Compartmentalization Approaches in Soft Matter Science: From Nanoreactor Development to Organelle Mimics

Advanced Materials

Volumn 28, Issue 6, 2016, Pages 1109-1128

  Schoonen, Lise ^a   Van Hest, Jan C M ^a  

^a RADBOUD UNIVERSITY NIJMEGEN   (Netherlands)

Author keywords

biomimetic structures; catalysis; compartmentalization; nanoreactors; self assembly

Indexed keywords

BIOMIMETIC PROCESSES; BIOMIMETICS; CATALYSIS; CATALYST SELECTIVITY; SELF ASSEMBLY;

BIOMIMETIC STRUCTURES; CATALYST EFFICIENCY; CELLULAR ARCHITECTURE; COMPARTMENTALIZATION; ESSENTIAL FEATURES; EXTERNAL INFLUENCES; MICRO-COMPARTMENTS; POLYMERIC ASSEMBLIES;

NANOREACTORS;

LIPID; MACROGOL DERIVATIVE; MICELLE; NANOMATERIAL; NUCLEOTIDE; POLYMER; PROTEIN;

AGROBACTERIUM; ARTIFICIAL CELL; BIOMIMETICS; CANDIDA; CATALYSIS; CHEMICAL PHENOMENA; CHEMISTRY; MICELLE; NANOTECHNOLOGY; PH; PROCEDURES; VIRUS; VIRUS CAPSID;

AGROBACTERIUM; ARTIFICIAL CELLS; BIOMIMETICS; CANDIDA; CAPSID; CATALYSIS; HYDROGEN-ION CONCENTRATION; HYDROPHOBIC AND HYDROPHILIC INTERACTIONS; LIPIDS; MICELLES; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; NUCLEOTIDES; POLYETHYLENE GLYCOLS; POLYMERS; PROTEINS; VIRUSES;

EID: 84957435737     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201502389     Document Type: Article

References (127)

1. a) C. M. Agapakis, P. M. Boyle, P. A. Silver, Nat. Chem. Biol. 2012, 8, 527;
2. b) S. Schoffelen, J. C. M. van Hest, Soft Matter 2012, 8, 1736.
3. G. Sessa, G. Weissman, J. Biol. Chem. 1970, 245, 3295.
4. S. F. M. van Dongen, H.-P. M. de Hoog, R. J. R. W. Peters, M. Nallani, R. J. M. Nolte, J. C. M. van Hest, Chem. Rev. 2009, 109, 6212.
5. a) X. Fang, X. Zhao, W. Fang, C. Chen, N. Zheng, Nanoscale 2013, 5, 2205;
6. b) J. Liu, S. Bai, Q. Jin, H. Zhong, C. Li, Q. Yang, Langmuir 2012, 28, 9788;
7. c) J. Liu, S. Bai, Q. Jin, C. Li, Q. Yang, Chem. Sci. 2012, 3, 3398;
8. d) Y. Yan, J. Miao, Z. Yang, F.-X. Xiao, H. B. Yang, B. Liu, Y. Yang, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 3295;
9. e) J. Xiao, X. Pan, S. Guo, P. Ren, X. Bao, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 477.
10. a) G. La Sorella, G. Strukul, A. Scarso, Green Chem. 2015, 17, 644;
11. b) S. R. K. Minkler, N. A. Isley, D. J. Lippincott, N. Krause, B. H. Lipshutz, Org. Lett. 2014, 16, 724;
12. c) M. Li, H. Fu, M. Yang, H. Zheng, Y.-E. He, H. Chen, X. Li, J. Mol. Catal. A: Chem. 2005, 235, 130.
13. B. H. Lipshutz, N. A. Isley, J. C. Fennewald, E. D. Slack, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 10952.
14. E. D. Slack, C. M. Gabriel, B. H. Lipshutz, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14051.
15. R. McHale, J. P. Patterson, P. B. Zetterlund, R. K. O'Reilly, Nat. Chem. 2012, 4, 491.
16. a) P. Cotanda, R. K. O'Reilly, Chem. Commun. 2012, 48, 10280;
17. b) H. A. Zayas, A. Lu, D. Valade, F. Amir, Z. Jia, R. K. O'Reilly, M. J. Monteiro, ACS Macro Lett. 2013, 2, 327;
18. c) A. Lu, D. Moatsou, D.A. Longbottom, R. K. O'Reilly, Chem. Sci. 2013, 4, 965.
19. E. Huerta, P. J. Stals, E. W. Meijer, A. R. Palmans, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2906.
20. L. Qin, L. Zhang, Q. Jin, J. Zhang, B. Han, M. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7761.
21. a) B. Helms, S. J. Guillaudeu, Y. Xie, M. McMurdo, C. J. Hawker, J. M. J. Fréchet, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6384;
22. b) Y. G. Chi, S. T. Scroggins, J. M. J. Fréchet, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6322.
23. Y. Yang, X. Liu, X. B. Li, J. Zhao, S. Y. Bai, J. Liu, Q. H. Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9164.
24. a) B. P. Binks, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2002, 7, 21;
25. b) M. Pera-Titus, L. Leclercq, J. M. Clacens, F. De Campo, V. Nardello-Rataj, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2006.
26. C. Z. Wu, S. Bai, M. B. Ansorge-Schumacher, D. Y. Wang, Adv. Mater. 2011, 23, 5694.
27. a) K. L. Thompson, P. Chambon, R. Verber, S. P. Armes, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12450;
28. b) Z. Wang, M. C. M. van Oers, F. P. J. T. Rutjes, J. C. M. van Hest, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10746.
29. D. E. Discher, A. Eisenberg, Science 2002, 297, 967.
30. a) M. Li, R. L. Harbron, J. V. M. Weaver, B. P. Binks, S. Mann, Nat. Chem. 2013, 5, 529;
31. b) H. Yang, L. Fu, L. Wei, J. Liang, B. P. Binks, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1362.
32. F. Caruso, R. A. Caruso, H. Möhwald, Science 1998, 282, 1111.
33. a) C. Nardin, J. Widmer, M. Winterhalter, W. Meier, Eur. Phys. J. E 2001, 4, 403;
34. b) M. Nallani, S. Benito, O. Onaca, A. Graff, M. Lindemann, M. Winterhalter, W. Meier, U. Schwaneberg, J. Biotechnol. 2006, 123, 50;
35. c) O. Onaca, P. Sarkar, D. Roccatano, T. Friedrich, B. Hauer, M. Grzelakowski, A. Güven, M. Fioroni, U. Schwaneberg, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7029.
36. A. Koide, A. Kishimura, K. Osada, W. D. Jang, Y. Yamasaki, K. Kataoka, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5988.
37. J. Gaitzsch, D. Appelhans, L. Wang, G. Battaglia, B. Voit, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4448.
38. M. Spulber, A. Najer, K. Winkelbach, O. Glaied, M. Waser, U. Pieles, W. Meier, N. Bruns, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9204.
39. K. T. Kim, J. J. L. M. Cornelissen, R. J. M. Nolte, J. C. M. van Hest, Adv. Mater. 2009, 21, 2787.
40. a) A. Blanazs, J. Madsen, G. Battaglia, A. J. Ryan, S. P. Armes, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16581;
41. b) S. A. Meeuwissen, K. T. Kim, Y. Chen, D. J. Pochan, J. C. M. van Hest, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7070;
42. c) R. S. M. Rikken, H. H. M. Kerkenaar, R. J. M. Nolte, J. C. Maan, J. C. M. van Hest, P. C. M. Christianen, D. A. Wilson, Chem. Commun. 2014, 50, 5394;
43. d) M. C. M. van Oers, F. P. J. T. Rutjes, J. C. M. van Hest, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16308;
44. e) S. A. Meeuwissen, S. M. C. Bruekers, Y. Chen, D. J. Pochan, J. C. M. van Hest, Polym. Chem. 2014, 5, 489;
45. f) R. Salva, J. F. Le Meins, O. Sandre, A. Brulet, M. Schmutz, P. Guenoun, S. Lecommandoux, ACS Nano 2013, 7, 9298;
46. g) A. Carlsen, N. Glaser, J. F. Le Meins, S. Lecommandoux, Langmuir 2011, 27, 4884;
47. h) Q. G. Ma, E. E. Remsen, C. G. Clark, T. Kowalewski, K. L. Wooley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 5058;
48. i) D. J. Pochan, Z. Y. Chen, H. G. Cui, K. Hales, K. Qi, K. L. Wooley, Science 2004, 306, 94;
49. j) A. Napoli, M. Valentini, N. Tirelli, M. Muller, J.A Hubbell, Nat. Mater. 2004, 3, 183;
50. k) Y. La, C. Park, T. J. Shin, S. H. Joo, S. Kang, K. T. Kim, Nat. Chem. 2014, 6, 534;
51. l) E. Betthausen, C. Hanske, M Müller, A. Fery, F. H. Schacher, A. H. E. Müller, D. J. Pochan, Macromolecules 2014, 46, 1672;
52. m) D. A. Christian, A. Tian, W. G. Ellenbroek, I. Levental, K. Rajagopal, P. A. Janmey, A. J. Liu, T. Baumgart, D. E. Discher, Nat. Mater. 2009, 8, 843;
53. n) L. Jia, L. Tong, Y. Liang, A. Petretic, G. Guerin, I. Manners, M. A. Winnik, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16676.
54. a) H. Hotani, J. Mol. Biol. 1984, 178, 113;
55. b) J. Käs, E. Sackmann, Biophys. J. 1991, 60, 825;
56. c) M. Yanagisawa, M. Imai, T. Taniguchi, Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 148102;
57. d) U. Seifert, Ad. Phys. 1997, 46, 13;
58. e) R. Lipowsky, Nature 1991, 349, 475.
59. a) K. T. Kim, J. Zhu, S. A. Meeuwissen, J. J. L. M. Cornelissen, D. J. Pochan, R. J. M. Nolte, J. C. M. van Hest, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12522;
60. b) D. A. Wilson, R. J. M. Nolte, J. C. M. van Hest, Nat. Chem. 2012, 4, 268.
61. a) S. F. M. van Dongen, M. Nallani, J. L. L. M. Cornelissen, R. J. M. Nolte, J. C. M. van Hest, Chem. Eur. J. 2009, 15, 1107;
62. b) S. A. Meeuwissen, A. Rioz-Martinez, G. de Gonzalo, M. W. Fraaije, V. Gotor, J. C. M. van Hest, J. Mater. Chem. 2011, 21, 18923.
63. a) O. Kreft, M. Prevot, H. Mohwald, G. B. Sukhorukov, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5605;
64. b) L. Zhang, J. F. Shi, Z. Y. Jiang, Y. J. Jiang, S. Z. Qiao, J. A. Li, R. Wang, R. J. Meng, Y. Y. Zhu, Y. Zheng, Green Chem. 2011, 13, 300.
65. a) B. Städler, R. Chandrawati, A. D. Price, S.-F. Chong, K. Breheney, A. Postma, L. A. Connal, A. N. Zelikin, F. Caruso, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4359;
66. b) R. Chandrawati, L. Hosta-Rigau, D. Vanderstraaten, S. A. Lokuliyana, B. Städler, F. Albericio, F. Caruso, ACS Nano 2010, 4, 1351;
67. c) R. Chandrawati, P. D. Odermatt, S.-F. Chong, A. D. Price, B. Stadler, F. Caruso, Nano Lett. 2011, 11, 4958.
68. L. Hosta-Rigau, M. J. York-Duran, Y. Zhang, K. N. Goldie, B. Stadler, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 12771.
69. Z. Fu, M. A. Ochsner, H. P. de Hoog, N. Tomczak, M. Nallani, Chem. Commun. 2011, 47, 2862.
70. a) M. Marguet, L. Edembe, S. Lecommandoux, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 1173;
71. b) S. Pautot, B. J. Frisken, D. A. Weitz, Langmuir 2003, 19, 2870;
72. c) R. J. R. W. Peters, M. Marguet, S. Marais, M. W. Fraaije, J. C. M. van Hest, S. Lecommandoux, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 146.
73. a) H. C. Shum, J. W. Kim, D. A. Weitz, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9543;
74. b) H. C. Shum, Y.-J. Zhao, S.-H. Kim, D. A. Weitz, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1648;
75. c) S. H. Kim, H. C. Shum, J. W. Kim, J. C. Cho, D. A. Weitz, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15165.
76. B. Wong, C. Boyer, C. Steinbeck, D. Peters, J. Schmidt, R. van Zanten, B. Chmelka, J. A. Zasadzinski, Adv. Mater. 2011, 23, 2320.
77. P. Y. Bolinger, D. Stamou, H. Vogel, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5544.
78. Y. Elani, R. V. Law, O. Ces, Nat. Commun. 2014, 5, 5305.
79. D. S. Tawfik, A. D. Griffiths, Nat. Biotechnol. 1998, 16, 652.
80. N. Wu, F. Courtois, R. Surjadi, J. Oakeshott, T. S. Peat, C. J. Easton, C. Abell, Y. Zhu, Eng. Life Sci. 2011, 11, 157.
81. A. Fallah-Araghi, J. C. Baret, M. Ryckelynck, A. D. Griffiths, Lab Chip 2012, 12, 882.
82. E. Sokolova, E. Spruijt, M. M. K. Hansen, E. Dubuc, J. Groen, V. Chokkalingam, A. Piruska, H. A. Heus, W. T. S. Huck, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 11692.
83. S. Matosevic, B. M. Paegel, Nat. Chem. 2013, 5, 958.
84. C. Martino, S. H. Kim, L. Horsfall, A. Abbaspourrad, S. J. Rosser, J. Cooper, D. A. Weitz, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6416.
85. T. P. de Souza, P. Stano, P. L. Luisi, ChemBioChem 2009, 10, 1056.
86. P. Stano, E. D'Aguanno, J. Bolz, A. Fahr, P. L. Luisi, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13397.
87. H. Saito, Y. Kato, M. Le Berre, A. Yamada, T. Inoue, K. Yosikawa, D. Baigl, ChemBioChem 2009, 10, 1640.
88. V. Noireaux, A. Libchaber, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004. 101, 17669.
89. Y. Kuruma, P. Stano, T. Ueda, P. L. Luisi, Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788, 567.
90. a) T. Oberholzer, M. Albrizio, P. L. Luisi, Chem & Biol. 1995, 2, 677;
91. b) S. S. Mansy, J. P. Schrum, M. Krishnamurthy, S. Tobe, D. A. Treco, J. W. Szostak, Nature 2008. 454, 122.
92. K. Kurihara, M. Tamura, K. Shohda, T. Toyota, K. Suzuki, T. Sugawara, Nat. Chem. 2011, 3, 775.
93. a) S. Koga, D. S. Williams, A. W. Perriman, S. Mann, Nat. Chem. 2011, 3, 720;
94. b) T. Y. Dora Tang, C. Rohaida Che Hak, A. J. Thompson, M. K. Kuimova, D. S. Williams, A. W. Perriman, S. Mann, Nat. Chem. 2014, 6, 527;
95. c) X. Huang, M. Li, S. Mann, Chem. Commun. 2014, 50, 6278;
96. d) X. Huang, A. J. Patil, M. Li, S. Mann, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9225.
97. L. Schoonen, J. C. M. van Hest, Nanoscale 2014, 6, 7124.
98. a) M. Comellas-Aragones, H. Engelkamp, V. I. Claessen, N. A. J. M. Sommerdijk, A. E. Rowan, P. C. M. Christianen, J. C. Maan, B. J. M. Verduin, J. J. L. M. Cornelissen, R. J. M. Nolte, Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 635;
99. b) I. J. Minten, L. J. A. Hendriks, R. J. M. Nolte, J. J. L. M. Cornelissen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17771;
100. c) I. J. Minten, V. I. Claessen, K. Blank, A. E. Rowan, R. J. M. Nolte, J. J. L. M. Cornelissen, Chem. Sci. 2011, 2, 358.
101. J. E. Glasgow, S. L. Capehart, M. B. Francis, D. Tullman-Ercek, ACS Nano 2012, 6, 8658.
102. D. P. Patterson, B. Schwarz, R. S. Waters, T. Gedeon, T. Douglas, ACS Chem. Biol. 2014, 9, 359.
103. a) N. Carette, H. Engelkamp, E. Akpa, S. J. Pierre, N. R. Cameron, P. C. M. Christianen, J. C. Maan, J. C. Thies, R. Weberskirch, A. E. Rowan, R. J. M. Nolte, T. Michon, J. C. M. Van Hest, Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 226;
104. b) J. Pille, D. Cardinale, N. Carette, C. Di Primo, J. Besong-Ndika, J. Walter, H. Lecoq, M. B. van Eldijk, F. C. M. Smits, S. Schoffelen, J. C. M. van Hest, K. Maekinen, T. Michon, Biomacromolecules 2013, 14, 4351.
105. K. Renggli, M. G. Nussbaumer, R. Urbani, T. Pfohl, N. Bruns, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1443.
106. M. B. van Eldijk, J. C. Y. Wang, I. J. Minten, C. Li, A. Zlotnick, R. J. M. Nolte, J. J. L. M. Cornelissen, J. C. M. van Hest, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18506.
107. N. P. King, W. Sheffler, M. R. Sawaya, B. S. Vollmar, J. P. Sumida, I. Andre, T. Gonen, T. O. Yeates, D. Baker, Science 2012, 336, 1171.
108. Y. T. Lai, E. Reading, G. L. Hura, K. L. Tsai, A. Laganowsky, F. J. Asturias, J. A. Tainer, C. V. Robinson, T. O. Yeates, Nat. Chem. 2014, 6, 1065.
109. J. M. Fletcher, R. L. Harniman, F. R. Barnes, A. L. Boyle, A. Collins, J. Mantell, T. H. Sharp, M. Antognozzi, P. J. Booth, N. Linden, M. J. Miles, R. B. Sessions, P. Verkade, D. N. Woolfson, Science 2013, 340, 595.
110. H. Gradišar, S. Božic, T. Doles, D. Vengust, I. Hafner-Bratkovic, A. Mertelj, B. Webb, A. Šali, S. Klavžar, R. Jerala, Nat. Chem. Biol. 2013, 9, 362.
111. a) E. S. Andersen, M. Dong, N. M. Nielsen, K. Jahn, R. Subramani, W. Mandouh, M. M. Golas, B. Sander, H. Stark, C. L. P. Oliviera, J. S. Pedersen, V. Birkedal, F. Besenbacher, K. V. Gothelf, J. Kjems, Nature 2009, 459, 7243;
112. b) M. Langecker, V. Arnaut, T. G. Martin, J. List, S. Renner, M. Mayer, H. Dietz, F. C. Simmel, Science 2012, 338, 932.
113. O. I. Wilner, Y. Weizmann, R. Gill, O. Lioubashevski, R. Freeman, I. Willner, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 249.
114. Y. Liu, J. J. Du, M. Yan, M. Y. Lau, J. Hu, H. Han, O. O. Yang, S. Liang, W. Wei, H. Wang, J. Li, X. Zhu, L. Shi, W. Chen, C. Ji, Y. Lu, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 187.
115. M. C. Good, J. G. Zalatan, W. A. Lim, Science 2011, 332, 680.
116. J. E. Dueber, G. C. Wu, G. R. Malmirchegini, T. S. Moon, C. J. Petzold, A. V. Ullal, K. L. Prather, J. D. Keasling, Nat. Biotechnol. 2009, 27, 753.
117. C. J. Delebecque, A. B. Lindner, P. A. Silver, F.A. Aldaye, Science 2011, 333, 470.
118. A. H. Chen, P. A. Silver, Trends Cell Biol. 2012, 22, 662.
119. M. C. Huber, A. Schreiber, P. von Olshausen, B. R. Varga, O. Kretz, B. Joch, S. Barnert, R. Schubert, S. Eimer, P. Kele, S. M. Schiller, Nat. Mater. 2015, 14, 125.
120. S. A. Stanley, J. Sauer, J. S. Dordick, J. M. Friedman, Nat. Med. 2015, 21, 92.
121. a) N. Ben-Haim, N. P. Broz, S. Marsch, W. Meier, P. Hunziker, Nano Lett 2008, 8, 1368;
122. b) P. Tanner, O. Onaca, V. Balasubramanian, W. Meier, C. G. Palivan, Chem. Eur. J. 2011, 17, 4552;
123. c) P. Tanner, V. Balasubramanian, C. Palivan, Nano Lett. 2013, 6, 2875.
124. Z. Poon, D. Chang, X. Zhao, P. T. Hammond, ACS Nano 2011, 5, 4284.
125. a) C. LoPresti, M. Massignani, C. Fernyhough, A. Blanazs, A. J. Ryan, J. Madsen, N. J. Warren, S. P. Armes, A. L. Lewis, S. Chirasatitsin, A. J. Engler, G. Battaglia, ACS Nano 2011, 5, 1775;
126. b) M. Massignani, C. LoPresti, A. Blanazs, J. Madsen, S. P. Armes, A. L. Lewis, G. Battaglia, Small 2009, 5, 2424.
127. S. F. M. van Dongen, W. P. R. Verdurmen, R. J. R. W. Peters, R. J. M. Nolte, R. Brock, J. C. M. van Hest, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 7213.