Peptide-Modulated Self-Assembly of Chromophores toward Biomimetic Light-Harvesting Nanoarchitectonics

Advanced Materials

Volumn 28, Issue 6, 2016, Pages 1031-1043

  Zou, Qianli ^a   Liu, Kai ^a,b   Abbas, Manzar ^a,b   Yan, Xuehai ^a  

^a INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICS   (China)

^b UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES   (China)

Author keywords

chromophores; light harvesting; nanoarchitectonics; peptides; self assembly

Indexed keywords

BIOMIMETICS; ENERGY TRANSFER; HARVESTING; MOLECULAR OXYGEN; NANOPARTICLES; NANOSCIENCE; PEPTIDES; PROTEINS; SELF ASSEMBLY;

BIOACTIVE MOLECULES; INORGANIC NANOPARTICLE; LIGHT HARVESTING PROPERTIES; LIGHT-HARVESTING; MOLECULAR HYDROGEN; NANOARCHITECTONICS; PHOTOSYNTHETIC SYSTEMS; PRIMARY STRUCTURES;

CHROMOPHORES;

FULLERENE DERIVATIVE; HYDROGEN; LIGHT HARVESTING SYSTEM; OXYGEN; PEPTIDE; PORPHYRIN;

BIOMIMETICS; CHEMISTRY; ELECTRON; ENERGY TRANSFER; FLUORESCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER; LIGHT; LIGHT HARVESTING SYSTEM; NANOTECHNOLOGY; PHOTOSYNTHESIS; PROCEDURES; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; SOLAR ENERGY; STATIC ELECTRICITY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

BIOMIMETICS; ELECTRONS; ENERGY TRANSFER; FLUORESCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER; FULLERENES; HYDROGEN; LIGHT; LIGHT-HARVESTING PROTEIN COMPLEXES; MICROSCOPY, ELECTRON, SCANNING; MICROSCOPY, ELECTRON, TRANSMISSION; NANOTECHNOLOGY; OXYGEN; PEPTIDES; PHOTOSYNTHESIS; PORPHYRINS; SOLAR ENERGY; STATIC ELECTRICITY;

EID: 84957430750     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201502454     Document Type: Article

References (102)

1. U.S. Energy Information Administration: international energy statistics, http://www.eia.gov/cfapps/ipdbproject/iedindex3.cfm, accessed: May 2015.
2. P. D. Frischmann, K. Mahata, F. Wurthner, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 1847.
3. N. S. Lewis, Science 2007, 315, 798.
4. D. Gust, D. Kramer, A. Moore, T. A. Moore, W. Verrnaas, MRS Bull. 2008, 33, 383.
5. S. Rojstaczer, S. M. Sterling, N. J. Moore, Science 2001, 294, 2549.
6. R. E. Blankenship, D. M. Tiede, J. Barber, G. W. Brudvig, G. Fleming, M. Ghirardi, M. R. Gunner, W. Junge, D. M. Kramer, A. Melis, T. A. Moore, C. C. Moser, D. G. Nocera, A. J. Nozik, D. R. Ort, W. W. Parson, R. C. Prince, R. T. Sayre, Science 2011, 332, 805.
7. a) C. Lunde, P. E. Jensen, A. Haldrup, J. Knoetzel, H. V. Scheller, Nature 2000, 408, 613;
8. b) J. M. Hibberd, W. P. Quick, Nature 2002, 415, 451;
9. c) M. Iwai, K. Takizawa, R. Tokutsu, A. Okamuro, Y. Takahashi, J. Minagawa, Nature 2010, 464, 1210.
10. T. Pullerits, V. Sundstrom, Acc. Chem. Res. 1996, 29, 381.
11. Z. F. Liu, H. C. Yan, K. B. Wang, T. Y. Kuang, J. P. Zhang, L. L. Gui, X. M. An, W. R. Chang, Nature 2004, 428, 287.
12. D. S. Bradshaw, D. L. Andrews, Polymers (Basel) 2011, 3, 2053.
13. C. F. Guo, T. Y. Sun, F. Cao, Q. Liu, Z. F. Ren, Light: Sci. Appl. 2014, 3, e161.
14. V. Balzani, A. Credi, M. Venturi, ChemSusChem. 2008, 1, 26.
15. a) K. Ariga, Q. M. Ji, J. P. Hill, Y. Bando, M. Aono, NPG Asia Mater. 2012, 4;
16. b) K. Ariga, Q. M. Ji, T. Mori, M. Naito, Y. Yamauchi, H. Abe, J. P. Hill, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6322;
17. c) M. Aono, Y. Bando, K. Ariga, Adv. Mater. 2012, 24, 150;
18. d) S. Ishihara, J. Labuta, W. Van Rossom, D. Ishikawa, K. Minami, J. P. Hill, K. Ariga, Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 9713;
19. e) W. Nakanishi, K. Minami, L. K. Shrestha, Q. M. Ji, J. P. Hill, K. Ariga, Nano Today 2014, 9, 378;
20. f) K. Ariga, Y. Yamauchi, G. Rydzek, Q. M. Ji, Y. Yonamine, K. C. W. Wu, J. P. Hill, Chem. Lett. 2014, 43, 36.
21. a) H. Y. Wang, S. Lin, J. P. Allen, J. C. Williams, S. Blankert, C. Laser, N. W. Woodbury, Science 2007, 316, 747;
22. b) G. Peers, T. B. Truong, E. Ostendorf, A. Busch, D. Elrad, A. R. Grossman, M. Hippler, K. K. Niyogi, Nature 2009, 462, 518;
23. c) X. N. Dang, H. J. Yi, M. H. Ham, J. F. Qi, D. S. Yun, R. Ladewski, M. S. Strano, P. T. Hammond, A. M. Belcher, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 377.
24. a) R. A. Miller, A. D. Presley, M. B. Francis, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3104;
25. b) N. Stephanopoulos, Z. M. Carrico, M. B. Francis, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9498;
26. c) L. S. Witus, M. B. Francis, Acc. Chem. Res. 2011, 44, 774.
27. L. Adler-Abramovich, E. Gazit, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6881.
28. R. Chapman, M. Danial, M. L. Koh, K. A. Jolliffe, S. Perrier, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6023.
29. J. Boekhoven, S. I. Stupp, Adv. Mater. 2014, 26, 1642.
30. a) X. H. Yan, P. L. Zhu, J. B. Li, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1877;
31. b) M. Reches, E. Gazit, Science 2003, 300, 625.
32. a) K. H. Smith, E. Tejeda-Montes, M. Poch, A. Mata, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4563;
33. b) H. G. Cui, M. J. Webber, S. I. Stupp, Biopolymers 2010, 94, 1.
34. a) A. A. Pascal, Z. F. Liu, K. Broess, B. van Oort, H. van Amerongen, C. Wang, P. Horton, B. Robert, W. R. Chang, A. Ruban, Nature 2005, 436, 134;
35. b) C. Reinbothe, N. Lebedev, S. Reinbothe, Nature 1999, 397, 80.
36. T. Brixner, J. Stenger, H. M. Vaswani, M. Cho, R. E. Blankenship, G. R. Fleming, Nature 2005, 434, 625.
37. a) C. J. Law, A. W. Roszak, J. Southall, A. T. Gardiner, N. W. Isaacs, R. J. Cogdell, Mol. Membr. Biol. 2004, 21, 183;
38. b) M. Z. Papiz, S. M. Prince, T. Howard, R. J. Cogdell, N. W. Isaacs, J. Mol. Biol. 2003, 326, 1523;
39. c) A. W. Roszak, T. D. Howard, J. Southall, A. T. Gardiner, C. J. Law, N. W. Isaacs, R. J. Cogdell, Science 2003, 302, 1969.
40. B. Demmig-Adams, W. W. Adams, Science 2002, 298, 2149.
41. X. C. Hu, A. Damjanovic, T. Ritz, K. Schulten, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 5935.
42. G. Kurisu, H. M. Zhang, J. L. Smith, W. A. Cramer, Science 2003, 302, 1009.
43. G. D. Scholes, G. R. Fleming, A. Olaya-Castro, R. van Grondelle, Nat. Chem. 2011, 3, 763.
44. J. P. McEvoy, G. W. Brudvig, Chem. Rev. 2006, 106, 4455.
45. a) L. P. F. Aggarwal, I. E. Borissevitch, Spectrochim. Acta, Part A 2006, 63, 227;
46. b) Y. Egawa, R. Hayashida, J. I. Anzai, Langmuir 2007, 23, 13146.
47. O. Ohno, Y. Kaizu, H. Kobayashi, J. Chem. Phys. 1993, 99, 4128.
48. a) A. D. Schwab, D. E. Smith, C. S. Rich, E. R. Young, W. F. Smith, J. C. de Paula, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11339;
49. b) V. Snitka, M. Rackaitis, R. Rodaite, Sens. Actuators, B 2005, 109, 159;
50. c) N. Micali, F. Mallamace, A. Romeo, R. Purrello, L. M. Scolaro, J. Phys. Chem. B 2000, 104, 5897.
51. X. P. Li, O. Bjorkman, C. Shih, A. R. Grossman, M. Rosenquist, S. Jansson, K. K. Niyogi, Nature 2000, 403, 391.
52. a) T. Hasobe, P. V. Kamat, V. Troiani, N. Solladie, T. K. Ahn, S. K. Kim, D. Kim, A. Kongkanand, S. Kuwabata, S. Fukuzumi, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19;
53. b) T. Hasobe, K. Saito, P. V. Kamat, V. Troiani, H. J. Qiu, N. Solladie, K. S. Kim, J. K. Park, D. Kim, F. D'Souza, S. Fukuzumi, J. Mater. Chem. 2007, 17, 4160.
54. T. Hasobe, H. Imahori, P. V. Kamat, S. Fukuzumi, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14962.
55. H. Jintoku, T. Sagawa, K. Miyamoto, M. Takafuji, H. Ihara, Chem. Commun. 2010, 46, 7208.
56. M. R. Ghadiri, J. R. Granja, R. A. Milligan, D. E. Mcree, N. Khazanovich, Nature 1993, 366, 324.
57. R. J. Brea, L. Castedo, J. R. Granja, M. A. Herranz, L. Sanchez, N. Martin, W. Seitz, D. M. Guldi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 5291.
58. D. Kim, J. Heo, S. Ham, H. Yoo, C. H. Lee, H. Yoon, D. Ryu, D. Kim, W. D. Jang, Chem. Commun. 2011, 47, 2405.
59. Y. O. Kamatari, S. Yokoyama, H. Tachibana, K. Akasaka, J. Mol. Biol. 2005, 349, 916.
60. K. J. Channon, G. L. Devlin, C. E. MacPhee, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12520.
61. L. Chen, S. Revel, K. Morris, D. J. Adams, Chem. Commun. 2010, 46, 4267.
62. S. K. M. Nalluri, R. V. Ulijn, Chem. Sci. 2013, 4, 3699.
63. H. A. M. Ardona, J. D. Tovar, Chem. Sci. 2015, 6, 1474.
64. J. W. Springer, P. S. Parkes-Loach, K. R. Reddy, M. Krayer, J. Y. Jiao, G. M. Lee, D. M. Niedzwiedzki, M. A. Harris, C. Kirmaier, D. F. Bocian, J. S. Lindsey, D. Holten, P. A. Loach, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4589.
65. A. S. R. Koti, N. Periasamy, Chem. Mater. 2003, 15, 369.
66. L. Zhang, M. H. Liu, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 14015.
67. R. F. Pasternack, A. Giannetto, P. Pagano, E. J. Gibbs, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7799.
68. a) M. Sakamoto, A. Ueno, H. Mihara, Chem. Commun. 2000, 18, 1741;
69. b) M. Sakamoto, T. Kamachi, I. Okura, A. Ueno, H. Mihara, Biopolymers 2001, 59, 103;
70. c) M. Sakamoto, A. Ueno, H. Mihara, Chem. Eur. J. 2001, 7, 2449.
71. D. Kuciauskas, G. A. Caputo, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 14439.
72. D. Kuciauskas, J. Kiskis, G. A. Caputo, V. Gulbinas, J. Phys. Chem. B 2010, 114, 16029.
73. a) B. C. Kovaric, B. Kokona, A. D. Schwab, M. A. Twomey, J. C. de Paula, R. Fairman, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4166;
74. b) B. Kokona, A. M. Kim, R. C. Roden, J. P. Daniels, B. J. Pepe-Mooney, B. C. Kovaric, J. C. de Paula, K. A. Johnson, R. Fairman, Biomacromolecules 2009, 10, 1454;
75. c) B. J. Pepe-Mooney, B. Kokona, R. Fairman, Biomacromolecules 2011, 12, 4196.
76. H. Matsui, R. MacCuspie, Nano Lett. 2001, 1, 671.
77. R. Garifullin, T. S. Erkal, S. Tekin, B. Ortac, A. G. Gurek, V. Ahsen, H. G. Yaglioglu, A. Elmali, M. O. Guler, J. Mater. Chem. 2012, 22, 2553.
78. H. C. Fry, J. M. Garcia, M. J. Medina, U. M. Ricoy, D. J. Gosztola, M. P. Nikiforov, L. C. Palmer, S. I. Stupp, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14646.
79. a) X. H. Yan, P. L. Zhu, J. B. Fei, J. B. Li, Adv. Mater. 2010, 22, 1283;
80. b) Q. Li, H. Ma, Y. Jia, J. Li, B. Zhu, Chem. Commun. 2015, 51, 7219.
81. a) H. Zhang, J. B. Fei, X. H. Yan, A. H. Wang, J. B. Li, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1193;
82. b) X. H. Yan, Q. He, K. W. Wang, L. Duan, Y. Cui, J. B. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2431.
83. J. Ryu, C. B. Park, Biotechnol. Bioeng. 2010, 105, 221.
84. a) X. H. Yan, Y. Cui, Q. He, K. W. Wang, J. B. Li, Chem. Mater. 2008, 20, 1522;
85. b) P. L. Zhu, X. H. Yan, Y. Su, Y. Yang, J. B. Li, Chem. Eur. J. 2010, 16, 3176.
86. a) H. C. Ma, J. B. Fei, Y. Cui, J. Zhao, A. H. Wang, J. B. Li, Chem. Commun. 2013, 49, 9956;
87. b) X. H. Yan, Y. Cui, Q. He, K. W. Wang, J. B. Li, W. H. Mu, B. L. Wang, Z. C. Ou-yang, Chem. Eur. J. 2008, 14, 5974;
88. c) Y. Su, X. H. Yan, A. H. Wang, J. B. Fei, Y. Cui, Q. He, J. B. Li, J. Mater. Chem. 2010, 20, 6734;
89. d) M. C. Du, P. L. Zhu, X. H. Yan, Y. Su, W. X. Song, J. B. Li, Chem. Eur. J. 2011, 17, 4238.
90. a) X. H. Yan, J. B. Li, H. Möhwald, Adv. Mater. 2011, 23, 2796;
91. b) X. H. Yan, Y. Su, J. B. Li, J. Fruh, H. Mohwald, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11186.
92. Z. F. Sun, L. Deng, H. Gan, R. J. Shen, M. H. Yang, Y. Zhang, Biosens. Bioelectron. 2013, 39, 215.
93. L. Adler-Abramovich, N. Kol, I. Yanai, D. Barlam, R. Z. Shneck, E. Gazit, I. Rousso, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9939.
94. a) J. H. Kim, M. Lee, J. S. Lee, C. B. Park, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 517;
95. b) B. Xue, Y. Li, F. Yang, C. F. Zhang, M. Qin, Y. Cao, W. Wang, Nanoscale 2014, 6, 7832;
96. c) J. H. Kim, D. H. Nam, Y. W. Lee, Y. S. Nam, C. B. Park, Small 2014, 10, 1272.
97. a) Q. L. Zou, L. Zhang, X. H. Yan, A. H. Wang, G. H. Ma, J. B. Li, H. Mohwald, S. Mann, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2366;
98. b) K. Liu, R. R. Xing, C. J. Chen, G. Z. Shen, L. Y. Yan, Q. L. Zou, G. H. Ma, H. Mohwald, X. H. Yan, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 500.
99. A. M. Smith, R. J. Williams, C. Tang, P. Coppo, R. F. Collins, M. L. Turner, A. Saiani, R. V. Ulijn, Adv. Mater. 2008, 20, 37.
100. M. S. Choi, T. Yamazaki, I. Yamazaki, T. Aida, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 150.
101. V. Balzani, A. Credi, M. Venturi, Curr. Opin. Chem. Biol. 1997, 1, 506.
102. H. C. Fry, Y. Liu, N. M. Dimitrijevic, T. Rajh, Nat. Commun. 2014, 5, 4606.