Dankie dat jy Nature.com besoek het.Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Vertoon 'n karrousel van drie skyfies gelyktydig.Gebruik die Vorige en Volgende-knoppies om deur drie skyfies op 'n slag te beweeg, of gebruik die skuifknoppies aan die einde om deur drie skyfies op 'n slag te beweeg.
Die vinnige ontwikkeling van nanotegnologie en die integrasie daarvan in alledaagse toepassings kan die omgewing bedreig.Terwyl groen metodes vir die afbreek van organiese kontaminante goed gevestig is, is die herwinning van anorganiese kristallyne kontaminante 'n groot kommer as gevolg van hul lae sensitiwiteit vir biotransformasie en 'n gebrek aan begrip van materiaal oppervlak interaksies met biologiese.Hier gebruik ons ​​'n Nb-gebaseerde anorganiese 2D MXenes model gekombineer met 'n eenvoudige vorm parameter analise metode om die bioremediëring meganisme van 2D keramiek nanomateriale op te spoor deur die groen mikroalge Raphidocelis subcapitata.Ons het gevind dat mikroalge Nb-gebaseerde MXene afbreek as gevolg van oppervlakverwante fisies-chemiese interaksies.Aanvanklik is enkel- en meerlaag MXene-nanovlokkies aan die oppervlak van mikroalge geheg, wat die groei van alge ietwat verminder het.Na langdurige interaksie met die oppervlak het mikroalge egter MXene-nanovlokkies geoksideer en dit verder in NbO en Nb2O5 ontbind.Omdat hierdie oksiede nie-giftig is vir mikroalgeselle, verbruik hulle Nb-oksied-nanopartikels deur 'n absorpsiemeganisme wat die mikroalge verder herstel na 72 uur se waterbehandeling.Die uitwerking van voedingstowwe wat met absorpsie geassosieer word, word ook weerspieël in die toename in selvolume, hul gladde vorm en verandering in groeitempo.Gebaseer op hierdie bevindinge, kom ons tot die gevolgtrekking dat die kort- en langtermyn teenwoordigheid van Nb-gebaseerde MXene in varswater-ekosisteme slegs geringe omgewingsimpakte kan veroorsaak.Dit is opmerklik dat ons, deur gebruik te maak van tweedimensionele nanomateriale as modelstelsels, die moontlikheid demonstreer om vormtransformasie te volg, selfs in fynkorrelige materiale.Oor die algemeen beantwoord hierdie studie 'n belangrike fundamentele vraag oor oppervlakinteraksieverwante prosesse wat die bioremediëringsmeganisme van 2D-nanomateriale aandryf en bied 'n basis vir verdere korttermyn- en langtermynstudies van die omgewingsimpak van anorganiese kristallyne nanomateriale.
Nanomateriale het sedert hul ontdekking baie belangstelling gegenereer, en verskeie nanotegnologieë het onlangs 'n moderniseringsfase betree1.Ongelukkig kan die integrasie van nanomateriale in alledaagse toepassings lei tot toevallige vrystellings as gevolg van onbehoorlike wegdoening, sorgelose hantering of onvoldoende veiligheidsinfrastruktuur.Daarom is dit redelik om te aanvaar dat nanomateriale, insluitend tweedimensionele (2D) nanomateriale, vrygestel kan word in die natuurlike omgewing, waarvan die gedrag en biologiese aktiwiteit nog nie ten volle verstaan ​​word nie.Daarom is dit nie verbasend dat kommer oor ekotoksisiteit gefokus het op die vermoë van 2D-nanomateriale om in waterstelsels te loog nie2,3,4,5,6.In hierdie ekosisteme kan sommige 2D-nanomateriale op verskillende trofiese vlakke met verskeie organismes interaksie hê, insluitend mikroalge.
Mikroalge is primitiewe organismes wat natuurlik voorkom in varswater en mariene ekosisteme wat 'n verskeidenheid chemiese produkte deur fotosintese produseer7.As sodanig is hulle van kritieke belang vir akwatiese ekosisteme8,9,10,11,12 maar is ook sensitiewe, goedkoop en wyd gebruikte aanwysers van ekotoksisiteit13,14.Aangesien mikroalgselle vinnig vermeerder en vinnig reageer op die teenwoordigheid van verskeie verbindings, is hulle belowend vir die ontwikkeling van omgewingsvriendelike metodes vir die behandeling van water wat met organiese stowwe besmet is15,16.
Algselle kan anorganiese ione uit water verwyder deur biosorpsie en akkumulasie17,18.Sommige algspesies soos Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue en Synechococcus sp.Daar is gevind dat dit giftige metaalione soos Fe2+, Cu2+, Zn2+ en Mn2+19 dra en selfs voed.Ander studies het getoon dat Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ of Pb2+ ione die groei van Scenedesmus beperk deur selmorfologie te verander en hul chloroplaste te vernietig20,21.
Groen metodes vir die ontbinding van organiese besoedelingstowwe en die verwydering van swaarmetaalione het die aandag van wetenskaplikes en ingenieurs regoor die wêreld getrek.Dit is hoofsaaklik te wyte aan die feit dat hierdie kontaminante maklik in die vloeistoffase verwerk word.Anorganiese kristallyne besoedelingstowwe word egter gekenmerk deur lae wateroplosbaarheid en lae vatbaarheid vir verskeie biotransformasies, wat groot probleme met remediëring veroorsaak, en min vordering is op hierdie gebied gemaak22,23,24,25,26.Die soeke na omgewingsvriendelike oplossings vir die herstel van nanomateriale bly dus 'n komplekse en onontginde gebied.As gevolg van die hoë mate van onsekerheid rakende die biotransformasie-effekte van 2D-nanomateriale, is daar geen maklike manier om die moontlike weë van hul agteruitgang tydens reduksie uit te vind nie.
In hierdie studie het ons groen mikroalge as 'n aktiewe waterige bioremediëringsmiddel vir anorganiese keramiekmateriale gebruik, gekombineer met in situ monitering van die degradasieproses van MXene as 'n verteenwoordiger van anorganiese keramiekmateriale.Die term "MXene" weerspieël die stoïgiometrie van die Mn+1XnTx-materiaal, waar M 'n vroeë oorgangsmetaal is, X koolstof en/of stikstof is, Tx 'n oppervlakterminator is (bv. -OH, -F, -Cl), en n = 1, 2, 3 of 427.28.Sedert die ontdekking van MXenes deur Naguib et al.Sensorika, kankerterapie en membraanfiltrasie 27,29,30.Daarbenewens kan MXenes as model 2D-stelsels beskou word as gevolg van hul uitstekende kolloïdale stabiliteit en moontlike biologiese interaksies31,32,33,34,35,36.
Daarom word die metodologie wat in hierdie artikel ontwikkel is en ons navorsingshipoteses getoon in Figuur 1. Volgens hierdie hipotese degradeer mikroalge Nb-gebaseerde MXene tot nie-toksiese verbindings as gevolg van oppervlakverwante fisies-chemiese interaksies, wat verdere herstel van die alge moontlik maak.Om hierdie hipotese te toets, is twee lede van die familie van vroeë niobium-gebaseerde oorgangsmetaalkarbiede en/of nitriede (MXenes), naamlik Nb2CTx en Nb4C3TX, geselekteer.
Navorsingsmetodologie en bewysgebaseerde hipoteses vir MXene herstel deur groen mikroalge Raphidocelis subcapitata.Neem asseblief kennis dat dit net 'n skematiese voorstelling is van bewysgebaseerde aannames.Die meer-omgewing verskil in die voedingsmedium wat gebruik word en die toestande (bv. daaglikse siklus en beperkings in beskikbare noodsaaklike voedingstowwe).Geskep met BioRender.com.
Daarom, deur MXene as 'n modelstelsel te gebruik, het ons die deur oopgemaak vir die studie van verskeie biologiese effekte wat nie met ander konvensionele nanomateriale waargeneem kan word nie.In die besonder demonstreer ons die moontlikheid van bioremediëring van tweedimensionele nanomateriale, soos niobium-gebaseerde MXenes, deur mikroalge Raphidocelis subcapitata.Mikroalge is in staat om Nb-MXene af te breek tot die nie-giftige oksiede NbO en Nb2O5, wat ook voedingstowwe verskaf deur die niobiumopnamemeganisme.Algehele, hierdie studie beantwoord 'n belangrike fundamentele vraag oor die prosesse wat verband hou met oppervlak fisies-chemiese interaksies wat die meganismes van bioremediëring van twee-dimensionele nanomateriale beheer.Daarbenewens ontwikkel ons 'n eenvoudige vorm-parameter-gebaseerde metode om subtiele veranderinge in die vorm van 2D-nanomateriale op te spoor.Dit inspireer verdere korttermyn- en langtermynnavorsing oor die verskeie omgewingsimpakte van anorganiese kristallyne nanomateriale.Ons studie verhoog dus die begrip van die interaksie tussen die materiaaloppervlak en biologiese materiaal.Ons verskaf ook die basis vir uitgebreide korttermyn- en langtermynstudies van hul moontlike impak op varswater-ekosisteme, wat nou maklik geverifieer kan word.
MXenes verteenwoordig 'n interessante klas materiale met unieke en aantreklike fisiese en chemiese eienskappe en dus baie potensiële toepassings.Hierdie eienskappe is grootliks afhanklik van hul stoïgiometrie en oppervlakchemie.Daarom het ons in ons studie twee tipes Nb-gebaseerde hiërargiese enkellaag (SL) MXenes, Nb2CTx en Nb4C3TX, ondersoek, aangesien verskillende biologiese effekte van hierdie nanomateriale waargeneem kon word.MXene word uit hul beginmateriaal vervaardig deur bo-na-onder selektiewe ets van atoomdun MAX-fase A-lae.Die MAX-fase is 'n drieledige keramiek wat bestaan ​​uit "gebonde" blokke van oorgangsmetaalkarbiede en dun lae van "A"-elemente soos Al, Si en Sn met MnAXn-1-stoïgiometrie.Die morfologie van die aanvanklike MAX-fase is waargeneem deur skandeerelektronmikroskopie (SEM) en was in ooreenstemming met vorige studies (Sien aanvullende inligting, SI, figuur S1).Multilaag (ML) Nb-MXeen is verkry nadat die Al-laag met 48% HF (fluorsuursuur) verwyder is.Die morfologie van ML-Nb2CTx en ML-Nb4C3TX is ondersoek deur skandeerelektronmikroskopie (SEM) (Figure S1c en S1d onderskeidelik) en 'n tipiese gelaagde MXene-morfologie is waargeneem, soortgelyk aan tweedimensionele nanoflokkies wat deur langwerpige porieagtige splete gaan.Albei Nb-MXene het baie gemeen met MXene-fases wat voorheen deur suur-ets gesintetiseer is27,38.Nadat ons die struktuur van MXene bevestig het, het ons dit gelaag deur interkalasie van tetrabutielammoniumhidroksied (TBAOH) gevolg deur was en sonikasie, waarna ons enkel- of lae-laag (SL) 2D Nb-MXene nanoflokkies verkry het.
Ons het hoë resolusie transmissie-elektronmikroskopie (HRTEM) en X-straaldiffraksie (XRD) gebruik om die doeltreffendheid van ets en verdere afskilfering te toets.Die HRTEM-resultate wat met behulp van die Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) en Fast Fourier Transform (FFT) verwerk is, word in Fig. 2 getoon. Nb-MXene nanoflokkies is met die rand na bo georiënteer om die struktuur van die atoomlaag na te gaan en die interplanêre afstande te meet.HRTEM beelde van MXene Nb2CTx en Nb4C3TX nanoflokkies het hul atomies dun gelaagde aard geopenbaar (sien Fig. 2a1, a2), soos voorheen gerapporteer deur Naguib et al.27 en Jastrzębska et al.38.Vir twee aangrensende Nb2CTx- en Nb4C3Tx-monolae het ons tussenlaagafstande van onderskeidelik 0.74 en 1.54 nm bepaal (Fig. 2b1,b2), wat ook met ons vorige resultate ooreenstem38.Dit is verder bevestig deur die inverse vinnige Fourier-transform (Fig. 2c1, c2) en die vinnige Fourier-transform (Fig. 2d1, d2) wat die afstand tussen die Nb2CTx en Nb4C3Tx monolae toon.Die beeld toon 'n afwisseling van ligte en donker bande wat ooreenstem met niobium- en koolstofatome, wat die gelaagde aard van die bestudeerde MXene bevestig.Dit is belangrik om daarop te let dat die energieverspreidende X-straalspektroskopie (EDX) spektra verkry vir Nb2CTx en Nb4C3Tx (Figure S2a en S2b) geen oorblyfsel van die oorspronklike MAX fase getoon het nie, aangesien geen Al piek waargeneem is nie.
Karakterisering van SL Nb2CTx en Nb4C3Tx MXene nanoflokkies, insluitend (a) hoë resolusie elektronmikroskopie (HRTEM) syaansig 2D nanoflokbeelding en ooreenstemmende, (b) intensiteitsmodus, (c) inverse vinnige Fourier transform (IFFT), (d) vinnige Fourier transform (FFT), (e) X-straal patroon.Vir SL 2D Nb2CTx word die getalle uitgedruk as (a1, b1, c1, d1, e1).Vir SL 2D Nb4C3Tx word die getalle uitgedruk as (a2, b2, c2, d2, e1).
X-straaldiffraksiemetings van SL Nb2CTx en Nb4C3Tx MXene word in Fig.2e1 en e2, onderskeidelik.Pieke (002) by 4.31 en 4.32 stem ooreen met die voorheen beskryfde gelaagde MXenes Nb2CTx en Nb4C3TX38,39,40,41 onderskeidelik.Die XRD-resultate dui ook op die teenwoordigheid van sommige oorblywende ML-strukture en MAX-fases, maar meestal XRD-patrone wat met SL Nb4C3Tx geassosieer word (Fig. 2e2).Die teenwoordigheid van kleiner deeltjies van die MAX-fase kan die sterker MAX-piek verklaar in vergelyking met die ewekansig gestapelde Nb4C3Tx-lae.
Verdere navorsing het gefokus op groen mikroalge wat aan die spesie R. subcapitata behoort.Ons het mikroalge gekies omdat hulle belangrike produsente is wat betrokke is by groot voedselwebbe42.Hulle is ook een van die beste aanwysers van toksisiteit as gevolg van die vermoë om giftige stowwe te verwyder wat na hoër vlakke van die voedselketting vervoer word43.Daarbenewens kan navorsing oor R. subcapitata lig werp op die toevallige toksisiteit van SL Nb-MXenes vir algemene varswater mikroörganismes.Om dit te illustreer, het die navorsers veronderstel dat elke mikrobe 'n ander sensitiwiteit het vir giftige verbindings wat in die omgewing teenwoordig is.Vir die meeste organismes beïnvloed lae konsentrasies van stowwe nie hul groei nie, terwyl konsentrasies bo 'n sekere limiet hulle kan inhibeer of selfs dood kan veroorsaak.Daarom, vir ons studies van die oppervlakinteraksie tussen mikroalge en MXene en die gepaardgaande herstel, het ons besluit om die skadelose en toksiese konsentrasies van Nb-MXene te toets.Om dit te doen, het ons konsentrasies van 0 (as verwysing), 0.01, 0.1 en 10 mg l-1 MXene en addisionele besmette mikroalge getoets met baie hoë konsentrasies MXene (100 mg l-1 MXene), wat uiters en dodelik kan wees..vir enige biologiese omgewing.
Die effekte van SL Nb-MXenes op mikroalge word in Figuur 3 getoon, uitgedruk as die persentasie van groeibevordering (+) of inhibisie (-) gemeet vir 0 mg l-1 monsters.Ter vergelyking is die Nb-MAX fase en ML Nb-MXenes ook getoets en die resultate word in SI getoon (sien Fig. S3).Die resultate wat verkry is, het bevestig dat SL Nb-MXenes feitlik heeltemal sonder toksisiteit is in die reeks lae konsentrasies van 0.01 tot 10 mg/l, soos getoon in Fig. 3a,b.In die geval van Nb2CTx het ons nie meer as 5% ekotoksisiteit in die gespesifiseerde reeks waargeneem nie.
Stimulering (+) of inhibisie (-) van mikroalgegroei in die teenwoordigheid van SL (a) Nb2CTx en (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 en 72 uur se MXene-mikroalge interaksie is ontleed. Beduidende data (t-toets, p < 0,05) is met 'n asterisk (*) gemerk. Beduidende data (t-toets, p < 0,05) is met 'n asterisk (*) gemerk. Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Beduidende data (t-toets, p < 0.05) word met 'n asterisk (*) gemerk.重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-toets, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Belangrike data (t-toets, p < 0.05) word met 'n asterisk (*) gemerk.Rooi pyle dui op die afskaffing van inhiberende stimulasie.
Aan die ander kant het lae konsentrasies Nb4C3TX geblyk effens meer giftig te wees, maar nie hoër as 7%.Soos verwag, het ons waargeneem dat MXenes hoër toksisiteit en inhibisie van mikroalgegroei by 100mg L-1 gehad het.Interessant genoeg het geen van die materiale dieselfde neiging en tydsafhanklikheid van atoksiese/toksiese effekte getoon in vergelyking met die MAX- of ML-monsters nie (sien SI vir besonderhede).Terwyl toksisiteit vir die MAX-fase (sien Fig. S3) ongeveer 15-25% bereik het en mettertyd toegeneem het, is die omgekeerde neiging waargeneem vir SL Nb2CTx en Nb4C3TX MXene.Die inhibisie van mikroalgegroei het mettertyd afgeneem.Dit het ongeveer 17% na 24 uur bereik en na 72 uur tot minder as 5% gedaal (figuur 3a, b, onderskeidelik).
Belangriker nog, vir SL Nb4C3TX het mikroalgegroei-inhibisie ongeveer 27% na 24 uur bereik, maar na 72 uur het dit afgeneem tot ongeveer 1%.Daarom het ons die waargenome effek gemerk as omgekeerde inhibisie van stimulasie, en die effek was sterker vir SL Nb4C3TX MXene.Die stimulasie van mikroalgegroei is vroeër opgemerk met Nb4C3TX (interaksie by 10 mg L-1 vir 24 uur) in vergelyking met SL Nb2CTx MXene.Die inhibisie-stimulasie omkeer effek is ook goed getoon in die biomassa verdubbeling tempo kurwe (sien Fig. S4 vir besonderhede).Tot dusver is slegs die ekotoksisiteit van Ti3C2TX MXene op verskillende maniere bestudeer.Dit is nie giftig vir sebravis-embrio's44 nie, maar matig ekotoksies vir die mikroalge Desmodesmus quadricauda en Sorghum saccharatum-plante45.Ander voorbeelde van spesifieke effekte sluit in hoër toksisiteit vir kankersellyne as vir normale sellyne46,47.Daar kan aanvaar word dat die toetstoestande die veranderinge in mikroalgegroei sal beïnvloed wat in die teenwoordigheid van Nb-MXene waargeneem word.Byvoorbeeld, 'n pH van ongeveer 8 in die chloroplaststroma is optimaal vir doeltreffende werking van die RuBisCO-ensiem.Daarom beïnvloed pH-veranderinge die tempo van fotosintese negatief48,49.Ons het egter nie beduidende veranderinge in pH tydens die eksperiment waargeneem nie (sien SI, Fig. S5 vir besonderhede).Oor die algemeen het kulture van mikroalge met Nb-MXenes die pH van die oplossing mettertyd effens verlaag.Hierdie afname was egter soortgelyk aan 'n verandering in die pH van 'n suiwer medium.Daarbenewens was die verskeidenheid variasies wat gevind is soortgelyk aan dié wat gemeet is vir 'n suiwer kultuur van mikroalge (kontrolemonster).Dus kom ons tot die gevolgtrekking dat fotosintese nie deur veranderinge in pH oor tyd beïnvloed word nie.
Daarbenewens het die gesintetiseerde MXenes oppervlak-eindes (aangedui as Tx).Dit is hoofsaaklik funksionele groepe -O, -F en -OH.Oppervlakchemie hou egter direk verband met die metode van sintese.Dit is bekend dat hierdie groepe ewekansig oor die oppervlak versprei word, wat dit moeilik maak om hul effek op die eienskappe van MXene50 te voorspel.Daar kan geargumenteer word dat Tx die katalitiese krag vir die oksidasie van niobium deur lig kan wees.Oppervlak-funksionele groepe verskaf inderdaad veelvuldige ankerplekke vir hul onderliggende fotokatalisators om hetero-aansluitings te vorm51.Die groeimediumsamestelling het egter nie 'n effektiewe fotokatalisator verskaf nie (gedetailleerde mediumsamestelling kan in SI Tabel S6 gevind word).Daarbenewens is enige oppervlakmodifikasie ook baie belangrik, aangesien die biologiese aktiwiteit van MXenes verander kan word as gevolg van laag-na-verwerking, oksidasie, chemiese oppervlakmodifikasie van organiese en anorganiese verbindings52,53,54,55,56 of oppervlaklading-ingenieurswese38.Daarom, om te toets of niobiumoksied iets te doen het met materiaal onstabiliteit in die medium, het ons studies gedoen van die zeta (ζ) potensiaal in mikroalge groeimedium en gedeïoniseerde water (ter vergelyking).Ons resultate toon dat SL Nb-MXenes redelik stabiel is (sien SI Fig. S6 vir MAX en ML resultate).Die zeta-potensiaal van SL MXenes is ongeveer -10 mV.In die geval van SR Nb2CTx is die waarde van ζ ietwat meer negatief as dié van Nb4C3Tx.So 'n verandering in die ζ-waarde kan daarop dui dat die oppervlak van negatief gelaaide MXene-nanovlokkies positief gelaaide ione uit die kultuurmedium absorbeer.Temporele metings van die zeta-potensiaal en geleidingsvermoë van Nb-MXene in kultuurmedium (sien Figure S7 en S8 in SI vir meer besonderhede) blyk ons ​​hipotese te ondersteun.
Beide Nb-MXene SL's het egter minimale veranderinge vanaf nul getoon.Dit demonstreer duidelik hul stabiliteit in die mikroalge-groeimedium.Daarbenewens het ons geassesseer of die teenwoordigheid van ons groen mikroalge die stabiliteit van Nb-MXene in die medium sal beïnvloed.Die resultate van die zeta-potensiaal en geleidingsvermoë van MXene na interaksie met mikroalge in voedingsmedia en kultuur oor tyd kan gevind word in SI (Figure S9 en S10).Interessant genoeg het ons opgemerk dat die teenwoordigheid van mikroalge blykbaar die verspreiding van beide MXene stabiliseer.In die geval van Nb2CTx SL het die zeta-potensiaal selfs effens afgeneem met verloop van tyd tot meer negatiewe waardes (-15.8 teenoor -19.1 mV na 72 uur se inkubasie).Die zeta-potensiaal van SL Nb4C3TX het effens toegeneem, maar na 72 uur het dit steeds hoër stabiliteit as nanoflokkies getoon sonder die teenwoordigheid van mikroalge (-18.1 vs. -9.1 mV).
Ons het ook 'n laer geleidingsvermoë gevind van Nb-MXene-oplossings wat in die teenwoordigheid van mikroalge geïnkubeer is, wat 'n laer hoeveelheid ione in die voedingsmedium aandui.Die onstabiliteit van MXene in water is veral te wyte aan oppervlakoksidasie57.Daarom vermoed ons dat groen mikroalge op een of ander manier die oksiede wat op die oppervlak van Nb-MXeen gevorm is, skoongemaak het en selfs die voorkoms daarvan (oksidasie van MXene) verhoed het.Dit kan gesien word deur die tipe stowwe wat deur mikroalge geabsorbeer word, te bestudeer.
Terwyl ons ekotoksikologiese studies aangedui het dat mikroalge in staat was om die toksisiteit van Nb-MXenes oor tyd en die ongewone inhibisie van gestimuleerde groei te oorkom, was die doel van ons studie om moontlike werkingsmeganismes te ondersoek.Wanneer organismes soos alge blootgestel word aan verbindings of materiale wat nie aan hul ekosisteme bekend is nie, kan hulle op 'n verskeidenheid maniere reageer58,59.In die afwesigheid van giftige metaaloksiede kan mikroalge hulself voed, wat hulle toelaat om voortdurend te groei60.Na inname van giftige stowwe kan verdedigingsmeganismes geaktiveer word, soos om van vorm of vorm te verander.Die moontlikheid van absorpsie moet ook oorweeg word58,59.Veral, enige teken van 'n verdedigingsmeganisme is 'n duidelike aanduiding van die toksisiteit van die toetsverbinding.Daarom, in ons verdere werk, het ons die potensiële oppervlakinteraksie tussen SL Nb-MXene nanoflokkies en mikroalge deur SEM en die moontlike absorpsie van Nb-gebaseerde MXene deur X-straalfluoressensiespektroskopie (XRF) ondersoek.Let daarop dat SEM- en XRF-ontledings slegs by die hoogste konsentrasie MXene uitgevoer is om aktiwiteitstoksisiteitskwessies aan te spreek.
Die SEM-resultate word in Fig.4 getoon.Onbehandelde mikroalgselle (sien Fig. 4a, verwysingsmonster) het duidelik tipiese R. subcapitata-morfologie en croissant-agtige selvorm getoon.Selle lyk afgeplat en ietwat ongeorganiseerd.Sommige mikroalgselle het oorvleuel en met mekaar verstrengel, maar dit is waarskynlik deur die monstervoorbereidingsproses veroorsaak.Oor die algemeen het suiwer mikroalgselle 'n gladde oppervlak gehad en geen morfologiese veranderinge getoon nie.
SEM-beelde wat oppervlakinteraksie tussen groen mikroalge en MXene-nanovelle toon na 72 uur se interaksie by uiterste konsentrasie (100 mg L-1).(a) Onbehandelde groen mikroalge na interaksie met SL (b) Nb2CTx en (c) Nb4C3TX MXene.Let daarop dat die Nb-MXene nanoflokkies met rooi pyle gemerk is.Ter vergelyking word foto's van 'n optiese mikroskoop ook bygevoeg.
Daarteenoor is mikroalgeselle wat deur SL Nb-MXene nanoflokkies geadsorbeer is, beskadig (sien Fig. 4b, c, rooi pyle).In die geval van Nb2CTx MXene (Fig. 4b), is mikroalge geneig om met aangehegte tweedimensionele nanoskale te groei, wat hul morfologie kan verander.Veral, ons het ook hierdie veranderinge onder ligmikroskopie waargeneem (sien SI Figuur S11 vir besonderhede).Hierdie morfologiese oorgang het 'n aanneemlike basis in die fisiologie van mikroalge en hul vermoë om hulself te verdedig deur die selmorfologie te verander, soos die verhoging van selvolume61.Daarom is dit belangrik om die aantal mikroalgeselle wat werklik in kontak met Nb-MXenes is, na te gaan.SEM-studies het getoon dat ongeveer 52% van mikroalgselle aan Nb-MXenes blootgestel is, terwyl 48% van hierdie mikroalgselle kontak vermy het.Vir SL Nb4C3Tx MXene probeer mikroalge kontak met MXene vermy, en daardeur lokaliseer en groei vanaf tweedimensionele nanoskale (Fig. 4c).Ons het egter nie die penetrasie van nanoskale in mikroalgselle en hul skade waargeneem nie.
Selfbehoud is ook 'n tydafhanklike reaksiegedrag op die blokkering van fotosintese as gevolg van die adsorpsie van deeltjies op die seloppervlak en die sogenaamde skakering (skakering) effek62.Dit is duidelik dat elke voorwerp (byvoorbeeld Nb-MXene nanoflokkies) wat tussen die mikroalge en die ligbron is, die hoeveelheid lig wat deur die chloroplaste geabsorbeer word, beperk.Ons het egter geen twyfel dat dit 'n beduidende impak het op die resultate wat verkry word nie.Soos getoon deur ons mikroskopiese waarnemings, was die 2D-nanovlokkies nie heeltemal toegedraai of aan die oppervlak van die mikroalge vasgeheg nie, selfs wanneer die mikroalgeselle in kontak was met Nb-MXenes.In plaas daarvan het nanovlokkies geblyk te wees gerig op mikroalgselle sonder om hul oppervlak te bedek.So 'n stel nanovlokkies/mikroalge kan nie die hoeveelheid lig wat deur mikroalgselle geabsorbeer word, noemenswaardig beperk nie.Boonop het sommige studies selfs 'n verbetering in ligabsorpsie deur fotosintetiese organismes in die teenwoordigheid van tweedimensionele nanomateriale63,64,65,66 getoon.
Aangesien SEM-beelde nie direk die opname van niobium deur mikroalgeselle kon bevestig nie, het ons verdere studie na X-straalfluoressensie (XRF) en X-straalfoto-elektronspektroskopie (XPS) analise gedraai om hierdie kwessie op te klaar.Daarom het ons die intensiteit van die Nb-pieke van verwysingsmikroalgemonsters vergelyk wat nie met MXenes in wisselwerking getree het nie, MXene-nanovlokkies wat losgemaak is van die oppervlak van mikroalgeselle, en mikroalgeselle na verwydering van aangehegte MXene.Dit is opmerklik dat indien daar geen Nb-opname is nie, die Nb-waarde wat deur die mikroalgeselle verkry word, nul moet wees na verwydering van die aangehegte nanoskale.Dus, indien Nb opname plaasvind, behoort beide XRF en XPS resultate 'n duidelike Nb piek te toon.
In die geval van XRF-spektra het mikroalge-monsters Nb-pieke vir SL Nb2CTx en Nb4C3Tx MXene getoon na interaksie met SL Nb2CTx en Nb4C3Tx MXene (sien Fig. 5a, let ook daarop dat die resultate vir MAX en ML MXene in SI, Figs S12 getoon word).Interessant genoeg is die intensiteit van die Nb-piek dieselfde in beide gevalle (rooi stawe in Fig. 5a).Dit het aangedui dat die alge nie meer Nb kon absorbeer nie, en die maksimum kapasiteit vir Nb-akkumulasie is in die selle bereik, alhoewel twee keer meer Nb4C3Tx MXene aan die mikroalgeselle geheg was (blou stawe in Fig. 5a).Die vermoë van mikroalge om metale te absorbeer hang veral af van die konsentrasie metaaloksiede in die omgewing67,68.Shamshada et al.67 het gevind dat die absorpsievermoë van varswateralge afneem met toenemende pH.Raize et al.68 het opgemerk dat die vermoë van seewier om metale te absorbeer ongeveer 25% hoër was vir Pb2+ as vir Ni2+.
(a) XRF-resultate van basale Nb-opname deur groen mikroalgeselle wat teen 'n uiterste konsentrasie van SL Nb-MXenes (100 mg L-1) vir 72 uur geïnkubeer is.Die resultate toon die teenwoordigheid van α in suiwer mikroalgeselle (kontrolemonster, grys kolomme), 2D-nanovlokkies geïsoleer van oppervlakmikroalgselle (blou kolomme), en mikroalgeselle na skeiding van 2D-nanovlokkies van die oppervlak (rooi kolomme).Die hoeveelheid elementêre Nb, (b) persentasie chemiese samestelling van mikroalge-organiese komponente (C=O en CHx/C–O) en Nb-oksiede teenwoordig in mikroalgeselle na inkubasie met SL Nb-MXene, (c–e) Pas van die samestellingspiek van XPS SL Nb2CTx-spektra en (fMXh)-mikro-Nb-MXene geïnternaliseerde sel.
Daarom het ons verwag dat Nb deur algselle in die vorm van oksiede geabsorbeer kan word.Om dit te toets, het ons XPS-studies op MXenes Nb2CTx en Nb4C3TX en algeselle uitgevoer.Die resultate van die interaksie van mikroalge met Nb-MXene en MXene wat uit algeselle geïsoleer is, word in Fig.5b.Soos verwag, het ons Nb 3d-pieke in die mikroalge-monsters opgespoor nadat MXene van die oppervlak van die mikroalge verwyder is.Die kwantitatiewe bepaling van C=O, CHx/CO en Nb oksiede is bereken op grond van die Nb 3d, O 1s en C 1s spektra verkry met Nb2CTx SL (Fig. 5c–e) en Nb4C3Tx SL (Fig. 5c–e).) verkry van geïnkubeerde mikroalge.Figuur 5f–h) MXene.Tabel S1-3 toon die besonderhede van die piekparameters en algehele chemie wat uit die passing voortspruit.Dit is opmerklik dat die Nb 3d streke van Nb2CTx SL en Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) ooreenstem met een Nb2O5 komponent.Hier het ons geen MXene-verwante pieke in die spektra gevind nie, wat aandui dat mikroalgeselle slegs die oksiedvorm van Nb absorbeer.Daarbenewens het ons die C 1 s spektrum benader met die C–C, CHx/C–O, C=O, en –COOH komponente.Ons het die CHx/C–O en C=O pieke toegewys aan die organiese bydrae van mikroalgselle.Hierdie organiese komponente is verantwoordelik vir onderskeidelik 36% en 41% van die C 1s-pieke in Nb2CTx SL en Nb4C3TX SL.Ons het toe die O 1s-spektra van SL Nb2CTx en SL Nb4C3TX met Nb2O5, organiese komponente van mikroalge (CHx/CO) en oppervlakgeadsorbeerde water toegerus.
Ten slotte het die XPS-resultate duidelik die vorm van Nb aangedui, nie net die teenwoordigheid daarvan nie.Volgens die posisie van die Nb 3d-sein en die resultate van die dekonvolusie, bevestig ons dat Nb slegs in die vorm van oksiede geabsorbeer word en nie ione of MXene self nie.Daarbenewens het XPS-resultate getoon dat mikroalgselle 'n groter vermoë het om Nb-oksiede van SL Nb2CTx op te neem in vergelyking met SL Nb4C3TX MXene.
Alhoewel ons Nb-opnameresultate indrukwekkend is en ons in staat stel om MXene-afbraak te identifiseer, is daar geen metode beskikbaar om geassosieerde morfologiese veranderinge in 2D-nanovlokkies op te spoor nie.Daarom het ons ook besluit om 'n geskikte metode te ontwikkel wat direk kan reageer op enige veranderinge wat in 2D Nb-MXene nanoflokkies en mikroalgselle voorkom.Dit is belangrik om daarop te let dat ons aanvaar dat indien die interaksie spesies enige transformasie, ontbinding of defragmentasie ondergaan, dit vinnig moet manifesteer as veranderinge in vormparameters, soos die deursnee van die ekwivalente sirkelvormige area, rondheid, Feret-breedte of Feret-lengte.Aangesien hierdie parameters geskik is vir die beskrywing van langwerpige deeltjies of tweedimensionele nanoflokkies, sal hul nasporing deur dinamiese deeltjievormanalise ons waardevolle inligting gee oor die morfologiese transformasie van SL Nb-MXene nanoflokkies tydens reduksie.
Die resultate wat verkry is, word in Figuur 6 getoon. Vir vergelyking het ons ook die oorspronklike MAX-fase en ML-MXenes getoets (sien SI Figure S18 en S19).Dinamiese ontleding van deeltjievorm het getoon dat alle vormparameters van twee Nb-MXene SL's betekenisvol verander het na interaksie met mikroalge.Soos getoon deur die ekwivalente sirkelvormige area deursnee parameter (Fig. 6a, b), dui die verminderde piek intensiteit van die fraksie van groot nanovlokkies aan dat hulle geneig is om te verval in kleiner fragmente.Op fig.6c, d toon 'n afname in die pieke wat verband hou met die dwarsgrootte van die vlokkies (verlenging van die nanoflokkies), wat die transformasie van 2D nanoflokkies in 'n meer deeltjieagtige vorm aandui.Figuur 6e-h wat die breedte en lengte van die Feret onderskeidelik aantoon.Feret breedte en lengte is komplementêre parameters en moet dus saam oorweeg word.Na inkubasie van 2D Nb-MXene nanoflokkies in die teenwoordigheid van mikroalge, het hul Feret-korrelasiepieke verskuif en hul intensiteit het afgeneem.Gebaseer op hierdie resultate in kombinasie met morfologie, XRF en XPS, het ons tot die gevolgtrekking gekom dat die waargenome veranderinge sterk verband hou met oksidasie aangesien geoksideerde MXene meer verrimpeld word en in fragmente en sferiese oksieddeeltjies afbreek69,70.
Ontleding van MXene transformasie na interaksie met groen mikroalge.Dinamiese deeltjievormontleding neem parameters in ag soos (a, b) deursnee van die ekwivalente sirkelvormige area, (c, d) rondheid, (e, f) Feretbreedte en (g, h) Feretlengte.Vir hierdie doel is twee verwysingsmikroalgemonsters ontleed saam met primêre SL Nb2CTx en SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx en SL Nb4C3Tx MXenes, afgebreekte mikroalge, en behandelde mikroalge SL Nb2CTx en SL Nb4C3Tx MXenes.Die rooi pyle wys die oorgange van die vormparameters van die bestudeerde tweedimensionele nanoflokkies.
Aangesien vormparameteranalise baie betroubaar is, kan dit ook morfologiese veranderinge in mikroalgselle openbaar.Daarom het ons die ekwivalente sirkelvormige area deursnee, rondheid en Feret breedte/lengte van suiwer mikroalgselle en selle ontleed na interaksie met 2D Nb nanoflokkies.Op fig.6a–h wys veranderinge in die vormparameters van algeselle, soos blyk uit 'n afname in piekintensiteit en 'n verskuiwing van maksima na hoër waardes.Selrondheidsparameters het veral 'n afname in verlengde selle en 'n toename in sferiese selle getoon (Fig. 6a, b).Daarbenewens het Feret-selwydte met verskeie mikrometers toegeneem na interaksie met SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) in vergelyking met SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f).Ons vermoed dat dit te wyte kan wees aan die sterk opname van Nb-oksiede deur mikroalge tydens interaksie met Nb2CTx SR.Minder rigiede aanhegting van Nb-vlokkies aan hul oppervlak kan lei tot selgroei met minimale skadu-effek.
Ons waarnemings van veranderinge in die parameters van die vorm en grootte van mikroalge komplementeer ander studies.Groen mikroalge kan hul morfologie verander in reaksie op omgewingstres deur selgrootte, vorm of metabolisme te verander61.Byvoorbeeld, die verandering van die grootte van selle vergemaklik die opname van voedingstowwe71.Kleiner algeselle toon laer voedingstofopname en verswakte groeitempo.Omgekeerd is groter selle geneig om meer voedingstowwe in te neem, wat dan intrasellulêr gedeponeer word72,73.Machado en Soares het bevind dat die swamdoder triclosan selgrootte kan vergroot.Hulle het ook diepgaande veranderinge in die vorm van die alge gevind74.Daarbenewens het Yin et al.9 ook morfologiese veranderinge in alge aan die lig gebring na blootstelling aan verminderde grafeenoksied nanosamestellings.Daarom is dit duidelik dat die veranderde grootte/vorm parameters van die mikroalge veroorsaak word deur die teenwoordigheid van MXene.Aangesien hierdie verandering in grootte en vorm 'n aanduiding is van veranderinge in voedingstofopname, glo ons dat ontleding van grootte en vorm parameters oor tyd opname van niobiumoksied deur mikroalge in die teenwoordigheid van Nb-MXene kan demonstreer.
Boonop kan MXene geoksideer word in die teenwoordigheid van alge.Dalai et al.75 het waargeneem dat die morfologie van groen alge wat aan nano-TiO2 en Al2O376 blootgestel is nie eenvormig was nie.Alhoewel ons waarnemings soortgelyk is aan die huidige studie, is dit slegs relevant vir die studie van die effekte van bioremediëring in terme van MXene-afbraakprodukte in die teenwoordigheid van 2D-nanovlokkies en nie nanopartikels nie.Aangesien MXene tot metaaloksiede kan afbreek,31,32,77,78, is dit redelik om te aanvaar dat ons Nb-nanovlokkies ook Nb-oksiede kan vorm na interaksie met mikroalgselle.
Ten einde die vermindering van 2D-Nb-nanovlokkies te verduidelik deur 'n ontbindingsmeganisme gebaseer op die oksidasieproses, het ons studies uitgevoer met behulp van hoë-resolusie transmissie-elektronmikroskopie (HRTEM) (Fig. 7a, b) en X-straalfoto-elektronspektroskopie (XPS) (Fig. 7).7c-i en tabelle S4-5).Beide benaderings is geskik vir die bestudering van die oksidasie van 2D-materiale en vul mekaar aan.HRTEM is in staat om die agteruitgang van tweedimensionele gelaagde strukture en die daaropvolgende voorkoms van metaaloksied-nanopartikels te ontleed, terwyl XPS sensitief is vir oppervlakbindings.Vir hierdie doel het ons 2D Nb-MXene nanoflokkies getoets wat uit mikroalge sel dispersies onttrek is, dit wil sê hul vorm na interaksie met mikroalge selle (sien Fig. 7).
HRTEM-beelde wat die morfologie van geoksideerde (a) SL Nb2CTx en (b) SL Nb4C3Tx MXenes toon, XPS-ontledingsresultate wat (c) die samestelling van oksiedprodukte na reduksie toon, (d–f) piekpassing van komponente van die XPS-spektra van SL Nb2CTx en (g– i) Nb2CTx herstel met groen mikroslgae.
HRTEM-studies het die oksidasie van twee tipes Nb-MXene-nanovlokkies bevestig.Alhoewel die nanoflokkies hul tweedimensionele morfologie tot 'n mate behou het, het oksidasie gelei tot die verskyning van baie nanopartikels wat die oppervlak van die MXene nanoflokkies bedek (sien Fig. 7a,b).XPS analise van c Nb 3d en O 1s seine het aangedui dat Nb oksiede in beide gevalle gevorm is.Soos getoon in Figuur 7c, het 2D MXene Nb2CTx en Nb4C3TX Nb 3d seine wat die teenwoordigheid van NbO en Nb2O5 oksiede aandui, terwyl O 1s seine die aantal O-Nb bindings aandui wat geassosieer word met funksionalisering van die 2D nanoflokoppervlak.Ons het opgemerk dat die Nb-oksiedbydrae dominant is in vergelyking met Nb-C en Nb3+-O.
Op fig.Figure 7g–i toon die XPS-spektra van Nb 3d, C 1s en O 1s SL Nb2CTx (sien Fig. 7d–f) en SL Nb4C3TX MXene wat uit mikroalgselle geïsoleer is.Besonderhede van Nb-MXenes-piekparameters word onderskeidelik in Tabelle S4-5 verskaf.Ons het eers die samestelling van Nb 3d ontleed.In teenstelling met Nb wat deur mikroalgeselle geabsorbeer word, is in MXene geïsoleer uit mikroalgselle, behalwe Nb2O5, ander komponente gevind.In die Nb2CTx SL het ons die bydrae van Nb3+-O in die bedrag van 15% waargeneem, terwyl die res van die Nb 3d-spektrum deur Nb2O5 (85%) oorheers is.Daarbenewens bevat die SL Nb4C3TX monster Nb-C (9%) en Nb2O5 (91%) komponente.Hier kom Nb-C van twee binneste atoomlae metaalkarbied in Nb4C3Tx SR.Ons karteer dan die C 1s-spektra na vier verskillende komponente, soos ons in die geïnternaliseerde monsters gedoen het.Soos verwag word, word die C 1s-spektrum oorheers deur grafitiese koolstof, gevolg deur bydraes van organiese deeltjies (CHx/CO en C=O) van mikroalgselle.Daarbenewens het ons in die O 1s-spektrum die bydrae van organiese vorms van mikroalgeselle, niobiumoksied en geadsorbeerde water waargeneem.
Daarbenewens het ons ondersoek of Nb-MXenes-splyting geassosieer word met die teenwoordigheid van reaktiewe suurstofspesies (ROS) in die voedingsmedium en/of mikroalgeselle.Vir hierdie doel het ons die vlakke van enkelsuurstof (1O2) in die kultuurmedium en intrasellulêre glutathion, 'n tiol wat as 'n antioksidant in mikroalge optree, beoordeel.Die resultate word in SI getoon (Figure S20 en S21).Kulture met SL Nb2CTx en Nb4C3TX MXenes is gekenmerk deur 'n verminderde hoeveelheid 1O2 (sien Figuur S20).In die geval van SL Nb2CTx word MXene 1O2 tot ongeveer 83% verminder.Vir mikroalgekulture wat SL gebruik, het Nb4C3TX 1O2 selfs meer afgeneem, tot 73%.Interessant genoeg het veranderinge in 1O2 dieselfde neiging getoon as die voorheen waargenome inhiberende-stimulerende effek (sien Fig. 3).Daar kan geargumenteer word dat inkubasie in helder lig fotooksidasie kan verander.Die resultate van die kontrole-analise het egter byna konstante vlakke van 1O2 tydens die eksperiment getoon (Fig. S22).In die geval van intrasellulêre ROS-vlakke het ons ook dieselfde afwaartse neiging waargeneem (sien Figuur S21).Aanvanklik het die vlakke van ROS in mikroalgselle wat in die teenwoordigheid van Nb2CTx en Nb4C3Tx SLs gekweek is, die vlakke oorskry wat in suiwer kulture van mikroalge gevind is.Uiteindelik het dit egter geblyk dat die mikroalge by die teenwoordigheid van beide Nb-MXene aangepas het, aangesien ROS-vlakke afgeneem het tot 85% en 91% van die vlakke gemeet in suiwer kulture van mikroalge wat onderskeidelik met SL Nb2CTx en Nb4C3TX geënt is.Dit kan aandui dat mikroalge met verloop van tyd meer gemaklik voel in die teenwoordigheid van Nb-MXene as in voedingsmedium alleen.
Mikroalge is 'n diverse groep fotosintetiese organismes.Tydens fotosintese skakel hulle atmosferiese koolstofdioksied (CO2) om in organiese koolstof.Die produkte van fotosintese is glukose en suurstof79.Ons vermoed dat die suurstof wat so gevorm word 'n kritieke rol speel in die oksidasie van Nb-MXene.Een moontlike verklaring hiervoor is dat die differensiële deurlugtingsparameter by lae en hoë parsiële suurstofdruk buite en binne die Nb-MXene nanoflokkies gevorm word.Dit beteken dat oral waar daar areas van verskillende parsiële suurstofdruk is, die area met die laagste vlak die anode 80, 81, 82 sal vorm. Hier dra die mikroalge by tot die skepping van differensieel deurlugte selle op die oppervlak van die MXene-vlokkies, wat suurstof produseer as gevolg van hul fotosintetiese eienskappe.As gevolg hiervan word biokorrosieprodukte (in hierdie geval niobiumoksiede) gevorm.Nog 'n aspek is dat mikroalge organiese sure kan produseer wat in die water vrygestel word83,84.Daarom word 'n aggressiewe omgewing gevorm, waardeur die Nb-MXenes verander word.Boonop kan mikroalge die pH van die omgewing na alkalies verander as gevolg van die absorpsie van koolstofdioksied, wat ook korrosie kan veroorsaak79.
Nog belangriker, die donker/lig fotoperiode wat in ons studie gebruik word, is van kritieke belang om die resultate wat verkry is, te verstaan.Hierdie aspek word in detail beskryf in Djemai-Zoghlache et al.85 Hulle het doelbewus 'n 12/12 uur fotoperiode gebruik om biokorrosie te demonstreer wat geassosieer word met biobevuiling deur die rooi mikroalge Porphyridium purpureum.Hulle wys dat die fotoperiode geassosieer word met die evolusie van die potensiaal sonder biokorrosie, wat homself manifesteer as pseudoperiodiese ossillasies omstreeks 24:00.Hierdie waarnemings is bevestig deur Dowling et al.86 Hulle het fotosintetiese biofilms van sianobakterieë Anabaena gedemonstreer.Opgeloste suurstof word gevorm onder die werking van lig, wat geassosieer word met 'n verandering of fluktuasies in die vrye biokorrosiepotensiaal.Die belangrikheid van die fotoperiode word beklemtoon deur die feit dat die vrye potensiaal vir biokorrosie in die ligfase toeneem en in die donker fase afneem.Dit is as gevolg van die suurstof wat deur fotosintetiese mikroalge geproduseer word, wat die katodiese reaksie beïnvloed deur die gedeeltelike druk wat naby die elektrodes gegenereer word87.
Daarbenewens is Fourier transform infrarooi spektroskopie (FTIR) uitgevoer om uit te vind of enige veranderinge plaasgevind het in die chemiese samestelling van mikroalgeselle na interaksie met Nb-MXenes.Hierdie verkry resultate is kompleks en ons bied dit in SI aan (Figure S23-S25, insluitend die resultate van die MAX stadium en ML MXenes).Kortom, die verkrygde verwysingsspektra van mikroalge verskaf aan ons belangrike inligting oor die chemiese eienskappe van hierdie organismes.Hierdie mees waarskynlike vibrasies is geleë by frekwensies van 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.een.1 1 (C–H) en 3280 cm–1 (O–H).Vir SL Nb-MXenes het ons 'n CH-binding-strekhandtekening gevind wat ooreenstem met ons vorige studie38.Ons het egter opgemerk dat sommige bykomende pieke wat met C=C en CH-bindings geassosieer word, verdwyn het.Dit dui daarop dat die chemiese samestelling van mikroalge geringe veranderinge kan ondergaan as gevolg van interaksie met SL Nb-MXenes.
Wanneer moontlike veranderinge in die biochemie van mikroalge oorweeg word, moet die ophoping van anorganiese oksiede, soos niobiumoksied, heroorweeg word59.Dit is betrokke by die opname van metale deur die seloppervlak, hul vervoer na die sitoplasma, hul assosiasie met intrasellulêre karboksielgroepe, en hul akkumulasie in mikroalge polifosfosome20,88,89,90.Daarbenewens word die verhouding tussen mikroalge en metale deur funksionele groepe selle in stand gehou.Om hierdie rede hang absorpsie ook af van mikroalge-oppervlakchemie, wat redelik kompleks is9,91.Oor die algemeen, soos verwag, het die chemiese samestelling van groen mikroalge effens verander as gevolg van die absorpsie van Nb-oksied.
Interessant genoeg was die waargenome aanvanklike inhibisie van mikroalge omkeerbaar met verloop van tyd.Soos ons waargeneem het, het die mikroalge die aanvanklike omgewingsverandering oorkom en uiteindelik na normale groeitempo's teruggekeer en selfs toegeneem.Studies van die zeta-potensiaal toon hoë stabiliteit wanneer dit in voedingsmedia ingevoer word.Dus, die oppervlak interaksie tussen mikroalge selle en Nb-MXene nanoflokkies is gehandhaaf deur die reduksie eksperimente.In ons verdere analise som ons die hoofmeganismes van aksie op wat hierdie merkwaardige gedrag van mikroalge onderlê.
SEM-waarnemings het getoon dat mikroalge geneig is om aan Nb-MXenes te heg.Deur dinamiese beeldanalise te gebruik, bevestig ons dat hierdie effek lei tot die transformasie van tweedimensionele Nb-MXene-nanovlokkies in meer sferiese deeltjies, en daardeur demonstreer dat die ontbinding van nanoflokkies met hul oksidasie geassosieer word.Om ons hipotese te toets, het ons 'n reeks materiaal- en biochemiese studies uitgevoer.Na toetsing het die nanovlokkies geleidelik geoksideer en ontbind in NbO- en Nb2O5-produkte, wat nie 'n bedreiging vir groen mikroalge ingehou het nie.Deur FTIR-waarneming te gebruik, het ons geen betekenisvolle veranderinge in die chemiese samestelling van mikroalge gevind wat in die teenwoordigheid van 2D Nb-MXene nanoflokkies geïnkubeer is nie.Met inagneming van die moontlikheid van absorpsie van niobiumoksied deur mikroalge, het ons 'n X-straal-fluoressensie-analise uitgevoer.Hierdie resultate toon duidelik dat die bestudeerde mikroalge op niobiumoksiede (NbO en Nb2O5) voed, wat nie-giftig is vir die bestudeerde mikroalge.