journal article·2014-04Open access

Engineering vertically aligned semiconductor nanowire arrays for applications in the life sciences

Roey Elnathan, Moria Kwiat, Fernando Patolsky, Nicolas H. Voelcker

Nano Today· Volume 9· Issue 2

Abstract

Summary The interface between nanotechnology and life sciences is one of the fastest-growing and most promising areas of material science. This review is following a recent shift toward the engineering of vertically aligned (VA) semiconductor nanowire (NW) arrays for the development of next-generation biodevices. The focus of the review is on porous and non-porous silicon and other semiconductor NWs. We will first cover key aspects of VA-NW array fabrication and chemical functionalization. Then we will concentrate on the interactions between VA-NW elements and mammalian cells. Specifically, we assess the ability of these nanostructures to influence cellular adhesion, morphology, migration, proliferation, and differentiation. We then address the use of vertically aligned NWs as tools for the delivery of biomolecular cargo into mammalian cells. The final sections of the review will be dedicated to examples of vertically aligned silicon nanowire (VA-SiNW) arrays used in drug delivery and for biosensing.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Nanowire Synthesis and Applications · Anodic Oxide Films and Nanostructures · Advanced biosensing and bioanalysis techniques

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (100+)

Show source-provided references
1. Duan · Nano Today · 2013 · 8 · 35110.1016/j.nantod.2013.05.001 ↗
2. Yan · Nat. Nanotechnol. · 2012 · 7 · 19110.1038/nnano.2011.226 ↗
3. Elnathan · Nano Lett. · 2012 · 12 · 524510.1021/nl302434w ↗
4. Cohen-Karni · Pure Appl. Chem. · 2013 · 85 · 88310.1351/PAC-CON-12-10-19 ↗
5. Kwiat · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 28010.1021/ja206639d ↗
6. Mendes · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 920710.1039/c3cs60198f ↗
7. Wagner · Appl. Phys. Lett. · 1964 · 4 · 8910.1063/1.1753975 ↗
8. Schwarz · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 20610110.1103/PhysRevLett.102.206101 ↗
9. Lerose · J. Cryst. Growth · 2010 · 312 · 288710.1016/j.jcrysgro.2010.07.023 ↗
10. Dick · Nano Lett. · 2005 · 5 · 76110.1021/nl050301c ↗
11. Joyce · Prog. Quant. Electron. · 2011 · 35 · 2310.1016/j.pquantelec.2011.03.002 ↗
12. Fu · J. Vac. Sci. Technol. B · 2009 · 27 · 152010.1116/1.3065991 ↗
13. Li · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 361410.1039/c3cs35482b ↗
14. Huang · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 28510.1002/adma.201001784 ↗
15. Pevzner · Nano Lett. · 2010 · 10 · 120210.1021/nl903560u ↗
16. Li · Coord. Chem. Rev. · 2011 · 255 · 35710.1016/j.ccr.2010.09.015 ↗
17. Haynes · J. Phys. Chem. B · 2001 · 105 · 559910.1021/jp010657m ↗
18. Li · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 4010.1039/C0JM02230F ↗
19. Banholzer · Nat. Protoc. · 2009 · 4 · 83810.1038/nprot.2009.52 ↗
20. Kim · 2010
21. Luo · Macromolecules · 2013 · 46 · 756710.1021/ma401112y ↗
22. Mårtensson · Nano Lett. · 2004 · 4 · 69910.1021/nl035100s ↗
23. Piret · Biomaterials · 2013 · 34 · 87510.1016/j.biomaterials.2012.10.042 ↗
24. Bettinger · Angew. Chem. Int. Ed. · 2009 · 48 · 540610.1002/anie.200805179 ↗
25. Chen · ACS Nano · 2012 · 6 · 409410.1021/nn3004923 ↗
26. Hai · Nat. Methods · 2010 · 7 · 20010.1038/nmeth.1420 ↗
27. Jeong · Nano Lett. · 2013 · 13 · 286410.1021/nl401205b ↗
28. Anselme · Acta. Biomater. · 2010 · 6 · 382410.1016/j.actbio.2010.04.001 ↗
29. Galopin · Langmuir · 2010 · 26 · 347910.1021/la9030377 ↗
30. Ouarda · Nanotechnology · 2013 · 24 · 49510110.1088/0957-4484/24/49/495101 ↗
31. Na · Nano Lett. · 2013 · 13 · 15310.1021/nl3037068 ↗
32. Han · Biosens. Bioelectron. · 2005 · 20 · 212010.1016/j.bios.2004.08.023 ↗
33. Han · Nanomed. Nanotech. Biol. Med. · 2008 · 4 · 21510.1016/j.nano.2008.03.005 ↗
34. Shalek · Proc. Natl. Acad. Sci. USA · 2010 · 107 · 187010.1073/pnas.0909350107 ↗
35. Chan · Eur. Spine J. · 2008 · 17 · 46710.1007/s00586-008-0745-3 ↗
36. Christelle · Nanotechnology · 2008 · 19 · 34510110.1088/0957-4484/19/34/345101 ↗
37. Bucaro · ACS Nano · 2012 · 6 · 622210.1021/nn301654e ↗
38. Brammer · Nano Lett. · 2009 · 9 · 357010.1021/nl901769m ↗
39. Krivitsky · Nano Lett. · 2012 · 12 · 474810.1021/nl3021889 ↗
40. Rostgaard · Nanoscale · 2013 · 5 · 1022610.1039/c3nr03113f ↗
41. Peng · Appl. Phys. Lett. · 2009 · 95 · 3
42. Engel · Angew. Chem. Int. Ed. · 2010 · 49 · 683010.1002/anie.201000847 ↗
43. Wang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2013 · 5 · 180010.1021/am3031322 ↗
44. Qi · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2009 · 1 · 3010.1021/am800027d ↗
45. Kafi · Biomaterials · 2012 · 33 · 73110.1016/j.biomaterials.2011.10.003 ↗
46. Kim · Nanotechnology · 2012 · 23 · 39510210.1088/0957-4484/23/39/395102 ↗
47. Bonde · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2013 · 5 · 1051010.1021/am402070k ↗
48. Hanson · Nano Lett. · 2012 · 12 · 581510.1021/nl303163y ↗
49. Kim · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 722810.1021/ja071456k ↗
50. Peer · Acs Nano · 2012 · 6 · 494010.1021/nn300443h ↗
51. McKnight · Nano Lett. · 2004 · 4 · 121310.1021/nl049504b ↗
52. VanDersarl · Nano Lett. · 2012 · 12 · 388110.1021/nl204051v ↗
53. Yosef · Nature · 2013 · 496 · 46110.1038/nature11981 ↗
54. Shalek · Nano Lett. · 2012 · 12 · 649810.1021/nl3042917 ↗
55. Walther · Drugs · 2000 · 60 · 24910.2165/00003495-200060020-00002 ↗
56. Al-Dosari · AAPS J. · 2009 · 11 · 67110.1208/s12248-009-9143-y ↗
57. Goldberg · J. Biomater. Sci. Polym. · 2007 · 18 · 24110.1163/156856207779996931 ↗
58. Kayser · Curr. Pharm. Biotechnol. · 2005 · 6 · 310.2174/1389201053167158 ↗
59. McInnes · Nanomedicine · 2012 · 7 · 99510.2217/nnm.11.176 ↗
60. Jane · Trends Biotechnol. · 2009 · 27 · 23010.1016/j.tibtech.2008.12.004 ↗
61. Anglin · Adv. Drug Deliv. Rev. · 2008 · 60 · 126610.1016/j.addr.2008.03.017 ↗
62. McInnes · Future Med Chem. · 2009 · 1 · 105110.4155/fmc.09.90 ↗
63. Bimbo · Nanoscale · 2012 · 4 · 318410.1039/c2nr30397c ↗
64. Low · Biomaterials · 2009 · 30 · 287310.1016/j.biomaterials.2009.02.008 ↗
65. Tasciotti · Nat. Nanotechnol. · 2008 · 3 · 15110.1038/nnano.2008.34 ↗
66. Chiappini · Adv. Funct. Mater. · 2010 · 20 · 223110.1002/adfm.201000360 ↗
67. McInnes · Nanoscale Res. Lett. · 2012 · 7 · 38510.1186/1556-276X-7-385 ↗
68. Peng · Angew. Chem. Int. Ed. · 2013 · 52 · 145710.1002/anie.201206737 ↗
69. Sweetman · RSC Adv. · 2012 · 2 · 462010.1039/c2ra20232h ↗
70. Jung · Nano Lett. · 2009 · 9 · 244010.1021/nl901143p ↗
71. Peng · Small · 2005 · 1 · 106210.1002/smll.200500137 ↗
72. Muskens · Nano Lett. · 2008 · 8 · 263810.1021/nl0808076 ↗
73. Hung · Opt. Express · 2011 · 19 · 1579210.1364/OE.19.015792 ↗
74. Alabi · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2013 · 5 · 893210.1021/am401787c ↗
75. Broenstrup · ACS Nano · 2010 · 4 · 711310.1021/nn101076t ↗
76. Sivakov · Phys. Rev. B · 2010 · 82 · 12544610.1103/PhysRevB.82.125446 ↗
77. Timoshenko · J. Nanoelectron. Optoe. · 2011 · 6 · 51910.1166/jno.2011.1205 ↗
78. Szili · Sensor. Actuat. B: Chem. · 2011 · 160 · 34110.1016/j.snb.2011.07.059 ↗
79. Worsfold · Langmuir · 2006 · 22 · 707810.1021/la060121y ↗
80. Alvarez · Biomaterials · 2009 · 30 · 2610.1016/j.biomaterials.2008.09.005 ↗
81. Coffer · Phys. Status Solidi A: Appl. Res. · 2003 · 197 · 33610.1002/pssa.200306520 ↗
82. Adolfsson · Nano Lett. · 2013 · 13 · 472810.1021/nl4022754 ↗
83. Shao · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 93 · 23311810.1063/1.2969292 ↗
84. Zhang · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 92 · 3
85. Wang · Appl. Phys. Lett. · 2010 · 96 · 05310410.1063/1.3300837 ↗
86. Yi · Anal. Bioanal. Chem. · 2010 · 397 · 314310.1007/s00216-010-3889-z ↗
87. Xie · Proc. Natl. Acad. Sci. USA · 2011 · 108 · 389410.1073/pnas.1015589108 ↗
88. Hobbs · Chem. Mater. · 2012 · 24 · 197510.1021/cm300570n ↗
89. Bandaru · Semicond. Sci. Technol. · 2010 · 25 · 02400310.1088/0268-1242/25/2/024003 ↗
90. Wang · Nat. Nanotechnol. · 2006 · 1 · 18610.1038/nnano.2006.133 ↗
91. Borgstrom · Nat. Nanotechnol. · 2007 · 2 · 54110.1038/nnano.2007.263 ↗
92. Lieber · MRS Bull. · 2007 · 32 · 9910.1557/mrs2007.41 ↗
93. Barth · Prog. Mater. Sci. · 2010 · 55 · 56310.1016/j.pmatsci.2010.02.001 ↗
94. Morales · Science · 1998 · 279 · 20810.1126/science.279.5348.208 ↗
95. Hu · Nature · 1999 · 399 · 4810.1038/19941 ↗
96. Shi · Adv. Mater. · 2000 · 12 · 134310.1002/1521-4095(200009)12:18<1343::AID-ADMA1343>3.0.CO;2-Q ↗
97. Lauhon · Nature · 2002 · 420 · 5710.1038/nature01141 ↗
98. Hyun · 2013 · 451
99. Lieber · MRS Bull. · 2011 · 36 · 105210.1557/mrs.2011.269 ↗
100. Xiang · Nature · 2006 · 441 · 48910.1038/nature04796 ↗