1993年，Hamers-Casterman等报道了在骆驼血清中大量存在的一种天然缺失轻链的抗体，即重链抗体（heavy-chain antibody，hcAb）。单域重链抗体（single domain antibody，sdAb）是指仅由重链抗体可变区（Variable region）组成的基因工程抗体，又称为VHH抗体（variable domain of heavy chain of heavy-chain antibody，VHH antibody）或纳米抗体（Nanobody，Nb）。与普通抗体相比，骆驼重链抗体除了缺少轻链之外，其重链可变区与铰链区之间没有CH1（conventional region of heavy chain，CH）区。恒定区CH1是与轻链锚定的部位，在Nb的基因组中存在，但在mRNA形成中被剪切掉，Nb靠仅有的3个CDRs就具备抗原的特异性和高亲和力，而普通抗体则需要6个CDRs。晶体结构表明，Nb由2个β片层组成支架，类似于传统抗体VH免疫球蛋白折叠。人和鼠VH的CDR3平均长度分别为12和9个氨基酸，而纳米抗体CDR3为13~18个氨基酸，在一定程度上弥补了轻链缺失造成的抗原结合力下降；传统抗体的FR2中，V37、G44，L45和W47这4个氨基酸残疾参与VL的相互作用，而在Nb中，这4个氨基酸突变为F/Y37，E/Q44，R/C45，G/F/S/L47，由疏水氨基酸突变为亲水氨基酸，使纳米抗体更易于溶解。除本身存在的FR1(Cys22)与FR3（Cys92）二硫键外，分子内CDR1（或FR2）与CDR3有一对二硫键，帮助进一步稳定CDR3所成型的凸环结构。

VHH 属于Ⅲ族家系3，其至少可以再细分为 4 个亚家系 VHH1~VHH4。通常，高变区主链经常呈现的构象称为规范结构（canonical structure），VHH 中 CDR1 与 CDR2 的主链规范结构与传统的明显不同； 而且，不同的 VHH 亚家系有不同的 CDR1 和CDR2 规范结构。VHH1 和 VHH2 的 CDR3 长度较短，没有超过传统 VH的 CDR3 平均长度，但仍然保持高度的可溶性、稳定性和结合抗原的功能性；只有VHH3 和 VHH4 的 CDR3较长，氨基酸残基数达到16~24个，远远超过传统VH的 7~9 个氨基酸残基的数量，形成的指状凸环能嵌入抗原分子沟槽或裂隙内，增大与抗原相互作用的面积。VHH3主要存在于羊驼中，一般在FR2（50 or 55）与CDR3有一对额外的二硫键(74%)。VHH4主要存在于骆驼中，在CDR1与CDR3之间形成一对额外的二硫键(82%)且11位的亮氨酸（L）变为了丝氨酸（S）。VHH各亚家系中FR1和FR3的氨基酸序列彼此同源，且均与人或小鼠VHⅢ族的家系3同源。