Single-file water in nanopores

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 13, Issue 34, 2011, Pages 15403-15417

  Köfinger, Jürgen ^a   Hummer, Gerhard ^a   Dellago, Christoph ^b  

^a NATIONAL INSTITUTE OF DIABETES AND DIGESTIVE AND KIDNEY DISEASES   (United States)

^b UNIVERSITY OF VIENNA   (Austria)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AQUAPORIN; CARBON NANOTUBE; WATER;

CHEMISTRY; HYDROGEN BOND; MOLECULAR DYNAMICS; NANOPORE; REVIEW; STATIC ELECTRICITY;

AQUAPORINS; HYDROGEN BONDING; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; NANOPORES; NANOTUBES, CARBON; STATIC ELECTRICITY; WATER;

EID: 80052118036     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c1cp21086f     Document Type: Review

References (160)

1. M. T. Tyree Nature 2003 423 923 923
2. D. N. Ku Annu. Rev. Fluid Mech. 1997 29 399 434
3. B. Hille, Ion Channels of Excitable Membranes, Sinauer Associates, Inc., Sunderland, 3rd edn, 2001
4. P. Agre Angew. Chem., Int. Ed. 2004 43 4278 4290
5. P. Agre D. Kozono FEBS Lett. 2003 555 72 78
6. E. Tajkhorshid P. Nollert M. O. Jensen L. J. W. Miercke J. O'Connell R. M. Stroud K. Schulten Science 2002 296 525 530
7. B. L. de Groot H. Grubmuller Science 2001 294 2353 2357
8. M. Parisi R. Dorr M. Ozu R. Toriano J. Biol. Phys. 2008 33 331 343
9. B. Urban S. Hladky D. Haydon Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 1980 602 331 354
10. R. Pomès B. Roux Biophys. J. 1998 75 33 40
11. R. Pomès B. Roux Biophys. J. 2002 82 2304 2316
12. D. E. Sagnella G. A. Voth Biophys. J. 1996 70 2043 2051
13. M. Whitby N. Quirke Nat. Nanotechnol. 2007 2 87 94
14. J. Pfahler J. Harley H. Bau J. Zemel Sens. Actuators, A 1989 22 431 434
15. S. A. Miller V. Y. Young C. R. Martin J. Am. Chem. Soc. 2001 123 12335 12342
16. J. A. Thomas A. J. H. McGaughey Phys. Rev. Lett. 2009 102 184502
17. L. Bocquet E. Charlaix Chem. Soc. Rev. 2010 39 1073 1095
18. G. Hummer J. C. Rasaiah J. P. Noworyta Nature 2001 414 188 190
19. J. K. Holt H. G. Park Y. Wang M. Stadermann A. B. Artyukhin C. P. Grigoropoulos A. Noy O. Bakajin Science 2006 312 1034 1037
20. J. K. Holt A. Noy T. Huser D. Eaglesham O. Bakajin Nano Lett. 2004 4 2245 2250
21. A. Kalra S. Garde G. Hummer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 100 10175 10180
22. K.-D. Kreuer S. J. Paddison E. Spohr M. Schuster Chem. Rev. 2004 104 4637 4678
23. B. Corry J. Phys. Chem. B 2008 112 1427 1434
24. J. Köfinger C. Dellago Phys. Rev. Lett. 2009 103 080601
25. J. Köfinger C. Dellago Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 82 205416
26. S. K. Saha D. Chakravorty Appl. Phys. Lett. 2006 89 043117
27. C. Dellago M. M. Naor Comput. Phys. Commun. 2005 169 36 39
28. A. Striolo A. A. Chialvo K. E. Gubbins P. T. Cummings J. Chem. Phys. 2005 122 234712
29. A. I. Kolesnikov J.-M. Zanotti C.-K. Loong P. Thiyagarajan A. P. Moravsky R. O. Loutfy C. J. Burnham Phys. Rev. Lett. 2004 93 035503
30. N. Naguib H. Ye Y. Gogotsi A. G. Yazicioglu C. M. Megaridis M. Yoshimura Nano Lett. 2004 4 2237 2243
31. H. J. Wang X. K. Xi A. Kleinhammes Y. Wu Science 2008 322 80 83
32. F. Hennrich K. Arnold S. Lebedkin A. Quintilla W. Wenzel M. M. Kappes Phys. Status Solidi B 2007 244 3896 3900
33. A. Quintilla F. Hennrich S. Lebedkin M. M. Kappes W. Wenzel Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 902 908
34. S. Cambré W. Wenseleers Angew. Chem., Int. Ed. 2011 50 2764 2768
35. S. Cambré B. Schoeters S. Luyckx E. Goovaerts W. Wenseleers Phys. Rev. Lett. 2010 104 207401
36. F. Zhu K. Schulten Biophys. J. 2003 85 236 244
37. F. Fornasiero H. G. Park J. K. Holt M. Stadermann C. P. Grigoropoulos A. Noy O. Bakajin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 17250 17255
38. V. F. Petrenko and R. W. Whitworth, Physics of Ice, Oxford University Press, USA, 2002
39. C. Dellago M. M. Naor G. Hummer Phys. Rev. Lett. 2003 90 105902
40. M. Weinwurm C. Dellago J. Phys. Chem. B 2011 115 5268 5277
41. L. Onsager, in The Neurosciences, ed., G. C. Quarton, T. Melnechuk, and, F. O. Schmitt, Rockefeller University Press, New York, 1967, pp. 75-79
42. C. J. T. de Grotthus Ann. Chim. 1806 58 54 74
43. N. Agmon Chem. Phys. Lett. 1995 244 456 462
44. D. Marx ChemPhysChem 2006 7 1848 1870
45. M. L. Brewer U. W. Schmitt G. A. Voth Biophys. J. 2001 80 1691 1702
46. C. A. Wraight Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2006 1757 886 912
47. A. Burykin A. Warshel Biophys. J. 2003 85 3696 3706
48. C. Dellago G. Hummer Phys. Rev. Lett. 2006 97 245901
49. J. Köfinger G. Hummer C. Dellago Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 13218 13222
50. D. Ruelle Commun. Math. Phys. 1968 9 267 278
51. E. Luijten H. W. J. Blöte Phys. Rev. B: Condens. Matter 1997 56 8945 8958
52. S. Iijima Nature 1991 354 56 58
53. A. Jorio, G. Dresselhaus and M. S. Dresselhaus, Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications, Springer, 2008
54. C. Y. Won N. R. Aluru J. Am. Chem. Soc. 2007 129 2748 2749
55. C. Y. Won S. Joseph N. R. Aluru J. Chem. Phys. 2006 125 114701
56. N. G. Chopra R. J. Luyken K. Cherrey V. H. Crespi M. L. Cohen S. G. Louie A. Zettl Science 1995 269 966 967
57. C. Zhi Y. Bando C. Tang D. Golberg Mater. Sci. Eng., R 2010 70 92 111
58. X. Blase A. Rubio S. G. Louie M. L. Cohen Europhys. Lett. 1994 28 335 340
59. C. Zhi Y. Bando C. Tang D. Golberg Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 74 153413
60. D. Golberg Y. Bando Y. Huang T. Terao M. Mitome C. Tang C. Zhi ACS Nano 2010 4 2979 2993
61. C. Y. Won N. R. Aluru J. Phys. Chem. C 2008 112 1812 1818
62. M. E. Suk N. R. Aluru J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 1590 1594
63. T. A. Hilder D. Gordon S.-H. Chung Small 2009 5 2183 2190
64. Q. Yuan Y.-P. Zhao Biomicrofluidics 2009 3 022411
65. N. Chakrabarti B. Roux R. Pomès J. Mol. Biol. 2004 343 493 510
66. D. Fu A. Libson L. J. W. Miercke C. Weitzman P. Nollert J. Krucinski R. M. Stroud Science 2000 290 481 486
67. O. S. Andersen Annu. Rev. Physiol. 1984 46 531 548
68. A. J. Storm J. H. Chen X. S. Ling H. W. Zandbergen C. Dekker Nat. Mater. 2003 2 537 540
69. C. Dekker Nat. Nanotechnol. 2007 2 209 215
70. R. Kox C. Chen G. Maes L. Lagae G. Borghs Nanotechnology 2009 20 115302
71. V. Dimitrov U. Mirsaidov D. Wang T. Sorsch W. Mansfield J. Miner F. Klemens R. Cirelli S. Yemenicioglu G. Timp Nanotechnology 2010 21 065502
72. H. D. Tong H. V. Jansen V. J. Gadgil C. G. Bostan E. Berenschot C. J. M. van Rijn M. Elwenspoek Nano Lett. 2004 4 283 287
73. D. Xu L. Sun H. Li L. Zhang G. Guo X. Zhao L. Gui New J. Chem. 2003 27 300 306
74. C. C. Harrell S. B. Lee C. R. Martin Anal. Chem. 2003 75 6861 6867
75. J. Sha J. Niu X. Ma J. Xu X. Zhang Q. Yang D. Yang Adv. Mater. 2002 14 1219 1221
76. U. S. Raghavender Kantharaju S. Aravinda N. Shamala P. Balaram J. Am. Chem. Soc. 2010 132 1075 1086
77. E. Fois A. Gamba G. Tabacchi S. Quartieri G. Vezzalini J. Phys. Chem. B 2001 105 3012 3016
78. K. Otsubo Y. Wakabayashi J. Ohara S. Yamamoto H. Matsuzaki H. Okamoto K. Nitta T. Uruga H. Kitagawa Nat. Mater. 2011 10 291 295
79. S. Vaitheeswaran J. C. Rasaiah G. Hummer J. Chem. Phys. 2004 121 7955 7965
80. J. C. Rasaiah S. Garde G. Hummer Annu. Rev. Phys. Chem. 2008 59 713 740
81. J. Köfinger G. Hummer C. Dellago J. Chem. Phys. 2009 130 154110
82. M. C. Gordillo J. Martí J. Phys.: Condens. Matter 2010 22 284111
83. O. Leenaerts B. Partoens F. M. Peeters Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009 79 235440
84. A. Waghe J. C. Rasaiah G. Hummer J. Chem. Phys. 2002 117 10789 10795
85. L. Maibaum D. Chandler J. Phys. Chem. B 2003 107 1189 1193
86. O. Beckstein M. S. P. Sansom Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 100 7063 7068
87. S. M. Saparov P. Pohl Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 4805 4809
88. A. Berezhkovskii G. Hummer Phys. Rev. Lett. 2002 89 064503
89. F. Zhu E. Tajkhorshid K. Schulten Phys. Rev. Lett. 2004 93 224501
90. G. Portella P. Pohl B. L. de Groot Biophys. J. 2007 92 3930 3937
91. G. Portella B. L. de Groot Biophys. J. 2009 96 925 938
92. O. Beckstein K. Tai M. S. P. Sansom J. Am. Chem. Soc. 2004 126 14694 14695
93. C. Peter G. Hummer Biophys. J. 2005 89 2222 2234
94. J. F. Nagle J. Phys. Chem. 1983 87 4086 4088
95. H. Lapid N. Agmon M. K. Petersen G. A. Voth J. Chem. Phys. 2005 122 014506
96. O. Markovitch H. Chen S. Izvekov F. Paesani G. A. Voth N. Agmon J. Phys. Chem. B 2008 112 9456 9466
97. H. Chen G. A. Voth N. Agmon J. Phys. Chem. B 2010 114 333 339
98. P. L. Geissler C. Dellago D. Chandler J. Hutter M. Parrinello Science 2001 291 2121 2124
99. M. Ø. Jensen U. Röthlisberger C. Rovira Biophys. J. 2005 89 1744 1759
100. Z. Cao Y. Peng T. Yan S. Li A. Li G. A. Voth J. Am. Chem. Soc. 2010 132 11395 11397
101. C. Dellago and W. Weissensteiner, unpublished data, 2010
102. M. K. Petersen S. S. Iyengar T. J. F. Day G. A. Voth J. Phys. Chem. B 2004 108 14804 14806
103. J. Köfinger C. Dellago J. Phys. Chem. B 2008 112 2349 2356
104. B. Ilan E. Tajkhorshid K. Schulten G. A. Voth Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2004 55 223 228
105. M. Kato A. V. Pisliakov A. Warshel Proteins: Struct., Funct., Bioinf. 2006 64 829 844
106. R. Pomes B. Roux Biophys. J. 1996 71 19 39
107. J. F. Nagle H. J. Morowitz Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1978 75 298 302
108. J. F. Nagle J. Bioenerg. Biomembr. 1987 19 413 426
109. N. Bjerrum Science 1952 115 385 390
110. F. N. Keutsch R. J. Saykally Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001 98 10533 10540
111. J. F. Nagle S. Tristram-Nagle J. Membr. Biol. 1983 74 1 14
112. R. B. Best G. Hummer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 6732 6737
113. T. Chou Phys. Rev. Lett. 1998 80 85 88
114. X. Zhou C.-Q. Li M. Iwamoto J. Chem. Phys. 2004 121 7996 8002
115. T. Chou Biophys. J. 2004 86 2827 2836
116. T. Chou J. Phys. A: Math. Gen. 2002 35 4515 4526
117. J. Köfinger C. Dellago New J. Phys. 2010 12 093044
118. D. J. Thouless Phys. Rev. 1969 187 732 733
119. L. Landau and E. Lifshitz, Statistical Physics, Pergamon Press, Oxford, 1980
120. D. Wilms A. Winkler P. Virnau K. Binder Phys. Rev. Lett. 2010 105 045701
121. A. Winkler D. Wilms P. Virnau K. Binder J. Chem. Phys. 2010 133 164702
122. K. Koga G. T. Gao H. Tanaka X. C. Zeng Nature 2001 412 802 805
123. R. K. Patria, Statistical Mechanics, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1972
124. R. J. Baxter, Exactly Solved Models in Statistical Mechanics, Dover Publications, New York, 2007
125. T. Antal M. Droz Z. Rácz J. Phys. A: Math. Gen. 2004 37 1465 1478
126. S. A. Hassan G. Hummer Y.-S. Lee J. Chem. Phys. 2006 124 204510
127. J.-A. Garate N. J. English J. M. D. MacElroy J. Chem. Phys. 2009 131 114508
128. N. Chakrabarti E. Tajkhorshid B. Roux R. Pomès Structure (London) 2004 12 65 74
129. F. Zhu E. Tajkhorshid K. Schulten Biophys. J. 2004 86 50 57
130. D. A. McQuarrie, Statistical Mechanics, University Science Books, New York, 2nd edn, 2000
131. R. J. Glauber J. Math. Phys. 1963 4 294 307
132. J. D. Eaves A. Tokmakoff P. L. Geissler J. Phys. Chem. A 2005 109 9424 9436
133. S. A. Corcelli J. L. Skinner J. Phys. Chem. A 2005 109 6154 6165
134. H. J. Bakker J. L. Skinner Chem. Rev. 2010 110 1498 1517
135. D. J. Mann M. D. Halls Phys. Rev. Lett. 2003 90 195503
136. T. Dumitrica C. M. Landis B. I. Yakobson Chem. Phys. Lett. 2002 360 182 188
137. U. Zimmerli P. G. Gonnet J. H. Walther P. Koumoutsakos Nano Lett. 2005 5 1017 1022
138. B. L. de Groot H. Grubmüller Curr. Opin. Struct. Biol. 2005 15 176 183
139. R. Oliva G. Calamita J. M. Thornton M. Pellegrini-Calace Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 4135 4140
140. T. W. Allen O. S. Andersen B. Roux J. Am. Chem. Soc. 2003 125 9868 9877
141. T. W. Allen O. S. Andersen B. Roux Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 101 117 122
142. T. W. Allen O. S. Andersen B. Roux Biophys. J. 2006 90 3447 3468
143. R. Podeszwa V. Buch Phys. Rev. Lett. 1999 83 4570 4573
144. N. Grishina V. Buch J. Chem. Phys. 2004 120 5217 5225
145. M. Ø. Jensen E. Tajkhorshid K. Schulten Biophys. J. 2003 85 2884 2899
146. J. Li X. Gong H. Lu D. Li H. Fang R. Zhou Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 3687 3692
147. A. Striolo Nanotechnology 2007 18 475704
148. X. Liu T. P. Bigioni Y. Xu A. M. Cassell B. A. Cruden J. Phys. Chem. B 2006 110 20102 20106
149. X. Qin Q. Yuan Y. Zhao S. Xie Z. Liu Nano Lett. 2011 11 2173 2177
150. R. Radhakrishnan K. E. Gubbins Phys. Rev. Lett. 1997 79 2847 2850
151. J. Holt Microfluid. Nanofluid. 2008 5 425 442
152. L. Ojamaee K. Hermansson J. Phys. Chem. 1994 98 4271 4282
153. O. Markovitch N. Agmon J. Phys. Chem. A 2007 111 2253 2256
154. M. J. Cox R. L. A. Timmer H. J. Bakker S. Park N. Agmon J. Phys. Chem. A 2009 113 6599 6606
155. O. Vendrell R. Gelabert M. Moreno J. M. Lluch J. Phys. Chem. B 2008 112 5500 5511
156. P. Maurer V. Thomas R. Iftimie J. Chem. Phys. 2011 134 094505
157. V. R. I. Kaila G. Hummer Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 10.1039/c1cp21112a
158. D. Lu Y. Li S. V. Rotkin U. Ravaioli K. Schulten Nano Lett. 2004 4 2383 2387
159. B. Mukherjee P. K. Maiti C. Dasgupta A. K. Sood ACS Nano 2008 2 1189 1196
160. Y. Tu P. Xiu R. Wan J. Hu R. Zhou H. Fang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 18120 18124