Công nghệ nano DNA động lực thường sử dụng các phản ứng dịch chuyển dải can thiệp chỗ đứng chân. Trong ví dụ này, một dải màu đỏ gắn kết với một vùng chỗ đứng chân trên dải màu xanh (vùng 1), và sau đó trong một quá trình di chuyển nhánh dọc qua vùng 2, dải màu xanh dướng bị dịch chuyển và giải phóng khỏi phức hợp. Các phản ứng kiểu này được sử dụng để tái cấu trúc về mặt động lực hoặc tổng hợp các cấu trúc nano axit nucleic. Hơn nữa, có thể sử dụng các dải đỏ và xanh làm tín hiệu trong một cổng logic phân tử.

Công nghệ nano DNA động lực tập trung vào việc tạo ra các hệ axit nucleic với các chức năng động lực được thiết kế liên quan tới cấu trúc chung của chúng, chẳng hạn cho tính toán hoặc chuyển động cơ học. Có ít nhiều chồng lấn giữa các nhánh công nghệ nano DNA cấu trúc và động lực, bởi vì các cấu trúc có thể tạo thành thông qua ủ nhiệt và sau đó tái cấu trúc một cách động lực, hoặc có thể được chế tạo để hình thành theo con đường động lực ngay từ đầu.[26][40]

Các thiết bị cơ học nano

Các phức hợp DNA có thể thay đổi hình dạng dưới những kích thích nhất định, khiến cho chúng trở thành ứng viên cho robot nano. Các cấu trúc này ban đầu được tạo theo cách giống như các cấu trúc tĩnh trong công nghệ DNA cấu trúc, những được thiết kế sao cho một sự tái cấu trúc động lực học có thể xảy ra sau sự tổng hợp ban đầu.[9][40] Thiết bị đầu tiên có khả năng như vậy sử dụng chuyển vị giữa các dạng B-DNA và Z-DNA để đáp ứng lại một thay đổi trong các điều kiện đệm nhờ trải qua một chuyển động xoắn.[41]Tuy nhiên sự phụ thuộc vào các điều kiện đệm này khiến tất cả các thiết bị thay đổi trạng thái cùng lúc, một điều không mong muốn. Các hệ thống về sau có thể thay đổi trạng thái dựa trên sự tồn tại của các dải kiểm soát, cho phép nhiều thiết bị có thể vận hành độc lập trong dung dịch. Một vài ví dụ về những hệ như vậy là một thiết kế "kẹp phân tử" có các trạng thái mở và đóng,[42] một thiết bị có thể bật từ dạng xuyên chéo sóng đôi (tiếng Anh: paranemic-crossover, ký hiệu PX) sang dạng mối nối kép (JX2), thông qua chuyển động quay trong quá trình,[43] và một mảng hai chiều có thể giãn ra và co lại tùy theo các dải kiểm soát.[44] Người ta cũng chế tạo được các cấu trúc có thể đóng hoặc mở một cách động lực, có khả năng đảm nhận vai trò như một chiếc khung để giải phóng hoặc lộ ra một phân tử chuyên chở được kích hoạt khi mở ra.[31][45][46]

DNA di chuyển là một lớp các cỗ máy nano axit nucleic thể hiện chuyển động có định hướng dọc theo một đường thẳng vạch sẵn. Đã có hàng loạt ý đồ liên quan tới chúng.[40] Một chiến lược trong số đó là kiểm soát chuyển động của thiết bị di chuyển dọc theo rãnh bằng các dải kiểm soát cần thêm vào chuỗi.[47][48] Một cách tiếp cận khác là lợi dụng các enzym giới hạn hoặc deoxyribozym để chia tách các dải và khiến thiết bị tiến về phía trước, cách này có lợi thể là có thể vận hành tự động.[49][50] Gần đây một hệ thống đã có thể di chuyển trên một bề mặt 2 chiều thay vì một rãnh thẳng, và chứng minh được khả năng nhặt có chọn lọc "hàng hóa" và di chuyển chúng.[51] Ngoài ra, một thiết bị dịch chuyển thẳng đã thể hiện khả năng tổng hợp dựa trên bản mẫu DNA trong lúc di chuyển trên đường, cho phép các tổng hợp hóa học nhiều bước có thể chỉ đạo bởi thiết bị.[52]

Bậc dịch chuyển dải

Các bậc phản ứng dịch chuyển dải có thể sử dụng cho mục đích tính toán hoặc cấu trúc. Một phản ứng dịch chuyển dải riêng lẻ liên quan tới sự tiết lộ một trình tự mới đáp ứng sự hiện diện của một dải khởi phát. Nhiều phản ứng như vậy có thể liên kết lại thành một cấu trúc bậc thác với mỗi trình tự đầu ra mới được tiết lộ của một phản ứng lại khởi phát một phản ứng dịch chuyển dải ở gần đó. Điều này cho phép xây dựng các mạng lưới phản ứng hóa học với nhiều thành tố, thể hiện những khả năng tính toán và xử lý thông tin phức tạp. Các bậc này thuận về mặt nhiệt động do tạo nên các cặp bazơ mới, và entropy của hệ tăng từ các phản ứng giải tổng hợp. Các bậc dịch chuyển chuỗi cho phép các quá trình tổng hợp hoặc tính toán vận hành trong điều kiện đẳng nhiệt, trái với đòi hỏi của tổng hợp axit nucleic truyền thống với phải nhiệt độ tăng lên sau đó từ từ giảm đi để đảm bảo sự hình thành chính xác các cấu trúc mong muốn. Chúng cũng hỗ trợ chức năng xúc tác của chuỗi khởi phát.[9][53]

Các phức hợp dịch chuyển dải cho phép các cổng logic phân tử có thể thực hiện tính toán phức tạp.[54] Không giống như máy tính điện tử truyền thống, sử dụng dòng điện làm đầu vào và đầu ra, máy tính phân tử sử dụng nồng độ của các chất hóa học nhất định làm tín hiệu. Trong trường hợp của mạch dịch chuyển dải axit nucleic, tín hiệu là sự hiện diện của các dải axit nucleic được giải phóng hoặc tiêu thụ trong các sự kiện kết hợp và giải kết hợp với các dải khác trong cấu trúc phức dịch chuyển. Cách tiếp cận này đã được sử dụng để chế tạo thành công các cổng logic như AND, OR, và NOT.[55] Gần đây, một mạch 4-bit sử dụng một hệ các cổng chứa 130 dải DNA đã chứng tỏ có thể tính toán căn bậc hai của các số nguyên từ 0-15.[56]

Cũng có thể dùng các bậc dịch chuyển dải để chế tạo các cấu trúc tổng hợp động lực học. Chúng sử dụng một cấu trúc "kẹp tóc" cho các chất phản ứng, để cho khi dải đầu vào kết nối, trình tự mới hé lộ nằm trên cùng phân tử tử thay vì giải tổng hợp. Điều này cho phép các cấu trúc kẹp tóc mới mở thêm vào một phức hợp lớn lên. Cách tiếp cận này có thể tạo nên những cấu trúc đơn giản như là mối nối ba nhánh hoặc bốn nhánh và các dendrimer.[53]