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नैनोटेक्नोलॉजी के तेजी से विकास और रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में इसके एकीकरण से पर्यावरण को खतरा हो सकता है।जबकि कार्बनिक संदूषकों के क्षरण के लिए हरित तरीके अच्छी तरह से स्थापित हैं, अकार्बनिक क्रिस्टलीय संदूषकों की पुनर्प्राप्ति बायोट्रांसफॉर्मेशन के प्रति उनकी कम संवेदनशीलता और जैविक संदूषकों के साथ भौतिक सतह की बातचीत की समझ की कमी के कारण प्रमुख चिंता का विषय है।यहां, हम हरे माइक्रोएल्गे रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा 2डी सिरेमिक नैनोमटेरियल्स के बायोरेमेडिएशन तंत्र का पता लगाने के लिए एक साधारण आकार पैरामीटर विश्लेषण विधि के साथ संयुक्त एनबी-आधारित अकार्बनिक 2डी एमएक्सएन्स मॉडल का उपयोग करते हैं।हमने पाया कि सतह से संबंधित भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं के कारण सूक्ष्म शैवाल एनबी-आधारित एमएक्सईन्स को क्षीण कर देते हैं।प्रारंभ में, सिंगल-लेयर और मल्टीलेयर एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स माइक्रोएल्गे की सतह से जुड़े हुए थे, जिससे शैवाल की वृद्धि कुछ हद तक कम हो गई।हालाँकि, सतह के साथ लंबे समय तक संपर्क में रहने पर, सूक्ष्म शैवाल ने एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स को ऑक्सीकरण किया और उन्हें एनबीओ और एनबी2ओ5 में विघटित कर दिया।क्योंकि ये ऑक्साइड माइक्रोएल्गे कोशिकाओं के लिए गैर विषैले होते हैं, वे एक अवशोषण तंत्र द्वारा एनबी ऑक्साइड नैनोकणों का उपभोग करते हैं जो 72 घंटे के जल उपचार के बाद माइक्रोएल्गे को पुनर्स्थापित करता है।अवशोषण से जुड़े पोषक तत्वों का प्रभाव कोशिका की मात्रा में वृद्धि, उनके सुचारू आकार और विकास दर में परिवर्तन में भी परिलक्षित होता है।इन निष्कर्षों के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि मीठे पानी के पारिस्थितिक तंत्र में एनबी-आधारित एमएक्सईएन की अल्पकालिक और दीर्घकालिक उपस्थिति केवल मामूली पर्यावरणीय प्रभाव पैदा कर सकती है।यह उल्लेखनीय है कि, मॉडल सिस्टम के रूप में द्वि-आयामी नैनोमटेरियल का उपयोग करके, हम बारीक कणों वाली सामग्री में भी आकार परिवर्तन को ट्रैक करने की संभावना प्रदर्शित करते हैं।कुल मिलाकर, यह अध्ययन 2डी नैनोमटेरियल्स के बायोरेमेडिएशन तंत्र को संचालित करने वाली सतह संपर्क-संबंधी प्रक्रियाओं के बारे में एक महत्वपूर्ण मौलिक प्रश्न का उत्तर देता है और अकार्बनिक क्रिस्टलीय नैनोमटेरियल्स के पर्यावरणीय प्रभाव के अल्पकालिक और दीर्घकालिक अध्ययन के लिए एक आधार प्रदान करता है।
नैनोमटेरियल्स ने अपनी खोज के बाद से बहुत रुचि पैदा की है, और विभिन्न नैनोटेक्नोलॉजीज ने हाल ही में आधुनिकीकरण चरण1 में प्रवेश किया है।दुर्भाग्य से, रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में नैनोमटेरियल्स के एकीकरण से अनुचित निपटान, लापरवाही से निपटने या अपर्याप्त सुरक्षा बुनियादी ढांचे के कारण आकस्मिक रिलीज हो सकती है।इसलिए, यह मान लेना उचित है कि दो-आयामी (2डी) नैनोमटेरियल सहित नैनोमटेरियल को प्राकृतिक वातावरण में छोड़ा जा सकता है, जिसके व्यवहार और जैविक गतिविधि को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इकोटॉक्सिसिटी संबंधी चिंताओं ने जलीय प्रणालियों2,3,4,5,6 में प्रवेश करने के लिए 2डी नैनोमटेरियल की क्षमता पर ध्यान केंद्रित किया है।इन पारिस्थितिक तंत्रों में, कुछ 2डी नैनोमटेरियल माइक्रोएल्गे सहित विभिन्न ट्रॉफिक स्तरों पर विभिन्न जीवों के साथ बातचीत कर सकते हैं।
सूक्ष्म शैवाल मीठे पानी और समुद्री पारिस्थितिक तंत्र में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आदिम जीव हैं जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से विभिन्न प्रकार के रासायनिक उत्पादों का उत्पादन करते हैं।इस प्रकार, वे जलीय पारिस्थितिक तंत्रों के लिए महत्वपूर्ण हैं8,9,10,11,12 लेकिन इकोटॉक्सिसिटी13,14 के संवेदनशील, सस्ते और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संकेतक भी हैं।चूंकि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं तेजी से बढ़ती हैं और विभिन्न यौगिकों की उपस्थिति पर तुरंत प्रतिक्रिया करती हैं, इसलिए वे कार्बनिक पदार्थों से दूषित पानी के उपचार के लिए पर्यावरण के अनुकूल तरीकों के विकास का वादा कर रहे हैं।15,16।
शैवाल कोशिकाएं बायोसोर्प्शन और संचयन के माध्यम से पानी से अकार्बनिक आयनों को हटा सकती हैं।17,18।कुछ शैवालीय प्रजातियाँ जैसे क्लोरेला, अनाबेना इनवार, वेस्टिएलोप्सिस प्रोलिफिका, स्टिजियोक्लोनियम टेन्यू और सिंटिकोकोकस एसपी।यह Fe2+, Cu2+, Zn2+ और Mn2+19 जैसे जहरीले धातु आयनों को ले जाने और यहां तक ​​कि पोषण करने के लिए भी पाया गया है।अन्य अध्ययनों से पता चला है कि Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ या Pb2+ आयन कोशिका आकृति विज्ञान में परिवर्तन करके और उनके क्लोरोप्लास्ट20,21 को नष्ट करके सीनडेसमस की वृद्धि को सीमित करते हैं।
कार्बनिक प्रदूषकों के अपघटन और भारी धातु आयनों को हटाने के हरित तरीकों ने दुनिया भर के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों का ध्यान आकर्षित किया है।यह मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण है कि इन संदूषकों को तरल चरण में आसानी से संसाधित किया जाता है।हालाँकि, अकार्बनिक क्रिस्टलीय प्रदूषकों की विशेषता कम पानी में घुलनशीलता और विभिन्न बायोट्रांसफॉर्मेशन के लिए कम संवेदनशीलता है, जो निवारण में बड़ी कठिनाइयों का कारण बनता है, और इस क्षेत्र में बहुत कम प्रगति हुई है।इस प्रकार, नैनोमटेरियल्स की मरम्मत के लिए पर्यावरण के अनुकूल समाधानों की खोज एक जटिल और अज्ञात क्षेत्र बनी हुई है।2डी नैनोमटेरियल्स के बायोट्रांसफॉर्मेशन प्रभावों के संबंध में उच्च स्तर की अनिश्चितता के कारण, कमी के दौरान उनके क्षरण के संभावित मार्गों का पता लगाने का कोई आसान तरीका नहीं है।
इस अध्ययन में, हमने अकार्बनिक सिरेमिक सामग्रियों के लिए एक सक्रिय जलीय बायोरेमेडिएशन एजेंट के रूप में हरे माइक्रोएल्गे का उपयोग किया, जो अकार्बनिक सिरेमिक सामग्रियों के प्रतिनिधि के रूप में एमएक्सईएन की गिरावट प्रक्रिया की सीटू निगरानी के साथ संयुक्त है।शब्द "एमएक्सईएन" एमएन+1एक्सएनटीएक्स सामग्री की स्टोइकोमेट्री को दर्शाता है, जहां एम एक प्रारंभिक संक्रमण धातु है, एक्स कार्बन और/या नाइट्रोजन है, टीएक्स एक सतह टर्मिनेटर है (उदाहरण के लिए, -ओएच, -एफ, -सीएल), और एन = 1, 2, 3 या 427.28।नागुइब और अन्य द्वारा एमएक्सईन्स की खोज के बाद से।सेंसरिक्स, कैंसर थेरेपी और झिल्ली निस्पंदन 27,29,30।इसके अलावा, एमएक्सईएन को उनकी उत्कृष्ट कोलाइडल स्थिरता और संभावित जैविक इंटरैक्शन31,32,33,34,35,36 के कारण मॉडल 2डी सिस्टम माना जा सकता है।
इसलिए, इस लेख में विकसित पद्धति और हमारी शोध परिकल्पना चित्र 1 में दिखाई गई है। इस परिकल्पना के अनुसार, सूक्ष्म शैवाल सतह से संबंधित भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं के कारण एनबी-आधारित एमएक्सईन्स को गैर विषैले यौगिकों में बदल देते हैं, जो शैवाल की और अधिक पुनर्प्राप्ति की अनुमति देता है।इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, प्रारंभिक नाइओबियम-आधारित संक्रमण धातु कार्बाइड और/या नाइट्राइड (एमएक्सईएनएस) के परिवार के दो सदस्यों, अर्थात् एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स का चयन किया गया था।
हरे माइक्रोएल्गे रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा एमएक्सईएन रिकवरी के लिए अनुसंधान पद्धति और साक्ष्य-आधारित परिकल्पनाएं।कृपया ध्यान दें कि यह साक्ष्य-आधारित धारणाओं का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व मात्र है।झील का पर्यावरण उपयोग किए गए पोषक माध्यम और स्थितियों (उदाहरण के लिए, दैनिक चक्र और उपलब्ध आवश्यक पोषक तत्वों में सीमाएं) में भिन्न होता है।BioRender.com के साथ बनाया गया।
इसलिए, एमएक्सईएन को एक मॉडल प्रणाली के रूप में उपयोग करके, हमने विभिन्न जैविक प्रभावों के अध्ययन के द्वार खोल दिए हैं जिन्हें अन्य पारंपरिक नैनोमटेरियल्स के साथ नहीं देखा जा सकता है।विशेष रूप से, हम माइक्रोएल्गे रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा दो-आयामी नैनोमटेरियल्स, जैसे कि नाइओबियम-आधारित एमएक्सेन, के बायोरेमेडिएशन की संभावना प्रदर्शित करते हैं।सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes को गैर विषैले ऑक्साइड NbO और Nb2O5 में विघटित करने में सक्षम हैं, जो नाइओबियम ग्रहण तंत्र के माध्यम से पोषक तत्व भी प्रदान करते हैं।कुल मिलाकर, यह अध्ययन सतह भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं से जुड़ी प्रक्रियाओं के बारे में एक महत्वपूर्ण मौलिक प्रश्न का उत्तर देता है जो द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स के बायोरेमेडिएशन के तंत्र को नियंत्रित करता है।इसके अलावा, हम 2डी नैनोमटेरियल के आकार में सूक्ष्म परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए एक सरल आकार-पैरामीटर-आधारित विधि विकसित कर रहे हैं।यह अकार्बनिक क्रिस्टलीय नैनोमटेरियल्स के विभिन्न पर्यावरणीय प्रभावों पर अल्पकालिक और दीर्घकालिक शोध को प्रेरित करता है।इस प्रकार, हमारा अध्ययन भौतिक सतह और जैविक सामग्री के बीच परस्पर क्रिया की समझ को बढ़ाता है।हम मीठे पानी के पारिस्थितिक तंत्र पर उनके संभावित प्रभावों के विस्तारित अल्पकालिक और दीर्घकालिक अध्ययन के लिए आधार भी प्रदान कर रहे हैं, जिसे अब आसानी से सत्यापित किया जा सकता है।
एमएक्सईएन अद्वितीय और आकर्षक भौतिक और रासायनिक गुणों और इसलिए कई संभावित अनुप्रयोगों के साथ सामग्रियों के एक दिलचस्प वर्ग का प्रतिनिधित्व करता है।ये गुण काफी हद तक उनकी स्टोइकोमेट्री और सतह रसायन विज्ञान पर निर्भर हैं।इसलिए, हमारे अध्ययन में, हमने दो प्रकार के Nb-आधारित पदानुक्रमित सिंगल-लेयर (SL) MXenes, Nb2CTx और Nb4C3TX की जांच की, क्योंकि इन नैनोमटेरियल्स के विभिन्न जैविक प्रभाव देखे जा सकते हैं।एमएक्सईएन को परमाणु रूप से पतली मैक्स-चरण ए-परतों के ऊपर से नीचे चयनात्मक नक़्क़ाशी द्वारा उनकी शुरुआती सामग्रियों से उत्पादित किया जाता है।MAX चरण एक टर्नरी सिरेमिक है जो संक्रमण धातु कार्बाइड के "बंधे हुए" ब्लॉक और MnAXn-1 स्टोइकोमेट्री के साथ अल, सी और एसएन जैसे "ए" तत्वों की पतली परतों से बना है।प्रारंभिक MAX चरण की आकृति विज्ञान को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा देखा गया था और यह पिछले अध्ययनों के अनुरूप था (पूरक सूचना, SI, चित्र S1 देखें)।48% एचएफ (हाइड्रोफ्लोरिक एसिड) के साथ अल परत को हटाने के बाद मल्टीलेयर (एमएल) एनबी-एमएक्सईएन प्राप्त किया गया था।ML-Nb2CTx और ML-Nb4C3TX की आकृति विज्ञान की जांच इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) (आंकड़े S1c और S1d क्रमशः) द्वारा की गई थी और एक विशिष्ट स्तरित MXene आकृति विज्ञान देखा गया था, जो लम्बी छिद्र जैसी स्लिट से गुजरने वाले दो-आयामी नैनोफ्लेक्स के समान था।दोनों Nb-MXenes में पहले एसिड नक़्क़ाशी द्वारा संश्लेषित MXene चरणों के साथ बहुत कुछ समान है।एमएक्सईएन की संरचना की पुष्टि करने के बाद, हमने इसे टेट्राब्यूटाइलमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीबीएओएच) के मिश्रण के बाद धुलाई और सोनिकेशन द्वारा स्तरित किया, जिसके बाद हमने सिंगल-लेयर या लो-लेयर (एसएल) 2डी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स प्राप्त किया।
हमने नक़्क़ाशी और आगे छीलने की दक्षता का परीक्षण करने के लिए उच्च रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) और एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) का उपयोग किया।व्युत्क्रम फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (आईएफएफटी) और फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी) का उपयोग करके संसाधित एचआरटीईएम परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं। परमाणु परत की संरचना की जांच करने और इंटरप्लानर दूरी को मापने के लिए एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स को किनारे पर उन्मुख किया गया था।एमएक्सईएन एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स नैनोफ्लेक्स की एचआरटीईएम छवियों ने उनकी परमाणु रूप से पतली परत वाली प्रकृति का खुलासा किया (चित्र 2ए1, ए2 देखें), जैसा कि पहले नागुइब एट अल.27 और जस्त्रज़ेबस्का एट अल.38 द्वारा रिपोर्ट किया गया था।दो आसन्न Nb2CTx और Nb4C3Tx मोनोलेयर्स के लिए, हमने क्रमशः 0.74 और 1.54 एनएम की इंटरलेयर दूरी निर्धारित की (चित्र 2b1,b2), जो हमारे पिछले परिणामों38 से भी सहमत है।इसकी पुष्टि उलटे तेज फूरियर ट्रांसफॉर्म (छवि 2c1, c2) और फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (छवि 2d1, d2) द्वारा की गई, जो Nb2CTx और Nb4C3Tx मोनोलेयर के बीच की दूरी को दर्शाता है।छवि नाइओबियम और कार्बन परमाणुओं के अनुरूप प्रकाश और अंधेरे बैंड का एक विकल्प दिखाती है, जो अध्ययन किए गए एमएक्सएन्स की स्तरित प्रकृति की पुष्टि करती है।यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि Nb2CTx और Nb4C3Tx (आंकड़े S2a और S2b) के लिए प्राप्त ऊर्जा फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX) स्पेक्ट्रा में मूल MAX चरण का कोई अवशेष नहीं दिखा, क्योंकि कोई अल शिखर नहीं पाया गया था।
SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene नैनोफ्लेक्स की विशेषता, जिसमें (ए) उच्च रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) साइड-व्यू 2 डी नैनोफ्लेक इमेजिंग और संबंधित, (बी) तीव्रता मोड, (सी) उलटा फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (आईएफएफटी), (डी) फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी), (ई) एनबी-एमएक्सईएन एक्स-रे पैटर्न शामिल हैं।SL 2D Nb2CTx के लिए, संख्याओं को (a1, b1, c1, d1, e1) के रूप में व्यक्त किया जाता है।SL 2D Nb4C3Tx के लिए, संख्याओं को (a2, b2, c2, d2, e1) के रूप में व्यक्त किया जाता है।
SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXenes के एक्स-रे विवर्तन माप चित्र में दिखाए गए हैं।क्रमशः 2e1 और e2।4.31 और 4.32 पर चोटियाँ (002) क्रमशः पहले वर्णित स्तरित MXenes Nb2CTx और Nb4C3TX38,39,40,41 के अनुरूप हैं।एक्सआरडी परिणाम कुछ अवशिष्ट एमएल संरचनाओं और मैक्स चरणों की उपस्थिति का भी संकेत देते हैं, लेकिन ज्यादातर एक्सआरडी पैटर्न एसएल एनबी4सी3टीएक्स (चित्र 2ई2) से जुड़े हैं।MAX चरण के छोटे कणों की उपस्थिति बेतरतीब ढंग से खड़ी Nb4C3Tx परतों की तुलना में मजबूत MAX शिखर की व्याख्या कर सकती है।
आगे के शोध में आर. सबकैपिटाटा प्रजाति से संबंधित हरे सूक्ष्म शैवाल पर ध्यान केंद्रित किया गया है।हमने सूक्ष्म शैवाल को चुना क्योंकि वे प्रमुख खाद्य जालों42 में शामिल महत्वपूर्ण उत्पादक हैं।खाद्य शृंखला के उच्च स्तर तक ले जाने वाले विषाक्त पदार्थों को हटाने की क्षमता के कारण वे विषाक्तता के सबसे अच्छे संकेतकों में से एक हैं।43।इसके अलावा, आर. सबकैपिटाटा पर शोध सामान्य मीठे पानी के सूक्ष्मजीवों के लिए एसएल एनबी-एमएक्सईन्स की आकस्मिक विषाक्तता पर प्रकाश डाल सकता है।इसे स्पष्ट करने के लिए, शोधकर्ताओं ने परिकल्पना की कि प्रत्येक सूक्ष्म जीव में पर्यावरण में मौजूद विषाक्त यौगिकों के प्रति एक अलग संवेदनशीलता होती है।अधिकांश जीवों के लिए, पदार्थों की कम सांद्रता उनके विकास को प्रभावित नहीं करती है, जबकि एक निश्चित सीमा से ऊपर की सांद्रता उन्हें रोक सकती है या मृत्यु का कारण भी बन सकती है।इसलिए, माइक्रोएल्गे और एमएक्सईन के बीच सतही संपर्क और संबंधित पुनर्प्राप्ति के हमारे अध्ययन के लिए, हमने एनबी-एमएक्सईन की हानिरहित और विषाक्त सांद्रता का परीक्षण करने का निर्णय लिया।ऐसा करने के लिए, हमने 0 (संदर्भ के रूप में), 0.01, 0.1 और 10 मिलीग्राम एल-1 एमएक्सईन की सांद्रता का परीक्षण किया और इसके अतिरिक्त एमएक्सईएन (100 मिलीग्राम एल-1 एमएक्सईएन) की बहुत उच्च सांद्रता के साथ संक्रमित माइक्रोएल्गे का परीक्षण किया, जो अत्यधिक और घातक हो सकता है।.किसी भी जैविक पर्यावरण के लिए.
माइक्रोएल्गे पर SL Nb-MXenes का प्रभाव चित्र 3 में दिखाया गया है, जिसे 0 mg l-1 नमूनों के लिए मापे गए विकास संवर्धन (+) या अवरोध (-) के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया गया है।तुलना के लिए, Nb-MAX चरण और ML Nb-MXenes का भी परीक्षण किया गया और परिणाम SI में दिखाए गए हैं (चित्र S3 देखें)।प्राप्त परिणामों ने पुष्टि की है कि SL Nb-MXenes 0.01 से 10 mg/l तक कम सांद्रता की सीमा में लगभग पूरी तरह से विषाक्तता से रहित है, जैसा कि चित्र 3a,b में दिखाया गया है।Nb2CTx के मामले में, हमने निर्दिष्ट सीमा में 5% से अधिक इकोटॉक्सिसिटी नहीं देखी।
SL (a) Nb2CTx और (b) Nb4C3TX MXene की उपस्थिति में सूक्ष्म शैवाल वृद्धि का उत्तेजना (+) या अवरोध (-)।24, 48 और 72 घंटों के एमएक्सईएन-माइक्रोएल्गे इंटरैक्शन का विश्लेषण किया गया। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी <0.05) को तारांकन चिह्न (*) से चिह्नित किया गया था। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी <0.05) को तारांकन चिह्न (*) से चिह्नित किया गया था। Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी <0.05) को तारांकन चिह्न (*) से चिह्नित किया जाता है।त्रुटि दर (*) त्रुटि।त्रुटि दर (*) त्रुटि। Важные данные (टी-टेस्ट, पी <0,05) отмечены звездочкой (*)। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी <0.05) को तारांकन चिह्न (*) से चिह्नित किया जाता है।लाल तीर निरोधात्मक उत्तेजना के उन्मूलन का संकेत देते हैं।
दूसरी ओर, Nb4C3TX की कम सांद्रता थोड़ी अधिक जहरीली निकली, लेकिन 7% से अधिक नहीं।जैसा कि अपेक्षित था, हमने देखा कि 100mg L-1 पर MXenes में उच्च विषाक्तता और सूक्ष्म शैवाल विकास अवरोध था।दिलचस्प बात यह है कि MAX या ML नमूनों की तुलना में किसी भी सामग्री ने विषाक्त/विषाक्त प्रभावों की समान प्रवृत्ति और समय निर्भरता नहीं दिखाई (विवरण के लिए एसआई देखें)।जबकि MAX चरण के लिए (चित्र S3 देखें) विषाक्तता लगभग 15-25% तक पहुंच गई और समय के साथ बढ़ी, SL Nb2CTx और Nb4C3TX MXene के लिए विपरीत प्रवृत्ति देखी गई।समय के साथ सूक्ष्मशैवाल वृद्धि का अवरोध कम हो गया।24 घंटों के बाद यह लगभग 17% तक पहुंच गया और 72 घंटों के बाद 5% से भी कम हो गया (चित्र 3ए, बी, क्रमशः)।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि SL Nb4C3TX के लिए, माइक्रोएल्गे की वृद्धि अवरोध 24 घंटों के बाद लगभग 27% तक पहुंच गया, लेकिन 72 घंटों के बाद यह घटकर लगभग 1% हो गया।इसलिए, हमने देखे गए प्रभाव को उत्तेजना के विपरीत निषेध के रूप में लेबल किया, और प्रभाव SL Nb4C3TX MXene के लिए अधिक मजबूत था।SL Nb2CTx MXene की तुलना में माइक्रोएल्गे वृद्धि की उत्तेजना को पहले Nb4C3TX (24 घंटे के लिए 10 मिलीग्राम L-1 पर इंटरेक्शन) के साथ नोट किया गया था।अवरोध-उत्तेजना उत्क्रमण प्रभाव को बायोमास दोहरीकरण दर वक्र में भी अच्छी तरह से दिखाया गया था (विवरण के लिए चित्र S4 देखें)।अब तक, केवल Ti3C2TX MXene की इकोटॉक्सिसिटी का अलग-अलग तरीकों से अध्ययन किया गया है।यह जेब्राफिश भ्रूण44 के लिए विषैला नहीं है, लेकिन माइक्रोएल्गे डेस्मोडेसमस क्वाड्रिकौडा और सोरघम सैकराटम पौधों45 के लिए मध्यम रूप से इकोटॉक्सिक है।विशिष्ट प्रभावों के अन्य उदाहरणों में सामान्य कोशिका रेखाओं की तुलना में कैंसर कोशिका रेखाओं में उच्च विषाक्तता शामिल है46,47।यह माना जा सकता है कि परीक्षण की स्थितियाँ Nb-MXenes की उपस्थिति में देखे गए सूक्ष्म शैवाल विकास में परिवर्तन को प्रभावित करेंगी।उदाहरण के लिए, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में लगभग 8 का पीएच रुबिस्को एंजाइम के कुशल संचालन के लिए इष्टतम है।इसलिए, पीएच परिवर्तन प्रकाश संश्लेषण की दर को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं।हालाँकि, हमने प्रयोग के दौरान pH में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं देखा (विवरण के लिए SI, चित्र S5 देखें)।सामान्य तौर पर, Nb-MXenes के साथ माइक्रोएल्गे की संस्कृतियों ने समय के साथ समाधान के पीएच को थोड़ा कम कर दिया।हालाँकि, यह कमी शुद्ध माध्यम के पीएच में बदलाव के समान थी।इसके अलावा, पाई गई विविधताओं की सीमा सूक्ष्मशैवाल (नियंत्रण नमूना) की शुद्ध संस्कृति के लिए मापी गई विविधताओं के समान थी।इस प्रकार, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि समय के साथ पीएच में परिवर्तन से प्रकाश संश्लेषण प्रभावित नहीं होता है।
इसके अलावा, संश्लेषित MXenes में सतही अंत होते हैं (Tx के रूप में चिह्नित)।ये मुख्य रूप से कार्यात्मक समूह -O, -F और -OH हैं।हालाँकि, सतह रसायन विज्ञान सीधे संश्लेषण की विधि से संबंधित है।इन समूहों को सतह पर बेतरतीब ढंग से वितरित माना जाता है, जिससे एमएक्सईएन50 के गुणों पर उनके प्रभाव की भविष्यवाणी करना मुश्किल हो जाता है।यह तर्क दिया जा सकता है कि Tx प्रकाश द्वारा नाइओबियम के ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक बल हो सकता है।सतही कार्यात्मक समूह वास्तव में हेटेरोजंक्शन51 बनाने के लिए अपने अंतर्निहित फोटोकैटलिस्टों के लिए कई एंकरिंग साइट प्रदान करते हैं।हालाँकि, विकास माध्यम संरचना ने एक प्रभावी फोटोकैटलिस्ट प्रदान नहीं किया (विस्तृत माध्यम संरचना एसआई तालिका एस6 में पाई जा सकती है)।इसके अलावा, कोई भी सतह संशोधन भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि परत के बाद के प्रसंस्करण, ऑक्सीकरण, कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के रासायनिक सतह संशोधन 52,53,54,55,56 या सतह चार्ज इंजीनियरिंग38 के कारण एमएक्सेन की जैविक गतिविधि को बदला जा सकता है।इसलिए, यह जांचने के लिए कि क्या नाइओबियम ऑक्साइड का माध्यम में भौतिक अस्थिरता से कोई लेना-देना है, हमने माइक्रोएल्गे विकास माध्यम और विआयनीकृत पानी (तुलना के लिए) में जीटा (ζ) क्षमता का अध्ययन किया।हमारे परिणाम बताते हैं कि एसएल एनबी-एमएक्सईएन काफी स्थिर हैं (मैक्स और एमएल परिणामों के लिए एसआई चित्र एस6 देखें)।SL MXenes की ज़ेटा क्षमता लगभग -10 mV है।SR Nb2CTx के मामले में, ζ का मान Nb4C3Tx की तुलना में कुछ अधिक नकारात्मक है।ζ मान में ऐसा परिवर्तन यह संकेत दे सकता है कि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स की सतह संस्कृति माध्यम से सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों को अवशोषित करती है।संस्कृति माध्यम में एनबी-एमएक्सईन्स की जीटा क्षमता और चालकता का अस्थायी माप (अधिक विवरण के लिए एसआई में आंकड़े एस 7 और एस 8 देखें) हमारी परिकल्पना का समर्थन करते प्रतीत होते हैं।
हालाँकि, दोनों Nb-MXene SL में शून्य से न्यूनतम परिवर्तन दिखे।यह सूक्ष्मशैवाल विकास माध्यम में उनकी स्थिरता को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है।इसके अलावा, हमने मूल्यांकन किया कि क्या हमारे हरे सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति माध्यम में Nb-MXenes की स्थिरता को प्रभावित करेगी।समय के साथ पोषक तत्व मीडिया और संस्कृति में माइक्रोएल्गे के साथ बातचीत के बाद एमएक्सेन की जीटा क्षमता और चालकता के परिणाम एसआई (आंकड़े एस 9 और एस 10) में पाए जा सकते हैं।दिलचस्प बात यह है कि हमने देखा कि सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति दोनों एमएक्सईएन के फैलाव को स्थिर करती प्रतीत होती है।Nb2CTx SL के मामले में, समय के साथ जीटा क्षमता थोड़ी कम होकर अधिक नकारात्मक मान (72 घंटे के ऊष्मायन के बाद -15.8 बनाम -19.1 mV) तक कम हो गई।SL Nb4C3TX की जीटा क्षमता थोड़ी बढ़ गई, लेकिन 72 घंटों के बाद भी इसमें माइक्रोएल्गे की उपस्थिति के बिना नैनोफ्लेक्स की तुलना में अधिक स्थिरता दिखाई दी (-18.1 बनाम -9.1 mV)।
हमने सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति में ऊष्मायन किए गए एनबी-एमएक्सईएन समाधानों की कम चालकता भी पाई, जो पोषक माध्यम में आयनों की कम मात्रा का संकेत देता है।विशेष रूप से, पानी में एमएक्सेन की अस्थिरता मुख्य रूप से सतह ऑक्सीकरण57 के कारण होती है।इसलिए, हमें संदेह है कि हरे सूक्ष्म शैवाल ने किसी तरह एनबी-एमएक्सईएन की सतह पर बने ऑक्साइड को साफ कर दिया और यहां तक ​​कि उनकी घटना (एमएक्सईएन का ऑक्सीकरण) को भी रोक दिया।इसे सूक्ष्म शैवाल द्वारा अवशोषित पदार्थों के प्रकारों का अध्ययन करके देखा जा सकता है।
जबकि हमारे इकोटॉक्सिकोलॉजिकल अध्ययनों से संकेत मिलता है कि माइक्रोएल्गे समय के साथ एनबी-एमएक्सएन्स की विषाक्तता और उत्तेजित विकास के असामान्य अवरोध को दूर करने में सक्षम थे, हमारे अध्ययन का उद्देश्य कार्रवाई के संभावित तंत्र की जांच करना था।जब शैवाल जैसे जीव अपने पारिस्थितिक तंत्र से अपरिचित यौगिकों या सामग्रियों के संपर्क में आते हैं, तो वे विभिन्न तरीकों से प्रतिक्रिया कर सकते हैं58,59।विषैले धातु ऑक्साइड की अनुपस्थिति में, सूक्ष्म शैवाल अपना पोषण स्वयं कर सकते हैं, जिससे उन्हें लगातार बढ़ने का मौका मिलता है60।विषाक्त पदार्थों के अंतर्ग्रहण के बाद, रक्षा तंत्र सक्रिय हो सकते हैं, जैसे कि आकार या रूप बदलना।अवशोषण की संभावना पर भी विचार किया जाना चाहिए58,59.विशेष रूप से, रक्षा तंत्र का कोई भी संकेत परीक्षण यौगिक की विषाक्तता का एक स्पष्ट संकेतक है।इसलिए, हमारे आगे के काम में, हमने एसईएम द्वारा एसएल एनबी-एमएक्सईन नैनोफ्लेक्स और माइक्रोएल्गे के बीच संभावित सतह संपर्क और एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सआरएफ) द्वारा एनबी-आधारित एमएक्सईएन के संभावित अवशोषण की जांच की।ध्यान दें कि गतिविधि विषाक्तता के मुद्दों को संबोधित करने के लिए एसईएम और एक्सआरएफ विश्लेषण केवल एमएक्सईएन की उच्चतम सांद्रता पर किए गए थे।
SEM परिणाम चित्र 4 में दिखाए गए हैं।अनुपचारित माइक्रोएल्गे कोशिकाएं (चित्र 4ए देखें, संदर्भ नमूना) स्पष्ट रूप से विशिष्ट आर. सबकैपिटाटा आकृति विज्ञान और क्रोइसैन-जैसी कोशिका आकृति दिखाती हैं।कोशिकाएँ चपटी और कुछ हद तक अव्यवस्थित दिखाई देती हैं।कुछ सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएँ एक-दूसरे से ओवरलैप हो गईं और उलझ गईं, लेकिन यह संभवतः नमूना तैयार करने की प्रक्रिया के कारण हुआ था।सामान्य तौर पर, शुद्ध सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की सतह चिकनी होती थी और उनमें कोई रूपात्मक परिवर्तन नहीं दिखता था।
एसईएम छवियां अत्यधिक सांद्रता (100 मिलीग्राम एल-1) पर 72 घंटे की बातचीत के बाद हरे माइक्रोएल्गे और एमएक्सईएन नैनोशीट्स के बीच सतह की बातचीत दिखाती हैं।(ए) एसएल (बी) एनबी2सीटीएक्स और (सी) एनबी4सी3टीएक्स एमएक्सईन्स के साथ बातचीत के बाद अनुपचारित हरा माइक्रोएल्गे।ध्यान दें कि Nb-MXene नैनोफ्लेक्स को लाल तीरों से चिह्नित किया गया है।तुलना के लिए, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से तस्वीरें भी जोड़ी जाती हैं।
इसके विपरीत, एसएल एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स द्वारा अधिशोषित माइक्रोएल्गे कोशिकाएं क्षतिग्रस्त हो गईं (चित्र 4 बी, सी, लाल तीर देखें)।Nb2CTx MXene (चित्र 4बी) के मामले में, सूक्ष्म शैवाल संलग्न द्वि-आयामी नैनोस्केल के साथ बढ़ते हैं, जो उनकी आकृति विज्ञान को बदल सकते हैं।विशेष रूप से, हमने इन परिवर्तनों को प्रकाश माइक्रोस्कोपी के तहत भी देखा (विवरण के लिए एसआई चित्र S11 देखें)।इस रूपात्मक संक्रमण का सूक्ष्म शैवाल के शरीर क्रिया विज्ञान और कोशिका आकृति विज्ञान को बदलकर, जैसे कि कोशिका की मात्रा में वृद्धि करके स्वयं का बचाव करने की उनकी क्षमता में एक प्रशंसनीय आधार है।इसलिए, उन सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की संख्या की जांच करना महत्वपूर्ण है जो वास्तव में Nb-MXenes के संपर्क में हैं।एसईएम अध्ययनों से पता चला है कि लगभग 52% माइक्रोएल्गे कोशिकाएं एनबी-एमएक्सएन्स के संपर्क में थीं, जबकि इनमें से 48% माइक्रोएल्गे कोशिकाएं संपर्क से बचती थीं।SL Nb4C3Tx MXene के लिए, माइक्रोएल्गे MXene के संपर्क से बचने की कोशिश करते हैं, जिससे द्वि-आयामी नैनोस्केल से स्थानीयकरण और विकास होता है (चित्र 4c)।हालाँकि, हमने सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में नैनोस्केल के प्रवेश और उनकी क्षति का निरीक्षण नहीं किया।
कोशिका की सतह पर कणों के सोखने और तथाकथित छायांकन (छायांकन) प्रभाव62 के कारण प्रकाश संश्लेषण की रुकावट के लिए स्व-संरक्षण भी एक समय-निर्भर प्रतिक्रिया व्यवहार है।यह स्पष्ट है कि प्रत्येक वस्तु (उदाहरण के लिए, एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स) जो कि सूक्ष्म शैवाल और प्रकाश स्रोत के बीच है, क्लोरोप्लास्ट द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा को सीमित करती है।हालाँकि, हमें इसमें कोई संदेह नहीं है कि इसका प्राप्त परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।जैसा कि हमारे सूक्ष्म अवलोकनों से पता चला है, 2डी नैनोफ्लेक्स माइक्रोएल्गे की सतह पर पूरी तरह से लिपटे या चिपके हुए नहीं थे, तब भी जब माइक्रोएल्गे कोशिकाएं एनबी-एमएक्सईन्स के संपर्क में थीं।इसके बजाय, नैनोफ्लेक्स उनकी सतह को कवर किए बिना माइक्रोएल्गे कोशिकाओं की ओर उन्मुख हो गए।नैनोफ्लेक्स/माइक्रोएल्गे का ऐसा सेट माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा को महत्वपूर्ण रूप से सीमित नहीं कर सकता है।इसके अलावा, कुछ अध्ययनों ने द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स63,64,65,66 की उपस्थिति में प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा प्रकाश अवशोषण में सुधार भी प्रदर्शित किया है।
चूंकि एसईएम छवियां सीधे माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा नाइओबियम के अवशोषण की पुष्टि नहीं कर सकती हैं, इसलिए हमारे आगे के अध्ययन ने इस मुद्दे को स्पष्ट करने के लिए एक्स-रे प्रतिदीप्ति (एक्सआरएफ) और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) विश्लेषण की ओर रुख किया।इसलिए, हमने संदर्भ माइक्रोएल्गे नमूनों की एनबी चोटियों की तीव्रता की तुलना की, जो एमएक्सईएन के साथ बातचीत नहीं करते थे, माइक्रोएल्गे कोशिकाओं की सतह से अलग किए गए एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स, और संलग्न एमएक्सईएन को हटाने के बाद माइक्रोएल्गल कोशिकाएं।यह ध्यान देने योग्य है कि यदि कोई एनबी ग्रहण नहीं है, तो संलग्न नैनोस्केल को हटाने के बाद माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा प्राप्त एनबी मान शून्य होना चाहिए।इसलिए, यदि एनबी ग्रहण होता है, तो एक्सआरएफ और एक्सपीएस दोनों परिणामों को स्पष्ट एनबी शिखर दिखाना चाहिए।
XRF स्पेक्ट्रा के मामले में, माइक्रोएल्गे के नमूनों ने SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene के साथ बातचीत के बाद SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene के लिए Nb चोटियों को दिखाया (चित्र 5a देखें, यह भी ध्यान दें कि MAX और ML MXenes के परिणाम SI, चित्र S12-C17 में दिखाए गए हैं)।दिलचस्प बात यह है कि एनबी शिखर की तीव्रता दोनों मामलों में समान है (चित्र 5 ए में लाल पट्टियाँ)।इससे संकेत मिलता है कि शैवाल अधिक एनबी को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, और एनबी संचय के लिए अधिकतम क्षमता कोशिकाओं में हासिल की गई थी, हालांकि दो गुना अधिक एनबी 4 सी 3 टीएक्स एमएक्सईएन माइक्रोएल्गे कोशिकाओं (चित्र 5 ए में नीली पट्टियाँ) से जुड़ा हुआ था।विशेष रूप से, सूक्ष्म शैवाल की धातुओं को अवशोषित करने की क्षमता पर्यावरण में धातु ऑक्साइड की सांद्रता पर निर्भर करती है।शमशादा एट अल.67 ने पाया कि बढ़ते पीएच के साथ मीठे पानी के शैवाल की अवशोषण क्षमता कम हो जाती है।रायज़ एट अल.68 ने नोट किया कि समुद्री शैवाल की धातुओं को अवशोषित करने की क्षमता Ni2+ की तुलना में Pb2+ के लिए लगभग 25% अधिक थी।
(ए) 72 घंटों के लिए एसएल एनबी-एमएक्सईन्स (100 मिलीग्राम एल-1) की अत्यधिक सांद्रता में ऊष्मायन किए गए हरे माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा बेसल एनबी ग्रहण के एक्सआरएफ परिणाम।परिणाम शुद्ध माइक्रोएल्गे कोशिकाओं (नियंत्रण नमूना, ग्रे कॉलम), सतह माइक्रोएल्गे कोशिकाओं (नीले कॉलम) से पृथक 2डी नैनोफ्लेक्स, और सतह (लाल कॉलम) से 2डी नैनोफ्लेक्स को अलग करने के बाद माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में α की उपस्थिति दिखाते हैं।मौलिक एनबी की मात्रा, (बी) एसएल एनबी-एमएक्सईंस के साथ ऊष्मायन के बाद माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में मौजूद माइक्रोएल्गे कार्बनिक घटकों (सी = ओ और सीएचएक्स / सी-ओ) और एनबी ऑक्साइड की रासायनिक संरचना का प्रतिशत, (सी-ई) एक्सपीएस एसएल एनबी 2 सीटीएक्स स्पेक्ट्रा और (एफएच) एसएल एनबी 4 सी 3 टीएक्स एमएक्सईएन की संरचना शिखर की फिटिंग माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा आंतरिककृत।
इसलिए, हमें उम्मीद थी कि एनबी को ऑक्साइड के रूप में शैवाल कोशिकाओं द्वारा अवशोषित किया जा सकता है।इसका परीक्षण करने के लिए, हमने MXenes Nb2CTx और Nb4C3TX और शैवाल कोशिकाओं पर XPS अध्ययन किया।शैवाल कोशिकाओं से पृथक Nb-MXenes और MXenes के साथ माइक्रोएल्गे की परस्पर क्रिया के परिणाम अंजीर में दिखाए गए हैं।5बी.जैसा कि अपेक्षित था, हमने माइक्रोएल्गे की सतह से एमएक्सईएन को हटाने के बाद माइक्रोएल्गे नमूनों में एनबी 3डी चोटियों का पता लगाया।C=O, CHx/CO और Nb ऑक्साइड के मात्रात्मक निर्धारण की गणना Nb2CTx SL (चित्र 5c-e) और Nb4C3Tx SL (चित्र 5c-e) के साथ प्राप्त Nb 3d, O 1s और C 1s स्पेक्ट्रा के आधार पर की गई थी।) इनक्यूबेटेड माइक्रोएल्गे से प्राप्त किया गया।चित्र 5f-h) MXenes।तालिका S1-3 फिट के परिणामस्वरूप चरम मापदंडों और समग्र रसायन विज्ञान का विवरण दिखाती है।यह उल्लेखनीय है कि Nb2CTx SL और Nb4C3Tx SL (चित्र 5c, f) के Nb 3d क्षेत्र एक Nb2O5 घटक के अनुरूप हैं।यहां, हमें स्पेक्ट्रा में कोई एमएक्सईएन-संबंधित शिखर नहीं मिला, जो दर्शाता है कि माइक्रोएल्गे कोशिकाएं केवल एनबी के ऑक्साइड रूप को अवशोषित करती हैं।इसके अलावा, हमने C-C, CHx/C-O, C=O, और -COOH घटकों के साथ C 1 s स्पेक्ट्रम का अनुमान लगाया।हमने माइक्रोएल्गे कोशिकाओं के कार्बनिक योगदान के लिए CHx/C-O और C=O शिखर निर्दिष्ट किए हैं।ये कार्बनिक घटक क्रमशः Nb2CTx SL और Nb4C3TX SL में C 1s शिखर का 36% और 41% हिस्सा हैं।फिर हमने SL Nb2CTx और SL Nb4C3TX के O 1s स्पेक्ट्रा को Nb2O5, माइक्रोएल्गे के कार्बनिक घटकों (CHx/CO) और सतह सोखने वाले पानी के साथ फिट किया।
अंत में, एक्सपीएस परिणामों ने स्पष्ट रूप से एनबी के रूप का संकेत दिया, न कि केवल इसकी उपस्थिति का।एनबी 3डी सिग्नल की स्थिति और डिकोनवोल्यूशन के परिणामों के अनुसार, हम पुष्टि करते हैं कि एनबी केवल ऑक्साइड के रूप में अवशोषित होता है, आयनों या एमएक्सईन के रूप में नहीं।इसके अलावा, एक्सपीएस परिणामों से पता चला कि माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में एसएल एनबी4सी3टीएक्स एमएक्सईएन की तुलना में एसएल एनबी2सीटीएक्स से एनबी ऑक्साइड ग्रहण करने की अधिक क्षमता है।
जबकि हमारे एनबी ग्रहण परिणाम प्रभावशाली हैं और हमें एमएक्सईएन गिरावट की पहचान करने की अनुमति देते हैं, 2डी नैनोफ्लेक्स में संबंधित रूपात्मक परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए कोई विधि उपलब्ध नहीं है।इसलिए, हमने एक उपयुक्त विधि विकसित करने का भी निर्णय लिया जो 2डी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स और माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में होने वाले किसी भी बदलाव पर सीधे प्रतिक्रिया दे सके।यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि हम मानते हैं कि यदि परस्पर क्रिया करने वाली प्रजातियाँ किसी भी परिवर्तन, अपघटन या विखंडन से गुजरती हैं, तो इसे जल्दी ही आकार के मापदंडों में परिवर्तन के रूप में प्रकट होना चाहिए, जैसे कि समतुल्य गोलाकार क्षेत्र का व्यास, गोलाई, फ़ेरेट की चौड़ाई, या फ़ेरेट की लंबाई।चूंकि ये पैरामीटर लंबे कणों या दो-आयामी नैनोफ्लेक्स का वर्णन करने के लिए उपयुक्त हैं, गतिशील कण आकार विश्लेषण द्वारा उनकी ट्रैकिंग हमें कमी के दौरान एसएल एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स के रूपात्मक परिवर्तन के बारे में बहुमूल्य जानकारी देगी।
प्राप्त परिणाम चित्र 6 में दिखाए गए हैं। तुलना के लिए, हमने मूल MAX चरण और ML-MXenes का भी परीक्षण किया (SI आंकड़े S18 और S19 देखें)।कण आकार के गतिशील विश्लेषण से पता चला कि माइक्रोएल्गे के साथ बातचीत के बाद दो एनबी-एमएक्सईएन एसएल के सभी आकार पैरामीटर महत्वपूर्ण रूप से बदल गए।जैसा कि समतुल्य गोलाकार क्षेत्र व्यास पैरामीटर (छवि 6 ए, बी) द्वारा दिखाया गया है, बड़े नैनोफ्लेक्स के अंश की कम शिखर तीव्रता इंगित करती है कि वे छोटे टुकड़ों में क्षय हो जाते हैं।अंजीर पर.6सी, डी फ्लेक्स के अनुप्रस्थ आकार (नैनोफ्लेक्स का बढ़ाव) से जुड़ी चोटियों में कमी दिखाता है, जो 2डी नैनोफ्लेक्स के अधिक कण-जैसे आकार में परिवर्तन का संकेत देता है।चित्र 6e-h क्रमशः फेरेट की चौड़ाई और लंबाई दिखा रहा है।फ़ेरेट की चौड़ाई और लंबाई पूरक पैरामीटर हैं और इसलिए उन पर एक साथ विचार किया जाना चाहिए।माइक्रोएल्गे की उपस्थिति में 2डी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स के ऊष्मायन के बाद, उनके फेरेट सहसंबंध शिखर स्थानांतरित हो गए और उनकी तीव्रता कम हो गई।आकृति विज्ञान, एक्सआरएफ और एक्सपीएस के संयोजन में इन परिणामों के आधार पर, हमने निष्कर्ष निकाला कि देखे गए परिवर्तन दृढ़ता से ऑक्सीकरण से संबंधित हैं क्योंकि ऑक्सीकृत एमएक्सईएन अधिक झुर्रीदार हो जाते हैं और टुकड़ों और गोलाकार ऑक्साइड कणों69,70 में टूट जाते हैं।
हरे सूक्ष्म शैवाल के साथ अंतःक्रिया के बाद एमएक्सईएन परिवर्तन का विश्लेषण।गतिशील कण आकार विश्लेषण ऐसे मापदंडों को ध्यान में रखता है जैसे (ए, बी) समतुल्य गोलाकार क्षेत्र का व्यास, (सी, डी) गोलाई, (ई, एफ) फेरेट चौड़ाई और (जी, एच) फेरेट लंबाई।इसके लिए, प्राथमिक SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx MXenes, अवक्रमित माइक्रोएल्गे और उपचारित माइक्रोएल्गे SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx MXenes के साथ दो संदर्भ माइक्रोएल्गे नमूनों का विश्लेषण किया गया।लाल तीर अध्ययन किए गए द्वि-आयामी नैनोफ्लेक्स के आकार मापदंडों के संक्रमण को दर्शाते हैं।
चूंकि आकार पैरामीटर विश्लेषण बहुत विश्वसनीय है, यह माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में रूपात्मक परिवर्तनों को भी प्रकट कर सकता है।इसलिए, हमने 2डी एनबी नैनोफ्लेक्स के साथ बातचीत के बाद शुद्ध माइक्रोएल्गे कोशिकाओं और कोशिकाओं के समतुल्य गोलाकार क्षेत्र व्यास, गोलाई और फेरेट चौड़ाई/लंबाई का विश्लेषण किया।अंजीर पर.6ए-एच शैवाल कोशिकाओं के आकार मापदंडों में परिवर्तन दिखाता है, जैसा कि चरम तीव्रता में कमी और उच्च मूल्यों की ओर मैक्सिमा के बदलाव से पता चलता है।विशेष रूप से, कोशिका गोलाई मापदंडों में लम्बी कोशिकाओं में कमी और गोलाकार कोशिकाओं में वृद्धि देखी गई (चित्र 6 ए, बी)।इसके अलावा, SL Nb4C3TX MXene (चित्र 6f) की तुलना में SL Nb2CTx MXene (छवि 6e) के साथ बातचीत के बाद फेरेट सेल की चौड़ाई कई माइक्रोमीटर बढ़ गई।हमें संदेह है कि यह Nb2CTx SR के साथ बातचीत करने पर माइक्रोएल्गे द्वारा Nb ऑक्साइड के तीव्र अवशोषण के कारण हो सकता है।उनकी सतह पर एनबी फ्लेक्स के कम कठोर जुड़ाव के परिणामस्वरूप न्यूनतम छायांकन प्रभाव के साथ कोशिका वृद्धि हो सकती है।
सूक्ष्म शैवाल के आकार और आकार के मापदंडों में परिवर्तन के हमारे अवलोकन अन्य अध्ययनों के पूरक हैं।हरे सूक्ष्म शैवाल पर्यावरणीय तनाव की प्रतिक्रिया में कोशिका आकार, आकार या चयापचय61 को बदलकर अपनी आकृति विज्ञान को बदल सकते हैं।उदाहरण के लिए, कोशिकाओं का आकार बदलने से पोषक तत्वों का अवशोषण आसान हो जाता है71।छोटी शैवाल कोशिकाएं कम पोषक तत्व ग्रहण करती हैं और विकास दर ख़राब होती है।इसके विपरीत, बड़ी कोशिकाएं अधिक पोषक तत्वों का उपभोग करती हैं, जिन्हें बाद में इंट्रासेल्युलर रूप से जमा किया जाता है72,73।मचाडो और सोरेस ने पाया कि कवकनाशी ट्राईक्लोसन कोशिका का आकार बढ़ा सकता है।उन्होंने शैवाल74 के आकार में भी गहरा परिवर्तन पाया।इसके अलावा, यिन एट अल.9 ने कम ग्राफीन ऑक्साइड नैनोकम्पोजिट्स के संपर्क के बाद शैवाल में रूपात्मक परिवर्तनों का भी खुलासा किया।इसलिए, यह स्पष्ट है कि सूक्ष्म शैवाल के परिवर्तित आकार/आकार पैरामीटर एमएक्सईएन की उपस्थिति के कारण होते हैं।चूंकि आकार और आकार में यह परिवर्तन पोषक तत्व ग्रहण में परिवर्तन का संकेत है, हमारा मानना ​​है कि समय के साथ आकार और आकार मापदंडों का विश्लेषण एनबी-एमएक्सईंस की उपस्थिति में माइक्रोएल्गे द्वारा नाइओबियम ऑक्साइड के अवशोषण को प्रदर्शित कर सकता है।
इसके अलावा, एमएक्सईन्स को शैवाल की उपस्थिति में ऑक्सीकरण किया जा सकता है।दलाई एट अल.75 ने देखा कि नैनो-टीओओ2 और अल2ओ376 के संपर्क में आने वाले हरे शैवाल की आकृति विज्ञान एक समान नहीं था।यद्यपि हमारे अवलोकन वर्तमान अध्ययन के समान हैं, यह केवल 2डी नैनोफ्लेक्स की उपस्थिति में एमएक्सईएन गिरावट उत्पादों के संदर्भ में बायोरेमेडिएशन के प्रभावों के अध्ययन के लिए प्रासंगिक है, नैनोकणों के लिए नहीं।चूँकि MXenes धातु ऑक्साइड,31,32,77,78 में विघटित हो सकते हैं, इसलिए यह मान लेना उचित है कि हमारे Nb नैनोफ्लेक्स माइक्रोएल्गे कोशिकाओं के साथ बातचीत के बाद Nb ऑक्साइड भी बना सकते हैं।
ऑक्सीकरण प्रक्रिया के आधार पर एक अपघटन तंत्र के माध्यम से 2डी-एनबी नैनोफ्लेक्स की कमी को समझाने के लिए, हमने उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) (छवि 7 ए, बी) और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) (छवि 7) का उपयोग करके अध्ययन किया।7सी-आई और टेबल एस4-5)।दोनों दृष्टिकोण 2डी सामग्रियों के ऑक्सीकरण का अध्ययन करने और एक दूसरे के पूरक के लिए उपयुक्त हैं।एचआरटीईएम द्वि-आयामी स्तरित संरचनाओं के क्षरण और उसके बाद धातु ऑक्साइड नैनोकणों की उपस्थिति का विश्लेषण करने में सक्षम है, जबकि एक्सपीएस सतह बांड के प्रति संवेदनशील है।इस उद्देश्य के लिए, हमने माइक्रोएल्गे सेल फैलाव से निकाले गए 2डी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स का परीक्षण किया, यानी माइक्रोएल्गे कोशिकाओं के साथ बातचीत के बाद उनका आकार (चित्र 7 देखें)।
एचआरटीईएम छवियां ऑक्सीकृत (ए) एसएल एनबी2सीटीएक्स और (बी) एसएल एनबी4सी3टीएक्स एमएक्सईंस की आकृति विज्ञान दिखा रही हैं, एक्सपीएस विश्लेषण परिणाम दिखा रहे हैं (सी) कमी के बाद ऑक्साइड उत्पादों की संरचना, (डी-एफ) एसएल एनबी2सीटीएक्स के एक्सपीएस स्पेक्ट्रा के घटकों का शिखर मिलान और (जी-आई) एनबी4सी3टीएक्स एसएल हरे माइक्रोएल्गे के साथ मरम्मत की गई है।
एचआरटीईएम अध्ययन ने दो प्रकार के एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स के ऑक्सीकरण की पुष्टि की।यद्यपि नैनोफ्लेक्स ने कुछ हद तक अपनी द्वि-आयामी आकृति विज्ञान को बरकरार रखा, ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स की सतह को कवर करने वाले कई नैनोकणों की उपस्थिति हुई (चित्र 7 ए, बी देखें)।सी एनबी 3डी और ओ 1एस संकेतों के एक्सपीएस विश्लेषण से संकेत मिलता है कि दोनों मामलों में एनबी ऑक्साइड का गठन हुआ था।जैसा कि चित्र 7सी में दिखाया गया है, 2डी एमएक्सईएन एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स में एनबी 3डी सिग्नल हैं जो एनबीओ और एनबी2ओ5 ऑक्साइड की उपस्थिति का संकेत देते हैं, जबकि ओ 1एस सिग्नल 2डी नैनोफ्लेक सतह के कार्यात्मककरण से जुड़े ओ-एनबी बांड की संख्या को दर्शाते हैं।हमने देखा कि Nb-C और Nb3+-O की तुलना में Nb ऑक्साइड का योगदान प्रमुख है।
अंजीर पर.चित्र 7g-i माइक्रोएल्गे कोशिकाओं से पृथक Nb 3d, C 1s, और O 1s SL Nb2CTx (चित्र 7d-f देखें) और SL Nb4C3TX MXene का XPS स्पेक्ट्रा दिखाते हैं।Nb-MXenes शिखर मापदंडों का विवरण क्रमशः तालिका S4–5 में प्रदान किया गया है।हमने सबसे पहले एनबी 3डी की संरचना का विश्लेषण किया।माइक्रोएल्गे कोशिकाओं द्वारा अवशोषित एनबी के विपरीत, माइक्रोएल्गे कोशिकाओं से पृथक एमएक्सईएन में एनबी2ओ5 के अलावा अन्य घटक पाए गए।Nb2CTx SL में, हमने 15% की मात्रा में Nb3+-O का योगदान देखा, जबकि शेष Nb 3d स्पेक्ट्रम पर Nb2O5 (85%) का प्रभुत्व था।इसके अलावा, SL Nb4C3TX नमूने में Nb-C (9%) और Nb2O5 (91%) घटक शामिल हैं।यहां Nb-C, Nb4C3Tx SR में धातु कार्बाइड की दो आंतरिक परमाणु परतों से आता है।फिर हम C 1s स्पेक्ट्रा को चार अलग-अलग घटकों में मैप करते हैं, जैसा कि हमने आंतरिक नमूनों में किया था।जैसा कि अपेक्षित था, C 1s स्पेक्ट्रम में ग्रेफाइटिक कार्बन का प्रभुत्व है, इसके बाद माइक्रोएल्गे कोशिकाओं से कार्बनिक कणों (CHx/CO और C=O) का योगदान है।इसके अलावा, O 1s स्पेक्ट्रम में, हमने माइक्रोएल्गे कोशिकाओं, नाइओबियम ऑक्साइड और अधिशोषित पानी के कार्बनिक रूपों के योगदान को देखा।
इसके अलावा, हमने जांच की कि क्या Nb-MXenes दरार पोषक माध्यम और/या माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) की उपस्थिति से जुड़ी है।इस उद्देश्य के लिए, हमने कल्चर मीडियम और इंट्रासेल्युलर ग्लूटाथियोन में सिंगलेट ऑक्सीजन (1O2) के स्तर का आकलन किया, एक थियोल जो माइक्रोएल्गे में एंटीऑक्सिडेंट के रूप में कार्य करता है।परिणाम SI (आंकड़े S20 और S21) में दिखाए गए हैं।SL Nb2CTx और Nb4C3TX MXenes वाले कल्चर को 1O2 की कम मात्रा की विशेषता थी (चित्र S20 देखें)।SL Nb2CTx के मामले में, MXene 1O2 लगभग 83% तक कम हो गया है।SL का उपयोग करने वाले सूक्ष्म शैवाल संस्कृतियों के लिए, Nb4C3TX 1O2 और भी कम होकर 73% हो गया।दिलचस्प बात यह है कि 1O2 में बदलावों ने पहले देखे गए निरोधात्मक-उत्तेजक प्रभाव के समान ही प्रवृत्ति दिखाई (चित्र 3 देखें)।यह तर्क दिया जा सकता है कि उज्ज्वल प्रकाश में ऊष्मायन फोटोऑक्सीकरण को बदल सकता है।हालाँकि, नियंत्रण विश्लेषण के परिणामों ने प्रयोग के दौरान 1O2 का लगभग स्थिर स्तर दिखाया (चित्र S22)।इंट्रासेल्युलर आरओएस स्तरों के मामले में, हमने भी वही गिरावट देखी (चित्र S21 देखें)।प्रारंभ में, Nb2CTx और Nb4C3Tx SLs की उपस्थिति में सुसंस्कृत माइक्रोएल्गे कोशिकाओं में ROS का स्तर माइक्रोएल्गे की शुद्ध संस्कृतियों में पाए गए स्तरों से अधिक था।अंततः, हालांकि, ऐसा प्रतीत हुआ कि माइक्रोएल्गे दोनों Nb-MXenes की उपस्थिति के लिए अनुकूलित हो गए, क्योंकि ROS का स्तर क्रमशः SL Nb2CTx और Nb4C3TX के साथ लगाए गए माइक्रोएल्गे की शुद्ध संस्कृतियों में मापे गए स्तरों के 85% और 91% तक कम हो गया।यह संकेत दे सकता है कि सूक्ष्म शैवाल अकेले पोषक माध्यम की तुलना में एनबी-एमएक्सईएन की उपस्थिति में समय के साथ अधिक आरामदायक महसूस करते हैं।
सूक्ष्म शैवाल प्रकाश संश्लेषक जीवों का एक विविध समूह है।प्रकाश संश्लेषण के दौरान, वे वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को कार्बनिक कार्बन में परिवर्तित करते हैं।प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद ग्लूकोज और ऑक्सीजन79 हैं।हमें संदेह है कि इस प्रकार बनी ऑक्सीजन Nb-MXenes के ऑक्सीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।इसके लिए एक संभावित स्पष्टीकरण यह है कि अंतर वातन पैरामीटर एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स के बाहर और अंदर ऑक्सीजन के कम और उच्च आंशिक दबाव पर बनता है।इसका मतलब यह है कि जहां भी ऑक्सीजन के विभिन्न आंशिक दबाव वाले क्षेत्र हैं, सबसे निचले स्तर वाला क्षेत्र एनोड 80, 81, 82 का निर्माण करेगा। यहां, माइक्रोएल्गे एमएक्सईएन फ्लेक्स की सतह पर विभेदित वातित कोशिकाओं के निर्माण में योगदान करते हैं, जो अपने प्रकाश संश्लेषक गुणों के कारण ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं।परिणामस्वरूप, जैव संक्षारण उत्पाद (इस मामले में, नाइओबियम ऑक्साइड) बनते हैं।दूसरा पहलू यह है कि सूक्ष्म शैवाल कार्बनिक अम्ल का उत्पादन कर सकते हैं जो पानी में छोड़े जाते हैं83,84।इसलिए, एक आक्रामक वातावरण बनता है, जिससे Nb-MXenes बदल जाता है।इसके अलावा, कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण के कारण सूक्ष्म शैवाल पर्यावरण के पीएच को क्षारीय में बदल सकते हैं, जिससे संक्षारण भी हो सकता है79।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि हमारे अध्ययन में उपयोग किया गया अंधेरा/प्रकाश फोटोपीरियड प्राप्त परिणामों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।इस पहलू का जेमाई-ज़ोग्लाचे एट अल में विस्तार से वर्णन किया गया है।85 उन्होंने लाल माइक्रोएल्गे पोरफाइरिडियम पर्प्यूरियम द्वारा जैव ईंधन से जुड़े जैव संक्षारण को प्रदर्शित करने के लिए जानबूझकर 12/12 घंटे की फोटोपीरियोड का उपयोग किया।वे दिखाते हैं कि फोटोपेरियोड बायोकोरोशन के बिना क्षमता के विकास से जुड़ा हुआ है, जो 24:00 बजे के आसपास स्यूडोपेरियोडिक दोलनों के रूप में प्रकट होता है।इन टिप्पणियों की पुष्टि डाउलिंग एट अल द्वारा की गई थी।86 उन्होंने सायनोबैक्टीरिया एनाबेना के प्रकाश संश्लेषक बायोफिल्म का प्रदर्शन किया।घुली हुई ऑक्सीजन प्रकाश की क्रिया के तहत बनती है, जो मुक्त जैव संक्षारण क्षमता में परिवर्तन या उतार-चढ़ाव से जुड़ी होती है।फोटोपीरियड के महत्व को इस तथ्य से बल दिया जाता है कि जैव संक्षारण की मुक्त क्षमता प्रकाश चरण में बढ़ जाती है और अंधेरे चरण में घट जाती है।यह प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्म शैवाल द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन के कारण होता है, जो इलेक्ट्रोड87 के पास उत्पन्न आंशिक दबाव के माध्यम से कैथोडिक प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है।
इसके अलावा, एनबी-एमएक्सएन्स के साथ बातचीत के बाद माइक्रोएल्गे कोशिकाओं की रासायनिक संरचना में कोई बदलाव हुआ या नहीं, यह पता लगाने के लिए फूरियर ट्रांसफॉर्म इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफटीआईआर) का प्रदर्शन किया गया।ये प्राप्त परिणाम जटिल हैं और हम उन्हें SI (आंकड़े S23-S25, MAX चरण और ML MXenes के परिणामों सहित) में प्रस्तुत करते हैं।संक्षेप में, सूक्ष्म शैवाल के प्राप्त संदर्भ स्पेक्ट्रा हमें इन जीवों की रासायनिक विशेषताओं के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं।ये सबसे संभावित कंपन 1060 सेमी-1 (सीओ), 1540 सेमी-1, 1640 सेमी-1 (सी=सी), 1730 सेमी-1 (सी=ओ), 2850 सेमी-1, 2920 सेमी-1 की आवृत्तियों पर स्थित हैं।एक।1 1 (सी-एच) और 3280 सेमी-1 (ओ-एच)।SL Nb-MXenes के लिए, हमें एक CH-बॉन्ड स्ट्रेचिंग सिग्नेचर मिला जो हमारे पिछले अध्ययन38 के अनुरूप है।हालाँकि, हमने देखा कि C=C और CH बांड से जुड़ी कुछ अतिरिक्त चोटियाँ गायब हो गईं।यह इंगित करता है कि एसएल एनबी-एमएक्सएन्स के साथ बातचीत के कारण माइक्रोएल्गे की रासायनिक संरचना में मामूली बदलाव हो सकते हैं।
सूक्ष्म शैवाल की जैव रसायन में संभावित परिवर्तनों पर विचार करते समय, नाइओबियम ऑक्साइड जैसे अकार्बनिक ऑक्साइड के संचय पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता है59।यह कोशिका की सतह से धातुओं के अवशोषण, साइटोप्लाज्म में उनके परिवहन, इंट्रासेल्युलर कार्बोक्सिल समूहों के साथ उनके जुड़ाव और माइक्रोएल्गे पॉलीफॉस्फोसोम में उनके संचय20,88,89,90 में शामिल है।इसके अलावा, सूक्ष्म शैवाल और धातुओं के बीच संबंध कोशिकाओं के कार्यात्मक समूहों द्वारा बनाए रखा जाता है।इस कारण से, अवशोषण सूक्ष्मशैवाल सतह रसायन विज्ञान पर भी निर्भर करता है, जो काफी जटिल9,91 है।सामान्य तौर पर, जैसा कि अपेक्षित था, एनबी ऑक्साइड के अवशोषण के कारण हरे सूक्ष्म शैवाल की रासायनिक संरचना थोड़ी बदल गई।
दिलचस्प बात यह है कि माइक्रोएल्गे का देखा गया प्रारंभिक अवरोध समय के साथ प्रतिवर्ती था।जैसा कि हमने देखा, सूक्ष्म शैवाल ने प्रारंभिक पर्यावरणीय परिवर्तन पर काबू पा लिया और अंततः सामान्य विकास दर पर लौट आया और यहां तक ​​कि वृद्धि भी हुई।पोषक तत्व मीडिया में पेश किए जाने पर ज़ेटा क्षमता का अध्ययन उच्च स्थिरता दिखाता है।इस प्रकार, कमी प्रयोगों के दौरान माइक्रोएल्गे कोशिकाओं और एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स के बीच सतह की बातचीत को बनाए रखा गया था।हमारे आगे के विश्लेषण में, हम सूक्ष्म शैवाल के इस उल्लेखनीय व्यवहार के अंतर्निहित क्रिया के मुख्य तंत्र का सारांश प्रस्तुत करते हैं।
SEM अवलोकनों से पता चला है कि सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes से जुड़ जाते हैं।गतिशील छवि विश्लेषण का उपयोग करते हुए, हम पुष्टि करते हैं कि यह प्रभाव द्वि-आयामी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स को अधिक गोलाकार कणों में परिवर्तित करता है, जिससे यह प्रदर्शित होता है कि नैनोफ्लेक्स का अपघटन उनके ऑक्सीकरण से जुड़ा हुआ है।अपनी परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, हमने सामग्री और जैव रासायनिक अध्ययनों की एक श्रृंखला आयोजित की।परीक्षण के बाद, नैनोफ्लेक्स धीरे-धीरे ऑक्सीकरण और एनबीओ और एनबी2ओ5 उत्पादों में विघटित हो गए, जिससे हरे माइक्रोएल्गे को कोई खतरा नहीं हुआ।एफटीआईआर अवलोकन का उपयोग करते हुए, हमें 2डी एनबी-एमएक्सईएन नैनोफ्लेक्स की उपस्थिति में ऊष्मायन किए गए माइक्रोएल्गे की रासायनिक संरचना में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं मिला।माइक्रोएल्गे द्वारा नाइओबियम ऑक्साइड के अवशोषण की संभावना को ध्यान में रखते हुए, हमने एक एक्स-रे प्रतिदीप्ति विश्लेषण किया।ये परिणाम स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि अध्ययन किया गया सूक्ष्म शैवाल नाइओबियम ऑक्साइड (NbO और Nb2O5) पर फ़ीड करता है, जो अध्ययन किए गए सूक्ष्म शैवाल के लिए गैर विषैले हैं।