Microtubules are among bio-polymers providing vital functions in dynamic cellular processes. Artificial organization of these bio-polymers is a requirement for transferring their native functions into device applications. Using electrophoresis, we achieve an accumulation of microtubules along a metallic glass (Pd42.5Cu30Ni7.5P20) microwire in solution. According to an estimate based on migration velocities of microtubules approaching the wire, the electrophoretic mobility of microtubules is around 10−12 m2/Vs. This value is four orders of magnitude smaller than the typical mobility reported previously. Fluorescence microscopy at the individual-microtubule level shows microtubules aligning along the wire axis during the electric field-induced migration. Casein-treated electrodes are effective to reversibly release trapped microtubules upon removal of the external field. An additional result is the condensation of secondary filamentous structures from oriented microtubules.

1.
A.
Desai
and
T. J.
Mitchison
,
Annu. Rev. Cell Dev. Biol.
13
,
83
(
1997
).
2.
N.
Hirokawa
,
Y.
Noda
,
Y.
Tanaka
, and
S.
Niwa
,
Nat. Rev. Mol. Cell Biol.
10
,
682
(
2009
).
3.
R. D.
Vale
,
B. J.
Schnapp
,
T. S.
Reese
, and
M. P.
Sheetz
,
Cell
40
,
559
(
1985
).
4.
R. D.
Vale
,
T. S.
Reese
, and
M. P.
Sheetz
,
Cell
42
,
39
(
1985
).
5.
M. G. L.
van den Heuvel
and
C.
Dekker
,
Science
317
,
333
(
2007
).
6.
A.
Agarwal
and
H.
Hess
,
Prog. Polym. Sci.
35
,
252
(
2010
).
7.
F. J.
Nedelec
,
T.
Surrey
,
A. C.
Maggs
, and
S.
Leibler
,
Nature
389
,
305
(
1997
).
8.
V.
Schaller
,
C.
Weber
,
C.
Semmrich
,
E.
Frey
, and
A. R.
Bausch
,
Nature
467
,
73
(
2010
).
9.
Y.
Sumino
,
K. H.
Nagai
,
Y.
Shitaka
,
D.
Tanaka
,
K.
Yoshikawa
,
H.
Chaté
, and
K.
Oiwa
,
Nature
483
,
448
(
2012
).
10.
T.
Sanchez
,
D. T. N.
Chen
,
S. J.
DeCamp
,
M.
Heymann
, and
Z.
Dogic
,
Nature
491
,
431
(
2012
).
11.
A.
Priel
,
A. J.
Ramos
,
J. A.
Tuszynski
, and
H. F.
Cantiello
,
Biophys. J.
90
,
4639
(
2006
).
12.
S.
Sahu
,
S.
Ghosh
,
K.
Hirata
,
D.
Fujita
, and
A.
Bandyopadhyay
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
123701
(
2013
).
13.
H.
Hess
,
J.
Clemmens
,
D.
Qin
,
J.
Howard
, and
V.
Vogel
,
Nano Lett.
1
,
235
(
2001
).
14.
Y.
Hiratsuka
,
T.
Tads
,
K.
Oiwa
,
T.
Kanayama
, and
T. Q. P.
Uyeda
,
Biophys. J.
81
,
1555
(
2001
).
15.
J.
Clemmens
,
H.
Hess
,
R.
Lipscomb
,
Y.
Hanein
,
K. F.
Böhringer
,
C. M.
Matzke
,
G. D.
Bachand
,
B. C.
Bunker
, and
V.
Vogel
,
Langmuir
19
,
10967
(
2003
).
16.
L. J.
Cheng
,
M. T.
Kao
,
E.
Meyhofer
, and
L. J.
Guo
,
Small
1
,
409
(
2005
).
17.
M. G. L.
van den Heuvel
,
M. P.
de Graaff
, and
C.
Dekker
,
Science
312
,
910
(
2006
).
18.
R.
Yokokawa
,
Y.
Yoshida
,
S.
Takeuchi
,
T.
Kon
, and
H.
Fujita
,
Nanotechnology
17
,
289
(
2006
).
19.
R.
Stracke
,
K. J.
Böhm
,
L.
Wollweber
,
J. A.
Tuszynski
, and
E.
Unger
,
Biochem. Biophys. Res. Commun.
293
,
602
(
2002
).
20.
M. G. L.
van den Heuvel
,
M. P.
de Graaff
,
S. G.
Lemay
, and
C.
Dekker
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
,
7770
(
2007
).
21.
L.
Jia
,
S. G.
Moorjani
,
T. N.
Jackson
, and
W. O.
Hancock
,
Biomed. Microdevices
6
,
67
(
2004
).
22.
I.
Minoura
and
E.
Muto
,
Biophys. J.
90
,
3739
(
2006
).
23.
M.
Uppalapati
,
Y. M.
Huang
,
T. N.
Jackson
, and
W. O.
Hancock
,
Small
4
,
1371
(
2008
).
24.
E.
Nogales
,
M.
Whittaker
,
R. A.
Milligan
, and
K. H.
Downing
,
Cell
96
,
79
(
1999
).
25.
D.
Chretien
,
S. D.
Fuller
, and
E.
Karsenti
,
J. Cell Biol.
129
,
1311
(
1995
).
26.
J. A.
Tuszynski
,
J. A.
Brown
,
E.
Crawford
,
E. J.
Carpenter
,
M. L. A.
Nip
,
J. M.
Dixon
, and
M. V.
Sataric
,
Math. Comput. Model.
41
,
1055
(
2005
).
27.
J. A.
Noel
,
W.
Teizer
, and
W.
Hwang
,
ACS Nano
3
,
1938
(
2009
).
28.
M. G. L.
van den Heuvel
,
C. T.
Butcher
,
S. G.
Lemay
,
S.
Diez
, and
C.
Dekker
,
Nano Lett.
5
,
235
(
2005
).
29.
E.
Kim
,
K. E.
Byun
,
D. S.
Choi
,
D. J.
Lee
,
D. H.
Cho
,
B. Y.
Lee
,
H.
Yang
,
J.
Heo
,
H. J.
Chung
,
S.
Seo
, and
S.
Hong
,
Nanotechnology
24
,
195102
(
2013
).
30.
A.
Sikora
,
J.
Ramón-Azcón
,
K.
Kim
,
K.
Reaves
,
H.
Nakazawa
,
M.
Umetsu
,
I.
Kumagai
,
T.
Adschiri
,
H.
Shiku
,
T.
Matsue
,
W.
Hwang
, and
W.
Teizer
,
Nano Lett.
14
,
876
(
2014
).
31.
K.
Kim
,
A.
Liao
,
A.
Sikora
,
D.
Oliveira
,
M.
Umetsu
,
I.
Kumagai
,
T.
Adschiri
,
W.
Hwang
, and
W.
Teizer
,
Biomed. Microdevices
16
,
501
(
2014
).
32.
K.
Kim
,
A.
Sikora
,
K. S.
Nakayama
,
H.
Nakazawa
,
M.
Umetsu
,
W.
Hwang
, and
W.
Teizer
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
143701
(
2014
).
33.
K. S.
Nakayama
,
Y.
Yokoyama
,
T.
Ono
,
M. W.
Chen
,
K.
Akiyama
,
T.
Sakurai
, and
A.
Inoue
,
Adv. Mater.
22
,
872
(
2010
).
34.
K. S.
Nakayama
,
Y.
Yokoyama
,
T.
Wada
,
N.
Chen
, and
A.
Inoue
,
Nano Lett.
12
,
2404
(
2012
).
35.
P.
Kang
,
X.
Serey
,
Y. F.
Chen
, and
D.
Erickson
,
Nano Lett.
12
,
6400
(
2012
).
36.
E. W.
Dent
,
J. L.
Callaway
,
G.
Szebenyi
,
P. W.
Baas
, and
K.
Kalil
,
J. Neurosci.
19
,
8894
(
1999
).
37.
H. H.
Gerdes
and
R. N.
Carvalho
,
Curr. Opin. Cell. Biol.
20
,
470
(
2008
).
38.
J.
Pokorny
,
A.
Foletti
,
J.
Kobilkova
,
A.
Jandova
,
J.
Vrba
,
J.
Vrba
, Jr.
,
M.
Nedbalova
,
A.
Cocek
,
A.
Danani
, and
J. A.
Tuszynski
,
Sci. World J.
2013
,
195028
.
39.
B. J.
Blanchard
,
B. R.
Stockwell
, and
V. M.
Ingram
,
Biochem. Biophys. Res. Commun.
293
,
1204
(
2002
).
40.
A.
Maloney
,
L. J.
Herskowitz
, and
S. J.
Koch
,
PLoS One
6
,
e19522
(
2011
).
41.
J.
Vanderlinde
,
Classical Electromagnetic Theory
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
New York
,
1993
), pp.
141
144
.
42.
L. K.
Ista
,
G. P.
Lopez
,
C. F.
Ivory
,
M. J.
Oritz
,
T. A.
Schifani
,
C. D.
Schwappach
, and
S. S.
Sibbett
,
Lab Chip
3
,
266
(
2003
).
43.
M.
Stelzle
,
M.
Dürr
,
M.
Cieplik
, and
W.
Nisch
,
Fresenius J. Anal. Chem.
371
,
112
(
2001
).
44.
V.
VanBauren
,
D. J.
Odde
, and
L.
Cassimeris
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
99
,
6035
(
2001
).
45.
D.
Sept
,
N. A.
Baker
, and
J. A.
Mccammon
,
Protein Sci.
12
,
2257
(
2003
).
46.
C.
Hentrich
and
T.
Surrey
,
J. Cell Biol.
189
,
465
(
2010
).
47.
T.
Sanchez
,
D.
Welch
,
D.
Nicastro
, and
Z.
Dogic
,
Science
333
,
456
(
2011
).
48.
D. J.
Needleman
,
M. A.
Ojeda-Lopez
,
U.
Raviv
,
K.
Ewert
,
J. B.
Jones
,
H. P.
Miller
,
L.
Wilson
, and
C. R.
Safinya
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
198104
(
2004
).
49.
A. W. C.
Lau
,
A.
Prasad
, and
Z.
Dogic
,
Europhys. Lett.
87
,
48006
(
2009
).
50.
J. X.
Tang
,
S.
Wong
,
P. T.
Tran
, and
P. A.
Janmey
,
Ber. Bunsenges Phys. Chem.
100
,
796
(
1996
).
51.
N.
Grønbech-Jensen
,
R. J.
Mashl
,
R. F.
Bruinsma
, and
W. M.
Gelbart
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
2477
(
1997
).
52.
D. J.
Needleman
,
M. A.
Ojeda-Lopez
,
U.
Raviv
,
H. P.
Miller
,
L.
Wilson
, and
C. R.
Safinya
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
101
,
16099
(
2004
).
53.
G. H.
Lai
,
R.
Coridan
,
O. V.
Zribi
,
R.
Gloestanian
, and
G. C. L.
Wong
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
187802
(
2007
).
54.
H.
Fazli
,
S.
Mohammadinejad
, and
R.
Golestanian
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
424111
(
2009
).
55.
K.
Shigehara
,
H.
Kudoh
,
S.
Mori
,
Y.
Tamura
,
A.
Kakugo
,
R.
Kawamura
,
H.
Furukawa
,
J. P.
Gong
,
H.
Masunage
,
T.
Masui
,
S.
Koizumi
, and
K.
Shikinaka
,
Soft Matter
8
,
11544
(
2012
).
56.
A. L.
Hitt
,
A. R.
Cross
, and
R. C.
Williams
, Jr.
,
J. Biol. Chem.
265
,
1639
(
1990
).
You do not currently have access to this content.