Cellular probing and real-time moni

Cellular probing and real-time monitoring
An aptamer-FAM/GO nanosheet (aptamer-FAM/GO-nS)
complex has been designed for in situ molecular probing
of ATP in JB6 Cl 41-5a mouse epithelial cells [62]. The
aptamer-FAM/GO-nS complex, coupled with a wide-field
fluorescence microscope, serves as a real-time sensing plat-
form (Figure 4). ATP recognition by the ATP aptamer has
been used as a model system to elucidate certain properties
and advantages of the GO nanosheet: (i) GO-nS can serve as
a transporter of DNA aptamers into living cells; (ii) GO-nS
shows efficient protection of oligonucleotides from enzymat-
ic cleavage during delivery to inter- or intracellular spaces;
and (iii) GO-nS can act as a real-time sensing platform in
living cells with high fluorescence quenching efficiency [62].
The capability of graphene for DNA protection from cleav-
age during cellular delivery has indeed been demonstrated:
MBs can be used as oligonucleotide probes in conjunction
with GO-nS to deliver DNA to HeLa cells [63].

Graphene FET for living cell detection
Nanomaterial-based FETs have been proven to be power-
ful building elements for nanoscale bioelectronic interfaces
with cells and tissues, owing to their ability to form coupled
interfaces with cell membranes. Graphene-based FETs
have been reported in recent studies as promising chemical
and biological sensors in living cells [64,65]. For example, a
graphene-based FET has been used to investigate electro-
genic cells [64]. The FET conductance signals that are
recorded from beating chicken embryonic cardiomyocytes
yields well-defined extracellular signals with a signal-to-
noise ratio routinely above 4, which exceeds typical values
for other planar devices. A graphene-based FET (with
active channel of 20.8 9.8 mm) has also been used as a
biosensor to detect hormonal catecholamine molecules in
neuroendocrine PC12 rat adrenal medulla cells [65]. This
patterned GO film-based FET has realized the label-free
and real-time monitoring of catecholamine secretion from
living cells.
Drug delivery and cell imaging
Another exciting area of graphene research is drug delivery
in living cells. For instance, modified GO has been investi-
gated as a cargo for the delivery of water-soluble cancer
drugs [66]. Nanoscale GO (NGO) was first functionalized
with polyethylene glycol (PEG) to render high solubility in
aqueous solutions, as well as stability in physiological solu-
tions, such as serum. A water-insoluble aromatic molecule,
SN38, has been attached to PEGylated NGO (NGO-PEG).
Finally,theNGO-PEG-SN38complexexhibitshighpotency
with IC50 values of 6 nM for HCT-116 human colon cancer
cells, which is 1000-fold more potent than camptothecin
(CPT-11), and has similar potency to that of free SN38
[67]. To enhance the loading efficiency and targeting ability
of anticancer drugs, NGO can be covalently modified with
folic acid (FA) [68]. Controlled loading of two anticancer
drugs, doxorubicin and CPT-11 onto the FA-conjugated
NGO (FA-NGO) has been investigated. In this case, FA-
NGO loaded with the two anticancer drugs shows specific
targeting to MCF-7 human breast cancer cells and remark-
ably high cytotoxicity compared to unmodified NGO loaded
with doxorubicin or irinotecan. In a final example, PEG-
modified nanoscale graphene sheets (NGSs) have been pre-
pared, and the strong optical absorbance of NGSs in the
near-infrared region has been utilized to achieve ultra-high
in vivo tumor uptake of anticancer drugs, which can be used
for photothermal therapy of cancer [69]. The behavior of
PEGylated NGSs in mice has been studied by fluorescence
imaging, and surprisingly high tumor accumulation was
observed. NGSs with a biocompatible coating might there-
fore constitute a novel type of 2D nanomaterial with great
potential in cancer therapy. With the success of the above
studies, it is likely that graphene-based nanocarriers will
find widespread application in biomedicine in the future.

Concluding remarks
As a result of the fascinating properties of graphene, with
respect to structures that can be oriented and surfaces that
can be modified, we believe that it offers some important
advantages for biotechnological applications, especially in
the areas of bioelectronics, biosensors and medicine. How-
ever, the merging of graphene and biotechnology is in its
infancy, with many challenges remaining. Control of the
size and number of single layers of graphene separated
from bulk graphite might be the foremost challenge for the
application of graphene as the building block of function-
alized biosystems. Pristine graphene possesses a super
quenching ability for FRET applications, but it is highly
hydrophobic. Likewise, GO has been widely used in the
fields of FRET biosensor studies because of its good solu-
bility, but it is lack of super fast electron transfer. Prepa-
ration of soluble, well-defined graphene or graphene
derivates with high quenching efficiency is another chal-
lenge. Cytotoxicity, the cellular uptake mechanism, and
the intracellular metabolic pathway of graphene and its
derivates remain almost unknown, which are highly im-
portant research areas and are crucial if we are going to use
graphene in living cell studies and for in vivo applications.
Furthermore, although non-covalent adsorption be-
tween ssDNA and graphene is considered as a prior prin-
ciple, we think the novelgraphene-based FRET biosensors
based on covalent binding or other binding forms will be
one probable direction for future research. Many promis-
ing results about graphene chemistry have been produced
in the past several years, which might open a new stage for
the modification and functionalization of graphene with
biomolecules. In our opinion, more novel designs for gra-
phene-based FRET are highly desired for future studies.
Such exploration will benefit the FRET biosensor field,
and provide better ideas for the applications of graphene
in biotechnology in vitro and in vivo, such as graphene-
based cellular probing, diagnostics, drug delivery, and
therapy.

Kết quả (Việt) 1:

Di động thăm dò và thời gian thực giám sát
một aptamer-FAM/GO nanosheet (aptamer-FAM/GO-nS)
phức tạp đã được thiết kế cho thăm dò phân tử tại chỗ
ATP trong JB6 Cl 41-5a chuột biểu mô tế bào [62]. Các
aptamer-FAM/GO-nS phức tạp, cùng với một lĩnh vực rộng
huỳnh quang kính hiển vi, phục vụ như một thời gian thực thám plat-
mẫu (hình 4). ATP công nhận bởi ATP aptamer có
sử dụng như một mô hình hệ thống để làm sáng tỏ một số thuộc tính
và lợi thế của nanosheet đi: (i) GO-nS có thể phục vụ như là
một vận chuyển của DNA aptamers vào các tế bào sống; (ii) GO-nS
cho thấy hiệu quả bảo vệ của oligonucleotides từ enzymat-
ic cleavage trong việc chuyển giao cho inter- hoặc nội bào spaces;
và (iii) GO-nS có thể hành động như là một nền tảng cảm biến thời gian thực trong
sống tế bào với cao huỳnh quang tôi hiệu quả [62].
Khả năng graphen cho bảo vệ DNA từ cleav-
tuổi trong thời gian di động giao hàng đã thực sự được chứng minh:
MBs có thể được sử dụng như oligonucleotide đầu dò kết hợp
với GO-nS nhằm ADN để HeLa các tế bào [63].

graphen FET cho cuộc sống di động phát hiện
Nanomaterial dựa trên FETs đã được chứng minh là sức mạnh-
ful xây dựng các yếu tố cho nano bioelectronic giao diện
với tế bào và các mô, do khả năng của họ để hình thức kết hợp
giao diện với màng tế bào. Dựa trên graphen FETs
đã được báo cáo trong nghiên cứu gần đây là hóa chất đầy hứa hẹn
và bộ cảm biến sinh học trong các tế bào sống [64,65]. Ví dụ, một
dựa trên graphen FET đã được sử dụng để điều tra điện-
khuyếch tế bào [64]. Các tín hiệu dẫn FET là
ghi lại từ đánh bại gà phôi cardiomyocytes
sản lượng được xác định rõ ngoại bào tín hiệu với một tín hiệu - to-
tỉ lệ tiếng ồn thường xuyên trên 4, mà vượt quá giá trị điển hình
cho các thiết bị hai chiều. Dựa trên graphen FET (với
kênh hoạt động 20,8 9.8 mm) cũng đã được sử dụng như một
biosensor để phát hiện các kích thích tố catecholamine phân tử trong
neuroendocrine PC12 chuột thượng thận tủy tế bào [65]. Điều này
khuôn mẫu đi dựa trên phim FET đã nhận ra các nhãn miễn phí
và theo dõi thời gian thực tiết catecholamine từ
tế bào sống.
Ma túy giao hàng và hình ảnh di động
một thú vị lĩnh vực nghiên cứu graphen là phân phối thuốc
trong các tế bào sống. Ví dụ, đi sửa đổi đã là investi-
gated là một hàng hóa cho việc phân phối của bệnh ung thư hòa tan trong nước
thuốc [66]. Nano đi (NGO) lần đầu tiên ngành
với polyethylene glycol (PEG) để render độ hòa tan cao trong
giải pháp dung dịch nước, cũng như sự ổn định trong sinh lý solu-
tions, chẳng hạn như huyết thanh. Một phân tử thơm không hòa tan nước,
SN38, đã được gắn liền với PEGylated chức phi chính phủ (NGO-PEG).
Cuối cùng,theNGO-PEG-SN38complexexhibitshighpotency
với IC50 giá trị của 6 nM cho ung thư ruột kết của con người HCT-116
tế bào, mà là 1000-fold hơn mạnh hơn so với camptothecin
(CPT-11), và có tiềm năng tương tự như của miễn phí SN38
[67]. Để nâng cao hiệu quả nâng và nhắm mục tiêu theo khả năng
của thuốc chống ung thư, Phi chính phủ có thể được một lần với
axit folic (FA) [68]. Kiểm soát tải hai chống ung thư
ma túy, doxorubicin và CPT-11 vào kết FA
ngô (FA-ngô) đã được nghiên cứu. Trong trường hợp này, FA-
chức phi chính phủ được tải với hai loại thuốc chống ung thư cho thấy cụ thể
nhắm mục tiêu đến các tế bào ung thư của con người vú MCF-7 và nhận xét-
ably cao cytotoxicity so với đoàn ngô nạp
với doxorubicin hoặc irinotecan. Trong một ví dụ cuối cùng, PEG-
lần Nano graphen tờ (NGSs) đã được trước
pared, và hấp thu quang học mạnh mẽ của NGSs trong các
hồng ngoại gần vùng đã được sử dụng để đạt được cực cao
khối u tại vivo hấp thu của thuốc chống ung thư, có thể được sử dụng
photothermal trị liệu ung thư [69]. Hành vi của
PEGylated NGSs ở chuột đã được nghiên cứu bởi huỳnh quang
hình ảnh, và đáng ngạc nhiên cao khối u tích lũy
quan sát. NGSs với một lớp phủ biocompatible có thể có-
trước chiếm một loại tiểu thuyết 2D nanomaterial tuyệt vời
tiềm năng trong điều trị ung thư. Với sự thành công của các bên trên
nghiên cứu, nó có khả năng nanocarriers dựa trên graphen sẽ
tìm thấy ứng dụng phổ biến rộng rãi trong y sinh trong tương lai.

kết luận nhận xét
là kết quả của các thuộc tính hấp dẫn của graphene, với
tôn trọng để cấu trúc có thể được định hướng và bề mặt mà
có thể thay đổi, chúng tôi tin rằng nó cung cấp một số quan trọng
thuận lợi cho các ứng dụng linh, đặc biệt là ở
các lĩnh vực bioelectronics, biosensors và y học. Làm thế nào-
bao giờ hết, sự kết hợp của graphene và công nghệ sinh học là trong các
giai đoạn trứng, với nhiều thách thức còn lại. Kiểm soát của các
Kích thước và số lượng lớp duy nhất của graphene tách
từ số lượng lớn than chì có thể là thách thức quan trọng nhất đối với các
ứng dụng của graphene như khối xây dựng của chức năng-
alized biosystems. Hoang sơ graphen sở hữu một siêu
tôi khả năng cho băn KHOĂN ứng dụng, nhưng nó là rất
kỵ nước. Tương tự như vậy, đi đã được sử dụng rộng rãi trong các
lĩnh vực nghiên cứu biosensor băn KHOĂN vì nó solu tốt-
bility, nhưng nó là thiếu của siêu nhanh điện tử chuyển. Prepa-
suất ăn của graphene hòa tan, cũng xác định hoặc graphen
derivates với hiệu quả cao của tôi là một khóa-
lenge. Cytotoxicity, cơ chế tế bào hấp thụ, và
nội bào con đường trao đổi chất của graphene và
derivates vẫn hầu như không biết, có rất cao mục
portant nghiên cứu khu vực và là rất quan trọng nếu chúng ta sẽ sử dụng
graphen trong cuộc sống di động nghiên cứu và cho các ứng dụng tại vivo.
Hơn nữa, mặc dù không cộng hoá trị hấp phụ-
tween ssDNA và graphene được coi là một prin trước-
ciple, chúng tôi nghĩ rằng biosensors băn KHOĂN dựa trên novelgraphene
dựa trên các liên kết cộng hóa trị hoặc ràng buộc hình thức sẽ
một hướng có thể xảy ra trong tương lai nghiên cứu. Nhiều promis-
ing kết quả về graphen hóa học đã được sản xuất
trong nhiều năm qua, mà có thể mở ra một giai đoạn mới cho
sửa đổi và functionalization của graphene với
biomolecules. Theo ý kiến của chúng tôi, thêm tiểu thuyết thiết kế cho gra-
dựa trên phene băn KHOĂN rất được mong muốn cho các nghiên cứu trong tương lai.
Thăm dò như vậy sẽ hưởng lợi các lĩnh vực biosensor băn KHOĂN,
và cung cấp những ý tưởng tốt hơn cho các ứng dụng graphene
trong công nghệ sinh học trong ống nghiệm và tại vivo, chẳng hạn như graphen-
dựa trên di động thăm dò, chẩn đoán, thuốc giao hàng, và
trị liệu.