Challenges of biomolecular detection at the nanoscale: Nanopores and microelectrodes

Analytical Chemistry

Volumn 87, Issue 11, 2015, Pages 5470-5475

  Mathwig, Klaus ^a   Albrecht, Tim ^b   Goluch, Edgar D ^c   Rassaei, Liza ^d  

^a UNIVERSITY OF GRONINGEN   (Netherlands)

^b IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

^c Northeastern University   (United States)

^d DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANALYTIC EQUIPMENT; ELECTRODES; MICROELECTRODES; NANOPORES;

AMPEROMETRIC; BIOLOGICAL COMPONENTS; BIOMOLECULAR DETECTIONS; BIOSENSING; MICROELECTRODE DEVICES; NANO SCALE; SENSING PRINCIPLE; SINGLE MOLECULE LEVEL;

NANOTECHNOLOGY;

DNA; PROTEIN;

DEVICES; GENETIC PROCEDURES; MICROELECTRODE; NANOPORE; PROCEDURES;

BIOSENSING TECHNIQUES; DNA; MICROELECTRODES; NANOPORES; PROTEINS;

EID: 84930625920     PISSN: 00032700     EISSN: 15206882     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.analchem.5b01167     Document Type: Review

References (63)

1. Rotman, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1961, 47, 1981
2. Choi, Y.; Olsen, T. J.; Sims, P. C.; Moody, I. S.; Corso, B. L.; Dang, M. N.; Weiss, G. A.; Collins, P. G. Nano Lett. 2013, 13, 625-631
3. Besteman, K.; Lee, J.-O.; Wiertz, F. G.; Heering, H. A.; Dekker, C. Nano Lett. 2003, 3, 727-730
4. Sorgenfrei, S.; Chiu, C.-y.; Gonzalez, R. L., Jr; Yu, Y.-J.; Kim, P.; Nuckolls, C.; Shepard, K. L. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 126-132
5. Taleat, Z.; Mathwig, K.; Sudhölter, E. J.; Rassaei, L. TrAC, Trends Anal. Chem. 2015, 66, 80-89
6. Kelley, S. O.; Mirkin, C. A.; Walt, D. R.; Ismagilov, R. F.; Toner, M.; Sargent, E. H. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 969-980
7. Turner, A. P. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 3184-3196
8. Rassaei, L.; Olthuis, W.; Tsujimura, S.; Sudhölter, E. J.; van den Berg, A. Anal. Bioanal. Chem. 2014, 406, 123-137
9. Howorka, S.; Siwy, Z. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2360-2384
10. Ying, Y.-L.; Cao, C.; Long, Y.-T. Analyst 2014, 139, 3826-3835
11. Garaj, S.; Hubbard, W.; Reina, A.; Kong, J.; Branton, D.; Golovchenko, J. Nature 2010, 467, 190-193
12. Liu, K.; Feng, J.; Kis, A.; Radenovic, A. ACS Nano 2014, 8, 2504-2511
13. Venkatesan, B. M.; Bashir, R. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 615-624
14. Bell, N. A.; Keyser, U. F. FEBS Lett. 2014, 588, 3564-3570
15. Hall, A. R.; Scott, A.; Rotem, D.; Mehta, K. K.; Bayley, H.; Dekker, C. Nat. Nanotechnol. 2010, 5 (12) 874-877
16. Chansin, G. A.; Mulero, R.; Hong, J.; Kim, M. J.; Demello, A. J.; Edel, J. B. Nano Lett. 2007, 7, 2901-2906
17. Ivanov, A. P.; Instuli, E.; McGilvery, C. M.; Baldwin, G.; McComb, D. W.; Albrecht, T.; Edel, J. B. Nano Lett. 2010, 11, 279-285
18. Cecchini, M. P.; Wiener, A.; Turek, V. A.; Chon, H.; Lee, S.; Ivanov, A. P.; McComb, D. W.; Choo, J.; Albrecht, T.; Maier, S. A.; Edel, J. B. Nano Lett. 2013, 13, 4602-4609
19. Firnkes, M.; Pedone, D.; Knezevic, J.; Döblinger, M.; Rant, U. Nano Lett. 2010, 10, 2162-2167
20. Mikheyev, A. S.; Tin, M. M. Mol. Ecol. Resour. 2014, 14, 1097-1102
21. Manrao, E. A.; Derrington, I. M.; Laszlo, A. H.; Langford, K. W.; Hopper, M. K.; Gillgren, N.; Pavlenok, M.; Niederweis, M.; Gundlach, J. H. Nat. Biotechnol. 2012, 30, 349-353
22. Hayden, E. C. Pint-sized DNA sequencer impresses first users. Portable device offers on-the-spot data to fight disease, catalogue species and more Nature 2015, 521, 15-16
23. Wei, R.; Gatterdam, V.; Wieneke, R.; Tampé, R.; Rant, U. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 257-263
24. Japrung, D.; Dogan, J.; Freedman, K. J.; Nadzeyka, A.; Bauerdick, S.; Albrecht, T.; Kim, M. J.; Jemth, P.; Edel, J. B. Anal. Chem. 2013, 85, 2449-2456
25. Carson, S.; Wanunu, M. Nanotechnology 2015, 26, 074004
26. Steinbock, L.; Radenovic, A. Nanotechnology 2015, 26, 074003
27. Lan, W.-J.; Kubeil, C.; Xiong, J.-W.; Bund, A.; White, H. S. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 2726-2734
28. Edel, J. B.; Albrecht, T. Engineered Nanopores for Bioanalytical Applications; William Andrew: Norwich, NY, 2013.
29. Wanunu, M.; Dadosh, T.; Ray, V.; Jin, J.; McReynolds, L.; Drndić, M. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 807-814
30. Ayub, M.; Ivanov, A.; Instuli, E.; Cecchini, M.; Chansin, G.; McGilvery, C.; Hong, J.; Baldwin, G.; McComb, D.; Edel, J. B.; Albrecht, T. Electrochim. Acta 2010, 55, 8237-8243
31. Rutkowska, A.; Freedman, K. J.; Skalkowska, J.; Kim, M.; Edel, J. B.; Albrecht, T. Anal. Chem. 2015, 87, 2337-2344
32. Rosenstein, J. K.; Wanunu, M.; Merchant, C. A.; Drndic, M.; Shepard, K. L. Nat. Methods 2012, 9, 487-492
33. Venta, K.; Shemer, G.; Puster, M.; Rodriguez-Manzo, J. A.; Balan, A.; Rosenstein, J. K.; Shepard, K.; Drndic, M. ACS Nano 2013, 7, 4629-4636
34. Balan, A.; Machielse, B.; Niedzwiecki, D.; Lin, J.; Ong, P.; Engelke, R.; Shepard, K. L.; Drndić, M. Nano Lett. 2014, 14, 7215-7220
35. Lee, M.-H.; Kumar, A.; Park, K.-B.; Cho, S.-Y.; Kim, H.-M.; Lim, M.-C.; Kim, Y.-R.; Kim, K.-B. Sci. Rep. 2014, 4, 7448
36. Kowalczyk, S. W.; Wells, D. B.; Aksimentiev, A.; Dekker, C. Nano Lett. 2012, 12, 1038-1044
37. Singer, A.; Wanunu, M.; Morrison, W.; Kuhn, H.; Frank-Kamenetskii, M.; Meller, A. Nano Lett. 2010, 10, 738-742
38. Plesa, C.; van Loo, N.; Ketterer, P.; Dietz, H.; Dekker, C. Nano Lett. 2015, 15, 732-737
39. Spiering, A.; Getfert, S.; Sischka, A.; Reimann, P.; Anselmetti, D. Nano Lett. 2011, 11, 2978-2982
40. Japrung, D.; Bahrami, A.; Nadzeyka, A.; Peto, L.; Bauerdick, S.; Edel, J. B.; Albrecht, T. J. Phys. Chem. B 2014, 118, 11605-11612
41. Kumar, S.; Tao, C.; Chien, M.; Hellner, B.; Balijepalli, A.; Robertson, J. W. F.; Li, Z.; Russo, J. J.; Reiner, J. E.; Kasianowicz, J. J.; Ju, J. Sci. Rep. 2012, 2, 684
42. Yusko, E. C.; Johnson, J. M.; Majd, S.; Prangkio, P.; Rollings, R. C.; Li, J.; Yang, J.; Mayer, M. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 253-260
43. Bell, N. A.; Engst, C. R.; Ablay, M.; Divitini, G.; Ducati, C.; Liedl, T.; Keyser, U. F. Nano Lett. 2011, 12, 512-517
44. Hoeben, F. J.; Heller, I.; Albracht, S. P.; Dekker, C.; Lemay, S. G.; Heering, H. A. Langmuir 2008, 24, 5925-5931
45. Rassaei, L.; Mathwig, K.; Kang, S.; Heering, H. A.; Lemay, S. G. ACS Nano 2014, 8, 8278-8284
46. Fan, F.-R. F.; Bard, A. J. Science 1995, 267, 871-874
47. Fan, F.-R. F.; Kwak, J.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9669-9675
48. Bard, A. J.; Fan, F.-R. F. Acc. Chem. Res. 1996, 29, 572-578
49. Sun, P.; Mirkin, M. V. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8241-8250
50. Rassaei, L.; Singh, P. S.; Lemay, S. G. Anal. Chem. 2011, 83, 3974-3980
51. Mathwig, K.; Aartsma, T. J.; Canters, G. W.; Lemay, S. G. Annu. Rev. Anal. Chem. 2014, 7, 383-404
52. Zevenbergen, M. A. G.; Krapf, D.; Zuiddam, M. R.; Lemay, S. G. Nano Lett. 2007, 7, 384-388
53. Zevenbergen, M. A.; Singh, P. S.; Goluch, E. D.; Wolfrum, B. L.; Lemay, S. G. Nano Lett. 2011, 11, 2881-2886
54. Kang, S.; Nieuwenhuis, A. F.; Mathwig, K.; Mampallil, D.; Lemay, S. G. ACS Nano 2013, 7, 10931-10937
55. Rassaei, L.; Cui, J.; Goluch, E. D.; Lemay, S. G. Anal. Bioanal. Chem. 2012, 403, 1577-1584
56. Xiao, X.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9610-9612
57. Xiao, X.; Fan, F.-R. F.; Zhou, J.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16669-16677
58. Alligrant, T. M.; Nettleton, E. G.; Crooks, R. M. Lab Chip 2013, 13, 349-354
59. Singh, P. S.; Chan, H.-S. M.; Kang, S.; Lemay, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18289-18295
60. Mampallil, D.; Mathwig, K.; Kang, S.; Lemay, S. G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 636-640
61. Kätelhön, E.; Krause, K. J.; Mathwig, K.; Lemay, S. G.; Wolfrum, B. ACS Nano 2014, 8, 4924-4930
62. Murray, R. W. Chem. Rev. 2008, 108, 2688-2720
63. Ivanov, A. P.; Freedman, K. J.; Kim, M. J.; Albrecht, T.; Edel, J. B. ACS Nano 2014, 8, 1940-1948