Science MIMIC-king nature: Hydrophilic conversion of superhydrophobic surfaces can be easily achieved through a bioinspired approach to produce an alternating superhydrophobic–hydrophilic surface by using established soft-lithographic techniques, such as micromolding in capillaries (MIMIC). The resulting patterned surface showed high water adhesion properties as well as superhydrophobic properties. Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Reduced graphene oxide (rGO) is a graphene-like material that exhibits high productivity for a wide range of industrial applications. To promote the application of rGO, it is important to not only produce high-quality rGO but also precisely evaluate the output. The intensity ratio of the D to G band in the Raman scattering is commonly used to assess the defect density of the carbon materials; however, this ratio is limited to evaluate the reduction degree of rGO because of the ambiguity arising from the superposition of the bands. In this study, we investigate the relationship between the intensity ratio of D* to G band and the reduction of graphene oxide (GO) to evaluate the degree of reduction of rGO. The spectral analysis of GO and rGO, along with systematic research of the thermally reduced GO synthesized via thermal treatment (100–900 °C) revealed a strong linkage between the D*/G intensity ratio and the C/O atomic ratio. The atomic vibrational relationships were elucidated by the assignment of the D* band, based on the density functional perturbation theory calculations. These findings explain the atomic vibrational properties of rGO and provide an indicator of the quality of rGO to optimize its performance for applications.

Abstract Nanomaterials are used in a variety of fields and toxicity assessment is paramount for their development and application. Although most toxicity assessments have been performed in 2D (2-Dimensional) cell culture, the inability to adequately replicate the in vivo environment and toxicity is a limitation. To overcome the limitation, a 3D (3-Dimensional) cell culture method has been developed to make an environment closer to an in vivo system. In this study, 20 nm SiO 2 nanoparticles were dispersed in serum-containing (SC) and serum-free (SF) media to compare 2D cell culture and 3D cell culture toxicity. The cells were subjected to a 3D cell culture method in which HepG2, a human-derived liver cancer cell line, was mixed on a scaffold. We found that nanoparticles induced toxicity in 2D cell culture, but toxicity was not observed in 3D cell culture similar to in vivo environment. However, differences in toxicity were observed between the three types of scaffolds in the absence of serum as the number of cells decreased.

This study investigates the applicability of six transition metal dichalcogenides to efficient therapeutic drug monitoring of ten antiepileptic drugs using laser desorption/ionization-mass spectrometry. We found that molybdenum ditelluride and tungsten ditelluride are suitable for the sensitive quantification of therapeutic drugs. The contribution of tellurium to the enhanced efficiency of laser desorption ionization was validated through theoretical calculations utilizing an integrated model that incorporates transition-metal dichalcogenides and antiepileptic drugs. The results of our theoretical calculations suggest that the relatively low surface electron density for the tellurium-containing transition metal dichalcogenides induces stronger Coulombic interactions, which results in enhanced laser desorption and ionization efficiency. To demonstrate applicability, up to 120 patient samples were analyzed to determine drug concentrations, and the results were compared with those of immunoassay and liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Agreements among these methods were statistically evaluated using the Passing–Bablok regression and Bland–Altman analysis. Furthermore, our method has been shown to be applicable to the simultaneous detection and multiplexed quantification of antiepileptic drugs.

Abstract This study investigated the applicability of the area of spheroids and hypoxic regions for efficient evaluation of drug efficacy using machine learning. We initially developed a high-throughput detection method to obtain the area of spheroids and hypoxic regions that can handle over 10,000 images per hour with an error rate of 2-3 %. The machine learning models were trained using cell growth of six cell lines ( i.e. , HepG2, A549, Hep3B, BEAS-2B, HT-29, and HCT116) and hypoxic region variations of two cell lines ( i.e. , HepG2 and BEAS-2B); our model can predict the area of spheroids and hypoxic region of certain growth date with high precision. To demonstrate the applicability, HepG2 spheroids were treated with sorafenib, and the efficacy of the drug was evaluated through a comparison of differences in areas of cell size and hypoxic regions with the predicted results. Furthermore, our ML approach has been shown to be applicable to provide the model-driven evaluative criterion for toxicity and drug efficacy using spheroids.

The need for basement membrane extract (BME) with undefined constituents, such as Matrigel, for intestinal stem cell (ISC) culture in traditional systems poses a significant barrier that must be overcome for the development of clinical-grade, scalable, ready-to-use ISCs. Here, we propose a functional polymer-based xenogeneic-free dish for the culture of intestinal stem cells (XF-DISC), ensuring substantially prolonged maintenance of ISCs derived from 3-dimensional human intestinal organoids (ISCs3D-hIO). XF-DISC enables remarkable expandability, exhibiting a 24-fold increase in cell numbers within 30 days, with long-term maintenance of ISCs3D-hIO for more than 30 consecutive passages (>210 days). In addition, XF-DISC is fully compatible with a cell banking system. Notably, human pluripotent stem cell-derived ISCs3D-hIO cultured on XF-DISC are successfully transplanted into intestinal injury and inflammation mouse models, leading to engraftment and regeneration of damaged mouse intestinal epithelium. As a reliable and scalable xenogeneic-free ISC3D-hIO culture method, XF-DISC is highly promising for the development of regenerative ISC therapy for human intestinal diseases. Methods to culture intestinal stem cells (ISCs) are often limited by undefined culture conditions arising from the use of basement membrane extracts or feeder cell layers. Here, the authors propose a polymer-based xenogeneic-free dish to culture stem cells, ensuring extended maintenance of ISCs derived from 3D human intestinal organoids.

The safety screening of manufactured nanomaterials (MNMs) is essential for their adoption by consumers and the marketplace. Lately, animal-based testing has been replaced by mechanistically informative in vitro assays due to the requirements of regulatory agencies. Cell viability assays are widely employed for manufactured nanomaterial hazard screening as a first-tier approach. Critical parts of such assays are positive and negative controls that serve as measurement benchmarks. We present the cellular viability and corresponding particle characterization obtained with eight different cell lines that were exposed to Au-PEI and Au-PEG-COOH nanoparticles. We showed that polyethyleneimine- and carboxylate-polyethylene-glycol-conjugated gold nanoparticles (AuPEI and Au-PEG-COOH) qualified for positive and negative controls in the in vitro cell viability assays used for MNM toxicological screening.