Counting the number of magnesium ions bound to the surface-immobilized thymine oligonucleotides that comprise spherical nucleic acids

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 46, 2013, Pages 17339-17348

  Walter, Stephanie R ^a,b   Young, Kaylie L ^a,b   Holland, Joseph G ^a,b   Gieseck, Richard L ^a,b   Mirkin, Chad A ^a,b   Geiger, Franz M ^a,b  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DNA HYBRIDIZATION; DNA-DNA INTERACTION; GOLD NANOPARTICLES; LENGTH CONTRACTION; METAL-DNA INTERACTION; NEGATIVELY CHARGED; SPHERICAL NUCLEIC ACIDS; VIBRATIONAL SUM-FREQUENCY GENERATIONS;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; DNA; METAL IONS; NONLINEAR OPTICS; OLIGONUCLEOTIDES;

DNA SEQUENCES;

GOLD NANOPARTICLE; MAGNESIUM ION; NUCLEIC ACID; OLIGONUCLEOTIDE; SINGLE STRANDED DNA; THYMINE;

ADSORPTION; ARTICLE; ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHEMICAL STRUCTURE; CONJUGATE; DNA BINDING; DNA HYBRIDIZATION; DNA STRAND; DNA SYNTHESIS; HYBRIDIZATION; LIGHT SCATTERING; MOLECULAR INTERACTION; PH; POLARIZATION; ROOM TEMPERATURE; SURFACE CHARGE;

DNA; IONS; MAGNESIUM; MOLECULAR STRUCTURE; OLIGONUCLEOTIDES; SURFACE PROPERTIES; THYMINE;

EID: 84888365502     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja406551k     Document Type: Article

References (97)

1. Fodor, S. P. A. Science 1997, 277, 393
2. Chee, M.; Yang, R.; Hubbell, E.; Berno, A.; Huang, X. C.; Stern, D.; Winkler, J.; Lockhart, D. J.; Morris, M. S.; Fodor, S. P. A. Science 1996, 274, 610
3. Stoughton, R. B. Annu. Rev. Biochem. 2005, 74, 53
4. Lockhart, D. J.; Winzeler, E. A. Nature 2000, 405, 827
5. Shuber, A. P.; Michalowsky, L. A.; Scott Nass, G.; Skoletsky, J.; Hire, L. M.; Kotsopoulos, S. K.; Phipps, M. F.; Barberio, D. M.; Klinger, K. W. Hum. Mol. Genet. 1997, 6, 337
6. Tam, J. M.; Song, L.; Walt, D. R. Biosens. Bioelectron. 2009, 24, 2488
7. Heller, M. J. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2002, 4, 129
8. Hornes, E.; Korsnes, L. Gene Anal. Tech. 1990, 7, 145
9. Jacobsen, N.; Nielsen, P. S.; Jeffares, D. C.; Eriksen, J.; Ohlsson, H.; Arctander, P.; Kauppinen, S. Nucleic Acids Res. 2004, 32 e64
10. Seferos, D. S.; Giljohann, D. A.; Hill, H. D.; Prigodich, A. E.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15477
11. Rosi, N. L.; Giljohann, D. A.; Thaxton, C. S.; Lytton-Jean, A. K. R.; Han, M. S.; Mirkin, C. A. Science 2006, 312, 1027
12. Bielinska, A.; KukowskaLatallo, J. F.; Johnson, J.; Tomalia, D. A.; Baker, J. R. Nucleic Acids Res. 1996, 24, 2176
13. Liu, W.; Zhong, H.; Wang, R.; Seeman, N. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 264
14. Seeman, N. C. Nature 2003, 421, 427
15. Park, S. Y.; Lytton-Jean, A. K. R.; Lee, B.; Weigand, S.; Schatz, G. C.; Mirkin, C. A. Nature 2008, 451, 553
16. Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Mucic, R. C.; Storhoff, J. J. Nature 1996, 382, 607
17. Alivisatos, A. P.; Johnson, K. P. Nature 1996, 382, 609
18. Macfarlane, R. J.; Jones, M. R.; Senesi, A. J.; Young, K. L.; Lee, B.; Wu, J.; Mirkin, C. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4589
19. Macfarlane, R. J.; Lee, B.; Jones, M. R.; Harris, N.; Schatz, G. C.; Mirkin, C. A. Science 2011, 334, 204
20. Wolf, F. I.; Cittadini, A. Mol. Aspects Med. 2003, 24, 3
21. Henegariu, O.; Heerema, N. A.; Dlouhy, S. R.; Vance, G. H.; Vogt, P. H. BioTechniques 1997, 23, 504
22. Ignatov, K. B.; Miroshnikov, A. I.; Kramarov, V. M. Russ. J. Bioorg. Chem. 2003, 29, 368
23. von Ahsen, N.; Wittwer, C. T.; Schütz, E. Clin. Chem. 2001, 47, 1956
24. Zubay, G. Biochim. Biophys. Acta 1959, 32, 233
25. Chiu, T. K.; Dickerson, R. E. J. Mol. Biol. 2000, 301, 915
26. Hackl, E. V.; Kornilova, S. V.; Kapinos, L. E.; Andrushchenko, V. V.; Galkin, V. L.; Grigoriev, D. N.; Blagoi, Y. P. J. Mol. Struct. 1997, 408-409, 229
27. Duguid, J.; Bloomfield, V. A.; Benevides, J.; Thomas, G. J., Jr. Biophys. J. 1993, 65, 1916
28. Anastassopoulou, J.; Theophanides, T. Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2002, 42, 79
29. Holland, J. G.; Malin, J. N.; Jordan, D. S.; Morales, E.; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2567
30. Misra, V. K.; Draper, D. E. Biopolymers 1998, 48, 113
31. Ott, G. S.; Ziegler, R.; Bauer, W. R. Biochemistry 1975, 14, 3431
32. Owczarzy, R.; Moreira, B. G.; You, Y.; Behlke, M. A.; Walder, J. A. Biochemistry 2008, 47, 5336
33. Record, M. T. Biopolymers 1975, 14, 2137
34. Blagoi, Y. P.; Sorokin, V. A.; Valeyev, V. A.; Khomenko, S. A.; Gladchenko, G. O. Biopolymers 1978, 17, 1103
35. Eichhorn, G. L.; Shin, Y. A. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 7323
36. Williams, A. P.; Longfellow, C. E.; Freier, S. M.; Kierzek, R.; Turner, D. H. Biochemistry 1989, 28, 4283
37. Cutler, J. I.; Auyeung, E.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1376
38. Seferos, D. S.; Prigodich, A. E.; Giljohann, D. A.; Patel, P. C.; Mirkin, C. A. Nano Lett. 2008, 9, 308
39. Voet, D.; Voet, J. G. Biochemistry, 3 rd ed.; Wiley Text Books: New York, NY, 2004.
40. Asanuma, H.; Noguchi, H.; Uosaki, K.; Yu, H.-Z. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8016
41. Howell, C.; Schmidt, R.; Kurz, V.; Koelsch, P. Biointerphases 2008, 3, FC47
42. Walter, S. R.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 9
43. Stokes, G. Y.; Gibbs-Davis, J. M.; Boman, F. C.; Stepp, B. R.; Condie, A. G.; Nguyen, S. T.; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7492
44. Boman, F. C.; Gibbs-Davis, J. M.; Heckman, L. M.; Stepp, B. R.; Nguyen, S. T.; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 844
45. Boman, F. C.; Musorrafiti, M. J.; Gibbs, J. M.; Stepp, B. R.; Salazar, A. M.; Nguyen, S. B. T.; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15368
46. Casero, E.; Darder, M.; Díaz, D. J.; Pariente, F.; Martín-Gago, J. A.; Abruña, H.; Lorenzo, E. Langmuir 2003, 19, 6230
47. Costa, L. T.; Kerkmann, M.; Hartmann, G.; Endres, S.; Bisch, P. M.; Heckl, W. M.; Thalhammer, S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004, 313, 1065
48. Humeník, D.; Chorvát, D., Jr.; Novotný, I.; Tvarožek, V.; Oretskaya, T. S.; Hianik, T. Med. Eng. Phys. 2006, 28, 956
49. Longo, G.; Girasole, M.; Pompeo, G.; Cricenti, A.; Andreano, G.; Cattaruzza, F.; Cellai, L.; Flamini, A.; Guarino, C.; Prosperi, T. Biomol. Eng. 2007, 24, 53
50. Wu, N.; Zhou, X.; Czajkowsky, D. M.; Ye, M.; Zeng, D.; Fu, Y.; Fan, C.; Hu, J.; Li, B. Nanoscale 2011, 3, 2481
51. Hansma, H. G.; Laney, D. E.; Bezanilla, M.; Sinsheimer, R. L.; Hansma, P. K. Biophys. J. 1995, 68, 1672
52. Putman, C. A. J.; Van der Werf, K. O.; De Grooth, B. G.; Van Hulst, N. F.; Greve, J. Appl. Phys. Lett. 1994, 64, 2454
53. Shlyakhtenko, L. S.; Gall, A. A.; Weimer, J. J.; Hawn, D. D.; Lyubchenko, Y. L. Biophys. J. 1999, 77, 568
54. Holland, J. G.; Jordan, D. S.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 8338
55. Hill, H. D.; Mirkin, C. A. Nat. Protoc. 2006, 1, 324
56. Hurst, S. J.; Lytton-Jean, A. K. R.; Mirkin, C. A. Anal. Chem. 2006, 78, 8313
57. Hayes, P. L.; Chen, E. H.; Achtyl, J. L.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4269
58. Stokes, G. Y.; Buchbinder, A. M.; Gibbs-Davis, J. M.; Scheidt, K. A.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 11688
59. Stokes, G. Y.; Buchbinder, A. M.; Gibbs-Davis, J. M.; Scheidt, K. A.; Geiger, F. M. Vib. Spectrosc. 2009, 50, 86
60. Esenturk, O.; Walker, R. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10631
61. Lü, R.; Gan, W.; Wang, H. Chin. Sci. Bull. 2003, 48, 2183
62. Ding, F.; Zhong, Q.; Brindza, M. R.; Fourkas, J. T.; Walker, R. A. Opt. Express 2009, 17, 14665
63. Buchbinder, A. M.; Weitz, E.; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14661
64. Esenturk, O.; Walker, R. A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 174701
65. Buchbinder, A. M.; Weitz, E.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. C 2009, 114, 554
66. Hayes, P. L.; Malin, J. N.; Konek, C. T.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 660
67. Malin, J. N.; Hayes, P. L.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2041
68. Hayes, P. L.; Gibbs-Davis, J. M.; Musorrafiti, M. J.; Mifflin, A. L.; Scheidt, K. A.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8796
69. Mifflin, A. L.; Musorrafiti, M. J.; Konek, C. T.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 24386
70. Hayes, P. L.; Malin, J. N.; Jordan, D. S.; Geiger, F. M. Chem. Phys. Lett. 2010, 499, 183
71. Malin, J. N.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 1797
72. Malin, J. N.; Holland, J. G.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 17795
73. Al-Abadleh, H. A.; Voges, A. B.; Bertin, P. A.; Nguyen; Geiger, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11126
74. Holland, J. G.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 6302
75. Eisenthal, K. B. Chem. Rev. 1996, 96, 1343
76. Xiao, X.-D.; Vogel, V.; Shen, Y. R. Chem. Phys. Lett. 1989, 163, 555
77. Zhao, X.; Subrahmanyan, S.; Eisenthal, K. B. Chem. Phys. Lett. 1990, 171, 558
78. Jordan, D. S.; Malin, J. N.; Geiger, F. M. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 5862
79. Jena, K. C.; Covert, P. A.; Hore, D. K. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1056
80. Stumm, W.; Morgan, J. J. Aquatic Chemistry, 3 rd ed.; John Wiley & Sons, Inc.: New York, 1996.
81. Casillas-Ituarte, N. N.; Chen, X. K.; Castada, H.; Allen, H. C. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 9485
82. Chen, X.; Clarke, M. L.; Wang, J. I. E.; Chen, Z. Int. J. Mod. Phys. B 2005, 19, 691
83. Guyot-Sionnest, P.; Hunt, J. H.; Shen, Y. R. Phys. Rev. Lett. 1987, 59, 1597
84. Mani, A. A.; Schultz, Z. D.; Champagne, B.; Humbert, C.; Dreesen, L.; Gewirth, A. A.; White, J. O.; Thiry, P. A.; Peremans, A.; Caudano, Y. Appl. Surf. Sci. 2004, 237, 444
85. Shen, Y. R.; Ostroverkhov, V. Chem. Rev. 2006, 106, 1140
86. Sovago, M.; Vartiainen, E.; Bonn, M. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 6100
87. Wang, H.-F.; Gan, W.; Lu, R.; Rao, Y.; Wu, B.-H. Int. Rev. Phys. Chem. 2005, 24, 191
88. Zhuang, X.; Miranda, P. B.; Kim, D.; Shen, Y. R. Phys. Rev. B 1999, 59, 12632
89. Bordenyuk, A. N.; Weeraman, C.; Yatawara, A.; Jayathilake, H. D.; Stiopkin, I.; Liu, Y.; Benderskii, A. V. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8925
90. Hayes, P. L.; Keeley, A. R.; Geiger, F. M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 4495
91. Vidal, F.; Tadjeddine, A. Rep. Prog. Phys. 2005, 68, 1095
92. Wang, J.; Paszti, Z.; Clarke, M. L.; Chen, X.; Chen, Z. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6088
93. Watry, M. R.; Brown, M. G.; Richmond, G. L. Appl. Spectrosc. 2001, 55, 321A
94. Gan, W.; Wu, D.; Zhang, Z.; Feng, R. R.; Wang, H. F. J. Chem. Phys. 2006, 124, 114705
95. Lu, R.; Gan, W.; Wu, B.-h.; Chen, H.; Wang, H.-f. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7297
96. Korolev, N.; Allahverdi, A.; Yang, Y.; Fan, Y.; Lyubartsev, A. P.; Nordenskiöld, L. Biophys. J. 2010, 99, 1896
97. Špringer, T.; Šípová, H.; Vaisocherová, H.; Štěpánek, J.; Homola, J. Nucleic Acids Res. 2010, 38, 7343