DNA纳米技术

DNA纳米技术（英文：DNA nanotechnology）是一种人为设计并产生有用的核酸结构的技术。尽管它以DNA命名，但由于使用了其他类型的核酸，因此还有一个“核酸纳米技术”的名称。在这一领域，核酸被用作非生物纳米材料，而不是用作活细胞的遗传信息载体。在先前的研究中，已经制造出使用DNA，纳米管，多面体和任意形状的静态结构的2D和3D 晶格，并且已经获得了诸如分子机器和DNA计算机之类的功能设备。是的 X射线结构分析和核磁共振波谱法通过蛋白质的结构，例如识别，结构生物学和生物物理学中的基本问题它开始被用作解决问题的工具。未来的分子规模电子学及其在纳米医学中的应用也正在研究中。

纳米技术通常被定义为研究结构小于100 纳米的材料和设备的领域。DNA纳米技术其中，分子部分，使其形成稳定结构的自发组织自下而上型自组装过程（在英国），这是一个例子。这种类型的结构会根据设计人员选择的零件的物理和化学特性来开发特定的形状。DNA纳米技术组件是核酸链，例如DNA。核酸链通常是人工合成的，在大多数情况下使用时，与其在活细胞中的作用无关。DNA适合用于创建纳米级结构的原因是核酸链之间的结合遵循已知的简单碱基配对规则，从而形成了独特的双螺旋纳米结构。利用该特性，可以很容易地通过核酸链的设计来控制结构的组装。其他纳米技术材料不具有这种特性。例如蛋白质被设计是非常困难的，所述纳米颗粒是没有能力自己的特定组件。

核酸分子由核苷酸序列组成，该核苷酸序列的特征在于其中包含的核碱基。DNA的核苷酸包括四种类型的碱基：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。核酸分子仅在其碱基序列互补时才能结合形成双螺旋。也就是说，所得到的双螺旋必须成为两种类型的碱基对的序列，其AT和CG 。碱当配合适当能量上有利的，因为它是，在大多数情况下，如与彼此核酸链的数目是正确碱基被最大化构象预测与绑定。这样，碱基序列决定了核酸链系统中的结合模式和整体结构，并且可以通过使用它容易地控制。DNA纳米技术的研究人员合理地设计了核酸链的碱基序列，以便通过碱基配对组装所需的构象。使用的主要分子是DNA，还创建了包含其他核酸分子的结构。

结构DNA纳米技术（SDN）专注于物质的合成和分析，例如核酸复合物，它们是产生静态平衡形式的一部分。核酸的双螺旋结构具有定义且健壮的三维形状，这使得可以预测和设计更复杂的核酸复杂结构。实际上，二维或三维复合结构的结构或周期性的，非周期性的，诸如离散结构中，提出了一些。

当小的核酸复合物以粘性末端彼此连接时，会获得分子堆积图案的大二维周期性晶格。这些类型的结构中的xxx种使用DX复合材料作为基本图块。通过设计DX复合物四个粘性末端的碱基序列，可将复合物周期性地排列为一个单元，从而形成可被视为刚性2D DNA晶体的平坦2D薄片为（右图）。已经创建了使用其他图案的二维阵列，包括假日结菱形格子和基于双内聚方案的各种基于DX的阵列。右上方的两个图像显示了基于图块的周期性光栅的示例。

二维数组也可以具有非周期性结构，其装配包含某种算法。此DNA计算的一种形式。取决于如何选择粘性末端的基本序列，DX复合体将变为单个图块并可以进行处理。事实上，DX阵列的组件XOR通过将操作编码的DNA阵列元胞自动机和，Gyasuketto的Sierpinski称为分形例如以产生结构。另一个例子是创建二进制计数器系统，该系统将DNA阵列的结构与二进制数关联起来，并随着阵列的增长而增加。这些结果表明，可以将计算处理并入DNA阵列组件中。

中空纳米管也由DX阵列形成。管的直径为4–20 nm，并且二维晶格似乎是卷曲和圆形的。尺寸和形状接近于碳纳米管（CNT）。DNA纳米管不像CNT 那样具有导电性，但是可以很容易地改变结构或连接到其他结构。有多种创建DNA纳米管的方案，其中一种是通过在弯曲的DX瓷砖上组装晶格来制造圆管。还有一种通过使用描绘环的单股线作为瓷砖固定管子圆周的方法，管子的刚度突然出现。

自从DNA纳米技术问世以来，用DNA创建三维晶格一直是一个目标，但是很难实现。但直到2009年，张力和压缩力来平衡张拉整体已报道基于的概念已被实现由该基序。

动态DNA纳米技术的核心是构建具有整体结构的核酸系统，该结构可以表达预定的动态功能，例如计算或机械运动。结构可以通过退火过程中的动态重排获得，也可以从一开始就动态地进行结构形成，因此与结构DNA纳米技术存在重叠。

作为一种纳米机器人，人们已经创造出一种通过某种刺激改变构象的DNA复合物。制造类似于在结构DNA纳米技术中创建静态结构，但设计成允许组装后进行动态重排。这些元素中的xxx个利用了B-DNA（右手）和Z-DNA（左手）之间的过渡，并根据缓冲条件的变化而扭曲。在由缓冲条件触发的系统中，所有元素都同时更改状态，但是随后，可以使用控制链更改状态的系统独立操作溶液中的每个元素。是的 示例包括具有打开和关闭状态的“ 分子镊子 ”机制，以及通过在副交叉配置（PX）和双结配置（JX2）之间切换而产生旋转运动的元件。遇到控制链是动态膨胀和收缩的二维阵列。还创建了一种可以动态打开和关闭的笼状结构，并有望作为允许功能性分子货物自由暴露或释放的分子笼。

DNA沃克是沿一维的轨道执行定向移动一个类型的核酸纳米机器的，和许多方案被建立 。例如，有一种策略可以通过按顺序添加控制链 来使步行者沿着轨道逐步移动。另一种方法是自主系统，其中具有限制性酶或脱氧核糖酶的助步器沿一个方向前进，同时切割轨道的核酸链。后来人们实现步行者携带分子货物而代替通过选择性地拾取一维轨道行走的二维平面 。此外，通过沿着轨道进行 DNA模板合成，实现了自主执行多步化学合成的一维助步器 。化学合成的DNA沃克天然蛋白质的功能动力蛋白和驱动蛋白导致 。