Biomimetic synthesis of inorganic materials and their applications

Pure and Applied Chemistry

Volumn 83, Issue 1, 2011, Pages 111-125

  Li, Yujing ^a   Chiu, Chin Yi ^a   Huang, Yu ^a  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

Biomimetics; Biorecognition; Bottom up assembly; Nanomaterials; Proteins and peptides

Indexed keywords

BIOMIMETIC SYNTHESIS; BIOMOLECULAR RECOGNITION; BIORECOGNITION; BOTTOM-UP ASSEMBLY; COMBINATORIAL APPROACH; COMPLEX MATERIALS; EVOLUTION PROCESS; HIERARCHICAL ASSEMBLIES; HIERARCHICAL MATERIALS; IN-VITRO; INORGANIC MATERIALS; MOLECULAR EVOLUTION; NANO-MATERIALS;

BIOMIMETICS; MOLECULAR BIOLOGY; MOLECULAR RECOGNITION; NANOSTRUCTURED MATERIALS; PEPTIDES; SYNTHESIS (CHEMICAL);

BIOMIMETIC MATERIALS;

EID: 78650669359     PISSN: 00334545     EISSN: 13653075     Source Type: Journal    
DOI: 10.1351/PAC-CON-10-10-28     Document Type: Article

References (123)

1. Y. Huang, C. M. Lieber. Pure Appl. Chem. 76, 2051 (2004).
2. C. N. R. Rao, A. K. Cheetham. J. Mater. Chem. 11, 2887 (2001).
3. K. J. Klabunde, R. M. Richards. Nanoscale Materials in Chemistry, John Wiley, Danvers (2001).
4. D. G. Cahill, W. K. Ford, K. E. Goodson, G. D. Mahan, A. Majumdar, H. J. Maris, R. Merlin, S. R. Phillpot. J. Appl. Phys. 93, 793 (2003).
5. Y. Wang, N. Herron. J. Phys. Chem. 95, 525 (1991).
6. A. M. Morales, C. M. Lieber. Science 279, 208 (1998).
7. M. Law, J. Goldberger, P. D. Yang. Annu. Rev. Mater. Res. 34, 83 (2004).
8. Y. Xia, Y. J. Xiong, B. Lim, S. E. Skrabalak. Angew. Chem., Int. Ed. 48, 60 (2009).
9. Y. W. Jun, J. S. Choi, J. Cheon. Angew. Chem., Int. Ed. 45, 3414 (2006).
10. Z. L. Wang. Nanowires and Nanobelts: Materials, Properties and Devices. Springer, New York (2006).
11. B. D. Gates, Q. B. Xu, M. Stewart, D. Ryan, C. G. Willson, G. M. Whitesides. Chem. Rev. 105, 1171 (2005).
12. H. Chang, E. Charbon, U. Choudhury, A. Demir, E. Felt, E. Liu, E. Malavasi, A. Sangiovanni-Vincentelli, I. Vassiliou. A Top-Down, Constraint-Driven Design Methodology for Analog Integrated Circuits, Kluwer Academic, Norwell (1997).
13. C. J. Hawker, T. P. Russell. MRS Bull. 30, 952 (2005).
14. W. Lu, C. M. Lieber. Nat. Mater. 6, 841 (2007).
15. R. Shenhar, V. M. Rotello. Acc. Chem. Res. 36, 549 (2003).
16. J. Y. Cheng, C. A. Ross, H. I. Smith, E. L. Thomas. Adv. Mater. 18, 2505 (2006).
17. Y. Huang, X. F. Duan, Q. Q. Wei, C. M. Lieber. Science 291, 630 (2001).
18. T. Douglas. Science 299, 1192 (2003).
19. A. Veis. Science 307, 1419 (2005).
20. N. Kroger. Curr. Opin. Chem. Biol. 11, 662 (2007).
21. D. A. Bazylinski, R. B. Frankel. Nat. Rev. Microbiol. 2, 217 (2004).
22. J. Aizenberg, D. A. Muller, J. L. Grazul, D. R. Hamann. Science 299, 1205 (2003).
23. P. Calvert. MRS Bull. 17, 37 (1992).
24. H. A. Lowenstam, S. Weiner. On Biomineralization, Oxford University Press, New York (1989).
25. N. C. Seeman, A. M. Belcher. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 6451 (2002).
26. S. G. Zhang. Nat. Biotechnol. 21, 1171 (2003).
27. S. Mann, D. D. Archibald, J. M. Didymus, T. Douglas, B. R. Heywood, F. C. Meldrum, N. J. Reeves. Science 261, 1286 (1993).
28. J. N. Cha, G. D. Stucky, D. E. Morse, T. J. Deming. Nature 403, 289 (2000).
29. T. Douglas, E. Strable, D. Willits, A. Aitouchen, M. Libera, M. Young. Adv. Mater 14, 415 (2002).
30. A. S. Blum, C. M. Soto, C. D. Wilson, J. D. Cole, M. Kim, B. Gnade, A. Chatterji, W. F. Ochoa, T. Lin, J. E. Johnson, B. R. Ratna. Nano Lett. 4, 867 (2004).
31. W. Shenton, T. Douglas, M. Young, G. Stubbs, S. Mann. Adv. Mater. 11, 253 (1999).
32. S. W. Lee, C. B. Mao, C. E. Flynn, A. M. Belcher. Science 296, 892 (2002).
33. R. R. Unocic, F. M. Zalar, P. M. Sarosi, Y. Cai, K. H. Sandhage. Chem. Commun. 7, 796 (2004).
34. M. Uchida, M. T. Klem, M. Allen, P. Suci, M. Flenniken, E. Gillitzer, Z. Varpness, L. O. Liepold, M. Young, T. Douglas. Adv. Mater. 19, 1025 (2007).
35. F. A. Aldaye, A. L. Palmer, H. F. Sleiman. Science 321, 1795 (2008).
36. J. J. Storhoff, C. A. Mirkin. Chem. Rev. 99, 1849 (1999).
37. S. Mann. Biomineralization: Principles and Concepts in Bioinorganic Materials Chemistry, Oxford University Press, Oxford (2001).
38. M. Sumper, N. Kroger. J. Mater. Chem. 14, 2059 (2004).
39. M. Hildebrand. Chem. Rev. 108, 4855 (2008).
40. E. Baeuerlein. Biomineralization: Progress in Biology, Molecular Biology and Application, Wiley-VCH, Weinheim (2004).
41. N. Kroger, S. Lorenz, E. Brunner, M. Sumper. Science 298, 584 (2002).
42. N. Kroger, R. Deutzmann, C. Bergsdorf, M. Sumper. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 14133 (2000).
43. N. Kroger, R. Deutzmann, M. Sumper. Science 286, 1129 (1999).
44. N. Kroger, G. Lehmann, R. Rachel, M. Sumper. Eur. J. Biochem. 250, 99 (1997).
45. S. Wenzl, R. Hett, P. Richthammer, M. Sumper. Angew. Chem., Int. Ed. 47, 1729 (2008).
46. L. A. Edgar, J. D. Pickettheaps. J. Phycol. 20, 47 (1984).
47. R. K. Iler. The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica, John Wiley, Danvers (1979).
48. T. Mizutani, H. Nagase, N. Fujiwara, H. Ogoshi. Bull. Chem. Soc. Jpn. 71, 2017 (1998).
49. N. Poulsen, M. Sumper, N. Kroger. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 12075 (2003).
50. T. L. Simpson. The Cell Biology of Sponges, Springer-Verlag, New York (1984).
51. R. Garrone. Phylogenesis of Connective Tissue: Morphological Aspects and Biosynthesis of Sponge Intercellular Matrix, S. Karger, New York (1978).
52. D. W. Schwab, R. E. Shore. Nature 232, 501 (1971).
53. K. Shimizu, J. Cha, G. D. Stucky, D. E. Morse. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 6234 (1998).
54. J. N. Cha, K. Shimizu, Y. Zhou, S. C. Christiansen, B. F. Chmelka, G. D. Stucky, D. E. Morse. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 361 (1999).
55. E. Brunner, K. Lutz, M. Sumper. Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 854 (2004).
56. S. Matsunaga, R. Sakai, M. Jimbo, H. Kamiya. ChemBioChem 8, 1729 (2007).
57. M. Fritz, A. M. Belcher, M. Radmacher, D. A. Walters, P. K. Hansma, G. D. Stucky, D. E. Morse, S. Mann. Nature 371, 49 (1994).
58. C. M. Zaremba, A. M. Belcher, M. Fritz, Y. L. Li, S. Mann, P. K. Hansma, D. E. Morse, J. S. Speck, G. D. Stucky. Chem. Mater. 8, 679 (1996).
59. S. Albeck, J. Aizenberg, L. Addadi, S. Weiner. J. Am. Chem. Soc. 115, 11691 (1993).
60. A. M. Belcher, X. H. Wu, R. J. Christensen, P. K. Hansma, G. D. Stucky, D. E. Morse. Nature 381, 56 (1996).
61. D. A. Walters, B. L. Smith, A. M. Belcher, G. T. Paloczi, G. D. Stucky, D. E. Morse, P. K. Hansma. Biophys. J. 72, 1425 (1997).
62. J. P. Kavanagh, L. Jones, P. N. Rao. Clin. Sci. 98, 151 (2000).
63. K. Kohri, S. Nomura, Y. Kitamura, T. Nagata, K. Yoshioka, M. Iguchi, T. Yamate, T. Umekawa, Y. Suzuki, H. Sinohara, T. Kurita. J. Biol. Chem. 268, 15180 (1993).
64. S. R. Qiu, A. Wierzbicki, C. A. Orme, A. M. Cody, J. R. Hoyer, G. H. Nancollas, S. Zepeda, J. J. De Yoreo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 1811 (2004).
65. H. Shiraga, W. Min, W. J. Vandusen, M. D. Clayman, D. Miner, C. H. Terrell, J. R. Sherbotie, J. W. Foreman, C. Przysiecki, E. G. Neilson, J. R. Hoyer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 426 (1992).
66. E. M. Worcester, S. S. Blumenthal, A. M. Beshensky, D. L. Lewand. J. Bone Miner. Res. 7, 1029 (1992).
67. S. W. Guo, M. D. Ward, J. A. Wesson. Langmuir 18, 4284 (2002).
68. L. J. Wang, S. R. Qiu, W. Zachowicz, X. Y. Guan, J. J. DeYoreo, G. H. Nancollas, J. R. Hoyer. Langmuir 22, 7279 (2006).
69. A. Taller, B. Grohe, K. A. Rogers, H. A. Goldberg, G. K. Hunter. Biophys. J. 93, 1768 (2007).
70. B. Grohe, J. O'Young, D. A. Ionescu, G. Lajoie, K. A. Rogers, M. Karttunen, H. A. Goldberg, G. K. Hunter. J. Am. Chem. Soc. 129, 14946 (2007).
71. W. J. Crookes-Goodson, J. M. Slocik, R. R. Naik. Chem. Soc. Rev. 37, 2403 (2008).
72. E. Katz, I. Willner. Angew. Chem., Int. Ed. 43, 6042 (2004).
73. G. P. Whyburn, Y. J. Li, Y. Huang. J. Mater. Chem. 18, 3755 (2008).
74. L. A. Estroff, A. D. Hamilton. Chem. Mater. 13, 3227 (2001).
75. C. M. Niemeyer. Angew. Chem., Int. Ed. 40, 4128 (2001).
76. C. T. Dameron, R. N. Reese, R. K. Mehra, A. R. Kortan, P. J. Carroll, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, D. R. Winge. Nature 338, 596 (1989).
77. S. A. Wainwright. Mechanical Design in Organisms, Princeton University Press, Princeton (1982).
78. J. Xie, J. Lee, D. I. Wang, Y. Ting. Small 3, 672 (2007).
79. S. P. Chandran, M. Chaudhary, R. Pasricha, A. Ahmad, M. Sastry. Biotechnol. Prog. 22, 577 (2006).
80. S. S. Shankar, A. Rai, B. Ankamwar, A. Singh, A. Ahmad, M. Sastry. Nat. Mater. 3, 482 (2004).
81. M. Sarikaya, C. Tamerler, A. K. Y. Jen, K. Schulten, F. Baneyx. Nat. Mater. 2, 577 (2003).
82. S. Brown. Nat. Biotechnol. 15, 269 (1997).
83. S. R. Whaley, D. S. English, E. L. Hu, P. F. Barbara, A. M. Belcher. Nature 405, 665 (2000).
84. C. F. Barbass, D. R. Burton, J. K. Scott, G. J. Silverman. Phage Display, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor (2001).
85. I. A. Banerjee, L. Yu, H. Matsui. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14678 (2003).
86. R. R. Naik, S. J. Stringer, G. Agarwal, S. E. Jones, M. O. Stone. Nat. Mater. 1, 169 (2002).
87. J. M. Slocik, M. O. Stone, R. R. Naik. Small 1, 1048 (2005).
88. J. M. Slocik, D. W. Wright. Biomacromolecules 4, 1135 (2003).
89. R. R. Naik, S. E. Jones, C. J. Murray, J. C. McAuliffe, R. A. Vaia, M. O. Stone. Adv. Funct. Mater. 14, 25 (2004).
90. Y. J. Li, Y. Huang. Adv. Mater. 22, 1921 (2010).
91. C. Y. Chiu, Y. J. Li, Y. Huang. Nanoscale 2, 927 (2010).
92. B. D. Reiss, C. B. Mao, D. J. Solis, K. S. Ryan, T. Thomson, A. M. Belcher. Nano Lett. 4, 1127 (2004).
93. M. B. Dickerson, S. E. Jones, Y. Cai, G. Ahmad, R. R. Naik, N. Kroger, K. H. Sandhage. Chem. Mater. 20, 1578 (2008).
94. M. B. Dickerson, R. R. Naik, M. O. Stone, Y. Cai, K. H. Sandhage. Chem. Commun. 15, 1776 (2004).
95. M. Umetsu, M. Mizuta, K. Tsumoto, S. Ohara, S. Takami, H. Watanabe, I. Kumagai, T. Adschiri. Adv. Mater. 17, 2571 (2005).
96. C. E. Flynn, C. B. Mao, A. Hayhurst, J. L. Williams, G. Georgiou, B. Iverson, A. M. Belcher. J. Mater. Chem. 13, 2414 (2003).
97. Y. J. Li, G. P. Whyburn, Y. Huang. J. Am. Chem. Soc. 131, 15998 (2009).
98. R. R. Rajesh, L. B. Lawrence, J. C. Stephen, O. S. Morley. J. Nanosci. Nanotechnol. 2, 95 (2002).
99. S. Brown. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 8651 (1992).
100. C. R. So, J. L. Kulp, E. E. Oren, H. Zareie, C. Tamerler, J. S. Evans, M. Sarikaya. ACS Nano 3, 1525 (2009).
101. E. E. Oren, C. Tamerler, M. Sarikaya. Nano Lett. 5, 415 (2005).
102. M. C. Daniel, D. Astruc. Chem. Rev. 104, 293 (2004).
103. P. K. Jain, I. H. El-Sayed, M. A. El-Sayed. Nano Today 2, 18 (2007).
104. Y. N. Tan, J. Y. Lee, D. I. C. Wang. J. Am. Chem. Soc. 132, 5677 (2010).
105. M. M. Tomczak, J. M. Slocik, M. O. Stone, R. R. Naik. MRS Bull. 33, 519 (2008).
106. B. L. Allen, P. D. Kichambare, A. Star. Adv. Mater. 19, 1439 (2007).
107. S. Singamaneni, M. C. LeMieux, H. P. Lang, C. Gerber, Y. Lam, S. Zauscher, P. G. Datskos, N. V. Lavrik, H. Jiang, R. R. Naik, T. J. Bunning, V. V. Tsukruk. Adv. Mater. 20, 653 (2008).
108. E. S. Forzani, X. L. Li, P. M. Zhang, N. J. Tao, R. Zhang, I. Amlani, R. Tsui, L. A. Nagahara. Small 2, 1283 (2006).
109. Z. F. Kuang, S. N. Kim, W. J. Crookes-Goodson, B. L. Farmer, R. R. Naik. ACS Nano 4, 452 (2010).
110. J. M. Slocik, J. S. Zabinski, D. M. Phillips, R. R. Naik. Small 4, 548 (2008).
111. N. Toshima, T. Yonezawa. New J. Chem. 22, 1179 (1998).
112. J. M. Slocik, R. R. Naik. Adv. Mater. 18, 1988 (2006).
113. J. M. Slocik, A. O. Govorov, R. R. Naik. Angew. Chem., Int. Ed. 47, 5335 (2008).
114. Y. Huang, C. Y. Chiang, S. K. Lee, Y. Gao, E. L. Hu, J. De Yoreo, A. M. Belcher. Nano Lett. 5, 1429 (2005).
115. M. Knez, A. M. Bittner, F. Boes, C. Wege, H. Jeske, E. Maiss, K. Kern. Nano Lett. 3, 1079 (2003).
116. A. S. Khalil, J. M. Ferrer, R. R. Brau, S. T. Kottmann, C. J. Noren, M. J. Lang, A. M. Belcher. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 4892 (2007).
117. I. Medalsy, O. Dgany, M. Sowwan, H. Cohen, A. Yukashevska, S. G. Wolf, A. Wolf, A. Koster, O. Almog, I. Marton, Y. Pouny, A. Altman, O. S. Hoseyov, D. Porath. Nano Lett. 8, 473 (2008).
118. M. Allen, D. Willits, M. Young, T. Douglas. Inorg. Chem. 42, 6300 (2003).
119. M. Young, D. Willits, M. Uchida, T. Douglas. Annu. Rev. Phytopathol. 46, 361 (2008).
120. R. A. McMillan, C. D. Paavola, J. Howard, S. L. Chan, N. J. Zaluzec, J. D. Trent. Nat. Mater. 1, 247 (2002).
121. S. S. Mark, M. Bergkvist, X. Yang, L. M. Teixeira, P. Bhatnagar, E. R. Angert, C. A. Batt. Langmuir 22, 3763 (2006).
122. C. Y. Chiang, C. M. Mello, J. J. Gu, E. Silva, K. J. Van Vliet, A. M. Belcher. Adv. Mater. 19, 826 (2007).
123. S. W. Lee, A. M. Belcher. Nano Lett. 4, 387 (2004).