Functional DNA nanostructures for photonic and biomedical applications

Small

Volumn 9, Issue 13, 2013, Pages 2210-2222

  Wang, Zhen Gang ^a   Song, Chen ^a   Ding, Baoquan ^a  

^a NATIONAL CENTER FOR NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

biosensors; DNA origami; plasmon coupling; self assembly; therapeutics

Indexed keywords

BIOMEDICAL APPLICATIONS; DNA ORIGAMIS; MECHANICAL FLEXIBILITY; PLASMON COUPLING; REALISTIC APPLICATIONS; SINGLE-MOLECULE ANALYSIS; TARGETED DRUG DELIVERY; THERAPEUTICS;

AUTOMOBILE MANUFACTURE; BIOCOMPATIBILITY; BIOSENSORS; DRUG DELIVERY; MEDICAL APPLICATIONS; MEDICAL NANOTECHNOLOGY; NANOPHOTONICS; NANOSTRUCTURES; PLASMONS; SELF ASSEMBLY; SENSORS;

DNA;

DNA; NANOMATERIAL;

BIOSENSOR; CHEMISTRY; DNA ORIGAMI; EQUIPMENT; HUMAN; METHODOLOGY; NANOMEDICINE; PHOTON; PLASMON COUPLING; REVIEW; SELF ASSEMBLY; THERAPY;

BIOSENSORS; DNA ORIGAMI; PLASMON COUPLING; SELF ASSEMBLY; THERAPEUTICS;

DNA; HUMANS; NANOMEDICINE; NANOSTRUCTURES; PHOTONS;

EID: 84879612453     PISSN: 16136810     EISSN: 16136829     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/smll.201300141     Document Type: Review

References (131)

1. a) Z. Cheglakov, Y. Weizmann, A. B. Braunschweig, O. L. Wilner, I. Willner, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 126
2. b) Z. G. Wang, O. I. Wilner, I. Willner, Nano Lett. 2009, 9, 4098
3. c) H. Yang, C. K. McLaughlin, F. A. Aldaye, G. D. Hamblin, A. Z. Rys, I. Rouiller, H. F. Sleiman, Nat. Chem. 2009, 1, 390.
4. a) N. C. Seeman, J. Theor. Biol. 1982, 99, 237
5. b) N. C. Seeman, Nature 2003, 421, 427.
6. a) E. Winfree, F. R. Liu, L. A. Wenzler, N. C. Seeman, Nature 1998, 394, 539
7. b) H. Yan, S. H. Park, G. Finkelstein, J. H. Reif, T. H. LaBean, Science 2003, 301, 1882
8. c) Y. He, Y. Chen, H. P. Liu, A. E. Ribbe, C. D. Mao, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12202.
9. a) M. Endo, N. C. Seeman, T. Majima, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6074
10. b) D. Liu, S. H. Park, J. H. Reif, T. H. LaBean, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 717
11. c) Y. He, T. Ye, M. Su, C. Zhang, A. E. Ribbe, W. Jiang, C. Mao, Nature 2008, 452, 198
12. d) C. Zhang, M. Su, Y. He, X. Zhao, P. A. Fang, A. E. Ribbe, W. Jiang, C. Mao, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 10665.
13. 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.
14. P. W. K. Rothemund, Nature 2006, 440, 297.
15. A. V. Pinheiro, D. R. Han, W. M. Shih, H. Yan, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 763.
16. S. M. Douglas, A. H. Marblestone, S. Teerapittayanon, A. Vazquez, G. M. Church, W. M. Shih, Nucleic Acids Res. 2009, 37, 5001.
17. a) C. E. Castro, F. Kilchherr, D. N. Kim, E. L. Shiao, T. Wauer, P. Wortmann, M. Bathe, H. Dietz, Nat. Methods 2011, 8, 221
18. b) D. N. Kim, F. Kilchherr, H. Dietz, M. Bathe, Nucleic Acids Res. 2012, 40, 2862.
19. D. R. Han, S. Pal, Y. Liu, H. Yan, Nat. Nanotechnol 2010, 5, 712.
20. H. Dietz, S. M. Douglas, W. M. Shih, Science 2009, 325, 725.
21. T. Liedl, B. Högberg, J. Tytell, D. E. Ingber, W. M. Shih, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 520.
22. D. R. Han, S. Pal, J. Nangreave, Z. T. Deng, Y. Liu, H. Yan, Science 2011, 332, 342.
23. a) Y. Ke, J. Sharma, M. Liu, K. Jahn, Y. Liu, H. Yan, Nano Lett. 2009, 9, 2445
24. b) S. M. Douglas, H. Dietz, T. Liedl, B. Högberg, F. Graf, W. M. Shih, Nature 2009, 459, 414.
25. I. H. Stein, V. Schüller, P. Böhm, P. Tinnefeld, T. Liedl, ChemPhysChem 2011, 12, 689.
26. a) T. Tørring, N. V. Voigt, J. Nangreave, H. Yan, K. V. Gothelf, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5636
27. b) B. Saccà, C. M. Niemeyer, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5910
28. c) A. Rajendran, M. Endo, H. Sugiyama, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 874
29. d) B. Saccà, C. M. Niemeyer, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 58
30. e) N. C. Seeman, Nano Lett. 2010, 10, 1971.
31. a) H. Bui, C. Onodera, C. Kidwell, Y. Tan, E. Graugnard, W. Kuang, J. Lee, W. B. Knowlton, B. Yurke, W. L. Hughes, Nano Lett. 2010, 10, 3367
32. b) Z. Zhao, E. L. Jacovetty, Y. Liu, H. Yan, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2041
33. c) S. Pal, Z. T. Deng, B. Q. Ding, H. Yan, Y. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2700.
34. a) H. T. Maune, S. P. Han, R. D. Barish, M. Bockrath, W. A. Goddard, P. W. K. Rothemund, E. Winfree, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 61
35. b) A. P. Eskelinen, A. Kuzyk, T. K. Kaltiaisenaho, M. Y. Timmermans, A. G. Nasibulin, E. I. Kauppinen, P. Törmä, Small 2011, 7, 746.
36. I. H. Stein, C. Steinhauer, P. Tinnefeld, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4193.
37. N. Stephanopoulos, M. H. Liu, G. J. Tong, Z. Li, Y. Liu, H. Yan, M. B. Francis, Nano Lett. 2010, 10, 2714.
38. a) S. Rinker, Y. G. Ke, Y. Liu, R. Chhabra, H. Yan, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 418
39. b) A. Kuzuya, M. Kimura, K. Numajiri, N. Koshi, T. Ohnishi, F. Okada, M. Komiyama, ChemBioChem 2009, 10, 1811
40. c) A. Kuzyk, K. T. Laitinen, P. Törmä, Nanotechnology 2009, 20, 235305
41. d) W. Q. Shen, H. Zhong, D. Neff, M. L. Norton, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6660
42. e) A. Kuzuya, Y. Sakai, T. Yamazaki, Y. Xu, M. Komiyama, Nat. Commun. 2011, 2, 449
43. f) B. Saccà, R. Meyer, M. Erkelenz, K. Kiko, A. Arndt, H. Schroeder, K. S. Rabe, C. M. Niemeyer, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9378
44. g) E. Nakata, F. F. Liew, C. Uwatoko, S. Kiyonaka, Y. Mori, Y. Katsuda, M. Endo, H. Sugiyama, T. Morii, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2296
45. h) K. Numajiri, T. Yamazaki, M. Kimura, A. Kuzuya, M. Komiyama, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9937
46. i) J. L. Fu, M. H. Liu, Y. Liu, N. W. Woodbury, H. Yan, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5516.
47. Y. G. Ke, S. Lindsay, Y. Chang, Y. Liu, H. Yan, Science 2008, 319, 180.
48. a) S. Eustis, M. A. El-Sayed, Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 209
49. b) S. Link, M. A. Ei-Sayed, Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 331.
50. S. J. Tan, M. J. Campolongo, D. Luo, W. L. Cheng, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 268.
51. P. K. Jain, X. H. Huang, I. H. El-Sayed, M. A. El-Sayed, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1578.
52. a) E. Prodan, C. Radloff, N. J. Halas, P. Nordlander, Science 2003, 302, 419
53. b) S. C. Yang, H. Kobori, C. L. He, M. H. Lin, H. Y. Chen, C. C. Li, M. Kanehara, T. Teranishi, S. Gwo, Nano Lett. 2010, 10, 632.
54. a) K. H. Su, Q. H. Wei, X. Zhang, J. J. Mock, D. R. Smith, S. Schultz, Nano Lett. 2003, 3, 1087
55. b) P. K. Jain, W. Y. Huang, M. A. El-Sayed, Nano Lett. 2007, 7, 2080.
56. a) S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, S. Meltzer, E. Harel, B. E. Koel, A. A. G. Requicha, Nat. Mater. 2003, 2, 229
57. b) S. Toroghi, P. G. Kik, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 183105
58. c) A. J. Pasquale, B. M. Reinhard, L. Dal Negro, ACS Nano 2011, 5, 6578
59. d) S. S. Acimovic, M. P. Kreuzer, M. U. Gonzalez, R. Quidant, ACS Nano 2009, 3, 1231.
60. W. S. Chang, L. S. Slaughter, B. P. Khanal, P. Manna, E. R. Zubarev, S. Link, Nano Lett. 2009, 9, 1152.
61. K. Kneipp, H. Kneipp, J. Kneipp, Acc. Chem. Res. 2006, 39, 443.
62. a) C. Sönnichsen, B. M. Reinhard, J. Liphardt, A. P. Alivisatos, Nat. Biotechnol. 2005, 23, 741
63. b) B. M. Reinhard, S. Sheikholeslami, A. Mastroianni, A. P. Alivisatos, J. Liphardt, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 2667.
64. M. L. Brongersma, J. W. Hartman, H. A. Atwater, Phys. Rev. B 2000, 62, R16356.
65. a) E. Hao, G. C. Schatz, J. Chem. Phys. 2004, 120, 357
66. b) P. Nordlander, C. Oubre, E. Prodan, K. Li, M. I. Stockman, Nano Lett. 2004, 4, 899.
67. N. J. Halas, S. Lal, W. S. Chang, S. Link, P. Nordlander, Chem. Rev. 2011, 111, 3913.
68. S. A. Maier, P. G. Kik, H. A. Atwater, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1714.
69. J. D. Caldwell, O. J. Glembocki, F. J. Bezares, M. I. Kariniemi, J. T. Niinistö, T. T. Hatanpää, R. W. Rendell, M. Ukaegbu, M. K. Ritala, S. M. Prokes, C. M. Hosten, M. A. Leskelä, R. Kasica, Opt. Express 2011, 19, 26056.
70. A. M. Funston, C. Novo, T. J. Davis, P. Mulvaney, Nano Lett. 2009, 9, 1651.
71. a) O. I. Wilner, I. Willner, Chem. Rev. 2012, 112, 2528
72. b) D. Nykypanchuk, M. M. Maye, D. van der Lelie, O. Gang, Nature 2008, 451, 549.
73. J. Sharma, R. Chhabra, C. S. Andersen, K. V. Gothelf, H. Yan, Y. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7820.
74. B. Q. Ding, Z. T. Deng, H. Yan, S. Cabrini, R. N. Zuckermann, J. Bokor, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3248.
75. K. R. Li, M. I. Stockman, D. J. Bergman, Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 227402.
76. C. Höppener, Z. J. Lapin, P. Bharadwaj, L. Novotny, Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 017402.
77. S. Pal, Z. T. Deng, H. N. Wang, S. L. Zou, Y. Liu, H. Yan, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17606.
78. a) S. Kühn, U. Håkanson, L. Rogobete, V. Sandoghdar, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 017402
79. b) T. Ming, L. Zhao, Z. Yang, H. J. Chen, L. D. Sun, J. F. Wang, C. H. Yan, Nano Lett. 2009, 9, 3896.
80. T. Ming, H. J. Chen, R. B. Jiang, Q. Li, J. F. Wang, J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 191.
81. G. P. Acuna, F. M. Moller, P. Holzmeister, S. Beater, B. Lalkens, P. Tinnefeld, Science 2012, 338, 506.
82. Z. Y. Fan, A. O. Govorov, Nano Lett. 2010, 10, 2580.
83. Z. Y. Fan, A. O. Govorov, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13254.
84. J. Sharma, R. Chhabra, A. Cheng, J. Brownell, Y. Liu, H. Yan, Science 2009, 323, 112.
85. X. B. Shen, C. Song, J. Y. Wang, D. W. Shi, Z. A. Wang, N. Liu, B. Q. Ding, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 146.
86. A. Kuzyk, R. Schreiber, Z. Y. Fan, G. Pardatscher, E. M. Roller, A. Högele, F. C. Simmel, A. O. Govorov, T. Liedl, Nature 2012, 483, 311.
87. A. J. Mastroianni, S. A. Claridge, A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8455.
88. W. Chen, A. Bian, A. Agarwal, L. Q. Liu, H. B. Shen, L. B. Wang, C. L. Xu, N. A. Kotov, Nano Lett. 2009, 9, 2153.
89. W. J. Yan, L. G. Xu, C. L. Xu, W. Ma, H. Kuang, L. B. Wang, N. A. Kotov, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15114.
90. M. Hentschel, M. Schöferling, T. Weiss, N. Liu, H. Giessen, Nano Lett. 2012, 12, 2542.
91. A. O. Govorov, Y. K. Gun'ko, J. M. Slocik, V. A. Gérard, Z. Y. Fan, R. R. Naik, J. Mater. Chem. 2011, 21, 16806.
92. N. Liu, M. Hentschel, T. Weiss, A. P. Alivisatos, H. Giessen, Science 2011, 332, 1407.
93. a) C. M. Erben, R. P. Goodman, A. J. Turberfield, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7414
94. b) P. K. Lo, P. Karam, F. A. Aldaye, C. K. McLaughlin, G. D. Hamblin, G. Cosa, H. F. Sleiman, Nat. Chem. 2010, 2, 319.
95. L. L. Xie, W. J. Tong, D. H. Yu, J. Q. Xu, J. Li, C. Y. Gao, J. Mater. Chem. 2012, 22, 6053.
96. G. J. Weiner, H. M. Liu, J. E. Wooldridge, C. E. Dahle, A. M. Krieg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 10833.
97. a) S. K. Choi, T. Thomas, M. H. Li, A. Kotlyar, A. Desai, J. R. Baker, Chem. Commun. 2010, 46, 2632
98. b) Y. Wang, X. Y. Cao, R. Guo, M. W. Shen, M. G. Zhang, M. F. Zhu, X. Y. Shi, Polymer Chem. 2011, 2, 1754.
99. Y. Benenson, B. Gil, U. Ben-Dor, R. Adar, E. Shapiro, Nature 2004, 429, 423.
100. J. W. Liu, Z. H. Cao, Y. Lu, Chem. Rev. 2009, 109, 1948.
101. J. W. Keum, H. Bermudez, Chem. Commun. 2009, 45, 7036.
102. Q. A. Mei, X. X. Wei, F. Y. Su, Y. Liu, C. Youngbull, R. Johnson, S. Lindsay, H. Yan, D. Meldrum, Nano Lett. 2011, 11, 1477.
103. D. Bhatia, S. Mehtab, R. Krishnan, S. S. Indi, A. Basu, Y. Krishnan, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4134.
104. S. Modi, M. G. Swetha, D. Goswami, G. D. Gupta, S. Mayor, Y. Krishnan, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 325.
105. H. K. K. Subramanian, B. Chakraborty, R. Sha, N. C. Seeman, Nano Lett. 2011, 11, 910.
106. N. A. W. Bell, C. R. Engst, M. Ablay, G. Divitini, C. Ducati, T. Liedl, U. F. Keyser, Nano Lett. 2012, 12, 512.
107. R. S. Wei, T. G. Martin, U. Rant, H. Dietz, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4864.
108. V. J. Schüller, S. Heidegger, N. Sandholzer, P. C. Nickels, N. A. Suhartha, S. Endres, C. Bourquin, T. Liedl, ACS Nano 2011, 5, 9696.
109. S. H. Ko, H. P. Liu, Y. Chen, C. D. Mao, Biomacromolecules 2008, 9, 3039.
110. A. S. Walsh, H. F. Yin, C. M. Erben, M. J. A. Wood, A. J. Turberfield, ACS Nano 2011, 5, 5427.
111. J. Li, H. Pei, B. Zhu, L. Liang, M. Wei, Y. He, N. Chen, D. Li, Q. Huang, C. H. Fan, ACS Nano 2011, 5, 8783.
112. H. Lee, A. K. R. Lytton-Jean, Y. Chen, K. T. Love, A. I. Park, E. D. Karagiannis, A. Sehgal, W. Querbes, C. S. Zurenko, M. Jayaraman, C. G. Peng, K. Charisse, A. Borodovsky, M. Manoharan, J. S. Donahoe, J. Truelove, M. Nahrendorf, R. Langer, D. G. Anderson, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 389.
113. M. Chang, C. S. Yang, D. M. Huang, ACS Nano 2011, 5, 6156.
114. Y. X. Zhao, A. Shaw, X. H. Zeng, E. Benson, A. M. Nyström, B. Högberg, ACS Nano 2012, 6, 8684.
115. Q. Jiang, C. Song, J. Nangreave, X. W. Liu, L. Lin, D. L. Qiu, Z. G. Wang, G. Z. Zou, X. J. Liang, H. Yan, B. Q. Ding, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13396.
116. X. B. Shen, Q. Jiang, J. Y. Wang, L. R. Dai, G. Z. Zou, Z. G. Wang, W. Q. Chen, W. Jiang, B. Q. Ding, Chem. Commun. 2012, 48, 11301.
117. X. J. Feng, P. L. Wu, F. Bolze, H. W. C. Leung, K. F. Li, N. K. Mak, D. W. J. Kwong, J. F. Nicoud, K. W. Cheah, M. S. Wong, Org. Lett. 2010, 12, 2194.
118. 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.
119. 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.
120. S. M. Douglas, I. Bachelet, G. M. Church, Science 2012, 335, 831.
121. J. L. Fu, H. Yan, Nat. Biotechnol. 2012, 30, 407.
122. a) Z. G. Wang, J. Elbaz, F. Remacle, R. D. Levine, I. Willner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 21996
123. b) Z. G. Wang, J. Elbaz, I. Willner, Nano Lett. 2011, 11, 304
124. c) Z. G. Wang, J. Elbaz, I. Willner, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4322
125. d) J. Elbaz, Z. G. Wang, F. A. Wang, I. Willner, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2349
126. e) 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
127. f) H. Z. Gu, J. Chao, S. J. Xiao, N. C. Seeman, Nature 2010, 465, 202.
128. Z. Zhao, Y. Liu, H. Yan, Nano Lett. 2011, 11, 2997.
129. H. L. Zhang, J. Chao, D. Pan, H. J. Liu, Q. Huang, C. H. Fan, Chem. Commun. 2012, 48, 6405.
130. a) R. J. Kershner, L. D. Bozano, C. M. Micheel, A. M. Hung, A. R. Fornof, J. N. Cha, C. T. Rettner, M. Bersani, J. Frommer, P. W. Rothemund, G. M. Wallraff, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 557
131. b) B. Ding, H. Wu, W. Xu, Z. Zhao, Y. Liu, H. Yu, H. Yan, Nano Lett. 2010, 10, 5065.