Insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single molecule force spectroscopy

Biopolymers

Volumn 104, Issue 5, 2015, Pages 480-494

  Das, Priyadip ^a   Reches, Meital ^a  

^a HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

Author keywords

Atomic force microscopy; Peptides; Single molecule force spectroscopy

Indexed keywords

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; BIOFILMS; COMPOSITE MATERIALS; IMPLANTS (SURGICAL); PEPTIDES;

ADSORPTION OF PROTEINS; BACTERIAL ATTACHMENT; BACTERIAL RESISTANCE; INORGANIC MATERIALS; MOLECULAR INFORMATION; PROTEIN INTERACTION; SINGLE MOLECULE FORCE SPECTROSCOPY; SINGLE MOLECULE LEVEL;

MOLECULES;

ALUMINUM OXIDE; AMINO ACID; GOLD; INORGANIC COMPOUND; MICA; MUSSEL ADHESIVE PROTEIN; PEPTIDE; POLITEF; POLYETHYLENE; SILICON; SILICON DIOXIDE; TITANIUM; BIOMATERIAL;

ADSORPTION; AMINO TERMINAL SEQUENCE; AQUEOUS SOLUTION; CARBOXY TERMINAL SEQUENCE; COVALENT BOND; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; HISTOGRAM; HYDROGEN BOND; IN VITRO STUDY; PH; PROTEIN INTERACTION; QUANTITATIVE ANALYSIS; REVIEW; SINGLE MOLECULE FORCE SPECTROSCOPY; SPECTROSCOPY; STATIC ELECTRICITY; SURFACE PROPERTY; SYNTHESIS; ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHEMISTRY;

AMINO ACIDS; BIOCOMPATIBLE MATERIALS; INORGANIC CHEMICALS; MICROSCOPY, ATOMIC FORCE; PEPTIDES; SURFACE PROPERTIES;

EID: 84975321474     PISSN: 00063525     EISSN: 10970282     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/bip.22655     Document Type: Review

References (117)

1. Meyers, M. A.; Chen, P. Y.; Lin, A. Y. M.; Seki, Y. Prog Mater Sci 2008, 53, 1-206.
2. Addadi, L.; Weiner, S. Angew Chem Int Ed 1992, 31, 153-169.
3. Aizenberg, J.; Lambert, G.; Weiner, S.; Addadi, L. J Am Chem Soc 2002, 124, 32-39.
4. Nudelman, F.; Pieterse, K.; George, A.; Bomans, P. H. H.; Friedrich, H.; Brylka, L. J.; Hilbers, P. A. J.; de With, G.; Sommerdijk, N. Nat Mater 2010, 9, 1004-1009.
5. Woesz, A.; Weaver, J. C.; Kazanci, M.; Dauphin, Y.; Aizenberg, J.; Morse, D. E.; Fratzl, P. J Mater Res 2006, 21, 2068-2078.
6. Weiner, S.; Addadi, L. In Annual Review of Materials Research, Vol 41; Clarke, D. R.; Fratzl, P.; Eds.; Non profit academic publisher, Palo Alto, California, USA, 2011.
7. Sarikaya, M.; Fong, H.; Sunderland, N.; Flinn, B. D.; Mayer, G.; Mescher, A.; Gaino, E. J Mater Res 2001, 16, 1420-1428.
8. Lopez, P. J.; Gautier, C.; Livage, J.; Coradin, T. Curr Nanosci 2005, 1, 73-83.
9. Levi, C.; Barton, J. L.; Guillemet, C.; Lebras, E.; Lehuede, P. J Mater Sci Lett 1989, 8, 337-339.
10. Aizenberg, J.; Albeck, S.; Weiner, S.; Addadi, L. J Cryst Growth 1994, 142, 156-164.
11. Yebra, D. M.; Kiil, S.; Dam-Johansen, K. Prog Org Coat 2004, 50, 75-104.
12. Magin, C. M.; Cooper, S. P.; Brennan, A. B. Mater Today 2010, 13, 36-44.
13. Banerjee, I.; Pangule, R. C.; Kane, R. S. Adv Mater 2011, 23, 690-718.
14. Costerton, J. W.; Stewart, P. S.; Greenberg, E. P. Science 1999, 284, 1318-1322.
15. Waite, J. H.; Tanzer, M. L. Science 1981, 212, 1038-1040.
16. Lee, H.; Scherer, N. F.; Messersmith, P. B. Proc Natl Acad Sci U S A 2006, 103, 12999-13003.
17. Waite, J. H.; Andersen, N. H.; Jewhurst, S.; Sun, C. J. J Adhes 2005, 81, 297-317.
18. Shalev, T.; Gopin, A.; Bauer, M.; Stark, R. W.; Rahimipour, S. J Mater Chem. 2012, 22, 2026-2032.
19. Lee, H.; Rho, J.; Messersmith, P. B. Adv Mater 2009, 21, 431-434.
20. Lee, H.; Lee, B. P.; Messersmith, P. B. Nature 2007, 448, U338-U334.
21. Lee, H.; Dellatore, S. M.; Miller, W. M.; Messersmith, P. B. Science 2007, 318, 426-430.
22. Dalsin, J. L.; Hu, B. H.; Lee, B. P.; Messersmith, P. B. J Am Chem Soc 2003, 125, 4253-4258.
23. Uvdal, K.; Bodo, P.; Liedberg, B. J Colloid Interface Sci 1992, 149, 162-173.
24. Ihs, A.; Liedberg, B. J Colloid Interface Sci 1991, 144, 282-292.
25. Willett, R. L.; Baldwin, K. W.; West, K. W.; Pfeiffer, L. N. Proc Natl Acad Sci U S A 2005, 102, 7817-7822.
26. Tamerler, C.; Khatayevich, D.; Gungormus, M.; Kacar, T.; Oren, E. E.; Hnilova, M.; Sarikaya, M. Biopolymers 2010, 94, 78-94.
27. Tamerler, C.; Sarikaya, M. ACS Nano 2009, 3, 1606-1615.
28. Tamerler, C.; Sarikaya, M. Acta Biomater 2007, 3, 289-299.
29. Naik, R. R.; Brott, L. L.; Clarson, S. J.; Stone, M. O. J Nanosci Nanotechnol 2002, 2, 95-100.
30. Donatan, S.; Yazici, H.; Bermek, H.; Sarikaya, M.; Tamerler, C.; Urgen, M. Mater Sci Eng C: Biomimetic Supramol Syst 2009, 29, 14-19.
31. Smith, G. P. Science 1985, 228, 1315-1317.
32. Golec, P.; Los, M.; Wegrzyn, G. FEBS J 2011, 278, 430-430.
33. Whaley, S. R.; English, D. S.; Hu, E. L.; Barbara, P. F.; Belcher, A. M. Nature 2000, 405, 665-668.
34. Sarikaya, M.; Tamerler, C.; Jen, A. K. Y.; Schulten, K.; Baneyx, F. Nat Mater 2003, 2, 577-585.
35. Sanghvi, A. B.; Miller, K. P. H.; Belcher, A. M.; Schmidt, C. E. Nat Mater 2005, 4, 496-502.
36. Wang, S. Q.; Humphreys, E. S.; Chung, S. Y.; Delduco, D. F.; Lustig, S. R.; Wang, H.; Parker, K. N.; Rizzo, N. W.; Subramoney, S.; Chiang, Y. M.; Jagota, A. Nat Mater 2003, 2, 196-200.
37. Morita, Y.; Ohsugi, T.; Iwasa, Y.; Tamiya, E. J Mol Catal B: Enzym 2004, 28, 185-190.
38. Segvich, S. J.; Smith, H. C.; Kohn, D. H. Biomaterials 2009, 30, 1287-1298.
39. Sarikaya, M.; Tamerler, C.; Schwartz, D. T.; Baneyx, F. O. Annu Rev Mater Res 2004, 34, 373-408.
40. Hnilova, M.; Oren, E. E.; Seker, U. O. S.; Wilson, B. R.; Collino, S.; Evans, J. S.; Tamerler, C.; Sarikaya, M. Langmuir 2008, 24, 12440-12445.
41. Sano, K.; Sasaki, H.; Shiba, K. J Am Chem Soc 2006, 128, 1717-1722.
42. Chen, H.; Su, X.; Neoh, K.-G.; Choe, W.-S. Langmuir 2008, 25, 1588-1593.
43. Speight, R. E.; Cooper, M. A. J Mol Recognit 2012, 25, 451-473.
44. Wei, Y.; Latour, R. A. Langmuir 2010, 26, 18852-18861.
45. Zlatanova, J.; Lindsay, S. M.; Leuba, S. H. Prog Biophys Mol Biol 2000, 74, 37-61.
46. Carvalho, F. A.; Santos, N. C. IUBMB Life 2012, 64, 465-472.
47. Wang, C. Z.; Yadavalli, V. K. Micron 2014, 60, 5-17.
48. Galler, K.; Brautigam, K.; Gro; Popp, J.; Neugebauer, U. Analyst 2014, 139, 1237-1273.
49. Carvalho, F. A.; Martins, I. C.; Santos, N. C. Arch Biochem Biophys 2013, 531, 116-127.
50. Hinterdorfer, P.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schilcher, K.; Schindler, H. Proc Natl Acad Sci U S A 1996, 93, 3477-3481.
51. Grandbois, M.; Beyer, M.; Rief, M.; Clausen-Schaumann, H.; Gaub, H. E. Science 1999, 283, 1727-1730.
52. Florin, E. L.; Moy, V. T.; Gaub, H. E. Science 1994, 264, 415-417.
53. Lee, G. U.; Kidwell, D. A.; Colton, R. J. Langmuir 1994, 10, 354-357.
54. Berquand, A.; Xia, N.; Castner, D. G.; Clare, B. H.; Abbott, N. L.; Dupres, V.; Adriaensen, Y.; Dufrêne, Y. F. Langmuir 2005, 21, 5517-5523.
55. Juhl, K. M. S.; Bovet, N.; Hassenkam, T.; Dideriksen, K.; Pedersen, C. S.; Jensen, C. M.; Okhrimenko, D. V.; Stipp, S. L. S. Langmuir 2014, 30, 8741-8750.
56. Hummer, G.; Szabo, A. Acc Chem Res 2005, 38, 504-513.
57. Puntheeranurak, T.; Neundlinger, I.; Kinne, R. K. H.; Hinterdorfer, P. Nat Protocols 2011, 6, 1443-1452.
58. Rief, M.; Grubmuller, H. Chem Phys Chem 2002, 3, 255-261.
59. Hinterdorfer, P.; Dufrene, Y. F. Nat Meth 2006, 3, 347-355.
60. Davis, J. J.; Hill, H. A. O. Chem Commun 2002, 393-401.
61. Bonanni, B.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. J Phys Chem B 2006, 110, 14574-14580.
62. Ratto, T. V.; Langry, K. C.; Rudd, R. E.; Balhorn, R. L.; Allen, M. J.; McElfresh, M. W. Biophys J 2004, 86, 2430-2437.
63. Willemsen, O. H.; Snel, M. M.; van der Werf, K. O.; de Grooth, B. G.; Greve, J.; Hinterdorfer, P.; Gruber, H. J.; Schindler, H.; van Kooyk, Y.; Figdor, C. G. Biophys J 1998, 75, 2220-2228.
64. Noy, A. Curr Opin Chem Biol 2011, 15, 710-718.
65. Morfill, J.; Blank, K.; Zahnd, C.; Luginbühl, B.; Kühner, F.; Gottschalk, K.-E.; Plückthun, A.; Gaub, H. E. Biophys J 2007, 93, 3583-3590.
66. Wagner, P. FEBS Lett 1998, 430, 112-115.
67. Rief, M.; Gautel, M.; Schemmel, A.; Gaub, H. E. Biophys J 1998, 75, 3008-3014.
68. Yasuda, R.; Noji, H.; Kinosita K., Jr.; Yoshida, M. Cell 1998, 93, 1117-1124.
69. Kienberger, F.; Kada, G.; Gruber, H. J.; Pastushenko, V. P.; Riener, C.; Trieb, M.; Knaus, H.-G.; Schindler, H.; Hinterdorfer, P. Single Mol 2000, 1, 59-65.
70. De Paris, R.; Strunz, T.; Oroszlan, K.; Güntherodt, H.-J.; Hegner, M. Single Molecules 2000, 1, 285-290.
71. Tong, Z.; Mikheikin, A.; Krasnoslobodtsev, A.; Lv, Z.; Lyubchenko, Y. L. Methods 2013, 60, 161-168.
72. Gilbert, Y.; Deghorain, M.; Wang, L.; Xu, B.; Pollheimer, P. D.; Gruber, H. J.; Errington, J.; Hallet, B.; Haulot, X.; Verbelen, C.; Hols, P.; Dufrêne, Y. F. Nano Lett 2007, 7, 796-801.
73. Yadavalli, V. K.; Forbes, J. G.; Wang, K. Langmuir 2006, 22, 6969-6976.
74. Sulchek, T.; Friddle, R. W.; Noy, A. Biophys J 2006, 90, 4686-4691.
75. Ulman, A. Chem Rev 1996, 96, 1533-1554.
76. Bonanni, B.; Alliata, D.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. Chem Phys Chem 2003, 4, 1183-1188.
77. Andolfi, L.; Bizzarri, A. R.; Cannistraro, S. Appl Phys Lett 2006, 89, 183125.
78. Razvag, Y.; Gutkin, V.; Reches, M. Langmuir 2013, 29, 10102-10109.
79. Langry, K. C.; Ratto, T. V.; Rudd, R. E.; McElfresh, M. W. Langmuir 2005, 21, 12064-12067.
80. Voorthuyzen, J. A.; Keskin, K.; Bergveld, P. Surf Sci 1987, 187, 201-211.
81. Yu, M.; Hwang, J.; Deming, T. J. J Am Chem Soc 1999, 121, 5825-5826.
82. Burzio, L. A.; Waite, J. H. Biochemistry 2000, 39, 11147-11153.
83. Monahan, J.; Wilker, J. J. Langmuir 2004, 20, 3724-3729.
84. Young, G. A.; Crisp, D. J. In Adhesion 6; Allen, K. W., Ed.; Applied Science: London, 1982; pp 19-39.
85. Yu, M.; Deming, T. J. Macromolecules 1998, 31, 4739-4745.
86. Frank, B. P.; Belfort, G. Biotechnol Prog 2002, 18, 580-586.
87. Hwang, D. S.; Yoo, H. J.; Jun, J. H.; Moon, W. K.; Cha, H. J. Appl Environ Microbiol 2004, 70, 3352-3359.
88. Liphardt, J.; Onoa, B.; Smith, S. B.; Tinoco, I.; Bustamante, C. Science 2001, 292, 733-737.
89. Merkel, R.; Nassoy, P.; Leung, A.; Ritchie, K.; Evans, E. Nature 1999, 397, 50-53.
90. Vega-Arroyo, M.; LeBreton, P. R.; Rajh, T.; Zapol, P.; Curtiss, L. A. Chem Phys Lett 2005, 406, 306-311.
91. Han, X.; Qin, M.; Pan, H.; Cao, Y.; Wang, W. Langmuir 2012, 28, 10020-10025.
92. Li, Y.; Qin, M.; Li, Y.; Cao, Y.; Wang, W. Langmuir 2014, 30, 4358-4366.
93. Bell, G. I. Science 1978, 200, 618-627.
94. Evans, E.; Ritchie, K. Biophys J 1999, 76, 2439-2447.
95. Skulason, H.; Frisbie, C. D. J Am Chem Soc 2002, 124, 15125-15133.
96. Popa, I.; Berkovich, R.; Alegre-Cebollada, J.; Badilla, C. L.; Rivas-Pardo, J. A.; Taniguchi, Y.; Kawakami, M.; Fernandez, J. M. J Am Chem Soc 2013, 135, 12762-12771.
97. Conti, M.; Falini, G.; Samorí, B. Angew Chem Int Ed 2000, 39, 215-218.
98. Schmitt, L.; Ludwig, M.; Gaub, H. E.; Tampe, R. Biophys J 2000, 78, 3275-3285.
99. Wang, J.; Tahir, M. N.; Kappl, M.; Tremel, W.; Metz, N.; Barz, M.; Theato, P.; Butt, H.-J. Adv Mater 2008, 20, 3872-3876.
100. Choe, W.-S.; Sastry, M. S. R.; Thai, C. K.; Dai, H.; Schwartz, D. T.; Baneyx, F. Langmuir 2007, 23, 11347-11350.
101. Bieri, M.; Bürgi, T. J Phys Chem B 2005, 109, 10243-10250.
102. Micksch, T.; Liebelt, N.; Scharnweber, D.; Schwenzer, B. ACS Appl Mater Interfaces 2014, 6, 7408-7416.
103. Hartvig, R. A.; van de Weert, M.; Østergaard, J.; Jorgensen, L.; Jensen, H. Langmuir 2011, 27, 2634-2643.
104. Brown, S. Proc Natl Acad Sci U S A 1992, 89, 8651-8655.
105. Schembri, M. A.; Kjaergaard, K.; Klemm, P. Fems Microbiol Lett 1999, 170, 363-371.
106. Landoulsi, J.; Dupres, V. Chem Phys Chem 2011, 12, 1310-1316.
107. Olsson, C. O. A.; Landolt, D. Electrochim. Acta 2003, 48, 1093-1104.
108. Landoulsi, J.; Genet, M. J.; Richard, C.; El Kirat, K.; Pulvin, S.; Rouxhet, P. G. J Colloid Interface Sci 2008, 318, 278-289.
109. Dupres, V.; Menozzi, F. D.; Locht, C.; Clare, B. H.; Abbott, N. L.; Cuenot, S.; Bompard, C.; Raze, D.; Dufrene, Y. F. Nat Methods 2005, 2, 631-631.
110. Strunz, T.; Oroszlan, K.; Schafer, R.; Guntherodt, H. Proc Natl Acad Sci U S A 1999, 96, 11277-11282.
111. Yuan, C.; Chen, A.; Kolb, P.; Moy, V. T. Biochemistry 2000, 39, 10219-10223.
112. Thyparambil, A. A.; Wei, Y.; Latour, R. A. Langmuir 2012, 28, 5687-5694.
113. Hadi, A. S.; Simonoff, J. S. J Am Stat Assoc 1993, 88, 1264-1272.
114. Huang, H. M.; Chen, W. Y.; Ruaan, R. C. J Colloid Interface Sci 2003, 263, 23-28.
115. Geisler, M.; Balzer, B. N.; Hugel, T. Small 2009, 5, 2864-2869.
116. Wei, Y.; Latour, R. A. Langmuir 2010, 26, 18852-18861.
117. Zangi, R.; Berne, B. J. J Phys Chem B 2006, 110, 22736-22741.