DNAナノテクノロジー
核酸分子はヌクレオチドの配列からなり、ヌクレオチドはそれに含まれる核酸塩基によって区別される。DNAのヌクレオチドにはアデニン (A)、シトシン (C)、グアニン (G)、チミン (T) の四種の塩基が含まれる。核酸分子どうしが結合して二重らせんを構成するのは、それらの塩基配列が相補的である場合のみである。すなわち、出来上がった二重らせんはA-TおよびC-Gという二種類の塩基対の配列にならなければならない。塩基が正しく対合するとエネルギー的に有利(英語版)であるため、ほとんどのケースでは核酸鎖どうしが正しい塩基対の数が最大になるような立体配座で結合すると予想される。このように核酸鎖系で結合パターンと全体構造を決定するのは塩基配列であり、それを利用すれば容易に制御が行える。DNAナノテクノロジーの研究者は、塩基対形成作用によって望ましい立体配座がアセンブルされるように、核酸鎖の塩基配列を合理的に設計する。用いられる分子はDNAが主流だが、RNAやペプチド核酸 (PNA) など他の核酸分子を組み込んだ構造も作製されている。
核酸ナノ構造を設計する最初のステップは、与えられた構造をどうやって核酸鎖の配列として表すかを決めることである。このステップでは求める形状の中で鎖をつなぐ塩基対の位置(二次構造)が決められる。これまでに複数のアプローチが確立されている。
DNAナノ構造は個々の核酸鎖が集合して目的の構造を作るように合理的に設計する必要がある。通常、まずは標的とする三次構造または機能を特定しなければならない。次に、標的複合体全体の二次構造が決められる。すなわち核酸鎖の配置と、それぞれの鎖のどの部分を互いに結合するかを特定する。最後のステップは一次構造の設計、つまり核酸鎖の具体的な塩基配列の決定である。