Review: Recent advances and current challenges in scanning probe microscopy of biomolecular surfaces and interfaces

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 5, Issue 19, 2013, Pages 9249-9261

  Raigoza, Annette F ^a   Dugger, Jason W ^a   Webb, Lauren J ^a  

^a UNIVERSITY OF TEXAS AT AUSTIN   (United States)

Author keywords

AFM; DNA; lipid bilayer; NSOM; protein; scanning probe microscopy; STM

Indexed keywords

ATOMS; BIOLOGICAL SYSTEMS; BIOMOLECULES; DNA; HYDROPHOBICITY; INTERFACE STATES; LIPID BILAYERS; MOLECULES; NEAR FIELD SCANNING OPTICAL MICROSCOPY; PROTEINS; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY;

BIOLOGICAL MOLECULE; BIOMOLECULAR STRUCTURES; BIOMOLECULAR SURFACE; CONDENSED MATTER; EXPERIMENTAL REQUIREMENTS; SCANNING PROBE MICROSCOPY TECHNIQUES; SOLID-STATE SURFACE; SUBNANOMETER RESOLUTION;

SCANNING PROBE MICROSCOPY;

DNA; PROTEIN;

ARTICLE; ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHEMISTRY; HUMAN; LIPID BILAYER; METHODOLOGY; PROTEIN CONFORMATION; SCANNING PROBE MICROSCOPY; ULTRASTRUCTURE;

DNA; HUMANS; LIPID BILAYERS; MICROSCOPY, ATOMIC FORCE; MICROSCOPY, SCANNING PROBE; PROTEIN CONFORMATION; PROTEINS;

EID: 84885449773     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am4018048     Document Type: Article

References (77)

1. Binnig, G.; Rohrer, H.; Gerber, C.; Weibel, E. Appl. Phys. Lett. 1982, 40, 178-180
2. Berndt, R.; Gaisch, R.; Schneider, W. D.; Gimzewski, J. K.; Reihl, B.; Schlittler, R. R.; Tschudy, M. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process 1993, 57, 513-516
3. Bezanilla, M.; Drake, B.; Nudler, E.; Kashlev, M.; Hansma, P. K.; Hansma, H. G. Biophys. J. 1994, 67, 2454-2459
4. Bezanilla, M.; Manne, S.; Laney, D. E.; Lyubchenko, Y. L.; Hansma, H. G. Langmuir 1995, 11, 655-659
5. Gross, L.; Mohn, F.; Moll, N.; Liljeroth, P.; Meyer, G. Science 2009, 325, 1110-1114
6. Sugawara, Y.; Ohta, M.; Ueyama, H.; Morita, S. Science 1995, 270, 1646-1648
7. Trautman, J.; Macklin, J.; Brus, L.; Betzig, E. Nature 1994, 369, 40-42
8. Eigler, D.; Schweizer, E. Nature 1990, 344, 524-526
9. Engel, A.; Schoenenberger, C.-A.; Müller, D. J. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997, 7, 279-284
10. Hamers, R. J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13103-13120
11. Santos, S.; Stefancich, M.; Hernandez, H.; Chiesa, M.; Thomson, N. H. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 2807-2818
12. Giancarlo, L. C.; Flynn, G. W. Annu. Rev. Phys. Chem. 1998, 49, 297-331
13. Zhang, I.; Chi, Q.; Jensen, P. S.; Ulstrup, J. In Bioelectrochemistry: Fundamentals, Applications and Recent Developments; Alkire, R. C.; Kolb, D. M.; Lipkowski, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2011; pp 85-142.
14. Geng, Y.; Lee, J. H.; Schlom, D. G.; Freeland, J. W.; Wu, W. Phys. Rev. B 2013, 87, 121109
15. Lisunova, Y.; Heidler, J.; Levkivskyi, I.; Gaponenko, I.; Weber, a.; Caillier, C.; Heyderman, L. J.; Kläui, M.; Paruch, P. Nanotechnology 2013, 24, 105705
16. Nguyen, T.-H.; Lee, S.-M.; Na, K.; Yang, S.; Kim, J.; Yoon, E.-S. Nanotechnology 2010, 21, 75101
17. Sikora, A. E.; Smith, J. R.; Campbell, S. A.; Firman, K. Soft Matter 2012, 8, 6358
18. Thyparambil, A. A.; Wei, Y.; Latour, R. A. Langmuir 2012, 28, 5687-5694
19. Brown, K. A.; Satzinger, K. J.; Westervelt, R. M. Nanotechnology 2012, 23, 115703
20. Mohn, F.; Schuler, B.; Gross, L.; Meyer, G. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 073109
21. Eastman, D. E. J. Vac. Sci. Technol. 1980, 17, 492-500
22. Binnig, G.; Rohrer, H.; Gerber, C.; Weibel, E. Phys. Rev. Lett. 1983, 50, 120-123
23. Della Pia, E. A.; Chi, Q.; Macdonald, J. E.; Ulstrup, J.; Jones, D. D.; Elliott, M. Nanoscale 2012, 4, 7106-7113
24. Pieta, P.; Mirza, J.; Lipkowski, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 21223-21227
25. Rothemund, P. W. K.; Papadakis, N.; Winfree, E. PLoS Biol. 2004, 2, 2041-2053
26. Yuan, J.; Hao, C.; Chen, M.; Berini, P.; Zou, S. Langmuir 2013, 29, 221-227
27. Herrmann, M.; Neuberth, N.; Wissler, J.; Pérez, J.; Gradl, D.; Naber, A. Nano Lett. 2009, 9, 3330-3336
28. El Kirat, K.; Burton, I.; Dupres, V.; Dufrene, Y. F. J. Microsc. 2005, 218, 199-207
29. Lyubchenko, Y. L. Micron 2011, 42, 196-206
30. McConnell, H. M.; Watts, T. H.; Weis, R. M.; Brian, A. A. Biochim. Biophys. Acta 1986, 864, 95-106
31. Muller, D. J.; Amrein, M.; Engel, A. J. Struct. Biol. 1997, 119, 172-188
32. Pastré, D.; Piétrement, O.; Fusil, S.; Landousy, F.; Jeusset, J.; David, M.-O.; Hamon, L.; Le Cam, E.; Zozime, A. Biophys. J. 2003, 85, 2507-2518
33. Sasou, M.; Sugiyama, S.; Yoshino, T.; Ohtani, T. Langmuir 2003, 9845-9849
34. Ido, S.; Kimura, K.; Oyabu, N.; Kobayashi, K.; Tsukada, M.; Matsushige, K.; Yamada, H. ACS Nano 2013, 7, 1817-1822
35. Watson, J. D.; Crick, F. H. C. Nature 1953, 171, 737-738
36. Winfree, E.; Liu, F.; Wenzler, L. A.; Seeman, N. C. Nature 1998, 394, 539-544
37. Rothemund, P. W. K. Nature 2006, 440, 297-302
38. Han, D.; Pal, S.; Nangreave, J.; Deng, Z.; Liu, Y.; Yan, H. Science 2011, 332, 342-346
39. Yang, Y.; Zhao, Z.; Zhang, F.; Nangreave, J.; Liu, Y.; Yan, H. Nano Lett. 2013, 13, 1862-1866
40. Kershner, R. J.; Bozano, L. D.; Micheel, C. M.; Hung, A. M.; Fornof, A. R.; Cha, J. N.; Rettner, C. T.; Bersani, M.; Frommer, J.; Rothemund, P. W. K.; Wallraff, G. M. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 557-561
41. Josephs, E. A.; Ye, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10021-10030
42. Gallardo, I. F.; Webb, L. J. Langmuir 2010, 26, 18959-18966
43. Raigoza, A. F.; Webb, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19354-19357
44. Della Pia, E. A.; Macdonald, J. E.; Elliott, M.; Jones, D. D. Small 2012, 8, 2341-2344
45. Yagati, A. K.; Lee, T.; Min, J.; Choi, J.-W. Bioelectrochemistry 2012, 83, 8-14
46. Gong, J.-R.; Yan, H.-J.; Yuan, Q.-H.; Xu, L.-P.; Bo, Z.-S.; Wan, L.-J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12384-12385
47. Liu, L.; Zhang, L.; Mao, X.; Niu, L.; Yang, Y.; Wang, C. Nano Lett. 2009, 9, 4066-4072
48. Tokumasu, F.; Hwang, J.; Dvorak, J. A. Langmuir 2004, 20, 614-618
49. Shapir, E.; Sagiv, L.; Borovok, N.; Molotski, T.; Kotlyar, A. B.; Porath, D. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9267-9269
50. Shapir, E.; Yi, J.; Cohen, H.; Kotlyar, A. B.; Cuniberti, G.; Porath, D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 14270-14274
51. Alliata, D.; Andolfi, L.; Cannistraro, S. Ultramicroscopy 2004, 101, 231-240
52. Matsunaga, S.; Matsunaga, T.; Iwamoto, K.; Yamada, T.; Shibayama, M.; Kawai, M.; Kobayashi, T. Langmuir 2009, 25, 8200-8207
53. Reviakine, I.; Brisson, A. Langmuir 2000, 16, 1806-1815
54. Richter, R. P.; Brisson, A. R. Biophys. J. 2005, 88, 3422-3433
55. Silin, V. I.; Wieder, H.; Woodward, J. T.; Valincius, G.; Offenhausser, A.; Plant, A. L. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14676-14683
56. Rinia, H. A.; Kik, R. A.; Demel, R. A.; Snel, M. M.; Killian, J. A.; van Der Eerden, J. P.; de Kruijff, B. Biochemistry 2000, 39, 5852-5858
57. Deng, Z.; Thontasen, N.; Malinowski, N.; Rinke, G.; Harnau, L.; Rauschenbach, S.; Kern, K. Nano Lett. 2012, 12, 2452-2458
58. Sek, S.; Laredo, T.; Dutcher, J. R.; Lipkowski, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6439-6444
59. Herrero-Galán, E.; Fuentes-Perez, M. E.; Carrasco, C.; Valpuesta, J. M.; Carrascosa, J. L.; Moreno-Herrero, F.; Arias-Gonzalez, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 122-131
60. Yang, C.-W.; Hwang, I.-S.; Chen, Y. F.; Chang, C. S.; Tsai, D. P. Nanotechnology 2007, 18, 1-8
61. Cerreta, A.; Vobornik, D.; Di Santo, G.; Tobenas, S.; Alonso-Sarduy, L.; Adamcik, J.; Dietler, G. J. Mol. Recognit. 2012, 25, 486-493
62. Leung, C.; Bestembayeva, A.; Thorogate, R.; Stinson, J.; Pyne, A.; Marcovich, C.; Yang, J.; Drechsler, U.; Despont, M.; Jankowski, T.; Tschöpe, M.; Hoogenboom, B. W. Nano Lett. 2012, 12, 3846-3850
63. Kim, J. M.; Ohtani, T.; Park, J. Y.; Chang, S. M.; Muramatsu, H. Ultramicroscopy 2002, 91, 139-149
64. Chen, J.; Pei, Y.; Chen, Z.; Cai, J. Micron 2010, 41, 198-202
65. Bowers, C. M.; Carlson, D. A.; Shestopalov, A. A.; Clark, R. L.; Toone, E. J. Biopolymers 2012, 97, 761-765
66. Drew, M. E.; Konicek, A. R.; Jaroenapibal, P.; Carpick, R. W.; Yamakoshi, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 12682-12688
67. Jauvert, E.; Dague, E.; Séverac, M.; Ressier, L.; Caminade, A.-M.; Majoral, J.-P.; Trévisiol, E. Sens. Actuators, B 2012, 168, 436-441
68. Okada, T.; Yamamoto, Y.; Sano, M.; Muramatsu, H. Ultramicroscopy 2009, 109, 1299-1303
69. Wang, B.; Guo, C.; Zhang, M.; Park, B.; Xu, B. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 5316-5322
70. Schenk, M.; Füting, M.; Reichelt, R. J. Appl. Phys. 1998, 84, 4880-4884
71. Kanno, T.; Tanaka, H.; Nakamura, T.; Tabata, H.; Kawai, T. Jpn. J. Appl. Phys. 2000, 39, 581-582
72. Nishimura, M.; Tanaka, H.; Kawai, T. Jpn. J. Appl. Phys. 2002, 41, 7510-7511
73. Nojima, Y.; Tanaka, H.; Yoshida, Y.; Kawai, T. Jpn. J. Appl. Phys. 2004, 43, 5526-5527
74. Koopman, M.; Cambi, A.; de Bakker, B. I.; Joosten, B.; Figdor, C. G.; van Hulst, N. F.; Garcia-Parajo, M. F. FEBS Lett. 2004, 573, 6-10
75. Butt, H.-J. Biophys. J. 1992, 63, 578-582
76. Müller, D. J.; Engel, A. Biophys. J. 1997, 73, 1633-1644
77. North, S. H.; Lock, E. H.; King, T. R.; Franek, J. B.; Walton, S. G.; Taitt, C. R. Anal. Chem. 2010, 82, 406-412