Photoswitchable Nanoprobes for Biological Imaging Applications

Trace Analysis with Nanomaterials

Volumn , Issue , 2010, Pages 1-30

  Tian, Zhiyuan ^a   Wu, Wuwei ^a   Li, Alexander ^a  

^a WASHINGTON STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Bioimaging; Fluorescence imaging; Magnetization; Nanoprobes; Photoswitching; Super resolution

Indexed keywords

EID: 84886980691     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/9783527632015.ch1     Document Type: Chapter

References (117)

1. Novotny, L. and Hecht, B. (2006) Principles of Nano-Optics, Cambridge University Press, Cambridge.
2. Hell, S. W. (2007) Science, 316, 1153-1158.
3. Hell, S. W. and Wichmann, J. (1994) Opt. Lett., 19, 780-782.
4. Westphal, V. and Hell, S. W. (2005) Phys. Rev. Lett., 94, 143903(1)-143903(4).
5. Willig, K. I., Rizzoli, S. O., Westphal, V., Jahn, R., and Hell, S. W. (2006) Nature, 440, 935-939.
6. Westphal, V., Rizzoli, S. O., Lauterbach, M. A., Kamin, D., Jahn, R., and Hell, S. W. (2008) Science, 320, 246-249.
7. Hell, S. W. (2003) Nat. Biotechnol., 21, 1347-1355.
8. Hell, S. W., Dyba, M., and Jakobs, S. (2004) Curr. Opin. Neurobiol., 14, 599-609.
9. Hofmann, M., Eggeling, C., Jakobs, S., and Hell, S. W. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 102, 17565-17569.
10. Huang, B., Wang, W., Bates, M., and Zhuang, X. (2008) Science, 319, 810-813.
11. Rust, M. J., Bates, M., and Zhuang, X. (2006) Nat. Methods, 3, 793-795.
12. Bates, M., Huang, B., Dempsey, G. T., and Zhuang, X. (2007) Science, 317, 1749-1752.
13. Betzig, E., Patterson, G. H., Sougrat, R., Lindwasser, O. W., Olenych, S., Bonifacino, J. S., Davidson, M. W., Lippincott-Schwartz, J., and Hess, H. F. (2006) Science, 313, 1642-1645.
14. Hess, S. T., Girirajan, T. P. K., and Mason, M. D. (2006) Biophys. J., 91, 4258-4272.
15. Egner, A., Geisler, C., von Middendorff, C., Bock, H., Wenzel, D., Medda, R., Andresen, M., Stiel, A. C., Jakobs, S., Eggeling, C., SchNnle, A., and Hell, S. W. (2007) Biophys. J., 93, 3285-3290.
16. Flors, C., Hotta, J., Uji-i, H., Dedecker, P., Ando, R., Mizuno, H., Miyawaki, A., and Hofkens, J. (2007) J. Am. Chem. Soc., 129, 13970-13977.
17. Bock, H., Geisler, C., Wurm, C. A., von Middendorff, C., Jakobs, S., Schönle, A., Egner, A., Hell, S. W., and Eggeling, C. (2007) Appl. Phys. B., 88, 161-165.
18. Hu, D. H., Tian, Z. Y., Wu, W. W., Wan, W., and Li, A. D. Q. (2008) J. Am. Chem. Soc., 130, 15279-15281.
19. Sharonov, A. and Hochstrasser, R. M. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 103, 18911-18916.
20. Nechyporuk-Zloy, V., Staock, C., Schilers, H., Oberleithner, H., and Schwab, A. (2006) Am. J. Physiol. Cell Physiol., 291, C266-C269.
21. Wu, W. W. and Li, A. D. Q. (2007) Nanomedicine, 2, 523-531.
22. Yao, G., Wang, L., Wu, Y. R., Smith, J., Xu, J. S., Zhao, W. J., Lee, E., and Tan, W. (2006) Anal. Bioanal. Chem., 385, 518-524.
23. Tian, Z. Y., Shaller, A. D., and Li, A. D. Q. (2009) Chem. Commun., 2, 180-182.
24. Lim, S. J., An, B. K., Jung, S. D., Chung, M. A., and Park, S. Y. (2004) Angew. Chem. Int. Ed., 43, 6346-6350.
25. Zhu, L. Y., Zhu, M. Q., Hurst, J. K., and Li , A. D. Q. (2005) J. Am. Chem. Soc., 127, 8968-8970.
26. Medintz, I. L., Trammell, S. A., Mattoussi, H., and Mauro, J. M. (2004) J. Am. Chem. Soc., 126, 30-31.
27. Medintz, I. L., Clapp, A. R., Trammell, S. A., and Mattoussi, H. M. (2004) Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., 5593, 300-307.
28. Jares-Erijman, E. A., Giordano, L., Spagnuolo, C., Lidke, K. A., and Jovin, T. M. (2005) Mol. Cryst. Liq. Cryst., 430, 257-265.
29. Mikoski, S., Giordano, L., Etchelon, M. H., Menendez, G., Lidke, K. A., Hagen, G. M., Jovin, T. M., and Jares-Erijman, E. A. (2006) Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., 6096, 60960X-1-60960X-8.
30. Tomasulo , M., Yildiz , I., and Raymo , F. M. (2006) Aust. J. Chem., 59, 175-178.
31. Binder, W. H., Sachsenhofer, R., Straif, C. J., and Zirbs , R. (2007) J. Mater. Chem., 17, 2125-2132.
32. Zhu, M. Q., Zhu, L. Y., Han, J. J., Wu, W. W., Hurst, J. K., and Li, A. D. Q. (2006) J. Am. Chem. Soc., 128, 4303-4309.
33. Su, J., Chen, J., Zeng, F., Chen, Q., Wu, S., and Tong, Z. (2008) Polym. Bull., 61, 425-434.
34. Chen, J., Zeng, F., Wu, S., Chen, Q., and Tong, Z. (2008) Chem. Eur. J., 14, 4851-4860.
35. Furukawa, H., Misu, M., Ando, K., and Kawaguchi, H. (2008) Macromol. Rapid Commun., 29, 547-551.
36. Hu, Z., Zhang, Q., Xue, M., Sheng, Q., and Liu, Y. (2008) Opt. Mater., 30, 851-856.
37. Hu, Z. K., Zhang, Q., Xue, M. Z., Sheng, Q. R., and Liu, Y. G. (2008) J. Phys. Chem. Solids, 69, 206-210.
38. Zou, Y., Yi, T., Xiao, S. Z., Li, F. Y., Li, C. Y., Gao, X., Wu, J. C., Yu, M. X., and Huang, C. H. (2008) J. Am. Chem. Soc., 130, 15750-15751.
39. Fölling, J., Polyakova, S., Belov, V., Blaaderen, A., van, Bossi, M. L., and Hell, S. W. (2008) Small, 4, 134-142.
40. Zhu, L. Y., Wu, W. W., Zhu, M. Q., Han, J. J., Hurst, J. K., and Li, A. D. Q. (2007) J. Am. Chem. Soc., 129, 3524-3526.
41. Tian, Z. Y., Wu, W. W., Wan, W., and Li , A. D. Q. (2009) J. Am. Chem. Soc., 131, 4245-4252.
42. Einaga, Y., Sato, O., Iyoda, T., Fujishima, A., and Hashimoto, K. (1999) J. Am. Chem. Soc., 121, 3745-3750.
43. Mikami, R., Taguchi, M., Yamada, K., Suzuki, K., Sato, O., and Einaga, Y. (2004) Angew. Chem. Int. Ed., 43, 6135-6139.
44. Taguchi , M., Yamada , K., Suzuki , K., Sato , O., and Einaga , Y. (2005) Chem. Mater., 17, 4554-4559.
45. Taguchi, M., Yagi, I., Nakagawa, M., Iyoda, T., and Einaga, Y. (2006) J. Am. Chem. Soc., 128, 10978-10982.
46. Einaga, Y. (2006) Bull. Chem. Soc. Jpn., 79, 361-372.
47. Suda, M., Nakagawa, M., Iyoda, T., and Einaga, Y. (2007) J. Am. Chem. Soc., 129, 5538-5543.
48. Aldoshin, S. M. (2008) J. Photochem. Photobiol. A Chem., 200, 19-33.
49. Yeo, K. M., Gao, C. J., Ahn, K. H., and Lee, I. S. (2008) Chem. Commun., 38, 4622-4624.
50. Ikeda, M., Tanifuji, N., Yamaguchi, H., Irie, M., and Matsuda, K. (2007) Chem. Commun., 13, 1355-1357.
51. Sakano, T., Yamaguchi, H., Tanifuji, N., Irie, M., and Matsuda, K. (2008) Chem. Lett., 37, 634-635.
52. Matsuda, K., Yamaguchi, H., Sakado, T., Ikeda, M., Tanifuji, N., and Irie, M. (2008) J. Phys. Chem. C, 112, 1700517010.
53. van der Molen , S. J., Liao , J., Kudernac , T., Agustsson, J. S., Bernard, L., Calame, M., Wees, B. J., Feringa, B. L., and Schönenberger, C. (2009) Nano Lett., 9, 76-80.
54. Lim, H. S., Han, J. T., Kwak, D., Jin, M., and Cho , K. (2006) J. Am. Chem. Soc., 128, 14458-14459.
55. Alivisatos, A. P. (1996) Science, 217, 933-937.
56. Michalet , X., Pinaud , F., Lacoste , T. D., Dahan, M., Bruchez, M. P., Alivisatos, A. P., and Weiss, S. (2001) Single Mol., 2, 261-276.
57. Pinaud, F., Michalet, X., Bentolila, L. A., Tsay, J. M., Doose, S., Li, J. J., Iyer, G., and Weiss, S. (2006) Biomaterials, 27, 1679-1687.
58. Stryer, L. and Haugland, R. P. (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 58, 719-726.
59. Ha, T., Enderle, Th., Ogletree, D. F., Chemla, D. S., Selvin, P. R., and Weiss, S. (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 93, 6264-6268.
60. Ha, T., Zhuang, X. W., Kim, H. D., Orr, J. W., Williamson , J. R., and Chu , S. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 96, 9077-9082.
61. Giepmans, B. N. G., Adams, S. R., Ellisman, M. H., and Tsien, R. Y. (2006) Science., 312, 217-224.
62. Irie, M. (2000) Chem. Rev., 100, 1685-1716.
63. Kawata, S. and Kawatam, Y. (2000) Chem. Rev., 100, 1777-1788.
64. Tian, H. and Yang, S. J. (2004) Chem. Soc. Rev., 33, 85-97.
65. Irie, M., Kobatake, S., and Horichi, M. (2001) Science, 291, 1769-1772.
66. Irie, M., Fukaminato, T., Sasaki, T., Tamai , N., and Kawai , T. (2002) Nature, 420, 759-760.
67. Tsien, R. Y. (1998) Annu. Rev. Biochem., 67, 509-544.
68. Ando, R., Hama, H., Yamamoto-Hino, M., Mizuno, H., and Miyawaki, A. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 99, 12651-12656.
69. Patterson, G. H. and Lippincott-Schwartz, J. (2002) Science, 297, 1873-1877.
70. Lippincott-Schwartz, J. and Patterson, G. H. (2003) Science, 300, 87-91.
71. Miyawaki, A., Sawano, A., and Kogure, T. (2003) Nat. Cell Biol., 5 (Suppl.), S1-S7.
72. Lippincott-Schwartz, J., Altan-Bonnet, N., and Patterson, G. H. (2003) Nat. Cell Biol., 5 (Suppl.), S7-S14.
73. Ando, R., Mizuno, H., and Miyawaki, A. (2004) Science, 306, 1370-1373.
74. Shaner, N. C., Campbell, R. E., Steinbach, P. A., Giepmans, B. N., Palmer, A. E., and Tsien, R. Y. (2004) Nat. Biotechnol., 22, 1567-1572.
75. Wiedenmann, J., Lvanchenko, S., Oswald, F., Schmitt, F., Röcker, C., Salih, A., Spindler, K. D., and Nienhaus, U. (2004) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 101, 15905-15910.
76. Tsutsui, H., Karasawa, S., Shimizu, H., Nukina, N., and Miyawaki, A. (2005) EMBO Rep., 6, 233-238.
77. Chudakov, D. M., Lukyanov, S., and Lukyanov, K. A. (2005) Trends Biotechnol., 23, 605-613.
78. Nam, K. H., Kwon, O. Y., Sugiyama, K., Lee, W. H., Kim, Y. K., Song, H. K., Kim, E. E., Park, S. Y., Jeon, H., and Hwang, K. Y. (2007) Biochem. Biophys. Res. Commun., 354, 962967.
79. Kwon, O. Y., Kwon, I. C., Song, H. K., and Jeon, H. (2008) Biochim. Biophys. Acta, 1780, 1403-1407.
80. Biteen, J. S., Thompson, M. A., Tselentis, N. K., Bowman, G. R., Shapiro, L., and Moerner, W. E. (2008) Nat. Methods, 5, 947-949.
81. Andresen, M., Stiel, A. C., Fölling, J., Wenzel, D., Schönle, A., Egner, A., Eggeling, C., Hell, S. W., and Jakobs, S. (2008) Nat. Biotechnol., 26, 1035-1040.
82. Lukyanov, K. A., Fradkov, A. F., Gurskaya, N. G., Matz, M. V., Labas, Y. A., Savitsky, A. P., Markelov, M. L., Zaraisky, A. G., Zhao, X. N., Fang, Y., Tan, W. Y., and Lukyanov, S. A. (2000) J. Biol. Chem., 275, 25879-25882.
83. Hell, S. W., Jakobs, S., and Kastrup, L. (2003) Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 77, 859-860.
84. Sauer, M. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 102, 9433-9434.
85. Chudakov, D. M., Chepurnykh, T. V., Belousov, V. V., Lukyanov, S., and Lukyanov, K. A. (2006) Traffic, 7, 1304-1310.
86. Eggeling, C., Hilbert, M., Bock, H., Ringemann, C., Hofmann, M., Stiel, A. C., Andresen, M., Jakobs, S., Egner, A., Schonle, A., and Hell, S. W. (2007) Microsc. Res. Tech., 70, 1003-1009.
87. Dedecker, P., Hotta, J., Flors, C., Sliwa, M., Uji-i, H., Roeffaers, M. B., Ando, R., Mizuno, H., Miyawaki, A., and Hofkens, J. (2007) J. Am. Chem. Soc., 129, 16132-16141.
88. Stiel, A. C., Andersen, M., Bock, H., Hilbert, M., Schilde, J., Schönle, A., Eggeling, C., Egner, A., Hell, S. W., and Jakobs, S. (2008) Biophys. J., 95, 2989-2997.
89. Andersen, M., Wahl, M. C., Stiel, A. C., Gräter, F., Schäfer, L. V., Trowitzsch, S., Weber, G., Eggeling, C., Grubmüller, H., Hell, S. W., and Jakobs, S. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 102, 13070-13074.
90. Stiel , A. C., Trowitzsch , S., Weber , G., Andersen, M., Eggeling, C., Hell, S. W., Jakobs, S., and Wahl, M. C. (2007) Biochem. J., 402, 35-42.
91. Adersen, M., Stiel, A. C., Trowitzsch, S., Weber , G., Eggeling , C., Wahl , M. C., Hell, S. W., and Jakobs, S. (2007) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 104, 13005-13009.
92. Matz, M. V., Fradkov, A. F., Labas, Y. A., Savitsky, A. P., Zaraisky, A. G., Markelov, M. L., and Lukyanov, S. A. (1999) Nat. Biotechnol., 17, 969-973.
93. Wiedenmann, J., Elke, C., Spindler, K. D., and Funke, W. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 97, 14091-14096.
94. Wiedenmann, J., Schenk, A., Röcker, C., Girod, A., Spindler, K. D., and Nienhaus, G. U. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 99, 11646-11651.
95. Wiedenmann, J., Ivanchenko, S., Oswald, F., and Nienhaus, G. U. (2004) Mar. Biotechnol., 6, 270-277.
96. Shagin, D. A., Barsova, E. V., Yanush-evich, Y. G., Fradkov, A. F., Lukyanov, K. A., Labas, Y. A., Semenova, T. N., Ugalde, J. A., Meyers, A., Nunez, J. M., Widder, E. D., Lukyanov, S. A., and Matz, M. V. (2004) Mol. Biol. Evol., 21, 841-850.
97. Mizuno, H., Mal, T. K., Tong, K. I., Ando, R., Furuta, T., Ikura, M., and Miyawaki , A. (2003) Mol. Cell., 12, 1051-1058.
98. Lakowicz , J. R. (1983) Principles of Fluorescence Spectroscopy, Plenum Press, New York.
99. Fung, B. K. and Stryer, L. (1978) Biochemistry, 17, 5241-5248.
100. Heilemann, M., Dedecker, P., Hofkens, J., and Sauer, M. (2009) Laser Photon. Rev., 3, 180-202.
101. Yidiz, I., Deniz, E., and Raymo, F. (2009) Chem. Soc. Rev., 38, 1859-1867.
102. Tian, Z., Wu, W., and Li, A. -D. -Q. (2009) ChemPhysChem, 10, 1577-1591.
103. Fernández, M. and Ting, A. (2008) Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 9, 929-943.
104. van de Linde , S., Sauer , M., and Heilemann , M. (2008) J. Struct. Biol., 164, 250-254.
105. Artemov, D., Mori, N., Okollie, B., and Bhujwalla , A. M. (2003) Magn. Reson. Med., 49, 403-408.
106. Lee, J. H., Huh, Y. M., Jun, Y., Seo, J., Jang, J., Song, H. T., Kim, S., Cho, E. J., Yoon, H. G., Suh, J. S., and Cheon, J. (2007) Nat. Med., 13, 95-99.
107. Bulte, J. W. M., Douglas, T., Witwer, B., Zhang, S. C., Strable, E., Lewis, B. K., Zywicke, H., Miller, B., van Gelderen, P., Moskowitz, B. M., Duncan, I. D., and Frank, J. A. (2001) Nat. Biotechnol., 19, 1141-1147.
108. Arbab, A. S., Liu, W., and Frank, J. A. (2006) Exp. Rev. Med. Dev., 3, 427-439.
109. Seo, W. S., Lee, J. H., Sun, X., Suzuki, Y., Mann, D., Liu, Z., Terashima, M., Yang, P. C., McConnell, M. V., Nishimura , D. G., and Dai , H. (2006) Nat. Mater., 5, 971-976.
110. Nasongkla, N., Bey, E., Ren, J., Ai, H., Khemtong , C., Guthi , J. S., Chin , S. F., Sherry, A. D., Boothman, D. A., and Gao , J. (2006) Nano Lett., 6, 2427-2430.
111. Huh, Y. M., Lee, E. S., Lee, J. H., Jun, Y. W., Kim, P. H., Yun, C. O., Kim, J. H., Suh, J. S., and Cheon, J. (2007) Adv. Mater., 19, 3109-3112.
112. Choi, J., Kim, J. C., Lee, Y. B., Kim, I. S., Park, Y. K., and Hur, N. H. (2007) Chem. Commun., 16, 1644-1646.
113. Lee, J. H., Jun, Y. W., Yeon, S. I., Shin, J. S., and Cheon, J. (2006) Angew. Chem., Int. Ed., 45, 8160-8162.
114. Gao, J., Zhang, W., Huang, P., Zhang, B., and Xu, B. (2008) J. Am. Chem. Soc., 130, 3710-3711.
115. Insin, N., Tracy, J. B., Lee, H., Zimmer, J. P., Westervelt, R. M., and Bawendi, M. G. (2008) ACS Nano, 2, 197-202.
116. Selvan, S. T., Patra, P. K., Ang, C. Y., and Ying, J. Y. (2007) Angew. Chem., Int. Ed., 46, 2448-2452.
117. Kim, S., Pudavar, H. E., Bonoiu, A., and Prasad, P. N. (2007) Adv. Mater., 19, 3791-3795.