DNK-nanotehnologija

[thumb| DNK-nanotehnologija uključuje formiranje vještačkih, [Dizajn nukleinske kiseline|dizajniranih nanostruktura od nukleinskih kiselina, kao što je ovaj DNK tetraedar. Seemanova prvobitna motivacija bila je stvaranje trodimenzionalne DNK rešetke za orijentaciju drugih velikih molekula, što bi pojednostavilo njihovu kristalografsko proučavanje eliminirajući težak proces dobijanja čistih kristala. Navodno mu je ova ideja pala na pamet krajem 1980., nakon što je shvatio sličnost između drvoreza "Dubina" M. C. Eschera i niza DNK spojeva sa šest krakova.  U to vrijeme bilo je poznato nekoliko prirodnih razgranatih struktura DNK, uključujući replikacijsku viljušku DNK i mobilni Hollidayev spoj, ali Seemanov uvid je bio da se nepokretni spojevi nukleinskih kiselina mogu stvoriti pravilnim dizajniranjem sekvenci lanaca kako bi se uklonila simetrija u sastavljenom molekulu, te da se ovi nepokretni spojevi u principu mogu kombinirati u krute kristalne rešetke. Prvi teorijski rad koji predlaže ovu shemu objavljen je 1982., a prva eksperimentalna demonstracija nepokretnog spoja DNK objavljena je sljedeće godine. Sljedeći napredak bio je prevođenje ovoga u mehaničko kretanje, a 2004. i 2005., grupe Seemana, Nilesa Piercea, Andrewa Turberfielda i Chengdea Maoa demonstrirale su nekoliko sistema DNK hodalica. Ideju korištenja DNK nizova za stvaranje šablona za sastavljanje drugih molekula poput nanočestica i proteina, prvi put su predložili Bruche Robinson i Seeman 1987., demonstrirali su 2002. Seeman, Kiehl i saradnici. a potom i od strane mnogih drugih grupa.

Godine 2006, Rothemund je prvi demonstrirao metodu DNK origami za lako i robusno formiranje savijenih DNK struktura proizvoljnog oblika. Rothemund je zamislio ovu metodu kao konceptualno posrednu između Seemanovih DX rešetki, koje su koristile mnogo kratkih lanaca, i William Shih-ovog DNK oktaedra, koji se uglavnom sastojao od jednog vrlo dugog lanca. Rothemundov DNK origami sadrži dugi lanac čije savijanje je potpomognuto nekoliko kratkih lanaca. Ovaj metod je omogućio formiranje mnogo većih struktura nego što je ranije bilo moguće, a koje su manje tehnički zahtjevne za dizajniranje i sintezu. DNK origami bio je naslovna priča u časopisu *Nature* od 15. marta 2006..

DNK nanotehnologija je u početku dočekana sa izvjesnom skepsom zbog neobične nebiološke upotrebe nukleinskih kiselina kao materijala za izgradnju struktura i računanje, te pretežne količine eksperimenata dokaz principa koji su proširili mogućnosti ovog područja, ali su bili daleko od stvarne primjene. Seemanov rad iz 1991. o sintezi DNK kocke odbio je časopis *Science* nakon što je jedan recenzent pohvalio njegovu originalnost, dok ga je drugi kritizirao zbog nedostatka biološke relevantnosti.  Do početka 2010-ih smatralo se da je ovo područje povećalo svoje sposobnosti do te mjere da su se počele ostvarivati primjene za fundamentalna naučna istraživanja, a praktične primjene u medicini i drugim oblastima počele su se smatrati izvodljivima.  Polje je poraslo sa vrlo malo aktivnih laboratorija u 2001. godini na najmanje 60 u 2010., što je povećalo broj talenata i time broj naučnih napredaka u ovom polju tokom te decenije.

## Fundamentalni koncepti
[thumb|Ova četiri lanca se udružuju u četverokraki spoj DNK jer ova struktura maksimizira broj ispravnih [bazni par|baznih parova, gdje se A podudara sa T i C podudara sa G.]]

### Svojstva nukleinskih kiselina
Nanotehnologija se često definira kao proučavanje materijala i uređaja s karakteristikama na skali ispod 100 nanometara. DNK nanotehnologija, konkretno, primjer je odozdo prema gore molekularnog samosklapanja, u kojem se molekularne komponente spontano organiziraju u stabilne strukture; određeni oblik ovih struktura induciran je fizičkim i hemijskim svojstvima komponenti koje su odabrali dizajneri   U DNK nanotehnologiji, komponentni materijali su lanci nukleinskih kiselina poput DNK; ovi lanci su često sintetički i gotovo uvijek se koriste izvan konteksta žive ćelije. DNK je pogodna za nanoskalnu konstrukciju jer vezivanje između dva lanca nukleinskih kiselina zavisi od jednostavnih pravila baznih parova koja su dobro shvaćena i formiraju specifičnu nanoskalnu strukturu dvostruke spirale nukleinske kiseline. Ove osobine olakšavaju kontrolu sastavljanja struktura nukleinskih kiselina putem dizajna nukleinskih kiselina. Ovo svojstvo nedostaje kod drugih materijala koji se koriste u nanotehnologiji, uključujući proteine, za koje je dizajn proteina vrlo težak, i nanočestice, kojima nedostaje sposobnost specifičnog sastavljanja same po sebi.  Budući da je formiranje ispravno uparenih baznih parova energetski povoljno, očekuje se da će se lanci nukleinskih kiselina u većini slučajeva vezati jedan za drugi u konformaciji koja maksimizira broj ispravno uparenih baza. Sekvence baza u sistemu lanaca tako određuju obrazac vezivanja i ukupnu strukturu na lahko kontroliran način. U DNK nanotehnologiji, istraživači racionalno dizajniraju sekvence baza lanaca tako da interakcije sparivanja baza uzrokuju da se lanci sastave u željenoj konformaciji.

### Potpodručja
DNK nanotehnologija se ponekad dijeli na dva preklapajuća podoblasti: strukturnu DNK nanotehnologiju i dinamičku DNK nanotehnologiju. Strukturna DNK nanotehnologija, ponekad skraćeno SDN, fokusira se na sintezu i karakterizaciju kompleksa nukleinskih kiselina i materijala koji se sklapaju u statičko, ravnotežno krajnje stanje. S druge strane, dinamička DNK nanotehnologija fokusira se na komplekse s korisnim neravnotežnim ponašanjem, kao što je sposobnost rekonfiguracije na osnovu hemijskog ili fizičkog stimulusa. Neki kompleksi, kao što su nanomehanički uređaji nukleinskih kiselina, kombiniraju karakteristike i strukturnih i dinamičkih podoblasti.

## Strukturna DNK nanotehnologija
Strukturna DNK nanotehnologija, ponekad skraćeno SDN, fokusira se na sintezu i karakterizaciju kompleksa nukleinskih kiselina i materijala gdje sklop ima statičku, ravnotežnu krajnju tačku. Dvostruka spirala nukleinske kiseline ima robusnu, definiranu trodimenzijsku geometriju koja omogućava simuliranje, predvidjeti i dizajnirati strukture složenijih kompleksa nukleinskih kiselina. Mnoge takve strukture su stvorene, uključujući dvodimenzijske i trodimenziijske strukture, te periodične, aperiodične i diskretne strukture.

### Proširene rešetke 
[thumb|350px| *Lijevo*, model DNK pločice korištene za izradu još jedne dvodimenzionalne periodične rešetke. *Desno*, [mikrografija sastavljene rešetke snimljena atomskim silama.]]

Mali kompleksi nukleinskih kiselina mogu biti opremljeni ljepljivim krajevima i kombinovani u veće dvodimenzijske periodične rešetke koje sadrže specifičan teselirani uzorak pojedinačnih molekulskih pločica. Dvodimenzijski nizovi su napravljeni i od drugih motiva, uključujući rešetku romb Hollidayeve veze, i razni DX-bazirani nizovi koji koriste shemu dvostruke kohezije. Gornje dvije slike desno prikazuju primjere periodičnih rešetki zasnovanih na pločicama.

Dvodimenzijski nizovi mogu se napraviti tako da prikazuju aperiodične strukture čije sastavljanje implementira specifičan algoritam, pokazujući jedan oblik DNK računarstva. Drugi sistem ima funkciju binarnog brojača, prikazujući reprezentaciju rastućih binarnih brojeva kako rastu. Ovi rezultati pokazuju da se računanje može uključiti u sastavljanje DNK nizova.

DX nizovi su napravljeni da formiraju šuplje nanocjevčice promjera 4–20&nbsp;nm, u suštini dvodimenzijske rešetke koje se zakrivljuju same oko sebe. U alternativnom metodu koji omogućava jednostavno, modularno određivanje obima korištenjem jednolančanih pločica, krutost cijevi je emergentno svojstvo.
Formiranje trodimenzijskih rešetki DNK bio je najraniji cilj DNK nanotehnologije, ali se to pokazalo kao jedan od najtežih za realizaciju. Uspjeh korištenja motiva zasnovanog na konceptu tensegritnosti, ravnoteže između sila napetosti i kompresije, konačno je prijavljen 2009..
### Diskretne strukture
Istraživači su sintetizirali mnoge trodimenzionalne DNK komplekse koji imaju povezanost poliedra, kao što je kocka ili oktaedar, što znači da DNK dupleksi prate rubove poliedra sa DNK spojem u svakom vrhu. Najranije demonstracije DNK poliedara bile su vrlo radno intenzivne, zahtijevajući više koraka ligacije i sinteze na čvrstoj fazi za stvaranje kateniranih poliedara. Naknadni rad je dao poliedre čija je sinteza bila mnogo lakša. To uključuje DNK oktaedar napravljen od dugog jednog lanca dizajniranog da se savije u ispravnu konformaciju, i tetraedar koji se može proizvesti iz četiri lanca DNK u jednom koraku, prikazan na vrhu ovog članka.

Nanostrukture proizvoljnih, nepravilnih oblika obično se izrađuju korištenjem metode DNK origami. Ove strukture se sastoje od dugog, prirodnog virusnog lanca kao "skele", koji se savija u željeni oblik pomoću računarski dizajniranih kratkih "spajalica" lanaca. Ova metoda ima prednosti jednostavnog dizajniranja, jer je bazna sekvenca unaprijed određena sekvencom lanca skele, i ne zahtijeva visoku čistoću lanca i tačnu stehiometriju, kao što to čini većina drugih metoda DNK nanotehnologije. DNK origami je prvi put demonstriran za dvodimenzionalne oblike, kao što su nasmiješeno lice, gruba mapa zapadne hemisfere i slika Mona Lize. Čvrste trodimenzijske strukture mogu se napraviti korištenjem paralelnih DNK heliksa raspoređenih u obliku saća, i strukture s dvodimenzijskim površinama mogu se napraviti tako da se savijaju u šuplji trodimenzikski oblik, sličan kartonskoj kutiji. One se mogu programirati da se otvore i otkriju ili otpuste molekularni teret kao odgovor na stimulus, što ih čini potencijalno korisnim kao programabilnim molekularnim kafezima.

### Šablon za sastavljanje
Strukture nukleinskih kiselina mogu se napraviti tako da uključuju molekule koji nisu nukleinske kiseline, ponekad nazvane heteroelementi, uključujući proteine, metalne nanočestice, kvantne tačke, amine, i fulerene. Ovo omogućava konstrukciju materijala i uređaja sa mnogo većim rasponom funkcionalnosti nego što je to moguće samo s nukleinskim kiselinama. Cilj je koristiti samosklapanje struktura nukleinskih kiselina za oblikovanje sklopa nanočestica koje se nalaze na njima, kontrolirajući njihov položaj, a u nekim slučajevima i orijentaciju.
Mnoge od ovih shema koriste shemu kovalentnog vezivanja, koristeći oligonukleotide sa amidnim ili tiolnim funkcionalnim grupama kao hemijsku ručku za vezivanje heteroelemenata. Ova shema kovalentnog vezivanja korištena je za raspoređivanje zlatnih nanočestica na DX-baziranom nizu,
i da se molekule proteina streptavidina rasporede u specifične obrasce na DX nizu.
Nekovalentna shema hostinga koja koristi Dervanove poliamide na DX nizu korištena je za raspoređivanje streptavidinskih proteina u specifičnom obrascu na DX nizu. Ugljične nanocijevi su smještene na DNK nizovima u obrascu koji omogućava sklopu da djeluje kao molekularni elektronski uređaj, tranzistor s efektom polja od ugljičnih nanocijevi. Osim toga, postoje metode metalizacije nukleinskih kiselina, u kojima se nukleinska kiselina zamjenjuje metalom koji poprima opći oblik originalne strukture nukleinske kiseline, i sheme za korištenje nanostruktura nukleinskih kiselina kao litografskih maski, prenoseći njihov uzorak na čvrstu površinu.

## Dinamička DNK nanotehnologija 
[thumb|Dinamička DNK nanotehnologija često koristi reakcije pomjeranja lanca posredovane "toehold"-om. U ovom primjeru, crveni lanac se veže za jednolančani "toehold" region na zelenom lancu (regija 1), a zatim u procesu [migracija grana preko regije 2, plavi lanac se pomjera i oslobađa iz kompleksa. Reakcije poput ovih se koriste za dinamičku rekonfiguraciju ili sastavljanje nanostruktura nukleinskih kiselina. Osim toga, crveni i plavi lanac mogu se koristiti kao signali u molekularnoj logičkoj kapiji.]]

Dinamička DNK nanotehnologija fokusira se na formiranje sistema nukleinskih kiselina sa dizajniranim dinamičkim funkcionalnostima povezanim sa njihovim ukupnim strukturama, kao što su računanje i mehaničko kretanje. Postoji određeno preklapanje između strukturne i dinamičke DNK nanotehnologije, jer se strukture mogu formirati žarenjem, a zatim dinamički rekonfigurirati, ili se mogu dinamički formirati u početku.
Ovo oslanjanje na uslove pufera uzrokovalo je da svi uređaji mijenjaju stanje u isto vrijeme. Naknadni sistemi mogli su mijenjati stanja na osnovu prisustva kontrolnih lanaca, omogućavajući da više uređaja nezavisno radi u rastvoru. Neki primjeri takvih sistema su dizajn "molekularne pincete" koji ima otvoreno i zatvoreno stanje, uređaj koji bi mogao preći iz paranemijsko-krosover (PX) konformacije u (JX2) konformaciju s dvije nespojne jukstapozicije DNK okosnice, pritom se podvrgavajući rotacijskom kretanju, i dvodimenzijski niz koji bi se mogao dinamički širiti i skupljati kao odgovor na kontrolne niti.  Također su napravljene strukture koje se dinamički otvaraju ili zatvaraju, potencijalno djelujući kao molekularni kafez za oslobađanje ili otkrivanje funkcionalnog tereta nakon otvaranja. U drugom primjeru, DNK origami nanostruktura je spojena sa T7 RNK-polimerazom i stoga je mogla raditi kao motor pokretan hemijskom energijom koji se može spojiti na pasivni pratilac, kojeg zatim pokreće.

DNK hodalice su klasa nukleinsko-kiselinskih nanomašina koje pokazuju usmjereno kretanje duž linearne staze. Demonstriran je veliki broj shema. Jedna strategija je kontrola kretanja hodalice duž staze, korištenjem kontrolnih lanaca koje je potrebno ručno dodati u sekvenci. Također je moguće kontrolirati pojedinačne korake DNK hodalice ozračivanjem svjetlošću različitih talasnih dužina. Drugi pristup je korištenje restrikcijskih enzima ili dezoksiribozima za cijepanje lanaca i pokretanje hodalice naprijed, što ima prednost autonomnog kretanja. Kasniji sistem je mogao hodati po dvodimenzijskoj površini umjesto po linearnoj stazi, te je pokazao sposobnost selektivnog preuzimanja i pomicanja molekularnog tereta. U 2018, Pokazano je da se katenirana DNK koja koristi transkripciju po kotrljajućem krugu pomoću pričvršćene T7 RNK polimeraze kreće duž DNK puta, vođena generiranim RNK lancem. Pored toga, demonstriran je linearni hodač koji izvodi sinteza DNK pomoću šablona dok hodač napreduje duž staze, omogućavajući autonomnu višestepenu hemijsku sintezu koju usmjerava hodač. Funkcija sintetskih DNK hodalica slična je funkciji proteina dineina i kinezina.

### Kaskade pomjeranja lanca
Kaskade reakcija pomjeranja lanca mogu se koristiti u računske ili strukturne svrhe. Pojedinačna reakcija pomjeranja lanca uključuje otkrivanje novog niza kao odgovor na prisustvo nekog inicijatora. Mnoge takve reakcije mogu se povezati u kaskadu gdje novootkriveni izlazni niz jedne reakcije može pokrenuti drugu reakciju pomjeranja lanca negdje drugdje. To zauzvrat omogućava konstrukciju mreža hemijskih reakcija s mnogim komponentama, pokazujući složene računske i informatičke sposobnosti. Ove kaskade postaju energetski povoljne formiranjem novih baznih parova i entropijskim dobitkom od reakcija rastavljanja. Kaskade pomjeranja lanca omogućavaju izotermni rad sastavljanja ili računskog procesa, za razliku od tradicionalnog zahtjeva sastavljanja nukleinskih kiselina za korak termičkog žarenja, gdje se temperatura podiže, a zatim polako snižava kako bi se osiguralo pravilno formiranje željene strukture. One također mogu podržati katalitsku funkciju vrste inicijatora, gdje manje od jednog ekvivalenta inicijatora može uzrokovati da se reakcija završi.  Za razliku od tradicionalnih elektronskih računara, koji koriste električnu struju kao ulaze i izlaze, molekularni računari koriste koncentracije specifičnih hemijskih vrsta kao signale. U slučaju kola za istiskivanje lanca nukleinske kiseline, signal je prisustvo lanaca nukleinske kiseline koji se oslobađaju ili troše događajima vezivanja i odvezivanja za druge lance u kompleksima istiskivanja. Ovaj pristup je korišten za izradu logičkih vrata kao što su I, ILI i NOT vrata.  Nedavno je demonstrirano četverobitno kolo koje može izračunati kvadratni korijen cijelih brojeva od 0 do 15, koristeći sistem kapija koje sadrže 130 lanaca DNK.
Druga upotreba kaskada pomjeranja lanca je stvaranje dinamički sastavljenih struktura. One koriste strukturu ukosnica tipa ukosnica za reaktante, tako da kada se ulazni lanac veže, novootkrivena sekvenca se nalazi na istom molekulu, umjesto da se rastavlja. Ovo omogućava dodavanje novih otvorenih ukosnica rastućem kompleksu. Ovaj pristup je korišten za stvaranje jednostavnih struktura kao što su trokraki i četverokraki spojevi i dendrimeri.

U studiji koju je provela grupa naučnika iz iNANO i CDNA centara na Univerzitetu Aarhus, istraživači su uspjeli konstruirati mali višestruko preklopni 3D DNK kutijski origami. Predložena nanočestica je okarakterizirana mikroskopijom atomskih sila (AFM), transmisijskom elektronskom mikroskopijom (TEM) i Försterovim rezonantnim prijenosom energije (FRET). Pokazalo se da konstruirana kutija ima jedinstveni mehanizam ponovnog zatvaranja, koji joj je omogućio da se više puta otvara i zatvara kao odgovor na jedinstveni skup DNK ili RNK ključeva. Autori su predložili da se ovaj "DNK uređaj potencijalno može koristiti za širok raspon primjena kao što su kontrola funkcije pojedinačnih molekula, kontrolirana isporuka lijekova i molekularno računarstvo."

Postoje potencijalne primjene DNK nanotehnologije u nanomedicini, koristeći njenu sposobnost da vrši računanje u biokompatibilnom formatu za izradu "pametnih lijekova" za ciljanu dostavu lijekova, kao i za dijagnostičke primjene. Jedan takav sistem koji se istražuje koristi šuplju DNK kutiju koja sadrži proteine koji induciraju apoptozu, ili ćelijsku smrt, a koja će se otvoriti samo kada je u blizini ćelije raka.  Dodatno je postojao interes za ekspresiju ovih vještačkih struktura u inženjerski modificiranim živim bakterijskim ćelijama, najvjerovatnije korištenjem transkribovane RNK za sastavljanje, iako nije poznato da li su ove složene strukture sposobne da se efikasno savijaju ili sastavljaju u citoplazmi ćelije. Ako bude uspješno, ovo bi moglo omogućiti usmjerenu evoluciju nanostruktura nukleinskih kiselina.  DNK tetraedar je korišten za isporuku RNK-interferencija (RNKi) u mišjem modelu, izvijestio je tim istraživača na MITu. Isporuka interferirajuće RNK za liječenje pokazala je određeni uspjeh korištenjem polimera ili lipida, ali postoje ograničenja sigurnosti i neprecizno ciljanje, pored kratkog roka trajanja u krvotoku. DNK-nanostruktura koju je kreirao tim sastoji se od šest lanaca DNK koji formiraju tetraedar, s jednim lancem RNK pričvršćenim za svaku od šest ivica. Tetraedar je dodatno opremljen ciljajućim proteinom, tri molekule folata, koje vode DNK nanočestice do obilnih receptora folata koji se nalaze na nekim tumorima. Rezultat je pokazao da je ekspresija gena na koju cilja RNKi, luciferaza, pala za više od polovine. Ova studija pokazuje obećanje u korištenju DNK nanotehnologije kao efikasnog alata za isporuku liječenja korištenjem nove tehnologije RNK-interferencije. DNK tetraedar je također korišten u nastojanju da se prevaziđe fenomen višestruke rezistencije na lijekove. Doksorubicin (DOX) je konjugiran s tetraedrom i ubačen u MCF-7 ćelije raka dojke koje su sadržavale pumpu za izbacivanje lijeka P-glikoprotein. Rezultati eksperimenta pokazali su da se DOX ne ispumpava i da je postignuta apoptoza ćelija raka. Tetraedar bez DOX-a je ubačen u ćelije kako bi se testirala njegova biokompatibilnost, a sama struktura nije pokazala citotoksičnost. DNK tetraedar je također korišten kao barkod za profiliranje subćelijske ekspresije i distribucije proteina u ćelijama u dijagnostičke svrhe. Tetraedarska nanostruktura pokazala je poboljšani signal zbog veće efikasnosti označavanja i stabilnosti.

Primjena DNK nanotehnologije u nanomedicini se također fokusira na oponašanje strukture i funkcije prirodno prisutnih membranskih proteina pomoću dizajniranih DNK nanostruktura. 2012., Langecker *et al.* uveli su origami strukturu DNK u obliku pora koja se može sama umetnuti u lipidne membrane putem hidrofobnih holesterolskih modifikacija i inducirati ionske struje kroz membranu. Nakon ove prve demonstracije sintetskog ionskog kanala DNK uslijedili su različiti dizajni koji induciraju pore, od jednog DNK dupleksa, do malih konstrukcija na bazi pločica, i veliki DNK origami transmembranski porini. Slično prirodnim proteinima ionskim kanalima, ovaj ansambl sintetičkih DNK-napravljenih pandana stoga obuhvata više redova veličine u provodljivosti. Proučavanje jednog DNK dupleksa koji se ubacuje u membranu pokazalo je da struja mora teći i na DNK-lipidnom interfejsu jer u dizajnu ne postoji centralni lumen kanala koji omogućava prolazak iona kroz lipidni dvosloj. Ovo je ukazivalo na to da DNK-inducirana lipidna pora ima toroidni oblik, a ne cilindrični, jer se lipidne glavne grupe preusmjeravaju prema dijelu DNK umetnutom u membranu. Ovaj razvoj naglašava potencijal sintetičkih DNK nanostruktura za personalizirane lijekove i terapiju.

## Dizajn
DNK nanostrukture moraju biti racionalno dizajnirane tako da se pojedinačni lanci nukleinskih kiselina mogu sastaviti u željene strukture. Ovaj proces obično počinje specifikacijom željene ciljne strukture ili funkcije. Zatim se određuje ukupna sekundarna struktura ciljnog kompleksa, specificirajući raspored lanaca nukleinskih kiselina unutar strukture i koji dijelovi tih lanaca trebaju biti međusobno vezani. Posljednji korak je dizajn primarna struktura, koji predstavlja specifikaciju stvarnih baznih sekvenci svakog lanca nukleinske kiseline.
* Savijajuće strukture. Alternativa pristupu zasnovanom na pločicama, pristupi savijanja prave nanostrukturu od jedne duge niti, koja može imati dizajnirani niz koji se savija zbog svojih interakcija sa samom sobom, ili se može saviti u željeni oblik korištenjem kraćih, "klamericastih" niti. Ova potonja metoda se naziva DNK origami, koja omogućava formiranje nanoskalnih dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih oblika (pogledajte Diskretne strukture iznad).
* Dinamičko sklapanje. Ovaj pristup direktno kontroliše kinetiku samosklapanja DNK, specificirajući sve međuprodukt korake u mehanizmu reakcije pored konačnog proizvoda. To se radi korištenjem početnih materijala koji usvajaju strukturu ukosnica; oni se zatim sklapaju u konačnu konformaciju u kaskadnoj reakciji, određenim redoslijedom (pogledajte Kaskade pomjeranja lanca ispod). Ovaj pristup ima prednost što se izotermno odvija na konstantnoj temperaturi. To je u suprotnosti sa termodinamičkim pristupima, koji zahtijevaju termički žarenje korak gdje je potrebna promjena temperature da bi se pokrenulo sklapanje i pogodovalo pravilnom formiranju željene strukture.

### Dizajn sekvence
Nakon što se bilo koji od gore navedenih pristupa koristi za dizajniranje sekundarne strukture ciljnog kompleksa, mora se osmisliti stvarna sekvenca nukleotida koja će se formirati u željenu strukturu. Dizajn nukleinske kiseline je proces dodjeljivanja specifične sekvence baze nukleinske kiseline svakom od konstitutivnih lanaca strukture tako da se oni udruže u željenu konformaciju. Većina metoda ima cilj dizajniranja sekvenci tako da ciljna struktura ima najnižu energiju, te je stoga termodinamički najpovoljnija, dok nepravilno sastavljene strukture imaju veće energije i stoga su nepoželjne. To se radi ili jednostavnim, bržim heurističkim metodima kao što je minimizacija simetrije sekvence, ili korištenjem potpunog najbližeg susjeda termodinamičkog modela, koji je precizniji, ali sporiji i računski zahtjevniji. Geometrijski modeli se koriste za ispitivanje tercijarne strukture nanostruktura i kako bi se osiguralo da kompleksi nisu previše napregnuti.

## Materijali i metodi
[thumb|Metode [gel elektroforeze, kao što je ovaj test formiranja na DX kompleksu, koriste se za utvrđivanje da li se željene strukture pravilno formiraju. Svaka vertikalna traka sadrži niz traka, gdje je svaka traka karakteristična za određeni međuprodukt reakcije.]]

Sekvence DNK lanaca koji čine ciljnu strukturu dizajnirane su računarski, korištenjem softvera za molekularno modeliranje i termodinamičko modeliranje.  Strands can be purified by denaturing gel electrophoresis if needed, i precizne koncentracije određene bilo kojom od nekoliko metoda kvantifikacija nukleinskih kiselina korištenjem ultraljubičasta apsorbancija spektroskopija.

Potpuno formirane ciljne strukture mogu se provjeriti korištenjem nativno gel elektroforeze, koja daje informacije o veličini i obliku kompleksa nukleinskih kiselina. Test pomjeranja elektroforetske mobilnosti može procijeniti da li struktura uključuje sve željene lance.  Fluorescent labeling and Förster resonance energy transfer (FRET) are sometimes used to characterize the structure of the complexes.

Strukture nukleinskih kiselina mogu se direktno snimiti pomoću mikroskopije atomskih sila, koja je pogodna za proširene dvodimenzionalne strukture, ali manje korisna za diskretne trodimenzionalne strukture zbog interakcije vrha mikroskopa sa krhkom strukturom nukleinske kiseline; u ovom slučaju se često koriste transmisijska elektronska mikroskopija i krioelektronska mikroskopija. Proširene trodimenzijske rešetke se analiziraju pomoću rendgenske kristalografije.

## Također pogledajte 
* Međunarodno društvo za nanoskalnu nauku, računarstvo i inženjerstvo
* Poređenje softvera za simulaciju nukleinskih kiselina
* Molekularni modeli DNK
* Nanobiotehnologija

## Reference 
## Dopunska literatura
;Opća:

* —An article written for laypeople by the founder of the field
* —A review of results in the period 2001–2010
* —A more comprehensive review including both old and new results in the field
*  and .—A news article focusing on the history of the field and development of new applications
* —A very recent and comprehensive review in the field

;Specifične podobkasti:

* —A review of nucleic acid nanomechanical devices
* —A review coming from the viewpoint of secondary structure design
* —A minireview specifically focusing on tile-based assembly
* —A review of DNA systems making use of strand displacement mechanisms

## Vanjski linkovi 
* What is Bionanotechnology?—a video introduction to DNA nanotechnology

Kategorija:DNK
Kategorija:Nanotehnologija