Porphyrin-based covalent organic polymers with customizable photoresponses for photodynamic inactivation of bacteria

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作者
Quanbin Fu,Xin Sun,Tingting Zhang,Yong Pei,Yijing Li,Qingbo Li,Shikai Zhang,Geoffrey I. N. Waterhouse,Houshen Li,Shiyun Ai
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:906: 167475-167475 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.167475
摘要

Porphyrin-linked covalent organic polymers (COPs) provide a reliable photocatalytic platform, while photodynamic inactivation (PDI) induced by reliable porphyrin-based COPs is considered to be an effective method to resist microbial contamination. Herein, three tunable porphyrin-based covalent organic polymers (H2-Por-COPs, OH-Por-COPs, and Zn-Por-COPs) are designed and employed for the PDI of Staphylococcus aureus and Escherichia coli under visible light illumination. Interestingly, singlet oxygen (1O2) generation by the Por-COPs can be manipulated via intramolecular regulation with the order Zn-Por-COP > OH-Por-COP > H2-Por-COP. With rationally tune, the Zn-Por-COP demonstrated remarkable antibacterial activity against Staphylococcus aureus (kill percentage 99.65 % ± 0.24 %) and Escherichia coli (kill percentage 97.25 % ± 1.78 %) in only 15 min under visible-light irradiation. Density functional theory (DFT) calculations and photophysical tests showed that the presence of electron-donating -OH groups on the aromatic linkers and Zn2+ ions in porphyrin units narrowed the HOMO-LUMO gap, enhancing both light absorption, intersystem crossing (ISC) and 1O2 generation for more efficient bacteria inactivation. This work can be applied to efficiently screen suitable photosensitizers and provides a rational regulatory strategy for PDI of pathogenic bacteria.

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