DNA nanotechnology
ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی تکنیکی استعمال کے لیے مصنوعی نیوکلک ایسڈ ڈھانچوں کا ڈیزائن اور تیاری ہے۔ اس میدان میں، نیوکلک ایسڈ کو زندہ خلیوں میں جینیاتی معلومات کے کیریئر کے بجائے نینو ٹیکنالوجی کے لیے غیر حیاتیاتی انجینئرنگ مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس میدان میں محققین نے دو اور تین جہتی کرسٹل لیٹیسز، نینو ٹیوبز، پولی ہیڈرا، اور صوابدیدی شکلیں، اور فعال آلات جیسے مالیکیولر مشینیں اور ڈی این اے کمپیوٹرز جیسے جامد ڈھانچے بنائے ہیں۔ اس فیلڈ کو ساختی حیاتیات اور بائیو فزکس میں بنیادی سائنس کے مسائل کو حل کرنے کے لیے ایک آلے کے طور پر استعمال کیا جانے لگا ہے، جس میں ڈھانچے کا تعین کرنے کے لیے ایکس رے کرسٹلگرافی اور پروٹین کی نیوکلیئر مقناطیسی گونج سپیکٹروسکوپی میں ایپلی کیشنز شامل ہیں۔ مالیکیولر اسکیل الیکٹرانکس اور نینو میڈیسن میں ممکنہ استعمال کی بھی تحقیقات کی جا رہی ہیں۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کی تصوراتی بنیاد سب سے پہلے 1980 کی دہائی کے اوائل میں نادرین سیمن نے رکھی تھی، اور اس شعبے نے 2000 کی دہائی کے وسط میں وسیع پیمانے پر دلچسپی کو راغب کرنا شروع کیا۔ نیوکلک ایسڈ کا یہ استعمال ان کے سخت بیس جوڑی کے قوانین کے ذریعے قابل بنایا جاتا ہے، جس کی وجہ سے تکمیلی بیس سیکوینس والے اسٹرینڈز کے صرف کچھ حصے مضبوط، سخت ڈبل ہیلکس ڈھانچے بنانے کے لیے آپس میں جڑے رہتے ہیں۔ یہ بنیادی ترتیبات کے عقلی ڈیزائن کی اجازت دیتا ہے جو عین مطابق کنٹرول شدہ نینو اسکیل خصوصیات کے ساتھ پیچیدہ ہدف ڈھانچے بنانے کے لیے منتخب طور پر جمع ہوں گے۔ ان ڈھانچوں کو بنانے کے لیے اسمبلی کے کئی طریقے استعمال کیے جاتے ہیں، جن میں ٹائل پر مبنی ڈھانچے جو چھوٹے ڈھانچوں سے جمع ہوتے ہیں، ڈی این اے اوریگامی طریقہ استعمال کرتے ہوئے فولڈنگ ڈھانچے، اور اسٹرینڈ کی نقل مکانی کے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے متحرک طور پر دوبارہ تشکیل پذیر ڈھانچے شامل ہیں۔ فیلڈ کا نام خاص طور پر ڈی این اے کا حوالہ دیتا ہے، لیکن وہی اصول دیگر اقسام کے نیوکلک ایسڈ کے ساتھ بھی استعمال کیے گئے ہیں، جس کی وجہ سے کبھی کبھار متبادل نام نیوکلک ایسڈ نینو ٹیکنالوجی کا استعمال ہوتا ہے۔ نیوکلک ایسڈ کی خصوصیات نینو ٹیکنالوجی کو اکثر 100 نینو میٹر سے کم پیمانے پر خصوصیات والے مواد اور آلات کے مطالعہ کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی، خاص طور پر، باٹم اپ مالیکیولر سیلف اسمبلی کی ایک مثال ہے، جس میں مالیکیولر اجزاء بے ساختہ مستحکم ڈھانچوں میں منظم ہوتے ہیں۔ ان ڈھانچوں کی مخصوص شکل ڈیزائنرز کے منتخب کردہ اجزاء کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات سے متاثر ہوتی ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی میں، اجزاء کے مواد ڈی این اے جیسے نیوکلک ایسڈ کے تار ہوتے ہیں۔ یہ تار اکثر مصنوعی ہوتے ہیں اور تقریبا ہمیشہ زندہ خلیے کے سیاق و سباق سے باہر استعمال ہوتے ہیں۔ ڈی این اے نینو اسکیل کی تعمیر کے لیے اچھی طرح سے موزوں ہے کیونکہ دو نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز کے درمیان بائنڈنگ کا انحصار سادہ بیس جوڑی کے اصولوں پر ہوتا ہے جو اچھی طرح سے سمجھے جاتے ہیں، اور نیوکلک ایسڈ ڈبل ہیلکس کی مخصوص نینو اسکیل ساخت بناتے ہیں۔ یہ خصوصیات نیوکلک ایسڈ کے ڈھانچے کی اسمبلی کو نیوکلک ایسڈ ڈیزائن کے ذریعے کنٹرول کرنا آسان بناتی ہیں۔ یہ خاصیت نینو ٹیکنالوجی میں استعمال ہونے والے دیگر مواد میں موجود نہیں ہے، بشمول پروٹین، جس کے لیے پروٹین کا ڈیزائن بہت مشکل ہے، اور نینو پارٹیکلز، جن میں اپنے طور پر مخصوص اسمبلی کی صلاحیت کا فقدان ہے۔ نیوکلک ایسڈ مالیکیول کی ساخت نیوکلیوٹائڈز کی ایک ترتیب پر مشتمل ہوتی ہے جس کے ذریعے وہ نیوکلیو بیس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ ڈی این اے میں موجود چار اڈے اڈینائن (اے)، سائٹوسین (سی)، گوانائن (جی)، اور تھامین (ٹی) ہیں۔ نیوکلک ایسڈ کی خاصیت یہ ہے کہ دو مالیکیول صرف ڈبل ہیلکس بنانے کے لیے ایک دوسرے سے جڑے رہیں گے اگر دونوں ترتیبات تکمیلی ہوں، مطلب یہ ہے کہ وہ بیس جوڑوں کے مماثل سلسلے بناتے ہیں، جس میں A صرف T سے جڑا ہوتا ہے، اور C صرف G سے جڑا ہوتا ہے۔ کیونکہ صحیح طریقے سے مماثل بیس جوڑوں کی تشکیل توانائی کے لحاظ سے سازگار ہوتی ہے، نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز سے زیادہ تر معاملات میں توقع کی جاتی ہے کہ وہ اس تشکیل میں ایک دوسرے سے جڑے رہیں جو صحیح طور پر جوڑے ہوئے اڈوں کی تعداد کو زیادہ سے زیادہ کرتی ہے۔ تاروں کے نظام میں اڈوں کے سلسلے اس طرح بائنڈنگ کے نمونے اور مجموعی ڈھانچے کا تعین آسانی سے قابل قابو طریقے سے کرتے ہیں۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی میں، سٹرینڈز کے بنیادی سلسلے محققین کے ذریعہ عقلی طور پر ڈیزائن کیے جاتے ہیں تاکہ بیس جوڑی کے تعاملات اسٹرینڈز کو مطلوبہ تشکیل میں جمع کرنے کا سبب بنیں۔ جبکہ ڈی این اے غالب مواد استعمال کیا جاتا ہے، دیگر نیوکلک ایسڈ جیسے آر این اے اور پیپٹائڈ نیوکلک ایسڈ (پی این اے) کو شامل کرنے والے ڈھانچے بھی بنائے گئے ہیں۔ ذیلی فیلڈز ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کو بعض اوقات دو اوور لیپنگ ذیلی فیلڈز میں تقسیم کیا جاتا ہے: ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی اور متحرک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی۔ ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی، جسے بعض اوقات ایس ڈی این کے طور پر مختصر کیا جاتا ہے، نیوکلک ایسڈ کمپلیکس اور مواد کی ترکیب اور خصوصیت پر مرکوز ہے جو ایک جامد، توازن کی آخری حالت میں جمع ہوتے ہیں۔ دوسری طرف، متحرک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی مفید غیر توازن رویے والے کمپلیکس پر توجہ مرکوز کرتی ہے جیسے کہ کیمیائی یا جسمانی محرک کی بنیاد پر دوبارہ تشکیل کرنے کی صلاحیت۔ کچھ کمپلیکس، جیسے نیوکلک ایسڈ نینو مکینیکل ڈیوائسز، ساختی اور متحرک دونوں ذیلی شعبوں کی خصوصیات کو یکجا کرتے ہیں۔ ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی میں تعمیر کردہ کمپلیکس جنکشن پر مشتمل ٹاپولوجیکل برانچڈ نیوکلک ایسڈ ڈھانچے کا استعمال کرتے ہیں۔ (اس کے برعکس، زیادہ تر حیاتیاتی ڈی این اے ایک غیر شاخ دار ڈبل ہیلکس کے طور پر موجود ہے۔) سب سے آسان شاخ دار ڈھانچوں میں سے ایک چار بازو کا جنکشن ہے جو چار انفرادی ڈی این اے اسٹرینڈز پر مشتمل ہوتا ہے، جن کے کچھ حصے ایک مخصوص نمونے میں تکمیلی ہوتے ہیں۔ قدرتی ہالیڈے جنکشن کے برعکس، مصنوعی متحرک چار بازو والے جنکشن میں ہر بازو کی بنیادی ترتیب مختلف ہوتی ہے، جس کی وجہ سے جنکشن پوائنٹ کو ایک مخصوص پوزیشن پر طے کیا جاتا ہے۔ ایک ہی کمپلیکس میں متعدد جنکشنز کو جوڑا جا سکتا ہے، جیسے کہ بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والے ڈبل کراس اوور (ڈی ایکس) ساختی موٹف میں، جس میں دو متوازی ڈبل ہیلیکل ڈومینز ہوتے ہیں جن میں انفرادی اسٹرینڈز دو کراس اوور پوائنٹس پر ڈومینز کے درمیان سے گزرتے ہیں۔ ہر کراس اوور پوائنٹ، ٹپوولوجیکل طور پر، ایک چار بازو کا جنکشن ہے، لیکن لچکدار واحد چار بازو کے جنکشن کے برعکس، ایک واقفیت تک محدود ہے، جو ایک سختی فراہم کرتا ہے جو ڈی ایکس موٹف کو بڑے ڈی این اے کمپلیکس کے لیے ساختی بلڈنگ بلاک کے طور پر موزوں بناتا ہے۔ متحرک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی ایک نئے نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈ کے اضافے کے جواب میں نیوکلک ایسڈ کمپلیکس کو دوبارہ تشکیل دینے کی اجازت دینے کے لیے ٹو ہولڈ-میڈیٹڈ اسٹرینڈ ڈسپلیسمنٹ نامی میکانزم کا استعمال کرتی ہے۔ اس رد عمل میں، آنے والا اسٹرینڈ ڈبل اسٹرینڈڈ کمپلیکس کے سنگل اسٹرینڈڈ ٹول ہولڈ ریجن سے جڑا ہوتا ہے، اور پھر برانچ ہجرت کے عمل کے ذریعے اصل کمپلیکس میں جڑے ہوئے اسٹرینڈز میں سے ایک کو بے گھر کر دیتا ہے۔ مجموعی اثر یہ ہے کہ کمپلیکس میں موجود تاروں میں سے ایک کو دوسرے سے تبدیل کر دیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، دوبارہ تشکیل پذیر ڈھانچے اور آلات کو فنکشنل نیوکلک ایسڈ جیسے ڈی آکسی ریبوزائمز اور رائبوزائمز کا استعمال کرتے ہوئے بنایا جا سکتا ہے، جو کیمیائی رد عمل انجام دے سکتے ہیں، اور آپٹیمرز، جو مخصوص پروٹین یا چھوٹے مالیکیولز سے جڑے ہو سکتے ہیں۔ ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی، جسے بعض اوقات ایس ڈی این کے طور پر مختصر کیا جاتا ہے، نیوکلک ایسڈ کمپلیکس اور مواد کی ترکیب اور خصوصیت پر مرکوز ہے جہاں اسمبلی کا ایک جامد، توازن اختتامی نقطہ ہوتا ہے۔ نیوکلک ایسڈ ڈبل ہیلکس میں ایک مضبوط، متعین تین جہتی جیومیٹری ہوتی ہے جو زیادہ پیچیدہ نیوکلک ایسڈ کمپلیکس کے ڈھانچوں کی تقلید، پیش گوئی اور ڈیزائن کرنا ممکن بناتی ہے۔ اس طرح کے بہت سے ڈھانچے بنائے گئے ہیں، جن میں دو اور تین جہتی ڈھانچے، اور وقتا فوقتا، اپریوڈک، اور مجرد ڈھانچے شامل ہیں۔ توسیعی جالی چھوٹے نیوکلک ایسڈ کمپلیکس کو چپچپا سروں سے لیس کیا جا سکتا ہے اور انفرادی سالماتی ٹائلوں کے ایک مخصوص ٹیسیلیٹڈ پیٹرن پر مشتمل بڑے دو جہتی دورانیے کے جالی میں ملایا جا سکتا ہے۔ اس کی ابتدائی مثال بنیادی ٹائلوں کے طور پر استعمال ہونے والے ڈبل کراس اوور (ڈی ایکس) کمپلیکس کی ہے، جن میں سے ہر ایک چار چپچپا سروں پر مشتمل ہے جو ترتیب کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے جس کی وجہ سے ڈی ایکس یونٹس وقتا فوقتا دو جہتی فلیٹ شیٹس میں مل جاتے ہیں جو بنیادی طور پر ڈی این اے کے سخت دو جہتی کرسٹل ہوتے ہیں۔ دو جہتی صفوں کو دیگر نقشوں سے بھی بنایا گیا ہے، بشمول ہالیڈے جنکشن رومبس لیٹس، اور مختلف ڈی ایکس پر مبنی صفوں کو ڈبل ہم آہنگی اسکیم کا استعمال کرتے ہوئے۔ دائیں طرف کی سب سے اوپر کی دو تصاویر ٹائل پر مبنی وقتا فوقتا جالی کی مثالیں دکھاتی ہیں۔ دو جہتی صفوں کو اپیروڈک ڈھانچوں کی نمائش کے لیے بنایا جا سکتا ہے جن کی اسمبلی ایک مخصوص الگورتھم کو لاگو کرتی ہے، جو ڈی این اے کمپیوٹنگ کی ایک شکل کو ظاہر کرتی ہے۔ ڈی ایکس ٹائلوں میں ان کے چپچپا اختتامی ترتیب کا انتخاب کیا جا سکتا ہے تاکہ وہ وانگ ٹائلوں کے طور پر کام کریں، جس سے وہ حساب کتاب انجام دے سکیں۔ ایک ڈی ایکس صف جس کی اسمبلی ایک ایکس او آر آپریشن کو انکوڈ کرتی ہے اس کا مظاہرہ کیا گیا ہے۔ یہ ڈی این اے صف کو سیلولر آٹومیٹن کو نافذ کرنے کی اجازت دیتا ہے جو سیرپنسکی گیسکیٹ کے نام سے جانا جاتا فریکٹل پیدا کرتا ہے۔ دائیں طرف کی تیسری تصویر اس قسم کی صف کو دکھاتی ہے۔ ایک اور نظام میں بائنری کاؤنٹر کا فنکشن ہوتا ہے، جو بڑھتے ہوئے بائنری نمبروں کی نمائندگی کو ظاہر کرتا ہے۔ ان نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ حساب کو ڈی این اے صفوں کی اسمبلی میں شامل کیا جا سکتا ہے۔ ڈی ایکس صفوں کو کھوکھلی نینو ٹیوبز 4-20 این ایم قطر میں بنانے کے لیے بنایا گیا ہے، بنیادی طور پر دو جہتی جالیں جو خود پر واپس مڑ جاتی ہیں۔ یہ ڈی این اے نینو ٹیوبیں سائز اور شکل میں کاربن نینو ٹیوبیں سے کچھ ملتی جلتی ہیں، اور اگرچہ ان میں کاربن نینو ٹیوبیں کی برقی چالکتا کی کمی ہے، لیکن ڈی این اے نینو ٹیوبیں زیادہ آسانی سے تبدیل کی جاتی ہیں اور دیگر ڈھانچوں سے منسلک ہوتی ہیں۔ ڈی این اے نینو ٹیوبز کی تعمیر کے لیے بہت سی اسکیموں میں سے ایک مڑے ہوئے ڈی ایکس ٹائلوں کی جالی کا استعمال کرتا ہے جو اپنے ارد گرد گھوم جاتی ہے اور ٹیوب میں بند ہو جاتی ہے۔ ایک متبادل طریقہ کار میں جو سنگل اسٹرینڈڈ ٹائلوں کا استعمال کرتے ہوئے دائرے کو سادہ، ماڈیولر انداز میں متعین کرنے کی اجازت دیتا ہے، ٹیوب کی سختی ایک ابھرتی ہوئی خاصیت ہے۔ ڈی این اے کی تین جہتی جالی بنانا ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کا ابتدائی مقصد تھا، لیکن اس کا ادراک کرنا سب سے مشکل ثابت ہوا۔ تناؤ اور کمپریشن قوتوں کے درمیان توازن، ٹینس گریٹی کے تصور پر مبنی موٹف کا استعمال کرتے ہوئے کامیابی بالآخر 2009 میں رپورٹ کی گئی۔ متفرق ڈھانچے محققین نے بہت سے سہ جہتی ڈی این اے کمپلیکس کی ترکیب کی ہے جن میں سے ہر ایک میں پولی ہیڈرون کا رابطہ ہوتا ہے، جیسے مکعب یا آکٹا ہیڈرون، جس کا مطلب ہے کہ ڈی این اے ڈوپلیکس ہر سرے پر ڈی این اے جنکشن کے ساتھ پولی ہیڈرون کے کناروں کا سراغ لگاتے ہیں۔ ڈی این اے پولی ہیڈرا کے ابتدائی مظاہر بہت محنت طلب تھے، جن میں کیٹینٹڈ پولی ہیڈرا بنانے کے لیے متعدد لگایشن اور ٹھوس مرحلے کی ترکیب کے اقدامات کی ضرورت ہوتی تھی۔ اس کے بعد کے کام سے پولی ہیڈرا حاصل ہوا جس کی ترکیب بہت آسان تھی۔ ان میں ایک ڈی این اے آکٹاہیڈرون شامل ہے جو ایک لمبے سنگل اسٹرینڈ سے بنایا گیا ہے جسے صحیح تشکیل میں جوڑنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، اور ایک ٹیٹراہیڈرون جو ایک قدم میں چار ڈی این اے اسٹرینڈز سے تیار کیا جا سکتا ہے، اس مضمون کے اوپری حصے میں دکھایا گیا ہے۔ صوابدیدی، غیر باقاعدہ شکلوں کے نینو اسٹرکچر عام طور پر ڈی این اے اوریگامی طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جاتے ہیں۔ یہ ڈھانچے "سکافولڈ" کے طور پر ایک طویل، قدرتی وائرس اسٹرینڈ پر مشتمل ہوتے ہیں، جسے کمپیوٹیشنل طور پر ڈیزائن کردہ مختصر "اسٹیپل" اسٹرینڈز کے ذریعے مطلوبہ شکل میں جوڑنے کے لیے بنایا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار کو ڈیزائن کرنے میں آسان ہونے کے فوائد ہیں، کیونکہ بنیادی ترتیب اسکیفولڈ اسٹرینڈ ترتیب کے ذریعہ پہلے سے طے کی جاتی ہے، اور اس میں اعلی اسٹرینڈ کی پاکیزگی اور درست اسٹیوچیومیٹری کی ضرورت نہیں ہوتی ہے، جیسا کہ زیادہ تر دوسرے ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کے طریقے کرتے ہیں۔ ڈی این اے اوریگامی کا سب سے پہلے دو جہتی شکلوں کے لیے مظاہرہ کیا گیا، جیسے کہ مسکراہٹ والا چہرہ، مغربی نصف کرہ کا ایک موٹا نقشہ، اور مونا لیزا پینٹنگ۔ ٹھوس تین جہتی ڈھانچے متوازی ڈی این اے ہیلیکس کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جا سکتے ہیں جو شہد کی مکھیوں کے نمونے میں ترتیب دیے گئے ہیں، اور دو جہتی چہروں والے ڈھانچے کو گتے کے خانے کی طرح کھوکھلی مجموعی تین جہتی شکل میں جوڑنے کے لیے بنایا جا سکتا ہے۔ ان کو محرک کے جواب میں سالماتی کارگو کو کھولنے اور ظاہر کرنے یا جاری کرنے کے لیے پروگرام کیا جا سکتا ہے، جس سے وہ پروگرام کے قابل سالماتی پنجروں کے طور پر ممکنہ طور پر مفید بن جاتے ہیں۔ ٹیمپلیٹڈ اسمبلی نیوکلک ایسڈ کے ڈھانچے نیوکلک ایسڈ کے علاوہ دیگر مالیکیولز کو شامل کرنے کے لیے بنائے جا سکتے ہیں، جنہیں بعض اوقات ہیٹرو ایلیمنٹس کہا جاتا ہے، بشمول پروٹین، دھاتی نینو پارٹیکلز، کوانٹم ڈاٹس، امینز اور فلرینز۔ یہ صرف نیوکلک ایسڈ کے ساتھ ممکن ہے اس سے کہیں زیادہ فعالیت کی ایک رینج کے ساتھ مواد اور آلات کی تعمیر کی اجازت دیتا ہے۔ مقصد یہ ہے کہ نیوکلک ایسڈ ڈھانچوں کی سیلف اسمبلی کو ان پر میزبان نینو پارٹیکلز کی اسمبلی کو ٹیمپلیٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جائے، ان کی پوزیشن کو کنٹرول کیا جائے اور بعض صورتوں میں واقفیت حاصل کی جائے۔ ان میں سے بہت سی اسکیمیں کوولینٹ اٹیچمنٹ اسکیم کا استعمال کرتی ہیں، جس میں کیمیائی ہینڈل کے طور پر کیمیائی ہینڈل کے طور پر امیڈ یا تھائول فنکشنل گروپس کے ساتھ اولیگونیوکلیوٹائڈز کا استعمال کرتے ہوئے ہیٹرو ایلیمنٹس کو باندھتی ہیں۔ اس کوولینٹ بائنڈنگ اسکیم کا استعمال ڈی ایکس پر مبنی صف پر سونے کے نینو پارٹیکلز کو ترتیب دینے اور ڈی ایکس صف پر مخصوص نمونوں میں سٹریپٹا ویڈن پروٹین مالیکیولز کو ترتیب دینے کے لیے کیا گیا ہے۔ ڈی ایکس صف پر ڈروان پولیمائڈز کا استعمال کرتے ہوئے ایک غیر ہم آہنگ ہوسٹنگ اسکیم کو ڈی ایکس صف پر ایک مخصوص پیٹرن میں سٹریپٹوڈین پروٹین کو ترتیب دینے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ کاربن نینو ٹیوبز کو ڈی این اے صفوں پر ایک نمونے میں ہوسٹ کیا گیا ہے جس سے اسمبلی ایک سالماتی الیکٹرانک ڈیوائس، کاربن نینو ٹیوب فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹر کے طور پر کام کر سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، نیوکلک ایسڈ میٹالائزیشن کے طریقے ہیں، جن میں نیوکلک ایسڈ کو ایک دھات سے تبدیل کیا جاتا ہے جو اصل نیوکلک ایسڈ ڈھانچے کی عمومی شکل اختیار کرتا ہے، اور نیوکلک ایسڈ نینو اسٹرکچرز کو لیتھوگرافی ماسک کے طور پر استعمال کرنے کی اسکیمیں، ان کے پیٹرن کو ٹھوس سطح میں منتقل کرتی ہیں۔ ڈائنامک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی ڈائنامک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی نیوکلک ایسڈ سسٹم کی تشکیل پر مرکوز ہے جس میں ان کے مجموعی ڈھانچے، جیسے کمپیوٹیشن اور مکینیکل موشن سے متعلق ڈیزائن کردہ متحرک افعال ہیں۔ ساختی اور متحرک ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کے درمیان کچھ اوورلیپ ہے، کیونکہ ڈھانچے کو اینیلنگ کے ذریعے بنایا جا سکتا ہے اور پھر متحرک طور پر دوبارہ تشکیل دیا جا سکتا ہے، یا پہلی جگہ میں متحرک طور پر تشکیل دیا جا سکتا ہے۔ نینو مکینیکل آلات ڈی این اے کمپلیکس بنائے گئے ہیں جو کسی محرک پر اپنی تشکیل کو تبدیل کرتے ہیں، جس سے وہ نینوروبوٹکس کی ایک شکل بن جاتے ہیں۔ یہ ڈھانچے ابتدائی طور پر ساختی ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی میں بنائے گئے جامد ڈھانچوں کی طرح تشکیل پاتے ہیں، لیکن اس طرح ڈیزائن کیے گئے ہیں کہ ابتدائی اسمبلی کے بعد متحرک تشکیل نو ممکن ہو۔ اس طرح کے ابتدائی آلے نے موڑنے والی حرکت سے گزر کر بفر حالات میں تبدیلی کا جواب دینے کے لیے بی-ڈی این اے اور زیڈ-ڈی این اے فارموں کے درمیان منتقلی کا استعمال کیا۔ بفر حالات پر اس انحصار کی وجہ سے تمام آلات ایک ہی وقت میں حالت بدل گئے۔ اس کے بعد کے نظام کنٹرول اسٹرینڈز کی موجودگی کی بنیاد پر حالتوں کو تبدیل کر سکتے ہیں، جس سے متعدد آلات کو حل میں آزادانہ طور پر چلانے کی اجازت ملتی ہے۔ اس طرح کے نظاموں کی کچھ مثالیں "مالیکیولر ٹوئیزرز" ڈیزائن ہیں جن کی ایک کھلی اور بند حالت ہوتی ہے، ایک ایسا آلہ جو ڈی این اے ریڑھ کی ہڈی کے دو غیر جنکشن جوڑ کے ساتھ ایک پیرانیمک-کراس اوور (پی ایکس) تشکیل سے ایک (جے ایکس 2) تشکیل میں تبدیل ہو سکتا ہے، اس عمل میں گردش حرکت سے گزر رہا ہے، اور ایک دو جہتی صف جو کنٹرول اسٹرینڈز کے جواب میں متحرک طور پر پھیل اور سکڑ سکتی ہے۔ ایسے ڈھانچے بھی بنائے گئے ہیں جو متحرک طور پر کھلے یا بند ہوتے ہیں، جو ممکنہ طور پر ایک سالماتی پنجرے کے طور پر کام کرتے ہیں تاکہ کھلنے پر ایک فعال کارگو کو چھوڑا یا ظاہر کیا جا سکے۔ ایک اور مثال میں، ایک ڈی این اے اوریگامی نینو اسٹرکچر کو ٹی 7 آر این اے پولیمریز کے ساتھ جوڑا گیا تھا اور اس طرح اسے کیمیائی توانائی سے چلنے والی موٹر کے طور پر چلایا جا سکتا ہے جسے ایک غیر فعال پیروکار کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے، جسے یہ پھر چلاتا ہے۔ ڈی این اے واکر نیوکلک ایسڈ نینو مشینوں کی ایک کلاس ہے جو لکیری ٹریک کے ساتھ دشاتمک حرکت کا مظاہرہ کرتی ہے۔ بڑی تعداد میں اسکیموں کا مظاہرہ کیا گیا ہے۔ ایک حکمت عملی یہ ہے کہ ٹریک کے ساتھ واکر کی حرکت کو کنٹرول اسٹرینڈز کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول کیا جائے جنہیں دستی طور پر ترتیب میں شامل کرنے کی ضرورت ہے۔ مختلف طول موج کی روشنی کے ساتھ تابکاری کے ذریعے ڈی این اے واکر کے انفرادی مراحل کو کنٹرول کرنا بھی ممکن ہے۔ ایک اور طریقہ یہ ہے کہ ریسٹریکشن انزائمز یا ڈی آکسی رائی بوزیمز کا استعمال کرتے ہوئے تاروں کو الگ کیا جائے اور واکر کو آگے بڑھایا جائے، جس سے خود مختار طور پر دوڑنے کا فائدہ ہوتا ہے۔ بعد کا نظام لکیری ٹریک کے بجائے دو جہتی سطح پر چل سکتا ہے، اور سالماتی کارگو کو منتخب طور پر اٹھانے اور منتقل کرنے کی صلاحیت کا مظاہرہ کرتا ہے۔ 2018 میں، ایک کیٹینیٹڈ ڈی این اے جو ایک منسلک ٹی 7 آر این اے پولیمرس کے ذریعے رولنگ سرکل ٹرانسکرپشن کا استعمال کرتا ہے، کو ڈی این اے کے راستے پر چلتے ہوئے دکھایا گیا، جس کی رہنمائی پیدا شدہ آر این اے اسٹرینڈ کرتا ہے۔ مزید برآں، ایک لکیری واکر کا مظاہرہ کیا گیا ہے جو ڈی این اے-ٹیمپلیٹڈ ترکیب انجام دیتا ہے جب واکر ٹریک کے ساتھ ساتھ آگے بڑھتا ہے، جس سے واکر کی طرف سے ہدایت کردہ خود مختار ملٹی اسٹیپ کیمیائی ترکیب کی اجازت ملتی ہے۔ مصنوعی ڈی این اے واکرز کا کام پروٹین ڈائنین اور کینیسن سے ملتا جلتا ہے۔ اسٹرینڈ کی نقل مکانی کے جھرنوں کے جھرنوں کو کمپیوٹیشنل یا ساختی مقاصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک انفرادی اسٹرینڈ کی نقل مکانی کے رد عمل میں کچھ ابتدائی اسٹرینڈ کی موجودگی کے جواب میں ایک نئی ترتیب کو ظاہر کرنا شامل ہے۔ اس طرح کے بہت سے رد عمل کو ایک جھرن میں جوڑا جا سکتا ہے جہاں ایک رد عمل کا نیا ظاہر شدہ آؤٹ پٹ تسلسل دوسری جگہ اسٹرینڈ کی نقل مکانی کا رد عمل شروع کر سکتا ہے۔ یہ بدلے میں پیچیدہ کمپیوٹیشنل اور انفارمیشن پروسیسنگ کی صلاحیتوں کو ظاہر کرتے ہوئے بہت سے اجزاء کے ساتھ کیمیائی رد عمل کے نیٹ ورک کی تعمیر کی اجازت دیتا ہے۔ ان جھرنوں کو نئے بیس جوڑوں کی تشکیل، اور جدا کرنے والے رد عمل سے اینٹروپی کے حصول کے ذریعے توانائی کے لحاظ سے سازگار بنایا جاتا ہے۔ تھرمل اینیلنگ مرحلے کے لیے روایتی نیوکلک ایسڈ اسمبلی کی ضرورت کے برعکس، جہاں مطلوبہ ڈھانچے کی مناسب تشکیل کو یقینی بنانے کے لیے درجہ حرارت بڑھایا جاتا ہے اور پھر آہستہ آہستہ کم کیا جاتا ہے، اسٹرینڈ ڈسپلیسمنٹ کیسکیڈز اسمبلی یا کمپیوٹیشنل عمل کے آئسوتھرمل آپریشن کی اجازت دیتے ہیں۔ وہ انیشی ایٹر پرجاتیوں کے اتپریرک فنکشن کی بھی حمایت کر سکتے ہیں، جہاں انیشی ایٹر کے ایک سے بھی کم مساوی رد عمل کی تکمیل کا سبب بن سکتے ہیں۔ سٹرینڈ ڈسپلیسمنٹ کمپلیکس کا استعمال سالماتی منطق کے دروازوں کو پیچیدہ حساب کے قابل بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ روایتی الیکٹرانک کمپیوٹرز کے برعکس، جو برقی کرنٹ کو ان پٹ اور آؤٹ پٹ کے طور پر استعمال کرتے ہیں، سالماتی کمپیوٹرز مخصوص کیمیائی پرجاتیوں کے ارتکاز کو اشاروں کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈ ڈسپلیسمنٹ سرکٹس کے معاملے میں، سگنل نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز کی موجودگی ہے جو ڈسپلیسمنٹ کمپلیکس میں دوسرے اسٹرینڈز کو بائنڈنگ اور ان بائنڈنگ ایونٹس کے ذریعے جاری یا استعمال ہوتے ہیں۔ اس نقطہ نظر کو منطق کے دروازے بنانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے جیسے کہ AND، OR، اور ناٹ گیٹس۔ حال ہی میں، ایک چار بٹ سرکٹ کا مظاہرہ کیا گیا جو 130 ڈی این اے اسٹرینڈز پر مشتمل گیٹس کے نظام کا استعمال کرتے ہوئے انٹیجرز 0-15 کے مربع جڑ کا حساب لگا سکتا ہے۔ اسٹرینڈ کی نقل مکانی کے جھرنوں کا ایک اور استعمال متحرک طور پر جمع شدہ ڈھانچے بنانا ہے۔ یہ ری ایکٹینٹس کے لیے ہیئر پن ڈھانچہ استعمال کرتے ہیں، تاکہ جب ان پٹ اسٹرینڈ باندھے، تو نئی ظاہر شدہ ترتیب جدا ہونے کے بجائے ایک ہی مالیکیول پر ہو۔ یہ نئے کھلے ہوئے ہیئر پن کو بڑھتے ہوئے کمپلیکس میں شامل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ نقطہ نظر تین اور چار بازو کے جنکشن اور ڈینڈریمر جیسے سادہ ڈھانچے بنانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی نینو اسکیل خصوصیات پر عین مطابق کنٹرول کے ساتھ ڈیزائن شدہ، پیچیدہ ڈھانچے بنانے کے چند طریقوں میں سے ایک فراہم کرتی ہے۔ اس شعبے میں ساختی حیاتیات اور بائیو فزکس میں سائنس کے بنیادی مسائل کو حل کرنے کے لیے استعمال ہونا شروع ہو رہا ہے۔ میدان کے لیے تصور کیا گیا اس طرح کا سب سے قدیم استعمال، اور جو ابھی ترقی کے مراحل میں ہے، کرسٹلگرافی میں ہے، جہاں ایسے مالیکیول جن کو الگ تھلگ کر کے کرسٹلائز کرنا مشکل ہے، انہیں تین جہتی نیوکلک ایسڈ جالی کے اندر ترتیب دیا جا سکتا ہے، جس سے ان کی ساخت کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ ایک اور ایپلی کیشن پروٹین این ایم آر سپیکٹروسکوپی میں بقایا دو قطبی جوڑی کے تجربات میں مائع کرسٹل کو تبدیل کرنے کے لیے ڈی این اے اوریگامی سلاخوں کا استعمال ہے۔ ڈی این اے اوریگامی کا استعمال فائدہ مند ہے کیونکہ مائع کرسٹل کے برعکس، وہ محلول میں جھلی پروٹین کو معطل کرنے کے لیے درکار ڈٹرجنٹس کے لیے روادار ہیں۔ ڈی این اے واکرز کو نینو پارٹیکلز اور براہ راست کیمیائی ترکیب کو منتقل کرنے کے لیے نینو اسکیل اسمبلی لائنوں کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ مزید برآں، ڈی این اے اوریگامی ڈھانچوں نے انزائم فنکشن اور پروٹین فولڈنگ کے بائیو فزیکل مطالعات میں مدد کی ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی ممکنہ حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز کی طرف بڑھ رہی ہے۔ دیگر مالیکیولز کو ترتیب دینے کے لیے نیوکلک ایسڈ کی صفوں کی صلاحیت سالماتی پیمانے کے الیکٹرانکس میں اس کے ممکنہ استعمال کی نشاندہی کرتی ہے۔ نیوکلک ایسڈ ڈھانچے کی اسمبلی کو سالماتی الیکٹرانک عناصر جیسے سالماتی تاروں کی اسمبلی کو ٹیمپلیٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو سالماتی بریڈ بورڈ سے مشابہت رکھنے والے آلے کی جگہ اور مجموعی فن تعمیر کے نینو میٹر پیمانے پر کنٹرول کے لیے ایک طریقہ فراہم کرتا ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کا موازنہ پروگرام کے قابل مادے کے تصور سے کیا گیا ہے کیونکہ اس کی مادی خصوصیات کے ساتھ کمپیوٹیشن کا جوڑ ہوتا ہے۔ آرہوس یونیورسٹی میں آئی این اے این او اور سی ڈی این اے مراکز کے سائنس دانوں کے ایک گروپ کے ذریعہ کی گئی ایک تحقیق میں، محققین ایک چھوٹے سے ملٹی سوئچ ایبل 3 ڈی این اے باکس اوریگامی کی تعمیر کرنے میں کامیاب ہوئے۔ مجوزہ نینو پارٹیکل کی خصوصیت ایٹمک فورس مائکروسکوپی (اے ایف ایم)، ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ٹی ای ایم) اور فارسٹر ریزونینس انرجی ٹرانسفر (ایف آر ای ٹی) تھی۔ تعمیر شدہ ڈبے میں ایک منفرد ریکلوزنگ میکانزم دکھایا گیا تھا، جس نے اسے ڈی این اے یا آر این اے چابیاں کے ایک منفرد سیٹ کے جواب میں بار بار کھولنے اور بند کرنے کے قابل بنایا۔ مصنفین نے تجویز پیش کی کہ "یہ ڈی این اے ڈیوائس ممکنہ طور پر ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے کہ سنگل مالیکیولز کے فنکشن کو کنٹرول کرنا، ڈرگ ڈیلیوری کو کنٹرول کرنا، اور مالیکیولر کمپیوٹنگ۔" نینو میڈیسن میں ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کے لیے ممکنہ ایپلی کیشنز موجود ہیں، جو بائیو مطابقت پذیر شکل میں کمپیوٹیشن انجام دینے کی اس کی صلاحیت کا استعمال کرتے ہوئے ٹارگٹڈ ڈرگ ڈیلیوری کے ساتھ ساتھ تشخیصی ایپلی کیشنز کے لیے "سمارٹ ڈرگس" بناتے ہیں۔ ایسے ہی ایک نظام کی تحقیقات کی جا رہی ہے جس میں پروٹین پر مشتمل ایک کھوکھلی ڈی این اے باکس کا استعمال کیا جاتا ہے جو اپوپٹوسس، یا خلیوں کی موت کا باعث بنتا ہے، جو صرف کینسر کے خلیے کے قریب ہونے پر کھلتا ہے۔ ان مصنوعی ڈھانچوں کو انجینئرڈ زندہ بیکٹیریل خلیوں میں ظاہر کرنے میں بھی دلچسپی رہی ہے، زیادہ تر ممکنہ طور پر اسمبلی کے لیے نقل شدہ آر این اے کا استعمال کرتے ہوئے، حالانکہ یہ معلوم نہیں ہے کہ آیا یہ پیچیدہ ڈھانچے مؤثر طریقے سے سیل کے سائٹوپلازم میں جوڑنے یا جمع کرنے کے قابل ہیں یا نہیں۔ اگر کامیاب رہا تو یہ نیوکلک ایسڈ نینو اسٹرکچرز کے براہ راست ارتقاء کو ممکن بنا سکتا ہے۔ آکسفورڈ یونیورسٹی کے سائنس دانوں نے مصنوعی ڈی این اے کے چار چھوٹے تاروں کو ایک پنجرے میں خود جمع کرنے کی اطلاع دی ہے جو خلیوں میں داخل ہو سکتے ہیں اور کم از کم 48 گھنٹے تک زندہ رہ سکتے ہیں۔ دو دن کے بعد سیلولر انزائموں کے حملے کے باوجود لیبارٹری کلچرڈ انسانی گردے کے خلیوں میں فلوروسینٹ لیبلڈ ڈی این اے ٹیٹراہیڈرا برقرار پایا گیا۔ اس تجربے نے ڈی این اے 'پنجرے' کا استعمال کرتے ہوئے زندہ خلیوں کے اندر منشیات کی فراہمی کی صلاحیت کو ظاہر کیا۔ ایم آئی ٹی میں محققین کی ایک ٹیم نے اطلاع دی کہ ماؤس ماڈل میں آر این اے مداخلت (آر این اے آئی) فراہم کرنے کے لیے ڈی این اے ٹیٹراہیڈرون کا استعمال کیا گیا۔ علاج کے لیے مداخلت کرنے والے آر این اے کی فراہمی نے پولیمر یا لپڈ کا استعمال کرتے ہوئے کچھ کامیابی دکھائی ہے، لیکن خون کے بہاؤ میں مختصر شیلف لائف کے علاوہ حفاظت اور غیر واضح ہدف کی حدود بھی ہیں۔ ٹیم کی طرف سے بنایا گیا ڈی این اے نینو اسٹرکچر ڈی این اے کے چھ تاروں پر مشتمل ہوتا ہے جس سے ٹیٹرا ہیڈرون بنتا ہے، جس میں آر این اے کا ایک تار چھ کناروں میں سے ہر ایک پر لگا ہوتا ہے۔ ٹیٹراہیڈرون مزید ٹارگیٹنگ پروٹین، تین فولیٹ مالیکیولز سے لیس ہے، جو ڈی این اے نینو پارٹیکلز کو کچھ ٹیومرز پر پائے جانے والے وافر مقدار میں فولیٹ ریسیپٹرز تک لے جاتے ہیں۔ نتیجہ سے پتہ چلتا ہے کہ آر این اے آئی، لوسیفیریز کے ذریعہ نشانہ بنایا گیا جین کا اظہار نصف سے زیادہ گر گیا۔ یہ مطالعہ ابھرتی ہوئی آر این اے مداخلت ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے علاج فراہم کرنے کے لیے ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کو ایک موثر آلے کے طور پر استعمال کرنے کے وعدے کو ظاہر کرتا ہے۔ ڈی این اے ٹیٹراہیڈرون کو ملٹی ڈرگ مزاحمت کے مظاہر پر قابو پانے کی کوشش میں بھی استعمال کیا گیا تھا۔ ڈاکسوروبیسن (ڈی او ایکس) کو ٹیٹراہیڈرون کے ساتھ ملایا گیا تھا اور اسے ایم سی ایف-7 چھاتی کے کینسر کے خلیوں میں لادا گیا تھا جس میں پی-گلائکوپروٹین ڈرگ افلوکس پمپ موجود تھا۔ تجربے کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ڈی او ایکس کو پمپ نہیں کیا جا رہا تھا اور کینسر کے خلیوں کا اپوپٹوسس حاصل کیا گیا تھا۔ ڈی او ایکس کے بغیر ٹیٹرا ہیڈرون کو اس کی حیاتیاتی مطابقت کی جانچ کرنے کے لیے خلیوں میں لادا گیا تھا، اور اس ڈھانچے نے خود کوئی سائٹوٹوکسائٹی نہیں دکھائی۔ ڈی این اے ٹیٹراہیڈرون کو ذیلی سیلولر اظہار اور تشخیصی مقاصد کے لیے خلیوں میں پروٹین کی تقسیم کی پروفائلنگ کے لیے بارکوڈ کے طور پر بھی استعمال کیا جاتا تھا۔ ٹیٹراہیڈرل-نینو اسٹرکچرڈ نے لیبلنگ کی اعلی کارکردگی اور استحکام کی وجہ سے بہتر سگنل دکھایا۔ نینو میڈیسن میں ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کے لیے ایپلی کیشنز ڈی این اے نینو اسٹرکچرز کے ساتھ قدرتی طور پر پائے جانے والے جھلی پروٹین کی ساخت اور فنکشن کی نقل کرنے پر بھی توجہ مرکوز کرتی ہیں۔ 2012 میں، لینجیکر اور دیگر۔ ایک سوراخ کی شکل کا ڈی این اے اوریگامی ڈھانچہ متعارف کرایا جو ہائیڈروفوبک کولیسٹرول میں ترمیم کے ذریعے لپڈ جھلی میں خود داخل ہو سکتا ہے اور جھلی میں آئنک دھاروں کو جنم دے سکتا ہے۔ مصنوعی ڈی این اے آئن چینل کے اس پہلے مظاہرے کے بعد ایک واحد ڈی این اے ڈوپلیکس سے لے کر چھوٹے ٹائل پر مبنی ڈھانچے، اور بڑے ڈی این اے اوریگامی ٹرانس میمبرین پورنس تک مختلف قسم کے سوراخ پیدا کرنے والے ڈیزائن سامنے آئے۔ قدرتی طور پر پائے جانے والے پروٹین آئن چینلز کی طرح، مصنوعی ڈی این اے سے بنے ہم منصبوں کا یہ مجموعہ اس طرح چالکتا میں شدت کے متعدد آرڈرز پر پھیلا ہوا ہے۔ جھلی میں داخل ہونے والے واحد ڈی این اے ڈوپلیکس کے مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ ڈی این اے-لپڈ انٹرفیس پر کرنٹ کا بہاؤ بھی ہونا چاہیے کیونکہ ڈیزائن میں کوئی مرکزی چینل لومین موجود نہیں ہے جو آئنوں کو لپڈ بائی لیئر سے گزرنے دیتا ہے۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ ڈی این اے سے چلنے والے لپڈ کے سوراخ میں بیلناکار کے بجائے ٹورائڈل شکل ہوتی ہے، کیونکہ لپڈ ہیڈ گروپ ڈی این اے کے جھلی میں داخل حصے کی طرف رخ کرتے ہیں۔ یونیورسٹی آف کیمبرج اور یونیورسٹی آف الینوائے ایٹ اربانا-شیمپین کے محققین نے پھر یہ مظاہرہ کیا کہ اس طرح کے ڈی این اے سے چلنے والے ٹورائڈل سوراخ لپڈ بائی لیئر کے کتابچے کے درمیان تیزی سے لپڈ فلپ فلاپ کو آسان بنا سکتے ہیں۔ اس اثر کو بروئے کار لاتے ہوئے، انہوں نے ایک مصنوعی ڈی این اے سے بنا ہوا انزائم تیار کیا جو حیاتیاتی جھلیوں میں لپڈ کو قدرتی طور پر پائے جانے والے پروٹینوں سے زیادہ تیزی سے پلٹ دیتا ہے جسے سکریم بلیز کہتے ہیں۔ یہ ترقی ذاتی نوعیت کی دوائیوں اور علاج معالجے کے لیے مصنوعی ڈی این اے نینو اسٹرکچرز کی صلاحیت کو اجاگر کرتی ہے۔ ڈیزائن ڈی این اے نینو اسٹرکچرز کو عقلی طور پر ڈیزائن کیا جانا چاہیے تاکہ انفرادی نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز مطلوبہ ڈھانچوں میں جمع ہوں۔ یہ عمل عام طور پر مطلوبہ ہدف کے ڈھانچے یا فنکشن کی وضاحت کے ساتھ شروع ہوتا ہے۔ پھر، ہدف کمپلیکس کی مجموعی ثانوی ساخت کا تعین کیا جاتا ہے، جس میں ساخت کے اندر نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز کی ترتیب کی وضاحت کی جاتی ہے، اور ان اسٹرینڈز کے کون سے حصے ایک دوسرے سے جڑے ہونے چاہئیں۔ آخری مرحلہ بنیادی ساخت کا ڈیزائن ہے، جو ہر نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈ کے اصل بیس سیکوینس کی وضاحت ہے۔ ساختی ڈیزائن نیوکلک ایسڈ نینو اسٹرکچر کو ڈیزائن کرنے کا پہلا قدم یہ فیصلہ کرنا ہے کہ کسی دی گئی ساخت کو نیوکلک ایسڈ اسٹرینڈز کے مخصوص انتظام کے ذریعے کس طرح پیش کیا جانا چاہیے۔ یہ ڈیزائن مرحلہ ثانوی ڈھانچے، یا بیس جوڑوں کی پوزیشنوں کا تعین کرتا ہے جو انفرادی تاروں کو مطلوبہ شکل میں ایک ساتھ رکھتے ہیں۔ کئی طریقوں کا مظاہرہ کیا گیا ہے: ٹائل پر مبنی ڈھانچے۔ یہ نقطہ نظر ہدف کے ڈھانچے کو چھوٹی اکائیوں میں توڑ دیتا ہے جس میں ہر اکائی میں موجود تاروں کے درمیان مضبوط بائنڈنگ ہوتی ہے، اور اکائیوں کے درمیان کمزور تعاملات ہوتے ہیں۔ یہ اکثر وقتا فوقتا جالی بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے، لیکن الگورتھمک سیلف اسمبلی کو نافذ کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے وہ ڈی این اے کمپیوٹنگ کے لیے ایک پلیٹ فارم بن جاتے ہیں۔ یہ 1990 کی دہائی کے وسط سے 2000 کی دہائی کے وسط تک استعمال ہونے والی غالب ڈیزائن حکمت عملی تھی، جب ڈی این اے اوریگامی طریقہ کار تیار کیا گیا تھا۔ فولڈنگ ڈھانچے۔ ٹائل پر مبنی نقطہ نظر کا ایک متبادل، فولڈنگ کے نقطہ نظر نینو اسٹرکچر کو ایک لمبے اسٹرینڈ سے بناتے ہیں، جس میں یا تو ایک ڈیزائن شدہ ترتیب ہو سکتی ہے جو اپنے ساتھ تعامل کی وجہ سے فولڈ ہو جاتی ہے، یا اسے چھوٹے، "اسٹیپل" اسٹرینڈز کا استعمال کرکے مطلوبہ شکل میں جوڑ دیا جا سکتا ہے۔ اس مؤخر الذکر طریقہ کو ڈی این اے اوریگامی کہا جاتا ہے، جو نینو اسکیل دو اور تین جہتی شکلیں بنانے کی اجازت دیتا ہے (اوپر مجرد ڈھانچے دیکھیں)۔ متحرک اسمبلی۔ یہ نقطہ نظر براہ راست ڈی این اے سیلف اسمبلی کی حرکیات کو کنٹرول کرتا ہے، حتمی مصنوع کے علاوہ رد عمل کے طریقہ کار میں تمام درمیانی مراحل کی وضاحت کرتا ہے۔ یہ ابتدائی مواد کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے جو ہیئر پن ڈھانچہ اپناتے ہیں۔ یہ پھر ایک مخصوص ترتیب میں، جھرن کے رد عمل میں حتمی تشکیل میں جمع ہوتے ہیں (نیچے اسٹرینڈ کی نقل مکانی کے جھرنوں کو دیکھیں)۔ اس نقطہ نظر کو مستقل درجہ حرارت پر آئسوتھرمل طور پر آگے بڑھنے کا فائدہ حاصل ہے۔ یہ تھرموڈینامک طریقوں کے برعکس ہے، جس میں تھرمل اینیلنگ مرحلے کی ضرورت ہوتی ہے جہاں اسمبلی کو متحرک کرنے اور مطلوبہ ڈھانچے کی مناسب تشکیل کے حق میں درجہ حرارت میں تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ ترتیب کا ڈیزائن مندرجہ بالا طریقوں میں سے کسی کو ہدف کمپلیکس کے ثانوی ڈھانچے کو ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال کرنے کے بعد، نیوکلیوٹائڈز کی ایک حقیقی ترتیب تیار کی جانی چاہیے جو مطلوبہ ڈھانچے میں تشکیل پائے گی۔ نیوکلک ایسڈ ڈیزائن ایک ساخت کے ہر جزو اسٹرینڈ کو ایک مخصوص نیوکلک ایسڈ بیس ترتیب تفویض کرنے کا عمل ہے تاکہ وہ مطلوبہ تشکیل میں منسلک ہوں۔ زیادہ تر طریقوں کا مقصد ترتیبات کو ڈیزائن کرنا ہوتا ہے تاکہ ہدف کے ڈھانچے میں سب سے کم توانائی ہو، اور اس طرح تھرموڈینامک طور پر سب سے زیادہ سازگار ہو، جبکہ غلط طریقے سے جمع شدہ ڈھانچوں میں زیادہ توانائیاں ہوں اور اس طرح وہ ناپسندیدہ ہوں۔ یہ یا تو سادہ، تیز تر ہیورسٹک طریقوں کے ذریعے کیا جاتا ہے جیسے کہ سیکوینس سمیٹری کم سے کم کرنا، یا مکمل قریبی پڑوسی تھرموڈینامک ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے، جو زیادہ درست لیکن سست اور زیادہ کمپیوٹیشنل طور پر گہرا ہے۔ ہندسی نمونوں کا استعمال نینو ڈھانچوں کی ترتیری ساخت کی جانچ کرنے اور اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کیا جاتا ہے کہ کمپلیکس زیادہ دباؤ میں نہ ہوں۔ نیوکلک ایسڈ ڈیزائن کے اہداف پروٹین ڈیزائن سے ملتے جلتے ہیں۔ دونوں میں، مونومرز کی ترتیب مطلوبہ ہدف کی ساخت کے حق میں اور دیگر ڈھانچوں کو ناپسند کرنے کے لیے ڈیزائن کی گئی ہے۔ نیوکلک ایسڈ ڈیزائن کو پروٹین ڈیزائن کے مقابلے میں کمپیوٹیشنل طور پر بہت آسان ہونے کا فائدہ ہے، کیونکہ سادہ بیس جوڑی کے اصول کسی ڈھانچے کی توانائی بخش پسندی کی پیش گوئی کرنے کے لیے کافی ہیں، اور ڈھانچے کی مجموعی تین جہتی فولڈنگ کے بارے میں تفصیلی معلومات کی ضرورت نہیں ہے۔ یہ سادہ تحقیقی طریقوں کے استعمال کی اجازت دیتا ہے جو تجرباتی طور پر مضبوط ڈیزائن پیش کرتے ہیں۔ نیوکلک ایسڈ ڈھانچے اپنے فنکشن میں پروٹین کے مقابلے میں کم ورسٹائل ہوتے ہیں کیونکہ پروٹین کی پیچیدہ ڈھانچوں میں جوڑنے کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے، اور بیس پروٹینجینک امینو ایسڈ کے مقابلے میں چار نیوکلیوٹائڈز کا محدود کیمیائی تنوع ہوتا ہے۔ مواد اور طریقے ہدف کی ساخت بنانے والے ڈی این اے اسٹرینڈز کے سلسلے کو مالیکیولر ماڈلنگ اور تھرموڈینامک ماڈلنگ سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے کمپیوٹیشنل طور پر ڈیزائن کیا گیا ہے۔ نیوکلک ایسڈ خود اس کے بعد معیاری اولیگونیوکلیوٹائڈ ترکیب کے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے ترکیب کیے جاتے ہیں، جو عام طور پر اولیگونیوکلیوٹائڈ سنتھسائزر میں خودکار ہوتے ہیں، اور اپنی مرضی کے مطابق ترتیبات تجارتی طور پر دستیاب ہوتے ہیں۔ اگر ضرورت ہو تو جیل الیکٹروفورسس کو ڈی نیچر کرکے اسٹرینڈز کو پاک کیا جا سکتا ہے، اور بالائے بنفشی جذب سپیکٹروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے متعدد نیوکلک ایسڈ کی مقدار کے طریقوں میں سے کسی کے ذریعے عین مطابق ارتکاز کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ مکمل طور پر تشکیل شدہ ہدف کے ڈھانچے کی تصدیق مقامی جیل الیکٹروفورسس کا استعمال کرتے ہوئے کی جا سکتی ہے، جو نیوکلک ایسڈ کمپلیکس کے لیے سائز اور شکل کی معلومات فراہم کرتا ہے۔ الیکٹروفوریٹک موبلٹی شفٹ اسیسے اس بات کا اندازہ لگا سکتا ہے کہ آیا کوئی ڈھانچہ تمام مطلوبہ تاروں کو شامل کرتا ہے۔ فلوریسنٹ لیبلنگ اور فارسٹر ریزوننس انرجی ٹرانسفر (ایف آر ای ٹی) بعض اوقات کمپلیکس کی ساخت کی خصوصیت کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ نیوکلک ایسڈ ڈھانچے کو جوہری قوت خوردبین کے ذریعے براہ راست امیج کیا جا سکتا ہے، جو توسیع شدہ دو جہتی ڈھانچوں کے لیے موزوں ہے، لیکن نازک نیوکلک ایسڈ ڈھانچے کے ساتھ خوردبین کی نوک کے تعامل کی وجہ سے مجرد تین جہتی ڈھانچوں کے لیے کم مفید ہے۔ اس معاملے میں ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی اور کریو الیکٹران مائکروسکوپی اکثر استعمال ہوتے ہیں۔ توسیعی تین جہتی جالی کا تجزیہ ایکس رے کرسٹلگرافی کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کی تصوراتی بنیاد سب سے پہلے 1980 کی دہائی کے اوائل میں نادرین سیمن نے رکھی تھی۔ سیمن کا اصل محرک دیگر بڑے مالیکیولز کو سمت دینے کے لیے ایک سہ جہتی ڈی این اے جالی بنانا تھا، جو خالص کرسٹل حاصل کرنے کے مشکل عمل کو ختم کر کے ان کے کرسٹلگرافک مطالعہ کو آسان بنائے گا۔ یہ خیال مبینہ طور پر 1980 کے آخر میں ان کے پاس آیا تھا، جب انہیں ایم سی ایسچر کے لکڑی کے کٹے ہوئے گہرائی اور ڈی این اے کے چھ بازو والے جنکشن کی ایک صف کے درمیان مماثلت کا احساس ہوا۔ اس وقت کئی قدرتی شاخوں والے ڈی این اے ڈھانچے معلوم تھے، جن میں ڈی این اے ریپلیکیشن فورک اور موبائل ہالیڈے جنکشن شامل ہیں، لیکن سیمن کی بصیرت یہ تھی کہ غیر متحرک نیوکلک ایسڈ جنکشنز کو جمع شدہ مالیکیول میں ہم آہنگی کو دور کرنے کے لیے اسٹرینڈ کے سلسلے کو مناسب طریقے سے ڈیزائن کرکے بنایا جا سکتا ہے، اور یہ کہ ان غیر متحرک جنکشنز کو اصولی طور پر سخت کرسٹل لائن جالیز میں جوڑا جا سکتا ہے۔ اس اسکیم کی تجویز کرنے والا پہلا نظریاتی مقالہ 1982 میں شائع ہوا، اور ایک غیر متحرک ڈی این اے جنکشن کا پہلا تجرباتی مظاہرہ اگلے سال شائع ہوا۔ 1991 میں، سیمن کی لیبارٹری نے ڈی این اے سے بنے مکعب کی ترکیب پر ایک رپورٹ شائع کی، جو پہلا مصنوعی تین جہتی نیوکلک ایسڈ نینو اسٹرکچر ہے، جس کے لیے انہیں 1995 میں نینو ٹیکنالوجی میں فین مین انعام ملا۔ اس کے بعد ایک ڈی این اے کاٹا ہوا آکٹاہیڈرون آیا۔ جلد ہی یہ واضح ہو گیا کہ یہ ڈھانچے، کثیر الاضحی شکلیں جن کے عمودی طور پر لچکدار جنکشن ہوتے ہیں، اتنے سخت نہیں تھے کہ وہ توسیعی تین جہتی جالی تشکیل دے سکیں۔ سیمن نے زیادہ سخت ڈبل کراس اوور (ڈی ایکس) ساختی موٹف تیار کیا، اور 1998 میں، ایرک ون فری کے تعاون سے، ڈی ایکس ٹائلوں کی دو جہتی جالی کی تخلیق شائع کی۔ ان ٹائل پر مبنی ڈھانچوں کا فائدہ یہ تھا کہ انہوں نے ڈی این اے کمپیوٹنگ کو نافذ کرنے کی صلاحیت فراہم کی، جس کا مظاہرہ ون فری اور پال روتھیمنڈ نے اپنے 2004 کے مقالے میں سیرپنسکی گیسکیٹ ڈھانچے کے الگورتھمک سیلف اسمبلی پر کیا تھا، اور جس کے لیے انہوں نے 2006 کا فین مین انعام مشترکہ طور پر نینو ٹیکنالوجی میں حاصل کیا۔ ون فری کی کلیدی بصیرت یہ تھی کہ ڈی ایکس ٹائلوں کو وانگ ٹائلوں کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ ان کی اسمبلی کمپیوٹیشن انجام دے سکتی ہے۔ تین جہتی جالی کی ترکیب بالآخر سیمن نے اسے حاصل کرنے کے تقریبا تیس سال بعد 2009 میں شائع کی تھی۔ 2000 کی دہائی میں ڈیزائن شدہ ڈی این اے ڈھانچوں کے لیے نئی صلاحیتیں دریافت ہوتی رہیں۔ پہلی ڈی این اے نینو مشین-ایک موٹف جو ایک ان پٹ کے جواب میں اپنی ساخت کو تبدیل کرتی ہے-کا مظاہرہ 1999 میں سیمن نے کیا تھا۔ ایک بہتر نظام، جو کہ پہلا نیوکلک ایسڈ ڈیوائس تھا جس میں ٹوہولڈ-میڈیٹڈ اسٹرینڈ کی نقل مکانی کا استعمال کیا گیا تھا، اگلے سال برنارڈ یورک نے اس کا مظاہرہ کیا۔ اگلی پیش رفت اس کا مکینیکل حرکت میں ترجمہ کرنا تھا، اور 2004 اور 2005 میں، سیمن، نائلز پیئرس، اینڈریو ٹربر فیلڈ، اور چینگڈے ماؤ کے گروپوں نے کئی ڈی این اے واکر سسٹمز کا مظاہرہ کیا۔ نینو پارٹیکلز اور پروٹین جیسے دیگر مالیکیولز کی اسمبلی کو ٹیمپلیٹ کرنے کے لیے ڈی این اے صفوں کو استعمال کرنے کا خیال، سب سے پہلے 1987 میں بروچے رابنسن اور سیمن نے تجویز کیا تھا، جس کا مظاہرہ 2002 میں سیمن، کیل اور دیگر نے کیا تھا۔ اور اس کے بعد بہت سے دوسرے گروہوں کی طرف سے۔ 2006 میں، روتھیمنڈ نے پہلی بار من مانی شکل کے فولڈڈ ڈی این اے ڈھانچے کو آسانی سے اور مضبوطی سے بنانے کے لیے ڈی این اے اوریگامی طریقہ کار کا مظاہرہ کیا۔ روتھیمنڈ نے اس طریقہ کو سیمن کے ڈی ایکس جالی کے درمیان تصوراتی طور پر انٹرمیڈیٹ ہونے کے طور پر تصور کیا تھا، جس میں بہت سے چھوٹے تار استعمال کیے گئے تھے، اور ولیم شی کے ڈی این اے آکٹاہیڈرون، جو زیادہ تر ایک بہت لمبے تار پر مشتمل تھا۔ روتھیمنڈ کے ڈی این اے اوریگامی میں ایک لمبا اسٹرینڈ ہوتا ہے جس کو جوڑنے میں کئی چھوٹے اسٹرینڈز کی مدد ملتی ہے۔ اس طریقہ کار نے پہلے کے مقابلے میں بہت بڑے ڈھانچے بنانے کی اجازت دی، اور جو تکنیکی طور پر ڈیزائن اور ترکیب کرنے کا کم مطالبہ کرتے ہیں۔ ڈی این اے اوریگامی 15 مارچ 2006 کو نیچر کی سرورق کہانی تھی۔ دو جہتی ڈی این اے اوریگامی ڈھانچوں کا مظاہرہ کرنے والی روتھیمنڈ کی تحقیق کے بعد ڈگلس اور دیگر نے ٹھوس تین جہتی ڈی این اے اوریگامی کا مظاہرہ کیا۔ 2009 میں، جب کہ جورجن کیمز اور یان کی لیبارٹریوں نے دو جہتی چہروں سے بنے کھوکھلی تین جہتی ڈھانچوں کا مظاہرہ کیا۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کو ابتدائی طور پر کچھ شکوک و شبہات کا سامنا کرنا پڑا کیونکہ نیوکلک ایسڈ کا غیر معمولی غیر حیاتیاتی استعمال ڈھانچے کی تعمیر اور حساب کتاب کرنے کے لیے مواد کے طور پر کیا گیا تھا، اور اصولوں کے تجربات کے ثبوت کی اہمیت جس نے میدان کی صلاحیتوں کو بڑھایا لیکن وہ حقیقی استعمال سے دور تھے۔ ڈی این اے کیوب کی ترکیب پر سیمن کے 1991 کے مقالے کو سائنس جریدے نے مسترد کر دیا تھا جب ایک جائزہ لینے والے نے اس کی اصلیت کی تعریف کی تھی جبکہ دوسرے نے اس کی حیاتیاتی مطابقت کی کمی پر تنقید کی تھی۔ 2010 کی دہائی کے اوائل تک یہ سمجھا جاتا تھا کہ اس شعبے نے اپنی صلاحیتوں کو اس حد تک بڑھا دیا ہے کہ بنیادی سائنس کی تحقیق کے لیے درخواستوں کا ادراک ہونا شروع ہو گیا تھا، اور طب اور دیگر شعبوں میں عملی استعمال کو قابل عمل سمجھا جانے لگا تھا۔ یہ میدان 2001 میں بہت کم فعال لیبارٹریوں سے بڑھ کر 2010 میں کم از کم 60 ہو گیا تھا، جس سے ٹیلنٹ پول میں اضافہ ہوا اور اس طرح اس دہائی کے دوران اس میدان میں سائنسی ترقی کی تعداد میں اضافہ ہوا۔ بین الاقوامی سوسائٹی برائے نینو اسکیل سائنس، کمپیوٹیشن، اور انجینئرنگ کا نیوکلک ایسڈ تخروپن سافٹ ویئر کا موازنہ ڈی این اے نینو بائیوٹیکنالوجی کے مالیکیولر ماڈلز مزید پڑھنے کے لیے عمومی:-فیلڈ کے بانی کی طرف سے عام لوگوں کے لیے لکھا گیا ایک مضمون-اس دور کے نتائج کا جائزہ 2001-2010-فیلڈ میں پرانے اور نئے دونوں نتائج سمیت ایک زیادہ جامع جائزہ اور-فیلڈ کی تاریخ اور نئی ایپلی کیشنز کی ترقی پر توجہ مرکوز کرنے والا ایک نیوز آرٹیکل-فیلڈ کے مخصوص ذیلی شعبوں میں ایک حالیہ اور جامع جائزہ:-نیوکلک ایسڈ نینو مکینیکل ڈیوائسز کا جائزہ-ثانوی ڈھانچے کے ڈیزائن کے نقطہ نظر سے آنے والا جائزہ-خاص طور پر ٹائل پر مبنی اسمبلی پر توجہ مرکوز کرنے والا ایک منی ویو-اسٹرینڈ کا استعمال کرنے والے ڈی این اے سسٹم کا جائزہ۔