Among various nanoparticles, the silica nanoparticle (SiNP) is an attractive candidate as a gene delivery carrier due to advantages such as availability in porous forms for encapsulation of drugs and genes, large surface area to load biomacromolecules, biocompatibility, storage stability, and easy preparation in large quantity with low cost. Here, we report on a facile synthesis of monodispersed mesoporous silica nanoparticles (MMSN) possessing very large pores (>15 nm) and application of the nanoparticles to plasmid DNA delivery to human cells. The aminated MMSN with large pores provided a higher loading capacity for plasmids than those with small pores (∼2 nm), and the complex of MMSN with plasmid DNA readily entered into cells without supplementary polymers such as cationic dendrimers. Furthermore, MMSN with large pores could efficiently protect plasmids from nuclease-mediated degradation and showed much higher transfection efficiency of the plasmids encoding luciferase and green fluorescent protein (pLuc, pGFP) compared to MMSN with small pores (∼2 nm).

MicroRNA (miRNA) is an important small RNA which regulates diverse gene expression at the post-transcriptional level. miRNAs are considered as important biomarkers since abnormal expression of specific miRNAs is associated with many diseases including cancer and diabetes. Therefore, it is important to develop biosensors to quantitatively detect miRNA expression levels. Here, we develop a nanosized graphene oxide (NGO) based miRNA sensor, which allows quantitative monitoring of target miRNA expression levels in living cells. The strategy is based on tight binding of NGO with peptide nucleic acid (PNA) probes, resulting in fluorescence quenching of the dye that is conjugated to the PNA, and subsequent recovery of the fluorescence upon addition of target miRNA. PNA as a probe for miRNA sensing offers many advantages including high sequence specificity, high loading capacity on the NGO surface compared to DNA and resistance against nuclease-mediated degradation. The present miRNA sensor allowed the detection of specific target miRNAs with the detection limit as low as ~1 pM and the simultaneous monitoring of three different miRNAs in a living cell.

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.