Het creëren van kunstmatige structuren uit DNA is het doel van DNA-nanotechnologie. Deze nieuwe discipline, die biologie combineert, natuurkunde, scheikunde en materiaalwetenschap maakt gebruik van het vermogen van de natuurlijke DNA-stammen om zichzelf te assembleren. Smileys of kleine dozen, het meten van slechts 10s nanometers werden gemaakt van DNA in een druppel water. Prof Alexander Heckel en zijn doctoraalstudent Thorsten Schmidt van de "Cluster of Excellence for Macromolecular Complexes" aan de Goethe University waren in staat om twee ringen van DNA te creëren van slechts 18 nanometer groot, en om ze als twee schakels in een ketting in elkaar te grijpen. Zo'n structuur wordt catenan genoemd, een term afgeleid van het Latijnse woord catena (keten). Schmidt, die trouwde in de tijd dat hij aan de nano-ringen werkte, gelooft dat het waarschijnlijk de kleinste trouwringen ter wereld zijn.

Vanuit een wetenschappelijk perspectief, de structuur is een mijlpaal op het gebied van DNA-nanotechnologie, aangezien de twee ringen van de catenan zijn, in tegenstelling tot de meerderheid van de DNA-nanoarchitechturen die al zijn gerealiseerd, geen vaste formaties, maar – afhankelijk van de omgevingsomstandigheden – vrij zwenkbaar. Ze zijn daarom geschikt als componenten van moleculaire machines of van een moleculaire motor. "We hebben nog een lange weg te gaan voordat DNA-structuren zoals de catenan kunnen worden gebruikt in alledaagse voorwerpen", zegt prof Alexander Heckel, "maar structuren van DNA kunnen, in de nabije toekomst, worden gebruikt om eiwitten of andere moleculen te rangschikken en te bestuderen die te klein zijn voor directe manipulatie, door middel van auto-organisatie." Op deze manier DNA-nano-architecturen kunnen een veelzijdig hulpmiddel worden voor de nanometerwereld, waartoe de toegang moeilijk is.

Bij de vervaardiging van DNA-nano-architectuur, de wetenschappers profiteren van de koppelingsregels van de vier DNA-nucleobasen, volgens welke twee natuurlijke DNA-strengen elkaar ook kunnen vinden (in DNA-nano-architectuur, de basisvolgorde is zonder biologische betekenis). Een A op de ene streng paren met T op de andere streng en C is complementair aan G. De kunst is om de sequenties van de betrokken DNA-strengen zo te creëren dat de gewenste structuur vanzelf opbouwt zonder directe tussenkomst van de kant van de experimentator. Als alleen bepaalde delen van de gebruikte strengen elkaar aanvullen, takken en knooppunten kunnen worden gemaakt.

Zoals gerapporteerd door Schmidt en Heckel in het tijdschrift Nano-letters , ze maakten eerst twee C-vormige DNA-fragmenten voor de catenans. Met behulp van speciale moleculen die fungeren als sequentiespecifieke lijm voor de dubbele helix, ze hebben de "C's" zo gerangschikt dat er twee knooppunten ontstaan, met de open uiteinden van de "C's" van elkaar af gericht (zie afbeeldingen). De catenan is gemaakt door twee strengen toe te voegen die hechten aan de uiteinden van de twee ringfragmenten, die nog open zijn. Thorsten Schmidt droeg de publicatie op aan zijn vrouw Dr. Diana Gonçalves Schmidt, die het werk ook op wetenschappelijk niveau waardeert, omdat ze ook deel uitmaakte van de werkgroep van Alexander Heckel.

Omdat ze veel kleiner zijn dan de golflengten van zichtbaar licht, de ringen zijn niet te zien met een standaard microscoop. "Je zou ongeveer 4000 van dergelijke ringen aan elkaar moeten rijgen om zelfs de diameter van een mensenhaar te krijgen", zegt Thorsten Schmidt. Hij toont daarom de catenans met een scanning force microscoop, die de ringen scant die op een oppervlak zijn geplaatst met een extreem fijne punt.