Materials chemistry challenges in the design of hybrid bionanodevices: Supporting protein function within artificial environments

Journal of Materials Chemistry

Volumn 17, Issue 10, 2007, Pages 943-951

  Fischer, Thorsten ^a   Hess, Henry ^a  

^a UNIVERSITY OF FLORIDA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMECHANICS; CONFORMATIONS; NANOTECHNOLOGY; PROTEINS; SURFACE PHENOMENA;

BIOLOGICAL TRANSPORT SYSTEM; BIONANODEVICES; BIONANOTECHNOLOGY; MICROTUBULES; PROTEIN BINDING;

BIONICS;

EID: 33847397775     PISSN: 09599428     EISSN: 13645501     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/b615278c     Document Type: Article

References (134)

1. Nanobiotechnology: Concepts, Applications and Perspectives, ed., C. M. Niemeyer, and, C. A. Mirkin, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2004
2. J. M. Anderson K. Koftke-Marchant Crit. Rev. Biocompat. 1985 1 111 204
3. E. W. Salzman J. Lindon D. Brier E. W. Merrill Ann. N. Y. Acad. Sci. 1977 283 114 124
4. S. W. Kim D. J. Lyman Appl. Polym. Symp. 1973 22 289 297
5. T. M. S. Chang J. Physiol. Pharmacol. 1974 52 275 285
6. J. D. Andrade, D. L. Coleman, S. W. Kim and D. J. Lentz, Artificial Liver Support, ed., R. Williams, and, I. M. Murray-Lyon, Pitman Medical, London, UK, 1975, pp. pp. 84-93
7. R. A. Goldsby, T. J. Kindt, B. A. Osborne and J. Kuby, Immunology, Freeman, New York, 2003
8. L. J. Blum and P. Coulet, Biosensor Principles and Applications, CRC, New York, 1991
9. S. S. Saliterman, Fundamentals of BioMEMS and Medical Microdevices, SPIE Press, Bellingham, Washington, USA, 2006
10. M. Schena, Protein Microarrays, Jones and Bartlett, Sudbury, 2005
11. J. D. Andrade V. Hlady Adv. Polym. Sci. 1986 79 1 63
12. V. Hlady J. Buijs Curr. Opin. Biotechnol. 1996 7 72 77
13. B. Milthorpe, Protein adsorption to surfaces and interfaces, CRC, New York, 2005
14. T. A. Horbett and J. L. Brash, Proteins at Interfaces II: Fundamentals and Applications, ACS, Washington DC, 1995
15. D. G. Castner B. D. Ratner Surf. Sci. 2002 500 28 60
16. M. Schliwa G. Woehlke Nature 2003 422 759 765
17. H. Hess G. D. Bachand Mater. Today 2005 8 22 29
18. H. Hess G. D. Bachand V. Vogel Chem.-Eur. J. 2004 10 2110 2116
19. N. Hirokawa R. Takemura Nat. Rev. Neurosci. 2005 6 201 214
20. H. Hess V. Vogel Rev. Mol. Biotechnol. 2001 82 67 85
21. S. Ramachandran K. H. Ernst G. D. Bachand V. Vogel H. Hess Small 2006 2 330 334
22. R. Yokokawa S. Takeuchi T. Kon M. Nishiura K. Sutoh H. Fujita Nano Lett. 2004 4 2265 2270
23. R. Yokokawa, S. Takeuchi, T. Kon, R. Ohkura, M. Edamatsu, K. Sutoh and H. Fujita, MEMS-03 Kyoto. IEEE The Sixteenth Annual International Conference on Micro-Electro-Mechanical Systems, IEEE, Piscataway, NJ, USA, 2003, pp. pp. 8-11
24. L. Jia G. Moorjani T. N. Jackson W. O. Hancock Biomed. Microdevices 2004 6 67 74
25. M. G. van den Heuvel M. P. de Graaff C. Dekker Science 2006 312 910 914
26. S. Diez C. Reuther C. Dinu R. Seidel M. Mertig W. Pompe J. Howard Nano Lett. 2003 3 1251 1254
27. H. Hess J. Howard V. Vogel Nano Lett. 2002 2 1113 1115
28. H. Hess J. Clemmens J. Howard V. Vogel Nano Lett. 2002 2 113 116
29. H. Hess J. Clemmens C. Brunner R. Doot S. Luna K.-H. Ernst V. Vogel Nano Lett. 2005 5 629 633
30. H. Suzuki K. Oiwa A. Yamada H. Sakakibara H. Nakayama S. Mashiko Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 1995 34 3937 3941
31. D. Riveline A. Ott F. Julicher D. A. Winkelmann O. Cardoso J. J. Lacapere S. Magnusdottir J. L. Viovy L. Gorre-Talini J. Prost Eur. Biophys. J. 1998 27 403 408
32. D. V. Nicolau H. Suzuki S. Mashiko T. Taguchi S. Yoshikawa Biophys. J. 1999 77 1126 1134
33. R. Bunk J. Klinth L. Montelius I. A. Nicholls P. Omling S. Tagerud A. Mansson Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003 301 783 788
34. J. A. Jaber P. B. Chase J. B. Schlenoff Nano Lett. 2003 3 1505 1509
35. M. Sundberg J. P. Rosengren R. Bunk J. Lindahl I. A. Nicholls S. Tagerud P. Omling L. Montelius A. Mansson Anal. Biochem. 2003 323 127 138
36. G. Mihajlovic N. M. Brunet J. Trbovic P. Xiong S. von Molnar P. B. Chase Appl. Phys. Lett. 2004 85 1060 1062
37. A. Mansson M. Sundberg R. Bunk M. Balaz I. A. Nicholls P. Omling J. O. Tegenfeldt S. Tagerud L. Montelius IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 547 555
38. P. Manandhar L. Huang J. R. Grubich J. W. Hutchinson P. B. Chase S. H. Hong Langmuir 2005 21 3213 3216
39. M. Sundberg R. Bunk N. Albet-Torres A. Kvennefors F. Persson L. Montelius I. A. Nicholls S. Ghatnekar-Nilsson P. Omling S. Tagerud A. Mansson Langmuir 2006 22 7286 7295
40. M. Sundberg M. Balaz R. Bunk J. P. Rosengren-Holmberg L. Montelius I. A. Nicholls P. Omling S. Tagerud A. Mansson Langmuir 2006 22 7302 7312
41. R. Martinez-Neira M. Kekic D. Nicolau C. G. dos Remedios Biosens. Bioelectron. 2005 20 1428 1432
42. H. Noji R. Yasuda M. Yoshida K. Kinosita Nature 1997 386 299 302
43. R. K. Soong G. D. Bachand H. P. Neves A. G. Olkhovets H. G. Craighead C. D. Montemagno Science 2000 290 1555 1558
44. H. F. Arata H. Noji H. Fujita Appl. Phys. Lett. 2006 88 083902
45. S. Diez, J. H. Hellenius and J. Howard, in Nanobiotechnology, ed., C. M. Niemeyer, and, C. A. Mirkin, Wiley-VCH, Weinheim, 2004
46. M. J. Schnitzer S. M. Block Nature 1997 388 386 390
47. D. L. Coy M. Wagenbach J. Howard J. Biol. Chem. 1999 274 3667 3671
48. G. T. Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press, San Diego, 1996
49. H. Hess J. Clemmens D. Qin J. Howard V. Vogel Nano Lett. 2001 1 235 239
50. G. D. Bachand S. B. Rivera A. K. Boal J. Gaudioso J. Liu B. C. Bunker Nano Lett. 2004 4 817 821
51. G. D. Bachand S. B. Rivera A. Carroll-Portillo H. Hess M. Bachand Small 2006 2 381 385
52. Y. Z. Du Y. Hiratsuka S. Taira M. Eguchi T. Q. P. Uyeda N. Yumoto M. Kodaka Chem. Commun. 2005 2080 2082
53. S. Taira Y. Z. Du Y. Hiratsuka K. Konishi T. Kubo T. Q. P. Uyeda N. Yumoto M. Kodaka Biotechnol. Bioeng. 2006 95 533 538
54. B. D. Martin C. M. Soto A. S. Blum K. E. Sapsford J. L. Whitley J. E. Johnson A. Chatterji B. R. Ratna J. Nanosci. Nanotechnol. 2006 6 2451 2460
55. D. G. Weiss G. M. Langford D. Seitz-Tutter W. Maile Acta Histochem., Suppl. 1991 41 81 105
56. T. Nitta H. Hess Nano Lett. 2005 5 1337 1342
57. J. Howard A. J. Hudspeth R. D. Vale Nature 1989 342 154 158
58. D. S. Goodsell, Molecule of the month: kinesin
59. S. Sack and E. Mandelkow, proWeb project
60. F. Kozielski S. Sack A. Marx M. Thormahlen E. Schonbrunn V. Biou A. Thompson E. M. Mandelkow E. Mandelkow Cell 1997 91 985 994
61. D. L. Coy W. O. Hancock M. Wagenbach J. Howard Nat. Cell Biol. 1999 1 288 292
62. K. A. Dill S. Bromberg K. Yue K. M. Fiebig D. P. Yee P. D. Thomas H. S. Chan Protein Sci. 1995 4 561 602
63. C. N. Pace Crit. Rev. Biochem. 1975 3 1 43
64. W. Norde, Adhesion and Adsorption of Polymers, Plenum, 1980
65. J. Lyklema Colloids Surf. 1984 10 33 42
66. N. Nath J. Hyun H. Ma A. Chilkoti Surf. Sci. 2004 570 98 110
67. M. Malmsten Colloids Surf., B 1995 3 297 308
68. A. Kondo H. Fukuda J. Colloid Interface Sci. 1998 198 34 41
69. S.-Y. Jung S.-M. Lim F. Albertorio G. Kim M. C. Gurau R. D. Yang M. A. Holden P. S. Cremer J. Am. Chem. Soc. 2003 125 12782 12786
70. T. A. Horbett, Hydrogels in Medicine and Pharmacy, CRC, Boca Raton, 1986
71. P. Harder M. Grunze R. Dahint G. M. Whitesides P. E. Laibinis J. Phys. Chem. B 1998 102 426 436
72. D. Leckband S. Sheth A. Halperin J. Biomater. Sci., Polym. Ed. 1999 10 1125 1147
73. S. I. Jeon L. H. Lee J. D. Andrade P. G. de Gennes J. Colloid Interface Sci. 1991 142 149 158
74. E. Ostuni R. G. Chapman R. E. Holmlin S. Takayama G. M. Whitesides Langmuir 2001 17 5605 5620
75. S. I. Jeon J. D. Andrade J. Colloid Interface Sci. 1991 142 159 165
76. J. Satulovsky M. A. Carignano I. Szleifer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000 97 9037 9041
77. P. L. Edmiston J. E. Lee S. S. Cheng S. S. Saavedra J. Am. Chem. Soc. 1997 119 560 570
78. B. Lu M. R. Smyth R. Okennedy Analyst 1996 121 R29 R32
79. J. A. Camarero Biophys. Rev. Lett. 2006 1 1 28
80. Y.-H. Woo J. A. Camarero Curr. Nanosci. 2006 2 93 103
81. V. Thomas K. Bergström G. Quash K. Holmberg Colloids Surf., A 1993 77 125 139
82. R. D. Allen D. T. Brown S. P. Gilbert H. Fujiwake Biol. Bull. 1983 165 523
83. R. D. Vale T. S. Reese M. P. Sheetz Cell 1985 42 39 50
84. R. D. Vale B. J. Schnapp T. S. Reese M. P. Sheetz Cell 1985 40 559 569
85. R. D. Vale B. J. Schnapp T. Mitchison E. Steuer T. S. Reese M. P. Sheetz Cell 1985 43 623 632
86. T. A. Schroer B. J. Schnapp T. S. Reese M. P. Sheetz J. Cell Biol. 1988 107 1785 1792
87. B. J. Schnapp T. S. Reese R. Bechtold J. Cell Biol. 1992 119 389 399
88. J. Howard A. J. Hunt S. Baek Methods Cell Biol. 1993 39 137 147
89. P. Stracke K. J. Bohm J. Burgold H. J. Schacht E. Unger Nanotechnology 2000 11 52 56
90. J. Kerssemakers J. Howard H. Hess S. Diez Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 15812 15817
91. J. Anzai T. Hoshi T. Osa Trends Anal. Chem. 1994 13 205 210
92. L. P. Tan S. Q. Yao Protein Pept. Lett. 2005 12 769 775
93. J. E. Cronan J. Biol. Chem. 1990 265 10327 10333
94. E. Berliner H. K. Mahtani S. Karki L. F. Chu J. E. Cronan J. Gelles J. Biol. Chem. 1994 269 8610 8615
95. G. Romet-Lemonne M. VanDuijn M. Dogterom Nano Lett. 2005 5 2350 2354
96. J. Porath Protein Expression Purif. 1992 3 263 281
97. R. Gamsjaeger B. Wimmer H. Kahr A. Tinazli S. Picuric S. Lata R. Tampé Y. Maulet H. J. Gruber P. Hinterdorfer C. Romanin Langmuir 2004 20 5885 5890
98. T. Yu Q. Wang D. S. Johnson M. D. Wang C. K. Ober Adv. Funct. Mater. 2005 15 1303 1309
99. C. A. Mirkin R. L. Letsinger R. C. Mucic J. J. Storhoff Nature 1996 382 607 609
100. G. Muthukrishnan C. A. Roberts Y. C. Chen J. D. Zahn W. O. Hancock Nano Lett. 2004 4 2127 2132
101. K. J. Böhm R. Stracke P. Mühlig E. Unger Nanotechnology 2001 12 238 244
102. G. Muthukrishnan B. M. Hutchins M. E. Williams W. O. Hancock Small 2006 2 626 630
103. R. K. Doot H. Hess V. Vogel Soft Matter 2007 10.1039/b607281j
104. J. Clemmens H. Hess R. Lipscomb Y. Hanein K. F. Boehringer C. M. Matzke G. D. Bachand B. C. Bunker V. Vogel Langmuir 2003 19 10967 10974
105. H. Hess C. M. Matzke R. K. Doot J. Clemmens G. D. Bachand B. C. Bunker V. Vogel Nano Lett. 2003 3 1651 1655
106. R. S. Kane S. Takayama E. Ostuni D. E. Ingber G. M. Whitesides Biomaterials 1999 20 2363 2376
107. H. Hess J. Clemmens C. M. Matzke G. D. Bachand B. C. Bunker V. Vogel Appl. Phys. A 2002 75 309 313
108. K. Atsuta H. Noji S. Takeuchi Lab Chip 2004 4 333 336
109. M. G. van den Heuvel C. T. Butcher R. M. Smeets S. Diez C. Dekker Nano Lett. 2005 5 1117 1122
110. Y. Hiratsuka T. Tada K. Oiwa T. Kanayama T. Q. Uyeda Biophys. J. 2001 81 1555 1561
111. S. G. Moorjani L. Jia T. N. Jackson W. O. Hancock Nano Lett. 2003 3 633 637
112. L. J. Cheng M. T. Kao E. Meyhofer L. J. Guo Small 2005 1 409 414
113. W. He, T. Fischer and H. Hess, in Nano-scale Science and Technology in Biomolecular Catalysis, ACS symposium series, ed. J. B. Kim, P. Wang and S. H. Kim, to be published in 2007
114. L. Ionov M. Stamm S. Diez Nano Lett. 2005 5 1910 1914
115. Y.-M. Huang M. Uppalapati W. O. Hancock T. N. Jackson IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 564 570
116. A. K. Boal J. M. Bauer S. B. Rivera R. G. Manley R. P. Manginell G. D. Bachand B. C. Bunker Polym. Prepr. 2004 96 97
117. G. P. Lopez B. D. Ratner C. D. Tidwell C. L. Haycox R. J. Rapoza T. A. Horbett J. Biomed. Mater. Res. 1992 26 415 439
118. R. C. Lipscomb, J. Clemmens, Y. Hanein, M. R. Holl, V. Vogel, B. D. Ratner, D. D. Denton and K. F. Böhringer, Second International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine & Biology, IEEE, Madison, Wisconsin, 2002
119. L. Ionov M. Stamm S. Diez Nano Lett. 2006 6 1982 1987
120. T. L. Sun G. J. Wang F. Lin L. Biqian M. Yongmei J. Lei D.-B. Zhu Angew. Chem. 2004 116 361 364
121. R. G. Chapman E. Ostuni S. Takayama R. E. Holmlin L. Yan G. M. Whitesides J. Am. Chem. Soc. 2000 122 8303 9304
122. R. E. Holmlin X. Chen R. G. Chapman S. T. Takayama G. M. Whitesides Langmuir 2001 17 2841 2850
123. Y.-Y. Luk M. Kato M. Mrksich Langmuir 2000 16 9604 9608
124. N. A. M. Besseling Langmuir 1997 13 2113 2122
125. K. Feldman G. Hahner N. D. Spencer P. Harder M. Grunze J. Am. Chem. Soc. 1999 121 10134 10141
126. D. C. Rau V. A. Parsegian Science 1990 249 1278 1281
127. J. A. Dantzig H. Higuchi Y. E. Goldman Methods Enzymol. 1998 291 307 348
128. D. Wu R. Tucker H. Hess IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 594 599
129. A. Nomura T. Q. P. Uyeda N. Yumoto Y. Tatsu Chem. Commun. 2006 3588 3590
130. T. Velten H. H. Ruf D. Barrow N. Aspragathos P. Lazarou E. Jung C. K. Malek M. Richter J. Kruckow M. Wackerle IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 533 546
131. V. Verma W. O. Hancock M. Catchmark IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 584 593
132. C. Brunner H. Hess K.-H. Ernst V. Vogel Nanotechnology 2004 15 S540 S548
133. R. Seetharam Y. Wada S. Ramachandran H. Hess P. Satir Lab Chip 2006 6 1239 1242
134. R. Yokokawa Y. Yoshida S. Takeuchi T. Kon K. Sutoh H. Fujita IEEE Trans. Adv. Packag. 2005 28 577 583