GRAPHENE FLOWER ® 関連情報

グラフェン・酸化グラフェンのバイオ関連の研究例


 

【A】抗菌 (Antibacterial)に関する研究例
番号 プラットフォーム(使用材料) 菌タイプ 結果 文献
A-1 導体Cu、半導体Ge、絶縁体SiO2上の単層グラフェン膜 黄色ブドウ球菌 (S. aureus)、大腸菌 (E. coli) CuとGeのグラフェン膜が、特に前者が黄色ブドウ球菌及び大腸菌の増殖を阻害できる結果を得られました。 Li, J.; Wang, G.; Zhu, H.; Zhang, M.; Zheng, X.; Di, Z.; Liu, X.; Wang, X. Antibacterial activity of large-area monolayer graphene film manipulated by charge transfer. Nature Scientific Reports 2014, 4: 4359
A-2 酸化グラフェン(GO)、還元型酸化グラフェン(rGO)ナノシート 大腸菌 (E. coli) 最小限の細胞毒性を示しながら、大腸菌 (E. coli) の増殖を効果的に阻害することができました。 Hu, W. B.; Peng, C.; Luo, W. J.; Lv, M.; Li, X.; Li, D.; Huang, Q.; Fan, C. Graphene-based antibacterial paper. ACS Nano 2010, 4, 4317-4323
A-3 グラファイト (Gt)、酸化グラファイト (GtO)、酸化グラフェン (GO)、還元型酸化グラフェン (rGO) 大腸菌 (E. coli) 4種の材料の抗菌活性を比較し、大腸菌 (E. coli) に対して酸化グラフェン (GO)は抗菌活性が最高と分かりました。抗菌メカニズムとして膜の損傷及び酸化ストレスによるものと考えられます。 Liu, S.; Zeng, T.H.; Hofmann, M.; Burcombe, E.; Wie, E.; Jiang, R.; Kong, R. and Chen, R. Antibacterial activity of graphite, graphite oxide, graphene oxide and reduced graphene oxide: Membrane and oxidative stress. ACS Nano 2011, 5, 6971-6980
A-4 酸化グラフェン(GO)、還元型酸化グラフェン(rGO) 緑膿菌 (Pseudemonas aeruginosa) GO及びrGOはどちらも、細胞死を引き起こす活性酸素種ROSの生成により、緑膿菌細胞に対して用量依存的な抗菌活性を示しました。 Gurunathan, S.; Han, J.W.; Dayem, A.A.; Eppakayala, V. and Kim, H. Oxidative stress-mediated antibacterial activity of graphene oxide and reduced graphene oxide in Pseudomonas aeruginosa. Int. J. Nanomed. 2012, 7, 5901-5914.
A-5 ステンレス鋼基板上に堆積した還元型酸化グラフェン(rGO)及び酸化グラフェン(GO)ナノシート 黄色ブドウ球菌 (S. aureus)、大腸菌 (E. coli) 大腸菌では膜損傷は観察されなかったが、グラム陽性黄色ブドウ球菌で効果的な膜損傷を示しました。菌に対してGOより還元型酸化グラフェン(rGO)の毒性が高いことが分かりました。 Akhavan, O. and Ghaderi, E. Toxicity of graphene and graphene oxide nanowalls against bacteria. ACS Nano., 2010, 4:5731-5736.

【B】抗ウイルス (Antivirus)に関する研究例
番号 プラットフォーム(使用材料) ウイルスタイプ 結果 文献
B-1 酸化グラフェン(GO)、還元型酸化グラフェン(rGO) 仮性狂犬病ウイルス (PRV)、ブタ流行性下痢ウイルス (PEDV) 酸化グラフェンGOは、PRVおよびPEDVの感染を抑制し、非細胞毒性濃度(6μg/ mL)で広域スペクトルの抗ウイルス活性を示すことを示しました。 この抗ウイルス活性は、時間と濃度に依存します。 Ye, S.; Shao, K.; Li, Z.; Guo, N.; Zuo, Y.; Li, Q.; Lu, Z.; Chen, L.; He, Q. and Han, H. Antiviral Activity of Graphene Oxide: How Sharp Edged Structure and Charge Matter. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 38, 21571-21579
B-2 酸化グラフェン(GO)-Ag ナノコンポジット 猫コロナウイルス (FCoV)、伝染性ファブリキウス嚢病ウイルス(IBDV) GO-Agは、FCoVによる感染の25%とIBDVによる感染の23%を阻害しました。GOはFCoVによる感染の16%のみを阻害しましたが、IBDVによる感染に対して抗ウイルス活性を示しませんでした。 Chen, Y.N.; Hsueh, Y.H.; Hsieh, C.T.; Tzou, D.Y.; Chang, P.L. Antiviral Activity of Graphene-Silver
Nanocomposites against Non-Enveloped and Enveloped Viruses. Int. J. Environ. Res. Public Health 2016, 13(4), 430
B-3 7種類のグラフェン量子ドット(GQD) ヒトコロナウイルス(HCoV-229E) これらの7種類のCQDのうちの3つ(CQD-3、-5、-6)は、濃度依存的にHCoV-229E-Luc感染を著しく妨害することが示されました。 A.Loczechin, K. Seron, A. Barras, E. Giovanelli, S. Belouzard, Y. T. Chen, N. Metzler-Nolte, R. Boukherroub, J. Dubuisson and S. Szunerits, Functional Carbon Quantum Dots as Medical Countermeasures to Human Coronavirus. ACS Appl. Mater. Interfaces,2019, 11, 42964-42974.
B-4 スルホン化磁性ナノ粒子で機能化された還元型酸化グラフェン(SMRGO) 単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1) SMRGOは効果的かつ迅速(99.99%、7分)の抗ウイルス活性を示しました。 Deokar, A.R.; Nagvenkar, A.P.; Kalt, I; Shani, L.; Yeshurun, Y.; Gedanken, A.; Sarid, R. Graphene-Based “Hot Plate” for the Capture and Destruction of the Herpes Simplex Virus Type 1. Bioconjugate Chem. 2017, 28, 1115-1122
B-5 異なる表面不動態化分子、2,2 ‘-(エチレンジオキシ)ビス(エチルアミン)EDA-CDotsおよび 3-エトキシプロピルアミン EPA-CDotsを含むCDots ヒトノロウイルスウイルス様粒子(GI.1及びGII.4 VLPs) EDA-CDotsとEPA-CDotsはどちらも、ヒト細胞の組織血液型抗原(HBGA)受容体へのVLPの結合の両方の株を5 μg / mLのCDots濃度で阻害するのに非常に効果的であり、EDA-CDotsは100%の阻害とEPAを達成しました。 85-99%の阻害を達成するCDot。 Dong, X.; Moyer, M.M.; Yang, F.; Sun, Y.P.; Yang, L. Carbon Dots’ Antiviral Functions Against Noroviruses. Nature Scientific Reports 2017, 7: 519

【C】バイオセンサー (Biosensor)に関する研究例
番号 センサ素子 センサータイプ センサープラットフォーム(使用材料) 検出限界(μM) 線形範囲(mM) 文献
C-1 グルコース 電気化学 CuO-グラフェン 1 0.001~8 Hsu, Y.-W.; Hsu, T.-K.; Sun, C.-L.; Nien, Y.-T.; Pu, N.-W.; Ger, M.-D. Synthesis of CuO/graphene nanocomposites for nonenzymatic electrochemical glucose biosensor applications. Electrochim. Acta 2012, 82, 152-157.
C-2 NADH 光電気化学 グラフェン-TiO2ナノハイブリッド 0.003 0.00001~2 Wang, K.; Wu, J.; Liu, Q.; Jin, Y.; Yan, J.; Cai, J. Ultrasensitive photoelectrochemical sensing of nicotinamide adenine dinucleotide based on graphene-TiO2 nanohybrids under visible irradiation. Anal. Chim. Acta 2012, 745, 131-136.
C-3 DNA 電気化学 ポリアニリン/グラフェン 1 × 10-8 1×10-10 ~1×10-3 Zheng, Q.; Wu, H.; Shen, Z.; Gao, W.; Yu, Y.; Ma, Y.; Guang, W.; Guo, Q.; Yan, R.; Wang, J.; Ding, K. An electrochemical DNA sensor based on polyaniline/graphene: high sensitivity to DNA sequences in a wide range. Analyst 2015, 140 (19), 6660-6670.
C-4 H2O2 電気化学 horseradish peroxidase-MoS2-グラフェン 0.049 0.0002~1.103 Song, H.; Ni, Y.; Kokot, S. Investigations of an electrochemical platform based on the layered MoS2-graphene and horseradish peroxidase nanocomposite for direct electrochemistry and electrocatalysis. Biosens. Bioelectron. 2014, 56, 137-143.
C-5 がん細胞 電気化学 グラフェン-ペプチドナノチューブ-葉酸 250 cells/mL   Castillo, J. J.; Svendsen, W. E.; Rozlosnik, N.; Escobar, P.; Martinez, F.; Castillo-Leon, J. Detection of cancer cells using a peptide nanotube-folic acid modified graphene electrode. Analyst 2013, 138 (4), 1026-1031.
C-6 immunoglobulin-G 蛍光 グラフェン-マウス抗ヒト免疫グロブリンG(mIgG)-グラフェン量子ドット(GQD) 10 ng/mL 0.2~12 μg/mL Zhao, H.; Chang, Y.; Liu, M.; Gao, S.; Yu, H.; Quan, X. A universal immunosensing strategy based on regulation of the interaction between graphene and graphene quantum dots. Chem. Commun. 2013, 49 (3), 234-236.
C-7 癌胎児性抗原 FET (Field Effect Transistor) グラフェン-抗癌胎児性抗原 100 pg/mL   Zhou, L.; Mao, H.; Wu, C.; Tang, L.; Wu, Z.; Sun, H.; Zhang, H.; Zhou, H.; Jia, C.; Jin, Q.; et al. Label-free graphene biosensor targeting cancer molecules based on non-covalent modification. Biosens. Bioelectron. 2017, 87, 701-707.

【D】ティッシュ・エンジニアリング (Tissue Engineering)に関する研究例
番号 プラットフォーム(使用材料) セルタイプ 組織工学/組織再生への取り組み 結果・用途 文献
D-1 グラフェン 間葉系幹細胞(MSCs) 心臓 細胞毒性なしに心筋形成分化を促進します。 Park, J.; Park, S.; Ryu, S.; Bhang, S. H.; Kim, J.; Yoon, J. K.; Park, Y. H.; Cho, S. P.; Lee, S.; Hong, B. H.; Kim, B.-S. GrapheneRegulated Cardiomyogenic Differentiation Process of Mesenchymal Stem Cells by Enhancing the Expression of Extracellular Matrix Proteins and Cell Signaling Molecules. Adv. Healthcare Mater. 2014, 3(2), 176-181.
D-2 グラフェン ヒト神経幹細胞(HNSCs) 神経系 強化された幹細胞のニューロンへの分化。 Park, S. Y.; Park, J.; Sim, S. H.; Sung, M. G.; Kim, K. S.; Hong, B. H.; Hong, S. Enhanced differentiation of human neural stem cells into neurons on graphene. Adv. Mater. 2011, 23 (36), H263.
D-3 グラフェン膜でコーティングされたSiO2基板 間葉系幹細胞(MSCs)、骨芽細胞 骨組織 グラフェンは骨芽細胞の増殖を誘導します。 グラフェンでコーティングされた基板上では、細胞はSiO2基板よりも接着および増殖しやすいことがわかりました。 Kalbacova, M.; Broz, A.; Kong, J.; Kalbac, M. Graphene substrates promote adherence of human osteoblasts and mesenchymal stromal cells. Carbon 2010, 48 (15), 4323-4329.
D-4 3D-グラフェンフォーム 間葉系幹細胞(MSCs) 皮膚組織 瘢痕効果を低減しながら、創傷治癒プロセスを早くなりました。 Li, Z.; Wang, H.; Yang, B.; Sun, Y.; Huo, R. Three dimensional graphene foams loaded with bone marrow derived mesenchymal stem cells promote skin wound healing with reduced scarring. Mater. Sci. Eng., C 2015, 57, 181-188.

【E】ドラッグ/遺伝子デリバリーシステム (Drug/Gene Delivery System)に関する研究例
番号 プラットフォーム(使用材料) 送達された薬物・遺伝子 結果・用途 文献
E-1 グラフェン量子ドット(GQD)‐SiO2のハイブリッド ドキソルビシン(DOX) ハイブリッドシステムは、DOXを標的の癌細胞に効率的に送達し、細胞内DOX放出を監視可能。 Chen, M.-L.; He, Y.-J.; Chen, X.-W.; Wang, J.-H. Quantum dot-conjugated graphene as a probe for simultaneous cancer-targeted
fluorescent imaging, tracking, and monitoring drug delivery. Bioconjugate Chem. 2013, 24 (3), 387-397.
E-2 ヒアルロン酸官能化グラフェン量子ドット(GQD)、アルブミンナノ粒子共役 ゲムシタビン (GMC) GMCの標的化送達は、徐放挙動で観察されました。 それに加えて、膵臓癌細胞に対するGMC搭載ナノキャリアシステムによって非常に優れた毒性が示されました。 Nigam, P.; Waghmode, S.; Louis, M.; Wangnoo, S.; Chavan, P.; Sarkar, D. Graphene quantum dots conjugated albumin nanoparticles for targeted drug delivery and imaging of pancreatic cancer. J. Mater. Chem. B 2014, 2 (21), 3190-3195.
E-3 PEG化グラフェン/ Au複合材料 siRNA 遺伝子抑制(Bcl-2)。 Cheng, F.-F.; Chen, W.; Hu, L.-H.; Chen, G.; Miao, H.-T.; Li, C.; Zhu, J.-J. Highly dispersible PEGylated graphene/Au composites
as gene delivery vector and potential cancer therapeutic agent. J. Mater. Chem. B 2013, 1 (38), 4956-4962.
E-4 ポリエチレンイミン官能化酸化グラフェン pDNA 内因性遺伝子EGFPの発現。 Chen, B.; Liu, M.; Zhang, L.; Huang, J.; Yao, J.; Zhang, Z. Polyethylenimine-functionalized graphene oxide as an efficient gene delivery vector. J. Mater. Chem. 2011, 21 (21), 7736-7741.
E-5 葉酸共役ナノ酸化グラフェン ドキソルビシン(DOX)、カンプトテシン(CPT) 単一のDOXまたはCPTよりも毒性が強化されたMCF-7細胞へのDOXおよびCPTの標的化送達。 Zhang, L.; Xia, J.; Zhao, Q.; Liu, L.; Zhang, Z. Functional graphene oxide as a nanocarrier for controlled loading and targeted delivery of mixed anticancer drugs. Small 2010, 6 (4), 537-544.

【F】バイオイメージング (Bioimaging)に関する研究例
番号 プラットフォーム(使用材料) イメージングツール 用途 文献
F-1 グラフェン量子ドット(GQD) 蛍光 ニューロスフェア幹細胞の画像化。 Zhang, M.; Bai, L.; Shang, W.; Xie, W.; Ma, H.; Fu, Y.; Fang, D.; Sun, H.; Fan, L.; Han, M.; et al. Facile synthesis of water-soluble,
highly fluorescent graphene quantum dots as a robust biological label for stem cells. J. Mater. Chem. 2012, 22 (15), 7461-7467.
F-2 グラフェン量子ドット(GQD) 蛍光 Hela229細胞の画像化。 Pan, D.; Guo, L.; Zhang, J.; Xi, C.; Xue, Q.; Huang, H.; Li, J.; Zhang, Z.; Yu, W.; Chen, Z.; et al. Cutting sp 2 clusters in graphene
sheets into colloidal graphene quantum dots with strong green fluorescence. J. Mater. Chem. 2012, 22 (8), 3314-3318.
F-3 低酸素グラフェンナノシート 光音響 強いNIR吸収と高い光音響変換効率を示し、深部組織イメージングへの適用性を示唆しています。 Patel, M. A.; Yang, H.; Chiu, P. L.; Mastrogiovanni, D. D.; Flach, C. R.; Savaram, K.; Gomez, L.; Hemnarine, A.; Mendelsohn, R.; Garfunkel, E.; et al. Direct production of graphene nanosheets for near infrared photoacoustic imaging. ACS Nano 2013, 7 (9), 8147-8157.
F-4 金ナノ粒子で装飾された酸化グラフェン Raman Hela細胞の画像化。 Liu, Q.; Wei, L.; Wang, J.; Peng, F.; Luo, D.; Cui, R.; Niu, Y.; Qin, X.; Liu, Y.; Sun, H.; et al. Cell imaging by graphene oxide based
on surface enhanced Raman scattering. Nanoscale 2012, 4 (22), 7084-7089.
F-5 ポリエチレングリコール官能化ナノ酸化グラフェン、
リツキサンと結合
NIR蛍光 CD20陽性Raji B細胞。 Sun, X.; Liu, Z.; Welsher, K.; Robinson, J. T.; Goodwin, A.; Zaric, S.; Dai, H. Nano-graphene oxide for cellular imaging and drug
delivery. Nano Res. 2008, 1 (3), 203-212.

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