DNA纳米技术以DNA分子为基本组装材料,通过特异的碱基互补配对,可自组装形成多种多样的、具有可编程性的DNA纳米结构。利用DNA纳米结构的可寻址性及可编程性,可以在纳米尺度上实现分子和纳米材料基元（例如蛋白质、金纳米颗粒、碳纳米管等）的程序化可控组装,以获得特定的组装和功能。而动态DNA纳米技术可进一步实现对组装的分子和纳米材料的动态操纵和调控,在等离子传感器、纳米光子设备、催化、结构生物学等领域得到广泛应用。本研究基于可重构的DNA折纸结构的构象可控变构性,以其作为纳米尺度可控分子操纵的平台,利用其动态变构对组装的基元进行空间动态排布,探究了其在信息存储与安全和分子操纵等领域的应用,以期为探索纳米尺度下的能量转换、生物分子的相互作用与调控机制提供新的方法和平台。研究的主要内容包括以下四部分:1.可重构多米诺DNA折纸（DODA）的设计、制备及表征首先,本研究设计并合成了可重构的DODA纳米结构,与静态的DNA折纸纳米结构相比,可重构的DODA纳米结构的构象是可变的,即加入引发链后,DODA可由一种稳定的构象（“Before”DODA）变为另一种稳定的构象（“After”DODA）。这种构象转变是长程的、可控的。另外,可重构的DODA的构象变构还受温度、甲酰胺浓度边缘链的数量及位置的影响,进而系统探究了这些参数对DODA纳米结构的构象变构效率的影响,并获得了最优变构条件,有效提高了其构象变构效率,为之后的应用奠定了基础。2.基于可重构多米诺DNA折纸的信息存储和加密在过去的几十年里,由于其具有可编程性及可寻址性的特点,DNA纳米结构在信息存储和加密领域的应用引起人们的广泛关注。然而,如何在DNA纳米结构上同步实现隐写术和加密术,从而提高信息存储和加密的安全性仍是一个巨大挑战。该部分工作以可重构的DODA纳米结构为信息存储和加密的平台,利用其构象可变性,通过加入引发链后,DODA纳米结构从“Before”构象转变为“After”构象,使得DODA纳米结构上携带的信息进行重排,从而实现了对信息的存储以及加密。对于隐写术,DODA纳米结构的两个构象形状大小近似一致,难以区分信息是否已经被解密。以图案画的密码阿拉伯数字“0-9”为例,加入引发链,DODA构象转变后,数字“0-9”的信息才变得清晰易辩。对于加密术来说,通过进一步引入国际通用的ASCII,实现了对复杂信息如年份“2016-2019”和短语“NO PAINS NO GAINS”的加密。3.基于可重构多米诺DNA折纸的图形操作在DNA纳米结构上进行具有纳米级精度图案化的纳米排布已被用来模拟复杂的分子网络。DNA纳米结构上进行图案化的纳米排布的主要挑战之一是在如何实现动态的、可控的排布,以模拟复杂分子网络的动态行为。在这部分工作中,提出了一种基于可重构DODA的动态图形操作系统（DODA DPO）,通过邻近诱导的链置换反应实现复杂的图形操作。该部分工作进一步利用可重构DODA构象变构,将DODA纳米结构作为一个可激活的动态图形操作平台,在引发链的作用下,DODA纳米结构由“Before”构象（待机状态）转变为“After”构象（可操作状态）,构象转化使图形操作单元之间的距离变短,从而引发DNA链置换级联反应,以完成“写入”、“擦除”和“移位”三种不同的图形操作。这部分的研究结果还表明,可重构的DODA DPO系统作为可编程和可控制的方式可以为分子控制分析的研究提供有用的基础。4.基于可重构多米诺DNA折纸分子反应的精准调控越来越多的研究人员开始模仿生物环境,期望实现在受限空间中对自组装过程的精准控制。其中一个关键的挑战是如何实现体内自组装过程的重构和重新编程,精确模仿它们复杂的、动态的反应,以实现在实验室条件下类似的复杂性。基于可重构DODA的构象变型精确调控了链置换反应,本章工作构建了一种基于可重构DODA的动态控制和调节自组装反应的系统。与自由溶液系统相比,定向组装、可逆组装和无效组装这三种组装反应在可重构的DODA上均得到有效调控,发生有效组装且只组装成单一的产物。可重构的DODA纳米结构的构象变化（从“2D-N”到“2D-W”,再到“3D-N”,最后到“3D-W”）不仅将组装的反应物调节到非常接近以发生自组装反应,而且在空间上隔离反应物以发生及组装反应,成功实现了精确调控了自组装反应。因此,基于可重构DODA系统的可编程性及可控性可以为的研究分子的控制分析提供有用的基础。