बी-डी. एन. ए. और जेड-डी. एन. ए. रूपों के बीच संक्रमण का उपयोग एक घुमावदार गति से गुजरकर बफर स्थितियों में परिवर्तन का जवाब देने के लिए किया। बफर स्थितियों पर इस निर्भरता के कारण सभी उपकरणों की स्थिति एक ही समय में बदल गई। बाद की प्रणालियाँ नियंत्रण तारों की उपस्थिति के आधार पर अवस्थाओं को बदल सकती हैं, जिससे कई उपकरणों को समाधान में स्वतंत्र रूप से संचालित किया जा सकता है। इस तरह की प्रणालियों के कुछ उदाहरण हैं एक "आणविक चिमटी" डिजाइन जिसमें एक खुली और एक बंद स्थिति होती है, एक उपकरण जो एक पैरानेमिक-क्रॉसओवर (पी. एक्स.) संरचना से एक (जे. एक्स. 2) संरचना में बदल सकता है जिसमें डी. एन. ए. रीढ़ की हड्डी के दो गैर-संयुग्मन संयोजन होते हैं, जो प्रक्रिया में घूर्णन गति से गुजरते हैं, और एक द्वि-आयामी सरणी जो नियंत्रित तारों के जवाब में गतिशील रूप से विस्तार और संकुचन कर सकती है। संरचनाएँ भी बनाई गई हैं जो गतिशील रूप से खुली या बंद होती हैं, जो संभावित रूप से एक आणविक पिंजरे के रूप में कार्य करती हैं ताकि खोलने पर एक कार्यात्मक माल को छोड़ा या प्रकट किया जा सके। एक अन्य उदाहरण में, एक डी. एन. ए. ओरिगामी नैनोस्ट्रक्चर को टी7 आर. एन. ए. पोलीमरेज़ के साथ जोड़ा गया था और इस प्रकार इसे एक रासायनिक ऊर्जा-संचालित मोटर के रूप में संचालित किया जा सकता है जिसे एक निष्क्रिय अनुयायी के साथ जोड़ा जा सकता है, जिसे यह फिर चलाता है। डी. एन. ए. वॉकर न्यूक्लिक एसिड नैनो मशीनों का एक वर्ग है जो एक रैखिक पथ के साथ दिशात्मक गति प्रदर्शित करता है। बहुत सी योजनाओं का प्रदर्शन किया गया है। एक रणनीति नियंत्रण स्ट्रैंड का उपयोग करके ट्रैक के साथ वॉकर की गति को नियंत्रित करना है जिसे मैन्युअल रूप से अनुक्रम में जोड़ा जाना चाहिए। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ विकिरण द्वारा डी. एन. ए. वॉकर के अलग-अलग चरणों को नियंत्रित करना भी संभव है। एक अन्य तरीका यह है कि प्रतिबंध एंजाइम या डीऑक्सीराइबोजाइम का उपयोग तारों को तोड़ने और वॉकर को आगे बढ़ने के लिए किया जाए, जिसमें स्वायत्त रूप से दौड़ने का लाभ है। एक बाद की प्रणाली एक रैखिक मार्ग के बजाय दो-आयामी सतह पर चल सकती है, और आणविक माल को चुनिंदा रूप से उठाने और स्थानांतरित करने की क्षमता का प्रदर्शन करती है। 2018 में, एक कैटेनेटेड डीएनए जो एक संलग्न टी7 आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा रोलिंग सर्कल ट्रांसक्रिप्शन का उपयोग करता है, को उत्पन्न आरएनए स्ट्रैंड द्वारा निर्देशित डीएनए-पथ के साथ चलते हुए दिखाया गया था। इसके अतिरिक्त, एक रैखिक वॉकर का प्रदर्शन किया गया है जो डीएनए-टेम्पलेटेड संश्लेषण करता है क्योंकि वॉकर ट्रैक के साथ आगे बढ़ता है, जिससे वॉकर द्वारा निर्देशित स्वायत्त बहु-चरणीय रासायनिक संश्लेषण की अनुमति मिलती है। सिंथेटिक डी. एन. ए. वॉकर का कार्य प्रोटीन डाइनिन और काइनेसिन के समान होता है। स्ट्रैंड विस्थापन कैस्केड स्ट्रैंड विस्थापन प्रतिक्रियाओं के कैस्केड का उपयोग कम्प्यूटेशनल या संरचनात्मक उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। एक व्यक्तिगत स्ट्रैंड विस्थापन प्रतिक्रिया में कुछ इनिशिएटर स्ट्रैंड की उपस्थिति के जवाब में एक नए अनुक्रम का खुलासा करना शामिल है। ऐसी कई प्रतिक्रियाओं को एक कैस्केड में जोड़ा जा सकता है जहां एक प्रतिक्रिया का नया प्रकट आउटपुट अनुक्रम कहीं और दूसरी स्ट्रैंड विस्थापन प्रतिक्रिया शुरू कर सकता है। यह बदले में कई घटकों के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया नेटवर्क के निर्माण की अनुमति देता है, जो जटिल कम्प्यूटेशनल और सूचना प्रसंस्करण क्षमताओं को प्रदर्शित करता है। इन झरनों को नए आधार जोड़े के गठन और पृथक्करण प्रतिक्रियाओं से एन्ट्रापी लाभ के माध्यम से ऊर्जावान रूप से अनुकूल बनाया जाता है। स्ट्रैंड विस्थापन कैस्केड असेंबली या कम्प्यूटेशनल प्रक्रिया के सम-तापीय संचालन की अनुमति देते हैं, एक थर्मल एनीलिंग चरण के लिए पारंपरिक न्यूक्लिक एसिड असेंबली की आवश्यकता के विपरीत, जहां तापमान उठाया जाता है और फिर वांछित संरचना के उचित गठन को सुनिश्चित करने के लिए धीरे-धीरे कम किया जाता है। वे आरंभकर्ता प्रजातियों के उत्प्रेरक कार्य का भी समर्थन कर सकते हैं, जहां आरंभकर्ता के एक से कम समकक्ष प्रतिक्रिया को पूरा करने का कारण बन सकते हैं। स्ट्रैंड विस्थापन परिसरों का उपयोग जटिल गणना में सक्षम आणविक तर्क द्वार बनाने के लिए किया जा सकता है। पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों के विपरीत, जो इनपुट और आउटपुट के रूप में विद्युत प्रवाह का उपयोग करते हैं, आणविक कंप्यूटर संकेतों के रूप में विशिष्ट रासायनिक प्रजातियों की सांद्रता का उपयोग करते हैं। न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड विस्थापन परिपथ के मामले में, संकेत न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड की उपस्थिति है जो विस्थापन परिसरों में अन्य स्ट्रैंडों को बांधने और बांधने की घटनाओं द्वारा जारी या उपभोग किया जाता है। इस दृष्टिकोण का उपयोग लॉजिक गेट बनाने के लिए किया गया है जैसे कि AND, OR, और नॉट गेट। हाल ही में, एक चार-बिट सर्किट का प्रदर्शन किया गया था जो 130 डीएनए स्ट्रैंड वाले गेटों की एक प्रणाली का उपयोग करके पूर्णांक 0-15 के वर्गमूल की गणना कर सकता है। स्ट्रैंड विस्थापन कैस्केड का एक अन्य उपयोग गतिशील रूप से इकट्ठी संरचनाओं को बनाना है। ये अभिकारकों के लिए एक हेयरपिन संरचना का उपयोग करते हैं, ताकि जब इनपुट स्ट्रैंड बांधता है, तो नया प्रकट अनुक्रम अलग होने के बजाय उसी अणु पर होता है। यह एक बढ़ते हुए परिसर में नए खुले हेयरपिन को जोड़ने की अनुमति देता है। इस दृष्टिकोण का उपयोग तीन-और चार-भुजा जंक्शन और डेंड्रिमर जैसी सरल संरचनाओं को बनाने के लिए किया गया है। डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी नैनोस्केल विशेषताओं पर सटीक नियंत्रण के साथ डिज़ाइन की गई, जटिल संरचनाओं को बनाने के कुछ तरीकों में से एक प्रदान करती है। इस क्षेत्र में संरचनात्मक जीव विज्ञान और जैवभौतिकी में बुनियादी विज्ञान समस्याओं को हल करने के लिए अनुप्रयोग दिखाई देने लगे हैं। क्षेत्र के लिए परिकल्पित इस तरह का सबसे पहला अनुप्रयोग, और एक अभी भी विकास में है, क्रिस्टलोग्राफी में है, जहां अणु जिन्हें अलगाव में क्रिस्टलीकृत करना मुश्किल है, उन्हें त्रि-आयामी न्यूक्लिक एसिड जाली के भीतर व्यवस्थित किया जा सकता है, जिससे उनकी संरचना का निर्धारण किया जा सकता है। एक अन्य अनुप्रयोग प्रोटीन एन. एम. आर. स्पेक्ट्रोस्कोपी में अवशिष्ट द्विध्रुवीय युग्मन प्रयोगों में तरल क्रिस्टल को बदलने के लिए डी. एन. ए. ओरिगामी छड़ का उपयोग है; डी. एन. ए. ओरिगामी का उपयोग करना फायदेमंद है क्योंकि, तरल क्रिस्टल के विपरीत, वे घोल में झिल्ली प्रोटीन को निलंबित करने के लिए आवश्यक डिटर्जेंट के प्रति सहिष्णु हैं। डी. एन. ए. वॉकर का उपयोग नैनोकणों को स्थानांतरित करने और सीधे रासायनिक संश्लेषण के लिए नैनोस्केल असेंबली लाइनों के रूप में किया गया है। इसके अलावा, डी. एन. ए. ओरिगामी संरचनाओं ने एंजाइम कार्य और प्रोटीन तह के जैवभौतिकीय अध्ययन में सहायता की है। डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी संभावित वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों की ओर बढ़ रही है। अन्य अणुओं को व्यवस्थित करने के लिए न्यूक्लिक एसिड सरणियों की क्षमता आणविक पैमाने के इलेक्ट्रॉनिक्स में इसके संभावित अनुप्रयोगों को इंगित करती है। एक न्यूक्लिक एसिड संरचना की असेंबली का उपयोग आणविक तारों जैसे आणविक इलेक्ट्रॉनिक तत्वों की असेंबली को टेम्पलेट करने के लिए किया जा सकता है, जो एक आणविक ब्रेडबोर्ड के अनुरूप उपकरण के स्थान और समग्र वास्तुकला के नैनोमीटर-पैमाने पर नियंत्रण के लिए एक विधि प्रदान करता है। डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलोजी की तुलना प्रोग्राम करने योग्य पदार्थ की अवधारणा से की गई है क्योंकि गणना को इसके भौतिक गुणों के साथ जोड़ा गया है। आरहस विश्वविद्यालय में आईएनएएनओ और सीडीएनए केंद्रों के वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा किए गए एक अध्ययन में, शोधकर्ता एक छोटे से मल्टी-स्विचेबल 3डी डीएनए बॉक्स ओरिगामी का निर्माण करने में सक्षम थे। प्रस्तावित नैनोपार्टिकल की विशेषता परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (ए. एफ. एम.), संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (टी. ई. एम.) और फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (एफ. आर. ई. टी.) थी। निर्मित डिब्बे में एक अद्वितीय पुनः समापन तंत्र दिखाया गया था, जिसने इसे डी. एन. ए. या आर. एन. ए. कुंजी के एक अद्वितीय सेट के जवाब में बार-बार खोलने और बंद करने में सक्षम बनाया। लेखकों ने प्रस्ताव दिया कि "इस डीएनए उपकरण का उपयोग संभावित रूप से एकल अणुओं के कार्य को नियंत्रित करने, नियंत्रित दवा वितरण और आणविक कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जा सकता है।" नैनोमेडिसिन में डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी के लिए संभावित अनुप्रयोग हैं, जो लक्षित दवा वितरण के साथ-साथ नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए "स्मार्ट दवा" बनाने के लिए एक जैव-संगत प्रारूप में गणना करने की इसकी क्षमता का उपयोग करते हैं। ऐसी ही एक प्रणाली की जांच की जा रही है जिसमें प्रोटीन युक्त एक खोखले डीएनए बॉक्स का उपयोग किया जाता है जो एपोप्टोसिस या कोशिका मृत्यु को प्रेरित करता है, जो केवल कैंसर कोशिका के निकट होने पर ही खुलेगा। इंजीनियर जीवित जीवाणु कोशिकाओं में इन कृत्रिम संरचनाओं को व्यक्त करने में भी रुचि रही है, सबसे अधिक संभावना है कि असेंबली के लिए प्रतिलेखित आर. एन. ए. का उपयोग किया जाता है, हालांकि यह अज्ञात है कि ये जटिल संरचनाएं कोशिका के कोशिका द्रव्य में कुशलता से मोड़ने या इकट्ठा करने में सक्षम हैं या नहीं। यदि सफल होता है, तो यह न्यूक्लिक एसिड नैनोस्ट्रक्चर के निर्देशित विकास को सक्षम कर सकता है। ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने एक पिंजरे में सिंथेटिक डीएनए के चार छोटे तारों के स्व-संयोजन की सूचना दी जो कोशिकाओं में प्रवेश कर सकते हैं और कम से कम 48 घंटे तक जीवित रह सकते हैं। दो दिनों के बाद सेलुलर एंजाइमों के हमले के बावजूद प्रयोगशाला में संवर्धित मानव गुर्दे की कोशिकाओं में फ्लोरोसेंट लेबल वाला डीएनए टेट्राहेड्रा बरकरार पाया गया। इस प्रयोग ने डीएनए 'पिंजरे' का उपयोग करके जीवित कोशिकाओं के अंदर दवा वितरण की क्षमता को दिखाया। एम. आई. टी. में शोधकर्ताओं की एक टीम ने बताया कि एक माउस मॉडल में आर. एन. ए. हस्तक्षेप (आर. एन. ए. आई.) देने के लिए डी. एन. ए. टेट्राहेड्रॉन का उपयोग किया गया था। उपचार के लिए हस्तक्षेप करने वाले आर. एन. ए. की डिलीवरी ने बहुलक या लिपिड का उपयोग करके कुछ सफलता दिखाई है, लेकिन रक्त प्रवाह में कम शेल्फ जीवन के अलावा सुरक्षा और अस्पष्ट लक्ष्यीकरण की सीमाएं हैं। टीम द्वारा बनाई गई डी. एन. ए. नैनोस्ट्रक्चर में एक टेट्राहेड्रॉन बनाने के लिए डी. एन. ए. के छह स्ट्रैंड होते हैं, जिसमें आर. एन. ए. का एक स्ट्रैंड छह किनारों में से प्रत्येक पर चिपकाया जाता है। टेट्राहेड्रन आगे लक्षित प्रोटीन, तीन फोलेट अणुओं से सुसज्जित है, जो डी. एन. ए. नैनोपार्टिकल्स को कुछ ट्यूमर पर पाए जाने वाले प्रचुर मात्रा में फोलेट रिसेप्टर्स तक ले जाते हैं। परिणाम से पता चला कि आर. एन. ए. आई., ल्यूसिफ़ेरेज़ द्वारा लक्षित जीन अभिव्यक्ति में आधे से अधिक की गिरावट आई। यह अध्ययन उभरते आर. एन. ए. हस्तक्षेप प्रौद्योगिकी का उपयोग करके उपचार देने के लिए एक प्रभावी उपकरण के रूप में डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के वादे को दर्शाता है। डी. एन. ए. टेट्राहेड्रॉन का उपयोग घटना मल्टीड्रग प्रतिरोध को दूर करने के प्रयास में भी किया गया था। डॉक्सोरूबिसिन (डी. ओ. एक्स.) को टेट्राहेड्रॉन के साथ संयुग्मित किया गया था और इसे एम. सी. एफ.-7 स्तन कैंसर कोशिकाओं में लोड किया गया था जिसमें पी-ग्लाइकोप्रोटीन दवा प्रवाह पंप था। प्रयोग के परिणामों से पता चला कि डी. ओ. एक्स. को बाहर नहीं निकाला जा रहा था और कैंसर कोशिकाओं का एपोप्टोसिस प्राप्त किया गया था। डी. ओ. एक्स. के बिना टेट्राहेड्रॉन को इसकी जैव-संगतता का परीक्षण करने के लिए कोशिकाओं में लोड किया गया था, और संरचना ने कोई साइटोटॉक्सिसिटी नहीं दिखाई। डीएनए टेट्राहेड्रॉन का उपयोग उपकोशिकीय अभिव्यक्ति और नैदानिक उद्देश्यों के लिए कोशिकाओं में प्रोटीन के वितरण के लिए बारकोड के रूप में भी किया जाता था। टेट्राहेड्रल-नैनोस्ट्रक्चर्ड ने उच्च लेबलिंग दक्षता और स्थिरता के कारण उन्नत संकेत दिखाया। नैनोमेडिसिन में डी. एन. ए. नैनोटेक्नोलॉजी के लिए अनुप्रयोग भी डिज़ाइन किए गए डी. एन. ए. नैनोस्ट्रक्चर के साथ प्राकृतिक रूप से होने वाले झिल्ली प्रोटीन की संरचना और कार्य की नकल करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। 2012 में, लैंगकर और अन्य। एक छिद्र-आकार की डी. एन. ए. ओरिगामी संरचना पेश की गई जो हाइड्रोफोबिक कोलेस्ट्रॉल संशोधनों के माध्यम से लिपिड झिल्ली में स्वयं प्रवेश कर सकती है और झिल्ली में आयनिक धाराओं को प्रेरित कर सकती है। सिंथेटिक डी. एन. ए. आयन चैनल के इस पहले प्रदर्शन के बाद एकल डी. एन. ए. डुप्लेक्स से लेकर छोटी टाइल-आधारित संरचनाओं और बड़े डी. एन. ए. ओरिगामी ट्रांसमेम्ब्रेन पोरिन तक विभिन्न प्रकार के छिद्र-प्रेरक डिजाइन किए गए। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले प्रोटीन आयन चैनलों के समान, सिंथेटिक डीएनए-निर्मित समकक्षों का यह समूह इस प्रकार चालकता में परिमाण के कई क्रमों में फैला हुआ है। झिल्ली-डालने वाले एकल डी. एन. ए. डुप्लेक्स के अध्ययन से पता चला है कि डी. एन. ए.-लिपिड इंटरफेस पर भी धारा प्रवाहित होनी चाहिए क्योंकि डिजाइन में कोई केंद्रीय चैनल लुमेन मौजूद नहीं है जो आयनों को लिपिड द्विस्तरीय के पार जाने देता है। यह इंगित करता है कि डी. एन. ए.-प्रेरित लिपिड छिद्र में बेलनाकार के बजाय एक टोरोइडल आकार होता है, क्योंकि लिपिड हेडग्रुप डी. एन. ए. के झिल्ली-अंतःस्थापित भाग की ओर पुनः उन्मुख होते हैं। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय और अर्बाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने तब प्रदर्शित किया कि इस तरह के डीएनए-प्रेरित टोरॉइडल छिद्र लिपिड द्विस्तरीय पत्रक के बीच तेजी से लिपिड फ़्लिप-फ़्लॉप की सुविधा प्रदान कर सकते हैं। इस प्रभाव का उपयोग करते हुए, उन्होंने एक सिंथेटिक डीएनए-निर्मित एंजाइम तैयार किया जो जैविक झिल्ली में लिपिड को प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले प्रोटीन स्क्रैम्ब्लेस की तुलना में तेजी से फ़्लिप करता है। यह विकास व्यक्तिगत दवाओं और चिकित्सीय के लिए सिंथेटिक डीएनए नैनोस्ट्रक्चर की क्षमता पर प्रकाश डालता है। डिजाइन डीएनए नैनोस्ट्रक्चर को तर्कसंगत रूप से डिज़ाइन किया जाना चाहिए ताकि अलग-अलग न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड वांछित संरचनाओं में इकट्ठा हो सकें। यह प्रक्रिया आमतौर पर वांछित लक्ष्य संरचना या कार्य के विनिर्देश के साथ शुरू होती है। फिर, लक्ष्य परिसर की समग्र माध्यमिक संरचना निर्धारित की जाती है, जो संरचना के भीतर न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड की व्यवस्था को निर्दिष्ट करती है, और उन स्ट्रैंडों के कौन से हिस्से एक दूसरे से बंधे होने चाहिए। अंतिम चरण प्राथमिक संरचना डिजाइन है, जो प्रत्येक न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड के वास्तविक आधार अनुक्रमों का विनिर्देश है। एक न्यूक्लिक एसिड नैनोस्ट्रक्चर को डिजाइन करने में पहला कदम यह तय करना है कि किसी दी गई संरचना को न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड की एक विशिष्ट व्यवस्था द्वारा कैसे दर्शाया जाना चाहिए। यह डिजाइन चरण माध्यमिक संरचना, या आधार जोड़े की स्थिति को निर्धारित करता है जो वांछित आकार में अलग-अलग तारों को एक साथ रखते हैं। कई तरीकों का प्रदर्शन किया गया हैः टाइल-आधारित संरचनाएँ। यह दृष्टिकोण लक्ष्य संरचना को प्रत्येक इकाई में निहित तारों के बीच मजबूत बंधन और इकाइयों के बीच कमजोर अंतःक्रिया के साथ छोटी इकाइयों में तोड़ता है। इसका उपयोग अक्सर आवधिक जाली बनाने के लिए किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग एल्गोरिदमिक सेल्फ-असेंबली को लागू करने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे वे डीएनए कंप्यूटिंग के लिए एक मंच बन जाते हैं। यह 1990 के दशक के मध्य से 2000 के दशक के मध्य तक उपयोग की जाने वाली प्रमुख डिजाइन रणनीति थी, जब डीएनए ओरिगामी पद्धति विकसित की गई थी। तह संरचनाएँ। टाइल-आधारित दृष्टिकोण का एक विकल्प, फोल्डिंग दृष्टिकोण नैनोस्ट्रक्चर को एक लंबे स्ट्रैंड से बनाता है, जिसमें या तो एक डिज़ाइन किया गया अनुक्रम हो सकता है जो अपने साथ अपनी बातचीत के कारण फोल्ड हो जाता है, या इसे छोटे, "स्टेपल" स्ट्रैंड का उपयोग करके वांछित आकार में फोल्ड किया जा सकता है। इस बाद की विधि को डी. एन. ए. ओरिगामी कहा जाता है, जो नैनोस्केल दो-और त्रि-आयामी आकार बनाने की अनुमति देता है (ऊपर डिस्क्रीट संरचनाएँ देखें)। गतिशील असेंबली। यह दृष्टिकोण सीधे डी. एन. ए. स्व-संयोजन के कैनेटीक्स को नियंत्रित करता है, जो अंतिम उत्पाद के अलावा प्रतिक्रिया तंत्र में सभी मध्यवर्ती चरणों को निर्दिष्ट करता है। यह प्रारंभिक सामग्री का उपयोग करके किया जाता है जो एक हेयरपिन संरचना को अपनाते हैं; ये फिर एक विशिष्ट क्रम में एक कैस्केड प्रतिक्रिया में अंतिम संरचना में इकट्ठा होते हैं (नीचे स्ट्रैंड विस्थापन कैस्केड देखें)। इस दृष्टिकोण का एक स्थिर तापमान पर सम-तापीय रूप से आगे बढ़ने का लाभ है। यह ऊष्मागतिकीय दृष्टिकोणों के विपरीत है, जिसके लिए एक तापीय एनीलिंग चरण की आवश्यकता होती है जहां संयोजन को सक्रिय करने और वांछित संरचना के उचित गठन के पक्ष में तापमान परिवर्तन की आवश्यकता होती है। अनुक्रम अभिकल्पना लक्ष्य परिसर की द्वितीयक संरचना को अभिकल्पित करने के लिए उपरोक्त किसी भी दृष्टिकोण का उपयोग करने के बाद, वांछित संरचना में बनने वाले न्यूक्लियोटाइड्स का एक वास्तविक अनुक्रम तैयार किया जाना चाहिए। न्यूक्लिक एसिड डिजाइन एक संरचना के प्रत्येक घटक स्ट्रैंड को एक विशिष्ट न्यूक्लिक एसिड बेस अनुक्रम निर्धारित करने की प्रक्रिया है ताकि वे एक वांछित संरचना में जुड़ सकें। अधिकांश विधियों में अनुक्रमों को डिजाइन करने का लक्ष्य होता है ताकि लक्ष्य संरचना में सबसे कम ऊर्जा हो, और इस प्रकार यह ऊष्मागतिकी रूप से सबसे अधिक अनुकूल हो, जबकि गलत तरीके से इकट्ठी की गई संरचनाओं में उच्च ऊर्जा हो और इस प्रकार वे नापसंद हों। यह या तो सरल, तेज शोध विधियों के माध्यम से किया जाता है जैसे कि अनुक्रम समरूपता न्यूनतमकरण, या एक पूर्ण निकटतम-पड़ोसी थर्मोडायनामिक मॉडल का उपयोग करके, जो अधिक सटीक लेकिन धीमा और अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से गहन है। ज्यामितीय मॉडल का उपयोग नैनो संरचनाओं की तृतीयक संरचना की जांच करने और यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि परिसर अत्यधिक तनावग्रस्त न हों। न्यूक्लिक एसिड डिजाइन के लक्ष्य प्रोटीन डिजाइन के समान हैं। दोनों में, मोनोमर्स के अनुक्रम को वांछित लक्ष्य संरचना के पक्ष में और अन्य संरचनाओं को नापसंद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। न्यूक्लिक एसिड डिजाइन में प्रोटीन डिजाइन की तुलना में कम्प्यूटेशनल रूप से बहुत आसान होने का लाभ है, क्योंकि सरल आधार युग्मन नियम संरचना की ऊर्जावान अनुकूलता की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त हैं, और संरचना के समग्र त्रि-आयामी तह के बारे में विस्तृत जानकारी की आवश्यकता नहीं है। यह सरल शोध विधियों के उपयोग की अनुमति देता है जो प्रयोगात्मक रूप से मजबूत डिजाइन प्रदान करते हैं। न्यूक्लिक एसिड संरचनाएँ अपने कार्य में प्रोटीन की तुलना में कम बहुमुखी होती हैं क्योंकि प्रोटीन की जटिल संरचनाओं में मोड़ने की क्षमता में वृद्धि होती है, और बीस प्रोटीनोजेनिक एमिनो एसिड की तुलना में चार न्यूक्लियोटाइड्स की सीमित रासायनिक विविधता होती है। सामग्री और विधियाँ एक लक्ष्य संरचना बनाने वाले डी. एन. ए. तारों के अनुक्रमों को आणविक मॉडलिंग और थर्मोडायनामिक मॉडलिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके कम्प्यूटेशनल रूप से डिज़ाइन किया जाता है। न्यूक्लिक एसिड को फिर मानक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड संश्लेषण विधियों का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है, जो आमतौर पर एक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड सिंथेसाइज़र में स्वचालित होते हैं, और कस्टम अनुक्रमों के तार व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होते हैं। यदि आवश्यक हो तो जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस को विकृत करके स्ट्रैंड्स को शुद्ध किया जा सकता है, और पराबैंगनी अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके कई न्यूक्लिक एसिड मात्रात्मक विधियों में से किसी के माध्यम से सटीक सांद्रता निर्धारित की जा सकती है। पूरी तरह से गठित लक्ष्य संरचनाओं को देशी जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके सत्यापित किया जा सकता है, जो न्यूक्लिक एसिड परिसरों के लिए आकार और आकार की जानकारी देता है। एक इलेक्ट्रोफोरेटिक मोबिलिटी शिफ्ट परख यह आकलन कर सकती है कि क्या एक संरचना में सभी वांछित स्ट्रैंड शामिल हैं। फ्लोरोसेंट लेबलिंग और फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (एफ. आर. ई. टी.) का उपयोग कभी-कभी परिसरों की संरचना को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं को सीधे परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी द्वारा चित्रित किया जा सकता है, जो विस्तारित द्वि-आयामी संरचनाओं के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है, लेकिन सूक्ष्मदर्शी की नोक की नाजुक न्यूक्लिक एसिड संरचना के साथ बातचीत के कारण असतत त्रि-आयामी संरचनाओं के लिए कम उपयोगी है; संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और क्रायो-इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग अक्सर इस मामले में किया जाता है। विस्तारित त्रि-आयामी जाली का विश्लेषण एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा किया जाता है। डी. एन. ए. नैनो प्रौद्योगिकी की वैचारिक नींव पहली बार 1980 के दशक की शुरुआत में नाड्रियन सीमन द्वारा रखी गई थी। सीमन की मूल प्रेरणा अन्य बड़े अणुओं को उन्मुख करने के लिए एक त्रि-आयामी डीएनए जाली बनाना था, जो शुद्ध क्रिस्टल प्राप्त करने की कठिन प्रक्रिया को समाप्त करके उनके क्रिस्टलोग्राफिक अध्ययन को सरल बनाएगा। यह विचार कथित तौर पर 1980 के अंत में उनके पास आया था, जब उन्हें एम. सी. एस्चर द्वारा लकड़ी की गहराई और डी. एन. ए. छह-भुजा जंक्शनों की एक श्रृंखला के बीच समानता का एहसास हुआ था। उस समय कई प्राकृतिक शाखाओं वाली डी. एन. ए. संरचनाएँ ज्ञात थीं, जिनमें डी. एन. ए. प्रतिकृति कांटा और गतिशील होलीडे जंक्शन शामिल थे, लेकिन सीमन की अंतर्दृष्टि यह थी कि स्थिर न्यूक्लिक एसिड जंक्शनों को एकत्रित अणु में समरूपता को हटाने के लिए स्ट्रैंड अनुक्रमों को ठीक से डिजाइन करके बनाया जा सकता है, और इन स्थिर जंक्शनों को सिद्धांत रूप में कठोर क्रिस्टलीय जाली में जोड़ा जा सकता है। इस योजना का प्रस्ताव करने वाला पहला सैद्धांतिक पत्र 1982 में प्रकाशित हुआ था, और एक स्थिर डीएनए जंक्शन का पहला प्रयोगात्मक प्रदर्शन अगले वर्ष प्रकाशित किया गया था। 1991 में, सीमन की प्रयोगशाला ने डी. एन. ए. से बने घन के संश्लेषण पर एक रिपोर्ट प्रकाशित की, जो पहली सिंथेटिक त्रि-आयामी न्यूक्लिक एसिड नैनोस्ट्रक्चर थी, जिसके लिए उन्हें नैनोटेक्नोलॉजी में 1995 का फेनमैन पुरस्कार मिला था। इसके बाद एक डीएनए कटा हुआ ऑक्टाहेड्रॉन आया। यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि ये संरचनाएँ, अपने शीर्षों के रूप में लचीले जंक्शनों के साथ बहुभुज आकृतियाँ, विस्तारित त्रि-आयामी जाली बनाने के लिए पर्याप्त कठोर नहीं थीं। सीमन ने अधिक कठोर डबल-क्रॉसओवर (डीएक्स) संरचनात्मक रूपांकन विकसित किया, और 1998 में, एरिक विनफ्री के सहयोग से, डीएक्स टाइलों के द्वि-आयामी जाली के निर्माण को प्रकाशित किया। इन टाइल-आधारित संरचनाओं का लाभ यह था कि उन्होंने डी. एन. ए. कंप्यूटिंग को लागू करने की क्षमता प्रदान की, जिसे विनफ्री और पॉल रोथेमंड ने अपने 2004 के पेपर में सियर्पिंस्की गैस्केट संरचना के एल्गोरिथमिक सेल्फ-असेंबली पर प्रदर्शित किया था, और जिसके लिए उन्होंने नैनोटेक्नोलॉजी में 2006 का फेनमैन पुरस्कार साझा किया था। विनफ्री की प्रमुख अंतर्दृष्टि यह थी कि डीएक्स टाइलों का उपयोग वांग टाइलों के रूप में किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि उनकी असेंबली गणना कर सकती है। त्रि-आयामी जाली का संश्लेषण अंततः सीमन द्वारा 2009 में प्रकाशित किया गया था, लगभग तीस साल बाद जब वह इसे प्राप्त करने के लिए निकले थे। पूरे 2000 के दशक में डिज़ाइन की गई डीएनए संरचनाओं के लिए नई क्षमताओं की खोज जारी रही। पहला डी. एन. ए. नैनो मशीन-एक रूपांकन जो एक इनपुट के जवाब में अपनी संरचना को बदल देता है-1999 में सीमन द्वारा प्रदर्शित किया गया था। एक बेहतर प्रणाली, जो पैर के अंगूठे-मध्यस्थ स्ट्रैंड विस्थापन का उपयोग करने वाला पहला न्यूक्लिक एसिड उपकरण था, अगले वर्ष बर्नार्ड यूर्के द्वारा प्रदर्शित किया गया था। अगली प्रगति इसे यांत्रिक गति में परिवर्तित करना था, और 2004 और 2005 में, सीमन, नाइल्स पियर्स, एंड्रयू टर्बरफील्ड और चेंगडे माओ के समूहों द्वारा कई डीएनए वॉकर प्रणालियों का प्रदर्शन किया गया था। नैनोपार्टिकल्स और प्रोटीन जैसे अन्य अणुओं की असेंबली को टेम्पलेट करने के लिए डी. एन. ए. सरणी का उपयोग करने का विचार, पहली बार 1987 में ब्रुशे रॉबिन्सन और सीमन द्वारा सुझाया गया था, जिसे 2002 में सीमन, कीहल एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया था। और बाद में कई अन्य समूहों द्वारा। 2006 में, रोथेमंड ने पहली बार मनमाने आकार की मुड़े हुए डीएनए संरचनाओं को आसानी से और मजबूत बनाने के लिए डीएनए ओरिगामी विधि का प्रदर्शन किया। रोथेमंड ने इस विधि की कल्पना सीमन के डीएक्स जाली के बीच वैचारिक रूप से मध्यवर्ती होने के रूप में की थी, जिसमें कई छोटे तारों का उपयोग किया गया था, और विलियम शिह के डीएनए ऑक्टाहेड्रॉन, जिसमें ज्यादातर एक बहुत लंबे तार शामिल थे। रोथेमंड के डीएनए ओरिगामी में एक लंबा स्ट्रैंड होता है जिसे मोड़ने में कई छोटे स्ट्रैंड द्वारा सहायता की जाती है। इस विधि ने पहले की तुलना में बहुत बड़ी संरचनाओं को बनाने की अनुमति दी, और जो डिजाइन और संश्लेषण के लिए कम तकनीकी रूप से मांग कर रहे हैं। डी. एन. ए. ओरिगामी 15 मार्च, 2006 को नेचर की कवर स्टोरी थी। दो-आयामी डी. एन. ए. ओरिगामी संरचनाओं का प्रदर्शन करने वाले रोथेमंड के शोध के बाद डगलस एट अल द्वारा ठोस त्रि-आयामी डी. एन. ए. ओरिगामी का प्रदर्शन किया गया। 2009 में, जबकि जॉर्गन केजेम्स और यान की प्रयोगशालाओं ने द्वि-आयामी चेहरों से बनी खोखली त्रि-आयामी संरचनाओं का प्रदर्शन किया। डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी को शुरू में संरचनाओं के निर्माण और गणना करने के लिए सामग्री के रूप में न्यूक्लिक एसिड के असामान्य गैर-जैविक उपयोग के कारण कुछ संदेह का सामना करना पड़ा, और सिद्धांत प्रयोगों के प्रमाण की प्रधानता जिसने क्षेत्र की क्षमताओं को बढ़ाया लेकिन वास्तविक अनुप्रयोगों से बहुत दूर थे। डी. एन. ए. क्यूब के संश्लेषण पर सीमन के 1991 के पेपर को पत्रिका साइंस द्वारा खारिज कर दिया गया था, जब एक समीक्षक ने इसकी मौलिकता की प्रशंसा की थी, जबकि दूसरे ने इसकी जैविक प्रासंगिकता की कमी के लिए इसकी आलोचना की थी। 2010 के दशक की शुरुआत तक माना जाता था कि इस क्षेत्र ने अपनी क्षमताओं को इस हद तक बढ़ा दिया था कि बुनियादी विज्ञान अनुसंधान के लिए अनुप्रयोगों को महसूस किया जाने लगा था, और चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोगों को संभव माना जाने लगा था। यह क्षेत्र 2001 में बहुत कम सक्रिय प्रयोगशालाओं से बढ़कर 2010 में कम से कम 60 हो गया था, जिससे प्रतिभा पूल में वृद्धि हुई और इस प्रकार उस दशक के दौरान इस क्षेत्र में वैज्ञानिक प्रगति की संख्या में वृद्धि हुई। इंटरनेशनल सोसाइटी फॉर नैनोस्केल साइंस, कम्प्यूटेशन एंड इंजीनियरिंग की न्यूक्लिक एसिड सिमुलेशन सॉफ्टवेयर की तुलना डीएनए नैनोबायोलॉजी के आणविक मॉडल संदर्भ आगे पढ़ने के लिए सामान्यः-इस क्षेत्र के संस्थापक द्वारा आम लोगों के लिए लिखा गया एक लेख-इस अवधि के परिणामों की समीक्षा 2001-2010-इस क्षेत्र में पुराने और नए दोनों परिणामों सहित एक अधिक व्यापक समीक्षा और-क्षेत्र के इतिहास और नए अनुप्रयोगों के विकास पर ध्यान केंद्रित करने वाला एक समाचार लेख-क्षेत्र विशिष्ट उपक्षेत्रों में एक बहुत ही हालिया और व्यापक समीक्षाः-न्यूक्लिक एसिड नैनोमैकेनिकल उपकरणों की समीक्षा-माध्यमिक संरचना डिजाइन के दृष्टिकोण से आने वाली एक समीक्षा-विशेष रूप से टाइल-आधारित असेंबली पर ध्यान केंद्रित करने वाली एक लघु समीक्षा-स्ट्रैंड का उपयोग करने वाली डीएनए प्रणालियों की समीक्षा।