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Hernández-Montoto A, Aranda MN, Caballos I, López-Palacios A, Tormo-Mas MÁ, Pemán J, Rodríguez MP, Picornell C, Aznar E, Martínez-Máñez R. Human Papilloma Virus DNA Detection in Clinical Samples Using Fluorogenic Probes Based on Oligonucleotide Gated Nanoporous Anodic Alumina Films. Adv Healthc Mater 2023; 12:e2203326. [PMID: 37285852 DOI: 10.1002/adhm.202203326] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/20/2022] [Revised: 04/19/2023] [Indexed: 06/09/2023]
Abstract
In this work, fluorogenic probes based on oligonucleotide capped nanoporous anodic alumina films are developed for specific and sensitive detection of human papilloma virus (HPV) DNA. The probe consists of anodic alumina nanoporous films loaded with the fluorophore rhodamine B (RhB) and capped with oligonucleotides bearing specific base sequences complementary to genetic material of different high-risk (hr) HPV types. Synthesis protocol is optimized for scale up production of sensors with high reproducibility. The sensors' surfaces are characterized by scanning electron microscopy (HR-FESEM) and atomic force microscopy (AFM) and their atomic composition is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDXS). Oligonucleotide molecules onto nanoporous films block the pores and avoid diffusion of RhB to the liquid phase. Pore opening is produced when specific DNA of HPV is present in the medium, resulting in RhB delivery, that is detected by fluorescence measurements. The sensing assay is optimized for reliable fluorescence signal reading. Nine different sensors are synthesized for specific detection of 14 different hr-HPV types in clinical samples with very high sensitivity (100%) and high selectivity (93-100%), allowing rapid screening of virus infections with very high negative predictive values (100%).
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Affiliation(s)
- Andy Hernández-Montoto
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- CIBER Bioengineering, Biomaterials and Nanomedicine, Carlos III Health Institute, Avenida Monforte de Lemos 3-5, Madrid, 28029, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - M Nieves Aranda
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - Isabel Caballos
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - Alba López-Palacios
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - María Ángeles Tormo-Mas
- Accredited Research Group on Serious Infection, Health Research Institute Hospital La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - Javier Pemán
- Accredited Research Group on Serious Infection, Health Research Institute Hospital La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
- Microbiology Service, Polytechnic and University Hospital La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - Mireya Prieto Rodríguez
- Pathological Anatomy Service, Polytechnic and University Hospital La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
| | - Carlos Picornell
- Arafarma Group, C/ Fray Gabriel de San Antonio, 6-10, Marchamalo, 19180, Guadalajara, Spain
| | - Elena Aznar
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- CIBER Bioengineering, Biomaterials and Nanomedicine, Carlos III Health Institute, Avenida Monforte de Lemos 3-5, Madrid, 28029, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
- UPV-CIPF Joint Research Unit in Mechanisms of Diseases and Nanomedicine, Valencia, Technical University of Valencia, València, 46012, Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- The Inter-University Research Institute for Molecular Recognition and Technological Development, Technical University of Valencia, University of Valencia, Camino de Vera s/n, Valencia, 46022, Spain
- CIBER Bioengineering, Biomaterials and Nanomedicine, Carlos III Health Institute, Avenida Monforte de Lemos 3-5, Madrid, 28029, Spain
- Joint Research Unit in Nanomedicine and Sensors, Health Research Institute Hospital La Fe, Technical University of Valencia, Avenida Fernando Abril Martorell 106, Valencia, 46026, Spain
- UPV-CIPF Joint Research Unit in Mechanisms of Diseases and Nanomedicine, Valencia, Technical University of Valencia, València, 46012, Spain
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Jia T, Luo Y, Sheng X, Fang J, Merlin D, Iyer SS. Palladium encapsulated mesoporous silica nanoparticles for the rapid detection of analytes. Analyst 2023; 148:2064-2072. [PMID: 36988972 DOI: 10.1039/d3an00252g] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 03/30/2023]
Abstract
We designed a simple, inexpensive, and user-friendly assay using mesoporous silica nanoparticles to detect analytes.
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Affiliation(s)
- Tianwei Jia
- 788 Petit Science Center, Department of Chemistry, Center for Diagnostics and Therapeutics, Georgia State University, Atlanta, GA 30302, USA.
| | - Ying Luo
- 788 Petit Science Center, Department of Chemistry, Center for Diagnostics and Therapeutics, Georgia State University, Atlanta, GA 30302, USA.
| | - Xiaolin Sheng
- 788 Petit Science Center, Department of Chemistry, Center for Diagnostics and Therapeutics, Georgia State University, Atlanta, GA 30302, USA.
| | - Jieqiong Fang
- 788 Petit Science Center, Department of Chemistry, Center for Diagnostics and Therapeutics, Georgia State University, Atlanta, GA 30302, USA.
| | - Didier Merlin
- 790 Petit Science Center, Institute of Biomedical Science, Georgia State University and Atlanta Veterans Affairs Medical Center, Atlanta, GA 30033, USA
| | - Suri S Iyer
- 788 Petit Science Center, Department of Chemistry, Center for Diagnostics and Therapeutics, Georgia State University, Atlanta, GA 30302, USA.
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Amouzadeh Tabrizi M, Acedo P. Highly sensitive aptasensor for the detection of SARS-CoV-2-RBD using aptamer-gated methylene blue@mesoporous silica film/laser engraved graphene electrode. Biosens Bioelectron 2022; 215:114556. [PMID: 35870337 PMCID: PMC9288240 DOI: 10.1016/j.bios.2022.114556] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/17/2022] [Revised: 07/04/2022] [Accepted: 07/07/2022] [Indexed: 01/31/2023]
Abstract
Herein, an aptasensor was designed to detect the receptor-binding domain of severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2-RBD) based on the encapsulation of the methylene blue (MB) inside the mesoporous silica film (MPSF), and an aptamer as an electrochemical probe, a porous matrix, and a bio-gatekeeper, respectively. The signal analysis of the proposed aptasensor indicated that the surface coverage of the encapsulated MB inside the MPSF (MB@MPSF) was 1.9 nmol/cm2. Aptamers were capped the MB@MPSF, avoiding the release of MB into the solution via the electrostatic attraction between the positively charged amino groups of the MPSF and negatively charged phosphate groups of the aptamers. Therefore, the electrochemical signal of the encapsulated MB in the absence of the SARS-CoV-2-RBD was high. In the presence of SARS-CoV-2-RBD, the aptamers that had a high affinity to the SARS-CoV-2-RBD molecules were removed from the electrode surface to interact with SARS-CoV-2-RBD. It gave rise to the release of the MB from the MPSF to the solution and washed away on the electrode surface. Therefore, the electrochemical signal of the aptasensor decreased. The electrochemical signal was recorded with a square wave voltammetry technical in the range of 0.5-250 ng/mL of SARS-CoV-2-RBD in a saliva sample. The limit of detection was found to be 0.36 ng/mL. Furthermore, the selectivity factor values of the proposed aptasensor to 32 ng/mL SARS-CoV-2-RBD in the presence of C-reactive protein, hemagglutinin, and neuraminidase of influenza A virus were 35.9, 11.7, and 17.37, respectively, indicating the high selectivity of the proposed aptasensor.
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Integrated X-ray Photoelectron Spectroscopy and DFT Investigations of DNA adsorption on Nanostructured SiOx Surface. Chem Phys 2022. [DOI: 10.1016/j.chemphys.2022.111665] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/21/2022]
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Pla L, Santiago-Felipe S, Tormo-Mas MÁ, Ruiz-Gaitán A, Pemán J, Valentín E, Sancenón F, Aznar E, Martínez-Máñez R. Oligonucleotide-capped nanoporous anodic alumina biosensor as diagnostic tool for rapid and accurate detection of Candida auris in clinical samples. Emerg Microbes Infect 2020; 10:407-415. [PMID: 33372852 PMCID: PMC7954474 DOI: 10.1080/22221751.2020.1870411] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/01/2022]
Abstract
Candida auris has arisen as an important multidrug-resistant fungus because of several nosocomial outbreaks and elevated rates of mortality. Accurate and rapid diagnosis of C. auris is highly desired; nevertheless, current methods often present severe limitations and produce misidentification. Herein a sensitive, selective, and time-competitive biosensor based on oligonucleotide-gated nanomaterials for effective detection of C. auris is presented. In the proposed design, a nanoporous anodic alumina scaffold is filled with the fluorescent indicator rhodamine B and the pores blocked with different oligonucleotides capable of specifically recognize C. auris genomic DNA. Gate opening modulation and cargo delivery is controlled by successful DNA recognition. C. auris is detected at a concentration as low as 6 CFU/mL allowing obtaining a diagnostic result in clinical samples in one hour with no prior DNA extraction or amplification steps.
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Affiliation(s)
- Luis Pla
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Valencia, Spain
| | - Sara Santiago-Felipe
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Valencia, Spain
| | - María Ángeles Tormo-Mas
- Grupo de Investigación Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Valencia, Spain
| | - Alba Ruiz-Gaitán
- Grupo de Investigación Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Valencia, Spain
| | - Javier Pemán
- Grupo de Investigación Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Valencia, Spain.,Servicio de Microbiología, Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Valencia, Spain
| | - Eulogio Valentín
- Grupo de Investigación Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Valencia, Spain.,GMCA Research Unit, Departamento de Microbiología y Ecología, Universitat de Valencia, Valencia, Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Valencia, Spain.,Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Valencia, Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Valencia, Spain.,Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Valencia, Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (IISLAFE), Valencia, Spain.,Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Valencia, Spain
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Pla L, Aviñó A, Eritja R, Ruiz-Gaitán A, Pemán J, Friaza V, Calderón EJ, Aznar E, Martínez-Máñez R, Santiago-Felipe S. Triplex Hybridization-Based Nanosystem for the Rapid Screening of Pneumocystis Pneumonia in Clinical Samples. J Fungi (Basel) 2020; 6:E292. [PMID: 33213011 PMCID: PMC7712664 DOI: 10.3390/jof6040292] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/01/2020] [Revised: 11/07/2020] [Accepted: 11/13/2020] [Indexed: 12/15/2022] Open
Abstract
Pneumocystis pneumonia (PcP) is a disease produced by the opportunistic infection of the fungus Pneumocystis jirovecii. As delayed or unsuitable treatments increase the risk of mortality, the development of rapid and accurate diagnostic tools for PcP are of great importance. Unfortunately, current standard methods present severe limitations and are far from adequate. In this work, a time-competitive, sensitive and selective biosensor based on DNA-gated nanomaterials for the identification of P. jirovecii is presented. The biosensor consists of a nanoporous anodic alumina (NAA) scaffold which pores are filled with a dye reporter and capped with specific DNA oligonucleotides. In the presence of P. jirovecii genomic DNA, the gated biosensor is open, and the cargo is delivered to the solution where it is monitored through fluorescence spectroscopy. The use of capping oligonucleotides able to form duplex or triplex with P. jirovecii DNA is studied. The final diagnostic tool shows a limit of detection (LOD) of 1 nM of target complementary DNA and does not require previous amplification steps. The method was applied to identify DNA from P. jirovecii in unmodified bronchoalveolar lavage, nasopharyngeal aspirates, and sputum samples in 60 min. This is a promising alternative method for the routinely diagnosis of Pneumocystis pneumonia.
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Affiliation(s)
- Luis Pla
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain; (L.P.); (S.S.-F.)
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
| | - Anna Aviñó
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
- Institute for Advanced Chemistry of Catalonia (IQAC), CSIC, Jordi Girona 18-26, 08034 Barcelona, Spain
| | - Ramón Eritja
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
- Institute for Advanced Chemistry of Catalonia (IQAC), CSIC, Jordi Girona 18-26, 08034 Barcelona, Spain
| | - Alba Ruiz-Gaitán
- Grupo Acreditado de Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe and Servicio de Microbiología, Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell, 46026 Valencia, Spain; (A.R.-G.); (J.P.)
| | - Javier Pemán
- Grupo Acreditado de Infección Grave, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe and Servicio de Microbiología, Hospital Universitari i Politècnic La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell, 46026 Valencia, Spain; (A.R.-G.); (J.P.)
| | - Vicente Friaza
- Instituto de Biomedicina de Sevilla, Hospital Universitario Virgen del Rocío/Consejo Superior de Investigaciones Científicas/Universidad de Sevilla, 41013 Sevilla, Spain; (V.F.); (E.J.C.)
| | - Enrique J. Calderón
- Instituto de Biomedicina de Sevilla, Hospital Universitario Virgen del Rocío/Consejo Superior de Investigaciones Científicas/Universidad de Sevilla, 41013 Sevilla, Spain; (V.F.); (E.J.C.)
- Centro de Investigación Biomédica en Red de Epidemiología y Salud Pública (CIBERESP), Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain; (L.P.); (S.S.-F.)
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, 46012 Valencia, Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain; (L.P.); (S.S.-F.)
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, 46012 Valencia, Spain
| | - Sara Santiago-Felipe
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain; (L.P.); (S.S.-F.)
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; (A.A.); (R.E.)
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Interfacing DNA with nanoparticles: Surface science and its applications in biosensing. Int J Biol Macromol 2020; 151:757-780. [DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.02.217] [Citation(s) in RCA: 26] [Impact Index Per Article: 6.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/29/2019] [Revised: 02/19/2020] [Accepted: 02/19/2020] [Indexed: 12/17/2022]
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García-Fernández A, Lozano-Torres B, Blandez JF, Monreal-Trigo J, Soto J, Collazos-Castro JE, Alcañiz M, Marcos MD, Sancenón F, Martínez-Máñez R. Electro-responsive films containing voltage responsive gated mesoporous silica nanoparticles grafted onto PEDOT-based conducting polymer. J Control Release 2020; 323:421-430. [PMID: 32371265 DOI: 10.1016/j.jconrel.2020.04.048] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 2.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/28/2020] [Revised: 04/10/2020] [Accepted: 04/29/2020] [Indexed: 11/28/2022]
Abstract
The characteristics and electromechanical properties of conductive polymers together to their biocompatibility have boosted their application as a suitable tool in regenerative medicine and tissue engineering. However, conducting polymers as drug release materials are far from being ideal. A possibility to overcome this drawback is to combine conducting polymers with on-command delivery particles with inherent high-loading capacity. In this scenario, we report here the preparation of conduction polymers containing gated mesoporous silica nanoparticles (MSN) loaded with a cargo that is delivered on command by electro-chemical stimuli increasing the potential use of conducting polymers as controlled delivery systems. MSNs are loaded with Rhodamine B (Rh B), anchored to the conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) doped with poly[(4-styrenesulfonic acid)-co-(maleic acid)], functionalized with a bipyridinium derivative and pores are capped with heparin (P3) by electrostatic interactions. P3 releases the entrapped cargo after the application of -640 mV voltage versus the saturated calomel electrode (SCE). Pore opening in the nanoparticles and dye delivery is ascribed to both (i) the reduction of the grafted bipyridinium derivative and (ii) the polarization of the conducting polymer electrode to negative potentials that induce detachment of positively charged heparin from the surface of the nanoparticles. Biocompatibility and cargo release studies were carried out in HeLa cells cultures.
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Affiliation(s)
- Alba García-Fernández
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Valencia, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, València, Spain; CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain
| | - Beatriz Lozano-Torres
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Valencia, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, València, Spain; CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain
| | - Juan F Blandez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain
| | - Javier Monreal-Trigo
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
| | - Juan Soto
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
| | - Jorge E Collazos-Castro
- Neural Repair and Biomaterials Laboratory, Hospital Nacional de Parapléjicos (SESCAM), Finca la Peraleda s/n, 45071 Toledo, Spain
| | - Miguel Alcañiz
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
| | - María D Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Valencia, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, València, Spain; CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Valencia, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, València, Spain; CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain.
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de Valencia, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain; Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Valencia, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, València, Spain; CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain; Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, IIS La Fe, Valencia, Spain.
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Añón E, Costero AM, Amorós P, El Haskouri J, Martínez‐Mánez R, Parra M, Gil S, Gaviña P, Terencio MC, Alfonso M. Peptide‐Capped Mesoporous Nanoparticles: Toward a more Efficient Internalization of Alendronate. ChemistrySelect 2020. [DOI: 10.1002/slct.202000417] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/09/2022]
Affiliation(s)
- Elena Añón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain
| | - Ana M. Costero
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain. CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN Spain
| | - Pedro Amorós
- Instituto de Ciencia de Materiales (ICMUV) Universitat de València, P.O. Box 2085 46071 Valencia Spain
| | - Jamal El Haskouri
- Instituto de Ciencia de Materiales (ICMUV) Universitat de València, P.O. Box 2085 46071 Valencia Spain
| | - Ramón Martínez‐Mánez
- Departamento de QuímicaUniversitat Politècnica de València Camí de Vera s/n 46022 Valencia Spain), CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN Spain)
| | - Margarita Parra
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain. CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN Spain
| | - Salvador Gil
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain. CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN Spain
| | - Pablo Gaviña
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain. CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN Spain
| | - M. Carmen Terencio
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM). Universitad Politècnica de València Universitat de València, Doctor Moliner 50 Burjassot 46100 Valencia Spain. Departamento de Farmacología, Universitat de València. Vicente Andrés Estellés S/n Burjassot 46100 Valencia Spain
| | - María Alfonso
- Departamento de QuímicaUniversitat Politècnica de València Camí de Vera s/n 46022 Valencia Spain)
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Ribes À, Aznar E, Santiago-Felipe S, Xifre-Perez E, Tormo-Mas MÁ, Pemán J, Marsal LF, Martínez-Máñez R. Selective and Sensitive Probe Based in Oligonucleotide-Capped Nanoporous Alumina for the Rapid Screening of Infection Produced by Candida albicans. ACS Sens 2019; 4:1291-1298. [PMID: 31020831 DOI: 10.1021/acssensors.9b00169] [Citation(s) in RCA: 34] [Impact Index Per Article: 6.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/23/2022]
Abstract
A robust, sensitive, and time-competitive system to detect Candida albicans in less than 30 min in clinical samples based in capped nanoporous anodic alumina (NAA) is developed. In the proposed design, NAA pores are loaded with rhodamine B and then blocked with an oligonucleotide that is able to recognize C. albicans DNA. The capped material shows negligible cargo release, whereas dye delivery is selectively accomplished when genomic DNA from C. albicans is present. This procedure has been successfully applied to detect C. albicans in clinical samples from patients infected with this yeast. When compared with classical C. albicans detection methods, the proposed probe has a short assay time, high sensitivity and selectivity, demonstrating the high potential of this simple design for the diagnosis of infection produced by C. albicans.
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Affiliation(s)
- Àngela Ribes
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain
| | - Sara Santiago-Felipe
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain
| | - Elisabet Xifre-Perez
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática, Universidad Rovira i Virgili, Avda. Països Catalans 26, 43007 Tarragona, Spain
| | - María Ángeles Tormo-Mas
- Grupo acreditado de investigación Infección Grave, IIS La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell, 126, 46026 Valencia, Spain
| | - Javier Pemán
- Grupo acreditado de investigación Infección Grave, IIS La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell, 126, 46026 Valencia, Spain
- Servicio de Microbiología, Hospital Politècnic i Universitari La Fe, Avenida Fernando Abril Martorell, 126, 46026 Valencia, Spain
| | - Lluis F. Marsal
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática, Universidad Rovira i Virgili, Avda. Països Catalans 26, 43007 Tarragona, Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain
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Najafi M, Morsali A, Bozorgmehr MR. DFT study of SiO2 nanoparticles as a drug delivery system: structural and mechanistic aspects. Struct Chem 2018. [DOI: 10.1007/s11224-018-1227-9] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/15/2022]
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Lee S, Kwon JA, Park KH, Jin CM, Joo JB, Choi I. Controlled drug release with surface-capped mesoporous silica nanoparticles and its label-free in situ Raman monitoring. Eur J Pharm Biopharm 2018; 131:232-239. [PMID: 30165104 DOI: 10.1016/j.ejpb.2018.08.012] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/02/2018] [Revised: 08/04/2018] [Accepted: 08/27/2018] [Indexed: 11/28/2022]
Abstract
Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) have drawn attention as efficient nanocarriers for drug delivery systems owing to their unique physiochemical properties. However, systemically controlling the kinetics of drug release from the nanocarriers and in situ monitoring of the drug release are still challenging. Here, we report surface-capped MSNs used for controlled drug release and demonstrate label-free in situ Raman monitoring of released drugs based on the molecule-specific spectral fingerprints. By capping the surface of MSNs with amine moieties, gold nanoparticles, and albumin, we achieved high loading efficiencies (up to 97%) of doxorubicin and precisely controlled drug release stimulated by changing pH value. Moreover, we monitored in real-time drug release profile and visualized cellular distribution of the delivered drug at nanoscale based on its intrinsic Raman peak. Finally, we evaluated drug responses in cancer cells and normal cells to investigate whether capped-dMSNs exhibit selective drug release. Our findings would be beneficial for designing smart drug carriers and directly monitoring the release behavior of drugs in actual cellular environments.
Collapse
Affiliation(s)
- Seungki Lee
- Department of Life Science, University of Seoul, Seoul 02504, South Korea
| | - Jung A Kwon
- Department of Life Science, University of Seoul, Seoul 02504, South Korea
| | - Keon Hee Park
- Department of Chemical Engineering, Konkuk University, Seoul 05029, South Korea
| | - Chang Min Jin
- Department of Life Science, University of Seoul, Seoul 02504, South Korea
| | - Ji Bong Joo
- Department of Chemical Engineering, Konkuk University, Seoul 05029, South Korea.
| | - Inhee Choi
- Department of Life Science, University of Seoul, Seoul 02504, South Korea.
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Castillo RR, Baeza A, Vallet-Regí M. Recent applications of the combination of mesoporous silica nanoparticles with nucleic acids: development of bioresponsive devices, carriers and sensors. Biomater Sci 2018; 5:353-377. [PMID: 28105473 DOI: 10.1039/c6bm00872k] [Citation(s) in RCA: 61] [Impact Index Per Article: 10.2] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/13/2023]
Abstract
The discovery and control of the biological roles mediated by nucleic acids have turned them into a powerful tool for the development of advanced biotechnological materials. Such is the importance of these gene-keeping biomacromolecules that even nanomaterials have succumbed to the claimed benefits of DNA and RNA. Currently, there could be found in the literature a practically intractable number of examples reporting the use of combination of nanoparticles with nucleic acids, so boundaries are demanded. Following this premise, this review will only cover the most recent and powerful strategies developed to exploit the possibilities of nucleic acids as biotechnological materials when in combination with mesoporous silica nanoparticles. The extensive research done on nucleic acids has significantly incremented the technological possibilities for those biomacromolecules, which could be employed in many different applications, where substrate or sequence recognition or modulation of biological pathways due to its coding role in living cells are the most promising. In the present review, the chosen counterpart, mesoporous silica nanoparticles, also with unique properties, became a reference material for drug delivery and biomedical applications due to their high biocompatibility and porous structure suitable for hosting and delivering small molecules. Although most of the reviews dealt with significant advances in the use of nucleic acid and mesoporous silica nanoparticles in biotechnological applications, a rational classification of these new generation hybrid materials is still uncovered. In this review, there will be covered promising strategies for the development of living cell and biological sensors, DNA-based molecular gates with targeting, transfection or silencing properties, which could provide a significant advance in current nanomedicine.
Collapse
Affiliation(s)
- Rafael R Castillo
- Dpto. Química Inorgánica y Bioinorgánica. Facultad de Farmacia, Universidad Complutense de Madrid. Plaza Ramon y Cajal s/n. Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre i+12, Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.
| | - Alejandro Baeza
- Dpto. Química Inorgánica y Bioinorgánica. Facultad de Farmacia, Universidad Complutense de Madrid. Plaza Ramon y Cajal s/n. Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre i+12, Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.
| | - María Vallet-Regí
- Dpto. Química Inorgánica y Bioinorgánica. Facultad de Farmacia, Universidad Complutense de Madrid. Plaza Ramon y Cajal s/n. Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre i+12, Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Madrid, Spain.
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de la Torre C, Domínguez-Berrocal L, Murguía JR, Marcos MD, Martínez-Máñez R, Bravo J, Sancenón F. ϵ
-Polylysine-Capped Mesoporous Silica Nanoparticles as Carrier of the C
9h
Peptide to Induce Apoptosis in Cancer Cells. Chemistry 2018; 24:1890-1897. [DOI: 10.1002/chem.201704161] [Citation(s) in RCA: 25] [Impact Index Per Article: 4.2] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/05/2017] [Indexed: 01/22/2023]
Affiliation(s)
- Cristina de la Torre
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Leticia Domínguez-Berrocal
- Departamento de Genómica y Proteómica; Instituto de, Biomedicina de Valencia; c/ Jaime Roig 11 46010 Valencia Spain
| | - José R. Murguía
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
| | - M. Dolores Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Jerónimo Bravo
- Departamento de Genómica y Proteómica; Instituto de, Biomedicina de Valencia; c/ Jaime Roig 11 46010 Valencia Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
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Yu J, Qu H, Dong T, Rong M, Yang L, Liu H. A reversible light-responsive assembly system based on host–guest interaction for controlled release. NEW J CHEM 2018. [DOI: 10.1039/c8nj00014j] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/21/2022]
Abstract
A reversible light-responsive system based on the host–guest interaction between MSN–AZO and AuNP@CD was developed.
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Affiliation(s)
- Jiemiao Yu
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
| | - Hongnan Qu
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
| | - Tingting Dong
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
| | - Meng Rong
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
| | - Liangrong Yang
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
| | - Huizhou Liu
- CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering
- State Key Laboratory of Biochemical Engineering
- Institute of Process Engineering
- Chinese Academy of Sciences
- Beijing 100190
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Ercan M, Ozalp VC, Tuna BG. Genotyping of single nucleotide polymorphism by probe-gated silica nanoparticles. Anal Biochem 2017; 537:78-83. [DOI: 10.1016/j.ab.2017.09.004] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/30/2017] [Revised: 09/01/2017] [Accepted: 09/07/2017] [Indexed: 01/12/2023]
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Ribes À, Santiago‐Felipe S, Bernardos A, Marcos MD, Pardo T, Sancenón F, Martínez‐Máñez R, Aznar E. Two New Fluorogenic Aptasensors Based on Capped Mesoporous Silica Nanoparticles to Detect Ochratoxin A. ChemistryOpen 2017; 6:653-659. [PMID: 29046860 PMCID: PMC5641899 DOI: 10.1002/open.201700106] [Citation(s) in RCA: 19] [Impact Index Per Article: 2.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/29/2017] [Indexed: 01/05/2023] Open
Abstract
Aptamers have been used as recognition elements for several molecules due to their great affinity and selectivity. Additionally, mesoporous nanomaterials have demonstrated great potential in sensing applications. Based on these concepts, we report herein the use of two aptamer-capped mesoporous silica materials for the selective detection of ochratoxin A (OTA). A specific aptamer for OTA was used to block the pores of rhodamine B-loaded mesoporous silica nanoparticles. Two solids were prepared in which the aptamer capped the porous scaffolds by using a covalent or electrostatic approach. Whereas the prepared materials remained capped in water, dye delivery was selectively observed in the presence of OTA. The protocol showed excellent analytical performance in terms of sensitivity (limit of detection: 0.5-0.05 nm), reproducibility, and selectivity. Moreover, the aptasensors were tested for OTA detection in commercial foodstuff matrices, which demonstrated their potential applicability in real samples.
Collapse
Affiliation(s)
- Àngela Ribes
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
| | - Sara Santiago‐Felipe
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
| | - Andrea Bernardos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
| | - M. Dolores Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
| | - Teresa Pardo
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
| | - Ramón Martínez‐Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera s/n46022ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)50018ZaragozaSpain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y SensoresUniversitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe46022ValenciaSpain
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Ribes À, Aznar E, Bernardos A, Marcos MD, Amorós P, Martínez-Máñez R, Sancenón F. Fluorogenic Sensing of Carcinogenic Bisphenol A using Aptamer-Capped Mesoporous Silica Nanoparticles. Chemistry 2017; 23:8581-8584. [PMID: 28498545 DOI: 10.1002/chem.201701024] [Citation(s) in RCA: 25] [Impact Index Per Article: 3.6] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/06/2017] [Indexed: 12/21/2022]
Abstract
Mesoporous silica nanoparticles loaded with rhodamine B and capped with a bisphenol A aptamer were used for the selective and sensitive detection of this lethal chemical. The pores of the nanoparticles are selectively opened in the presence of bisphenol A (through its selective coordination with the aptamer) with subsequent rhodamine B delivery. With this capped material a limit of detection as low as 3.5 μm of bisphenol A was measured.
Collapse
Affiliation(s)
- Àngela Ribes
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Andrea Bernardos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN)
| | - M Dolores Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN).,Departamento de química, Universitat Politècnica de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain
| | - Pedro Amorós
- Institut de Ciència dels Materials (ICMUV), Universitat de València, P.O. Box 22085, 46071, Valencia, Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN).,Departamento de química, Universitat Politècnica de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM)., Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN).,Departamento de química, Universitat Politècnica de València, Camí de Vera s/N, 46022, Valencia, Spain
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Cha W, Fan R, Miao Y, Zhou Y, Qin C, Shan X, Wan X, Li J. Mesoporous Silica Nanoparticles as Carriers for Intracellular Delivery of Nucleic Acids and Subsequent Therapeutic Applications. Molecules 2017; 22:E782. [PMID: 28492505 PMCID: PMC6154527 DOI: 10.3390/molecules22050782] [Citation(s) in RCA: 42] [Impact Index Per Article: 6.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/13/2017] [Revised: 05/08/2017] [Accepted: 05/09/2017] [Indexed: 01/17/2023] Open
Abstract
Nucleic acids, including DNA, microRNA (miRNA), small interfering RNA (siRNA), and antisense oligonucleotide (ASO), are powerful gene regulators, which have been demonstrated as promising drug candidates for therapeutic treatments. Nevertheless, poor cellular membrane permeability and serum stability have greatly hindered the applications of nucleic acids in biomedicine. To address these issues, associate carriers that can encapsulate and protect nucleic acids are urgently required. Mesoporous silica nanoparticles (MSNs or MSNPs), which are nanomaterials with excellent biocompatibility, large surface area for functionalization, and tunable pore size for encapsulating different cargos, are emerging as novel and ideal biomaterials for different biomedical applications. In this review paper, we focus on the applications of MSNs in nucleic acid delivery and nucleic acid-guided therapeutic treatments. General strategies for the preparation of nucleic acid-MSN complexes will be firstly introduced, followed by a summary of recent applications of MSNs in nucleic acid delivery and nucleic acid-guided therapeutics.
Collapse
Affiliation(s)
- Wenzhang Cha
- Department of General Surgery, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Rengen Fan
- Department of General Surgery, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Yufeng Miao
- Department of Medical Oncology, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Yong Zhou
- Department of General Surgery, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Chenglin Qin
- Department of General Surgery, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Xiangxiang Shan
- Department of Gerontology, Yancheng City No. 1 People's Hospital, Yancheng 224001, China.
| | - Xinqiang Wan
- Department of Clinical Medicine, Nantong University Xinglin College, Nantong 226000, China.
| | - Jinbo Li
- School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing Unviersity, Nanjing 210023, China.
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Llopis-Lorente A, Díez P, de la Torre C, Sánchez A, Sancenón F, Aznar E, Marcos MD, Martínez-Ruíz P, Martínez-Máñez R, Villalonga R. Enzyme-Controlled Nanodevice for Acetylcholine-Triggered Cargo Delivery Based on Janus Au-Mesoporous Silica Nanoparticles. Chemistry 2017; 23:4276-4281. [DOI: 10.1002/chem.201700603] [Citation(s) in RCA: 21] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/09/2017] [Indexed: 12/13/2022]
Affiliation(s)
- Antoni Llopis-Lorente
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Paula Díez
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
| | - Cristina de la Torre
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Alfredo Sánchez
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
- IMDEA Nanoscience Cantoblanco University City; 28049 Madrid Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - María D. Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Paloma Martínez-Ruíz
- Department of Organic Chemistry I, Faculty of Chemistry; Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Reynaldo Villalonga
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
- IMDEA Nanoscience Cantoblanco University City; 28049 Madrid Spain
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21
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Pla L, Xifré-Pérez E, Ribes À, Aznar E, Marcos MD, Marsal LF, Martínez-Máñez R, Sancenón F. A Mycoplasma
Genomic DNA Probe using Gated Nanoporous Anodic Alumina. Chempluschem 2017; 82:337-341. [DOI: 10.1002/cplu.201600651] [Citation(s) in RCA: 12] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/29/2016] [Indexed: 02/05/2023]
Affiliation(s)
- Luís Pla
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular; y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Elisabet Xifré-Pérez
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática; Universidad Rovira i Virgili; Avda. Paissos Catalans 26 43007 Tarragona Spain
| | - Àngela Ribes
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular; y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Elena Aznar
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - M. Dolores Marcos
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular; y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Lluís F. Marsal
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática; Universidad Rovira i Virgili; Avda. Paissos Catalans 26 43007 Tarragona Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular; y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Félix Sancenón
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular; y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
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Ribes À, Xifré -Pérez E, Aznar E, Sancenón F, Pardo T, Marsal LF, Martínez-Máñez R. Molecular gated nanoporous anodic alumina for the detection of cocaine. Sci Rep 2016; 6:38649. [PMID: 27924950 PMCID: PMC5141502 DOI: 10.1038/srep38649] [Citation(s) in RCA: 28] [Impact Index Per Article: 3.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/09/2016] [Accepted: 11/10/2016] [Indexed: 12/26/2022] Open
Abstract
We present herein the use of nanoporous anodic alumina (NAA) as a suitable support to implement "molecular gates" for sensing applications. In our design, a NAA support is loaded with a fluorescent reporter (rhodamine B) and functionalized with a short single-stranded DNA. Then pores are blocked by the subsequent hybridisation of a specific cocaine aptamer. The response of the gated material was studied in aqueous solution. In a typical experiment, the support was immersed in hybridisation buffer solution in the absence or presence of cocaine. At certain times, the release of rhodamine B from pore voids was measured by fluorescence spectroscopy. The capped NAA support showed poor cargo delivery, but presence of cocaine in the solution selectively induced rhodamine B release. By this simple procedure a limit of detection as low as 5 × 10-7 M was calculated for cocaine. The gated NAA was successfully applied to detect cocaine in saliva samples and the possible re-use of the nanostructures was assessed. Based on these results, we believe that NAA could be a suitable support to prepare optical gated probes with a synergic combination of the favourable features of selected gated sensing systems and NAA.
Collapse
Affiliation(s)
- Àngela Ribes
- Instituto Interuniversitario de Investigaciόn de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnolόgico (IDM). Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Departamento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicína (CIBER-BBN)
| | - Elisabet Xifré -Pérez
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática, Universidad Rovira i Virgili, Avda. Països Catalans 26, 43007, Tarragona, Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigaciόn de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnolόgico (IDM). Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Departamento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicína (CIBER-BBN)
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigaciόn de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnolόgico (IDM). Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Departamento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicína (CIBER-BBN)
| | - Teresa Pardo
- Instituto Interuniversitario de Investigaciόn de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnolόgico (IDM). Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Departamento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicína (CIBER-BBN)
| | - Lluís F. Marsal
- Departamento de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática, Universidad Rovira i Virgili, Avda. Països Catalans 26, 43007, Tarragona, Spain
| | - Ramόn Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigaciόn de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnolόgico (IDM). Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Departamento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicína (CIBER-BBN)
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Liu J, He D, Liu Q, He X, Wang K, Yang X, Shangguan J, Tang J, Mao Y. Vertically Ordered Mesoporous Silica Film-Assisted Label-Free and Universal Electrochemiluminescence Aptasensor Platform. Anal Chem 2016; 88:11707-11713. [DOI: 10.1021/acs.analchem.6b03317] [Citation(s) in RCA: 40] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/20/2022]
Affiliation(s)
- Jinquan Liu
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Dinggeng He
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Qiaoqiao Liu
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Xiaoxiao He
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Kemin Wang
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Xue Yang
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Jingfang Shangguan
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Jinlu Tang
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
| | - Yinfei Mao
- State Key Laboratory of Chemo/Biosensing
and Chemometrics, College of Biology, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Hunan University, Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecule Engineering, Hunan Province, Changsha 410082, China
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Oroval M, Coronado-Puchau M, Langer J, Sanz-Ortiz MN, Ribes Á, Aznar E, Coll C, Marcos MD, Sancenón F, Liz-Marzán LM, Martínez-Máñez R. Surface Enhanced Raman Scattering and Gated Materials for Sensing Applications: The Ultrasensitive Detection of Mycoplasma and Cocaine. Chemistry 2016; 22:13488-95. [PMID: 27505065 DOI: 10.1002/chem.201602457] [Citation(s) in RCA: 16] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/23/2016] [Indexed: 01/03/2023]
Abstract
We present herein a novel combination of gated mesoporous silica nanoparticles (MSNs) and surface-enhanced Raman scattering (SERS) for sensing applications. As a proof-of-concept, we show the design of a system comprising MSNs loaded with crystal violet (CV), a molecule with high Raman cross section acting as SERS reporter, and capped with either a suitable DNA sequence for the detection of Mycoplasma genomic DNA or with an aptamer that selectively coordinates cocaine. In both cases the presence of the corresponding target analyte in solution (i.e., genomic DNA or cocaine) resulted in the release of CV. CV delivery was detected by SERS upon adsorption on gold nanotriangles (AuNTs), which display an efficient electromagnetic field enhancement and a high colloidal stability. By using this novel procedure a limit of detection of at least 30 copies DNA per μL was determined for the detection of Mycoplasma genomic DNA, whereas cocaine was detected at concentrations as low as 10 nm.
Collapse
Affiliation(s)
- Mar Oroval
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Marc Coronado-Puchau
- Bionanoplasmonics Laboratory, CIC biomaGUNE, Paseo de Miramón 182, 20009, Donostia-San Sebastián, Spain
| | - Judith Langer
- Bionanoplasmonics Laboratory, CIC biomaGUNE, Paseo de Miramón 182, 20009, Donostia-San Sebastián, Spain
| | - Marta Norah Sanz-Ortiz
- Bionanoplasmonics Laboratory, CIC biomaGUNE, Paseo de Miramón 182, 20009, Donostia-San Sebastián, Spain
| | - Ángela Ribes
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Carmen Coll
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - María Dolores Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Departmento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, València, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Departmento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, València, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Luis M Liz-Marzán
- Bionanoplasmonics Laboratory, CIC biomaGUNE, Paseo de Miramón 182, 20009, Donostia-San Sebastián, Spain. .,Ikerbasque, Basque Foundation for Science, 48013, Bilbao, Spain. .,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain.
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico, Unidad Mixta Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain. .,Departmento de Química, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera s/n, 46022, València, Spain. .,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain.
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Juárez LA, Añón E, Giménez C, Sancenón F, Martínez-Máñez R, Costero AM, Gaviña P, Parra M, Bernardos A. Self-Immolative Linkers as Caps for the Design of Gated Silica Mesoporous Supports. Chemistry 2016; 22:14126-30. [PMID: 27304830 DOI: 10.1002/chem.201602126] [Citation(s) in RCA: 13] [Impact Index Per Article: 1.6] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/05/2016] [Indexed: 12/14/2022]
Abstract
A new hybrid material based on sulforhodamine B dye-loaded silica mesoporous nanoparticles capped with a self-immolative gate has been synthesized and characterized. The gated material's controlled release behavior is monitored under different pH conditions. Under acidic and neutral conditions, a low level of dye release is detected. However, at slightly basic pH, significant dye release occurs owing to deprotonation of the phenol moiety in the capping molecule, which results in its disassembly.
Collapse
Affiliation(s)
- L Alberto Juárez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valencia, Doctor Moliner 50, 46100, Burjassot, Valencia, Spain
| | - Elena Añón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valencia, Doctor Moliner 50, 46100, Burjassot, Valencia, Spain
| | - Cristina Giménez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain. .,Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain. .,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain.
| | - Ana M Costero
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain. .,Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valencia, Doctor Moliner 50, 46100, Burjassot, Valencia, Spain. .,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain.
| | - Pablo Gaviña
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valencia, Doctor Moliner 50, 46100, Burjassot, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Margarita Parra
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química Orgánica, Universidad de Valencia, Doctor Moliner 50, 46100, Burjassot, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Andrea Bernardos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Spain.,Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), Spain
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Lo Presti M, El Sayed S, Martínez-Máñez R, Costero AM, Gil S, Parra M, Sancenón F. Selective chromo-fluorogenic detection of trivalent cations in aqueous environments using a dehydration reaction. NEW J CHEM 2016. [DOI: 10.1039/c6nj01957a] [Citation(s) in RCA: 22] [Impact Index Per Article: 2.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/30/2022]
Abstract
Trivalent cations induced a dehydration reaction of a chemodosimeter in water that is coupled with colour and emission changes.
Collapse
Affiliation(s)
- Maria Lo Presti
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- Departamento de Química
- Universidad Politécnica de Valencia
| | - Sameh El Sayed
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- Departamento de Química
- Universidad Politécnica de Valencia
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- Departamento de Química
- Universidad Politécnica de Valencia
| | - Ana M. Costero
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- CIBER de Bioingeniería
- Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Salvador Gil
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- CIBER de Bioingeniería
- Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Margarita Parra
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- CIBER de Bioingeniería
- Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)
- Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia-Universidad de Valencia
- Spain
- Departamento de Química
- Universidad Politécnica de Valencia
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Sancenón F, Pascual L, Oroval M, Aznar E, Martínez-Máñez R. Gated Silica Mesoporous Materials in Sensing Applications. ChemistryOpen 2015; 4:418-37. [PMID: 26491626 PMCID: PMC4603401 DOI: 10.1002/open.201500053] [Citation(s) in RCA: 116] [Impact Index Per Article: 12.9] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/23/2015] [Indexed: 12/15/2022] Open
Abstract
Silica mesoporous supports (SMSs) have a large specific surface area and volume and are particularly exciting vehicles for delivery applications. Such container-like structures can be loaded with numerous different chemical substances, such as drugs and reporters. Gated systems also contain addressable functions at openings of voids, and cargo delivery can be controlled on-command using chemical, biochemical or physical stimuli. Many of these gated SMSs have been applied for drug delivery. However, fewer examples of their use in sensing protocols have been reported. The approach of applying SMSs in sensing uses another concept-that of loading pores with a reporter and designing a capping mechanism that is selectively opened in the presence of a target analyte, which results in the delivery of the reporter. According to this concept, we provide herein a complete compilation of published examples of probes based on the use of capped SMSs for sensing. Examples for the detection of anions, cations, small molecules and biomolecules are provided. The diverse range of gated silica mesoporous materials presented here highlights their usefulness in recognition protocols.
Collapse
Affiliation(s)
- Félix Sancenón
- Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia–Universidad de ValenciaSpain
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de ValenciaCamino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN)Spain
| | - Lluís Pascual
- Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia–Universidad de ValenciaSpain
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de ValenciaCamino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN)Spain
| | - Mar Oroval
- Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia–Universidad de ValenciaSpain
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de ValenciaCamino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN)Spain
| | - Elena Aznar
- Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia–Universidad de ValenciaSpain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN)Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Centro de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Unidad Mixta Universidad Politécnica de Valencia–Universidad de ValenciaSpain
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de ValenciaCamino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER–BBN)Spain
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Collapse
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