Nature.com দেখার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি সীমিত CSS সমর্থন সহ একটি ব্রাউজার সংস্করণ ব্যবহার করছেন। সেরা অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি আপডেট করা ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে সামঞ্জস্যতা মোড অক্ষম করুন)। ইতিমধ্যে, অব্যাহত সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা সাইটটিকে স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই রেন্ডার করব।
একসাথে তিনটি স্লাইডের একটি ক্যারোজেল প্রদর্শন করে। একসাথে তিনটি স্লাইডের মধ্য দিয়ে যেতে পূর্ববর্তী এবং পরবর্তী বোতামগুলি ব্যবহার করুন, অথবা শেষে স্লাইডার বোতামগুলি ব্যবহার করে একবারে তিনটি স্লাইডের মধ্য দিয়ে যান।
ন্যানো প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ এবং দৈনন্দিন ব্যবহারে এর একীকরণ পরিবেশের জন্য হুমকিস্বরূপ। জৈব দূষণকারী পদার্থের অবক্ষয়ের জন্য সবুজ পদ্ধতিগুলি সুপ্রতিষ্ঠিত হলেও, জৈব রূপান্তরের প্রতি তাদের কম সংবেদনশীলতা এবং জৈবিক পদার্থের সাথে উপাদানের পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে অজ্ঞতার কারণে অজৈব স্ফটিক দূষণকারী পদার্থের পুনরুদ্ধার প্রধান উদ্বেগের বিষয়। এখানে, আমরা সবুজ অণুজীব শৈবাল Raphidocelis subcapitata দ্বারা 2D সিরামিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈব-প্রতিকার প্রক্রিয়া সনাক্ত করার জন্য একটি সহজ আকৃতি পরামিতি বিশ্লেষণ পদ্ধতির সাথে মিলিত একটি Nb-ভিত্তিক অজৈব 2D MXenes মডেল ব্যবহার করি। আমরা দেখতে পেয়েছি যে পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে অণুজীব শৈবাল Nb-ভিত্তিক MXenes কে অবক্ষয় করে। প্রাথমিকভাবে, একক-স্তর এবং বহুস্তর MXene ন্যানোফ্লেকগুলি অণুজীবের পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত ছিল, যা শৈবালের বৃদ্ধি কিছুটা হ্রাস করেছিল। যাইহোক, পৃষ্ঠের সাথে দীর্ঘস্থায়ী মিথস্ক্রিয়ার পরে, অণুজীব শৈবাল MXene ন্যানোফ্লেকগুলিকে জারিত করে এবং আরও NbO এবং Nb2O5 এ পচন করে। যেহেতু এই অক্সাইডগুলি অণুজীব শৈবাল কোষের জন্য অ-বিষাক্ত, তাই তারা একটি শোষণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে Nb অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেল গ্রহণ করে যা 72 ঘন্টা জল শোধনের পরে অণুজীব শৈবালকে আরও পুনরুদ্ধার করে। শোষণের সাথে সম্পর্কিত পুষ্টির প্রভাব কোষের আয়তন বৃদ্ধি, তাদের মসৃণ আকৃতি এবং বৃদ্ধির হারের পরিবর্তনেও প্রতিফলিত হয়। এই ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, আমরা এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছি যে স্বাদুপানির বাস্তুতন্ত্রে Nb-ভিত্তিক MXene-এর স্বল্প ও দীর্ঘমেয়াদী উপস্থিতি কেবলমাত্র সামান্য পরিবেশগত প্রভাব ফেলতে পারে। এটি উল্লেখযোগ্য যে, দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলিকে মডেল সিস্টেম হিসাবে ব্যবহার করে, আমরা সূক্ষ্ম দানাদার পদার্থেও আকৃতি রূপান্তর ট্র্যাক করার সম্ভাবনা প্রদর্শন করি। সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণাটি 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈব-প্রতিকার প্রক্রিয়া পরিচালনাকারী পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া-সম্পর্কিত প্রক্রিয়া সম্পর্কে একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক প্রশ্নের উত্তর দেয় এবং অজৈব স্ফটিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের পরিবেশগত প্রভাবের আরও স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী অধ্যয়নের জন্য একটি ভিত্তি প্রদান করে।
ন্যানোম্যাটেরিয়াল আবিষ্কারের পর থেকে অনেক আগ্রহ তৈরি হয়েছে এবং বিভিন্ন ন্যানোপ্রযুক্তি সম্প্রতি আধুনিকীকরণের পর্যায়ে প্রবেশ করেছে। দুর্ভাগ্যবশত, দৈনন্দিন ব্যবহারে ন্যানোম্যাটেরিয়ালের একীকরণের ফলে অনুপযুক্ত নিষ্কাশন, অসাবধানতাবশত পরিচালনা বা অপর্যাপ্ত সুরক্ষা পরিকাঠামোর কারণে দুর্ঘটনাজনিত মুক্তি হতে পারে। অতএব, এটা ধরে নেওয়া যুক্তিসঙ্গত যে দ্বি-মাত্রিক (2D) ন্যানোম্যাটেরিয়াল সহ ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলি প্রাকৃতিক পরিবেশে মুক্তি পেতে পারে, যার আচরণ এবং জৈবিক কার্যকলাপ এখনও সম্পূর্ণরূপে বোঝা যায়নি। অতএব, এটা অবাক করার মতো নয় যে ইকোটক্সিসিটি উদ্বেগগুলি 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলির জলজ ব্যবস্থায় প্রবেশের ক্ষমতার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে2,3,4,5,6। এই বাস্তুতন্ত্রগুলিতে, কিছু 2D ন্যানোম্যাটেরিয়াল বিভিন্ন ট্রফিক স্তরে বিভিন্ন জীবের সাথে যোগাযোগ করতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে মাইক্রোএলগি।
অণুজীব শৈবাল হল আদিম জীব যা প্রাকৃতিকভাবে স্বাদুপানি এবং সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে পাওয়া যায় এবং সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে বিভিন্ন ধরণের রাসায়নিক দ্রব্য উৎপাদন করে। ফলে, তারা জলজ বাস্তুতন্ত্রের জন্য গুরুত্বপূর্ণ,8,9,10,11,12 কিন্তু সংবেদনশীল, সস্তা এবং পরিবেশগত বিষাক্ততার বহুল ব্যবহৃত সূচকও13,14। যেহেতু অণুজীব শৈবাল কোষগুলি দ্রুত সংখ্যাবৃদ্ধি করে এবং বিভিন্ন যৌগের উপস্থিতিতে দ্রুত সাড়া দেয়, তাই জৈব পদার্থ দ্বারা দূষিত জল পরিশোধনের জন্য পরিবেশবান্ধব পদ্ধতির বিকাশের জন্য তারা প্রতিশ্রুতিশীল।15,16
শৈবাল কোষ জৈব শোষণ এবং সঞ্চয়ের মাধ্যমে জল থেকে অজৈব আয়ন অপসারণ করতে পারে17,18। কিছু শৈবাল প্রজাতি যেমন ক্লোরেলা, অ্যানাবেনা ইনভার, ওয়েস্টিলোপসিস প্রোলিফিকা, স্টিজিওক্লোনিয়াম টেনু এবং সিনেকোকোকাস এসপি। এটি Fe2+, Cu2+, Zn2+ এবং Mn2+19 এর মতো বিষাক্ত ধাতব আয়ন বহন করে এমনকি পুষ্টি জোগায় বলেও দেখা গেছে। অন্যান্য গবেষণায় দেখা গেছে যে Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ বা Pb2+ আয়ন কোষের আকারবিদ্যা পরিবর্তন করে এবং তাদের ক্লোরোপ্লাস্ট ধ্বংস করে সিনেডেসমাসের বৃদ্ধি সীমিত করে20,21।
জৈব দূষণকারী পদার্থের পচন এবং ভারী ধাতব আয়ন অপসারণের জন্য সবুজ পদ্ধতি বিশ্বজুড়ে বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীদের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে। এর প্রধান কারণ হল এই দূষণকারী পদার্থগুলি তরল পর্যায়ে সহজেই প্রক্রিয়াজাত করা যায়। তবে, অজৈব স্ফটিক দূষণকারী পদার্থগুলি কম জল দ্রবণীয়তা এবং বিভিন্ন জৈব রূপান্তরের প্রতি কম সংবেদনশীলতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যা প্রতিকারে বড় অসুবিধা সৃষ্টি করে এবং এই ক্ষেত্রে খুব কম অগ্রগতি হয়েছে। 22,23,24,25,26। সুতরাং, ন্যানোম্যাটেরিয়াল মেরামতের জন্য পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ সমাধানের অনুসন্ধান একটি জটিল এবং অনাবিষ্কৃত ক্ষেত্র হিসাবে রয়ে গেছে। 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈব রূপান্তর প্রভাব সম্পর্কে উচ্চ মাত্রার অনিশ্চয়তার কারণে, হ্রাসের সময় তাদের অবক্ষয়ের সম্ভাব্য পথগুলি খুঁজে বের করার কোনও সহজ উপায় নেই।
এই গবেষণায়, আমরা অজৈব সিরামিক পদার্থের জন্য একটি সক্রিয় জলীয় জৈব-প্রতিকার এজেন্ট হিসেবে সবুজ অণুজীব শৈবাল ব্যবহার করেছি, অজৈব সিরামিক পদার্থের প্রতিনিধি হিসেবে MXene-এর অবক্ষয় প্রক্রিয়ার ইন-সিটু পর্যবেক্ষণের সাথে মিলিত হয়েছি। "MXene" শব্দটি Mn+1XnTx উপাদানের স্টোইচিওমেট্রি প্রতিফলিত করে, যেখানে M হল একটি প্রাথমিক রূপান্তর ধাতু, X হল কার্বন এবং/অথবা নাইট্রোজেন, Tx হল একটি পৃষ্ঠ টারমিনেটর (যেমন, -OH, -F, -Cl), এবং n = 1, 2, 3 বা 427.28। নাগিব এবং অন্যান্যদের দ্বারা MXene আবিষ্কারের পর থেকে। সেন্সরিক্স, ক্যান্সার থেরাপি এবং মেমব্রেন পরিস্রাবণ 27,29,30। এছাড়াও, MXene-কে তাদের চমৎকার কলয়েডাল স্থিতিশীলতা এবং সম্ভাব্য জৈবিক মিথস্ক্রিয়া 31,32,33,34,35,36 এর কারণে মডেল 2D সিস্টেম হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।
অতএব, এই প্রবন্ধে বিকশিত পদ্ধতি এবং আমাদের গবেষণা অনুমান চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে। এই অনুমান অনুসারে, পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে মাইক্রোশেওল Nb-ভিত্তিক MXene গুলিকে অ-বিষাক্ত যৌগে পরিণত করে, যা শৈবালের আরও পুনরুদ্ধারের সুযোগ করে দেয়। এই অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, প্রাথমিক নিওবিয়াম-ভিত্তিক ট্রানজিশন মেটাল কার্বাইড এবং/অথবা নাইট্রাইড (MXene) পরিবারের দুটি সদস্য, যথা Nb2CTx এবং Nb4C3TX, নির্বাচন করা হয়েছিল।
সবুজ অণুজীব শৈবাল Raphidocelis subcapitata দ্বারা MXene পুনরুদ্ধারের জন্য গবেষণা পদ্ধতি এবং প্রমাণ-ভিত্তিক অনুমান। অনুগ্রহ করে মনে রাখবেন যে এটি প্রমাণ-ভিত্তিক অনুমানের একটি পরিকল্পিত উপস্থাপনা মাত্র। হ্রদের পরিবেশ ব্যবহৃত পুষ্টি মাধ্যম এবং অবস্থার (যেমন, দৈনিক চক্র এবং উপলব্ধ প্রয়োজনীয় পুষ্টির সীমাবদ্ধতা) উপর নির্ভর করে ভিন্ন। BioRender.com দিয়ে তৈরি।
অতএব, মডেল সিস্টেম হিসেবে MXene ব্যবহার করে, আমরা বিভিন্ন জৈবিক প্রভাবের অধ্যয়নের দরজা খুলে দিয়েছি যা অন্যান্য প্রচলিত ন্যানোম্যাটেরিয়ালের সাথে পর্যবেক্ষণ করা যায় না। বিশেষ করে, আমরা মাইক্রোঅ্যালগি র‍্যাফিডোসেলিস সাবক্যাপিটেটা দ্বারা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়াল, যেমন নাইওবিয়াম-ভিত্তিক MXene-এর জৈবিককরণের সম্ভাবনা প্রদর্শন করি। মাইক্রোঅ্যালগি Nb-MXene-কে অ-বিষাক্ত অক্সাইড NbO এবং Nb2O5-তে হ্রাস করতে সক্ষম, যা নাইওবিয়াম গ্রহণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পুষ্টি সরবরাহ করে। সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণাটি দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈবিককরণের প্রক্রিয়াগুলিকে নিয়ন্ত্রণকারী পৃষ্ঠের ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়াগুলির সাথে সম্পর্কিত প্রক্রিয়াগুলি সম্পর্কে একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক প্রশ্নের উত্তর দেয়। এছাড়াও, আমরা 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালের আকারে সূক্ষ্ম পরিবর্তনগুলি ট্র্যাক করার জন্য একটি সহজ আকৃতি-পরামিতি-ভিত্তিক পদ্ধতি তৈরি করছি। এটি অজৈব স্ফটিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের বিভিন্ন পরিবেশগত প্রভাব সম্পর্কে আরও স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী গবেষণাকে অনুপ্রাণিত করে। এইভাবে, আমাদের গবেষণা বস্তুগত পৃষ্ঠ এবং জৈবিক উপাদানের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে ধারণা বৃদ্ধি করে। আমরা মিঠা পানির বাস্তুতন্ত্রের উপর তাদের সম্ভাব্য প্রভাবের উপর বর্ধিত স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী গবেষণার ভিত্তিও প্রদান করছি, যা এখন সহজেই যাচাই করা যেতে পারে।
MXenes হল এক আকর্ষণীয় শ্রেণীর পদার্থ যার অনন্য এবং আকর্ষণীয় ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এর ফলে অনেক সম্ভাব্য প্রয়োগ রয়েছে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি মূলত তাদের স্টোইচিওমেট্রি এবং পৃষ্ঠের রসায়নের উপর নির্ভরশীল। অতএব, আমাদের গবেষণায়, আমরা দুটি ধরণের Nb-ভিত্তিক শ্রেণিবদ্ধ একক-স্তর (SL) MXenes, Nb2CTx এবং Nb4C3TX অনুসন্ধান করেছি, কারণ এই ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলির বিভিন্ন জৈবিক প্রভাব লক্ষ্য করা যেতে পারে। MXenes তাদের প্রারম্ভিক উপকরণ থেকে পারমাণবিকভাবে পাতলা MAX-ফেজ A-স্তরগুলির উপরে-নিচে নির্বাচনী খোদাই করে তৈরি করা হয়। MAX ফেজ হল একটি টারনারি সিরামিক যা ট্রানজিশন মেটাল কার্বাইডের "বন্ডেড" ব্লক এবং MnAXn-1 স্টোইচিওমেট্রি সহ Al, Si, এবং Sn এর মতো "A" উপাদানগুলির পাতলা স্তর দ্বারা গঠিত। প্রাথমিক MAX ফেজের রূপবিদ্যা ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) স্ক্যান করে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল এবং পূর্ববর্তী গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল (পরিপূরক তথ্য, SI, চিত্র S1 দেখুন)। 48% HF (হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড) দিয়ে Al স্তর অপসারণের পরে বহুস্তর (ML) Nb-MXene প্রাপ্ত হয়েছিল। ML-Nb2CTx এবং ML-Nb4C3TX এর রূপবিদ্যা ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) স্ক্যান করে পরীক্ষা করা হয়েছিল (চিত্র S1c এবং S1d যথাক্রমে) এবং একটি সাধারণ স্তরযুক্ত MXene রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল, যা দীর্ঘায়িত ছিদ্র-সদৃশ স্লিটের মধ্য দিয়ে যাওয়া দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেকের মতো। উভয় Nb-MXene-এরই পূর্বে অ্যাসিড এচিং দ্বারা সংশ্লেষিত MXene পর্যায়গুলির সাথে অনেক মিল রয়েছে। MXene-এর গঠন নিশ্চিত করার পরে, আমরা টেট্রাবিউটাইল্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড (TBAOH) এর ইন্টারক্যালেশন এবং তারপরে ওয়াশিং এবং সোনিকেশনের মাধ্যমে এটি স্তরযুক্ত করেছি, যার পরে আমরা একক-স্তর বা নিম্ন-স্তর (SL) 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক পেয়েছি।
আমরা এচিং এবং আরও খোসার দক্ষতা পরীক্ষা করার জন্য উচ্চ রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) ব্যবহার করেছি। ইনভার্স ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (IFFT) এবং ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (FFT) ব্যবহার করে প্রক্রিয়াজাত HRTEM ফলাফল চিত্র 2 এ দেখানো হয়েছে। Nb-MXene ন্যানোফ্লেকগুলি পারমাণবিক স্তরের গঠন পরীক্ষা করার জন্য এবং আন্তঃতলীয় দূরত্ব পরিমাপ করার জন্য প্রান্তের দিকে ভিত্তিক ছিল। MXene Nb2CTx এবং Nb4C3TX ন্যানোফ্লেকগুলির HRTEM চিত্রগুলি তাদের পারমাণবিকভাবে পাতলা স্তরযুক্ত প্রকৃতি প্রকাশ করেছে (চিত্র 2a1, a2 দেখুন), যেমনটি পূর্বে নাগিব এট আল.27 এবং জাস্ট্রজেবস্কা এট আল.38 দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছিল। দুটি সংলগ্ন Nb2CTx এবং Nb4C3Tx মনোলেয়ারের জন্য, আমরা যথাক্রমে 0.74 এবং 1.54 nm আন্তঃস্তর দূরত্ব নির্ধারণ করেছি (চিত্র 2b1,b2), যা আমাদের পূর্ববর্তী ফলাফলের সাথেও সম্মত হয় 38। এটি আরও নিশ্চিত করা হয়েছে ইনভার্স ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (চিত্র 2c1, c2) এবং ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (চিত্র 2d1, d2) দ্বারা যা Nb2CTx এবং Nb4C3Tx মনোলেয়ারের মধ্যে দূরত্ব দেখায়। চিত্রটি নাইওবিয়াম এবং কার্বন পরমাণুর সাথে সম্পর্কিত আলো এবং অন্ধকার ব্যান্ডের একটি বিকল্প দেখায়, যা অধ্যয়ন করা MXene-এর স্তরযুক্ত প্রকৃতি নিশ্চিত করে। এটি লক্ষণীয় যে Nb2CTx এবং Nb4C3Tx (চিত্র S2a এবং S2b) এর জন্য প্রাপ্ত শক্তি বিচ্ছুরক এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDX) স্পেকট্রা মূল MAX পর্যায়ের কোনও অবশিষ্টাংশ দেখায়নি, কারণ কোনও Al পিক সনাক্ত করা হয়নি।
SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene ন্যানোফ্লেকের বৈশিষ্ট্য, যার মধ্যে রয়েছে (a) উচ্চ রেজোলিউশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) পার্শ্ব-দৃশ্য 2D ন্যানোফ্লেক ইমেজিং এবং সংশ্লিষ্ট, (b) তীব্রতা মোড, (c) বিপরীত দ্রুত ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (IFFT), (d) দ্রুত ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (FFT), (e) Nb-MXenes এক্স-রে প্যাটার্ন। SL 2D Nb2CTx এর জন্য, সংখ্যাগুলি (a1, b1, c1, d1, e1) হিসাবে প্রকাশ করা হয়। SL 2D Nb4C3Tx এর জন্য, সংখ্যাগুলি (a2, b2, c2, d2, e1) হিসাবে প্রকাশ করা হয়।
SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene-এর এক্স-রে বিবর্তন পরিমাপ যথাক্রমে চিত্র 2e1 এবং e2-এ দেখানো হয়েছে। 4.31 এবং 4.32-এ সর্বোচ্চ (002) যথাক্রমে পূর্বে বর্ণিত স্তরযুক্ত MXene-এর Nb2CTx এবং Nb4C3TX38,39,40,41-এর সাথে মিলে যায়। XRD ফলাফলগুলি কিছু অবশিষ্ট ML কাঠামো এবং MAX পর্যায়ের উপস্থিতিও নির্দেশ করে, তবে বেশিরভাগই SL Nb4C3Tx-এর সাথে সম্পর্কিত XRD প্যাটার্ন (চিত্র 2e2)। MAX পর্যায়ের ছোট কণার উপস্থিতি এলোমেলোভাবে স্ট্যাক করা Nb4C3Tx স্তরের তুলনায় শক্তিশালী MAX শীর্ষকে ব্যাখ্যা করতে পারে।
আরও গবেষণা R. subcapitata প্রজাতির অন্তর্ভুক্ত সবুজ অণুজীব শৈবালের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। আমরা অণুজীব শৈবাল বেছে নিয়েছি কারণ তারা প্রধান খাদ্য জালের সাথে জড়িত গুরুত্বপূর্ণ উৎপাদক। খাদ্য শৃঙ্খলের উচ্চ স্তরে বহন করা বিষাক্ত পদার্থ অপসারণের ক্ষমতার কারণে তারা বিষাক্ততার সেরা সূচকগুলির মধ্যে একটি। এছাড়াও, R. subcapitata এর উপর গবেষণা সাধারণ মিঠা পানির অণুজীবের প্রতি SL Nb-MXenes এর আনুষঙ্গিক বিষাক্ততার উপর আলোকপাত করতে পারে। এটি ব্যাখ্যা করার জন্য, গবেষকরা অনুমান করেছেন যে প্রতিটি জীবাণুর পরিবেশে উপস্থিত বিষাক্ত যৌগের প্রতি আলাদা সংবেদনশীলতা রয়েছে। বেশিরভাগ জীবের ক্ষেত্রে, পদার্থের কম ঘনত্ব তাদের বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে না, যদিও একটি নির্দিষ্ট সীমার উপরে ঘনত্ব তাদের বৃদ্ধিকে বাধা দিতে পারে এমনকি মৃত্যুর কারণও হতে পারে। অতএব, অণুজীব শৈবাল এবং MXenes এর মধ্যে পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া এবং সংশ্লিষ্ট পুনরুদ্ধারের আমাদের গবেষণার জন্য, আমরা Nb-MXenes এর ক্ষতিকারক এবং বিষাক্ত ঘনত্ব পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি। এটি করার জন্য, আমরা 0 (রেফারেন্স হিসেবে), 0.01, 0.1 এবং 10 মিলিগ্রাম l-1 MXene এর ঘনত্ব পরীক্ষা করেছি এবং অতিরিক্তভাবে MXene (100 মিলিগ্রাম l-1 MXene) এর খুব উচ্চ ঘনত্ব সহ সংক্রামিত মাইক্রোএলগি পরীক্ষা করেছি, যা যেকোনো জৈবিক পরিবেশের জন্য চরম এবং প্রাণঘাতী হতে পারে।
অণুজীবের উপর SL Nb-MXenes এর প্রভাব চিত্র 3 এ দেখানো হয়েছে, যা 0 mg l-1 নমুনার জন্য পরিমাপ করা বৃদ্ধি বৃদ্ধি (+) বা বাধা (-) এর শতাংশ হিসাবে প্রকাশ করা হয়েছে। তুলনার জন্য, Nb-MAX পর্যায় এবং ML Nb-MXenes পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং ফলাফলগুলি SI তে দেখানো হয়েছে (চিত্র S3 দেখুন)। প্রাপ্ত ফলাফলগুলি নিশ্চিত করেছে যে SL Nb-MXenes 0.01 থেকে 10 mg/l পর্যন্ত কম ঘনত্বের পরিসরে বিষাক্ততা থেকে প্রায় সম্পূর্ণরূপে বঞ্চিত, যেমন চিত্র 3a,b তে দেখানো হয়েছে। Nb2CTx এর ক্ষেত্রে, আমরা নির্দিষ্ট পরিসরে 5% এর বেশি ইকোটক্সিসিটি লক্ষ্য করিনি।
SL (a) Nb2CTx এবং (b) Nb4C3TX MXene এর উপস্থিতিতে অণুজীবের বৃদ্ধির উদ্দীপনা (+) বা বাধা (-)। MXene-অণুজীবের মিথস্ক্রিয়ার 24, 48 এবং 72 ঘন্টা বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। উল্লেখযোগ্য তথ্য (t-পরীক্ষা, p < 0.05) একটি তারকাচিহ্ন (*) দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছিল। উল্লেখযোগ্য তথ্য (t-পরীক্ষা, p < 0.05) একটি তারকাচিহ্ন (*) দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছিল। Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*)। উল্লেখযোগ্য তথ্য (t-পরীক্ষা, p < 0.05) একটি তারকাচিহ্ন (*) দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছে।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-টেস্ট, p < 0,05) отмечены звездочкой (*)। গুরুত্বপূর্ণ তথ্য (t-পরীক্ষা, p < 0.05) একটি তারকাচিহ্ন (*) দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছে।লাল তীরগুলি বাধামূলক উদ্দীপনার বিলুপ্তি নির্দেশ করে।
অন্যদিকে, Nb4C3TX এর কম ঘনত্ব সামান্য বেশি বিষাক্ত বলে প্রমাণিত হয়েছে, কিন্তু 7% এর বেশি নয়। যেমনটি প্রত্যাশা করা হয়েছিল, আমরা লক্ষ্য করেছি যে 100mg L-1 এ MXene-এর বিষাক্ততা এবং মাইক্রো-শৈবাল বৃদ্ধিতে বাধা রয়েছে। মজার বিষয় হল, MAX বা ML নমুনার তুলনায় কোনও উপাদানই অ্যাটোক্সিক/বিষাক্ত প্রভাবের একই প্রবণতা এবং সময় নির্ভরতা দেখায়নি (বিস্তারিত জানার জন্য SI দেখুন)। MAX পর্যায়ে (চিত্র S3 দেখুন) বিষাক্ততা প্রায় 15-25% এ পৌঁছেছিল এবং সময়ের সাথে সাথে বৃদ্ধি পেয়েছিল, SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX MXene-এর ক্ষেত্রে বিপরীত প্রবণতা লক্ষ্য করা গেছে। সময়ের সাথে সাথে মাইক্রো-শৈবাল বৃদ্ধিতে বাধা হ্রাস পেয়েছে। 24 ঘন্টা পরে এটি প্রায় 17% এ পৌঁছেছে এবং 72 ঘন্টা পরে 5% এরও কম হয়েছে (চিত্র 3a, b, যথাক্রমে)।
আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, SL Nb4C3TX-এর ক্ষেত্রে, ২৪ ঘন্টা পরে অণুজীবের বৃদ্ধির বাধা প্রায় ২৭% এ পৌঁছেছিল, কিন্তু ৭২ ঘন্টা পরে তা কমে প্রায় ১% এ এসে দাঁড়িয়েছে। অতএব, আমরা পর্যবেক্ষণ করা প্রভাবটিকে উদ্দীপনার বিপরীত বাধা হিসাবে চিহ্নিত করেছি এবং SL Nb4C3TX MXene-এর ক্ষেত্রে প্রভাবটি আরও শক্তিশালী ছিল। SL Nb2CTx MXene-এর তুলনায় Nb4C3TX (২৪ ঘন্টার জন্য ১০ মিলিগ্রাম L-১-এ মিথস্ক্রিয়া) দিয়ে অণুজীবের বৃদ্ধির উদ্দীপনা আগে লক্ষ্য করা গিয়েছিল। বায়োমাস দ্বিগুণ হার বক্ররেখায় বাধা-উদ্দীপনা বিপরীত প্রভাবটিও ভালভাবে দেখানো হয়েছে (বিস্তারিত জানার জন্য চিত্র S4 দেখুন)। এখনও পর্যন্ত, শুধুমাত্র Ti3C2TX MXene-এর ইকোটক্সিসিটি বিভিন্ন উপায়ে অধ্যয়ন করা হয়েছে। এটি জেব্রাফিশ ভ্রূণের জন্য বিষাক্ত নয়44 তবে মাইক্রোঅ্যালগি ডেসমোডেসমাস কোয়াড্রিকাউডা এবং সোরঘাম স্যাকার্যাটাম উদ্ভিদের জন্য মাঝারিভাবে পরিবেশগত বিষাক্ত45। নির্দিষ্ট প্রভাবের অন্যান্য উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে স্বাভাবিক কোষ লাইনের তুলনায় ক্যান্সার কোষ লাইনের প্রতি উচ্চ বিষাক্ততা46,47। এটা ধরে নেওয়া যেতে পারে যে পরীক্ষার অবস্থা Nb-MXenes এর উপস্থিতিতে পরিলক্ষিত মাইক্রোএলজি বৃদ্ধির পরিবর্তনগুলিকে প্রভাবিত করবে। উদাহরণস্বরূপ, ক্লোরোপ্লাস্ট স্ট্রোমাতে প্রায় 8 pH RuBisCO এনজাইমের দক্ষ ক্রিয়াকলাপের জন্য সর্বোত্তম। অতএব, pH পরিবর্তনগুলি সালোকসংশ্লেষণের হারকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করে48,49। যাইহোক, আমরা পরীক্ষার সময় pH-তে উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন লক্ষ্য করিনি (বিস্তারিত জানার জন্য SI, চিত্র S5 দেখুন)। সাধারণভাবে, Nb-MXenes সহ মাইক্রোএলজির কালচার সময়ের সাথে সাথে দ্রবণের pH সামান্য হ্রাস করে। যাইহোক, এই হ্রাস একটি বিশুদ্ধ মাধ্যমের pH-এর পরিবর্তনের অনুরূপ ছিল। উপরন্তু, প্রাপ্ত বৈচিত্র্যের পরিসর মাইক্রোএলজির একটি বিশুদ্ধ কালচারের (নিয়ন্ত্রণ নমুনা) পরিমাপের অনুরূপ ছিল। সুতরাং, আমরা উপসংহারে পৌঁছেছি যে সময়ের সাথে সাথে pH-এর পরিবর্তন দ্বারা সালোকসংশ্লেষণ প্রভাবিত হয় না।
এছাড়াও, সংশ্লেষিত MXene-এর পৃষ্ঠের শেষ থাকে (Tx হিসাবে চিহ্নিত)। এগুলি মূলত কার্যকরী গোষ্ঠী -O, -F এবং -OH। তবে, পৃষ্ঠের রসায়ন সরাসরি সংশ্লেষণের পদ্ধতির সাথে সম্পর্কিত। এই গোষ্ঠীগুলি পৃষ্ঠের উপর এলোমেলোভাবে বিতরণ করা হয় বলে জানা যায়, যার ফলে MXene50-এর বৈশিষ্ট্যের উপর তাদের প্রভাব ভবিষ্যদ্বাণী করা কঠিন হয়ে পড়ে। যুক্তি দেওয়া যেতে পারে যে Tx আলো দ্বারা নাইওবিয়ামের জারণে অনুঘটক বল হতে পারে। পৃষ্ঠের কার্যকরী গোষ্ঠীগুলি প্রকৃতপক্ষে তাদের অন্তর্নিহিত আলোক-অনুঘটকগুলির জন্য হেটেরোজংশন গঠনের জন্য একাধিক অ্যাঙ্করিং সাইট সরবরাহ করে51। তবে, বৃদ্ধি মাধ্যম গঠন কার্যকর আলোক-অনুঘটক সরবরাহ করেনি (বিস্তারিত মাঝারি গঠন SI টেবিল S6-এ পাওয়া যাবে)। এছাড়াও, পৃষ্ঠের যেকোনো পরিবর্তনও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ স্তর-প্রক্রিয়াকরণ, জারণ, জৈব এবং অজৈব যৌগের রাসায়নিক পৃষ্ঠ পরিবর্তন52,53,54,55,56 বা পৃষ্ঠ চার্জ ইঞ্জিনিয়ারিং38 এর কারণে MXene-এর জৈবিক কার্যকলাপ পরিবর্তন করা যেতে পারে। অতএব, মাধ্যমের বস্তুগত অস্থিরতার সাথে নাইওবিয়াম অক্সাইডের কোনও সম্পর্ক আছে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, আমরা মাইক্রোএলগি বৃদ্ধি মাধ্যম এবং ডিআয়নযুক্ত জলে জিটা (ζ) বিভব নিয়ে গবেষণা করেছি (তুলনার জন্য)। আমাদের ফলাফল দেখায় যে SL Nb-MXenes মোটামুটি স্থিতিশীল (MAX এবং ML ফলাফলের জন্য SI চিত্র S6 দেখুন)। SL MXenes এর জিটা বিভব প্রায় -10 mV। SR Nb2CTx এর ক্ষেত্রে, ζ এর মান Nb4C3Tx এর তুলনায় কিছুটা বেশি ঋণাত্মক। ζ মানের এই পরিবর্তন ইঙ্গিত দিতে পারে যে নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত MXene ন্যানোফ্লেকের পৃষ্ঠ কালচার মাধ্যম থেকে ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন শোষণ করে। কালচার মাধ্যমের Nb-MXenes এর জেটা বিভব এবং পরিবাহিতার অস্থায়ী পরিমাপ (আরও বিস্তারিত জানার জন্য SI তে চিত্র S7 এবং S8 দেখুন) আমাদের অনুমানকে সমর্থন করে বলে মনে হচ্ছে।
তবে, উভয় Nb-MXene SL-ই শূন্য থেকে ন্যূনতম পরিবর্তন দেখিয়েছে। এটি স্পষ্টভাবে মাইক্রোঅ্যালগি বৃদ্ধি মাধ্যমের স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। এছাড়াও, আমরা মূল্যায়ন করেছি যে আমাদের সবুজ মাইক্রোঅ্যালগির উপস্থিতি মিডিয়ামে Nb-MXene-এর স্থিতিশীলতাকে প্রভাবিত করবে কিনা। সময়ের সাথে সাথে পুষ্টি মাধ্যম এবং সংস্কৃতিতে মাইক্রোঅ্যালগির সাথে মিথস্ক্রিয়া করার পরে MXene-এর জেটা বিভব এবং পরিবাহিতার ফলাফল SI-তে পাওয়া যাবে (চিত্র S9 এবং S10)। মজার বিষয় হল, আমরা লক্ষ্য করেছি যে মাইক্রোঅ্যালগির উপস্থিতি উভয় MXene-এর বিচ্ছুরণকে স্থিতিশীল করে বলে মনে হচ্ছে। Nb2CTx SL-এর ক্ষেত্রে, সময়ের সাথে সাথে জেটা বিভব আরও নেতিবাচক মানগুলিতে কিছুটা হ্রাস পেয়েছে (-15.8 বনাম -19.1 mV 72 ঘন্টা ইনকিউবেশনের পরে)। SL Nb4C3TX-এর জেটা বিভব সামান্য বৃদ্ধি পেয়েছে, কিন্তু 72 ঘন্টা পরেও এটি মাইক্রোঅ্যালগির উপস্থিতি ছাড়াই ন্যানোফ্লেকের তুলনায় উচ্চ স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে (-18.1 বনাম -9.1 mV)।
আমরা মাইক্রো-শৈবালের উপস্থিতিতে ইনকিউবেট করা Nb-MXene দ্রবণগুলির কম পরিবাহিতাও দেখতে পেয়েছি, যা পুষ্টি মাধ্যমের আয়নের পরিমাণ কম বলে ইঙ্গিত করে। উল্লেখযোগ্যভাবে, জলে MXene-এর অস্থিরতা মূলত পৃষ্ঠের জারণ57 এর কারণে। অতএব, আমরা সন্দেহ করি যে সবুজ মাইক্রো-শৈবাল কোনওভাবে Nb-MXene-এর পৃষ্ঠে গঠিত অক্সাইডগুলিকে পরিষ্কার করেছে এবং এমনকি তাদের উপস্থিতি (MXene-এর জারণ) রোধ করেছে। মাইক্রো-শৈবাল দ্বারা শোষিত পদার্থের প্রকারগুলি অধ্যয়ন করে এটি দেখা যেতে পারে।
যদিও আমাদের ইকোটক্সিকোলজিক্যাল গবেষণায় দেখা গেছে যে মাইক্রোএলজি সময়ের সাথে সাথে Nb-MXene-এর বিষাক্ততা এবং উদ্দীপিত বৃদ্ধির অস্বাভাবিক বাধা কাটিয়ে উঠতে সক্ষম হয়েছে, আমাদের গবেষণার লক্ষ্য ছিল সম্ভাব্য কর্মপদ্ধতি অনুসন্ধান করা। যখন শৈবালের মতো জীব তাদের বাস্তুতন্ত্রের সাথে অপরিচিত যৌগ বা পদার্থের সংস্পর্শে আসে, তখন তারা বিভিন্ন উপায়ে প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে58,59। বিষাক্ত ধাতব অক্সাইডের অনুপস্থিতিতে, মাইক্রোএলজি নিজেদের খাওয়াতে পারে, যা তাদের ক্রমাগত বৃদ্ধি পেতে দেয়60। বিষাক্ত পদার্থ গ্রহণের পরে, প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা সক্রিয় হতে পারে, যেমন আকৃতি বা রূপ পরিবর্তন করা। শোষণের সম্ভাবনাও বিবেচনা করা উচিত58,59। উল্লেখযোগ্যভাবে, প্রতিরক্ষা ব্যবস্থার যেকোনো চিহ্ন পরীক্ষামূলক যৌগের বিষাক্ততার একটি স্পষ্ট সূচক। অতএব, আমাদের পরবর্তী কাজে, আমরা SEM দ্বারা SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স এবং মাইক্রোএলজির মধ্যে সম্ভাব্য পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া এবং এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (XRF) দ্বারা Nb-ভিত্তিক MXene-এর সম্ভাব্য শোষণ তদন্ত করেছি। মনে রাখবেন যে SEM এবং XRF বিশ্লেষণগুলি কেবলমাত্র MXene-এর সর্বোচ্চ ঘনত্বে সম্পাদিত হয়েছিল কার্যকলাপের বিষাক্ততার সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য।
SEM ফলাফল চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে। অপ্রক্রিয়াজাত মাইক্রোএলজি কোষগুলিতে (চিত্র ৪ক, রেফারেন্স নমুনা দেখুন) স্পষ্টভাবে সাধারণ R. সাবক্যাপিটেটা রূপবিদ্যা এবং ক্রোয়েস্যান্ট-সদৃশ কোষের আকৃতি দেখা গেছে। কোষগুলি চ্যাপ্টা এবং কিছুটা অসংগঠিত দেখাচ্ছে। কিছু মাইক্রোএলজি কোষ একে অপরের সাথে ওভারল্যাপ এবং জড়িয়ে আছে, তবে এটি সম্ভবত নমুনা প্রস্তুতি প্রক্রিয়ার কারণে ঘটেছে। সাধারণভাবে, বিশুদ্ধ মাইক্রোএলজি কোষগুলির একটি মসৃণ পৃষ্ঠ ছিল এবং কোনও রূপগত পরিবর্তন দেখা যায়নি।
SEM চিত্রগুলি ৭২ ঘন্টা ধরে চরম ঘনত্বে (১০০ মিলিগ্রাম L-১) মিথস্ক্রিয়া করার পরে সবুজ মাইক্রোঅ্যালগি এবং MXene ন্যানোশিটের মধ্যে পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া দেখায়। (ক) SL (খ) Nb2CTx এবং (গ) Nb4C3TX MXene-এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করার পরে অপ্রক্রিয়াজাত সবুজ মাইক্রোঅ্যালগি। লক্ষ্য করুন যে Nb-MXene ন্যানোফ্লেকগুলিকে লাল তীর দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছে। তুলনার জন্য, একটি অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ থেকে নেওয়া ছবিগুলিও যোগ করা হয়েছে।
বিপরীতে, SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেক দ্বারা শোষিত মাইক্রোঅ্যালগি কোষগুলি ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছিল (চিত্র 4b, c, লাল তীর দেখুন)। Nb2CTx MXene (চিত্র 4b) এর ক্ষেত্রে, মাইক্রোঅ্যালগি সংযুক্ত দ্বি-মাত্রিক ন্যানোস্কেলের সাথে বৃদ্ধি পেতে থাকে, যা তাদের রূপবিদ্যা পরিবর্তন করতে পারে। উল্লেখযোগ্যভাবে, আমরা হালকা মাইক্রোস্কোপির অধীনেও এই পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করেছি (বিস্তারিত জানার জন্য SI চিত্র S11 দেখুন)। এই রূপগত পরিবর্তনের একটি সম্ভাব্য ভিত্তি রয়েছে মাইক্রোঅ্যালগির শারীরবিদ্যা এবং কোষের আকারবিদ্যা পরিবর্তন করে নিজেদের রক্ষা করার ক্ষমতা, যেমন কোষের আয়তন বৃদ্ধি, 61। অতএব, Nb-MXenes এর সংস্পর্শে থাকা মাইক্রোঅ্যালগি কোষের সংখ্যা পরীক্ষা করা গুরুত্বপূর্ণ। SEM গবেষণায় দেখা গেছে যে প্রায় 52% মাইক্রোঅ্যালগি কোষ Nb-MXenes এর সংস্পর্শে এসেছিল, যখন এই মাইক্রোঅ্যালগি কোষগুলির 48% সংস্পর্শ এড়িয়ে গিয়েছিল। SL Nb4C3Tx MXene-এর ক্ষেত্রে, মাইক্রোঅ্যালগি MXene-এর সংস্পর্শ এড়াতে চেষ্টা করে, যার ফলে দ্বি-মাত্রিক ন্যানোস্কেল থেকে স্থানীয়করণ এবং বৃদ্ধি ঘটে (চিত্র 4c)। তবে, আমরা মাইক্রোঅ্যালগি কোষে ন্যানোস্কেলের অনুপ্রবেশ এবং তাদের ক্ষতি পর্যবেক্ষণ করিনি।
কোষ পৃষ্ঠের কণার শোষণ এবং তথাকথিত ছায়াকরণ (ছায়াকরণ) প্রভাবের কারণে সালোকসংশ্লেষণের বাধার প্রতি স্ব-সংরক্ষণও একটি সময়-নির্ভর প্রতিক্রিয়ামূলক আচরণ। এটা স্পষ্ট যে মাইক্রো-শৈবাল এবং আলোক উৎসের মধ্যে থাকা প্রতিটি বস্তু (উদাহরণস্বরূপ, Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স) ক্লোরোপ্লাস্ট দ্বারা শোষিত আলোর পরিমাণ সীমিত করে। তবে, আমাদের কোন সন্দেহ নেই যে এটি প্রাপ্ত ফলাফলের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। আমাদের মাইক্রোস্কোপিক পর্যবেক্ষণ দ্বারা দেখানো হয়েছে যে, 2D ন্যানোফ্লেক্সগুলি মাইক্রো-শৈবালের পৃষ্ঠের সাথে সম্পূর্ণরূপে মোড়ানো বা আটকানো হয়নি, এমনকি যখন মাইক্রো-শৈবাল কোষগুলি Nb-MXenes এর সংস্পর্শে ছিল। পরিবর্তে, ন্যানোফ্লেক্সগুলি তাদের পৃষ্ঠকে আচ্ছাদন না করে মাইক্রো-শৈবাল কোষের দিকে ভিত্তিক বলে প্রমাণিত হয়েছিল। ন্যানোফ্লেক্স/অণুশৈবালের এই ধরণের সেট মাইক্রো-শৈবাল কোষ দ্বারা শোষিত আলোর পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে সীমিত করতে পারে না। তাছাড়া, কিছু গবেষণায় দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের উপস্থিতিতে সালোকসংশ্লেষী জীবের দ্বারা আলো শোষণের উন্নতিও দেখা গেছে63,64,65,66।
যেহেতু SEM চিত্রগুলি মাইক্রোঅ্যালগি কোষ দ্বারা নাইওবিয়ামের গ্রহণ সরাসরি নিশ্চিত করতে পারেনি, তাই এই বিষয়টি স্পষ্ট করার জন্য আমাদের পরবর্তী গবেষণায় এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স (XRF) এবং এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) বিশ্লেষণের দিকে মনোনিবেশ করা হয়েছে। অতএব, আমরা MXene-এর সাথে মিথস্ক্রিয়া না করা রেফারেন্স মাইক্রোঅ্যালগি নমুনার Nb শিখরের তীব্রতা, মাইক্রোঅ্যালগি কোষের পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্ন MXene ন্যানোফ্লেক এবং সংযুক্ত MXene অপসারণের পরে মাইক্রোঅ্যালগি কোষের তীব্রতা তুলনা করেছি। এটি লক্ষণীয় যে যদি কোনও Nb গ্রহণ না থাকে, তবে সংযুক্ত ন্যানোস্কেল অপসারণের পরে মাইক্রোঅ্যালগি কোষ দ্বারা প্রাপ্ত Nb মান শূন্য হওয়া উচিত। অতএব, যদি Nb গ্রহণ ঘটে, তাহলে XRF এবং XPS উভয় ফলাফলই একটি স্পষ্ট Nb শিখর দেখাবে।
XRF বর্ণালীর ক্ষেত্রে, SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করার পর মাইক্রোঅ্যালগি নমুনাগুলিতে SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene এর Nb শিখর দেখা গেছে (চিত্র 5a দেখুন, আরও লক্ষ্য করুন যে MAX এবং ML MXene এর ফলাফল SI তে দেখানো হয়েছে, চিত্র S12–C17)। মজার বিষয় হল, উভয় ক্ষেত্রেই Nb শিখরের তীব্রতা একই (চিত্র 5a তে লাল বার)। এটি ইঙ্গিত দেয় যে শৈবাল বেশি Nb শোষণ করতে পারেনি, এবং কোষগুলিতে Nb জমার সর্বোচ্চ ক্ষমতা অর্জন করা হয়েছিল, যদিও দুই গুণ বেশি Nb4C3Tx MXene মাইক্রোঅ্যালগি কোষের সাথে সংযুক্ত ছিল (চিত্র 5a তে নীল বার)। উল্লেখযোগ্যভাবে, ধাতু শোষণ করার জন্য মাইক্রোঅ্যালগির ক্ষমতা পরিবেশে ধাতব অক্সাইডের ঘনত্বের উপর নির্ভর করে67,68। শামশাদা এবং অন্যান্যরা 67 দেখেছেন যে pH বৃদ্ধির সাথে সাথে মিঠা পানির শৈবালের শোষণ ক্ষমতা হ্রাস পায়। Raize et al.68 উল্লেখ করেছেন যে Pb2+ এর জন্য সামুদ্রিক শৈবালের ধাতু শোষণের ক্ষমতা Ni2+ এর তুলনায় প্রায় 25% বেশি।
(ক) ৭২ ঘন্টা ধরে SL Nb-MXenes (১০০ মিলিগ্রাম L-১) এর চরম ঘনত্বে ইনকিউবেট করা সবুজ মাইক্রোঅ্যালগি কোষ দ্বারা বেসাল Nb গ্রহণের XRF ফলাফল। ফলাফলগুলি বিশুদ্ধ মাইক্রোঅ্যালগি কোষে α এর উপস্থিতি দেখায় (নিয়ন্ত্রণ নমুনা, ধূসর কলাম), পৃষ্ঠের মাইক্রোঅ্যালগি কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন 2D ন্যানোফ্লেক (নীল কলাম), এবং পৃষ্ঠ থেকে 2D ন্যানোফ্লেক পৃথক করার পরে মাইক্রোঅ্যালগি কোষ (লাল কলাম)। মৌলিক Nb এর পরিমাণ, (খ) SL Nb-MXenes দিয়ে ইনকিউবেট করার পরে মাইক্রোঅ্যালগি জৈব উপাদানগুলির রাসায়নিক গঠনের শতাংশ এবং মাইক্রোঅ্যালগি কোষে উপস্থিত Nb অক্সাইড, (গ–ই) XPS SL Nb2CTx বর্ণালী এবং (fh) SL Nb4C3Tx MXene এর গঠনগত শীর্ষের ফিটিং মাইক্রোঅ্যালগি কোষ দ্বারা অভ্যন্তরীণ।
অতএব, আমরা আশা করেছিলাম যে Nb অক্সাইড আকারে শৈবাল কোষ দ্বারা শোষিত হতে পারে। এটি পরীক্ষা করার জন্য, আমরা MXenes Nb2CTx এবং Nb4C3TX এবং শৈবাল কোষের উপর XPS গবেষণা করেছি। শৈবাল কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন Nb-MXenes এবং MXenes এর সাথে মাইক্রোঅ্যালগির মিথস্ক্রিয়ার ফলাফল চিত্র 5b এ দেখানো হয়েছে। প্রত্যাশিত হিসাবে, আমরা মাইক্রোঅ্যালগির পৃষ্ঠ থেকে MXene অপসারণের পরে মাইক্রোঅ্যালগি নমুনায় Nb 3d শিখর সনাক্ত করেছি। ইনকিউবেটেড মাইক্রোঅ্যালগি থেকে প্রাপ্ত Nb2CTx SL (চিত্র 5c–e) এবং Nb4C3Tx SL (চিত্র 5c–e) দিয়ে প্রাপ্ত Nb 3d, O 1s এবং C 1s বর্ণালীর উপর ভিত্তি করে C=O, CHx/CO, এবং Nb অক্সাইডের পরিমাণগত নির্ধারণ গণনা করা হয়েছিল। চিত্র 5f–h) MXenes। টেবিল S1-3 ফিট থেকে প্রাপ্ত শীর্ষ পরামিতি এবং সামগ্রিক রসায়নের বিশদ দেখায়। এটি উল্লেখযোগ্য যে Nb2CTx SL এবং Nb4C3Tx SL (চিত্র 5c, f) এর Nb 3d অঞ্চলগুলি একটি Nb2O5 উপাদানের সাথে মিলে যায়। এখানে, আমরা বর্ণালীতে কোনও MXene-সম্পর্কিত শিখর খুঁজে পাইনি, যা ইঙ্গিত করে যে মাইক্রো-শৈবাল কোষগুলি কেবল Nb-এর অক্সাইড রূপ শোষণ করে। উপরন্তু, আমরা C-C, CHx/C–O, C=O, এবং –COOH উপাদানগুলির সাথে C 1 s বর্ণালীকে আনুমানিক করেছি। আমরা CHx/C–O এবং C=O শিখরগুলিকে মাইক্রো-শৈবাল কোষের জৈব অবদানের জন্য বরাদ্দ করেছি। এই জৈব উপাদানগুলি Nb2CTx SL এবং Nb4C3TX SL-এ যথাক্রমে C 1s শিখরের 36% এবং 41%। এরপর আমরা SL Nb2CTx এবং SL Nb4C3TX এর O 1s বর্ণালী Nb2O5, মাইক্রো-শৈবালের জৈব উপাদান (CHx/CO), এবং পৃষ্ঠ শোষিত জলের সাথে ফিট করেছি।
অবশেষে, XPS ফলাফলগুলি স্পষ্টভাবে Nb এর রূপ নির্দেশ করে, কেবল এর উপস্থিতি নয়। Nb 3d সংকেতের অবস্থান এবং ডিকনভলিউশনের ফলাফল অনুসারে, আমরা নিশ্চিত করি যে Nb শুধুমাত্র অক্সাইড আকারে শোষিত হয়, আয়ন বা MXene নয়। এছাড়াও, XPS ফলাফলগুলি দেখায় যে মাইক্রোঅ্যালগি কোষগুলির SL Nb4C3TX MXene এর তুলনায় SL Nb2CTx থেকে Nb অক্সাইড গ্রহণের ক্ষমতা বেশি।
যদিও আমাদের Nb গ্রহণের ফলাফল চিত্তাকর্ষক এবং MXene অবক্ষয় সনাক্ত করতে সাহায্য করে, 2D ন্যানোফ্লেক্সে সংশ্লিষ্ট রূপগত পরিবর্তনগুলি ট্র্যাক করার জন্য কোনও পদ্ধতি উপলব্ধ নেই। অতএব, আমরা একটি উপযুক্ত পদ্ধতি তৈরি করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি যা 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স এবং মাইক্রোঅ্যালগি কোষে ঘটে যাওয়া যেকোনো পরিবর্তনের সরাসরি প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে। এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে আমরা ধরে নিই যে যদি মিথস্ক্রিয়াকারী প্রজাতিগুলি কোনও রূপান্তর, পচন বা ডিফ্র্যাগমেন্টেশনের মধ্য দিয়ে যায়, তবে এটি দ্রুত আকৃতির পরামিতিগুলিতে পরিবর্তনের মাধ্যমে নিজেকে প্রকাশ করবে, যেমন সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রের ব্যাস, গোলাকারতা, ফেরেট প্রস্থ বা ফেরেট দৈর্ঘ্য। যেহেতু এই পরামিতিগুলি দীর্ঘায়িত কণা বা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেক্স বর্ণনা করার জন্য উপযুক্ত, তাই গতিশীল কণা আকৃতি বিশ্লেষণের মাধ্যমে তাদের ট্র্যাকিং হ্রাসের সময় SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের রূপগত রূপান্তর সম্পর্কে মূল্যবান তথ্য দেবে।
প্রাপ্ত ফলাফল চিত্র 6-এ দেখানো হয়েছে। তুলনার জন্য, আমরা মূল MAX ফেজ এবং ML-MXenesও পরীক্ষা করেছি (SI চিত্র S18 এবং S19 দেখুন)। কণা আকৃতির গতিশীল বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে দুটি Nb-MXene SL-এর সমস্ত আকৃতির পরামিতি অণুজীবের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়েছে। সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্র ব্যাস প্যারামিটার (চিত্র 6a, b) দ্বারা দেখানো হয়েছে, বৃহৎ ন্যানোফ্লেকের ভগ্নাংশের হ্রাসপ্রাপ্ত শীর্ষ তীব্রতা নির্দেশ করে যে তারা ছোট ছোট টুকরোতে ক্ষয়প্রাপ্ত হওয়ার প্রবণতা রাখে। চিত্র 6c-তে, d ফ্লেক্সের ট্রান্সভার্স আকারের সাথে সম্পর্কিত শীর্ষে হ্রাস দেখায় (ন্যানোফ্লেক্সের প্রসারণ), যা 2D ন্যানোফ্লেক্সকে আরও কণার মতো আকারে রূপান্তরিত করার ইঙ্গিত দেয়। চিত্র 6e-h যথাক্রমে Feret-এর প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য দেখায়। Feret-এর প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য পরিপূরক পরামিতি এবং তাই একসাথে বিবেচনা করা উচিত। অণুজীবের উপস্থিতিতে 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের ইনকিউবেশনের পরে, তাদের Feret পারস্পরিক সম্পর্কের শীর্ষে স্থানান্তরিত হয় এবং তাদের তীব্রতা হ্রাস পায়। রূপবিদ্যা, XRF এবং XPS এর সাথে এই ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, আমরা এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছি যে পর্যবেক্ষণ করা পরিবর্তনগুলি জারণের সাথে দৃঢ়ভাবে সম্পর্কিত কারণ জারিত MXenes আরও কুঁচকে যায় এবং টুকরো এবং গোলাকার অক্সাইড কণায় ভেঙে যায়69,70।
সবুজ অণুজীবের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর MXene রূপান্তর বিশ্লেষণ। গতিশীল কণা আকৃতি বিশ্লেষণে (a, b) সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রের ব্যাস, (c, d) গোলাকারতা, (e, f) Feret প্রস্থ এবং (g, h) Feret দৈর্ঘ্যের মতো পরামিতিগুলি বিবেচনা করা হয়। এই লক্ষ্যে, দুটি রেফারেন্স অণুজীবের নমুনা প্রাথমিক SL Nb2CTx এবং SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx এবং SL Nb4C3Tx MXenes, অবনমিত অণুজীবের নমুনা এবং চিকিত্সা করা অণুজীবের নমুনা SL Nb2CTx এবং SL Nb4C3Tx MXenes সহ বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। লাল তীরগুলি অধ্যয়ন করা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেকের আকৃতির পরামিতিগুলির রূপান্তর দেখায়।
যেহেতু আকৃতির প্যারামিটার বিশ্লেষণ খুবই নির্ভরযোগ্য, তাই এটি অণুজীব কোষের আকারগত পরিবর্তনও প্রকাশ করতে পারে। অতএব, আমরা 2D Nb ন্যানোফ্লেকের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে বিশুদ্ধ অণুজীব কোষ এবং কোষের সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রফল ব্যাস, গোলাকারতা এবং ফেরেট প্রস্থ/দৈর্ঘ্য বিশ্লেষণ করেছি। চিত্র 6a–h-এ শৈবাল কোষের আকৃতির পরামিতিগুলিতে পরিবর্তন দেখা গেছে, যা সর্বোচ্চ তীব্রতা হ্রাস এবং উচ্চ মানের দিকে সর্বোচ্চ স্থানান্তর দ্বারা প্রমাণিত হয়েছে। বিশেষ করে, কোষের গোলাকারতা পরামিতিগুলিতে দীর্ঘায়িত কোষের হ্রাস এবং গোলাকার কোষের বৃদ্ধি দেখা গেছে (চিত্র 6a, b)। এছাড়াও, SL Nb4C3TX MXene (চিত্র 6f) এর তুলনায় SL Nb2CTx MXene (চিত্র 6e) এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে ফেরেট কোষের প্রস্থ কয়েক মাইক্রোমিটার বৃদ্ধি পেয়েছে। আমরা সন্দেহ করি যে Nb2CTx SR এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে অণুজীব দ্বারা Nb অক্সাইডের শক্তিশালী শোষণের কারণে এটি হতে পারে। তাদের পৃষ্ঠে Nb ফ্লেকের কম অনমনীয় সংযুক্তির ফলে কোষের বৃদ্ধি ন্যূনতম ছায়া প্রভাবের সাথে হতে পারে।
অণুজীবের আকৃতি এবং আকারের পরামিতিগুলির পরিবর্তন সম্পর্কে আমাদের পর্যবেক্ষণ অন্যান্য গবেষণার পরিপূরক। পরিবেশগত চাপের প্রতিক্রিয়ায় সবুজ অণুজীব শৈবাল কোষের আকার, আকৃতি বা বিপাক পরিবর্তন করে তাদের রূপবিদ্যা পরিবর্তন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, কোষের আকার পরিবর্তন পুষ্টির শোষণকে সহজতর করে। ছোট শৈবাল কোষগুলি কম পুষ্টি গ্রহণ এবং ব্যাহত বৃদ্ধির হার দেখায়। বিপরীতে, বৃহত্তর কোষগুলি বেশি পুষ্টি গ্রহণ করে, যা পরে অন্তঃকোষীয়ভাবে জমা হয়72,73। মাচাডো এবং সোয়ারেস দেখেছেন যে ছত্রাকনাশক ট্রাইক্লোসান কোষের আকার বৃদ্ধি করতে পারে। তারা শৈবালের আকারেও গভীর পরিবর্তন খুঁজে পেয়েছেন74। এছাড়াও, Yin et al.9 হ্রাসপ্রাপ্ত গ্রাফিন অক্সাইড ন্যানোকম্পোজিটগুলির সংস্পর্শে আসার পরে শৈবালের আকারগত পরিবর্তনগুলিও প্রকাশ করেছেন। অতএব, এটা স্পষ্ট যে মাইক্রোশৈবালের পরিবর্তিত আকার/আকৃতির পরামিতিগুলি MXene এর উপস্থিতির কারণে ঘটে। যেহেতু আকার এবং আকৃতির এই পরিবর্তন পুষ্টি গ্রহণের পরিবর্তনের ইঙ্গিত দেয়, তাই আমরা বিশ্বাস করি যে সময়ের সাথে সাথে আকার এবং আকৃতির পরামিতিগুলির বিশ্লেষণ Nb-MXenes এর উপস্থিতিতে অণুজীব দ্বারা নিওবিয়াম অক্সাইডের গ্রহণ প্রদর্শন করতে পারে।
তাছাড়া, শৈবালের উপস্থিতিতে MXene জারিত হতে পারে। দালাই এট আল.75 পর্যবেক্ষণ করেছেন যে ন্যানো-TiO2 এবং Al2O376 এর সংস্পর্শে আসা সবুজ শৈবালের আকারবিদ্যা একরকম ছিল না। যদিও আমাদের পর্যবেক্ষণগুলি বর্তমান গবেষণার মতো, এটি কেবল 2D ন্যানোফ্লেকের উপস্থিতিতে MXene অবক্ষয় পণ্যের ক্ষেত্রে জৈবিক পুনর্ব্যবহারের প্রভাব অধ্যয়নের সাথে প্রাসঙ্গিক, ন্যানো পার্টিকেলের নয়। যেহেতু MXene ধাতব অক্সাইডে ক্ষয় হতে পারে, 31,32,77,78 তাই ধরে নেওয়া যুক্তিসঙ্গত যে আমাদের Nb ন্যানোফ্লেকগুলি অণুজীব শৈবাল কোষের সাথে মিথস্ক্রিয়া করার পরে Nb অক্সাইডও তৈরি করতে পারে।
জারণ প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে একটি পচন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে 2D-Nb ন্যানোফ্লেক্সের হ্রাস ব্যাখ্যা করার জন্য, আমরা উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) (চিত্র 7a,b) এবং এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) (চিত্র 7) ব্যবহার করে গবেষণা পরিচালনা করেছি। 7c-i এবং টেবিল S4-5)। উভয় পদ্ধতিই 2D পদার্থের জারণ অধ্যয়নের জন্য উপযুক্ত এবং একে অপরের পরিপূরক। HRTEM দ্বি-মাত্রিক স্তরযুক্ত কাঠামোর অবক্ষয় এবং ধাতব অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেলের পরবর্তী উপস্থিতি বিশ্লেষণ করতে সক্ষম, যখন XPS পৃষ্ঠ বন্ধনের প্রতি সংবেদনশীল। এই উদ্দেশ্যে, আমরা মাইক্রোএলজি কোষ বিচ্ছুরণ থেকে নিষ্কাশিত 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স পরীক্ষা করেছি, অর্থাৎ মাইক্রোএলজি কোষের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে তাদের আকৃতি (চিত্র 7 দেখুন)।
HRTEM চিত্রগুলি জারণকৃত (a) SL Nb2CTx এবং (b) SL Nb4C3Tx MXenes এর রূপবিদ্যা দেখায়, XPS বিশ্লেষণের ফলাফল দেখায় (c) হ্রাসের পরে অক্সাইড পণ্যের গঠন, (d–f) SL Nb2CTx এর XPS বর্ণালীর উপাদানগুলির সর্বোচ্চ মিল এবং (g– i) সবুজ অণুজীব শৈবাল দিয়ে মেরামত করা Nb4C3Tx SL।
HRTEM গবেষণায় দুই ধরণের Nb-MXene ন্যানোফ্লেকের জারণ নিশ্চিত করা হয়েছে। যদিও ন্যানোফ্লেকগুলি কিছুটা হলেও তাদের দ্বি-মাত্রিক রূপবিদ্যা ধরে রেখেছে, জারণের ফলে MXene ন্যানোফ্লেকের পৃষ্ঠকে ঢেকে রাখা অনেক ন্যানো পার্টিকেল দেখা দেয় (চিত্র 7a,b দেখুন)। c Nb 3d এবং O 1s সংকেতের XPS বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে উভয় ক্ষেত্রেই Nb অক্সাইড তৈরি হয়েছিল। চিত্র 7c-তে দেখানো হয়েছে, 2D MXene Nb2CTx এবং Nb4C3TX-এ Nb 3d সংকেত রয়েছে যা NbO এবং Nb2O5 অক্সাইডের উপস্থিতি নির্দেশ করে, যেখানে O 1s সংকেত 2D ন্যানোফ্লেক পৃষ্ঠের কার্যকারিতার সাথে সম্পর্কিত O–Nb বন্ধনের সংখ্যা নির্দেশ করে। আমরা লক্ষ্য করেছি যে Nb-C এবং Nb3+-O এর তুলনায় Nb অক্সাইডের অবদান প্রভাবশালী।
চিত্র 7g-এ, অণুজীব কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন Nb 3d, C 1s, এবং O 1s SL Nb2CTx (চিত্র 7d–f দেখুন) এবং SL Nb4C3TX MXene-এর XPS বর্ণালী দেখানো হয়েছে। Nb-MXene-এর সর্বোচ্চ পরামিতিগুলির বিশদ বিবরণ যথাক্রমে টেবিল S4–5-এ দেওয়া হয়েছে। আমরা প্রথমে Nb 3d-এর গঠন বিশ্লেষণ করেছি। অণুজীব কোষ দ্বারা শোষিত Nb-এর বিপরীতে, অণুজীব কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন MXene-তে, Nb2O5 ছাড়াও, অন্যান্য উপাদান পাওয়া গেছে। Nb2CTx SL-এ, আমরা Nb3+-O-এর অবদান 15% পরিমাণে লক্ষ্য করেছি, যেখানে Nb 3d বর্ণালীর বাকি অংশ Nb2O5 (85%) দ্বারা প্রভাবিত ছিল। এছাড়াও, SL Nb4C3TX নমুনায় Nb-C (9%) এবং Nb2O5 (91%) উপাদান রয়েছে। এখানে Nb-C এসেছে Nb4C3Tx SR-তে ধাতব কার্বাইডের দুটি অভ্যন্তরীণ পারমাণবিক স্তর থেকে। এরপর আমরা C 1s বর্ণালীকে চারটি ভিন্ন উপাদানে ম্যাপ করি, যেমনটি আমরা অভ্যন্তরীণ নমুনায় করেছিলাম। যেমনটি প্রত্যাশা করা হয়েছিল, C 1s বর্ণালীতে গ্রাফাইটিক কার্বনের প্রাধান্য রয়েছে, তারপরে অণুজীব শৈবাল কোষ থেকে জৈব কণা (CHx/CO এবং C=O) এর অবদান রয়েছে। এছাড়াও, O 1s বর্ণালীতে, আমরা অণুজীব শৈবাল কোষ, নিওবিয়াম অক্সাইড এবং শোষিত জলের জৈব রূপের অবদান পর্যবেক্ষণ করেছি।
এছাড়াও, আমরা অনুসন্ধান করেছি যে Nb-MXenes ক্লিভেজ পুষ্টি মাধ্যম এবং/অথবা মাইক্রোঅ্যালগি কোষে প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতির (ROS) উপস্থিতির সাথে সম্পর্কিত কিনা। এই লক্ষ্যে, আমরা কালচার মাধ্যমের একক অক্সিজেন (1O2) এবং অন্তঃকোষীয় গ্লুটাথিয়নের মাত্রা মূল্যায়ন করেছি, যা একটি থায়োল যা মাইক্রোঅ্যালগিতে অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট হিসেবে কাজ করে। ফলাফলগুলি SI তে দেখানো হয়েছে (চিত্র S20 এবং S21)। SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX MXenes সহ কালচারগুলিতে 1O2 এর হ্রাস পরিমাণ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছিল (চিত্র S20 দেখুন)। SL Nb2CTx এর ক্ষেত্রে, MXene 1O2 প্রায় 83% হ্রাস পেয়েছে। SL ব্যবহার করে মাইক্রোঅ্যালগি কালচারের জন্য, Nb4C3TX 1O2 আরও কমেছে, 73%। মজার বিষয় হল, 1O2 এর পরিবর্তনগুলি পূর্বে পর্যবেক্ষণ করা বাধা-উদ্দীপক প্রভাবের মতো একই প্রবণতা দেখিয়েছে (চিত্র 3 দেখুন)। যুক্তি দেওয়া যেতে পারে যে উজ্জ্বল আলোতে ইনকিউবেশন ফটোঅক্সিডেশন পরিবর্তন করতে পারে। তবে, নিয়ন্ত্রণ বিশ্লেষণের ফলাফল পরীক্ষা চলাকালীন প্রায় স্থির মাত্রা 1O2 দেখিয়েছে (চিত্র S22)। আন্তঃকোষীয় ROS স্তরের ক্ষেত্রেও আমরা একই নিম্নমুখী প্রবণতা লক্ষ্য করেছি (চিত্র S21 দেখুন)। প্রাথমিকভাবে, Nb2CTx এবং Nb4C3Tx SL এর উপস্থিতিতে সংস্কৃত মাইক্রোএলজি কোষগুলিতে ROS এর মাত্রা অণুজীবের বিশুদ্ধ সংস্কৃতিতে পাওয়া মাত্রাকে ছাড়িয়ে গেছে। তবে, অবশেষে দেখা গেল যে মাইক্রোএলজি উভয় Nb-MXene-এর উপস্থিতির সাথে খাপ খাইয়ে নিয়েছে, কারণ ROS স্তর যথাক্রমে SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX দিয়ে টিকা দেওয়া মাইক্রোএলজির বিশুদ্ধ সংস্কৃতিতে পরিমাপ করা স্তরের 85% এবং 91% এ নেমে এসেছে। এটি ইঙ্গিত দিতে পারে যে মাইক্রোএলজি সময়ের সাথে সাথে শুধুমাত্র পুষ্টি মাধ্যমের তুলনায় Nb-MXene-এর উপস্থিতিতে বেশি স্বাচ্ছন্দ্য বোধ করে।
অণুজীব হল সালোকসংশ্লেষণকারী জীবের একটি বিচিত্র দল। সালোকসংশ্লেষণের সময়, তারা বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) কে জৈব কার্বনে রূপান্তরিত করে। সালোকসংশ্লেষণের উৎপাদক হল গ্লুকোজ এবং অক্সিজেন79। আমরা সন্দেহ করি যে এইভাবে গঠিত অক্সিজেন Nb-MXene-এর জারণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এর একটি সম্ভাব্য ব্যাখ্যা হল যে ডিফারেনশিয়াল বায়ুচলাচল প্যারামিটার Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের বাইরে এবং ভিতরে অক্সিজেনের কম এবং উচ্চ আংশিক চাপে তৈরি হয়। এর অর্থ হল যেখানেই অক্সিজেনের বিভিন্ন আংশিক চাপের ক্ষেত্র থাকে, সেখানে সর্বনিম্ন স্তরের ক্ষেত্রটি অ্যানোড 80, 81, 82 তৈরি করবে। এখানে, অণুজীব শৈবাল MXene ফ্লেক্সের পৃষ্ঠে ডিফারেনশিয়ালি বায়ুযুক্ত কোষ তৈরিতে অবদান রাখে, যা তাদের সালোকসংশ্লেষণ বৈশিষ্ট্যের কারণে অক্সিজেন তৈরি করে। ফলস্বরূপ, জৈব ক্ষয়কারী পণ্য (এই ক্ষেত্রে, নিওবিয়াম অক্সাইড) তৈরি হয়। আরেকটি দিক হল অণুজীব শৈবাল জৈব অ্যাসিড তৈরি করতে পারে যা জলে নির্গত হয়83,84। অতএব, একটি আক্রমণাত্মক পরিবেশ তৈরি হয়, যার ফলে Nb-MXene-এর পরিবর্তন হয়। এছাড়াও, কার্বন ডাই অক্সাইড শোষণের কারণে অণুজীব শৈবাল পরিবেশের pH কে ক্ষারীয়তে পরিবর্তন করতে পারে, যা ক্ষয়ও ঘটাতে পারে79।
আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, আমাদের গবেষণায় ব্যবহৃত অন্ধকার/আলোক আলোক-সময়কাল প্রাপ্ত ফলাফল বোঝার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই দিকটি Djemai-Zoghlache et al. 85-এ বিস্তারিতভাবে বর্ণনা করা হয়েছে। তারা ইচ্ছাকৃতভাবে 12/12 ঘন্টা আলোক-সময়কাল ব্যবহার করে লাল অণুজীব শৈবাল Porphyridium purpureum দ্বারা জৈব-ক্ষয় সম্পর্কিত জৈব-ক্ষয় প্রদর্শন করে। তারা দেখায় যে আলোক-সময়কাল জৈব-ক্ষয় ছাড়াই সম্ভাবনার বিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত, যা 24:00 টার দিকে ছদ্ম-পর্যায়ের দোলন হিসাবে নিজেকে প্রকাশ করে। এই পর্যবেক্ষণগুলি ডাউলিং et al. 86 দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছে তারা সায়ানোব্যাকটেরিয়া Anabaena-এর আলোক-সময়কাল প্রদর্শন করেছে। দ্রবীভূত অক্সিজেন আলোর ক্রিয়ায় গঠিত হয়, যা মুক্ত জৈব-ক্ষয় সম্ভাবনার পরিবর্তন বা ওঠানামার সাথে সম্পর্কিত। আলোক-সময়কালের গুরুত্ব এই বিষয়টি দ্বারা জোর দেওয়া হয় যে জৈব-ক্ষয়ের মুক্ত সম্ভাবনা আলোক পর্যায়ে বৃদ্ধি পায় এবং অন্ধকার পর্যায়ে হ্রাস পায়। এটি আলোক-সময়কাল মাইক্রো-ক্ষয় দ্বারা উত্পাদিত অক্সিজেনের কারণে, যা ইলেক্ট্রোডের কাছাকাছি উৎপন্ন আংশিক চাপের মাধ্যমে ক্যাথোডিক বিক্রিয়াকে প্রভাবিত করে।
এছাড়াও, Nb-MXenes এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে মাইক্রোঅ্যালগি কোষের রাসায়নিক গঠনে কোনও পরিবর্তন ঘটেছে কিনা তা খুঁজে বের করার জন্য ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (FTIR) করা হয়েছিল। এই প্রাপ্ত ফলাফলগুলি জটিল এবং আমরা সেগুলিকে SI তে উপস্থাপন করি (চিত্র S23-S25, MAX পর্যায় এবং ML MXenes এর ফলাফল সহ)। সংক্ষেপে, মাইক্রোঅ্যালগির প্রাপ্ত রেফারেন্স স্পেকট্রা আমাদের এই জীবের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে গুরুত্বপূর্ণ তথ্য প্রদান করে। এই সর্বাধিক সম্ভাব্য কম্পনগুলি 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. one. 1 1 (C–H) এবং 3280 cm–1 (O–H) এর ফ্রিকোয়েন্সিতে অবস্থিত। SL Nb-MXenes এর জন্য, আমরা একটি CH-বন্ড স্ট্রেচিং স্বাক্ষর পেয়েছি যা আমাদের পূর্ববর্তী গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ 38। তবে, আমরা লক্ষ্য করেছি যে C=C এবং CH বন্ধনের সাথে সম্পর্কিত কিছু অতিরিক্ত শিখর অদৃশ্য হয়ে গেছে। এটি ইঙ্গিত দেয় যে SL Nb-MXenes এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার কারণে অণুজীবের রাসায়নিক গঠনে সামান্য পরিবর্তন হতে পারে।
অণুজীবের জৈব রসায়নে সম্ভাব্য পরিবর্তন বিবেচনা করার সময়, অজৈব অক্সাইড, যেমন নাইওবিয়াম অক্সাইড, এর সঞ্চয় পুনর্বিবেচনা করা প্রয়োজন। এটি কোষ পৃষ্ঠ দ্বারা ধাতু গ্রহণ, সাইটোপ্লাজমে তাদের পরিবহন, অন্তঃকোষীয় কার্বক্সিল গ্রুপের সাথে তাদের সংযোগ এবং অণুজীবের পলিফসফোসোমে তাদের জমার সাথে জড়িত। এছাড়াও, অণুজীবের সাথে ধাতুর সম্পর্ক কোষের কার্যকরী গ্রুপ দ্বারা বজায় থাকে। এই কারণে, শোষণ অণুজীবের পৃষ্ঠের রসায়নের উপরও নির্ভর করে, যা বেশ জটিল9,91। সাধারণভাবে, যেমনটি প্রত্যাশা করা হয়েছিল, Nb অক্সাইড শোষণের কারণে সবুজ অণুজীবের রাসায়নিক গঠন কিছুটা পরিবর্তিত হয়েছিল।
মজার বিষয় হল, মাইক্রোএলজির প্রাথমিক বাধাদান সময়ের সাথে সাথে বিপরীতমুখী হয়ে ওঠে। আমরা যেমনটি লক্ষ্য করেছি, মাইক্রোএলজি প্রাথমিক পরিবেশগত পরিবর্তনকে অতিক্রম করে অবশেষে স্বাভাবিক বৃদ্ধির হারে ফিরে আসে এবং এমনকি বৃদ্ধিও পায়। জিটা সম্ভাব্যতার গবেষণায় পুষ্টির মাধ্যমে প্রবর্তনের সময় উচ্চ স্থিতিশীলতা দেখা যায়। এইভাবে, হ্রাস পরীক্ষা-নিরীক্ষা জুড়ে মাইক্রোএলজি কোষ এবং Nb-MXene ন্যানোফ্লেকের মধ্যে পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া বজায় রাখা হয়েছিল। আমাদের আরও বিশ্লেষণে, আমরা মাইক্রোএলজির এই অসাধারণ আচরণের অন্তর্নিহিত কর্মের প্রধান প্রক্রিয়াগুলি সংক্ষিপ্ত করি।
SEM পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে মাইক্রোঅ্যালগি Nb-MXene-এর সাথে সংযুক্ত থাকে। গতিশীল চিত্র বিশ্লেষণ ব্যবহার করে, আমরা নিশ্চিত করি যে এই প্রভাব দ্বি-মাত্রিক Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সকে আরও গোলাকার কণায় রূপান্তরিত করে, যার ফলে প্রমাণিত হয় যে ন্যানোফ্লেক্সের পচন তাদের জারণের সাথে সম্পর্কিত। আমাদের অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, আমরা একাধিক উপাদান এবং জৈব রাসায়নিক গবেষণা পরিচালনা করেছি। পরীক্ষার পর, ন্যানোফ্লেক্সগুলি ধীরে ধীরে জারিত হয়ে NbO এবং Nb2O5 পণ্যে পচে যায়, যা সবুজ মাইক্রোঅ্যালগির জন্য কোনও হুমকি তৈরি করেনি। FTIR পর্যবেক্ষণ ব্যবহার করে, আমরা 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের উপস্থিতিতে ইনকিউবেটেড মাইক্রোঅ্যালগির রাসায়নিক গঠনে কোনও উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন খুঁজে পাইনি। মাইক্রোঅ্যালগি দ্বারা নাইওবিয়াম অক্সাইড শোষণের সম্ভাবনা বিবেচনা করে, আমরা একটি এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স বিশ্লেষণ করেছি। এই ফলাফলগুলি স্পষ্টভাবে দেখায় যে অধ্যয়ন করা মাইক্রোঅ্যালগি নিওবিয়াম অক্সাইড (NbO এবং Nb2O5) খায়, যা অধ্যয়ন করা মাইক্রোঅ্যালগির জন্য অ-বিষাক্ত।