本论文的主题是DNA纳米舱的原理和应用。论文首先将介绍在国际上纳米生物技术的当前研究进展，并给出了纳米技术和生物技术如何结合的宏观科学线索和关键思路。由于我们的研究成果涉及到基于生物大分子的分子机械器件领域，这部分给予更为详细的介绍。随着这些思路的演进，本文将进一步呈现我们最近有关DNA纳米舱的科学发现。 生物大分子由于其物理和化学性质而被用于构造各种纳米结构、生物器件和仿生构件。基于DNA分子的分子机械器件是一种在最近几年才开始出现的前沿技术。在目前的技术中，最基本的是基于少数几个DNA分子的单功能分子机械器件。然而，基于生物分子的集体效应的动态纳米结构和生物机械装置至今尚未见报道。本文论述了一种关于DNA在表面形成纳米舱的设计，这种DNA纳米舱表现出分子机械性质的可逆变化。由于Watson-Crick碱基配对相互作用驱动纳米舱的开关，使DNA纳米舱可以用于分子捕捉。该效应被用于分子识别的实验。此外，我们还进一步发现带有单碱基突变的“开关分子”不能有效关闭纳米舱，从而允许高灵敏度的无标记DNA阵列检测。我们的实验结果表明，由于DNA纳米舱的核心功能基本不受衬底和媒介类型的影响，从而可作为构建“单元”用于构造复杂的生物材料。 本研究提供了一种在分子水平进行人工操作的分子机械工具，并揭示了其潜在的多种应用，包括电化学微能量存储、分子热感应、药物释放以及核酸分析等。它可与现有生物芯片技术相结合，应用于分子生物学、生物化学的研究及新型纳米生物物理材料(如生物芯片、生物传感器)的制造和发展。