在自然界中,生物大分子的显著特征之一就是其结构的复杂性。数以万计的原子以复杂的三维构型聚集在一起。结构的复杂性对于体内环境的有序调控起着至关重要的作用。人工设计并构建的生物大分子应具有强大的功能性,并且可实现自定义设置。建立具有明确结构的可实现特定功能的人工分子,一直是科研工作不断追求的目标。使用核苷酸或核酸分子构成的生物分子聚合物,弥补了传统无机纳米材料没有特异性识别功能的缺陷,这为体系中各个分子之间建立明确的量化关系奠定了基础。随后以DNA纳米技术为基础发展的基因芯片、DNA分子机器和DNA计算机等功能的执行均是受DNA编码序列特异性识别作用的驱动。基于此,本论文以结构DNA纳米技术为基础,构建了基于张拉整体的刚性结构;可实现连续重构的DNA纳米拓扑结构,并将其作为一种动态的分子平台应用于DNA双轨逻辑门电路中。本论文的具体内容如下:1.采用穿针引线法,仅使用两条DNA链构建了基于张拉整体的三角形和四边形的DNA纳米结构。由于张拉整体结构具有预应力,能够很好的维持自身刚性。实验过程采用零交叉数的折叠路径即可实现刚性结构的构建。同时利用AFM针尖对结构施加外力,基于张拉整体的三角形结构依然能够保持良好的构型,这也与几何约束的刚性理论相符。2.构建了三类可实现拓扑学性质转换的DNA origami纳米结构。三类DNA纳米结构的重构过程均从二维平面出发;首先,以DAE结构基元设计了十字形和宽法兰形的二维DNA纳米结构,以DPE和DAE复合结构基元构建了T字形二维DNA纳米结构;其次,通过分层自组装的粘合操作实现了二维平面结构到三维空间结构的转换;最后,通过链置换反应的切割操作,具有拓扑学显著差异的三种三维DNA纳米结构可转化成具有相同拓扑学性质的欧几里得平面几何。3.将基于“fold-fold-release”设计策略构建的拓扑可变DNA折纸结构用于分子计算网络的架构中。将Cross-link、Deformed figure-eight和Mobius short这三种DNA origami拓扑结构用作DNA分子计算的电路平台。在DNA origami表面可以预先集成带有不同功能的电路元件,创建可寻址的纳米级信息流路径。基于DNA origami纳米结构的拓扑可变性,其表面负载的信息流传输路径会发生变化,从而实现双轨逻辑电路功能的切换。同时,基于拓扑结构的空间可定向性差异,实验过程中发现具有不可定向曲面的三维DNA拓扑结构具有更高程度的信息交互功能。