Single polymer chains as specific transducers of molecular recognition in scanning probe microscopy

Journal of the American Chemical Society

Volumn 127, Issue 32, 2005, Pages 11390-11398

  Gabai, Rachel ^a   Segev, Lior ^a   Joselevich, Ernesto ^a  

^a WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; ELASTICITY; MOLECULES; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; TRANSDUCERS;

ELASTIC BEHAVIOR; MOLECULAR RECOGNITION; POLYMER CHAINS; POLYMERIC TETHERS;

POLYMERS;

LIGAND; POLYMER;

ARTICLE; ATOMIC FORCE MICROSCOPY; ENTROPY; MOLECULAR RECOGNITION; NONLINEAR SYSTEM; POLYMERIZATION; RECEPTOR BINDING; SCANNING PROBE MICROSCOPY;

ENTROPY; LIGANDS; MICROSCOPY, ATOMIC FORCE; MOLECULAR PROBES; POLYMERS; TRANSDUCERS;

EID: 23844539629     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja051642v     Document Type: Article

References (91)

1. (a) Joachim, C.; Gimzewski, J. K.; Aviram, A. Nature 2000, 408, 541-548.
2. (b) Wassel, R. A.; Gorman, C. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5120-5123.
3. (a) Kubatkin, S.; Danilov, A.; Hjort, M.; Cornil, J.; Brédas, J. L.; Stuhr-Hansen, N.; Hedegård, P.; Bjørnholm, T. Nature 2003, 425, 698-701.
4. (b) Tans, S. J.; Verschueren, A. R. M.; Dekker, C. Nature 1998, 393, 49-52.
5. (c) Liang, W. J.; Shores, M. P.; Bockrath, M.; Long, J. R.; Park, H. Nature 2002, 417, 725-729.
6. (d) Park, J.; Pasupathy, A. N.; Goldsmith, J. I.; Chang, C.; Yaish, Y.; Petta, J. R.; Rinkoski, M.; Sethna, J. P.; Abruña, H. D.; McEuen, P. L.; Ralph, D. C. Nature 2002, 417, 722-725.
7. (e) Bumm, L. A.; Arnold, J. J.; Cygan, M. T.; Dunbar, T. D.; Burgin, T. P.; Jones, L.; Allara, D. L.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. Science 1996, 271, 1705-1707.
8. (f) Reed, M. A.; Zhou, C.; Muller, C. J.; Burgin, T. P.; Tour, J. M. Science 1997, 278, 252-254.
9. (g) Donhauser, Z. J.; Mantooth, B. A.; Kelly, K. F.; Bumm, L. A.; Monnell, J. D.; Stapleton, J. J.; Price, D. W.; Rawlett, A. M.; Allara, D. L.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. Science 2001, 292, 2303-2307.
10. (h) Lewis, P. A.; Inman, C. E.; Yao, Y. X.; Tour, J. M.; Hutchison, J. E.; Weiss, P. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12214-12215.
11. (a) Xu, B. Q.; Xiao, X. Y.; Tao, N. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 16164-16165.
12. (b) Collier, C. P.; Jeppesen, J. O.; Luo, Y.; Perkins, J.; Wong, E. W.; Heath, J. R.; Stoddart, J. F. J. Am. Chem. Soc 2001, 123, 12632-12641.
13. (c) Flood, A. H.; Peters, A. J.; Vignon, S. A.; Steuerman, D. W.; Tseng, H. R.; Kang, S.; Heath, J. R.; Stoddart, J. F. Chem. Eur. J. 2004, 10, 6558-6564.
14. (d) Park, H.; Park, J.; Lim, A. K. L.; Anderson, E. H.; Alivisatos, A. P.; McEuen, P. L. Nature 2000, 407, 57-60.
15. (e) Sazonova, V.; Yaish, Y.; Ustunel, H.; Roundy, D.; Arias, T. A.; McEuen, P. L. Nature 2004, 431, 284-287.
16. Hugel, T.; Holland, N. B.; Cattani, A.; Moroder, L.; Seitz, M.; Gaub, H. E. Science 2002, 296, 1103-1106.
17. (a) Albrecht, C.; Blank, K.; Lalic-Multhaler, M.; Hirler, S.; Mai, T.; Gilbert, I.; Schiffmann, S.; Bayer, T.; Clausen-Schaumann, H.; Gaub, H. E. Science 2003, 301, 367-370.
18. (b) Stroh C.; Wang, H.; Bash, R.; Ashcroft, B.; Nelson, J. Gruber, H.; Lohr, D.; Lindsay, S. M.; Hinterdorfer, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 12503-12507.
19. (a) Binnig, G.; Roher, H.; Gerber, C.; Weibel, E. Appl. Phys. Lett. 1982, 40, 178-180.
20. (b) Binnig, G.; Roher, H.; Gerber, C.; Weibel, E. Phys. Rev. Lett. 1982, 49, 57-61.
21. (a) Binnig, G.; Quate, C. F.; Gerber, C. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 930-933.
22. (b) Drake, B.; Prater, C. B.; Weisenhorn, A. L.; Gould, S. A.; Albrecht, T. R.; Quate C. F.; Cannell, D. S.; Hansma, H. G.; Hansma, P. K. Science 1989, 245, 1586-1589.
23. (a) Betzig, E.; Lewis, A.; Harootunian, A.; Isaacson, M.; Kratschmer, E. Biophys. J. 1986, 49, 269-279.
24. (b) Betzig, E.; Chichester, R. J. Science 1993, 262, 1422-1425.
25. Bard, A. J.; Fan, F. R. F.; Kwak, J.; Lev, O. Anal. Chem. 1989, 61, 132-138.
26. (a) Gimzewski, J. K.; Joachim, C. Science 1999, 283, 1683-1688.
27. (b) Engel, A. Annu. Rev. Biophys. Biol. 1991, 20, 79-108.
28. (c) Wiesendanger, R. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications Cambridge University Press: New York, 1994.
29. (d) Bonneil, D. Scanning Probe Microscope and Spectroscopy: Theory, Techniques, and Applications; Wuey-VCH Inc.: New York, 2001.
30. Nie, S. M.; Zare, R. N. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1997, 26, 567-596.
31. (a) Frisbic, C. D.; Rosznyai, L. F.; Noy, A.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. Science 1994, 265, 2071-2074.
32. (b) Noy, A.; Vezenov, D. V.; Lieber, C. M. Annu. Rev. Mater. Sci 1997, 27, 381-421.
33. (c) McKendry, R.; Theoclitou, M. E.; Rayment, T.; Abell, C. Nature 1998, 391, 566-568.
34. (d) Nakagawa, T.; Ogawa, K.; Kurumizawa, T. J. Vac. Sci. Technol. B 1994, 12, 2215-2218.
35. (a) Vezenov, D. V.; Noy, A.; Rosznyai, L. F.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2006-2015.
36. (b) van der Vegte, E. W.; Hadziioannou, G. Langmuir 1997, 13, 4357-4368.
37. (c) Knapp, H. F.; Wiegrabe, W.; Heim, M.; Eschrich, R.; Guckenberger, R. Biophys. J. 1995, 69, 708-715.
38. (d) Wong, S. S.; Woolley, A. T.; Joselevich, E.; Cheung, C. L.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8557-8558.
39. (e) Ito, T.; Namba, M.; Buhlmann, P.; Umezawa, Y. Langmuir 1997, 13, 4323-4332.
40. (f) Alley, R. L.; Komvopoulos, K.; Howe, R. T. J. Appl. Phys. 1994, 76, 5731-5737.
41. (a) Noy, A.; Frisbie, C. D.; Rosznyai, L. F.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7943-7951.
42. (b) Green, J. B. D.; Mcdermott, M. T.; Porter, M. D.; Siperko, L. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10960-10965.
43. (a) Noy, A.; Sanders, C. H.; Vezenov, D. V.; Wong, S. S.; Lieber, C. M. Langmuir 1998, 14, 1508-1511.
44. (b) Cleveland, J. P.; Anczylowski, B.; Schmid, A. E.; Elings, V. B. Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 2613-2615.
45. Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces, 2nd ed.; Academic Press: New York, 1991.
46. van Noort, S. J. T.; Willemsen, O. H.; van der Werf, K. O.; de Grooth, B. G.; Greve, J. Langmuir 1999, 15, 7101-7107.
47. (a) Schneider, M.; Zhu, M.; Papastavrou, G.; Akari, S.; Mohwald, H. Langmuir 2002, 18, 602-606.
48. (b) Krotil, H. U.; Stifter, T.; Waschipky, H.; Weishaupt, K.; Hild, S.; Marti, O. Surf. Interface Anal. 1999, 27, 336-340.
49. (c) Miyatani, T.; Horii, M.; Rosa, A.; Fujihira, M.; Marti, O. Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 2632-2634.
50. (d) Krüger, S.; Krüger, D.; Janshoff, A. ChemPhysChem 2004, 5, 989-997.
51. (e) Okabe, Y.; Akiba, U.; Fujihira, M. Appl. Surf. Sci. 2000, 157, 398-404.
52. Johnson, A. S.; Nehl, C. L.; Mason, M. G.; Hafner, J. H. Langmuir 2003, 19, 10007-10010.
53. Fisher, T. E.; Marszalek P. E.; Fernandez J. M. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 719-724.
54. (a) Merkel, R.; Nassoy, P.; Leung, A.; Ritchie, K.; Evans, E. Nature 1999, 597, 50-53.
55. (b) Nevo, R.; Stroh, C.; Kienberger, F.; Kaftan, D.; Brumfeld, V.; Elbaum, M.; Reich, Z.; Hinterdorfer, P. Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 553-557.
56. (a) Rief, M.; Clausen-Schaumann, H.; Gaub, H. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 346-349.
57. (b) Oroszlan, T. S. K.; Schäfer, R.; Güntherodt, H.-J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999 96, 11277-11282.
58. (a) Hinterdorfer, P.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schilcher, K.; Schindler, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 3477-3481.
59. (b) Ros, R.; Schweisinger, F.; Anselmetti, D.; Kubon, M.; Schäfer, R.; Plückthun, A.; Tiefenauer, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 7402-7405.
60. (a) Skulason, H.; Frisbie, C. D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 15125-15133.
61. (b) Auletta, T.; de Jong, M. R.; Mulder, A.; van Veggel, F. C. J. M.; Huskens, J.; Reinhoudt, D. N.; Zou, S.; Zapotoczny, S.; Schonherr, H.; Vancso, G. J.; Kuipers, L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1577-1584.
62. (c) Schoenherr, H.; Beulen, M. J.; Buegler, J.; Huskerns, J.; Van Veggel, F. C. J. M.; Reinhoudt, D. N.; Vancso, F. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4963-4967.
63. Grandbois, M.; Beyer, M.; Rief, M.; Clausen-Schaumann, H.; Gaub, H. E. Science 1999, 283, 1727-1730.
64. (a) Noy, A.; Vezenov, D. V.; Kayyem, J. F.; Meade, T. J.; Lieber, C. M. Chem. Biol. 1997, 4, 519-527.
65. (b) Clausen-Schaumann, H.; Rief, M.; Tolksdorf, C.; Gaub, H. E. Biophys. J. 2000, 78, 1997-2007.
66. Rief, M.; Gautel, M.; Oesterhelt, F.; Fernandez, J. M.; Gaub, H. E Science 1997, 276, 1109-1112.
67. (a) Rief, M.; Oesterhelt, F.; Heymann, B.; Gaub, H. E. Science 1997, 275, 1295-1297.
68. (b) Marszalek, P. E.; Oberhauser, A. F.; Pang, Y. P.; Fernandez, J. M. Nature 1998, 596, 661-664.
69. (a) Oesterhelt, F.; Rief, M.; Gaub, H. New J. Phys. 1999, 6.1-6.11.
70. (b) Shi, W. Q.; Cui, S. X.; Wang, C.; Wang, L.; Zhangi X.; Wang, X. J.; Wang, L. Macromolecules 2004, 37, 1839-1842.
71. Hinterdorfer, P.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schilcher, K.; Schindler, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 3477-3481.
72. Giles, R.; Cleveland, J. P.; Manne, S.; Hansma, P. K.; Drake, B.; Maivald, P.; Boles, C.; Gurley, J.; Elings, V. Appl. Phys. Lett. 1993, 63, 617-618.
73. Raab, A.; Han, W.; Badt, D.; Smith-Gill, S. J.; Lindsay, S. M.; Schindler, H.; Hinterdrfer, P. Nat. Biotechnol. 1999, 17, 901-905.
74. Stroh, C. M.; Ebner, A.; Geretschlager, M.; Freudenthaler, G.; Kienberger, F.; Kamruzzahan, A. S. M.; Smith-Gil, S. J.; Gruber, H. J.; Hinterdorfer, P. Biophys. J. 2004, 87, 1981-1990.
75. (a) Stark, M.; Stark, R. W.; Heckl, W. M.; Guckenberger, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 8473-8478.
76. (b) Stark, R. W.; Heckl, W. M. Rev. Sci. Instr. 2003, 74, 5111-5114.
77. Hutter, J. L.; Bechhoefer, J. Rev. Sci. Instrum. 1993, 64, 1868-1873.
78. Garcia, R.; Perez, R. Surf. Sci. Rep. 2002, 47, 197-301.
79. Tamayo, J.; Garcia, R. Langmuir 1996, 12, 4430-4435.
80. Tamayo, J.: Garcia, R. Appl. Phys. Lett. 1997, 71, 2394-2396.
81. Willemsen, O. H.; Snel, M. M. E.; Kuipers, L.; Figdor, C. G.; Greve, J.; de Grooth, B. G. Biophys. J. 1999, 76, 716-724.
82. Wong, J. Y.; Kuhl, T. L.; Israelachvili, J. N.; Mullah, N.; Zalipsky, S. Science 1997, 275, 820-822.
83. (a) Ashby, P. D.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6814-6818.
84. (b) Hoffmann, P. M.; Jeffery, S.; Pethica, J. B.; Ozer, H. O.; Oral, A. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 265502.
85. Wong, S. S.; Joselevich, E.; Woolley, A. T.; Cheung, C. L.; Lieber, C. M. Nature 1998, 394, 52-55.
86. Boukobza, E.; Sonnenfeld, A.; Haran, G. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12165-12170.
87. Weisstein, E. W. Runge-Kutta Methodol. From MathWorld, A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/Runge-Kuttamethodol.html.
88. Schroeder, C. M.; Babcock, H. P.; Shaqfeh, E. S. G.; Chu, S. Science 2003, 301, 1515-1519.
89. Bohbot-Raviv, Y.; Zhao, W. Z.; Feingold, M.; Wiggins, C. H.; Granek, R. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, Art. No. 098101.
90. A ca. 15% error range in the amplitude stems mainly from the variation in the determination of the photodetector sensitivity, whereas the error range in the contour length is due to the polydispersity of the PEG polymer length.
91. Qureshi, M. H.; Yeung, J. C.; Wu, S. C.; Wong, S. L. J. Biol. Chem. 2001, 276, 46422-46428.