DNA architectonics: Towards the next generation of bio-inspired materials

Chemistry - A European Journal

Volumn 18, Issue 15, 2012, Pages 4456-4469

  Stulz, Eugen ^a  

^a UNIVERSITY OF SOUTHAMPTON   (United Kingdom)

Author keywords

DNA; DNA architectonics; functional oligonucleotides; nanobiotechnology; nucleotides

Indexed keywords

BIO-INSPIRED MATERIALS; FUTURE PERSPECTIVES; HIGH PRECISION; NANO-OBJECTS; NANO-SIZED; NUCLEOSIDE ANALOGUES; THREE-DIMENSIONAL ARCHITECTURE;

DESIGN; NANOBIOTECHNOLOGY; NUCLEOTIDES; OLIGONUCLEOTIDES;

DNA;

DNA; NANOMATERIAL;

CHEMISTRY; CONFORMATION; METHODOLOGY; NANOTECHNOLOGY; REVIEW;

DNA; MOLECULAR CONFORMATION; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY;

EID: 84859246578     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.201102908     Document Type: Review

References (149)

1. S. L. Beaucage, M. H. Caruthers, Tetrahedron Lett. 1981, 22, 1859-1862
2. M. D. Matteucci, M. H. Caruthers, J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 3185-3191.
3. J. D. Watson, F. H. C. Crick, Nature 1953, 171, 737-738
4. R. E. Franklin, R. G. Gosling, Nature 1953, 171, 740-741
5. M. H. F. Wilkins, A. R. Stokes, H. R. Wilson, Nature 1953, 171, 738-740.
6. L. Jaeger, A. Chworos, Curr. Opin. Struct. Biol. 2006, 16, 531-543.
7. T. J. Bandy, A. Brewer, J. R. Burns, G. Marth, T. Nguyen, E. Stulz, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 138-148
8. V. L. Malinovskii, D. Wenger, R. Häner, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 410-422
9. S. H. Weisbrod, A. Marx, Chem. Commun. 2008, 5675-5685
10. R. Varghese, H. A. Wagenknecht, Chem. Commun. 2009, 2615-2624
11. C. J. Leumann, Bioorg. Med. Chem. 2002, 10, 841-854
12. E. Schwartz, S. Le Gac, J. Cornelissen, R. J. M. Nolte, A. E. Rowan, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1576-1599.
13. N. C. Seeman, Nano Lett. 2010, 10, 1971-1978
14. C. X. Lin, H. Yan, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 211-212
15. M. Endo, H. Sugiyama, ChemBioChem 2009, 10, 2420-2443
16. N. C. Seeman, Nature 2003, 421, 427-431
17. N. C. Seeman, Chem. Biol. 2003, 10, 1151-1159
18. L. H. Eckardt, K. Naumann, W. Matthias Pankau, M. Rein, M. Schweitzer, N. Windhab, G. von Kiedrowski, Nature 2002, 420, 286
19. F. A. Aldaye, A. L. Palmer, H. F. Sleiman, Science 2008, 321, 1795-1799
20. T. H. LaBean, H. Y. Li, Nano Today 2007, 2, 26-35
21. C. Lin, Y. Liu, H. Yan, Biochemistry 2009, 48, 1663-1674
22. K. V. Gothelf, T. H. LaBean, Org. Biomol. Chem. 2005, 3, 4023-4037
23. R. Chhabra, J. Sharma, Y. Liu, S. Rinker, H. Yan, Adv. Drug Delivery Rev. 2010, 62, 617-625.
24. E. Stulz, G. Clever, M. Shionoya, C. Mao, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5633-5635.
25. J. H. Chen, N. C. Seeman, Nature 1991, 350, 631-633
26. Y. W. Zhang, N. C. Seeman, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 1661-1669.
27. R. P. Goodman, I. A. T. Schaap, C. F. Tardin, C. M. Erben, R. M. Berry, C. F. Schmidt, A. J. Turberfield, Science 2005, 310, 1661-1665
28. R. P. Goodman, R. M. Berry, A. J. Turberfield, Chem. Commun. 2004, 1372-1373.
29. N. C. Seeman, J. Theor. Biol. 1982, 99, 237-247.
30. S. H. Park, C. Pistol, S. J. Ahn, J. H. Reif, A. R. Lebeck, C. Dwyer, T. H. LaBean, Angew. Chem. 2006, 118, 749-753
31. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 735-739
32. H. Yan, S. H. Park, G. Finkelstein, J. H. Reif, T. H. LaBean, Science 2003, 301, 1882-1884.
33. M. A. Batalia, E. Protozanova, R. B. MacGregor, Jr., D. A. Erie, Nano Lett. 2002, 2, 269-274.
34. P. W. K. Rothemund, Nature 2006, 440, 297-302.
35. M. Endo, N. C. Seeman, T. Majima, Angew. Chem. 2005, 117, 6228-6231
36. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6074-6077.
37. C. M. Erben, R. P. Goodman, A. J. Turberfield, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6992-6993.
38. D. Shu, W.-D. Moll, Z. Deng, C. Mao, P. Guo, Nano Lett. 2004, 4, 1717-1723.
39. I. V. Novikova, B. H. Hassan, M. G. Mirzoyan, N. B. Leontis, Nucleic Acids Res. 2011, 39, 2903-2917
40. W. W. Grabow, P. Zakrevsky, K. A. Afonin, A. Chworos, B. A. Shapiro, L. Jaeger, Nano Lett. 2011, 11, 878-887
41. I. Severcan, C. Geary, A. Chworos, N. Voss, E. Jacovetty, L. Jaeger, Nat. Chem. 2010, 2, 772-779
42. K. A. Afonin, E. Bindewald, A. J. Yaghoubian, N. Voss, E. Jacovetty, B. A. Shapiro, L. Jaeger, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 676-682.
43. C. A. Mirkin, R. L. Letsinger, R. C. Mucic, J. J. Storhoff, Nature 1996, 382, 607-609
44. R. C. Mucic, J. J. Storhoff, C. A. Mirkin, R. L. Letsinger, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12674-12675
45. C. A. Mirkin, Inorg. Chem. 2000, 39, 2258-2272.
46. A. P. Alivisatos, K. P. Johnsson, X. G. Peng, T. E. Wilson, C. J. Loweth, M. P. Bruchez, P. G. Schultz, Nature 1996, 382, 609-611.
47. M. Fischler, U. Simon, J. Mater. Chem. 2009, 19, 1518-1523.
48. S. Bidault, F. J. G. de Abajo, A. Polman, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2750-2751
49. M. E. Leunissen, R. Dreyfus, R. Sha, N. C. Seeman, P. M. Chaikin, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1903-1913
50. Z. X. Deng, Y. Tian, S. H. Lee, A. E. Ribbe, C. D. Mao, Angew. Chem. 2005, 117, 3648-3651
51. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3582-3585.
52. M. G. Warner, J. E. Hutchison, Nat. Mater. 2003, 2, 272-277
53. D. S. Kilin, K. L. Tsemekhman, S. V. Kilina, A. V. Balatsky, O. V. Prezhdo, J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4549-4556.
54. D. Coomber, D. Bartczak, S. R. Gerrard, S. Tyas, A. G. Kanaras, E. Stulz, Langmuir 2010, 26, 13760-13762.
55. H. Jaganathan, A. Ivanisevic, J. Mater. Chem. 2011, 21, 939-943
56. P. Wang, H. Jaganathan, A. Ivanisevic, Small 2011, 7, 2021-2026.
57. F. A. Aldaye, H. F. Sleiman, Angew. Chem. 2006, 118, 2262-2267
58. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2204-2209.
59. J. Sharma, Y. G. Ke, C. X. Lin, R. Chhabra, Q. B. Wang, J. Nangreave, Y. Liu, H. Yan, Angew. Chem. 2008, 120, 5235-5237
60. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5157-5159
61. J. Sharma, R. Chhabra, Y. Liu, Y. G. Ke, H. Yan, Angew. Chem. 2006, 118, 744-749
62. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 730-735.
63. I. Willner, F. Patolsky, J. Wasserman, Angew. Chem. 2001, 113, 1913-1916
64. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1861-1864.
65. D. Nykypanchuk, M. M. Maye, D. van der Lelie, O. Gang, Nature 2008, 451, 549-552.
66. P. Cigler, A. K. R. Lytton-Jean, D. G. Anderson, M. G. Finn, S. Y. Park, Nat. Mater. 2010, 9, 918-922.
67. R. J. Macfarlane, B. Lee, M. R. Jones, N. Harris, G. C. Schatz, C. A. Mirkin, Science 2011, 334, 204-208.
68. X. P. Sun, S. H. Ko, C. A. Zhang, A. E. Ribbe, C. D. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13248-13249.
69. C. Pistol, C. Dwyer, Nanotechnology 2007, 18, 125305.
70. J. D. Carter, T. H. LaBean, ACS Nano 2011, 5, 2200-2205
71. Y. Y. Pinto, J. D. Le, N. C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T. A. Taton, R. A. Kiehl, Nano Lett. 2005, 5, 2399-2402
72. R. Chhabra, J. Sharma, Y. G. Ke, Y. Liu, S. Rinker, S. Lindsay, H. Yan, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10304-10305.
73. S. Rinker, Y. G. Ke, Y. Liu, R. Chhabra, H. Yan, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 418-422.
74. W. Q. Shen, H. Zhong, D. Neff, M. L. Norton, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6660-6661.
75. O. I. Wilner, Y. Weizmann, R. Gill, O. Lioubashevski, R. Freeman, I. Willner, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 249-254.
76. N. Stephanopoulos, M. H. Liu, G. J. Tong, Z. Li, Y. Liu, H. Yan, M. B. Francis, Nano Lett. 2010, 10, 2714-2720.
77. Z. Li, M. H. Liu, L. Wang, J. Nangreave, H. Yan, Y. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13545-13552.
78. S. Kim, J. Kim, P. Qian, J. Shin, R. Amin, S. J. Ahn, T. H. LaBean, M. K. Kim, S. H. Park, Nanotechnology 2011, 22, 245706.
79. M. Endo, K. Hidaka, T. Kato, K. Namba, H. Sugiyama, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15570-15571.
80. D. R. Han, S. Pal, Y. Liu, H. Yan, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 712-717.
81. S. Woo, P. W. K. Rothemund, Nat. Chem. 2011, 3, 620-627.
82. A. R. A. Rangnekar, K. V. Gothelf, T. H. LaBean, Nanotechnology 2011, 22, 235601.
83. J. R. Burns, J. Zekonyte, G. Siligardi, R. Hussain, E. Stulz, Molecules 2011, 16, 4912-4922.
84. E. C. Samano, M. Pilo-Pais, S. Goldberg, B. N. Vogen, G. Finkelstein, T. H. LaBean, Soft Matter 2011, 7, 3240-3245.
85. M. Pilo-Pais, S. Goldberg, E. Samano, T. H. Labean, G. Finkelstein, Nano Lett. 2011, 11, 3489-3492.
86. S. P. Surwade, S. C. Zhao, H. T. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11868-11871.
87. Z. X. Deng, C. D. Mao, Angew. Chem. 2004, 116, 4160-4162
88. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4068-4070.
89. Y. He, T. Ye, A. E. Ribbe, C. D. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1742-1744.
90. S. K. Sarkar, N. M. Andoy, J. J. Benitez, P. R. Chen, J. S. Kong, C. He, P. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12461-12467.
91. H. Z. Gu, W. Yang, N. C. Seeman, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4352-4357.
92. S. Shimron, J. Elbaz, A. Henning, I. Willner, Chem. Commun. 2010, 46, 3250-3252.
93. L. A. Howell, Z. A. E. Waller, R. Bowater, M. O'Connell, M. Searcey, Chem. Commun. 2011, 47, 8262-8264.
94. J. P. Zheng, J. J. Birktoft, Y. Chen, T. Wang, R. J. Sha, P. E. Constantinou, S. L. Ginell, C. D. Mao, N. C. Seeman, Nature 2009, 461, 74-77.
95. A. S. A. Singh, M. Tolev, M. Meng, K. Klenin, O. Plietzsch, C. I. Schilling, T. Muller, M. Nieger, S. Brase, W. Wenzel, C. Richert, Angew. Chem. 2011, 123, 3285-3289
96. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3227-3231.
97. H. Dietz, S. M. Douglas, W. M. Shih, Science 2009, 325, 725-730.
98. S. M. Douglas, H. Dietz, T. Liedl, B. Hogberg, F. Graf, W. M. Shih, Nature 2009, 459, 414-418.
99. D. R. Han, S. Pal, J. Nangreave, Z. T. Deng, Y. Liu, H. Yan, Science 2011, 332, 342-346.
100. A. S. Walsh, H. Yin, C. M. Erben, M. J. A. Wood, A. J. Turberfield, ACS Nano 2011, 5, 5427-5432.
101. C. M. Erben, R. P. Goodman, A. J. Turberfield, Angew. Chem. 2006, 118, 7574-7577
102. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7414-7417.
103. D. Bhatia, S. Surana, S. Chakraborty, S. P. Koushika, Y. Krishnan, Nat. Commun. 2011, 2, 339.
104. F. A. Aldaye, P. K. Lo, P. Karam, C. K. McLaughlin, G. Cosa, H. F. Sleiman, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 349-352.
105. P. K. Lo, P. Karam, F. A. Aldaye, C. K. McLaughlin, G. D. Hamblin, G. Cosa, H. F. Sleiman, Nat. Chem. 2010, 2, 319-328.
106. H. Yang, C. K. McLaughlin, F. A. Aldaye, G. D. Hamblin, A. Z. Rys, I. Rouiller, H. F. Sleiman, Nat. Chem. 2009, 1, 390-396.
107. C. K. McLaughlin, G. D. Hamblin, F. A. Aldaye, H. Yang, H. F. Sleiman, Chem. Commun. 2011, 47, 8925-8927
108. F. A. Aldaye, H. F. Sleiman, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13376-13377.
109. D. Bhatia, S. Mehtab, R. Krishnan, S. S. Indi, A. Basu, Y. Krishnan, Angew. Chem. 2009, 121, 4198-4201
110. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4134-4137.
111. E. S. Andersen, M. Dong, M. M. Nielsen, K. Jahn, R. Subramani, W. Mamdouh, M. M. Golas, B. Sander, H. Stark, C. L. P. Oliveira, J. S. Pedersen, V. Birkedal, F. Besenbacher, K. V. Gothelf, J. Kjems, Nature 2009, 459, 73-76.
112. R. Varghese, H. A. Wagenknecht, Chem. Eur. J. 2010, 16, 9040-9046.
113. A. Mammana, G. Pescitelli, T. Asakawa, S. Jockusch, A. G. Petrovic, R. R. Monaco, R. Purrello, N. J. Turro, K. Nakanishi, G. A. Ellestad, M. Balaz, N. Berova, Chem. Eur. J. 2009, 15, 11853-11866.
114. H. Kashida, T. Hayashi, T. Fujii, H. Asanuma, Chem. Eur. J. 2011, 17, 2614-2622.
115. D. Baumstark, H. A. Wagenknecht, Angew. Chem. 2008, 120, 2652-2654
116. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2612-2614.
117. A. Brewer, G. Siligardi, C. Neylon, E. Stulz, Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 777-782.
118. M. P. Thompson, M. P. Chien, T. H. Ku, A. M. Rush, N. C. Gianneschi, Nano Lett. 2010, 10, 2690-2693
119. M. Anaya, M. Kwak, A. J. Musser, K. Mullen, A. Herrmann, Chem. Eur. J. 2010, 16, 12852-12859.
120. M. Kwak, I. J. Minten, D. M. Anaya, A. J. Musser, M. Brasch, R. J. M. Nolte, K. Mullen, J. Cornelissen, A. Herrmann, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7834-7835.
121. G. A. Burley, J. Gierlich, M. R. Mofid, H. Nir, S. Tal, Y. Eichen, T. Carell, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1398-1399.
122. R. Kumar, A. El-Sagheer, J. Tumpane, P. Lincoln, L. M. Wilhelmsson, T. Brown, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6859-6864.
123. H. Xiong, F. Seela, J. Org. Chem. 2011, 76, 5584-5597.
124. N. Mitchell, R. Schlapak, M. Kastner, D. Armitage, W. Chrzanowski, J. Riener, P. Hinterdorfer, A. Ebner, S. Howorka, Angew. Chem. 2009, 121, 533-535
125. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 525-527.
126. K. K. Karlsen, T. B. Jensen, J. Wengel, J. Org. Chem. 2009, 74, 8838-8841.
127. T. Rühl, E. Stulz, Supramol. Chem. 2010, 22, 103-108.
128. Y. Krishnan, F. C. Simmel, Angew. Chem. 2011, 123, 3180-3215
129. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3124-3156.
130. C. D. Mao, W. Q. Sun, Z. Y. Shen, N. C. Seeman, Nature 1999, 397, 144-146.
131. B. Yurke, A. J. Turberfield, A. P. Mills, F. C. Simmel, J. L. Neumann, Nature 2000, 406, 605-608.
132. M. M. Maye, M. T. Kumara, D. Nykypanchuk, W. B. Sherman, O. Gang, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 116-120.
133. S. Bamrungsap, J. A. Phillips, X. L. Xiong, Y. Kim, H. Wang, H. P. Liu, A. Hebard, W. H. Tan, Small 2011, 7, 601-605.
134. M. G. Zhou, X. G. Liang, T. Mochizuki, H. Asanuma, Angew. Chem. 2010, 122, 2213-2216
135. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2167-2170.
136. D. Han, J. Huang, Z. Zhu, Q. Yuan, M. You, Y. Chen, W. Tan, Chem. Commun. 2011, 47, 4670-4672.
137. T. L. Schmidt, A. Heckel, Nano Lett. 2011, 11, 1739-1742.
138. D. Ackermann, T. L. Schmidt, J. S. Hannam, C. S. Purohit, A. Heckel, M. Famulok, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 436-442.
139. T. L. Schmidt, M. B. Koeppel, J. Thevarpadam, D. P. N. Gonçalves, A. Heckel, Small 2011, 7, 2163-2167.
140. M. von Delius, D. A. Leigh, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3656-3676.
141. W. B. Sherman, N. C. Seeman, Nano Lett. 2004, 4, 1203-1207.
142. R. A. Muscat, J. Bath, A. J. Turberfield, Nano Lett. 2011, 11, 982-987.
143. P. Yin, H. Yan, X. G. Daniell, A. J. Turberfield, J. H. Reif, Angew. Chem. 2004, 116, 5014-5019
144. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4906-4911.
145. K. Lund, A. J. Manzo, N. Dabby, N. Michelotti, A. Johnson-Buck, J. Nangreave, S. Taylor, R. J. Pei, M. N. Stojanovic, N. G. Walter, E. Winfree, H. Yan, Nature 2010, 465, 206-210.
146. H. Z. Gu, J. Chao, S. J. Xiao, N. C. Seeman, Nature 2010, 465, 202-205.
147. S. F. J. Wickham, M. Endo, Y. Katsuda, K. Hidaka, J. Bath, H. Sugiyama, A. J. Turberfield, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 166-169.
148. H. Zhang, C. C. Fang, S. S. Zhang, Chem. Eur. J. 2010, 16, 12434-12439.
149. S. H. Ko, M. Su, C. A. Zhang, A. E. Ribbe, W. Jiang, C. D. Mao, Nat. Chem. 2010, 2, 1050-1055.