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U rapidu sviluppu di a nanotecnologia è a so integrazione in l'applicazioni di ogni ghjornu ponu minaccia l'ambiente.Mentre i metudi verdi per a degradazione di i contaminanti organici sò ben stabiliti, a ricuperazione di i contaminanti cristallini inorganici hè di grande preoccupazione per a so bassa sensibilità à a biotrasformazione è a mancanza di capiscitura di l'interazzione di a superficia materiale cù quelli biologichi.Quì, usemu un mudellu MXenes 2D inorganicu basatu in Nb cumminatu cù un metudu simplice di analisi di paràmetri di forma per traccia u mecanismu di bioremediation di nanomateriali ceramichi 2D da a microalga verde Raphidocelis subcapitata.Avemu trovu chì i microalgae degradanu MXenes basati in Nb per via di l'interazzione fisico-chimica di a superficia.Inizialmente, i nanoflakes MXene unistrati è multistrati sò stati attaccati à a superficia di microalgae, chì anu riduciutu un pocu a crescita di l'alga.In ogni casu, dopu à l'interazzione prolongata cù a superficia, i microalgi anu ossidatu i nanoflakes di MXene è li decomponenu in più in NbO è Nb2O5.Perchè sti ossidi ùn sò micca tossichi per e cellule di microalga, cunsumanu nanoparticuli d'ossidu Nb da un mecanismu di assorbimentu chì restaurà più a microalga dopu à 72 ore di trattamentu d'acqua.L'effetti di i nutrienti assuciati à l'absorzione sò ancu riflessi in l'aumentu di u voluminu di e cellule, a so forma liscia è u cambiamentu di u ritmu di crescita.Basatu nantu à questi risultati, cuncludemu chì a presenza di MXenes basatu in Nb à cortu è longu tempu in l'ecosistemi d'acqua dolce pò causà solu impatti ambientali minori.Hè nutate chì, utilizendu nanomateriali bidimensionali cum'è sistemi di mudelli, dimustramu a pussibilità di seguità a trasfurmazioni di a forma ancu in materiali di grana fina.In generale, stu studiu risponde à una quistione fundamentale impurtante nantu à i prucessi ligati à l'interazzione di a superficia chì guidanu u mecanismu di bioremediazione di i nanomateriali 2D è furnisce una basa per più studii à cortu è longu andà di l'impattu ambientale di nanomateriali cristallini inorganici.
Nanomateriali anu generatu assai interessu da a so scuperta, è parechji nanotecnulugii sò entrati pocu in una fase di mudernizazione1.Sfurtunatamente, l'integrazione di nanomateriali in l'applicazioni di ogni ghjornu pò purtà à emissioni accidentali per via di una eliminazione impropria, una manipulazione imprudente o una infrastruttura di sicurezza inadeguata.Dunque, hè ragiunate per suppone chì i nanomateriali, cumpresi i nanomateriali bidimensionali (2D), ponu esse liberati in l'ambienti naturali, u cumpurtamentu è l'attività biologica di quale ùn sò micca capiti.Dunque, ùn hè micca surprisante chì e preoccupazioni di l'ecotossicità anu focu annantu à a capacità di i nanomateriali 2D per liscià in sistemi acquatici2,3,4,5,6.In questi ecosistemi, certi nanomateriali 2D ponu interagisce cù diversi organismi à diversi livelli trofichi, cumprese microalga.
Microalgae sò urganismi primitivi chì si trovanu naturalmente in l'ecosistema d'acqua dolce è marini chì pruducenu una varietà di prudutti chimichi per via di a fotosintesi7.Cum'è tali, sò critichi per l'ecosistema acquaticu8,9,10,11,12, ma sò ancu indicatori sensibili, di prezzu è largamente utilizati di ecotossicità13,14.Siccomu i celluli di microalgae si multiplicanu rapidamente è rispundenu rapidamente à a prisenza di diversi cumposti, sò promettenti per u sviluppu di metudi amichevuli di l'ambiente per trattà l'acqua contaminata da sustanzi organici15,16.
E cellule d'alga ponu eliminà ioni inorganici da l'acqua per via di a biosorzione è l'accumulazione17,18.Alcune spezie algali cum'è Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue è Synechococcus sp.Hè statu trovu chì porta è ancu nutrisce ioni di metalli tossichi cum'è Fe2+, Cu2+, Zn2+ è Mn2+19.Altri studii anu dimustratu chì l'ioni Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ o Pb2+ limitanu a crescita di Scenedesmus alterendu a morfologia cellulare è distrughjendu i so chloroplasti20,21.
I metudi verdi per a descomposizione di i contaminanti organici è l'eliminazione di ioni di metalli pesanti anu attiratu l'attenzione di i scientisti è ingegneri in u mondu.Questu hè principalmente per u fattu chì questi contaminanti sò facilmente trasfurmati in a fase liquida.In ogni casu, i contaminanti cristallini inorganici sò carattarizati da una solu solubilità in l'acqua è una suscettibilità bassa à diverse biotrasformazioni, chì causanu grandi difficultà in a rimediazione, è pocu prugressu hè statu fattu in questu area22,23,24,25,26.Cusì, a ricerca di suluzioni amichevuli di l'ambiente per a riparazione di nanomateriali resta un spaziu cumplessu è inesploratu.A causa di l'altu gradu di incertezza in quantu à l'effetti di a biotrasformazione di i nanomateriali 2D, ùn ci hè micca un modu faciule per scopre e pussibuli viaghji di a so degradazione durante a riduzzione.
In stu studiu, avemu usatu microalgae verdi cum'è un agentu di bioremediation aqueous attivu per i materiali ceramichi inorganici, cumminati cù u monitoraghju in situ di u prucessu di degradazione di MXene cum'è rappresentante di materiali ceramichi inorganici.U terminu "MXene" riflette l'estechiometria di u materiale Mn + 1XnTx, induve M hè un metallu di transizione iniziale, X hè carbone è / o nitrogenu, Tx hè un terminatore di a superficia (per esempiu, -OH, -F, -Cl), è n = 1, 2, 3 o 427,28.Dapoi a scuperta di MXenes da Naguib et al.Sensori, terapia di u cancer è filtrazione di membrana 27,29,30.Inoltre, i MXenes ponu esse cunsiderati cum'è sistemi di mudelli 2D per via di a so eccellente stabilità coloidali è pussibuli interazzione biologica31,32,33,34,35,36.
Per quessa, a metodulugia sviluppata in questu articulu è i nostri ipotesi di ricerca sò mostrati in a Figura 1. Sicondu sta ipotesi, i microalgae degradanu MXenes basati in Nb in composti non tossichi per via di l'interazzione fisico-chimica di a superficia, chì permette più ricuperazione di l'alga.Per pruvà sta ipotesi, dui membri di a famiglia di i primi carburi è / o nitruri di metalli di transizione basati in niobium (MXenes), à dì Nb2CTx è Nb4C3TX, sò stati scelti.
Metodologia di ricerca è ipotesi basate in evidenza per a ricuperazione di MXene da a microalga verde Raphidocelis subcapitata.Per piacè nutate chì questu hè solu una rappresentazione schematica di supposizioni basate in evidenza.L'ambienti di u lavu difiere in u mediu nutriente utilizatu è e cundizioni (per esempiu, ciculu diurnu è limitazioni in nutrienti essenziali dispunibili).Creatu cù BioRender.com.
Per quessa, usendu MXene cum'è un sistema di mudellu, avemu apertu a porta à u studiu di diversi effetti biologichi chì ùn ponu esse osservati cù altri nanomateriali cunvinziunali.In particulare, dimustramu a pussibilità di bioremediation di nanomateriali bidimensionali, cum'è MXenes basatu in niobium, da microalga Raphidocelis subcapitata.Microalgae sò capaci di degradà Nb-MXenes in l'ossidi non tossici NbO è Nb2O5, chì furniscenu ancu nutrienti per mezu di u mecanismu di captazione di niobium.In generale, stu studiu risponde à una quistione fundamentale impurtante nantu à i prucessi assuciati à l'interazzione fisicochimica di a superficia chì guvernanu i miccanismi di bioremediation di nanomateriali bidimensionali.Inoltre, sviluppemu un metudu simplice basatu in parametri di forma per seguità cambiamenti sottili in a forma di nanomateriali 2D.Questu inspira più ricerche à cortu è longu andà in i diversi impatti ambientali di i nanomateriali cristallini inorganici.Cusì, u nostru studiu aumenta a cunniscenza di l'interazzione trà a superficia materiale è u materiale biologicu.Avemu ancu furnisce a basa per studii allargati à cortu è longu andà di i so pussibuli impatti nantu à l'ecosistema d'acqua dolce, chì ponu avà esse facilmente verificati.
MXenes rapprisentanu una classa interessante di materiali cù proprietà fisiche è chimiche uniche è attraenti è per quessa parechje applicazioni potenziali.Sti proprietà sò largamente dipendenu da a so stechiometria è a chimica di a superficia.Per quessa, in u nostru studiu, avemu investigatu dui tipi di MXenes gerarchici unicu stratu (SL) basati in Nb, Nb2CTx è Nb4C3TX, postu chì si puderanu osservà diversi effetti biologichi di sti nanomateriali.I MXenes sò pruduciuti da i so materiali di partenza per incisione selettiva top-down di strati A-fase MAX atomicamente sottili.A fase MAX hè una ceramica ternaria composta da blocchi "legati" di carburi di metalli di transizione è strati sottili di elementi "A" cum'è Al, Si è Sn cù stechiometria MnAXn-1.A morfologia di a fase iniziale MAX hè stata osservata da a microscopia elettronica di scanning (SEM) è era coherente cù studii precedenti (Vede l'Informazioni Supplementari, SI, Figura S1).Multilayer (ML) Nb-MXene hè stata ottenuta dopu avè sguassatu a strata Al cun 48% HF (acidu fluoruricu).A morfologia di ML-Nb2CTx è ML-Nb4C3TX hè stata esaminata da microscopia elettronica a scansione (SEM) (Figure S1c è S1d rispettivamente) è hè stata osservata una morfologia tipica di MXene stratificata, simile à i nanoflakes bidimensionali chì passanu per fenditure allungate simili a pori.I dui Nb-MXenes anu assai in cumunu cù e fasi MXene sintesi previamente da l'incisione àcida27,38.Dopu avè cunfirmatu a struttura di MXene, l'avemu stratificata per intercalazione di l'idrossidu di tetrabutylammonium (TBAOH) seguita da lavare è sonicazione, dopu chì avemu ottenutu nanoflakes 2D Nb-MXene di una sola capa o di bassu (SL).
Avemu usatu a microscopia elettronica di trasmissione à alta risoluzione (HRTEM) è a diffrazione di raghji X (XRD) per pruvà l'efficienza di l'incisione è di più peeling.I risultati HRTEM processati cù l'Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) è Fast Fourier Transform (FFT) sò mostrati in a Fig. 2. Nanoflakes Nb-MXene sò stati orientati à u bordu per verificà a struttura di a capa atomica è misurà e distanzi interplanari.L'imaghjini HRTEM di MXene Nb2CTx è Nb4C3TX nanoflakes palesanu a so natura atomically thin layered (vede Fig. 2a1, a2), cum'è prima infurmatu da Naguib et al.27 è Jastrzębska et al.38.Per dui monocapa Nb2CTx è Nb4C3Tx adiacenti, avemu determinatu distanzi interlayer di 0.74 è 1.54 nm, rispettivamente (Figs. 2b1, b2), chì ancu cuncorda cù i nostri risultati previ38.Questu hè statu ancu cunfirmatu da a transformazione di Fourier veloce inversa (Fig. 2c1, c2) è a transformazione di Fourier veloce (Fig. 2d1, d2) chì mostra a distanza trà i monocapa Nb2CTx è Nb4C3Tx.L'imaghjini mostra una alternanza di bande di luce è scuru chì currispondenu à l'atomi di niobiu è di carbonu, chì cunfirma a natura stratificata di i MXenes studiati.Hè impurtante à nutà chì i spettri di spettroscopia di raghji X di dispersione di energia (EDX) ottenuti per Nb2CTx è Nb4C3Tx (Figure S2a è S2b) ùn anu mostratu alcunu residu di a fase MAX originale, postu chì ùn hè statu rilevatu alcun piccu Al.
Caratterizzazione di SL Nb2CTx e Nb4C3Tx MXene nanoflakes, cumprese (a) microscopia elettronica ad alta risoluzione (HRTEM) vista laterale 2D nanoflake imaging è corrispondente, (b) modalità di intensità, (c) trasformata di Fourier veloce inversa (IFFT), (d) trasformata di Fourier veloce (FFT), (e) modelli Nb-MXenes.Per SL 2D Nb2CTx, i numeri sò spressi cum'è (a1, b1, c1, d1, e1).Per SL 2D Nb4C3Tx, i numeri sò spressi cum'è (a2, b2, c2, d2, e1).
Misurazioni di diffrazione di raghji X di SL Nb2CTx è Nb4C3Tx MXenes sò mostrati in Figs.2e1 è e2, rispettivamente.I picchi (002) à 4.31 è 4.32 currispondenu à i MXenes stratificati Nb2CTx è Nb4C3TX38,39,40,41 descritti prima.I risultati XRD indicanu ancu a prisenza di qualchi strutture ML residuali è fasi MAX, ma soprattuttu mudelli XRD assuciati cù SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2).A prisenza di particelle più chjuche di a fase MAX pò spiegà u piccu MAX più forte cumparatu cù i strati Nb4C3Tx impilati aleatoriamente.
Ulteriori ricerche anu focu annantu à i microalgi verdi chì appartenenu à a spezia R. subcapitata.Avemu sceltu microalgae perchè sò pruduttori impurtanti implicati in i grandi rete alimentari42.Sò ancu unu di i migliori indicatori di toxicità per via di a capacità di sguassà e sustanzi tossichi chì sò purtati à livelli più alti di a catena alimentaria43.Inoltre, a ricerca nantu à R. subcapitata pò esse chjappà nantu à a toxicità incidentale di SL Nb-MXenes à i microorganismi cumuni d'acqua dolce.Per illustrà questu, i circadori ipotisanu chì ogni microbu hà una sensibilità diversa à i composti tossichi prisenti in l'ambiente.Per a maiò parte di l'urganismi, cuncintrazioni bassu di sustanzi ùn anu micca a so crescita, mentri cuncentrazione sopra un certu limitu pò impediscenu o ancu causanu a morte.Dunque, per i nostri studii di l'interazzione di a superficia trà microalgae è MXenes è a ricuperazione assuciata, avemu decisu di pruvà a cuncentrazione innocu è tossica di Nb-MXenes.Per fà questu, avemu pruvatu cuncentrazioni di 0 (com'è riferimentu), 0,01, 0,1 è 10 mg l-1 MXene è ancu microalga infettata cù cuncentrazioni assai elevate di MXene (100 mg l-1 MXene), chì ponu esse estremi è letali..per ogni ambiente biologicu.
L'effetti di SL Nb-MXenes nantu à i microalgae sò mostrati in a Figura 3, espressi cum'è u percentualità di a prumuzione di crescita (+) o inibizione (-) misurata per 0 mg l-1 campioni.Per paragunà, a fase Nb-MAX è ML Nb-MXenes sò stati ancu pruvati è i risultati sò indicati in SI (vede Fig. S3).I risultati ottenuti cunfirmatu chì SL Nb-MXenes hè quasi completamente priva di toxicità in a gamma di cuncintrazioni bassu da 0,01 à 10 mg / l, cum'è mostra in Fig. 3a,b.In u casu di Nb2CTx, avemu osservatu micca più di 5% ecotossicità in a gamma specifica.
Stimulazione (+) o inibizione (-) di a crescita di microalga in presenza di SL (a) Nb2CTx è (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 è 72 ore di interazzione MXene-microalgae sò stati analizati. I dati significativi (test t, p <0,05) sò stati marcati cù un asteriscu (*). I dati significativi (test t, p <0,05) sò stati marcati cù un asteriscu (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). I dati significativi (test t, p < 0,05) sò marcati cù un asteriscu (*).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-test, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). I dati impurtanti (t-test, p < 0,05) sò marcati cù un asteriscu (*).I frecce rossi indicanu l'abolizione di l'stimulazione inhibitoria.
Per d 'altra banda, bassu cuncentrazione di Nb4C3TX hè stata un pocu più tossicu, ma micca più altu di 7%.Cum'è aspittatu, avemu osservatu chì MXenes avianu una toxicità più altu è l'inibizione di a crescita di microalga à 100mg L-1.Curiosamente, nimu di i materiali hà mostratu a stessa tendenza è a dependenza di u tempu di l'effetti atossichi / tossichi paragunatu à i campioni MAX o ML (vede SI per i dettagli).Mentre chì per a fase MAX (vede Fig. S3) a toxicità hà righjuntu à circa 15-25% è cresce cù u tempu, a tendenza inversa hè stata osservata per SL Nb2CTx è Nb4C3TX MXene.L'inibizione di a crescita di microalga diminuì cù u tempu.Hè righjuntu circa 17% dopu l'ora di 24 è hè cascatu à menu di 5% dopu à 72 ore (Fig. 3a, b, rispettivament).
A più impurtante, per SL Nb4C3TX, l'inhibizione di a crescita di microalga hà righjuntu circa 27% dopu à 24 ore, ma dopu à 72 ore hè diminuitu à circa 1%.Dunque, avemu marcatu l'effettu osservatu cum'è inibizione inversa di stimulazione, è l'effettu era più forte per SL Nb4C3TX MXene.A stimulazione di a crescita di microalgae hè stata nutata prima cù Nb4C3TX (interazione à 10 mg L-1 per 24 h) cumparatu cù SL Nb2CTx MXene.L'effettu di l'inversione di l'inhibizione-stimulazione hè statu ancu bè indicatu in a curva di a rata di doppia biomassa (vede Fig. S4 per i dettagli).Finu a ora, solu l'ecotossicità di Ti3C2TX MXene hè stata studiata in diverse manere.Non è tossico per gli embrioni di pesce zebra44 ma moderatamente ecotossico per le microalghe Desmodesmus quadricauda e Sorghum saccharatum45.Altri esempi di effetti specifichi includenu una toxicità più alta à e linee di cellule cancerose cà à e linee di cellule normali46,47.Pò esse presumitu chì e cundizioni di prova influenzeranu i cambiamenti in a crescita di microalga osservati in a presenza di Nb-MXenes.Per esempiu, un pH di circa 8 in u stroma di u cloroplastu hè ottimali per u funziunamentu efficace di l'enzima RuBisCO.Per quessa, i cambiamenti di pH affettanu negativamente a rata di fotosintesi48,49.Tuttavia, ùn avemu micca osservatu cambiamenti significativi in ​​u pH durante l'esperimentu (vede SI, Fig. S5 per i dettagli).In generale, i culturi di microalgae cù Nb-MXenes riduttanu pocu u pH di a suluzione cù u tempu.Tuttavia, sta diminuzione era simile à un cambiamentu di u pH di un mediu puro.Inoltre, a varietà di variazioni truvata era simile à quella misurata per una cultura pura di microalga (mostra di cuntrollu).Cusì, cuncludemu chì a fotosintesi ùn hè micca affettata da i cambiamenti in u pH à u tempu.
Inoltre, i MXenes sintetizzati anu terminazioni di a superficia (denotata cum'è Tx).Questi sò principalmente gruppi funziunali -O, -F è -OH.Tuttavia, a chimica di a superficia hè direttamente ligata à u metudu di sintesi.Questi gruppi sò cunnisciuti per esse distribuiti aleatoriamente nantu à a superficia, facendu difficiuli di predichendu u so effettu nantu à e proprietà di MXene50.Pò esse sustinutu chì Tx puderia esse a forza catalitica per l'ossidazione di niobium da a luce.I gruppi funzionali di a superficia furniscenu assai siti di ancoraggio per i so fotocatalizzatori sottostanti per furmà heterojunctions51.In ogni casu, a cumpusizioni di u mediu di crescita ùn hà micca furnitu un fotocatalizzatore efficace (a cumpusizioni media dettagliata pò esse truvata in SI Table S6).Inoltre, ogni mudificazione di a superficia hè ancu assai impurtante, postu chì l'attività biologica di MXenes pò esse alterata per via di u post-processamentu di strati, l'ossidazione, a mudificazione di a superficia chimica di composti organici è inorganici52,53,54,55,56 o l'ingegneria di carica di superficia38.Dunque, per pruvà se l'ossidu di niobium hà qualcosa à fà cù l'inestabilità materiale in u mediu, avemu realizatu studii di u potenziale zeta (ζ) in u mediu di crescita di microalgae è l'acqua deionizzata (per paragone).I nostri risultati mostranu chì SL Nb-MXenes sò abbastanza stabile (vede SI Fig. S6 per i risultati MAX è ML).U potenziale zeta di SL MXenes hè di circa -10 mV.In u casu di SR Nb2CTx, u valore di ζ hè un pocu più negativu cà quellu di Nb4C3Tx.Un tali cambiamentu in u valore ζ pò indicà chì a superficia di nanoflakes MXene caricati negativamente assorbe ioni caricati positivamente da u mediu di cultura.E misurazioni temporali di u potenziale zeta è a conduttività di Nb-MXenes in u mediu di cultura (vede i Figure S7 è S8 in SI per più dettagli) parenu sustene a nostra ipotesi.
Tuttavia, i dui Nb-MXene SL anu mostratu cambiamenti minimi da zero.Questu dimostra chjaramente a so stabilità in u mediu di crescita di microalga.Inoltre, avemu valutatu se a prisenza di i nostri microalgae verdi affettanu a stabilità di Nb-MXenes in u mediu.I risultati di u putenziale zeta è a conduttività di MXenes dopu l'interazzione cù microalgae in i media nutrienti è a cultura cù u tempu pò esse truvati in SI (Figure S9 è S10).Curiosamente, avemu nutatu chì a prisenza di microalgae pareva stabilizzà a dispersione di i dui MXenes.In u casu di Nb2CTx SL, u putenziale zeta hè ancu ligeramente diminuitu cù u tempu à valori più negativi (-15,8 versus -19,1 mV dopu à 72 h di incubazione).U potenziale zeta di SL Nb4C3TX hà ligeramente aumentatu, ma dopu à 72 h hà ancu mostratu una stabilità più altu ch'è nanoflakes senza a presenza di microalgae (-18.1 vs -9.1 mV).
Avemu trovu ancu una conductività più bassa di e soluzioni Nb-MXene incubate in presenza di microalgae, chì indicanu una quantità più bassa di ioni in u mediu nutriente.In particulare, l'inestabilità di MXenes in l'acqua hè principalmente dovuta à l'oxidazione di a superficia57.Dunque, suspettemu chì i microalgae verdi anu sbulicatu in qualchì manera l'ossidi furmati nantu à a superficia di Nb-MXene è ancu impediscenu a so occurrence (oxidazione di MXene).Questu pò esse vistu studiendu i tipi di sustanzi assorbiti da microalgae.
Mentre i nostri studii ecotossicologichi indicanu chì i microalgae anu pussutu superà a toxicità di Nb-MXenes cù u tempu è l'inibizione inusual di a crescita stimulata, u scopu di u nostru studiu era di investigà i pussibuli miccanismi d'azzione.Quandu l'urganismi cum'è l'alga sò esposti à composti o materiali chì ùn sò micca familiari à i so ecosistemi, ponu reagisce in una varietà di manere58,59.In l'absenza di l'ossidi di metalli tossichi, i microalgae ponu alimentà elli stessi, chì permettenu di cultivà continuamente60.Dopu l'ingestimentu di sustanzi tossichi, i meccanismi di difesa ponu esse attivati, cum'è cambià a forma o a forma.A pussibilità di assorbimentu deve ancu esse cunsideratu58,59.In particulare, ogni signu di un mecanismu di difesa hè un indicatore chjaru di a toxicità di u compostu di prova.Dunque, in u nostru travagliu ulteriore, avemu investigatu l'interazzione potenziale di a superficia trà nanoflakes SL Nb-MXene è microalgae da SEM è a pussibuli assorbimentu di MXene basatu in Nb da spettroscopia di fluorescenza di raghji X (XRF).Nota chì l'analisi SEM è XRF sò stati realizati solu à a più alta concentrazione di MXene per affruntà i prublemi di toxicità di l'attività.
I risultati SEM sò mostrati in Fig.4.Cellule microalgae senza trattatu (vede Fig. 4a, mostra di riferimentu) chjaramente mostrava a morfologia tipica di R. subcapitata è a forma di cellula di croissant.E cellule appariscenu appiattite è un pocu disorganizzate.Alcune cellule di microalga si sovrapponevanu è si intrecciavanu l'una cù l'altri, ma questu hè probabilmente causatu da u prucessu di preparazione di mostra.In generale, i celluli microalgae puri avianu una superficia liscia è ùn mostranu micca cambiamenti morfologichi.
L'imaghjini SEM chì mostranu l'interazzione di a superficia trà microalga verde è nanosheets MXene dopu 72 ore d'interazzione à cuncentrazione estrema (100 mg L-1).(a) Microalga verde senza trattamentu dopu l'interazzione cù SL (b) Nb2CTx è (c) Nb4C3TX MXenes.Nota chì i nanoflakes Nb-MXene sò marcati cù frecce rosse.Per paragunà, i ritratti da un microscopiu otticu sò ancu aghjuntu.
In cuntrastu, i microalgae cells adsorbed by SL Nb-MXene nanoflakes sò stati danati (vede Fig. 4b, c, frecce rosse).In u casu di Nb2CTx MXene (Fig. 4b), microalgae tendenu à cultivà cù nanoscale bidimensionali attaccati, chì ponu cambià a so morfologia.In particulare, avemu ancu osservatu questi cambiamenti sottu microscopia luminosa (vede SI Figura S11 per i dettagli).Questa transizione morfologica hà una basa plausibile in a fisiologia di i microalgi è a so capacità di difende si cambianu a morfologia cellulare, cum'è l'aumentu di u voluminu di e cellule61.Per quessa, hè impurtante di verificà u numeru di cellula microalgae chì sò veramente in cuntattu cù Nb-MXenes.I studii SEM anu dimustratu chì circa 52% di e cellule di microalga sò stati esposti à Nb-MXenes, mentre chì u 48% di queste cellule di microalga evitanu u cuntattu.Per SL Nb4C3Tx MXene, microalgae pruvate d'evità u cuntattu cù MXene, cusì localizing and growing from two-dimensional nanoscales (Fig. 4c).Tuttavia, ùn avemu micca osservatu a penetrazione di nanoscale in e cellule di microalga è i so danni.
L'autopreservazione hè ancu un cumpurtamentu di risposta dipendente di u tempu à u bloccu di a fotosintesi per via di l'adsorption di particeddi nantu à a superficia cellulare è l'effettu chjamatu shading (shading)62.Hè chjaru chì ogni ughjettu (per esempiu, Nb-MXene nanoflakes) chì si trova trà i microalgae è a fonte di lumera limita a quantità di luce assorbita da i chloroplasti.Tuttavia, ùn avemu micca dubbitu chì questu hà un impattu significativu nantu à i risultati ottenuti.Comu dimustratu da e nostre osservazioni microscòpichi, i nanoflakes 2D ùn sò micca stati completamente imballati o aderenti à a superficia di i microalgae, ancu quandu e cellule di microalgae eranu in cuntattu cù Nb-MXenes.Invece, i nanoflakes sò stati orientati à e cellule di microalga senza copre a so superficia.Un tali settore di nanoflakes / microalgae ùn pò micca limità significativamente a quantità di luce assorbita da e cellule di microalgae.Inoltre, certi studii anu ancu dimustratu una migliione di l'assorbimentu di luce da l'organisimi fotosintesi in a presenza di nanomateriali bidimensionali63,64,65,66.
Siccomu l'imaghjini SEM ùn puderanu micca cunfirmà direttamente l'assunzione di niobiu da e cellule di microalga, u nostru studiu ulteriore hà vultatu à l'analisi di fluorescenza di raghji X (XRF) è di spettroscopia di fotoelettroni di raghji X (XPS) per chjarificà stu prublema.Dunque, avemu paragunatu l'intensità di i picchi Nb di campioni di microalga di riferimentu chì ùn anu micca interazzione cù MXenes, nanoflakes MXene staccati da a superficia di e cellule di microalgae, è cellule microalgali dopu a rimozione di MXenes attaccati.Hè da nutà chì s'ellu ùn ci hè micca captazione di Nb, u valore Nb ottenutu da e cellule di microalga deve esse zero dopu a rimuzione di i nanoscale attaccati.Dunque, se si verifica l'absorzione di Nb, i risultati XRF è XPS duveranu mustrà un piccu Nb chjaru.
In u casu di spettri XRF, i campioni di microalga mostranu Nb picchi per SL Nb2CTx è Nb4C3Tx MXene dopu l'interazzione cù SL Nb2CTx è Nb4C3Tx MXene (vede Fig. 5a, nota ancu chì i risultati per MAX è ML MXenes sò mostrati in SI, Figs S12-C17).Curiosamente, l'intensità di u piccu Nb hè a stessa in i dui casi (bars rossi in Fig. 5a).Questu hà indicatu chì l'alga ùn puderia micca assorbe più Nb, è a capacità massima per l'accumulazione di Nb hè stata ottenuta in i celi, ancu s'è duie volte più Nb4C3Tx MXene hè stata attaccata à e cellule microalgae (bars blu in Fig. 5a).In particulare, a capacità di microalgae per assorbe metalli dipende da a cuncentrazione di l'ossidi di metalli in l'ambiente67,68.Shamshada et al.67 truvaru chì a capacità d'absorzione di l'alga d'acqua dolce diminuite cù u pH crescente.Raize et al.68 hà nutatu chì a capacità di l'alga per assorbe i metalli era di circa 25% più altu per Pb2+ cà per Ni2+.
(a) Risultati XRF di captazione basale di Nb da cellule di microalga verde incubate à una concentrazione estrema di SL Nb-MXenes (100 mg L-1) per 72 ore.I risultati mostranu a prisenza di α in cellule di microalga pura (campione di cuntrollu, colonne grise), nanoflakes 2D isolati da cellule di microalga di superficie (colonne blu), è cellule di microalga dopu a separazione di nanoflakes 2D da a superficia (colonne rosse).A quantità di Nb elementale, (b) percentuale di cumpusizioni chimica di cumpunenti organici di microalga (C = O è CHx / C–O) è ossidi Nb presenti in cellule di microalgae dopu incubazione cù SL Nb-MXenes, (c–e) Fitting di u piccu di cumpusizioni di spettri XPS SL Nb2CTx è (fh) SLx Nb4Cen3T internalizzati da cellule microalgae.
Dunque, avemu aspittatu chì Nb puderia esse assorbutu da e cellule d'alga in forma di ossidi.Per pruvà questu, avemu realizatu studii XPS nantu à MXenes Nb2CTx è Nb4C3TX è cellule d'alga.I risultati di l'interazzione di microalga cù Nb-MXenes è MXenes isolati da e cellule d'alga sò mostrati in Figs.5b.Cum'è previstu, avemu rilevatu picchi Nb 3d in i campioni di microalgae dopu a rimuzione di MXene da a superficia di a microalga.A determinazione quantitativa di C = O, CHx / CO è Nb oxides hè stata calculata nantu à i spettri Nb 3d, O 1s è C 1s ottenuti cù Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) è Nb4C3Tx SL (Fig. 5c-e).) ottenuta da microalghe incubate.Figura 5f-h) MXenes.A Tabella S1-3 mostra i dettagli di i paràmetri di u piccu è a chimica generale risultatu da l'adattazione.Hè nutate chì e regioni Nb 3d di Nb2CTx SL è Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) currispondenu à un cumpunente Nb2O5.Quì, ùn avemu micca trovu picchi di MXene in i spettri, chì indicanu chì e cellule di microalga assorbanu solu a forma d'ossidu di Nb.Inoltre, avemu apprussimatu u spettru C 1 s cù i cumpunenti C-C, CHx / C-O, C = O è -COOH.Avemu assignatu i picchi CHx / C-O è C = O à a cuntribuzione organica di e cellule di microalga.Questi cumpunenti organici cuntenenu 36% è 41% di i picchi C 1s in Nb2CTx SL è Nb4C3TX SL, rispettivamente.Dopu avemu adattatu i spettri O 1s di SL Nb2CTx è SL Nb4C3TX cù Nb2O5, cumpunenti organici di microalgae (CHx / CO), è acqua adsorbita in superficia.
Infine, i risultati XPS indicanu chjaramente a forma di Nb, micca solu a so prisenza.Sicondu a pusizione di u signale Nb 3d è i risultati di a deconvoluzione, cunfirmemu chì Nb hè assorbita solu in forma di ossidi è micca ioni o MXene stessu.Inoltre, i risultati XPS anu dimustratu chì e cellule di microalga anu una capacità più grande di piglià l'ossidi Nb da SL Nb2CTx cumparatu cù SL Nb4C3TX MXene.
Mentre i nostri risultati di assorbimentu di Nb sò impressiunanti è ci permettenu di identificà a degradazione di MXene, ùn ci hè micca un metudu dispunibule per seguità i cambiamenti morfologichi associati in nanoflakes 2D.Dunque, avemu ancu decisu di sviluppà un metudu adattatu chì pò risponde direttamente à qualsiasi cambiamenti chì si verificanu in nanoflakes 2D Nb-MXene è cellule di microalga.Hè impurtante à nutà chì noi assume chì, s'è l 'spezie interazzione sottumessi ogni trasfurmazioni, decomposition o defragmentation, stu avissi a manifestazioni subitu comu cambiamenti in i paràmetri di forma, cum'è u diamitru di u spaziu circular equivalenti, roundness, larghezza Feret, o lunghezza Feret.Siccomu sti paràmetri sò adattati per a discrizzione di particelle allungate o nanoflakes bidimensionali, u so seguimentu per l'analisi dinamica di a forma di particella ci darà infurmazione preziosa nantu à a trasfurmazioni morfologica di nanoflakes SL Nb-MXene durante a riduzzione.
I risultati ottenuti sò mostrati in a Figura 6. Per paragunà, avemu ancu pruvatu a fase MAX originale è ML-MXenes (vede SI Figures S18 è S19).L'analisi dinamica di a forma di particella hà dimustratu chì tutti i paràmetri di forma di dui Nb-MXene SL anu cambiatu significativamente dopu l'interazzione cù microalgae.Cum'è mostratu da u paràmetru di diametru di l'area circular equivalente (Fig. 6a, b), l'intensità di u piccu ridutta di a frazzioni di grande nanoflakes indica chì tendenu à decadenza in frammenti più chjuchi.Nantu à fig.6c, d mostra una diminuzione di i picchi assuciati cù a dimensione trasversale di i fiocchi (allungamentu di i nanoflakes), chì indicanu a trasfurmazioni di nanoflakes 2D in una forma più particella.Figura 6e-h chì mostra a larghezza è a lunghezza di u Feret, rispettivamente.A larghezza è a lunghezza di Feret sò paràmetri cumplementarii è per quessa devenu esse cunsideratu inseme.Dopu l'incubazione di nanoflakes 2D Nb-MXene in presenza di microalgae, i so picchi di correlazione Feret anu cambiatu è a so intensità diminuì.Basatu nantu à questi risultati in cumbinazione cù a morfologia, XRF è XPS, avemu cunclusu chì i cambiamenti osservati sò fermamente ligati à l'ossidazione cum'è i MXenes oxidati diventanu più arrugatu è si sguassate in frammenti è particelle d'ossidu sferiche69,70.
Analisi di a trasfurmazione di MXene dopu l'interazzione cù microalga verde.Analisi di forma di particella dinamica piglia in contu tali paràmetri cum'è (a, b) diamitru di l'area circular equivalente, (c, d) roundness, (e, f) larghezza Feret è (g, h) lunghezza Feret.A tal fine, sò stati analizzati dui campioni di microalga di riferimentu inseme cù SL Nb2CTx è SL Nb4C3Tx MXenes primari, SL Nb2CTx è SL Nb4C3Tx MXenes, microalghe degradate, è microalghe trattate SL Nb2CTx è SL Nb4C3Tx MXenes.E frecce rosse mostranu e transizioni di i paràmetri di forma di i nanoflakes bidimensionali studiati.
Siccomu l'analisi di i paràmetri di forma hè assai affidabile, pò ancu revelà cambiamenti morfologichi in e cellule di microalga.Dunque, avemu analizatu u diametru di l'area circular equivalenti, a rotondità è a larghezza di Feret / a lunghezza di e cellule microalgae puri è e cellule dopu interazzione cù nanoflakes 2D Nb.Nantu à fig.6a-h mostranu cambiamenti in i paràmetri di forma di e cellule d'alga, cum'è evidenziatu da una diminuzione di l'intensità massima è un cambiamentu di massimi versu valori più alti.In particulare, i paràmetri di roundness di cellula dimustranu una diminuzione di i celi allungati è un incrementu di e cellule sferiche (Fig. 6a, b).In più, Feret cell width cresce da parechji micrometers dopu interaczione cù SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) cumparatu à SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f).Sospettemu chì questu pò esse duvuta à a forte assorbimentu di l'ossidi di Nb da i microalgi nantu à l'interazzione cù Nb2CTx SR.L'attachement moins rigide des flocons de Nb à leur surface peut entraîner une croissance cellulaire avec un effet d'ombre minimal.
I nostri osservazioni di cambiamenti in i paràmetri di a forma è a dimensione di microalgae cumplementarii altri studii.A microalga verde pò cambià a so morfologia in risposta à u stress ambientale cambiendu a dimensione di e cellule, a forma o u metabolismu61.Per esempiu, cambià a dimensione di e cellule facilita l'assorbimentu di nutrienti71.E cellule d'alga più chjuche mostranu un assorbimentu di nutrienti più bassu è una rata di crescita deteriorata.À u cuntrariu, e cellule più grande tendenu à cunsumà più nutrienti, chì sò poi dipositati intracellularly72,73.Machado è Soares anu truvatu chì u fungicida triclosan pò aumentà a dimensione di a cellula.Anu ancu trovu cambiamenti prufondi in a forma di l'alga74.Inoltre, Yin et al.9 anu ancu revelatu cambiamenti morfologichi in l'alga dopu l'esposizione à nanocomposites di oxide graphene ridutta.Dunque, hè chjaru chì i paràmetri di taglia / forma alterati di i microalgae sò causati da a presenza di MXene.Siccomu stu cambiamentu in a dimensione è a forma hè indicativa di cambiamenti in l'assunzione di nutrienti, credemu chì l'analisi di i paràmetri di dimensione è forma cù u tempu pò dimustrà l'assunzione di l'ossidu di niobiu da i microalgae in presenza di Nb-MXenes.
Inoltre, i MXenes ponu esse oxidati in presenza di alga.Dalai et al.75 hà osservatu chì a morfologia di l'alga verde esposta à nano-TiO2 è Al2O376 ùn era micca uniforme.Ancu s'è e nostre osservazioni sò simili à u presente studiu, hè solu pertinenti à u studiu di l'effetti di a bioremediazione in quantu à i prudutti di degradazione di MXene in presenza di nanoflakes 2D è micca nanoparticuli.Siccomu i MXenes ponu esse degradati in ossidi metallici,31,32,77,78, hè ragiunate per suppone chì i nostri nanoflakes Nb ponu ancu formà ossidi Nb dopu interagisce cù e cellule di microalga.
Per spiegà a riduzzione di nanoflakes 2D-Nb attraversu un mecanismu di descomposizione basatu nantu à u prucessu d'ossidazione, avemu realizatu studii cù microscopia elettronica di trasmissione d'alta risoluzione (HRTEM) (Fig. 7a, b) è spettroscopia di fotoelectron X-ray (XPS) (Fig. 7).7c-i è tabelle S4-5).I dui approcci sò adattati per studià l'ossidazione di materiali 2D è cumplementarii.HRTEM hè capaci di analizà a degradazione di strutture bidimensionali stratificate è l'apparizione sussegwente di nanoparticule d'ossidu di metallu, mentre chì XPS hè sensibile à i ligami di superficia.Per questu scopu, avemu pruvatu nanoflakes 2D Nb-MXene extracted from microalgae cell dispersions, vale à dì, a so forma dopu l'interazzione cù i microalgae cells (vede Fig. 7).
L'imaghjini HRTEM chì mostranu a morfologia di l'ossidati (a) SL Nb2CTx è (b) SL Nb4C3Tx MXenes, risultati di l'analisi XPS chì mostranu (c) a cumpusizioni di i prudutti di l'ossidu dopu a riduzzione, (d-f) u piccu di cumpunimentu di cumpunenti di spettri XPS di SL Nb2CTx è (g-i) SL Nb4C3Tx riparati cù microverde.
I studii HRTEM anu cunfirmatu l'ossidazione di dui tipi di nanoflakes Nb-MXene.Ancu s'è i nanoflakes conservavanu a so morfologia bidimensionale in una certa misura, l'ossidazione hà risultatu in l'apparizione di parechji nanoparticuli chì coprenu a superficia di i nanoflakes MXene (vede Fig. 7a,b).L'analisi XPS di i signali c Nb 3d è O 1s indicò chì l'ossidi di Nb sò stati furmati in i dui casi.Cum'è mostra in a Figura 7c, 2D MXene Nb2CTx è Nb4C3TX anu signali Nb 3d chì indicanu a presenza di ossidi NbO è Nb2O5, mentre chì i segnali O 1s indicanu u numeru di legami O-Nb assuciati à a funzionalizazione di a superficia nanoflake 2D.Avemu nutatu chì a cuntribuzione di l'ossidu Nb hè dominante cumparatu cù Nb-C è Nb3 + -O.
Nantu à fig.I figuri 7g-i mostranu i spettri XPS di Nb 3d, C 1s, è O 1s SL Nb2CTx (vede Figs. 7d-f) è SL Nb4C3TX MXene isolatu da e cellule microalgae.I dettagli di i paràmetri di punta di Nb-MXenes sò furniti in i Tabelle S4-5, rispettivamente.Avemu prima analizatu a cumpusizioni di Nb 3d.In cuntrastu à Nb assorbutu da e cellule microalgae, in MXene isolatu da e cellule microalgae, fora di Nb2O5, altri cumpunenti sò stati truvati.In u Nb2CTx SL, avemu osservatu a cuntribuzione di Nb3 + -O in quantità di 15%, mentri u restu di u spettru Nb 3d era duminatu da Nb2O5 (85%).Inoltre, a mostra SL Nb4C3TX cuntene cumpunenti Nb-C (9%) è Nb2O5 (91%).Quì Nb-C vene da dui strati atomichi interni di carburu di metallu in Nb4C3Tx SR.Dopu cartografiamu i spettri C 1s à quattru cumpunenti diffirenti, cum'è avemu fattu in i campioni internalizzati.Comu aspittatu, u spettru C 1s hè duminatu da u carbone grafiticu, seguitu da i cuntributi di particelle organiche (CHx/CO è C=O) da e cellule di microalga.Inoltre, in u spettru O 1s, avemu osservatu a cuntribuzione di e forme organiche di cellule microalgae, l'ossidu di niobiu è l'acqua adsorbita.
Inoltre, avemu investigatu se a clivatura di Nb-MXenes hè assuciata cù a presenza di spezie reattive di l'ossigenu (ROS) in u mediu nutriente è / o cellule di microalga.À questu scopu, avemu evaluatu i livelli di l'ossigenu singlet (1O2) in u mediu di cultura è glutathione intracellulare, un tiol chì agisce cum'è un antioxidante in microalgae.I risultati sò mostrati in SI (Figure S20 è S21).I culturi cù SL Nb2CTx è Nb4C3TX MXenes sò stati carattarizati da una quantità ridutta di 1O2 (vede Figura S20).In u casu di SL Nb2CTx, MXene 1O2 hè ridutta à circa 83%.Per i culturi microalgae chì utilizanu SL, Nb4C3TX 1O2 diminuì ancu più, à 73%.Curiosamente, i cambiamenti in 1O2 dimustranu a listessa tendenza cum'è l'effettu inhibitory-stimulatory osservatu prima (vede Fig. 3).Pò esse sustinutu chì l'incubazione in u lume brillanti pò cambià a fotooxidazione.In ogni casu, i risultati di l'analisi di cuntrollu dimustravanu livelli quasi custanti di 1O2 durante l'esperimentu (Fig. S22).In u casu di i livelli intracellulari di ROS, avemu ancu osservatu a stessa tendenza discendente (vede Figura S21).Inizialmente, i livelli di ROS in cellule di microalga coltivate in presenza di SL Nb2CTx e Nb4C3Tx superavano i livelli trovati in culture pure di microalghe.Eventualmente, però, pareva chì i microalgae si adattavanu à a presenza di i dui Nb-MXenes, cum'è i livelli di ROS diminuinu à 85% è 91% di i livelli misurati in culture pure di microalgae inoculate cù SL Nb2CTx è Nb4C3TX, rispettivamente.Questu pò indicà chì i microalgae si sentenu più còmode cù u tempu in a presenza di Nb-MXene cà in un mediu nutriente solu.
Microalgae sò un gruppu diversu di organismi fotosintesi.Durante a fotosintesi, cunvertisce u diossidu di carbonu atmosfericu (CO2) in carbonu urganicu.I prudutti di a fotosintesi sò glucose è ossigenu79.Sospettemu chì l'ossigenu cusì furmatu ghjoca un rolu criticu in l'ossidazione di Nb-MXenes.Una spiegazione pussibule per questu hè chì u paràmetru di l'aerazione differenziale hè furmatu à pressione parziale bassa è alta di l'ossigenu fora è in l'internu di i nanoflakes Nb-MXene.Questu significa chì induve ci sò zoni di diverse pressioni parziali di l'ossigenu, l'area cù u nivellu più bassu formarà l'anodu 80, 81, 82. Quì, i microalgae cuntribuiscenu à a creazione di celi diffarenti aerati nantu à a superficia di i fiocchi MXene, chì pruduce l'ossigenu per via di e so proprietà fotosintetiche.In u risultatu, i prudutti di biocorrosione (in questu casu, l'ossidi di niobium) sò furmati.Un altru aspettu hè chì a microalga pò pruduce l'acidi organici chì sò liberati in l'acqua83,84.Per quessa, un ambiente aggressivu hè furmatu, cambiendu cusì i Nb-MXenes.Inoltre, a microalga pò cambià u pH di l'ambienti à l'alkaline per via di l'absorzione di diossidu di carbonu, chì pò ancu causà corrosione79.
A più impurtante, u fotoperiodu scuru / chjaru utilizatu in u nostru studiu hè criticu per capiscenu i risultati ottenuti.Stu aspettu hè descrittu in detail in Djemai-Zoghlache et al.85 Hanu utilizatu deliberatamente un fotoperiodu di 12/12 ore per dimustrà a biocorrosione assuciata à u biofouling da a microalga rossa Porphyridium purpureum.Dimustranu chì u photoperiodu hè assuciatu cù l'evoluzione di u putenziale senza biocorrosione, chì si manifesta cum'è oscillazioni pseudoperiodiche intornu à 24:00.Queste osservazioni sò stati cunfirmati da Dowling et al.86 Anu dimustratu biofilmi fotosintetichi di cianobacteria Anabaena.L'ossigenu dissolutu hè furmatu sottu l'azzione di a luce, chì hè assuciatu cù un cambiamentu o fluttuazioni in u putenziale di biocorrosione libera.L'impurtanza di u fotoperiodu hè enfatizatu da u fattu chì u potenziale liberu per a biocorrosione aumenta in a fase di luce è diminuite in a fase scura.Questu hè dovutu à l'ossigenu pruduciutu da i microalga fotosintetiche, chì influenza a reazione catodica per mezu di a pressione parziale generata vicinu à l'elettrodi87.
Inoltre, a spettroscopia infrared di trasformazione di Fourier (FTIR) hè stata realizata per sapè s'ellu hè accadutu qualchì cambiamentu in a cumpusizioni chimica di e cellule di microalgae dopu l'interazzione cù Nb-MXenes.Questi risultati ottenuti sò cumplessi è li prisentamu in SI (Figure S23-S25, cumpresi i risultati di u stadiu MAX è ML MXenes).In corta, i spettri di rifarenza ottenuti di microalgae ci furniscenu infurmazioni impurtanti nantu à e caratteristiche chimiche di questi organismi.Queste vibrazioni più prubabile sò situate à frequenze di 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.unu.1 1 (C–H) è 3280 cm–1 (O–H).Per SL Nb-MXenes, avemu trovu una firma di stretching CH-bond chì hè coherente cù u nostru studiu precedente38.Tuttavia, avemu osservatu chì certi picchi supplementari assuciati cù i ligami C = C è CH sò spariti.Questu indica chì a cumpusizioni chimica di microalgae pò esse sottumessi cambiamenti minori per l'interazzione cù SL Nb-MXenes.
Quandu si cunsiderà i pussibuli cambiamenti in a biochimica di i microalgae, l'accumulazione di l'ossidi inorganici, cum'è l'oxidu di niobiu, deve esse ricunsidutu59.Hè implicatu in l'assunzione di metalli da a superficia cellulare, u so trasportu in u citoplasma, a so associazione cù gruppi carboxyl intracellulari, è a so accumulazione in i polifososomi di microalga20,88,89,90.Inoltre, a relazione trà microalgae è metalli hè mantinuta da i gruppi funziunali di cellule.Per quessa, l'absorzione dipende ancu da a chimica di a superficia di microalgae, chì hè abbastanza cumplessa9,91.In generale, cum'è s'aspittava, a cumpusizioni chimica di microalgae verdi hà cambiatu ligeramente per l'assorbimentu di l'ossidu Nb.
Curiosamente, l'inibizione iniziale osservata di microalgae era reversibile cù u tempu.Cumu avemu osservatu, i microalgae anu superatu u cambiamentu ambientale iniziale è eventualmente hà tornatu à i tassi di crescita normale è ancu aumentatu.I studii di u putenziale zeta mostranu una alta stabilità quandu sò introduttu in i media nutrienti.Cusì, l'interazzione di a superficia trà e cellule di microalga è nanoflakes Nb-MXene hè stata mantinuta durante l'esperimenti di riduzzione.In a nostra ulteriore analisi, riassumemu i principali meccanismi d'azzione sottumessi à stu cumpurtamentu rimarchevule di microalga.
L'osservazioni SEM anu dimustratu chì e microalga tendenu à attache à Nb-MXenes.Utilizendu l'analisi dinamica di l'imaghjini, cunfirmemu chì questu effettu porta à a trasfurmazioni di nanoflakes bidimensionali Nb-MXene in particeddi più sferichi, dimustrendu cusì chì a descomposizione di nanoflakes hè assuciata cù a so oxidazione.Per pruvà a nostra ipotesi, avemu realizatu una seria di studii materiali è biochimici.Dopu a prova, i nanoflakes s'ossidavanu gradualmente è si decomponenu in i prudutti NbO è Nb2O5, chì ùn ponenu micca una minaccia per a microalga verde.Utilizendu l'osservazione FTIR, ùn avemu micca truvatu cambiamenti significativi in ​​a cumpusizioni chimica di microalgae incubate in presenza di nanoflakes 2D Nb-MXene.In cunsiderà a pussibilità di l'assorbimentu di l'ossidu di niobiu da i microalgi, avemu realizatu un analisi di fluoriscenza di raghji X.Questi risultati mostranu chjaramente chì a microalga studiata si alimenta di l'ossidi di niobiu (NbO è Nb2O5), chì ùn sò micca tossichi per a microalga studiata.