Set-reset flip-flop memory based on enzyme reactions: Toward memory systems controlled by biochemical pathways

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 49, 2009, Pages 16071-16076

  Pita, Marcos ^a   Strack, Guinevere ^a   MacVittie, Kevin ^a   Zhou, Jian ^a   Katz, Evgeny ^a  

^a CLARKSON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTUATORS; BIOSENSORS; CHARACTER SETS; CHEMICAL ELEMENTS; ENZYMES; ETHANOL; FLIP FLOP CIRCUITS; GLUCOSE;

BASIC ELEMENTS; BIO-COMPUTING; BIOCHEMICAL PATHWAY; BIOCHEMICAL SIGNAL; COMPLEX INFORMATION; CORE PART; DIAPHORASE; DICHLOROINDOPHENOL; ENZYMATIC REACTION; ENZYME LOGIC; ENZYME REACTION; FLIP FLOP MEMORIES; GLUCOSE 6 PHOSPHATES; HORSE-RADISH PEROXIDASE; IMPLANTABLE BIOMEDICAL DEVICES; IN-SITU; MEMORY SYSTEMS; OXIDATION AND REDUCTION; OXIDIZED STATE; PHYSIOLOGICAL CONDITION; REDOX SPECIES; REDOX STATE; RESET SIGNALS; SET-RESET FLIP-FLOP;

REDOX REACTIONS;

EID: 71549147222     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp908291f     Document Type: Article

References (100)

1. (a) Coronado, E.; Gavina, P.; Tatay, S. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1674-1689.
2. (b) Leung, K.C-F.; Chak, C.-P.; Lo, C.-M.; Wong, W.-Y.; Xuan, S.; Cheng, C. H. K. Chem. Asian J. 2009, 4, 364-381.
3. (c) Canary, J. W. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 747-756.
4. (d) Thanopulos, I.; Kral, P.; Shapiro, M.; Paspalakis, E. J. Mod. Opt. 2009, 56, 1-18.
5. (e) Nijhuis, C. A.; Ravoo, B. J.; Huskens, J.; Reinhoudt, D. N. Coord. Chem. Rev. 2007, 251, 1761-1780.
6. (f) Saha, S.; Stoddart, J. F. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 77-92.
7. (g) Loeb, S. J. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 226-235.
8. (h) Matsuda, K.; Irie, M. J. Photochem. Photobiol. C 2004, 5, 169-182.
9. (i) Flood, A. H.; Ramirez, R. J. A.; Deng, W. Q.; Muller, R. P.; Goddard, W. A.; Stoddart, J. F. Aust. J. Chem. 2004, 57, 301-322.
10. (j) Venturi, M.; Balzani, V.; Ballardini, R.; Credi, A.; Gandolfi, M. T. Int. J. Photoenergy 2004, 6, 1-10.
11. (a) De Silva, A. P.; Uchiyama, S.; Vance, T. P.; Wannalerse, B. Coord. Chem. Rev. 2007, 251, 1623-1632.
12. (b) De Silva, A. P.; Uchiyama, S. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 399-410.
13. (c) Szacilowski, K. Chem. Rev. 2008, 108, 3481-3548.
14. (d) Credi, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5472-5475.
15. (e) Pischel, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4026-4040.
16. (f) Jiang, G.; Song, Y.; Guo, X.; Zhang, D.; Zhu, D. Adv. Mater. 2008, 20, 2888-2898.
17. (g) Guo, X.; Zhang, D.; Zhang, G.; Zhu, D. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11942-11945.
18. (a) De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; McCoy, C. P. Nature 1993, 364, 42-44.
19. (b) De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; McCoy, C. P. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7891-7892.
20. (c) Guo, X.; Zhang, D.; Zhu, D. Adv. Mater. 2004, 16, 125-130.
21. De Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; Maguire, G. E. M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 1213-1214.
22. (a) Credi, A.; Balzani, V.; Langford, S. J.; Stoddart, J. F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2679-2681.
23. (b) De Silva, A. P.; McClenaghan, N. D. Chem.-Eur. J. 2002, 8, 4935-4945.
24. (a) De Silva, A. P.; Dixon, I. M.; Gunaratne, H. Q. N.; Gunnlaugsson, T.; Maxwell, P. R. S.; Rice, T. E. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1393-1394.
25. (b) Straight, S. D.; Liddell, P. A.; Terazono, Y.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 777-785.
26. (c) Turfan, B.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2002, 4, 2857-2859.
27. (d) Wang, Z.; Zheng, G.; Lu, P. Org. Lett. 2005, 7, 3669-3672.
28. (a) Baytekin, H. T.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2000, 2, 1725-1727.
29. (b) Zong, G.; Xiana, L.; Lua, G. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 3891-3894.
30. (a) Gunnlaugsson, T.; MacDónaill, D. A.; Parker, D. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12866-12876.
31. (b) Gunnlaugsson, T.; MacDónaill, D. A.; Parker, D. Chem. Commun. 2000, 93-94.
32. (c) Gunnlaugsson, T.; MacDónaill, D. A.; Parker, D. Chem. Commun. 2000, 93-94.
33. (d) De Sousa, M.; De Castro, B.; Abad, S.; Miranda, M. A.; Pischel, U. Chem. Commun. 2006, 2051-2053.
34. (e) Li, L.; Yu, M.-X.; Li, F. Y.; Yi, T.; Huang, C. H. Colloids Surf. A 2007, 304, 49-53.
35. (f) Gunnlaugsson, T.; MacDónail, D. A.; Parker, D. Chem. Commun. 2000, 93-94.
36. (a) Luxami, V.; Kumar, S. New J. Chem. 2008, 32, 2074-2079.
37. (b) Qian, J. H.; Qian, X. H.; Xu, Y. F.; Zhang, S. Y. Chem. Commun. 2008, 4141-4143.
38. Pérez-Inestrosa, E.; Montenegro, J.-M.; Collado, D.; Suau, R.; Casado, J. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 6904-6909.
39. (a) Sun, W.; Xu, C. H.; Zhu, Z.; Fang, C. J.; Yan, C. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 16973-16983.
40. (b) Li, Z. X.; Liao, L. Y.; Sun, W.; Xu, C. H.; Zhang, C.; Fang, C. J.; Yan, C. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5190-5196.
41. (c) Coskun, A.; Deniz, E.; Akkaya, E. U. Org. Lett. 2005, 7, 5187-5189.
42. (d) Jimenez, D.; Martinez-Manez, R.; Sancenon, F.; Ros-Lis, J. V.; Soto, J.; Benito, A.; Garcia-Breijo, E. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 2393-2403.
43. (a) Sun, W.; Zheng, Y.-R.; Xu, C-H.; Fang, C.-J.; Yan, C.-H. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11706-11711.
44. (b) Zhou, Y.; Wu, H.; Qu, L.; Zhang, D.; Zhu, D. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15676-15679.
45. Pischel, U.; Heller, B. New J. Chem. 2008, 32, 395-400.
46. (a) Andreasson, J.; Straight, S. D.; Bandyopadhyay, S.; Mitchell, R. H.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14274-14278.
47. (b) Amelia, M.; Baroncini, M.; Credi, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 6240-6243.
48. (c) Perez-Inestrosa, E.; Montenegro, J. M.; Collado, D.; Suau, R. Chem. Commun. 2008, 1085-1087.
49. Andreasson, J.; Straight, S. D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11122-11128.
50. (a) Margulies, D.; Felder, C. E.; Melman, G.; Shanzer, A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 347-354.
51. (b) Suresh, M.; Ghosh, A.; Das, A. Chem. Commun. 2008, 3906-3908.
52. (a) Chatterjee, M. N.; Kay, E. R.; Leigh, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4058-4073.
53. (b) Baron, R.; Onopriyenko, A.; Katz, E.; Lioubashevski, O.; Willner, I.; Wang, S.; Tian, H. Chem. Commun. 2006, 2147-2149.
54. (c) Katz, E.; Willner, I. Chem. Commun. 2005, 5641-5643.
55. (d) Galindo, F.; Lima, J. C.; Luis, S. V.; Parola, A. J.; Pina, F. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 541-545.
56. (e) Bandyopadhyay, A.; Pal, A. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6084-6088.
57. (f) Fernandez, D.; Parola, A. J.; Branco, L. C.; Afonso, C. A. M.; Pina, F. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 168, 185-189.
58. (g) Pina, F.; Lima, J. C.; Parola, A. J.; Afonso, C. A. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 1525-1527.
59. (h) Will, G.; Rao, J. S. S. N.; Fitzmaurice, D. J. Mater. Chem. 1999, 9, 2297-2299.
60. (i)Hiller, J.; Rubner, M. F. Macromolecules 2003, 36, 4078-4083.
61. (j) Pina, F.; Roque, A.; Melo, M. J.; Maestri, I.; Belladelli, L.; Balzani, V. Chem.-Eur. J. 1998, 4, 1184-1191.
62. Bell, G.; Gray, J. N. In Beyond calculation: the next fifty years of computing; Denning, P. J., Metcalfe, R. M., Eds.; Copernicus/Springer: New York, 1997; Chapter 1, p 30.
63. (a) Zauner, K. P. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2005, 30, 33-69.
64. (b) Fu, L.; Cao, L. C.; Liu, Y. Q.; Zhu, D. B. Adv. Colloid Interface Sci. 2004, 111, 133-157.
65. (a) Shao, X. G.; Jiang, H. Y.; Cai, W. S. Prog. Chem. 2002, 14, 37-46.
66. (b) Saghatelian, A.; Volcker, N. H.; Guckian, K. M.; Lin, V. S. Y.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 346-347.
67. (c) Ashkenasy, G.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11140-11141.
68. Kahan, M.; Gil, B.; Adar, R.; Shapiro, E. Physica D 2008, 237, 1165-1172.
69. (a) Manesh, K. M.; Halámek, J.; Pita, M.; Zhou, J.; Tam, T. K.; Santhosh, P.; Chuang, M.-C.; Windmiller, J. R.; Abidin, D.; Katz, E.; Wang, J. Biosens. Bioelectron. 2009, 24, 3569-3574.
70. (b) Pita, M.; Zhou, J.; Manesh, K. M.; Halámek, J.; Katz, E.; Wang, J. Sens. Actuators B 2009, 139, 631-636.
71. (a) Sivan, S.; Lotan, N. Biotechnol. Prog. 1999, 15, 964-970.
72. (b) Sivan, S.; Tuchman, S.; Lotan, N. Biosystems 2003, 70, 21-33.
73. (c) Deonarine, A. S.; Clark, S. M.; Konermann, L. Future Generation Comput. Syst. 2003, 19, 87-97.
74. (d) Ashkenazi, G.; Ripoll, D. R.; Lotan, N.; Scheraga, H. A. Biosens. Bioelectron. 1997, 12, 85-95.
75. (e) Unger, R.; Moult, J. Proteins 2006, 63, 53-64.
76. (a) Stojanovic, M. N.; Stefanovic, D.; LaBean, T.; Yan, H. In: Bioelectronics: From Theory to Applications, Willner, I.; Katz, E. (Eds.), Wiley-VCH, Weinheim, 2005, pp. 427-455;
77. (b) Saghatelian, A.; Volcker, N. H.; Guckian, K. M.; Lin, V. S. Y.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 346-347.
78. (c) Ashkenasy, G.; Ghadiri, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11140-11141.
79. Win, M. N.; Smolke, C. D. Science 2008, 322, 456-460.
80. Simpson, M. L.; Sayler, G. S.; Fleming, J. T.; Applegate, B. Trends Biotechnol. 2001, 19, 317-323.
81. (a) Strack, G.; Pita, M.; Ornatska, M.; Katz, E. ChemBioChem 2008, 9, 1260-1266.
82. (b) Baron, R.; Lioubashevski, O.; Katz, E.; Niazov, T.; Willner, I. Org. Biomol. Chem. 2006, 4, 989-991.
83. Baron, R.; Lioubashevski, O.; Katz, E.; Niazov, T.; Willner, I. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 8548-8553.
84. Baron, R.; Lioubashevski, O.; Katz, E.; Niazov, T.; Willner, I. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1572-1576.
85. (a) Niazov, T.; Baron, R.; Katz, E.; Lioubashevski, O.; Willner, I. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006, 103, 17160-17163.
86. (b) Strack, G.; Ornatska, M.; Pita, M.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4234-4235.
87. (a) Pita, M.; Minko, S.; Katz, E. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2009, 20, 457-462.
88. (b) Motornov, M.; Zhou, J.; Pita, M.; Tokarev, I.; Gopishetty, V.; Katz, E.; Minko, S. Small 2009, 5, 817-820.
89. (c) Motornov, M.; Zhou, J.; Pita, M.; Gopishetty, V.; Tokarev, I.; Katz, E.; Minko, S. Nano Lett. 2008, 8, 2993-2997.
90. (d) Pita, M.; Krämer, M.; Zhou, J.; Poghossian, A.; Schöning, V. M.; Fernández, M. J.; Katz, E. ACS Nano 2008, 2, 2160-2166.
91. Tokarev, I.; Gopishetty, V.; Zhou, J.; Pita, M.; Motornov, M.; Katz, E.; Minko, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 532-536.
92. (a) Pita, M.; Tam, T. K.; Minko, S.; Katz, E. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 1166-1168.
93. (b) Privman, M.; Tam, T. K.; Pita, M.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1314-1321.
94. (c) Zhou, J.; Tam, T. K.; Pita, M.; Ornatska, M.; Minko, S.; Katz, E. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 144-149.
95. Krämer, M.; Pita, M.; Zhou, J.; Ornatska, M.; Poghossian, A.; Schöning, M. J.; Katz, E. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2573-2579.
96. (a) Tam, T. K.; Pita, M.; Ornatska, M.; Katz, E. Bioelectrochemistry 2009, 76, 4-9.
97. (b) Amir, L.; Tam, T. K.; Pita, M.; Meijler, M. M.; Alfonta, L.; Katz, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 826-832.
98. Shiva, S. G. Introduction to Logic Design, 2nd ed.; Marcel Dekker: New York 1998.
99. Katz, E.; Solov'ev, A. A. J. Electroanal. Chem. 1990, 297, 171-186.
100. Polsky, R.; Harper, J. C.; Wheeler, D. R.; Brozik, S. M. Electroanalysis 2008, 20, 671-679.