Electrochemical processes and mechanistic aspects of field-effect sensors for biomolecules

Journal of Materials Chemistry C

Volumn 3, Issue 25, 2015, Pages 6445-6470

  Huang, Weiguo ^a   Diallo, Abdou Karim ^a   Dailey, Jennifer L ^a   Besar, Kalpana ^a   Katz, Howard E ^a  

^a Johns Hopkins University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMOLECULES; DIELECTRIC MATERIALS; ELECTRIC FIELDS; INTERFACES (MATERIALS);

BIOMOLECULE INTERACTIONS; CHEMICAL INTERACTIONS; ELECTROCHEMICAL PROCESS; ELECTRONIC BIOSENSING; ELECTRONIC MATERIALS; FIELD EFFECT SENSORS; LOCAL ELECTRIC FIELD; POTENTIAL DIFFERENCE;

BIOSENSORS;

EID: 84935011378     PISSN: 20507534     EISSN: 20507526     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5tc00755k     Document Type: Review

References (161)

1. X. Luo J. J. Davis Chem. Soc. Rev. 2013 42 5944 5962
2. S. Mehrabani A. J. Maker A. M. Armani Sensors 2014 14 5890 5928
3. L. Torsi M. Magliulo K. Manoli G. Palazzo Chem. Soc. Rev. 2013 42 8612 8628
4. K. Chen B. Li Y. Chen Nano Today 2011 6 131 154
5. S. Cotrone D. Cafagna S. Cometa E. De Giglio M. Magliulo L. Torsi L. Sabbatini Anal. Bioanal. Chem. 2012 402 1799 1811
6. P. Hu J. Zhang L. Li Z. Wang W. O'Neill P. Estrela Sensors 2010 10 5133 5159
7. R. K. Joshi J. J. Schneider Chem. Soc. Rev. 2012 41 5285 5312
8. L. Kergoat L. Herlogsson D. Braga B. Piro M.-C. Pham X. Crispin M. Berggren G. Horowitz Adv. Mater. 2010 22 2565 2569
9. P. Lin F. Yan Adv. Mater. 2012 24 34 51
10. T. Sarkar Y. Gao A. Mulchandani Appl. Biochem. Biotechnol. 2013 170 1011 1025
11. G.-J. Zhang Y. Ning Anal. Chim. Acta 2012 749 1 15
12. Y. Zhou C.-W. Chiu H. Liang Sensors 2012 12 15036 15062
13. J. Sun B. Zhang H. E. Katz Adv. Funct. Mater. 2011 21 29 45
14. T. J. Marks Acc. Chem. Res. 2011 44 501 510
15. C. Wang H. Dong W. Hu Y. Liu D. Zhu Chem. Rev. 2012 112 2208 2267
16. S. Kola J. Sinha H. E. Katz J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2012 50 1090 1120
17. A. Facchetti Chem. Mater. 2011 23 733 758
18. H. Klauk Chem. Soc. Rev. 2010 39 2643 2666
19. Y. Guo G. Yu Y. Liu Adv. Mater. 2010 22 4427 4447
20. D. Braga G. Horowitz Adv. Mater. 2009 21 1473 1486
21. M. A. McCarthy B. Liu E. P. Donoghue I. Kravchenko D. Y. Kim F. So A. G. Rinzler Science 2011 332 570 573
22. K. Myny S. Steudel S. Smout P. Vicca F. Furthner B. van der Putten a. K. Tripathi G. H. Gelinck J. Genoe W. Dehaene Org. Electron. 2010 11 1176 1179
23. J. Huang T. J. Dawidczyk B. J. Jung J. Sun A. F. Mason H. E. Katz J. Mater. Chem. 2010 20 2644
24. N. Sokolov C. J. Bettinger Z. Bao Acc. Chem. Res. 2012 45 361 371
25. J. Kim T. Nga Ng W. Soo Kim Appl. Phys. Lett. 2012 101 103308
26. M. D. Angione S. Cotrone M. Magliulo A. Mallardi D. Altamura C. Giannini N. Cioffi L. Sabbatini E. Fratini P. Baglioni G. Scamarcio G. Palazzo L. Torsi Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 6429 6434
27. G. Horowitz Adv. Mater. 1998 10 365 377
28. G. Horowitz R. Hajlaoui H. Bouchriha Adv. Mater. 1998 10 923 927
29. G. Horowitz Synth. Met. 1999 101 401 404
30. G. Horowitz J. Mater. Res. 2011 19 1946 1962
31. G. Horowitz P. Lang M. Mottaghi H. Aubin Adv. Funct. Mater. 2004 14 1069 1074
32. H. Sirringhaus Adv. Mater. 2005 17 2411 2425
33. J. Zaumseil H. Sirringhaus Chem. Rev. 2007 107 1296 1323
34. C. R. Newman C. D. Frisbie A. Demetrio S. Filho J. Bre Chem. Mater. 2004 16 4436 4451
35. B. M. Dhar R. Ozgun T. Dawidczyk A. Andreou H. E. Katz MSE Reports 2011 72 49 80
36. M. M. A. Hakim M. Lombardini K. Sun F. Giustiniano P. L. Roach D. E. Davies P. H. Howarth M. R. R. De Planque H. Morgan P. Ashburn Nano Lett. 2012 12 1868 1872
37. T.-W. Lin P.-J. Hsieh C.-L. Lin Y.-Y. Fang J.-X. Yang C.-C. Tsai P.-L. Chiang C.-Y. Pan Y.-T. Chen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 1047 1052
38. G. Zheng F. Patolsky Y. Cui W. U. Wang C. M. Lieber Nat. Biotechnol. 2005 23 1294 1301
39. Y. Cheng K.-S. Chen N. L. Meyer J. Yuan L. S. Hirst P. B. Chase P. Xiong Biosens. Bioelectron. 2011 26 4538 4544
40. T. Sekitani T. Someya Adv. Mater. 2010 22 2228 2246
41. B. L. Allen P. D. Kichambare A. Star Adv. Mater. 2007 19 1439 1451
42. I. Heller A. M. Janssens J. Männik E. D. Minot S. G. Lemay C. Dekker Nano Lett. 2008 8 591 595
43. S. N. Kim J. F. Rusling F. Papadimitrakopoulos Adv. Mater. 2007 19 3214 3228
44. Z. Kuang S. N. Kim W. J. Crookes-goodson B. L. Farmer R. R. Naik ACS Nano 2010 4 452 458
45. M. B. Lerner J. D'Souza T. Pazina J. Dailey B. R. Goldsmith M. K. Robinson A. T. C. Johnson ACS Nano 2012 6 5143 5149
46. S. J. Park O. S. Kwon S. H. Lee H. S. Song T. H. Park J. J. Jang Nano Lett. 2012 12 5082 5090
47. M. J. Schöning A. Poghossian Analyst 2002 127 1137 1151
48. J. T. Mabeck G. G. Malliaras Anal. Bioanal. Chem. 2006 384 343 353
49. L. A. Thompson J. Kowalik M. Josowicz J. Janata J. Am. Chem. Soc. 2003 125 324 325
50. Y. L. Bunimovich Y. S. Shin W. Yeo M. Amori G. Kwong J. R. Heath J. Am. Chem. Soc. 2006 128 16323 16331
51. S. Lai M. Demelas G. Casula P. Cosseddu M. Barbaro A. Bonfiglio Adv. Mater. 2013 25 103 107
52. X. You J. J. Pak Sens. Actuators, B 2014 202 1357 1365
53. K. Besteman J. Lee F. G. M. Wiertz H. A. Heering C. Dekker Nano Lett. 2003 3 727 730
54. S. Caras Anal. Chem. 1980 52 1935 1937
55. D. Grieshaber R. MacKenzie J. Voeroes E. Reimhult Sensors 2008 8 1400 1458
56. B. A. McKinley Chem. Rev. 2008 108 826 844
57. L. Mu I. Droujinine N. Rajan S. Sawtelle M. Reed Nano Lett. 2014 5315 5322
58. X. You J. J. Pak Sens. Actuators, B 2014 202 1357 1365
59. I.-Y. Sohn D.-J. Kim J.-H. Jung O. J. Yoon T. N. Thanh T. T. Quang N.-E. Lee Biosens. Bioelectron. 2013 45 70 76
60. A. B. Kharitonov M. Zayats A. Lichtenstein E. Katz I. Willner Sens. Actuators, B 2000 70 222 231
61. H.-J. Jang J. Ahn M.-G. Kim Y.-B. Shin M. Jeun W.-J. Cho K. H. Lee Biosens. Bioelectron. 2015 64 318 323
62. M. B. Lerner J. D'Souza T. Pazina J. Dailey B. R. Goldsmith M. K. Robinson A. T. C. Johnson ACS Nano 2012 6 5143 5149
63. E. Eteshola M. T. Keener M. Elias J. Shapiro L. J. Brillson B. Bhushan S. C. Lee J. R. Soc., Interface 2008 5 123 127
64. J. Jun J. S. Lee D. H. Shin J. Jang ACS Appl. Mater. Interfaces 2014 13859 13865
65. T. Ohtake C. Hamai T. Uno H. Tabata T. Kawai Jpn. J. Appl. Phys. 2004 43 L1137 L1139
66. X. T. Vu R. GhoshMoulick J. F. Eschermann R. Stockmann A. Offenhäusser S. Ingebrandt Sens. Actuators, B 2010 144 354 360
67. F. Buth A. Donner M. Sachsenhauser M. Stutzmann J. A. Garrido Adv. Mater. 2012 24 4511 4517
68. P. Lin F. Yan Adv. Mater. 2012 24 34 51
69. M. Mena P. Yanez-Sedeno J. Pingarrón Anal. Biochem. 2005 336 20 27
70. D. Grieshaber R. MacKenzie J. Voeroes E. Reimhult Sensors 2008 8 1400 1458
71. G. M. Müntze B. Baur W. Schäfer A. Sasse J. Howgate K. Röth M. Eickhoff Biosens. Bioelectron. 2015 64 605 610
72. J.-C. Chen J.-C. Chou T.-P. Sun S.-K. Hsiung Sens. Actuators, B 2003 91 180 186
73. T. Kullick U. Bock J. Schubert T. Scheper K. Schügerl Anal. Chim. Acta 1995 300 25 31
74. J. D. Newman A. P. F. Turner Biosens. Bioelectron. 2005 20 2435 2453
75. D. J. Macaya M. Nikolou S. Takamatsu J. T. Mabeck R. M. Owens G. G. Malliaras Sens. Actuators, B 2007 123 374 378
76. A. P. F. Turner Chem. Soc. Rev. 2013 42 3184 3196
77. J. W. Park C. Lee J. Jang Sens. Actuators, B 2015 208 532 537
78. A. A. Karyakin E. A. Kotel'nikova L. V. Lukachova E. E. Karyakina J. Wang Anal. Chem. 2002 74 1597 1603
79. V. Volotovsky A. P. Soldatkin A. A. Shul V. K. Rossokhaty V. I. Strikha A. V. El Anal. Chim. Acta 1996 322 77 81
80. S. V. Dzyadevich Y. I. Korpan V. N. Arkhipova M. Y. Alesina C. Martelet A. V. El'Skaya A. P. Soldatkin Biosens. Bioelectron. 1999 14 283 287
81. D. V Gorchkov H. Maupasa C. Martelet Anal. Chim. Acta 1996 331 217 223
82. K.-Y. Park S.-B. Choi M. Lee B.-K. Sohn S.-Y. Choi Sens. Actuators, B 2002 83 90 97
83. M. S. Makowski A. Ivanisevic Small 2011 7 1863 1875
84. B. Gregg A. Heller Anal. Chem. 1990 258 263
85. K. Besteman J. Lee F. G. M. Wiertz H. A. Heering C. Dekker Nano Lett. 2003 3 727 730
86. R. Smith H. Chung S. Rundquist M. L. C. Maat-Schieman L. Colgan E. Englund Y. J. Liu R. A. C. Roos R. L. M. Faull P. Brundin J. Y. Li Hum. Mol. Genet. 2006 15 3119 3131
87. C. N. Karson M. F. Casanova J. E. Kleinman W. S. T. Griffin Am. J. Psychiatry 1993 150 454 459
88. A. Caccuri M. Lo Bello M. Nuccetelli Biochemistry 1998 37 3028 3034
89. D. Yi T. Devamani J. Abdoul-Zabar F. Charmantray V. Helaine L. Hecquet D.-W. Fessner ChemBioChem 2012 13 2290 2300
90. S. Dzyadevych V. Arkhypova IRBM 2008 29 171 180
91. R. Walters P. Johnson R. Buck Anal. Chem. 1980 52 1684 1690
92. N. Gajovic A. Warsinke F. W. Scheller J. Chem. Technol. Biotechnol. 1995 63 337 344
93. B. O. Olsson B. Stalbom G. Johansson Anal. Chim. Acta 1986 179 203 208
94. L. L. Zhang X. S. Zhao Chem. Soc. Rev. 2009 38 2520 2531
95. H. Helmholtz Ann. Phys. 1853 89 211 233
96. L. G. Gouy Compt. Rend. 1910 149 654 657
97. O. Stern Z. Elektrochem. Angew. Phys. Chem. 1924 149 508 516
98. R. Georgiadis K. P. Peterlinz a. W. Peterson J. Am. Chem. Soc. 2000 122 3166 3173
99. F. Patolsky G. Zheng O. Hayden M. Lakadamyali X. Zhuang C. M. Lieber Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 14017 14022
100. E. Stern J. F. Klemic D. A. Routenberg P. N. Wyrembak D. B. Turner-Evans A. D. Hamilton D. A. LaVan T. M. Fahmy M. A. Reed Nature 2007 445 519 522
101. P. A. E. Piunno J. Watterson C. C. Wust U. J. Krull Anal. Chim. Acta 1999 400 73 89
102. E. Souteyrand J. P. Cloarec J. R. Martin C. Wilson I. Lawrence S. Mikkelsen M. F. Lawrence L. De Physicochimie E. C. De Lyon E. Cedex J. Phys. Chem. B 1997 5647 2980 2985
103. Y. L. Bunimovich Y. S. Shin W. Yeo M. Amori G. Kwong J. R. Heath J. Am. Chem. Soc. 2006 128 16323 16331
104. S. Sorgenfrei C. Chiu R. L. Gonzalez Y.-J. Yu P. Kim C. Nuckolls K. L. Shepard Nat. Nanotechnol. 2011 6 126 132
105. D. Ozkan A. Erdem P. Kara K. Kerman B. Meric J. Hassmann M. Ozsoz Anal. Chem. 2002 74 5931 5936
106. T. V. B. Cullum Fresenius' J. Anal. Chem. 2000 540 551
107. M. J. Schöning A. Poghossian Analyst 2002 127 1137 1151
108. E. Stern R. Wagner F. J. Sigworth R. Breaker T. M. Fahmy M. A. Reed Nano Lett. 2007 7 3405 3409
109. J. Park H. Hiep A. Woubit M. Kim Appl. Sci. Convergence Technol. 2014 23 61 71
110. K. Balasubramanian Biosens. Bioelectron. 2010 26 1195 1204
111. R. B. Schoch J. Han P. Renaud Rev. Mod. Phys. 2008 80 839 883
112. N. Lloret R. S. Frederiksen T. C. Møller N. I. Rieben S. Upadhyay L. De Vico J. H. Jensen J. Nygård K. L. Martinez Nanotechnology 2013 24 035501
113. G. Palazzo D. De Tullio M. Magliulo A. Mallardi F. Intranuovo M. Y. Mulla P. Favia I. Vikholm-Lundin L. Torsi Adv. Mater. 2015 27 911 916
114. K. Shoorideh C. O. Chui Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 5111 5116
115. P. Bergveld Sens. Actuators, B 1991 4 125 133
116. R. B. M. Schasfoort P. Bergveld R. P. H. Kooyman J. Greve Anal. Chim. Acta 1990 238 323 329
117. L. De Vico M. H. Sørensen L. Iversen D. M. Rogers B. S. Sørensen M. Brandbyge J. Nygård K. L. Martinez J. H. Jensen Nanoscale 2011 3 706 717
118. L. De Vico L. Iversen M. H. Sørensen M. Brandbyge J. Nygård K. L. Martinez J. H. Jensen Nanoscale 2011 3 3635 3640
119. N. Gao W. Zhou X. Jiang G. Hong T.-M. Fu C. M. Lieber Nano Lett. 2015 15 2143 2148
120. G. S. Kulkarni Z. Zhong Nano Lett. 2012 12 719 723
121. E. Stern A. Vacic C. Li F. N. Ishikawa C. Zhou M. A. Reed T. M. Fahmy Small 2010 232 238
122. H.-J. Jang J. Ahn M.-G. Kim Y.-B. Shin M. Jeun W.-J. Cho K. H. Lee Biosens. Bioelectron. 2015 64 318 323
123. K. Maehashi T. Katsura K. Kerman Y. Takamura K. Matsumoto E. Tamiya Anal. Chem. 2007 79 782 787
124. R. Elnathan M. Kwiat A. Pevzner Y. Engel L. Burstein A. Khatchtourints A. Lichtenstein R. Kantaev F. Patolsky Nano Lett. 2012 12 5245 5254
125. J. D. E. Yates J. Chem. Soc. 1974 70 1807 1818
126. M. Grattarola G. Massobrio S. Martinoia IEEE Trans. Electron Devices 1992 39 813 819
127. R. E. G. van Hal J. C. T. Eijkel P. Bergveld Adv. Colloid Interface Sci. 1996 69 31 62
128. J. C. Van Kerkhof J. C. T. Eijkel P. Bergveld Sens. Actuators, B 1994 19 56 59
129. A. Tarasov M. Wipf R. L. Stoop K. Bedner W. Fu V. A. Guzenko O. Knopfmacher M. Calame C. Scho ACS Nano 2012 9291 9298
130. T.-W. Lin P.-J. Hsieh C.-L. Lin Y.-Y. Fang J.-X. Yang C.-C. Tsai P.-L. Chiang C.-Y. Pan Y.-T. Chen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 1047 1052
131. E. Stern J. F. Klemic D. A. Routenberg P. N. Wyrembak D. B. Turner-Evans A. D. Hamilton D. A. LaVan T. M. Fahmy M. A. Reed Nature 2007 445 519 522
132. D. Gonçalves D. M. F. Prazeres V. Chu J. P. Conde Biosens. Bioelectron. 2008 24 545 551
133. C.-H. Kim J.-H. Ahn J.-Y. Kim J.-M. Choi K.-C. Lim T. J. Park N. S. Heo H. G. Lee J.-W. Kim Y.-K. Choi Biosens. Bioelectron. 2013 41 322 327
134. X. Wen S. Gupta Y. Wang T. R. Nicholson S. C. Lee W. Lu Appl. Phys. Lett. 2011 99 043701
135. H.-K. Chang F. N. Ishikawa R. Zhang R. Datar R. J. Cote M. E. Thompson C. Zhou ACS Nano 2011 5 9883 9891
136. E. Stern A. Vacic N. K. Rajan J. M. Criscione J. Park B. R. llic D. J. Mooney M. A. Reed T. M. Fahmy Nat. Nanotechnol. 2010 5 138 142
137. L. Wang Y. Wang J. I. Wong T. Palacios J. Kong H. Y. Yang Small 2014 10 1101 1105
138. D. Sarkar W. Liu X. Xie A. C. Anselmo S. Mitragotri K. Banerjee ACS Nano 2014 8 3992 4003
139. H. U. Khan J. Jang J. Kim W. Knoll J. Am. Chem. Soc. 2011 133 2170 2176
140. W. Huang K. Besar R. LeCover P. Dulloor J. Sinha J. F. Martínez Hardigree C. Pick J. Swavola A. D. Everett J. Frechette M. Bevan H. E. Katz Chem. Sci. 2014 5 416 426
141. S. Lai M. Demelas G. Casula P. Cosseddu M. Barbaro A. Bonfiglio Adv. Mater. 2013 25 103 107
142. H. U. Khan M. E. Roberts O. Johnson R. Förch W. Knoll Z. Bao Adv. Mater. 2010 22 4452 4456
143. M. L. Hammock O. Knopfmacher B. D. Naab J. B. Tok Z. Bao ACS Nano 2013 7 3970 3980
144. F. Buth A. Donner M. Sachsenhauser M. Stutzmann J. A. Garrido Adv. Mater. 2012 24 4511 4517
145. M. Magliulo A. Mallardi M. Y. Mulla S. Cotrone B. R. Pistillo P. Favia I. Vikholm-Lundin G. Palazzo L. Torsi Adv. Mater. 2013 25 2090 2094
146. M.-J. Spijkman J. J. Brondijk T. C. T. Geuns E. C. P. Smits T. Cramer F. Zerbetto P. Stoliar F. Biscarini P. W. M. Blom D. M. de Leeuw Adv. Funct. Mater. 2010 20 898 905
147. G. Gruner Anal. Bioanal. Chem. 2006 384 322 335
148. P. Wu C. Su F. Cheng J. Weng J. Chen T. Tsai Bioconjugate Chem. 2008 19 1972 1979
149. H. Chang F. N. Ishikawa R. Zhang R. Datar R. J. Cote M. E. Thompson ACS Nano 2011 5 9883 9891
150. C. Li M. Curreli H. Lin B. Lei F. N. Ishikawa R. Datar R. J. Cote M. E. Thompson C. Zhou J. Am. Chem. Soc. 2005 127 12484 12485
151. K. Maehashi K. Matsumoto K. Kerman Y. Takamura E. Tamiya Jpn. J. Appl. Phys. 2004 43 L1558 L1560
152. Y. Ohno K. Maehashi Y. Yamashiro K. Matsumoto Nano Lett. 2009 9 3318 3322
153. X. Yu B. Munge V. Patel G. Jensen A. Bhirde J. D. Gong S. N. Kim J. Gillespie S. Gutkind F. Papadimitrakopoulos J. F. Rusling J. Am. Chem. Soc. 2006 128 11199 11205
154. K. Hong S. H. Kim K. H. Lee C. D. Frisbie Adv. Mater. 2013 25 3413 3418
155. M. Sessolo J. Rivnay E. Bandiello G. G. Malliaras H. J. Bolink Adv. Mater. 2014 26 4803 4807
156. Y. Pei-Wen H. Che-Wei H. Yu-Jie C. Min-Cheng L. Hsin-Hao L. Shey-Shi et al. Biosens. Bioelectron. 2014 61 112 118
157. J. Li S. Pud M. Petrychuk M. Aoofenhausser S. Vitusevich Nano Lett. 2014 14 3504 3509
158. K. Shoorideh C. O. Chui IEEE Trans. Electron Devices 2012 59 3104 3110
159. M. Takihi K. Niitsu K. Nakazato IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2014 33 36
160. S. K. Arya T. S. Pui C. C. Wong S. Kumar A. Rub A. Rahman Langmuir 2013 6770 6777
161. N. J. Tremblay B. J. Jung P. Breysse H. E. Katz Adv. Funct. Mater. 2011 21 4314 4319