Light presents substantial potential in disease treatment, where the development of efficient photocatalysts could enhance the utilization of photocatalytic systems in biomedicine. Here, we devised a novel approach to designing and synthesizing photocatalysts of conjugated polymers for photocatalytic CO2 reduction, relying on a multiple linear regression model built with theoretically calculated descriptors. We established a logarithmic relationship between molecular structure and CO yield and identified the poly(fluorene-co-thiophene) deviant (PFT) as the optimal one. PFT excited a CO regeneration ratio of 231 nmol h–1 in acetonitrile and 46 nmol h–1 in an aqueous solution with a reaction selectivity of 88%. Further advancements were made through the development of liposomes encapsulating PFT for targeted macrophage delivery. By distributing PFT on the liposome membranes, our constructed photocatalytic system efficiently generated CO in situ from surrounding CO2. This localized CO production served as an endogenous signaling molecule, promoting the desirable polarization of macrophages from the M1 to M2 phenotype. Consequently, the M2 cells reduced the secretion of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, and IL-1β). We also demonstrated the efficacy of our system in treating lipopolysaccharide-induced inflammation of cardiomyocytes under white light irradiation. Moreover, our research provides a comprehensive understanding of the intricate processes involved in CO2 reduction by a combination of theoretical calculations and experimental techniques including transient absorption, femtosecond ultrafast spectroscopy, and in situ infrared spectroscopy. These findings pave the way for further advancements of conjugated polymers and photocatalytic systems in biomedical investigation.

Open AccessCCS ChemistryRESEARCH ARTICLES6 Dec 2024Electrochemiluminescence-Driven Chloroplast Photosynthesis with Conjugated Polymers Zenghao Wang, Chuanwei Zhu, Weijian Chen, Zhiqiang Gao, Miaomiao Zhang, Yiming Huang, Fengting Lv, Haotian Bai, Daoben Zhu and Shu Wang Zenghao Wang , Chuanwei Zhu , Weijian Chen , Zhiqiang Gao , Miaomiao Zhang , Yiming Huang , Fengting Lv , Haotian Bai , Daoben Zhu and Shu Wang https://doi.org/10.31635/ccschem.024.202405262 SectionsSupplemental MaterialAboutPDF ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack Citations ShareFacebookTwitterLinked InEmail Photosynthesis is the foundation for sustaining living organisms. The electrical energy is currently used to regulate photosynthesis. But these strategies lack precision, hindering the full utilization of energy. Here, we developed an electrically activated photosynthesis system, using electrochemiluminescence (ECL) and conjugated polymer nanoparticles (PFTP-NPs). Attributing to matchable photophysical properties, we successfully used ECL emission of Ru(bpy)32+ and tripropylamine (TPA) to activate photosynthesis. Under ECL emission, the electron generation in chloroplast was accelerated. ATP and NADPH production in the light-dependent reaction increased by 466% and 200%, respectively. Additionally, PFTP-NPs were employed as light-harvesting materials and modified onto the chloroplasts. Due to superior light-harvesting and light-converting properties, PFTP-NPs further refined spectral matching between ECL and chloroplasts, enabling further photosynthesis regulation. As a result, the trapped energy and energy used for electron transfer increased by 7% and 24%, respectively. ATP and NADPH production increased by 16.9% and 3.9%, respectively. The successful demonstration holds immense potential for advancing photosynthesis regulation. Download figure Download PowerPoint Previous articleNext article FiguresReferencesRelatedDetails Issue AssignmentNot Yet AssignedSupporting Information Copyright & Permissions© 2024 Chinese Chemical Society Downloaded 0 times PDF downloadLoading ...