This work examines the molecular mechanism of action of a class of bactericidal gold nanoparticles (NPs) which show potent antibacterial activities against multidrug-resistant Gram-negative bacteria by transcriptomic and proteomic approaches. Gold NPs exert their antibacterial activities mainly by two ways: one is to collapse membrane potential, inhibiting ATPase activities to decrease the ATP level; the other is to inhibit the subunit of ribosome from binding tRNA. Gold NPs enhance chemotaxis in the early-phase reaction. The action of gold NPs did not include reactive oxygen species (ROS)-related mechanism, the cause for cellular death induced by most bactericidal antibiotics and nanomaterials. Our investigation would allow the development of antibacterial agents that target the energy-metabolism and transcription of bacteria without triggering the ROS reaction, which may be at the same time harmful for the host when killing bacteria.

Compared with other nanofiber fabrication processes, electrospinning is versatile and superior in production and construction of ordered or more complex nanofibrous assemblies. Besides traditional two-dimensional (2D) nanofibrous structures, electrospinning is powerful in fabrication of three-dimensional (3D) fibrous macrostructures, especially for tissue engineering applications. This article summarizes and reviews recent advances in various promising and cutting-edge electrospinning techniques, including multilayering electrospinning, post-processing after electrospinning, liquid-assisted collection, template-assisted collection, porogen-added electrospinning, and self-assembly. And their formation mechanisms, features, and the challenges of electrospinning have also been discussed. Furthermore, these 3D nanofibrous macrostructures have been demonstrated to have potential applications in tissue engineering, energy harvesting and storage, and filtration.

This report illustrates a new strategy in designing antibacterial agents—a series of commercially available compounds, amino-substituted pyrimidines (themselves completely inactive as antibiotics), when presented on gold nanoparticles (NPs), show antibacterial activities against multidrug-resistant clinical isolates, without external sources of energy such as IR. These pyrimidine-capped gold NPs exert their antibiotic actions via sequestration of magnesium or calcium ions to disrupt the bacterial cell membrane, resulting in leakage of cytoplasmic contents including nucleic acids from compromised cell membranes, and via interaction with DNA and inhibition of protein synthesis by internalized NPs. These amino-substituted pyrimidine-capped gold NPs induce bacterial resistance more slowly compared with conventional, small-molecule antibiotics and appear harmless to human cells; these NPs may hence be useful for clinical applications.

We have developed a simple, one-step hydrothermal method for the synthesis of highly fluorescent carbon nanoparticles (F-CNPs) with a high quantum yield (68%) and good photostability. The method requires less reaction time and a lower reaction temperature as compared with the previous reported methods. The as-prepared F-CNPs exhibit excellent emission property and high stability, as well as excitation-independent emission behavior. Moreover, it is attractive that F-CNPs can be used as an effective fluorescent probe for the detection of mercury ions with good selectivity and sensitivity in an aqueous solution.

Just one click, and the color's gone: In the presence of Cu2+ with sodium ascorbate as a reductant, gold nanoparticles that have azide- and alkyne-terminated groups undergo aggregation as the result of CuI-catalyzed click chemistry. This process can be monitored by eye without the aid of instruments (NPs=nanoparticles).

Little is known about the influence of substrate-bound gradients on neuronal development, since it has been difficult to fabricate gradients over the distances typically required for biological studies (a few hundred micrometers). This article demonstrates a generally applicable technique for the fabrication of substrate-bound gradients of proteins with complex shapes, using laminar flows in microchannels. Gradients that range from pure laminin to pure BSA were formed in solution by using a network of microchannels, and these proteins were allowed to adsorb onto a homogeneous layer of poly- l -lysine. Rat hippocampal neurons were cultivated on these substrate-bound gradients. Analysis of optical images of these neurons showed that axon specification is oriented in the direction of increasing surface density of laminin. Linear gradients in laminin adsorbed from a gradient in solution having a slope of ∇[laminin] > about 0.06 μg (ml⋅μm) −1 (defined by dividing the change of concentration of laminin in solution over the distance of the gradient) orient axon specification, whereas those with ∇[laminin] < about 0.06 μg (ml⋅μm) −1 have no effect.

This report shows that the direction of polarization of attached mammalian cells determines the direction in which they move. Surfaces micropatterned with appropriately functionalized self-assembled monolayers constrain individual cells to asymmetric geometries (for example, a teardrop); these geometries polarize the morphology of the cell. After electrochemical desorption of the self-assembled monolayers removes these constraints and allows the cells to move across the surface, they move toward their blunt ends.

Core–shell nanoparticles (NPs) with lipid shells and varying water content and rigidity but with the same chemical composition, size, and surface properties are assembled using a microfluidic platform. Rigidity can dramatically alter the cellular uptake efficiency, with more-rigid NPs able to pass more easily through cell membranes. The mechanism accounting for this rigidity-dependent cellular uptake is revealed through atomistic-level simulations.

This report presents a highly sensitive, rhodamine B-covered gold nanoparticle (RB-AuNP) -based assay with dual readouts (colorimetric and fluorometric) for detecting organophosphorus and carbamate pesticides in complex solutions. The detection mechanism is based on the fact that these pesticides can inhibit the activity of acetylcholinesterase (AChE), thus preventing the generation of thiocholine (which turns the RB-AuNP solutions blue and unquenches the fluorescence of RB simultaneously). The color of the RB-AuNP solution remains red and the fluorescence of RB remains quenched. By use of this dual-readout assay, the lowest detectable concentrations for several kinds of pesticides including carbaryl, diazinon, malathion, and phorate were measured to be 0.1, 0.1, 0.3, and 1 μg/L, respectively, all of which are much lower than the maximum residue limits (MRL) as reported in the European Union pesticides database as well as those from the U.S. Department Agriculture (USDA). This assay allows detection of pesticides in real samples such as agricultural products and river water. The results in detecting pesticide residues collected from food samples via this method agree well with those from high-performance liquid chromatography (HPLC). This simple assay is therefore suitable for sensing pesticides in complex samples, especially in combination with other portable platforms.

As one of the major tools for and by chemical science, biochemical analysis is becoming increasingly important in fields like clinical diagnosis, food safety, environmental monitoring, and the development of chemistry and biochemistry. The advancement of nanotechnology boosts the development of analytical chemistry, particularly the nanoparticle (NP)-based approaches for biochemical assays. Functional NPs can greatly improve the performance of biochemical analysis because they can accelerate signal transduction, enhance the signal intensity, and enable convenient signal readout due to their unique physical and chemical properties. Surface chemistry is a widely used tool to functionalize NPs, and the strategy for surface modification is of great significance to the application of NP-mediated biochemical assays. Surface chemistry not only affects the quality of NPs (stability, monodispersity, and biocompatibility) but also provides functional groups (-COO-, -NH3+, -CHO, and so on) or charges that can be exploited for bioconjugation or ligand exchange. Surface chemistry also dictates the sensitivity and specificity of the NP-mediated biochemical assays, since it is vital to the orientation, accessibility, and bioactivity of the functionalized ligands on the NPs. In this Account, we will focus on surface chemistry for functionalization of gold nanoparticles (AuNPs) with small organic molecules for biochemical analysis. Compared to other NPs, AuNPs have many merits including controllable synthesis, easy surface modification and high molar absorption coefficient, making them ideal probes for biochemical assays. Small-molecule functionalized AuNPs are widely employed to develop sensors for biochemical analysis, considering that small molecules, such as amino acids and sulfhydryl compounds, are more easily and controllably bioconjugated to the surface of AuNPs than biomacromolecules due to their less complex structure and steric hindrance. The orientation and accessibility of small molecules on AuNPs in most cases can be precisely controlled without compromising their bioactivity as well, thus ensuring the performance, such as the specificity and sensitivity, of AuNP-based biochemical assays. This Account reviews recent progress in the surface chemistry of functionalized AuNPs for biochemical assays. The surface chemistries mainly include click chemistry, ligand exchange reaction, and coordination-based recognition. These surface-modified AuNPs allow for assaying a range of important biochemical markers including metal ions, small biomolecules, enzymes, and antigens and antibodies. Applications of these systems range from environmental monitoring to medical diagnostics. This Account highlights the advantages and limitations (sensitivity, detection efficiency, and stability) that AuNP-mediated assays still have compared with conventional analytical methods. This Account also discusses the future research directions of surface-modified AuNP-mediated biochemical analysis. The main aim of this Account is to summarize the current surface modification strategies for AuNPs and further demonstrate how to make use of surface modification strategies to effectively improve the performance of AuNP-mediated analytical methods for a wide variety of applications relating to biochemical analysis.