Το θαυμαστό μόριο του DNA δεν είναι μόνο ο πρωταγωνιστής των βιοχημικών διεργασιών που σχετίζονται με τη διατήρηση και έκφραση του γενετικού κώδικα. Μπορεί να έχει και άλλες χρήσεις. Χρήσεις, που του επιφυλάσσει όχι η φύση, αλλά η ανθρώπινη επινοητικότητα. Εφαρμόζοντας τις τεχνικές της σύγχρονης βιοτεχνολογίας, μπορούμε να κατασκευάσουμε μακριά μόρια DNA με ακολουθία δομικών στοιχείων (νουκλεοτιδίων) της επιλογής μας. Αυτή η δυνατότητα ανοίγει την πύλη προς νέους δρόμους που δε διάλεξε η φύση καθώς εξελισσόταν η ζωή. Ηδη από το 1994, επιστήμονες έδειξαν τη δυνατότητα χρήσης του DNA σαν υπολογιστική συσκευή. Τώρα, άλλοι επιστήμονες εξετάζουν τη δυνατότητα χρήσης του σαν δομικό υλικό για την κατασκευή σχηματισμών και συσκευών, των οποίων τα τμήματα και οι μηχανισμοί εκτείνονται στην κλίμακα του ενός έως εκατό νανόμετρων. Με άλλα λόγια, στην κλίμακα της νανοτεχνολογίας.

Αυτές οι δομές μπορεί να βρουν πολλές εφαρμογές. Τα πλέγματα που κατασκευάζονται από κομμάτια DNA θα μπορούσαν να συγκρατήσουν στις κατάλληλες θέσεις μεγάλα βιολογικά μόρια για την πραγματοποίηση κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ, ώστε να προσδιοριστεί η δομή τους, απαραίτητο βήμα για τη σχεδίαση νέων φαρμάκων. Εναλλακτικά, τα πλέγματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σαν ικριώματα για νανοηλεκτρονικά στοιχεία, είτε σαν συστατικό κομμάτι της επιδιωκόμενης συσκευής, είτε κατά τη διαδικασία κατασκευής της. Θα μπορούσαν επίσης να κατασκευαστούν άλλα υλικά, που είτε θα αποτελούνταν από DNA ή θα φτιάχνονταν με τη βοήθειά του και θα ήταν πιστά στο σχέδιο ως το μοριακό επίπεδο. Μηχανές από DNA με κινητά μέρη θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σαν νανομηχανικοί αισθητήρες, διακόπτες, ή λαβίδες, αν όχι και για πιο περίπλοκες ρομποτικές λειτουργίες.

Η νανοκλίμακα είναι η κλίμακα των μορίων. Ενας τυπικός χημικός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων έχει μήκος περίπου 0,15 νανόμετρα (1 νανόμετρο είναι 1 δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Η έλικα του DNA έχει διάμετρο περίπου 2 νανόμετρα και κάνει μια πλήρη περιστροφή κάθε 3,5 νανόμετρα, μια απόσταση που περιέχει περίπου 10 ζεύγη βάσεων, δηλαδή εκείνων των ουσιών που αποτελούν τα «σκαλιά» στη «σκάλα» του DNA. Ενα μικρό κομμάτι DNA έχει μεγάλη εξειδίκευση στις αλληλεπιδράσεις του με άλλες χημικές ουσίες, εξαρτώμενη από την ακολουθία των βάσεων που διαθέτει. Τέτοια κομμάτια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση συγκεκριμένων μορίων ή για τον έλεγχο της σύστασης ενός υλικού.

Για πολλά χρόνια, οι βιολόγοι χρησιμοποίησαν το DNA για τις αναγνωριστικές του ιδιότητες, εκμεταλλευόμενοι ιδιαίτερα τα «κολλώδη άκρα» του στη γενετική μηχανική. Το «κολλώδες άκρο» εμφανίζεται όταν ένα νήμα της έλικας προεξέχει κατά έναν αριθμό αζευγάρωτων βάσεων σε σχέση με το άλλο νήμα. Το «κολλώδες» βρίσκεται στην τάση αυτού του προεξέχοντος τμήματος να συνδέεται με ένα νήμα, στο οποίο προεξέχουν οι συμπληρωματικές βάσεις (η βάση αδενίνη του ενός νήματος ενώνεται με τη θυμίνη του άλλου νήματος και η γουανίνη και την κυτοσίνη).

Με μια πρώτη ματιά, το DNA δε φαίνεται να μπορεί να οδηγήσει σε ενδιαφέρουσες δομές. Το DNA που συναντάται στη φύση σχηματίζει μια γραμμική αλυσίδα, έτσι που να μπορούν να φτιαχτούν απ' αυτό μόνο γραμμές και κύκλοι, που θα είναι μπλεγμένοι με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Αλλά η γραμμική δεν είναι η μόνη μορφή που μπορεί να υπάρξει το DNA. Κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων κυτταρικών διεργασιών, το DNA υπάρχει για λίγο ως διακλαδιζόμενο μόριο. Αυτή η διακλάδωση εμφανίζεται όταν το DNA αυτοαντιγράφεται (κατά την προετοιμασία της κυτταρικής διαίρεσης) και κατά τη διάρκεια του ανασυνδυασμού (την ώρα που το γενετικό υλικό ανταλλάσσεται μεταξύ των μελών κάθε ζεύγους αντίστοιχων χρωματοσωμάτων, όπως κατά τη δημιουργία του σπέρματος και των ωαρίων).

Οι κλάδοι σχηματίζονται, όταν η διπλή έλικα αρχίζει να ξετυλίγεται εν μέρει σε δύο νήματα. Κατά την αναπαραγωγή του DNA, το κάθε νήμα μετατρέπεται σε μια νέα διπλή έλικα με την προσθήκη συμπληρωματικών νουκλεοτιδίων καθ' όλο το μήκος του (νουκλεοτίδιο είναι ο συνδυασμός μια βάσης και του αντίστοιχου τμήματος του κορμού της έλικας). Πιο ενδιαφέρουσα είναι η διακλάδωση που εμφανίζεται κατά τον ανασυνδυασμό, κατά τον οποίο δύο κομμάτια DNA σπάνε και ξετυλίγονται μερικώς, οπότε τα τέσσερα νήματα που προκύπτουν συνδυάζονται περίπου όπως σε μια οδική διασταύρωση.

Στο ανασυνδυαζόμενο DNA, το σημείο διακλάδωσης εμφανίζεται εκεί όπου καθένα από τα τέσσερα νήματα αλλάζει ταίρι. Το σημείο αυτό μετακινείται εξαιτίας της ύπαρξης διπλής συμμετρίας των ακολουθιών βάσεων που βρίσκονται ένθεν και ένθεν του σημείου (κάτι ανάλογο με τη συμμετρία περιστροφής του αριθμού 69). Κατασκευάζοντας συνθετικό DNA που δεν έχει αυτή τη συμμετρία το σημείο διακλάδωσης σταθεροποιείται.

Μια ποσότητα που ονομάζεται ελεύθερη ενέργεια καθορίζει ποια από τις δύο μορφές του DNA (συμμετρική ή ασύμμετρη) προτιμάται στη φύση. Γενικά, η ελεύθερη ενέργεια καθορίζει αν μια χημική αντίδραση προχωρά προς τη μια κατεύθυνση ή προς την αντίθετη καθώς και το σχήμα των μεγάλων μορίων, όπως του DNA, του RNA και των πρωτεϊνών. Ενα χημικό σύστημα τείνει να αλλάξει προς την κατάσταση που έχει τη χαμηλότερη ελεύθερη ενέργεια. Για δύο συμπληρωματικά νήματα νουκλεοτιδίων, η ελεύθερη ενέργεια ελαχιστοποιείται όταν συνενώνονται, για να σχηματίσουν μια διπλή αλυσίδα.

Τα τέσσερα νήματα της ακίνητης διακλάδωσης μπορούν να συνενωθούν και να σχηματίσουν τη μεγαλύτερη ποσότητα διπλών ελίκων συμβατικού DNA, μόνο σχηματίζοντας ένα διακλαδισμένο μόριο. Γενικά, η διακλάδωση δεν ευνοείται γιατί αυξάνει την ελεύθερη ενέργεια του μορίου, αλλά αυτή η αύξηση υπερκαλύπτεται από την πολύ μεγαλύτερη μείωση ελεύθερης ενέργειας που επιτρέπει ο σχηματισμός των τεσσάρων διπλών αλυσίδων DNA.