DNAナノテクノロジー
ロザムンドはそのコンセプトを、多数の短い核酸鎖を用いるシーマンのDX格子と、主に一本の長い鎖からなるウィリアム・シーのDNA八面体の中間だと考えていた。ロザムンドのDNAオリガミは一本の長い鎖が多数の短い鎖の助けを借りて折りたたまれる仕組みだった。これにより、それまでの限界を超えた大きさの構造を形成することができるようになった上に、設計や合成にともなう技術的な困難が低減された。『ネイチャー』誌2006年3月15日号ではDNAオリガミが表紙を飾った。2次元のDNAオリガミ構造を実証したロザムンドの研究に続いて、2009年にはダグラスらによって密な3次元構造が、Jørgen KjemsとYanの研究室では2次元面からなる中空の3次元構造が作り出された。
DNAナノテクノロジーは当初のうち懐疑的な態度で迎えられることもあった。核酸を構造材料や計算処理のような非生物学的な用途に用いる発想が異例だったことや、分野の可能性を広げる一方で実際の応用には程遠い原理実証実験が多かったことがその理由である。シーマンが1991年に書いたDNA立方体の合成に関する論文は『サイエンス』誌からリジェクトされた。査読者の一人はその独創性を賞賛したが、別の査読者は生物学的な重要性に欠けるという批判を寄せた(その論文は結局『ネイチャー』誌に掲載された)。2010年代に入ると、基礎科学への応用が現実的になるほど分野が発展したことが認められ、医療などの分野で実用的な応用が考えられ始めた。2001年にはこの分野で活動する研究室はわずかしかなかったが、2010年には少なくとも60グループにまで拡大した。この10年間は人材が増えたこともあって分野の進歩も目覚ましいものがあった。
DNAナノテクノロジーは、正確に制御されたナノスケールの構成部品を持つ複雑な構造を設計・構築する数少ない方法の1つである。構造生物学と生物物理学では基礎的な問題を解決するためにDNAナノテクノロジーが応用され始めている。最初に考えられたのは結晶学への応用で、単独では結晶化が困難な分子を3次元核酸格子内に周期配置することで構造同定を行うというものだったが、現在でも研究が進められている。ほかにも、タンパク質NMR分光で残留双極子カップリング(英語版)を測定する際に液晶の代わりとしてDNAオリガミロッドを使用することがある。DNAオリガミロッドは膜タンパク質を液中に分散させるのに必要な界面活性剤に耐性がある点で液晶より優れている。DNAウォーカーはナノ粒子を運んで化学合成を進めるナノスケールの組み立てラインとして応用されている。さらに、酵素の機能やタンパク質の折りたたみに関する生物物理学的な研究でもDNAオリガミ構造が役立てられている。
DNAナノテクノロジーは将来の実用的な応用に向けて発展を続けている。核酸アレイには他の分子を配列させる能力があるため分子スケールエレクトロニクスへの応用が期待される。核酸構造のアセンブリをテンプレートとして分子ワイヤ(英語版)のような分子エレクトロニクス素子のアセンブリを行えば、ブレッドボードに相当する分子素子のアーキテクチャやチップ上の配置をナノメートルの精度で制御できるようになる。DNAナノテクノロジーは計算処理を物質の特性と結び付けた点でプログラマブルマターの概念と比べられてきた。
例えば広く用いられているダブルクロスオーバー (DX) モチーフでは(右図下)、二つの平行な二重らせんドメインが二つのジャンクションで結合しており、それらのジャンクションは核酸鎖が交差するクロスオーバー点となっている。DXモチーフのクロスオーバー点はトポロジー的に4アーム・ジャンクションと同一だが、独立した4アーム・ジャンクションが柔軟性を持つのとは異なり、4本のアームが一つの軸に揃えられていて自由に動かすことができない。これにより、DXモチーフは堅固なブロックとして大きなDNA複合体を組み上げられるようになる。
動的DNAナノテクノロジーでは、トーホールド配列を介した鎖置換(英語版)と呼ばれるメカニズムを利用して、新しい核酸鎖を追加することで核酸複合体に再配列を行わせる。この反応では、新たな核酸鎖は二本鎖複合体の端に設けられた一本鎖領域(英語版)(「トーホールド(足がかり)」と呼ばれる)と結合し、さらに分岐移動プロセスによって元の複合体に含まれる鎖の1つと入れ替わる。これで全体としては、元の複合体の核酸鎖の1つが新たに加えた鎖と置換されたことになる。再配列を行える構造や素子を作る別の方法としては、化学反応を引き起こすデオキシリボザイム(英語版)やリボザイム、あるいは特定のタンパク質や低分子と選択的に結合できるアプタマーのような機能性核酸を用いるものがある。