Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite dugmad Prethodno i Sljedeće da se krećete kroz tri slajda odjednom ili koristite dugmad klizača na kraju da se krećete kroz tri slajda odjednom.
Brzi razvoj nanotehnologije i njena integracija u svakodnevne aplikacije mogu ugroziti životnu sredinu.Dok su zelene metode za razgradnju organskih zagađivača dobro uspostavljene, obnavljanje neorganskih kristalnih zagađivača predstavlja veliku zabrinutost zbog njihove niske osjetljivosti na biotransformaciju i nedostatka razumijevanja interakcija površine materijala s biološkim.Ovdje koristimo neorganski 2D MXenes model baziran na Nb u kombinaciji s jednostavnom metodom analize parametara oblika za praćenje mehanizma bioremedijacije 2D keramičkih nanomaterijala od strane zelene mikroalge Raphidocelis subcapitata.Otkrili smo da mikroalge razgrađuju MXene na bazi Nb zbog fizičko-hemijskih interakcija povezanih s površinom.U početku su jednoslojne i višeslojne MXene nanopahuljice bile pričvršćene na površinu mikroalgi, što je donekle smanjilo rast algi.Međutim, nakon produžene interakcije s površinom, mikroalge su oksidirale MXene nanopahuljice i dalje ih razlagale na NbO i Nb2O5.Budući da su ovi oksidi netoksični za ćelije mikroalgi, oni troše nanočestice Nb oksida pomoću mehanizma apsorpcije koji dodatno obnavlja mikroalge nakon 72 sata tretmana vodom.Efekti hranljivih sastojaka povezani sa apsorpcijom se takođe ogledaju u povećanju volumena ćelija, njihovom glatkom obliku i promeni brzine rasta.Na osnovu ovih nalaza, zaključujemo da kratkoročno i dugoročno prisustvo MXena zasnovanih na Nb u slatkovodnim ekosistemima može izazvati samo manje uticaje na životnu sredinu.Važno je napomenuti da, koristeći dvodimenzionalne nanomaterijale kao modelne sisteme, demonstriramo mogućnost praćenja transformacije oblika čak i kod finozrnatih materijala.Sve u svemu, ova studija odgovara na važno fundamentalno pitanje o procesima povezanim s površinskom interakcijom koji pokreću mehanizam bioremedijacije 2D nanomaterijala i pruža osnovu za daljnje kratkoročne i dugoročne studije utjecaja neorganskih kristalnih nanomaterijala na okoliš.
Nanomaterijali su izazvali veliko interesovanje od svog otkrića, a razne nanotehnologije su nedavno ušle u fazu modernizacije1.Nažalost, integracija nanomaterijala u svakodnevne aplikacije može dovesti do slučajnog ispuštanja zbog nepravilnog odlaganja, nepažljivog rukovanja ili neadekvatne sigurnosne infrastrukture.Stoga je razumno pretpostaviti da se nanomaterijali, uključujući dvodimenzionalne (2D) nanomaterijale, mogu puštati u prirodno okruženje, čije ponašanje i biološka aktivnost još nisu u potpunosti shvaćeni.Stoga nije iznenađujuće da su se zabrinutosti oko ekotoksičnosti fokusirale na sposobnost 2D nanomaterijala da se ispiraju u vodene sisteme2,3,4,5,6.U ovim ekosistemima, neki 2D nanomaterijali mogu stupiti u interakciju s različitim organizmima na različitim trofičkim nivoima, uključujući mikroalge.
Mikroalge su primitivni organizmi koji se prirodno nalaze u slatkovodnim i morskim ekosistemima koji proizvode različite hemijske proizvode fotosintezom7.Kao takvi, kritični su za vodene ekosisteme8,9,10,11,12, ali su također osjetljivi, jeftini i široko korišteni indikatori ekotoksičnosti13,14.Budući da se ćelije mikroalgi brzo razmnožavaju i brzo reagiraju na prisutnost različitih spojeva, obećavajuće za razvoj ekološki prihvatljivih metoda za tretman vode kontaminirane organskim tvarima15,16.
Ćelije algi mogu ukloniti anorganske ione iz vode putem biosorpcije i akumulacije17,18.Neke vrste algi kao što su Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue i Synechococcus sp.Utvrđeno je da nosi i čak hrani toksične ione metala kao što su Fe2+, Cu2+, Zn2+ i Mn2+19.Druge studije su pokazale da Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ili Pb2+ joni ograničavaju rast Scenedesmusa mijenjajući ćelijsku morfologiju i uništavajući njihove hloroplaste20,21.
Zelene metode za razgradnju organskih zagađivača i uklanjanje jona teških metala privukle su pažnju naučnika i inženjera širom sveta.To je uglavnom zbog činjenice da se ovi zagađivači lako obrađuju u tečnoj fazi.Međutim, anorganske kristalne zagađivače karakterizira niska topljivost u vodi i niska osjetljivost na različite biotransformacije, što uzrokuje velike poteškoće u sanaciji, a u ovoj oblasti je napravljen mali napredak22,23,24,25,26.Stoga potraga za ekološki prihvatljivim rješenjima za popravku nanomaterijala ostaje složeno i neistraženo područje.Zbog visokog stepena nesigurnosti u pogledu efekata biotransformacije 2D nanomaterijala, ne postoji jednostavan način da se otkriju mogući putevi njihove degradacije tokom redukcije.
U ovoj studiji koristili smo zelene mikroalge kao aktivno vodeno sredstvo za bioremedijaciju anorganskih keramičkih materijala, u kombinaciji sa in situ praćenjem procesa degradacije MXene kao predstavnika anorganskih keramičkih materijala.Termin “MXene” odražava stehiometriju Mn+1XnTx materijala, gdje je M rani prijelazni metal, X je ugljik i/ili dušik, Tx je površinski terminator (npr. -OH, -F, -Cl), a n = 1, 2, 3 ili 427,28.Od otkrića MXenesa od strane Naguiba et al.Senzorika, terapija raka i membranska filtracija 27,29,30.Pored toga, MXenes se može smatrati modelom 2D sistema zbog njihove odlične koloidne stabilnosti i mogućih bioloških interakcija31,32,33,34,35,36.
Stoga su metodologija razvijena u ovom članku i naše hipoteze istraživanja prikazane na slici 1. Prema ovoj hipotezi, mikroalge razgrađuju MXene na bazi Nb u netoksične spojeve zbog fizičko-hemijskih interakcija povezanih s površinom, što omogućava daljnji oporavak algi.Za testiranje ove hipoteze, odabrana su dva člana porodice ranih karbida i/ili nitrida prelaznih metala na bazi niobijuma (MXenes), odnosno Nb2CTx i Nb4C3TX.
Metodologija istraživanja i hipoteze zasnovane na dokazima za oporavak MXene zelene mikroalge Raphidocelis subcapitata.Imajte na umu da je ovo samo šematski prikaz pretpostavki zasnovanih na dokazima.Okruženje jezera se razlikuje po korištenom hranljivom mediju i uslovima (npr. dnevni ciklus i ograničenja u dostupnim esencijalnim nutrijentima).Kreirano sa BioRender.com.
Stoga smo korištenjem MXene kao modelnog sistema otvorili vrata proučavanju različitih bioloških efekata koji se ne mogu uočiti s drugim konvencionalnim nanomaterijalima.Konkretno, demonstriramo mogućnost bioremedijacije dvodimenzionalnih nanomaterijala, kao što su MXenes na bazi niobija, mikroalgama Raphidocelis subcapitata.Mikroalge su sposobne da razgrađuju Nb-MXene u netoksične okside NbO i Nb2O5, koji također obezbjeđuju hranljive materije putem mehanizma uzimanja niobija.Sve u svemu, ova studija odgovara na važno fundamentalno pitanje o procesima povezanim s površinskim fizičko-hemijskim interakcijama koje upravljaju mehanizmima bioremedijacije dvodimenzionalnih nanomaterijala.Osim toga, razvijamo jednostavnu metodu zasnovanu na parametrima oblika za praćenje suptilnih promjena u obliku 2D nanomaterijala.Ovo inspiriše dalja kratkoročna i dugoročna istraživanja različitih uticaja neorganskih kristalnih nanomaterijala na životnu sredinu.Dakle, naša studija povećava razumijevanje interakcije između površine materijala i biološkog materijala.Takođe pružamo osnovu za proširena kratkoročna i dugoročna istraživanja njihovih mogućih uticaja na slatkovodne ekosisteme, što se sada može lako provjeriti.
MXenes predstavljaju zanimljivu klasu materijala sa jedinstvenim i atraktivnim fizičkim i hemijskim svojstvima, a samim tim i mnogim potencijalnim primenama.Ova svojstva u velikoj mjeri ovise o njihovoj stehiometriji i hemiji površine.Stoga smo u našoj studiji istraživali dva tipa hijerarhijskih jednoslojnih (SL) MXena baziranih na Nb, Nb2CTx i Nb4C3TX, budući da se mogu uočiti različiti biološki efekti ovih nanomaterijala.MXeni se proizvode od svojih početnih materijala selektivnim jetkanjem odozgo prema dolje atomski tankih A-slojeva MAX-faze.MAX faza je ternarna keramika sastavljena od "vezanih" blokova karbida prelaznih metala i tankih slojeva "A" elemenata kao što su Al, Si i Sn sa stehiometrijom MnAXn-1.Morfologija početne MAX faze promatrana je skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM) i bila je u skladu s prethodnim studijama (vidi dodatne informacije, SI, slika S1).Višeslojni (ML) Nb-MXene je dobijen nakon uklanjanja Al sloja sa 48% HF (fluorovodonične kiseline).Morfologija ML-Nb2CTx i ML-Nb4C3TX ispitana je skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM) (slike S1c i S1d respektivno) i uočena je tipična slojevita morfologija MXene, slična dvodimenzionalnim nanopahuljicama koje prolaze kroz proreze nalik na izdužene pore.Oba Nb-MXena imaju mnogo zajedničkog sa MXene fazama koje su prethodno sintetizovane kiselim jetkanjem27,38.Nakon potvrde strukture MXene-a, slojevito smo ga slojili interkalacijom tetrabutilamonijum hidroksida (TBAOH) nakon čega je uslijedilo pranje i sonikacija, nakon čega smo dobili jednoslojne ili niskoslojne (SL) 2D Nb-MXene nanopahuljice.
Koristili smo transmisijsku elektronsku mikroskopiju visoke rezolucije (HRTEM) i rendgensku difrakciju (XRD) za testiranje efikasnosti jetkanja i daljeg pilinga.Rezultati HRTEM obrađeni korištenjem inverzne brze Fourierove transformacije (IFFT) i brze Fourierove transformacije (FFT) prikazani su na slici 2. Nb-MXene nanopahuljice su orijentirane ivicom prema gore kako bi se provjerila struktura atomskog sloja i izmjerile međuplanarne udaljenosti.HRTEM slike MXene Nb2CTx i Nb4C3TX nanopahuljica otkrile su njihovu atomski tanko slojevitu prirodu (vidi sliku 2a1, a2), kao što su ranije izvijestili Naguib et al.27 i Jastrzębska et al.38.Za dva susjedna monosloja Nb2CTx i Nb4C3Tx odredili smo međuslojne udaljenosti od 0,74 i 1,54 nm, respektivno (slike 2b1,b2), što se također slaže s našim prethodnim rezultatima38.Ovo je dalje potvrđeno inverznom brzom Fourierovom transformacijom (sl. 2c1, c2) i brzom Fourierovom transformacijom (sl. 2d1, d2) koja pokazuje udaljenost između monoslojeva Nb2CTx i Nb4C3Tx.Slika prikazuje izmjenu svijetlih i tamnih traka koje odgovaraju atomima niobija i ugljika, što potvrđuje slojevitost proučavanih MXena.Važno je napomenuti da spektri energetski disperzivne rendgenske spektroskopije (EDX) dobijeni za Nb2CTx i Nb4C3Tx (slike S2a i S2b) nisu pokazali ostatke originalne MAX faze, jer nije detektovan Al pik.
Karakterizacija SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene nanopahuljica, uključujući (a) elektronsku mikroskopiju visoke rezolucije (HRTEM), bočni prikaz 2D nanopahuljica i odgovarajuće, (b) režim intenziteta, (c) inverznu brzu Fourierovu transformaciju (IFFT), (d) brzu Fourieovu transformaciju (FBFT), (Fb-MX).Za SL 2D Nb2CTx, brojevi su izraženi kao (a1, b1, c1, d1, e1).Za SL 2D Nb4C3Tx, brojevi su izraženi kao (a2, b2, c2, d2, e1).
Mjerenja difrakcije rendgenskih zraka SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXenes prikazana su na Sl.2e1 i e2, respektivno.Pikovi (002) na 4.31 i 4.32 odgovaraju prethodno opisanim slojevitim MXenes Nb2CTx i Nb4C3TX38,39,40,41 respektivno.Rezultati XRD takođe ukazuju na prisustvo nekih rezidualnih ML struktura i MAX faza, ali uglavnom XRD uzoraka povezanih sa SL Nb4C3Tx (slika 2e2).Prisustvo manjih čestica MAX faze može objasniti jači MAX pik u poređenju sa nasumično naslaganim slojevima Nb4C3Tx.
Dalja istraživanja usmjerena su na zelene mikroalge koje pripadaju vrsti R. subcapitata.Odabrali smo mikroalge jer su oni važni proizvođači uključeni u glavne prehrambene mreže42.Oni su također jedan od najboljih pokazatelja toksičnosti zbog sposobnosti uklanjanja toksičnih tvari koje se prenose na više razine u lancu ishrane43.Osim toga, istraživanje R. subcapitata može baciti svjetlo na slučajnu toksičnost SL Nb-MXenes na uobičajene slatkovodne mikroorganizme.Da bi to ilustrirali, istraživači su pretpostavili da svaki mikrob ima različitu osjetljivost na toksične spojeve prisutne u okolišu.Za većinu organizama niske koncentracije tvari ne utječu na njihov rast, dok koncentracije iznad određene granice mogu ih inhibirati ili čak uzrokovati smrt.Stoga smo, za naše studije površinske interakcije između mikroalgi i MXena i povezanog oporavka, odlučili testirati bezopasne i toksične koncentracije Nb-MXena.Da bismo to učinili, testirali smo koncentracije od 0 (kao referenca), 0,01, 0,1 i 10 mg l-1 MXene i dodatno inficirane mikroalge sa vrlo visokim koncentracijama MXene (100 mg l-1 MXene), koje mogu biti ekstremne i smrtonosne..za bilo koju biološku sredinu.
Efekti SL Nb-MXenes-a na mikroalge prikazani su na slici 3, izraženi kao postotak promocije rasta (+) ili inhibicije (-) mjeren za uzorke od 0 mg l-1.Za poređenje, Nb-MAX faza i ML Nb-MXenes su takođe testirani, a rezultati su prikazani u SI (vidi sliku S3).Dobijeni rezultati su potvrdili da je SL Nb-MXenes gotovo potpuno lišen toksičnosti u opsegu niskih koncentracija od 0,01 do 10 mg/l, kao što je prikazano na slici 3a,b.U slučaju Nb2CTx, uočili smo ne više od 5% ekotoksičnosti u specificiranom rasponu.
Stimulacija (+) ili inhibicija (-) rasta mikroalgi u prisustvu SL (a) Nb2CTx i (b) Nb4C3TX MXene.Analizirano je 24, 48 i 72 sata interakcije MXene-mikroalge. Značajni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*). Značajni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*). Značimye dannye (t-kriterij, p < 0,05) otmečeny zvezdočkoj (*). Značajni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*).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。 Važne podatke (t-test, p < 0,05) otmečeny zvezdočkoj (*). Važni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*).Crvene strelice označavaju ukidanje inhibitorne stimulacije.
S druge strane, niske koncentracije Nb4C3TX su se pokazale nešto toksičnije, ali ne veće od 7%.Kao što se očekivalo, primijetili smo da MXenes imaju veću toksičnost i inhibiciju rasta mikroalgi pri 100 mg L-1.Zanimljivo je da nijedan od materijala nije pokazao isti trend i vremensku zavisnost atoksičnih/toksičnih efekata u poređenju sa MAX ili ML uzorcima (pogledajte SI za detalje).Dok je za MAX fazu (vidi sliku S3) toksičnost dostigla približno 15–25% i vremenom se povećavala, za SL Nb2CTx i Nb4C3TX MXene uočen je obrnuti trend.Inhibicija rasta mikroalgi se vremenom smanjivala.Dostigao je približno 17% nakon 24 sata i pao na manje od 5% nakon 72 sata (sl. 3a, b, respektivno).
Što je još važnije, za SL Nb4C3TX, inhibicija rasta mikroalgi dostigla je oko 27% nakon 24 sata, ali se nakon 72 sata smanjila na oko 1%.Stoga smo uočeni efekat označili kao inverznu inhibiciju stimulacije, a efekat je bio jači za SL Nb4C3TX MXene.Stimulacija rasta mikroalgi je ranije zabilježena sa Nb4C3TX (interakcija pri 10 mg L-1 tokom 24 h) u poređenju sa SL Nb2CTx MXene.Efekt preokreta inhibicije i stimulacije također je dobro prikazan u krivulji brzine udvostručavanja biomase (pogledajte sliku S4 za detalje).Do sada je samo ekotoksičnost Ti3C2TX MXene proučavana na različite načine.Nije toksičan za embrije zebrice44, ali je umjereno ekotoksičan za mikroalge Desmodesmus quadricauda i biljke Sorghum saccharatum45.Drugi primjeri specifičnih efekata uključuju veću toksičnost za ćelijske linije raka nego za normalne ćelijske linije46,47.Moglo bi se pretpostaviti da će uvjeti ispitivanja utjecati na promjene u rastu mikroalgi uočene u prisustvu Nb-MXena.Na primjer, pH od oko 8 u stromi hloroplasta je optimalan za efikasan rad enzima RuBisCO.Stoga promjene pH negativno utječu na brzinu fotosinteze48,49.Međutim, nismo uočili značajne promjene u pH tokom eksperimenta (vidi SI, sl. S5 za detalje).Uopšteno govoreći, kulture mikroalgi sa Nb-MXenima su blago smanjile pH rastvora tokom vremena.Međutim, ovo smanjenje je bilo slično promjeni pH čistog medija.Osim toga, raspon pronađenih varijacija bio je sličan onom izmjerenom za čistu kulturu mikroalgi (kontrolni uzorak).Stoga zaključujemo da na fotosintezu ne utječu promjene pH tijekom vremena.
Osim toga, sintetizirani MXeni imaju površinske završetke (označene kao Tx).To su uglavnom funkcionalne grupe -O, -F i -OH.Međutim, površinska hemija je direktno povezana sa metodom sinteze.Poznato je da su ove grupe nasumično raspoređene po površini, što otežava predviđanje njihovog efekta na svojstva MXene50.Može se tvrditi da bi Tx mogao biti katalitička sila za oksidaciju niobija svjetlošću.Površinske funkcionalne grupe zaista pružaju višestruka mjesta sidrenja za svoje temeljne fotokatalizatore da formiraju heterospojnice51.Međutim, sastav medijuma za rast nije dao efikasan fotokatalizator (detaljan sastav medijuma može se naći u SI tabeli S6).Osim toga, svaka modifikacija površine je također vrlo važna, jer biološka aktivnost MXena može biti promijenjena uslijed naknadne obrade sloja, oksidacije, kemijske modifikacije površine organskih i neorganskih spojeva52,53,54,55,56 ili inženjeringa površinskog naboja38.Stoga, da bismo provjerili ima li niobij oksid ikakve veze s nestabilnošću materijala u mediju, proveli smo studije zeta (ζ) potencijala u mediju za rast mikroalgi i deioniziranoj vodi (za poređenje).Naši rezultati pokazuju da su SL Nb-MXeni prilično stabilni (vidi SI sliku S6 za MAX i ML rezultate).Zeta potencijal SL MXenes-a je oko -10 mV.U slučaju SR Nb2CTx, vrijednost ζ je nešto negativnija od vrijednosti Nb4C3Tx.Takva promjena vrijednosti ζ može ukazivati ​​na to da površina negativno nabijenih MXene nanopahuljica apsorbira pozitivno nabijene ione iz medija kulture.Vremenska mjerenja zeta potencijala i provodljivosti Nb-MXena u mediju kulture (vidi slike S7 i S8 u SI za više detalja) čini se da podržavaju našu hipotezu.
Međutim, oba Nb-MXene SL su pokazala minimalne promjene od nule.Ovo jasno pokazuje njihovu stabilnost u mediju za rast mikroalgi.Osim toga, procijenili smo da li će prisustvo naših zelenih mikroalgi utjecati na stabilnost Nb-MXena u mediju.Rezultati zeta potencijala i provodljivosti MXena nakon interakcije sa mikroalgama u hranljivim medijima i kulturi tokom vremena mogu se naći u SI (Slike S9 i S10).Zanimljivo je da smo primijetili da prisustvo mikroalgi stabilizira disperziju oba MXena.U slučaju Nb2CTx SL, zeta potencijal se čak neznatno smanjio tokom vremena na negativnije vrijednosti (-15,8 naspram -19,1 mV nakon 72 h inkubacije).Zeta potencijal SL Nb4C3TX je neznatno povećan, ali je nakon 72 h i dalje pokazao veću stabilnost od nanopahuljica bez prisustva mikroalgi (-18,1 naspram -9,1 mV).
Takođe smo otkrili nižu provodljivost rastvora Nb-MXene inkubiranih u prisustvu mikroalgi, što ukazuje na manju količinu jona u hranljivoj sredini.Primjetno je da je nestabilnost MXena u vodi uglavnom posljedica površinske oksidacije57.Stoga sumnjamo da su zelene mikroalge nekako očistile okside nastale na površini Nb-MXena i čak spriječile njihovu pojavu (oksidacija MXena).To se može vidjeti proučavanjem vrsta tvari koje apsorbiraju mikroalge.
Dok su naše ekotoksikološke studije pokazale da su mikroalge bile u stanju da prevladaju toksičnost Nb-MXena tokom vremena i neuobičajenu inhibiciju stimuliranog rasta, cilj našeg istraživanja bio je istražiti moguće mehanizme djelovanja.Kada su organizmi poput algi izloženi spojevima ili materijalima koji su nepoznati njihovim ekosistemima, oni mogu reagirati na različite načine58,59.U nedostatku toksičnih metalnih oksida, mikroalge se mogu hraniti same, omogućavajući im kontinuirani rast60.Nakon gutanja toksičnih supstanci, mogu se aktivirati odbrambeni mehanizmi, poput promjene oblika ili oblika.Također se mora uzeti u obzir mogućnost apsorpcije58,59.Posebno, svaki znak odbrambenog mehanizma je jasan pokazatelj toksičnosti ispitivanog jedinjenja.Stoga smo u daljem radu istraživali potencijalnu površinsku interakciju između SL Nb-MXene nanopahuljica i mikroalgi pomoću SEM i moguću apsorpciju MXena na bazi Nb pomoću rendgenske fluorescentne spektroskopije (XRF).Imajte na umu da su SEM i XRF analize rađene samo pri najvišoj koncentraciji MXene kako bi se riješili problemi toksičnosti aktivnosti.
Rezultati SEM-a prikazani su na Sl.4.Netretirane ćelije mikroalgi (vidi sliku 4a, referentni uzorak) jasno su pokazale tipičnu morfologiju R. subcapitata i oblik ćelije nalik kroasanu.Ćelije izgledaju spljoštene i pomalo neorganizirane.Neke ćelije mikroalgi su se preklapale i zaplitale jedna s drugom, ali je to vjerojatno uzrokovano procesom pripreme uzorka.Općenito, čiste ćelije mikroalgi imale su glatku površinu i nisu pokazivale nikakve morfološke promjene.
SEM slike koje pokazuju površinsku interakciju između zelenih mikroalgi i MXene nano listova nakon 72 sata interakcije pri ekstremnoj koncentraciji (100 mg L-1).(a) Netretirane zelene mikroalge nakon interakcije sa SL (b) Nb2CTx i (c) Nb4C3TX MXenes.Imajte na umu da su Nb-MXene nanopahuljice označene crvenim strelicama.Za poređenje, dodane su i fotografije sa optičkog mikroskopa.
Nasuprot tome, ćelije mikroalgi adsorbovane nanopahuljicama SL Nb-MXene bile su oštećene (vidi sliku 4b, c, crvene strelice).U slučaju Nb2CTx MXene (slika 4b), mikroalge imaju tendenciju rasta sa pričvršćenim dvodimenzionalnim nanoskalama, koje mogu promijeniti njihovu morfologiju.Značajno je da smo ove promjene također uočili pod svjetlosnom mikroskopijom (pogledajte SI sliku S11 za detalje).Ova morfološka tranzicija ima uvjerljivu osnovu u fiziologiji mikroalgi i njihovoj sposobnosti da se brane promjenom ćelijske morfologije, kao što je povećanje volumena ćelije61.Stoga je važno provjeriti broj ćelija mikroalgi koje su stvarno u kontaktu sa Nb-MXenima.SEM studije su pokazale da je približno 52% ćelija mikroalgi bilo izloženo Nb-MXenima, dok je 48% ovih ćelija mikroalgi izbegavalo kontakt.Za SL Nb4C3Tx MXene, mikroalge pokušavaju izbjeći kontakt sa MXene, čime se lokalizuju i rastu iz dvodimenzionalnih nanoskala (slika 4c).Međutim, nismo uočili prodor nanoskala u ćelije mikroalgi i njihovo oštećenje.
Samoočuvanje je također vremenski ovisno ponašanje odgovora na blokadu fotosinteze zbog adsorpcije čestica na površini ćelije i takozvanog efekta sjenčanja (senčenja)62.Jasno je da svaki objekt (na primjer, Nb-MXene nanopahuljice) koji se nalazi između mikroalgi i izvora svjetlosti ograničava količinu svjetlosti koju apsorbiraju hloroplasti.Međutim, ne sumnjamo da to ima značajan uticaj na dobijene rezultate.Kao što su pokazala naša mikroskopska zapažanja, 2D nanopahuljice nisu bile potpuno omotane ili prianjale na površinu mikroalgi, čak i kada su ćelije mikroalgi bile u kontaktu sa Nb-MXenima.Umjesto toga, pokazalo se da su nanopahuljice orijentirane na ćelije mikroalgi bez pokrivanja njihove površine.Takav skup nanopahuljica/mikroalgi ne može značajno ograničiti količinu svjetlosti koju apsorbiraju ćelije mikroalgi.Štaviše, neke studije su čak pokazale poboljšanje apsorpcije svjetlosti od strane fotosintetskih organizama u prisustvu dvodimenzionalnih nanomaterijala63,64,65,66.
Budući da SEM slike nisu mogle direktno potvrditi unos niobija u ćelije mikroalgi, naše dalje istraživanje se okrenulo analizi rendgenske fluorescencije (XRF) i rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) kako bi se razjasnilo ovo pitanje.Stoga smo uporedili intenzitet pikova Nb referentnih uzoraka mikroalgi koji nisu stupili u interakciju s MXenima, MXene nanopahuljicama koje su se odvojile od površine ćelija mikroalgi i ćelijama mikroalgi nakon uklanjanja vezanih MXenova.Vrijedi napomenuti da ako nema unosa Nb, vrijednost Nb koju dobiju ćelije mikroalgi treba biti nula nakon uklanjanja pričvršćenih nanoskala.Stoga, ako dođe do unosa Nb, i XRF i XPS rezultati bi trebali pokazati jasan vrh Nb.
U slučaju XRF spektra, uzorci mikroalgi su pokazali pikove Nb za SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene nakon interakcije sa SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene (vidi sliku 5a, također imajte na umu da su rezultati za MAX i ML MXene prikazani u SI2–C17 SI).Zanimljivo je da je intenzitet Nb pika isti u oba slučaja (crvene trake na slici 5a).Ovo je ukazalo na to da alge ne mogu apsorbirati više Nb, te je maksimalni kapacitet za akumulaciju Nb postignut u ćelijama, iako je dva puta više Nb4C3Tx MXene vezano za ćelije mikroalgi (plave trake na slici 5a).Posebno, sposobnost mikroalgi da apsorbuju metale zavisi od koncentracije metalnih oksida u okolini67,68.Shamshada et al.67 otkrili su da se kapacitet upijanja slatkovodnih algi smanjuje s povećanjem pH.Raize i sar.68 su primijetili da je sposobnost morske trave da apsorbira metale bila oko 25% veća za Pb2+ nego za Ni2+.
(a) XRF rezultati bazalnog unosa Nb ćelijama zelenih mikroalgi inkubiranih pri ekstremnoj koncentraciji SL Nb-MXenes (100 mg L-1) tokom 72 sata.Rezultati pokazuju prisustvo α u čistim ćelijama mikroalgi (kontrolni uzorak, sive kolone), 2D nanopahuljicama izolovanim iz površinskih ćelija mikroalgi (plave kolone) i ćelijama mikroalgi nakon odvajanja 2D nanopahuljica od površine (crvene kolone).Količina elementarnog Nb, (b) postotak hemijskog sastava organskih komponenti mikroalgi (C=O i CHx/C–O) i Nb oksida prisutnih u ćelijama mikroalgi nakon inkubacije sa SL Nb-MXenes, (c–e) Prilagođavanje kompozicionog pika XPS SL Nb2CTx spektra i (fh) internih mikroalgi ćelija Nb4CeMX.
Stoga smo očekivali da se Nb može apsorbirati u stanicama algi u obliku oksida.Da bismo ovo testirali, izvršili smo XPS studije na MXenes Nb2CTx i Nb4C3TX i ćelijama algi.Rezultati interakcije mikroalgi sa Nb-MXenima i MXenima izolovanim iz ćelija algi prikazani su na Sl.5b.Kao što se i očekivalo, detektovali smo Nb 3d vrhove u uzorcima mikroalgi nakon uklanjanja MXene sa površine mikroalgi.Kvantitativno određivanje oksida C=O, CHx/CO i Nb izračunato je na osnovu Nb 3d, O 1s i C 1s spektra dobijenih sa Nb2CTx SL (sl. 5c–e) i Nb4C3Tx SL (sl. 5c–e).) dobiven iz inkubiranih mikroalgi.Slika 5f–h) MXenes.Tabela S1-3 prikazuje detalje parametara pikova i ukupnu hemiju koja je rezultat uklapanja.Važno je napomenuti da Nb 3d regioni Nb2CTx SL i Nb4C3Tx SL (slika 5c, f) odgovaraju jednoj komponenti Nb2O5.Ovdje nismo pronašli pikove vezane za MXene u spektrima, što ukazuje da ćelije mikroalgi apsorbuju samo oksidni oblik Nb.Osim toga, aproksimirali smo C 1 s spektar sa komponentama C–C, CHx/C–O, C=O i –COOH.Dodijelili smo CHx/C–O i C=O pikove organskom doprinosu ćelija mikroalgi.Ove organske komponente čine 36% i 41% C1s pikova u Nb2CTx SL i Nb4C3TX SL, respektivno.Zatim smo ugradili O 1s spektre SL Nb2CTx i SL Nb4C3TX sa Nb2O5, organskim komponentama mikroalgi (CHx/CO) i površinski adsorbovanom vodom.
Konačno, XPS rezultati jasno ukazuju na oblik Nb, a ne samo na njegovo prisustvo.Prema položaju Nb 3d signala i rezultatima dekonvolucije, potvrđujemo da se Nb apsorbira samo u obliku oksida, a ne iona ili samog MXena.Osim toga, XPS rezultati su pokazali da ćelije mikroalgi imaju veću sposobnost preuzimanja Nb oksida iz SL Nb2CTx u poređenju sa SL Nb4C3TX MXene.
Dok su naši rezultati unosa Nb impresivni i omogućavaju nam da identifikujemo degradaciju MXene, ne postoji dostupna metoda za praćenje povezanih morfoloških promjena u 2D nanopahuljicama.Stoga smo također odlučili razviti odgovarajuću metodu koja može direktno odgovoriti na sve promjene koje se javljaju u 2D Nb-MXene nanopahuljicama i ćelijama mikroalgi.Važno je napomenuti da pretpostavljamo da ako se vrste u interakciji podvrgnu bilo kakvoj transformaciji, dekompoziciji ili defragmentaciji, to bi se brzo trebalo manifestirati kao promjene u parametrima oblika, kao što su promjer ekvivalentne kružne površine, zaobljenost, širina Fereta ili dužina Fereta.Budući da su ovi parametri pogodni za opisivanje izduženih čestica ili dvodimenzionalnih nanopahuljica, njihovo praćenje dinamičkom analizom oblika čestica će nam dati vrijedne informacije o morfološkoj transformaciji SL Nb-MXene nanopahuljica tokom redukcije.
Dobijeni rezultati su prikazani na slici 6. Za poređenje, testirali smo i originalnu MAX fazu i ML-MXene (vidi SI slike S18 i S19).Dinamička analiza oblika čestica pokazala je da su se svi parametri oblika dva Nb-MXene SL značajno promijenili nakon interakcije s mikroalgama.Kao što pokazuje parametar promjera ekvivalentnog kružnog područja (Slika 6a, b), smanjeni vršni intenzitet frakcije velikih nanopahuljica ukazuje na njihovu tendenciju raspadanja na manje fragmente.Na sl.6c, d pokazuje smanjenje vrhova povezanih s poprečnom veličinom pahuljica (izduženje nanopahuljica), što ukazuje na transformaciju 2D nanopahuljica u oblik više nalik česticama.Slika 6e-h prikazuje širinu i dužinu Fereta, respektivno.Širina i dužina fereta su komplementarni parametri i stoga ih treba razmatrati zajedno.Nakon inkubacije 2D Nb-MXene nanopahuljica u prisustvu mikroalgi, njihovi Feret korelacijski vrhovi su se pomjerili i njihov intenzitet je smanjen.Na osnovu ovih rezultata u kombinaciji s morfologijom, XRF i XPS, zaključili smo da su uočene promjene snažno povezane s oksidacijom jer oksidirani MXeni postaju više naborani i raspadaju se na fragmente i sferne čestice oksida69,70.
Analiza transformacije MXene nakon interakcije sa zelenim mikroalgama.Dinamička analiza oblika čestica uzima u obzir parametre kao što su (a, b) prečnik ekvivalentne kružne površine, (c, d) zaobljenost, (e, f) širina Fereta i (g, h) Feret dužina.U tu svrhu analizirana su dva referentna uzorka mikroalgi zajedno sa primarnim SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenes, degradiranim mikroalgama i tretiranim mikroalgama SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenes.Crvene strelice pokazuju prijelaze parametara oblika proučavanih dvodimenzionalnih nanopahuljica.
Budući da je analiza parametara oblika vrlo pouzdana, može otkriti i morfološke promjene u stanicama mikroalgi.Stoga smo analizirali ekvivalentni promjer kružne površine, zaobljenost i Feret širinu/dužinu čistih ćelija i ćelija mikroalgi nakon interakcije sa 2D Nb nanopahuljicama.Na sl.Na slikama 6a–h prikazane su promjene u parametrima oblika ćelija algi, o čemu svjedoči smanjenje vršnog intenziteta i pomak maksimuma prema višim vrijednostima.Konkretno, parametri zaobljenosti ćelija pokazali su smanjenje izduženih ćelija i povećanje sfernih ćelija (slika 6a, b).Osim toga, širina Feret ćelije se povećala za nekoliko mikrometara nakon interakcije sa SL Nb2CTx MXene (slika 6e) u poređenju sa SL Nb4C3TX MXene (slika 6f).Pretpostavljamo da bi to moglo biti zbog snažnog preuzimanja Nb oksida od strane mikroalga nakon interakcije s Nb2CTx SR.Manje kruto pričvršćivanje Nb ljuskica na njihovu površinu može rezultirati rastom ćelija sa minimalnim efektom senčenja.
Naša zapažanja promjena u parametrima oblika i veličine mikroalgi dopunjuju druga istraživanja.Zelene mikroalge mogu promijeniti svoju morfologiju kao odgovor na okolišni stres promjenom veličine, oblika ili metabolizma ćelije61.Na primjer, promjena veličine ćelija olakšava apsorpciju hranjivih tvari71.Manje ćelije algi pokazuju niže upijanje nutrijenata i smanjenu brzinu rasta.Suprotno tome, veće ćelije imaju tendenciju da troše više nutrijenata, koji se potom talože unutar ćelije72,73.Machado i Soares su otkrili da fungicid triklosan može povećati veličinu ćelije.Također su otkrili duboke promjene u obliku algi74.Osim toga, Yin et al.9 također su otkrili morfološke promjene u algama nakon izlaganja reduciranim nanokompozitima grafenskog oksida.Stoga je jasno da su promijenjeni parametri veličine/oblika mikroalgi uzrokovani prisustvom MXene.Budući da ova promjena veličine i oblika ukazuje na promjene u unosu nutrijenata, vjerujemo da analiza parametara veličine i oblika tokom vremena može pokazati unos niobijum oksida od strane mikroalga u prisustvu Nb-MXena.
Štaviše, MXeni se mogu oksidirati u prisustvu algi.Dalai et al.75 primijetili su da morfologija zelenih algi izloženih nano-TiO2 i Al2O376 nije ujednačena.Iako su naša zapažanja slična ovoj studiji, ona su relevantna samo za proučavanje efekata bioremedijacije u smislu produkata razgradnje MXene u prisustvu 2D nanopahuljica, a ne nanočestica.Budući da se MXeni mogu razgraditi u metalne okside,31,32,77,78, razumno je pretpostaviti da naše Nb nanopahuljice također mogu formirati Nb okside nakon interakcije sa ćelijama mikroalgi.
Kako bismo objasnili redukciju 2D-Nb nanopahuljica kroz mehanizam razgradnje zasnovan na procesu oksidacije, proveli smo studije primjenom transmisione elektronske mikroskopije visoke rezolucije (HRTEM) (slika 7a,b) i rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) (slika 7).7c-i i tabele S4-5).Oba pristupa su pogodna za proučavanje oksidacije 2D materijala i međusobno se nadopunjuju.HRTEM može analizirati degradaciju dvodimenzionalnih slojevitih struktura i naknadnu pojavu nanočestica metalnih oksida, dok je XPS osjetljiv na površinske veze.U tu svrhu testirali smo 2D Nb-MXene nanopahuljice ekstrahovane iz disperzija ćelija mikroalgi, odnosno njihov oblik nakon interakcije sa ćelijama mikroalgi (vidi sliku 7).
HRTEM slike koje prikazuju morfologiju oksidiranih (a) SL Nb2CTx i (b) SL Nb4C3Tx MXenes, rezultati XPS analize koji pokazuju (c) sastav oksidnih proizvoda nakon redukcije, (d–f) podudaranje vrhova komponenti XPS spektra SL Nb2CTx i (g– i) SLga mikro popravka sa zelenim popravkom.
HRTEM studije su potvrdile oksidaciju dva tipa Nb-MXene nanopahuljica.Iako su nanopahuljice u određenoj mjeri zadržale svoju dvodimenzionalnu morfologiju, oksidacija je rezultirala pojavom mnogih nanočestica koje pokrivaju površinu MXene nanopahuljica (vidi sliku 7a,b).XPS analiza c Nb 3d i O 1s signala pokazala je da su u oba slučaja nastali Nb oksidi.Kao što je prikazano na slici 7c, 2D MXene Nb2CTx i Nb4C3TX imaju Nb 3d signale koji ukazuju na prisustvo NbO i Nb2O5 oksida, dok O 1s signali ukazuju na broj O–Nb veza povezanih sa funkcionalizacijom površine 2D nanopahuljica.Primijetili smo da je doprinos Nb oksida dominantan u odnosu na Nb-C i Nb3+-O.
Na sl.Slike 7g–i prikazuju XPS spektre Nb 3d, C 1s i O 1s SL Nb2CTx (vidi slike 7d–f) i SL Nb4C3TX MXene izolovane iz ćelija mikroalgi.Detalji o Nb-MXenes vršnim parametrima dati su u tabelama S4–5, respektivno.Prvo smo analizirali sastav Nb 3d.Za razliku od Nb koji apsorbuju ćelije mikroalgi, u MXene izolovanom iz ćelija mikroalgi, osim Nb2O5, pronađene su i druge komponente.U Nb2CTx SL uočen je doprinos Nb3+-O u iznosu od 15%, dok je u ostatku Nb 3d spektra dominirao Nb2O5 (85%).Osim toga, uzorak SL Nb4C3TX sadrži komponente Nb-C (9%) i Nb2O5 (91%).Ovdje Nb-C dolazi iz dva unutrašnja atomska sloja metalnog karbida u Nb4C3Tx SR.Zatim mapiramo C1s spektre na četiri različite komponente, kao što smo uradili u internalizovanim uzorcima.Kao što se i očekivalo, C1s spektrom dominira grafitni ugljik, praćen doprinosom organskih čestica (CHx/CO i C=O) iz ćelija mikroalgi.Pored toga, u O 1s spektru smo uočili doprinos organskih oblika ćelija mikroalgi, niobijum oksida i adsorbovane vode.
Osim toga, istražili smo da li je cijepanje Nb-MXenes povezano s prisustvom reaktivnih vrsta kisika (ROS) u hranljivom mediju i/ili ćelijama mikroalgi.U tu svrhu procijenili smo razine singletnog kisika (1O2) u mediju kulture i intracelularnog glutationa, tiola koji djeluje kao antioksidans u mikroalgama.Rezultati su prikazani u SI (slike S20 i S21).Kulture sa SL Nb2CTx i Nb4C3TX MXenes karakteriše smanjena količina 1O2 (vidi sliku S20).U slučaju SL Nb2CTx, MXene 1O2 je smanjen na oko 83%.Za kulture mikroalgi koje koriste SL, Nb4C3TX 1O2 se smanjio još više, na 73%.Zanimljivo je da su promjene u 1O2 pokazale isti trend kao i prethodno uočeni inhibitorno-stimulativni efekat (vidi sliku 3).Može se tvrditi da inkubacija na jakom svjetlu može promijeniti fotooksidaciju.Međutim, rezultati kontrolne analize pokazali su skoro konstantne nivoe 1O2 tokom eksperimenta (Sl. S22).U slučaju intracelularnih nivoa ROS, takođe smo primetili isti trend pada (vidi sliku S21).U početku, nivoi ROS u ćelijama mikroalgi kultivisanim u prisustvu Nb2CTx i Nb4C3Tx SL su premašili nivoe pronađene u čistim kulturama mikroalgi.Na kraju se, međutim, pokazalo da su se mikroalge prilagodile prisustvu oba Nb-MXena, jer su se nivoi ROS smanjili na 85% i 91% nivoa izmjerenih u čistim kulturama mikroalgi inokuliranih sa SL Nb2CTx i Nb4C3TX, respektivno.Ovo može ukazivati ​​na to da se mikroalge osjećaju ugodnije tokom vremena u prisustvu Nb-MXene nego samo u hranljivom mediju.
Mikroalge su raznolika grupa fotosintetskih organizama.Tokom fotosinteze, oni pretvaraju atmosferski ugljični dioksid (CO2) u organski ugljik.Proizvodi fotosinteze su glukoza i kiseonik79.Pretpostavljamo da tako formirani kiseonik igra ključnu ulogu u oksidaciji Nb-MXena.Jedno moguće objašnjenje za ovo je da se parametar diferencijalne aeracije formira pri niskim i visokim parcijalnim pritiscima kiseonika izvan i unutar Nb-MXene nanopahuljica.To znači da gdje god postoje područja različitih parcijalnih pritisaka kisika, područje s najnižim nivoom formirat će anodu 80, 81, 82. Ovdje mikroalge doprinose stvaranju diferencijalno aeriranih ćelija na površini MXene pahuljica, koje proizvode kisik zbog svojih fotosintetskih svojstava.Kao rezultat, nastaju produkti biokorozije (u ovom slučaju niobijum oksidi).Drugi aspekt je da mikroalge mogu proizvesti organske kiseline koje se oslobađaju u vodu83,84.Stoga se formira agresivno okruženje, čime se mijenjaju Nb-MXene.Osim toga, mikroalge mogu promijeniti pH okoline u alkalni zbog apsorpcije ugljičnog dioksida, što također može uzrokovati koroziju79.
Što je još važnije, fotoperiod tamno/svjetlo korišten u našoj studiji je kritičan za razumijevanje dobijenih rezultata.Ovaj aspekt je detaljno opisan u Djemai-Zoghlache et al.85 Namjerno su koristili fotoperiod od 12/12 sati kako bi demonstrirali biokoroziju povezanu s bioobraštanjem crvenim mikroalgama Porphyridium purpureum.Oni pokazuju da je fotoperiod povezan sa evolucijom potencijala bez biokorozije, manifestujući se kao pseudperiodične oscilacije oko 24:00.Ova zapažanja su potvrdili Dowling et al.86 Oni su demonstrirali fotosintetske biofilmove cijanobakterije Anabaena.Otopljeni kisik nastaje pod djelovanjem svjetlosti, što je povezano s promjenom ili fluktuacijama potencijala slobodne biokorozije.Važnost fotoperioda je naglašena činjenicom da se slobodni potencijal za biokoroziju povećava u svjetlosnoj fazi, a smanjuje u tamnoj fazi.To je zbog kisika koji proizvode fotosintetske mikroalge, a koji utječe na katodnu reakciju kroz parcijalni pritisak koji se stvara u blizini elektroda87.
Osim toga, izvršena je infracrvena spektroskopija Fourier transformacije (FTIR) kako bi se utvrdilo da li je došlo do bilo kakvih promjena u hemijskom sastavu ćelija mikroalgi nakon interakcije sa Nb-MXenima.Ovi dobijeni rezultati su složeni i predstavljamo ih u SI (slike S23-S25, uključujući rezultate MAX faze i ML MXenes).Ukratko, dobijeni referentni spektri mikroalgi daju nam važne informacije o hemijskim karakteristikama ovih organizama.Ove najvjerovatnije vibracije se nalaze na frekvencijama od 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.jedan.1 1 (C–H) i 3280 cm–1 (O–H).Za SL Nb-MXenes, pronašli smo potpis rastezanja CH-veze koji je u skladu s našom prethodnom studijom38.Međutim, primijetili smo da su neki dodatni pikovi povezani sa C=C i CH vezama nestali.Ovo ukazuje da hemijski sastav mikroalgi može pretrpjeti manje promjene zbog interakcije sa SL Nb-MXenima.
Kada se razmatraju moguće promjene u biohemiji mikroalgi, potrebno je preispitati nakupljanje anorganskih oksida, kao što je niobijev oksid59.Učestvuje u preuzimanju metala na površini ćelije, njihovom transportu u citoplazmu, njihovoj povezanosti sa intracelularnim karboksilnim grupama i njihovoj akumulaciji u polifosfosomima mikroalgi20,88,89,90.Osim toga, odnos između mikroalgi i metala održavaju funkcionalne grupe stanica.Iz tog razloga, apsorpcija ovisi i o hemiji površine mikroalgi, koja je prilično složena9,91.Generalno, očekivano, hemijski sastav zelenih mikroalgi se neznatno promijenio zbog apsorpcije Nb oksida.
Zanimljivo je da je uočena početna inhibicija mikroalgi bila reverzibilna tokom vremena.Kao što smo primijetili, mikroalge su prevladale početnu promjenu okoliša i na kraju su se vratile na normalne stope rasta, pa čak i povećale.Studije zeta potencijala pokazuju visoku stabilnost kada se unesu u hranljive podloge.Stoga je površinska interakcija između ćelija mikroalgi i Nb-MXene nanopahuljica održavana tokom eksperimenata redukcije.U našoj daljnjoj analizi, sumiramo glavne mehanizme djelovanja koji su u osnovi ovog izvanrednog ponašanja mikroalgi.
SEM zapažanja su pokazala da mikroalge imaju tendenciju da se vežu za Nb-MXene.Koristeći dinamičku analizu slike, potvrđujemo da ovaj efekat dovodi do transformacije dvodimenzionalnih Nb-MXene nanopahuljica u sferične čestice, čime se pokazuje da je razgradnja nanopahuljica povezana sa njihovom oksidacijom.Da bismo testirali našu hipotezu, sproveli smo seriju materijalnih i biohemijskih studija.Nakon testiranja, nanopahuljice su postupno oksidirale i razlagale se u produkte NbO i Nb2O5, koji nisu predstavljali prijetnju zelenim mikroalgama.Koristeći FTIR posmatranje, nismo pronašli značajne promjene u hemijskom sastavu mikroalgi inkubiranih u prisustvu 2D Nb-MXene nanopahuljica.Uzimajući u obzir mogućnost apsorpcije niobijum oksida mikroalgama, izvršili smo rendgensku fluorescentnu analizu.Ovi rezultati jasno pokazuju da se proučavane mikroalge hrane niobijum oksidima (NbO i Nb2O5), koji nisu toksični za proučavane mikroalge.