Resistive-pulse sensing - from microbes to molecules

Chemical Reviews

Volumn 100, Issue 7, 2000, Pages 2575-2594

  Bayley, Hagan ^a,b   Martin, Charles R ^c  

^a TEXAS A AND M UNIVERSITY SYSTEM   (United States)

^b TEXAS A AND M UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF FLORIDA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOLOGICAL MEMBRANES; CELLS; ELECTROLESS PLATING; FILTRATION; GOLD; IONS; MOLECULES; PARTICLE SIZE ANALYSIS; PARTICLES (PARTICULATE MATTER); POROSITY;

COULTER COUNTER; RESISTIVE PULSE METHOD; SYNTHETIC NANOTUBULES;

CHEMICAL SENSORS;

EID: 0034229410     PISSN: 00092665     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr980099g     Document Type: Article

References (173)

1. Lines, R. W. In "Particle Size Analysis," Stanley-Wood, N. G. and Lines, R. W., Eds.
2. Kubitschek, H. E. In Methods in Microbiology; Norris, J. R., Ribbons, D. W., Eds.
3. www.beckman.com/coulter/PC/SS000091.ASP.
4. www.micromeritics.com/ps_elzone.html.
5. Personal communication, Rick Shimkus, Micromeritics, Inc. July 27, 1999.
6. Ramon, R.; Sawadogo, D.; Koko, F. S.; Noba, V.; Likikouet, R.; Gourvellec, G.; Viho, I.; Mandelbrot, L.; Dabis, F.; Ekra, C. W.; Msellati, P. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 1999, 93, 419-422.
7. Hwa, I. A. W.; Reimann, K.; Lim, P. K. C.; Lai, L. C. Int. J. Mol. Med. 1999, 4, 175-178.
8. DeBlois, R. W.; Bean, C. P. Rev. Sci. Instrum. 1970, 41, 909-916.
9. DeBlois, R. W.; Wesley, R. K. A. J. Virol. 1977, 23, 227-233.
10. Fleischer, R. L.; Price, P. B.; Walker, R. M. Nuclear Tracks in Solids; University of California Press: Berkeley, CA, 1975.
11. Sun, L.; Crooks, R. M. Langmuir 1999, 15, 738-741.
12. Koch, M.; Evans, A. G. R.; Brunnschweiler, A. J. Micromech. Microeng. 1999, 9, 159-161.
13. Weiss, S. Science 1999, 283, 1676-1683.
14. Mehta, A. D.; Rief, M.; Spudich, J. A.; Smith, D. A.; Simmons, R. M. Science 1999, 283, 1689-1695.
15. Xie, X. S.; Lu, H. P. J. Biol. Chem. 1999, 274, 15967-15970.
16. Hille, B. Ionic channels of excitable membranes; Sinauer: Sunderland, MA, 1991.
17. Mueller, P.; Rudin, D. O.; Tien, H. T.; Wescott, W. C. Nature 1962, 194, 979-980.
18. Hladky, S. B.; Haydon, D. A. Nature 1970, 225, 451-453.
19. Mueller, P.; Rudin, D. O. J. Theor. Biol. 1968, 18, 222-258.
20. Bean, R. C.; Shepherd, W. C.; Chan, H.; Eichner, J. J. Gen. Physiol. 1969, 53, 741-757.
21. Lindemann, B.; van Driessche, W. Science 1977, 195, 292-294.
22. Neher, E.; Stevens, C. F. Annu. Rev. Biophys. Bioeng. 1977, 6, 345-381.
23. Neher, E.; Sakmann, B. Nature 1976, 260, 779-802.
24. Hamill, O. P.; Marty, A.; Neher, E.; Sakmann, B.; Sigworth, F. J. Pflügers Arch. 1981, 391, 85-100.
25. Suarez-Isla, B. A.; Wan, K.; Lindstrom, J.; Montal, M. Biochemistry 1983, 22, 2319-2323.
26. Coronado, R.; Latorre, R. Biophys. J. 1983, 43, 231-236.
27. Hanke, W.; Schlue, W.-R. Planar lipid bilayers; Academic Press: London, 1993.
28. Karlin, A.; Akabas, M. H. Neuron 1995, 15, 1227-1230.
29. Armstrong, C. M.; Hille, B. Neuron 1998, 20, 371-380.
30. Dingledine, R.; Borges, K.; Bowie, D.; Traynelis, S. F. Pharmacol. Rev. 1999, 51.
31. Gouaux, E. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 566-573.
32. Schulz, G. E. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996, 6, 485-490.
33. Pautsch, A.; Schulz, G. E. Nature Struct. Biol. 1998, 5, 1013-1017.
34. Sansom, M. S. P. Curr. Biol. 1999, 9, R254-R257.
35. Yellen, G. Q. Rev. Biophys. 1998, 31, 239-295.
36. Locher, K. P.; Rees, B.; Koebnik, R.; Mitschler, A.; Moulinier, L.; Rosenbusch, J. P.; Moras, D. Cell 1998, 95, 771-778.
37. Ferguson, A. D.; Hofmann, E.; Coulton, J. W.; Diedrichs, K.; Weite, W. Science 1998, 282, 2215-2220.
38. Buchanan, S. K.; Smith, B. S.; Venkatramani, L.; Xia, D.; Esser, L.; Palni, M.; Chakraborty, R.; van der Helm, D.; Deisenhofer, J. Nature Struct. Biol. 1999, 6, 56-63.
39. Woodhull, A. M. J. Gen. Physiol. 1973, 61, 687-708.
40. Neher, E.; Steinbach, J. H. J. Physiol. 1978, 277, 153-176.
41. Fukushima, Y. J. Physiol. 1982, 337, 311-331.
42. Doyle, D. A.; Cabral, J. M.; Pfuetzner, R. A.; Kuo, A.; Gulbis, J. M.; Cohen, S. L.; Chait, B. T.; MacKinnon, R. Science 1998, 280, 69-77.
43. Krasilnikov, O. V.; Sabirov, R. Z.; Ternovsky, V. I.; Merzliak, P. G.; Muratkhodjaev, J. N. FEMS Microbiol. Immunol. 1992, 105, 93-100.
44. Vodyanoy, I.; Bezrukov, S. M. Biophys. J. 1992, 62, 10-11.
45. Bezrukov, S. M.; Vodyanoy, I. Biophys. J. 1993, 64, 16-25.
46. Zimmerberg, J.; Parsegian, V. A. Nature 1986, 323, 36-39.
47. Nekolla, S.; Andersen, C.; Benz, R. Biophys. J. 1994, 66, 1388-1397.
48. Andersen, C.; Jordy, M.; Benz, R. J. Gen. Physiol. 1995, 105, 385-401.
49. Andersen, C.; Cseh, R.; Schülein, K.; Benz, R. J. Membr. Biol. 1998, 164, 263-274.
50. DeFelice, L. J. Introduction to membrane noise; Plenum: New York, 1981.
51. van Driessche, W. In Noise and Impedance Analysis; Schaffer, J. A., Geibisch, G., Kristensen, P., Ussing, H. H., Eds.; R. G. Landes Co.: 1994; pp 27-80.
52. Heinemann, S.; Sigworth, F. J. Biochim. Biophys. Acta 1989, 987, 8-14.
53. Bezrukov, S. M.; Kasianowicz, J. J. Phys. Rev. Lett. 1993, 70, 2352-2355.
54. Rostovtseva, T. K.; Bezrukov, S. M. Biophys. J. 1998, 74, 2365-2373.
55. Bezrukov, S. M.; Vodyanoy, I.; Parsegian, V. A. Nature 1994, 370, 279-281.
56. Bezrukov, S. M.; Vodyanoy, I.; Brutyan, R. A.; Kasianowicz, J. J. Macromolecules 1996, 29, 8517-8522.
57. Bezrukov, S. M.; Kasianowicz, J. J. Eur. Biophys. J. 1997, 26, 471-476.
58. Arkin, I. T.; Adams, P. D.; MacKenzie, K. R.; Lemmon, M. A.; Brünger, A. T.; Engelman, D. M. EMBO J. 1994, 13, 4757-4764.
59. Schirmer, T.; Keller, T. A.; Wang, Y.-F.; Rosenbusch, J. P. Science 1995, 267, 512-514.
60. Dutzler, R.; Wang, Y.-F.; Rizkallah, P. J.; Rosenbusch, J. P.; Schirmer, T. Structure 1996, 3, 127-134.
61. Gu, L.-Q.; Braha, O.; Conlan, S.; Cheley, S.; Bayley, H. Nature 1999, 398, 686-690.
62. Kasianowicz, J. J.; Brandin, E.; Branton, D.; Deamer, D. W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 13770-13773.
63. Church, G.; Deamer, D. W.; Branton, D.; Baldarelli, R.; Kasianowicz, J. U.S. Patent 5,795,782, 1995; 1998.
64. Alper, J. Science 1999, 284, 1754-1754.
65. Lubensky, D. K.; Nelson, D. R. Biophys. J. 1999, 77, 1824-1838.
66. Akeson, M.; Branton, D.; Kasianowicz, J. J.; Brandin, E.; Deamer, D. W. Biophys. J. 1999, 77, 3227-3233.
67. Anderson, O. S. Biophys. J. 1999, 77, 2899-2901.
68. Meller, A.; Nivon, L.; Brandin, E.; Golovchenko, J.; Branton, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 1079-1084.
69. Merzlyak, P. G.; Yuldasheva, L. N.; Rodrigues, C. G.; Carneiro, C. M. M.; Krasilnikov, O. V.; Bezrukhov, S. M. Biophys. J. 1999, 77, 3023-3033.
70. Hume, R. I.; Role, L. W.; Fischbach, G. D. Nature 1983, 305, 632-634.
71. Young, S. H.; Poo, M. Nature 1983, 305, 634-637.
72. Allen, T. G. J. Trends Neurosci. 1997, 20, 192-197.
73. Kramer, R. H. Neuron 1990, 4, 335-341.
74. Trivedi, B.; Kramer, R. H. Neuron 1998, 21, 895-906.
75. Trivedi, B.; Vendiola, M. D.; Kramer, R. H. Neuron, in press.
76. Shear, J. B.; Fishman, H. A.; Allbritton, N. L.; Garigan, D.; Zare, R. N.; Scheller, R. H. Science 1995, 267, 74-77.
77. Orwar, O.; Jardemark, K.; Jacobson, I.; Moscho, A.; Fishman, H. A.; Scheller, R. H.; Zare, R. N. Science 1996, 272, 1779-1782.
78. Jardemark, K.; Orwar, O.; Jacobson, I.; Moscho, A.; Zare, R. N. Anal. Chem. 1997, 69, 3427-3434.
79. Fishman, H. A.; Greenwald, D. R.; Zare, R. N. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1998, 27, 165-198.
80. Jardemark, K.; Farre, C.; Jacobsen, I.; Zare, R. N.; Orwar, O. Anal. Chem. 1998, 70, 2468-2474.
81. Orwar, O.; Jardemark, K.; Farre, C.; Jacobson, I.; Moscho, A.; Shear, J. B.; Fishman, H. A.; Lillard, S. J.; Zare, R. N. Methods Enzymol. 1999, 294, 189-208.
82. Bayley, H. Curr. Opin. Biotechnol. 1999, 10, 94-103.
83. Cheley, S.; Braha, O.; Lu, X.; Conlan, S.; Bayley, H. Protein Sci. 1999, 8, 1257-1267.
84. Fleming, K. G.; Ackerman, A. L.; Engelman, D. M. J. Mol. Biol. 1997, 272, 266-275.
85. MacKenzie, K. R.; Engelman, D. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 3583-3590.
86. Benson, D. E.; Wisz, M. S.; Hellinga, H. W. Curr. Opin. Biotechnol. 1998, 9, 370-376.
87. Distefano, M. D.; Kuang, H.; Qi, D.; Mazhary, A. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 459-465.
88. Preston, G. M.; Sup Jung, J.; Guggino, W. B.; Agre, P. J. Biol. Chem. 1993, 268, 17-20.
89. Lü, Q.; Miller, C. Science 1995, 268, 304-307.
90. Elling, C. E.; Nielsen, S. M.; Schwartz, T. W. Nature 1995, 374, 74-77.
91. Elling, C. E.; Thirstrup, K.; Nielsen, S. M.; Hjorth, S. A.; Schwartz, T. W. Fold. Des. 1997, 2, S76-S80.
92. Braha, O.; Walker, B.; Cheley, S.; Kasianowicz, J. J.; Song, L.; Gouaux, J. E.; Bayley, H. Chem. Biol. 1997, 4, 497-505.
93. Forman, S. A.; Miller, K. W.; Yellen, G. Mol. Pharmacol. 1995, 48, 574-581.
94. Forman, S. A. Biophys. J. 1997, 72, 2170-2179.
95. Baltzer, L. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 466-470.
96. Corey, D. R.; Schultz, P. G. Science 1987, 238, 1401-1403.
97. Corey, D. R.; Pei, D.; Schultz, P. G. Biochemistry 1989, 28, 8277-8286.
98. Zuckermann, R. N.; Schultz, P. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 1766-1770.
99. Pei, D.; Corey, D. R.; Schultz, P. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 9858-9862.
100. Hamachi, I.; Nagase, T.; Tajiri, Y.; Shinkai, S. Bioconjugate Chem. 1997, 8, 862-868.
101. Lehn, J.-M. Supramolecular chemistry: concepts and perspectives; VCH: Weinheim, 1995.
102. Comprehensive supramolecular chemistry; Lehn, J.-M., Atwood, J. L., Davies, J. E. D., Macnicol, D. D., Vögtle, F., Eds.; 1997.
103. Nowak, M. W.; Kearney, P. C.; Sampson, J. R.; Saks, M. E.; Labarca, C. G.; Silverman, S. K.; Zhong, W.; Thorson, J.; Abelson, J. N.; Davidson, N.; Schultz, P. G.; Dougherty, D. A.; Lester, H. A. Science 1995, 268, 439-442.
104. Kearney, P. C.; Zhang, H.; Zhong, W.; Dougherty, D. A.; Lester, H. A. Neuron 1996, 17, 1221-1229.
105. Gallivan, J. P.; Lester, H. A.; Dougherty, D. A. Chem. Biol. 1997, 4, 739-749.
106. England, P. M.; Lester, H. A.; Davidson, N.; Dougherty, D. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94, 11025-11030.
107. Miller, J. C.; Silverman, S. K.; England, P. M.; Dougherty, D. A.; Lester, H. A. Neuron 1998, 20, 619-624.
108. England, P. M.; Zhang, Y.; Dougherty, D. A.; Lester, H. A. Cell 1999, 96, 89-98.
109. Liman, E. R.; Tytgat, J.; Hess, P. Neuron 1992, 9, 861-871.
110. Yang, J.; Jan, Y. N.; Jan, L. Y. Neuron 1995, 15, 1441-1447.
111. Gouaux, J. E.; Braha, O.; Hobaugh, M. R.; Song, L.; Cheley, S.; Shustak, C.; Bayley, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 12828-12831.
112. Akerfeldt, K. S.; Lear, J. D.; Wasserman, Z. R.; Chung, L. A.; DeGrado, W. F. Acc. Chem. Res. 1993, 26, 191-197.
113. Montal, M. Curr. Opin. Struct. Biol. 1995, 5, 501-506.
114. Lear, J. D.; Schneider, J. P.; Kienker, P. K.; DeGrado, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3212-3217.
115. Montal, M. O.; Iwamoto, T.; Tomich, J. M.; Montal, M. FEBS Lett. 1993, 320, 261-266.
116. Pawlak, M.; Meseth, U.; Dhanapal, B.; Mutter, M.; Vogel, H. Protein Sci. 1994, 3, 1788-1805.
117. Futaki, S.; Aoki, M.; Fukuda, M.; Kondo, F.; Niwa, M.; Kitagawa, K.; Nakaya, Y. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 7071-7074.
118. Hartgerink, J. D.; Clark, T. D.; Ghadiri, M. R. Chem. Eur. J. 1998, 4, 1367-1372.
119. Ghadiri, M. R.; Granja, J. R.; Buehler, L. K. Nature 1994, 369, 301-304.
120. Clark, T. D.; Buehler, L. K.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 651-656.
121. Smithrud, D. B.; Benkovic, S. J. Curr. Opin. Biotechnol. 1997, 8, 459-466.
122. Wade, H.; Scanlan, T. S. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1997, 26, 461-493.
123. Wentworth, P.; Janda, K. D. Curr. Opin. Chem. Biol. 1998, 2, 138-144.
124. Kasianowicz, J. J.; Burden, D. L.; Han, L. C.; Cheley, S.; Bayley, H. Biophys. J. 1999, 76, 837-845.
125. Bhakdi, S.; Bayley, H.; Valeva, A.; Walev, I.; Walker, B.; Weller, U.; Kehoe, M.; Palmer, M. Arch. Microbiol. 1996, 165, 73-79.
126. Gouaux, E. J. Struct. Biol. 1998, 121, 110-122.
127. Song, L.; Hobaugh, M. R.; Shustak, C.; Cheley, S.; Bayley, H.; Gouaux, J. E. Science 1996, 274, 1859-1865.
128. Füssle, R.; Bhakdi, S.; Sziegoleit, A.; Tranum-Jensen, J.; Kranz, T.; Wellensiek, H.-J. J. Cell Biol. 1981, 91, 83-94.
129. Bhakdi, S.; Muhly, M.; Füssle, R. Infect. Immunol. 1984, 46, 318-323.
130. Olson, R.; Nariya, H.; Yokota, K.; Kamio, Y.; Gouaux, E. Nature Struct. Biol. 1999, 6, 134-140.
131. Walker, B.; Bayley, H. Protein Eng. 1995, 8, 491-495.
132. Valeva, A.; Weisser, A.; Walker, B.; Kehoe, M.; Bayley, H.; Bhakdi, S.; Palmer, M. EMBO J. 1996, 15, 1857-1864.
133. Walker, B. J.; Krishnasastry, M.; Zorn, L.; Kasianowicz, J. J.; Bayley, H. J. Biol. Chem. 1992, 267, 10902-10909.
134. Menestrina, G. J. Membr. Biol. 1986, 90, 177-190.
135. Walker, B.; Kasianowicz, J.; Krishnasastry, M.; Bayley, H. Protein Eng. 1994, 7, 655-662.
136. Pédelacq, J.-D.; Maveyraud, L.; Prévost, G.; Baba-Moussa, L.; González, A.; Courcelle, E.; Shepard, W.; Monteil, H.; Samama, J.-P.; Mourey, L. Structure 1999, 7, 277-288.
137. Walker, B.; Braha, O.; Cheley, S.; Bayley, H. Chem. Biol. 1995, 2, 99-105.
138. D'Souza, V. T.; Lipkowitz, K. B. Chem. Rev. 1998, 98 (5), special issue.
139. Rekharsky, M. V.; Inoue, Y. Chem. Rev. 1998, 98, 1875-1917.
140. Chang, G.; Spencer, R. H.; Lee, A. T.; Barclay, M. T.; Rees, D. C. Science 1998, 282, 2220-2226.
141. Dahiyat, B. I.; Mayo, S. L. Science 1997, 278, 82-87.
142. DeGrado, W. F. Science 1997, 278, 80-81.
143. Dieckmann, G. R.; DeGrado, W. F. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 486-494.
144. Griffin, B. A.; Adams, S. R.; Tsien, R. Y. Science 1998, 281, 269-272.
145. Sackmann, E. Science 1996, 271, 43-48.
146. Heyse, S.; Stora, T.; Schmid, E.; Lakey, J. H.; Vogel, H. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1376, 319-338.
147. Raguse, B.; Braach-Maksvytis, V.; Cornell, B. A.; King, L. G.; Osman, P. D. J.; Pace, R. J.; Wieczorek, L. Langmuir 1998, 14, 648-659.
148. Gritsch, S.; Nollert, P.; Jähnig, F.; Sackmann, E. Langmuir 1998, 14, 3118-3125.
149. Cornell, B. A.; Braach-Maksvytis, V. L. B.; King, L. G.; Osman, P. D. J.; Raguse, B.; Wieczorek, L.; Pace, R. J. Nature 1997, 387, 580-583.
150. Stora, T.; Lakey, J. H.; Vogel, H. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 38, 389-392.
151. Schuster, B.; Pum, D.; Braha, O.; Bayley, H.; Sleytr, U. B. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1370, 280-288.
152. Schuster, B.; Pum, D.; Sleytr, U. B. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1369, 51-60.
153. Nishizawa, M.; Menon, V. P.; Martin, C. R. Science 1995, 268, 700-702.
154. Jirage, K. B.; Hulteen, J. C.; Martin, C. R. Science 1997, 278, 655-658.
155. Hulteen, J. C.; Jirage, K. B.; Martin, C. R. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6603-6605.
156. Kobayashi, Y.; Martin, C. R. Anal. Chem. 1999, 71, 3665-3672.
157. Kobayashi, Y.; Martin, C. R. J. Electroanal. Chem. 1997, 431, 29-33.
158. Hulteen, J. C.; Martin, C. R. J. Mater. Chem. 1997, 7, 1075-1087.
159. Martin, C. R. Science 1994, 266, 1961-1966.
160. Menon, V. P.; Martin, C. R. Anal. Chem. 1995, 67, 1920-1928.
161. Che, G.; Lakshmi, B. B.; Fisher, E. R.; Martin, C. R. Nature 1998, 398, 346-349.
162. Che, G.; Lakshmi, B. B.; Martin, C. R.; Fisher, E. R. Langmuir 1999, 15, 750-758.
163. Jirage, K. B.; Hulteen, J. C.; Martin, C. R. Anal. Chem. 1999, 71, 4913-4918.
164. Petzny, W. J.; Quinn, J. A. Science 1969, 166, 751.
165. Prat, Z.; Tricot, Y.-M.; Rubinstein, I. J. Electroanal. Chem. 1991, 315, 225.
166. Martin, C. R.; Rubinstein, I.; Bard, A. J. J. Electroanal. Chem. 1983, 115, 267.
167. Deen, V. M. AICHEJ 1987, 33, 14091425.
168. Kathawalla, I. A.; Anderson, J. L.; Lindsey, J. S. Macromolecules 1989, 22, 1215-1219.
169. Nitsche, J. M.; Balgi, G. Ind. Eng. Chem. Res. 1994, 33, 2242-2247.
170. Rostovtseva, T. K. J. Membr. Biol. 1996, 151, 29.
171. Lu, H. P.; Xun, L.; Xie, X. S. Science 1998, 282, 1877-1882.
172. Rief, M.; Gautel, M.; Oesterhelt, F.; Fernandez, J. M.; Gaub, H. E. Science 1997, 276, 1109-1112.
173. Oberhauser, A. F.; Marszalek, P. E.; Erickson, H. P.; Fernandez, J. M. Nature 1998, 393, 181-185.