Self-assembled Monolayers for Biosensors

(Note: The full text of this document is currently only available in the PDF Version )

Th. Wink, S. J. van Zuilen, A. Bult and W. P. van Bennekom


Abstract

The use of self-assembled monolayers (SAMs) in various fields of research is rapidly growing. In particular, many biomedical fields apply SAMs as an interface-layer between a metal surface and a solution or vapour. This review summarises methods for the formation of SAMs upon the most commonly used materials and techniques used for monolayer characterisation. Emphasis will lie on uniform, mixed and functionalised monolayers applied for immobilisation of biological components including (oligo-)nucleotides, proteins, antibodies and receptors as well as polymers. The application of SAMs in today’s research, together with some applications will be discussed.


References

  1. A. F. P. Turner, in Biosensors: Fundamentals and Applications, ed. Turner, A. F. P., Karube, I., and Wilson, G. S., Oxford University Press, 1987, pp. V–VIII Search PubMed .
  2. M. P. Byfield and R. A. Abuknesha, Biosens. Bioelectron., 1994, 9, 373 CrossRef CAS .
  3. B. Lu, M. R. Smyth and R. O'Kennedy, Analyst, 1996, 121, 29R RSC .
  4. N. J. Goddard, D. Pollard-Knight and C. H. Maule, Analyst, 1994, 119, 583 RSC .
  5. W. Schramm, S.-H. Paek and G. Voss, Immunomethods, 1993, 3, 93 CrossRef CAS .
  6. R. C. Ebersole, J. A. Miller, J. R. Moran and M. D. Ward, J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 3239 CrossRef CAS .
  7. H. Morgan, D. M. Taylor, C. D'Silva and H. Fukushima, Thin Solid Films, 1992, 210/211, 773 CrossRef .
  8. U. R. Achtnich, L. X. Tiefenauer and R. Y. Andres, Biosens. Bioelectron., 1992, 7, 279 CrossRef CAS .
  9. A. Schmidt, J. Spinke, T. Bayerl, E. Sackmann and W. Knoll, Biophys. J., 1992, 63, 1185 .
  10. S. Zhao and W. M. Reichert, Langmuir, 1992, 8, 2785 CrossRef CAS .
  11. T. Hoshi, J. Anzai and T. Osa, Anal. Chim. Acta, 1994, 289, 321 CrossRef CAS .
  12. L. G. Fägerstam, A. Frostell-Karlsson, R. Karlsson, B. Persson and I. Rönnberg, J. Chromatogr., 1992, 597, 397 CrossRef CAS .
  13. W. H. Scouten, Methods Enzymol., 1987, 135, 30 CrossRef CAS .
  14. K. L. Carraway and D. E. Koshland, Jr., Methods Enzymol., 1979, 25, 616 CrossRef .
  15. C. A. Wolfe and D. S. Hage, Anal. Biochem., 1995, 231, 123 CrossRef CAS .
  16. T. Matsuda and T. Sugawara, Langmuir, 1995, 11, 2267 CrossRef .
  17. D. Mandler and I. Turyan, Electroanalysis, 1995, 8, 207 .
  18. D. L. Allara, Biosens. Bioelectron., 1995, 10, 771 CrossRef CAS .
  19. W. Göpel and P. Heiduschka, Biosens. Bioelectron., 1995, 10, 853 CrossRef CAS .
  20. J. Xu and H.-L. Li, J. Colloid Interface Sci., 1995, 176, 138 CrossRef CAS .
  21. G. G. Roberts and C. W. Pitt, Langmuir-Blodgett Films, 1982, Elsevier, Amsterdam, 1983 Search PubMed .
  22. J. Sagiv, J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 2 .
  23. R. G. Nuzzo and D. L. Allara, J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 4481 CrossRef CAS .
  24. M. D. Porter, T. B. Bright, D. L. Allara and C. E. D. Chidsey, J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 3559 CrossRef CAS .
  25. E. B. Troughton, C. D. Bain, G. M. Whitesides, R. G. Nuzzo, D. L. Allara and M. D. Porter, Langmuir, 1988, 4, 365 CrossRef CAS .
  26. C. D. Bain, E. B. Troughton, Y.-T. Tao, J. Evall, G. M. Whitesides and R. G. Nuzzo, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 321 CrossRef CAS .
  27. C. D. Bain, J. Evall and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 7155 CrossRef CAS .
  28. L. Bertilsson and B. Liedberg, Langmuir, 1993, 9, 141 CrossRef CAS .
  29. U. Jönsson, M. Malmquist, G. Olofsson and I. Rönnberg, Methods Enzymol., 1988, 137, 381 CrossRef CAS .
  30. R. G. Nuzzo, F. A. Fusco and D. L. Allara, J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 2358 CrossRef CAS .
  31. R. G. Nuzzo, L. H. Dubois and D. L. Allara, J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 558 CrossRef CAS .
  32. H. Keller, W. Schrepp and H. Fuchs, Thin Solid Films, 1992, 210/211, 799 CrossRef .
  33. H. O. Finklea, S. Avery, M. Lynch and T. Furtsch, Langmuir, 1987, 3, 409 CrossRef CAS .
  34. C. D. Bain and G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 7164 CrossRef CAS .
  35. L. H. Dubois and R. G. Nuzzo, Annu. Rev. Phys. Chem., 1992, 43, 437 CrossRef CAS .
  36. Y.-T. Kim, R. L. McCarley and A. J. Bard, Langmuir, 1993, 9, 1941 CrossRef CAS .
  37. H. O. Finklea, in Electroanalytical Chemistry: A Series of Advances, ed. Bard, A. J., and Rubinstein, I., Marcel Dekker. New York, 1996, vol. 19, pp. 110–317 Search PubMed .
  38. A. Ulman, Characterization of Organic Thin Films, Butterworth–Heinemann, Boston, 1995 Search PubMed .
  39. K. Edinger, A. Gölzhaeuser, K. Demota, C. Wöll and M. Grunze, Langmuir, 1993, 9, 4 CrossRef CAS .
  40. L. Sun and R. M. Crooks, Langmuir, 1993, 9, 1951 CrossRef CAS .
  41. E. Delamarche, B. Michel, H. Kang and C. Gerber, Langmuir, 1994, 10, 4103 CrossRef .
  42. J. Pan, N. Tao and S. M. Lindsay, Langmuir, 1993, 9, 1556 CrossRef CAS .
  43. C. E. D. Chidsey and D. N. Loiacono, Langmuir, 1990, 6, 682 CrossRef CAS .
  44. C. A. Widrich, C. Chung and M. D. Porter, J. Electroanal. Chem., 1991, 310, 335 CrossRef CAS .
  45. D. E. Weisshaar, B. D. Lamp and M. D. Porter, J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 5860 CrossRef .
  46. I. M. Walczak, D. D. Popenoe, R. S. Deinhammer, B. D. Lamp, C. Chung and M. D. Porter, Langmuir, 1991, 7, 2687 CrossRef CAS .
  47. K. De Weldige, M. Rohwerder, H. Vago, H. Viefhaus and M. Stratman, Fresenius' J. Anal. Chem., 1995, 353, 329 CrossRef CAS .
  48. K. D. Truong and P. A. Rowntree, Prog. Surf. Sci., 1995, 50, 207 CrossRef CAS .
  49. R. G. Nuzzo, B. R. Zegarski and L. H. Dubois, J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 733 CrossRef CAS .
  50. M. Grunze, Phys. Scr., 1993, 49, 711 Search PubMed .
  51. L. Strong and G. M. Whitesides, Langmuir, 1988, 4, 546 CrossRef CAS .
  52. B. A. Ivarsson, P.-O. Hegg, I. Lundström and U. Jönsson, Colloids. Surface., 1985, 13, 169 Search PubMed .
  53. B. Liedberg, B. Ivarsson, I. Lundström and W. R. Salaneck, Progr. Colloid Polym., 1985, 70, 67 Search PubMed .
  54. I. Lundström, Progr. Colloid Polym. Sci., 1985, 70, 76 Search PubMed .
  55. I. Lundström and W. R. Salaneck, J. Colloid Interf. Sci., 1985, 108, 288 CrossRef .
  56. J.-E. Sundgren, P. Bodö, B. Ivarsson and I. Lundström, Progr. Colloid Polym. Sci., 1986, 113, 530 Search PubMed .
  57. M. Collison, E. F. Bowden and M. J. Tarlov, Langmuir, 1992, 8, 1247 CrossRef CAS .
  58. F. Malem and D. Mandler, Anal. Chem., 1993, 65, 37 CrossRef CAS .
  59. P. J. H. J. Van Os, A. Bult and W. P. Van Bennekom, Anal. Chim. Acta, 1995, 305, 18 CrossRef CAS .
  60. O. A. Sadik and G. G. Wallace, Anal. Chim. Acta, 1993, 279, 209 CrossRef CAS .
  61. C. N. Sayre and D. M. Collard, Langmuir, 1995, 11, 302 CrossRef CAS .
  62. R. J. Willicut and R. L. McCarley, Adv. Mater., 1995, 7, 759 CAS .
  63. S. E. Creager and K. G. Olsen, Anal. Chim. Acta, 1995, 307, 277 CrossRef CAS .
  64. A. Riklin and I. Willner, Anal. Chem., 1995, 67, 4118 CrossRef CAS .
  65. L. Jiang, C. J. McNeil and J. M. Cooper, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 1293 RSC .
  66. S. R. Rubin, J. T. Chow, J. P. Ferraris and T. A. Zawodzinski, Jr., Langmuir, 1996, 12, 363 CrossRef CAS .
  67. S. Bharathi, V. Yegnaraman and G. P. Rao, Langmuir, 1993, 9, 1614 CrossRef CAS .
  68. I. Willner and A. Riklin, Anal. Chem., 1994, 66, 1535 CrossRef CAS .
  69. T. A. Postlethwaite, J. E. Hutchison, K. W. Hathcock and R. W. Murray, Langmuir, 1995, 11, 4109 CrossRef CAS .
  70. Q. Cheng and A. Brajter-Toth, Anal. Chem., 1992, 64, 1998 CrossRef CAS .
  71. Q. Cheng and A. Brajter-Toth, Anal. Chem., 1995, 67, 2767 CrossRef CAS .
  72. C. M. Duan and M. E. Meyerhoff, Anal. Chem., 1994, 66, 1369 CrossRef CAS .
  73. W. R. Heineman and H. B. Halsall, Anal. Chem., 1985, 57, 1321A CAS .
  74. M. E. A. Downs, S. Kobayashi and I. Karube, Anal. Lett., 1987, 20, 1897 CAS .
  75. D.-W. Pang, Z.-L. Zhang, Y.-P. Qi, J.-K. Cheng and Z.-Y. Liu, J. Electroanal. Chem., 1996, 403, 183 CrossRef CAS .
  76. K. M. Millan and S. R. Mikkelsen, Anal. Chem., 1993, 65, 2317 CrossRef CAS .
  77. E. Kretschmann and H. Raether, Z. Naturforsch., 1968, 23a, 2135 Search PubMed .
  78. S. Löofås and B. Johnsson, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1990, 1526 RSC .
  79. S. Löfås, B. Johnsson, Å. Edström, A. Hansson, R.-M. Müller Hillgren and L. Stigh, Biosens. Bioelectron., 1995, 10, 813 CrossRef .
  80. L. Häussling, H. Ringsdorf, F.-J. Schmitt and W. Knoll, Langmuir, 1991, 7, 1837 CrossRef .
  81. F.-J. Schmitt, L. Häussling, H. Ringsdorf and W. Knoll, Thin Solid Films, 1992, 210/211, 815 CrossRef .
  82. J. Spinke, M. Liley, F. J. Schmitt, H. J. Guder, L. Angermaier and W. Knoll, J. Chem. Phys., 1993, 99, 7012 CrossRef CAS .
  83. S. Mittler-Neher, J. Spinke, M. Liley, G. Nelles, M. Weisser, R. Back, G. Wenz and W. Knoll, Biosens. Bioelectron., 1995, 10, 903 CrossRef CAS .
  84. S. Terrettaz, T. Stora, C. Duschl and H. Vogel, Langmuir, 1993, 9, 1361 CrossRef CAS .
  85. D. J. Van den Heuvel, R. P. H. Kooyman, J. W. Drijfhout and G. W. Welling, Anal. Biochem., 1993, 215, 223 CrossRef CAS .
  86. R. P. H. Kooyman, D. J. Van den Heuvel, J. W. Drijfhout and G. W. Welling, Thin Solid Films, 1994, 244, 913 CrossRef CAS .
  87. M. Mrksich, G. B. Sigal and G. M. Whitesides, Langmuir, 1995, 11, 4383 CrossRef .
  88. C. Duschl, A.-F. Sévin-Landais and H. Vogel, Biophys. J., 1996, 70, 1985 CAS .
  89. G. B. Sigal, C. Bamdad, A. Barberis, J. Strominger and G. M. Whitesides, Anal. Chem., 1996, 68, 490 CrossRef CAS .
  90. D. Piscevic, R. Lawall, M. Veith, M. Liley, Y. Okahata and W. Knoll, Appl. Surf. Sci., 1995, 90, 425 CrossRef CAS .
  91. J. Rickert, T. Weiss, W. Kraas, G. Jung and W. Göpel, Biosens. Bioelectron., 1996, 11, 591 CrossRef CAS .
  92. M. Minunni, M. Mascini, G. G. Guilbault and B. Hock, Anal. Lett., 1995, 28, 749 CAS .
  93. T. W. Schneider and D. A. Buttry, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 12 391 CrossRef CAS .
  94. L. J. Kepley, R. M. Crooks and A. J. Ricco, Anal. Chem., 1992, 64, 3191 CrossRef CAS .
  95. D. S. Karpovich and G. J. Blanchard, Langmuir, 1994, 10, 3315 CrossRef CAS .
  96. K. D. Schierbaum, T. Weiss, E. U. Thoden van Velzen, J. F. J. Engbersen, D. N. Reinhoudt and W. Göpel, Science, 1994, 265, 1413 CrossRef .
  97. J. W. Grate, S. J. Patrash, M. H. Abraham and C. M. Du, Anal. Chem., 1996, 68, 913 CrossRef CAS .
  98. B. Sellergren, A. Swietlow, T. Arnebrant and K. Unger, Anal. Chem., 1996, 68, 402 CrossRef CAS .
  99. P. Wagner, M. Hegner, P. Kernen, F. Zaugg and G. Semenza, Biophys. J., 1996, 70, 2052 CrossRef CAS .
  100. H. Morgan, D. J. Pritchard and J. M. Cooper, Biosens. Bioelectron., 1995, 10, 841 CrossRef CAS .
  101. G. Harsányi, Mater. Chem. Phys., 1996, 43, 199 CrossRef CAS .
  102. J. F. Ford, T. J. Vickers, C. K. Mann and J. B. Schlenoff, Langmuir, 1996, 12, 1944 CrossRef CAS .
Click here to see how this site uses Cookies. View our privacy policy here.