Rapid flow-through biocatalysis with high surface area, enzyme-loaded carbon and gold-bearing diatom frustule replicas

Advanced Functional Materials

Volumn 23, Issue 36, 2013, Pages 4611-4620

  Davis, Stan C ^a   Sheppard, Vonda C ^b   Begum, Gousia ^c   Cai, Ye ^a   Fang, Yunnan ^a   Berrigan, John D ^a,d   Kröger, Nils ^a,e   Sandhage, Kenneth H ^a  

^a Georgia Institute of Technology   (United States)

^b Metrics Inc   (United States)

^c GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^d AIR FORCE RESEARCH LABORATORY   (United States)

^e DRESDEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Germany)

Author keywords

biotemplate replica; chemical tailoring; enzyme immobilization; glucose oxidase; mesoporous

Indexed keywords

AQUATIC MICRO-ORGANISMS; BIOTEMPLATE REPLICA; CARBOXYLIC ACID GROUPS; CHEMICAL TAILORING; GLUCOSE CONSUMPTION RATE; MESOPOROUS; SURFACE FUNCTIONALIZATION; THREE DIMENSIONAL (3D) STRUCTURES;

BIOMATERIALS; CARBON; CARBOXYLIC ACIDS; CATALYSIS; ENZYME IMMOBILIZATION; GLUCOSE OXIDASE; GLUCOSE SENSORS; GOLD; GOLD DEPOSITS; MORPHOLOGY; RIGID STRUCTURES; SILICA; SURFACES; THREE DIMENSIONAL;

LOADING;

EID: 84884910408     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201203758     Document Type: Article

References (90)

1. a) R. C. Matos, J. J. Pedrotti, L. Angnes, Anal. Chim. Acta 2001, 441, 73
2. b) P. D'Orazio, Clin. Chim. Acta 2003, 334, 41
3. c) Y. Asanomi, H. Yamaguchi, M. Miyazaki, H. Maeda, Molecules 2011, 16, 6041
4. d) K. Faber, Biotransformations in Organic Synthesis, 5th ed., Springer-Verlag, Berlin 2004
5. e) T. Larsson, A. Lindgren, T. Ruzgas, S.-E. Lindquist, L. Gorton, J. Electroanal. Chem. 2000, 482, 1
6. f) W. Zheng, H. M. Zhou, Y. F. Zheng, N. Wang, Chem. Phys. Lett. 2008, 457, 381
7. g) W. Feng, P. Ji, Biotechnol. Adv. 2011, 29, 889
8. h) B. Unnikrishnan, S. Palanisamy, S.-M. Chen, Biosens. Bioelectron. 2013, 39, 70.
9. a) H. Takahashi, B. Li, T. Sasaki, C. Miyazaki, T. Kajino, S. Inagaki, Chem. Mater. 2000, 12, 3301
10. b) J. Aburto, M. Ayala, I. Bustos-Jaimes, C. Montiel, E. Terres, J. M. Dominguez, E. Torres, Micropor. Mesopor. Mater. 2005, 83, 193
11. c) J. Kim, H. Jia, P. Wang, Biotechnol. Adv. 2006, 24, 296.
12. a) J. L. Blin, C. Gérardin, C. Carteret, L. Rodehüser, C. Selve, M. J. Stébé, Chem. Mater. 2005, 17, 1479
13. b) X. Zhang, R. F. Guan, D. Q. Wu, K. Y. Chan, J. Mol. Catal. B Enzym. 2005, 33, 43
14. c) H. H. P. Yiu, P. A. Wright, J. Mater. Chem. 2005, 15, 3690
15. d) E. Santalla, E. Serra, A. Mayoral, J. Losada, R. M. Blanco, I. Díaz, Solid State Sci. 2011, 13, 691.
16. a) J. E. Bailey, Y, K. Cho, Biotechnol. Bioeng. 1983, 25, 1923
17. b) V. Vamvakaki, K. Tsagaraki, N. A. Chaniotakis, Anal. Chem. 2006, 78, 5538
18. c) D. C. Goldstein, P. Thordarson, J. R. Peterson, Aust. J. Chem. 2009, 62, 1320
19. d) H. Wen, V. Nallathambi, D. Chakraborty, S. Calabrese Barton, Microchim. Acta 2011, 175, 283
20. e) K. Min, J. Kim, K. Park, Y. J. Yoo, J. Mol. Catal. B 2012, 83, 87.
21. a) A. L. Crumbliss, S. C. Perine, I. Stonehurner, K. R. Tubergen, I. Zhao, R. W. Henkens, I. P. O'Daly, Biotechnol. Bioeng. 1992, 40, 483
22. b) X. Wang, M. Falk, R. Ortiz, H. Matsumura, J. Bobacka, R. Ludwig, M. Bergelin, L. Gorton, S. Shleev, Biosens. Bioelectron. 2012, 31, 219.
23. a) M. L. Mena, P. Yanez-Sedeno, J. M. Pingarron, Anal. Biochem. 2005, 336, 20
24. b) X. Luo, A. J. Killard, M. R. Smyth, Electroanal. 2006, 18, 1131
25. c) S. Wu, H. Ju, Y. Liu, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 585
26. d) Y. Bai, H. Yang, W. Yang, Y. Li, C. Sun, Sens. Actuators, B 2007, 124, 179
27. e) R. B. Rakhi, K. Sethupathi, S. Ramaprabhu, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3190.
28. a) D. Lee, J. Lee, J. Kim, J. Kim, H. B. Na, B. Kim, C.-H. Shin, J. H. Kwak, A. Dohnalkova, J. W. Grate, T. Hyeon, H.-S. Kim, Adv. Mater. 2005, 17, 2828
29. b) M. Tortajada, D. Ramõn, D. Beltrán, P. Amorõs, J. Mater. Chem. 2005, 15, 3859
30. c) K. Nakanishi, N. Tanaka, Acc. Chem. Res. 2007, 40, 863
31. d) V. Flexer, N. Brun, R. Backov, N. Mano, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1302
32. e) Z. L. Hua, J. Zhou, J. L. Shi, Chem. Commun. 2011, 47, 10536
33. f) A. Sachse, A. Galarneau, F. Fajula, F. Di Renzo, P. Creux, B. Coq, Micropor. Mesopor. Mater. 2011, 140, 58
34. g) L. C. Cides da Silva, C. M. C. Infante, A. W. O. Lima, I. C. Cosentino, M. C. A. Fantini, F. R. P. Rocha, J. C. Masini, J. R. Matos, J. Mol. Catal. B 2011, 70, 149
35. h) B. Luangon, A. Siyasukh, P. Winayanuwattikun, W. Tanthapanichakoon, N. Tonanon, J. Mol. Catal. B 2012, 75, 80
36. i) A. H. Dessources, S. Hartmann, M. Baba, N. Huesing, J. M. Nedelec, J. Mater. Chem. 2012, 22, 2713
37. j) S. Lu, Z. An, J. He, B. Li, J. Mater. Chem. 2012, 22, 3882.
38. a) F. E Round, R. M. Crawford, D. G. Mann, The Diatoms: Biology and Morphology of the Genera, Cambridge University Press, New York 1990
39. b) D. G. Mann, S. J. M. Droop, Hydrobiologia 1996, 336, 19
40. c) R. Gordon, F. A. S. Sterrenburg, K. H. Sandhage, J. Nanosci. Nanotechnol. 2005, 5, 1
41. d) M. Hildebrand, Chem. Rev. 2008, 108, 4855
42. e) N. Kroger, N. Poulsen, Ann. Rev. Gen. 2008, 42, 83.
43. a) K. H. Sandhage, M. B. Dickerson, P. M. Huseman, M. A. Caranna, J. D. Clifton, T. A. Bull, T. J. Heibel, W. R. Overton, M. E. A. Schoenwaelder, Adv. Mater. 2002, 14, 429
44. b) R. R. Unocic, F. M. Zalar, P. M. Sarosi, Y. Cai, K. H. Sandhage, Chem. Comm. 2004, 795
45. c) Y. Cai, S. M. Allan, F. M. Zalar, K. H. Sandhage, J. Am. Ceram. Soc. 2005, 88, 2005
46. d) S. Shian, Y. Cai, M. R. Weatherspoon, S. M. Allan, K. H. Sandhage, J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 694
47. e) S.-J. Lee, S. Shian, Ch.-H. Huang, K. H. Sandhage, J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 1632
48. f) Z. Bao, M. R. Weatherspoon, Y. Cai, S. Shian, P. D. Graham, S. M. Allan, G. Ahmad, M. B. Dickerson, B. C. Church, Z. Kang, C. J. Summers, H. W. Abernathy, III, M. Liu, K. H. Sandhage, Nature 2007, 446, 172
49. g) Z. Bao, M.-K. Song, S. Davis, Y. Cai, M. Liu, K. H. Sandhage, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3980.
50. a) N. L. Rosi, C. S. Thaxton, C. A. Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5500
51. b) C. S. Gaddis, K. H. Sandhage, J. Mater. Res. 2004, 19, 2541
52. c) J. Zhao, C. S. Gaddis, Y. Cai, K. H. Sandhage, J. Mater. Res. 2005, 20, 282
53. d) D. Losic, G. Triani, P. J. Evans, A. Atancio, J. G. Mitchell, N. H. Voelcker, Chem. Commun. 2005, 4905
54. e) S. M. Holmes, B. E. Graniel-Garcia, P. Foran, P. Hill, E. P. L. Roberts, B. H. Sakakini, J. M. Newton, Chem. Commun. 2006, 2662
55. f) X. Cai, G. Zhu, W. Zhang, H. Zhao, C. Wang, S. Qiu, Y. Wei, Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 3641
56. g) M. R. Weatherspoon, M. B. Dickerson, G. Wang, Y. Cai, S. Shian, S. C. Jones, S. R. Marder, K. H. Sandhage, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5724
57. h) U. Kusari, Z. Bao, Y. Cai, G. Ahmad, K. H. Sandhage, L. G. Sneddon, Chem. Commun. 2007, 1177
58. i) Y. Fang, Q. Wu, M. B. Dickerson, Y. Cai, S. Shian, D. Berrigan, N. Poulsen, N. Kroger, K. H. Sandhage, Chem. Mater. 2009, 21, 5704
59. k) Y. Fang, V. W. Chen, Y. Cai, J. D. Berrigan, S. R. Marder, J. W. Perry, K. H. Sandhage, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2550
60. m) Y, A. Jantschke, A.-K. Herrmann, V. Lesnyak, A. Eychmuller, E. Brunner, Chem. Asian J. 2012, 7, 85.
61. a) M. W. Anderson, S. M. Holmes, N. Hanif, C. S. Cundy, Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 2707
62. b) Y. Wang, Y. Tang, A. Dong, X. Wang, N. Ren, Z. Gao, J. Mater. Chem. 2002, 12, 1812
63. c) Y. Cai, K. H. Sandhage, Phys. Status Solidi (A) 2005, 202, R105
64. d) M. R. Weatherspoon, S. M. Allan, E. Hunt, Y. Cai, K. H. Sandhage, Chem. Commun. 2005, 651
65. e) K. H. Sandhage, R. L. Snyder, G. Ahmad, S. M. Allan, Y. Cai, M. B. Dickerson, C. S. Gaddis, M. S. Haluska, S. Shian, M. R. Weatherspoon, R. A. Rapp, R. R. Unocic, F. M. Zalar, Y. Zhang, M. Hildebrand, B. P. Palenik, Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2005, 2, 317
66. f) M. R. Weatherspoon, M. S. Haluska, Y. Cai, J. S. King, C. J. Summers, R. L. Snyder, K. H. Sandhage, J. Electrochem. Soc. 2006, 153, H34
67. g) Y. Cai, M. B. Dickerson, M. S. Haluska, Z. Kang, C. J. Summers, K. H. Sandhage, J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 1304
68. h) E. M. Ernst, B. C. Church, C. S. Gaddis, R. L. Snyder, K. H. Sandhage, J. Mater. Res. 2007, 22, 1121
69. i) K. H. Sandhage, JOM 2010, 62, 32.
70. a) J. R. Dyer, Applications of Absorption Spectroscopy of Organic Compounds, Prentice-Hall of India Private Limited, New Delhi, 1984, Ch. 3
71. b) T. I. Hukka, J. Zhang, J. Phys. Chem. B 2000, 104, 7115
72. c) W. Shi, Y. Sahoo, M. T. Swihart, Colloids Surf. A 2004, 246, 109.
73. a) Y. Matsumura, S. Hagiwara, H. Takahashi, Carbon 1976, 14, 163
74. b) Y. Otake, R. G. Jenkins, Carbon 1993, 31, 109
75. c) H. P. Boehm, Carbon 1994, 32, 759
76. d) N. Zhang, L. Wang, H. Liu, Q. Cai, Surf. Interface Anal. 2008, 40, 1190.
77. a) G. Mattson, E. Conklin, S. Desai, G. Nielander, M. D. Savage, S. Morgensen, Mol. Biol. Rep. 1993, 17, 167
78. b) G. Wang, Y. Fang, P. Kim, A. Hayek, M. R. Weatherspoon, J. W. Perry, K. H. Sandhage, S. R. Marder, S. C. Jones, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2768.
79. a) Z. Bao, E. M. Ernst, S. Yoo, K. H. Sandhage, Adv. Mater. 2009, 21, 474
80. b) Y. Yu, J. Addai-Mensah, D. Losic, Languir 2010, 26, 14068.
81. V. P. Menon, C. R. Martin, Anal. Chem. 1995, 67, 1920.
82. a) Y. Sun, B. T. Mayers, Y. Xia, Nano Lett. 2002, 5, 481
83. b) Y. Sun, Y. Xia, Science 2002, 298, 2176.
84. 2 (International Center on Diffraction Data, Newtown Square, PA).
85. a) W. Shi, Y. Sahoo, M. T. Swihart, Colloids Surf. A 2004, 246, 109
86. b) S.-F. Liu, X-H. Li, Y-C. Li, Y-F. Li, J-R. Li, L. Jiang, Electrochim. Acta 2005, 51, 427
87. c) G. A. Petkova, C. K. C. Záruba, P. Zvatora, V. Kral, Nanoscale Res. Lett. 2012, 7, 287.
88. C. M. Wong, K. H. Wong, X. D. Chen, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2008, 78, 927.
89. N. R. Haase, S. Shian, K. H. Sandhage, N. Kröger, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4243.
90. M. von Smoluchowski, Bull. Int. Acad. Sci. Cracovie 1903, 1, 184.