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

卟啉 光化学 共价键 单线态氧 化学 光敏剂 大肠杆菌 系统间交叉 可见光谱 聚合物 光催化 组合化学 材料科学 单重态 有机化学 氧气 催化作用 光电子学 激发态 生物化学 核物理学 物理 基因
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 BV]
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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