We have developed a general synthetic route to encapsulate small molecules in monodisperse zeolitic imid-azolate framework-8 (ZIF-8) nanospheres for drug delivery. Electron microscopy, powder X-ray diffraction, and elemental analysis show that the small-molecule-encapsulated ZIF-8 nanospheres are uniform 70 nm particles with single-crystalline structure. Several small molecules, including fluorescein and the anticancer drug camptothecin, were encapsulated inside of the ZIF-8 framework. Evaluation of fluorescein-encapsulated ZIF-8 nanospheres in the MCF-7 breast cancer cell line demonstrated cell internalization and minimal cytotoxicity. The 70 nm particle size facilitates cellular uptake, and the pH-responsive dissociation of the ZIF-8 framework likely results in endosomal release of the small-molecule cargo, thereby rendering the ZIF-8 scaffold an ideal drug delivery vehicle. To confirm this, we demonstrate that camptothecin encapsulated ZIF-8 particles show enhanced cell death, indicative of internalization and intracellular release of the drug. To demonstrate the versatility of this ZIF-8 system, iron oxide nanoparticles were also encapsulated into the ZIF-8 nanospheres, thereby endowing magnetic features to these nanospheres.

Drug-loaded urease-powered Janus cell robots enhance binding efficiency with biological targets and improve therapeutic efficacy.

Platelet-mimicking nanoparticles enable the targeted delivery of small interfering RNA to tumors for anticancer therapy.

The efforts of detecting bioactive targets with complex, dynamic, and unknown molecular profiles have inspired the development of various biosensor platforms. Herein, we report a cell-membrane-modified field effect transistor (FET) as a function-based nanosensor for the detection and quantitative measurement of numerous toxins and biological samples. By coating carbon nanotube FETs with natural red blood cell membranes, the resulting biomimetic nanosensor can selectively interact with and absorb broad-spectrum hemolytic toxins regardless of their molecular structures. Toxin–biomembrane interactions alter the local charge distribution at the FET surface in an ultrasensitive and concentration-dependent manner, resulting in a detection limit down to the femtomolar (fM) range. Accurate and quantitative measurements are enabled via a built-in calibration mechanism of the sensor, which overcomes batch-to-batch fabrication variations, and are demonstrated using three distinct toxins and various complex bacterial supernatants. The measured signals of bacterium-secreted proteins correlate linearly with the actual bacterial numbers, making the biosensor a nontraditional approach to rapidly detecting bacterial concentrations without a need to count bacterial colonies.