We have developed a biocompatible antibacterial system based on polyethylene glycol functionalized molybdenum disulfide nanoflowers (PEG-MoS2 NFs). The PEG-MoS2 NFs have high near-infrared (NIR) absorption and peroxidase-like activity, which can efficiently catalyze decomposition of low concentration of H2O2 to generate hydroxyl radicals (·OH). The conversion of H2O2 into ·OH can avoid the toxicity of high concentration of H2O2 and the ·OH has higher antibacterial activity, making resistant bacteria more vulnerable and wounds more easily cured. The PEG-MoS2 NFs combine the catalysis with NIR photothermal effect, providing a rapid and effective killing outcome in vitro for Gram-negative ampicillin resistant Escherichia coli (Ampr E. coli) and Gram-positive endospore-forming Bacillus subtilis (B. subtilis) as compared to catalytic treatment or photothermal therapy (PTT) alone. Wound healing results indicate that the synergy antibacterial system could be conveniently used for wound disinfection in vivo. Interestingly, glutathione (GSH) oxidation can be accelerated due to the 808 nm irradiation induced hyperthermia at the presence of PEG-MoS2 NFs proved by X-ray near-edge absorption spectra and X-ray spectroscopy. The accelerated GSH oxidation can result in bacterial death more easily. A mechanism based on ·OH-enhanced PTT is proposed to explain the antibacterial process.

Abstract A supramolecular antibiotic switch is described that can reversibly “turn‐on” and “turn‐off” its antibacterial activity on demand, providing a proof‐of‐concept for a way to regulate antibacterial activity of biotics. The switch relies on supramolecular assembly and disassembly of cationic poly(phenylene vinylene) derivative (PPV) with cucurbit[7]uril (CB[7]) to regulate their different interactions with bacteria. This simple but efficient strategy does not require any chemical modification on the active sites of the antibacterial agent, and could also regulate the antibacterial activity of classical antibiotics or photosensitizers in photodynamic therapy. This supramolecular antibiotic switch may be a successful strategy to fight bacterial infections and decrease the emergence of bacterial resistance to antibiotics from a long‐term point of view.

A new cationic poly(phenylene vinylene) derivative (PPV-NMe3+) is synthesized, and it exhibits a differential binding ability to microbial cell walls with different components. By varying the ion strengths of the buffer solution, single PPV-NMe3+ molecules can discriminate fungi, Gram-positive bacteria, and Gram-negative bacteria in a rapid and simple manner. Thus, cationic conjugated polymers exhibit high potential as a diagnostic material for the detection and discrimination of pathogens.

A multifunctional cationic poly(p-phenylene vinylene) derivate with polyethylene glycol (PEG) side chains is used for selective recognition, imaging, and killing of bacteria over mammalian cells. This material exerts a far-reaching impact on the future development of antimicrobial materials and has potential applications in pathogen infections and medical implants.

Except for chemotherapy, surgery, and radiotherapy, photodynamic therapy (PDT) as new therapy modality is already in wide clinic use for the treatment of various diseases. The major bottleneck of this technique is the requirement of outer light source, which always limits effective application of PDT to the lesions in deeper tissue. Here, we first report a new modality for treating cancer and microbial infections, which is activated by chemical molecules instead of outer light irradiation. In this system, in situ bioluminescence of luminol can be absorbed by a cationic oligo(p-phenylene vinylene) (OPV) that acts as the photosensitizer through bioluminescence resonance energy transfer (BRET) process. The excited OPV sensitizes oxygen molecule in the surroundings to produce reactive oxygen species (ROS) that kill the adjacent cancer cells in vitro and in vivo, and pathogenic microbes. By avoiding the use of light irradiation, this work opens a new therapy modality to tumor and pathogen infections.

We prepared a new conjugated polymer nanoparticle with the size of about 50 nm that is prepared by electrostatic assembly of cationic conjugated polymer PFO and anionic poly(l-glutamic acid) conjugated with anticancer drug doxorubicin (PFO/PG-Dox). The PFO exhibits good fluorescence quantum yield, photostability, and little cytotoxicity to meet the essential requests for cell imaging. In PFO/PG-Dox nanoparticles, the fluorescence of PFO is highly quenched by Dox by electron transfer mechanism, and thus the PFO is in the fluorescence "turn-off' state. After PFO/PG-Dox nanoparticles are exposed to carboxypeptidase or are taken up by cancer cells, the poly(l-glutamic acid) is hydrolysed to release the Dox, inducing the activation of PFO fluorescence to "turn-on" state. This multifunctional nanoparticle system can deliver Dox to targeted cancer cells and monitor the Dox release based on fluorescence "turn-on" signal of PFO, which concurrently images the cancer cells. The present work opens the door for new functional studies of conjugated polymer in simultaneous imaging and disease therapeutics.

Abstract Photodynamic therapy (PDT) is a promising method for cancer treatment. Two parameters that influence the efficacy of PDT are the light source and oxygen supply. Herein, we prepared a system for PDT using hemoglobin (Hb)‐linked conjugated polymer nanoparticles (CPNs), which can luminesce and supply oxygen. Hb catalyzes the activation of luminol, the conjugated polymer poly[2‐methoxy‐5‐(2‐ethylhexyloxy)‐1,4‐phenylenevinylene] (MEH–PPV) nanoparticles can absorb the chemiluminescence of luminol through chemiluminescence resonance energy transfer (CRET) and then sensitize the oxygen supplied by Hb to produce reactive oxygen species that kill cancer cells. This system could be used for the controlled release of an anticancer prodrug. The system does not need an external light source and circumvents the insufficient level molecular oxygen under hypoxia. This work provides a proof‐of‐concept to explore smart and multifunctional nanoplatforms for phototherapy.

The employment of physical light sources in clinical photodynamic therapy (PDT) system endows it with a crucial defect in the treatment of deeper tissue lesions due to the limited penetration depth of light in biological tissues. In this work, we constructed for the first time an electric driven luminous system based on electrochemiluminescence (ECL) for killing pathogenic bacteria, where ECL is used for the excitation of photosensitizer instead of a physical light source to produce reactive oxygen species (ROS). We named this new strategy as ECL-therapeutics. The mechanism for the ECL-therapeutics is dependent on the perfect spectral overlap and energy transfer from the ECL generated by luminol to photosensitizer, cationic oligo(p-phenylenevinylene) (OPV), to sensitize the surrounding oxygen molecule into ROS. Furthermore, taking into account the practical application of our ECL-therapeutics, we used flexible hydrogel to replace the liquid system to develop hydrogel antibacterial device. Because the chemical reaction is a slow process in the hydrogel, the luminescence could last for more than 10 min after only electrifying for five seconds. This unique persistent luminescence characteristic with long afterglow life makes them suitable for persistent antibacterial applications. Thus, stretchable and persistent hydrogel devices are designed by integrating stretchable hydrogel, persistent ECL and antibacterial function into hydrogel matrices. This novel strategy avoids the employment of external light source, making it simple, convenient and controllable, which exploits a new field for ECL beyond sensors and also opens up a new model for PDT.

Photothermal therapy (PTT) holds great promise for noninvasive cancer treatment. To fulfill this goal, highly effective and low-risk photothermal agents have been intensively explored. Here, we present a new PTT material based on conjugated polymer dots (Pdots) that exhibit strong near-infrared (NIR) absorption and high photostability. The Pdots result in a thermal response upon illumination with a NIR laser, leading to a high photothermal conversion efficiency of 65%. Thus, the photothermal ablation of cancer cells using the Pdots both in vitro and in vivo can be achieved, highlighting the potential of Pdots as a nanoplatform for clinical therapy. They also open up a new avenue to develop new photothermal therapeutic materials.

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.