Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazivat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak s tri slajda odjednom. Koristite gumbe Prethodno i Sljedeće za pomicanje kroz tri slajda odjednom ili upotrijebite klizače na kraju za pomicanje kroz tri slajda odjednom.
Brzi razvoj nanotehnologije i njezina integracija u svakodnevne primjene mogu ugroziti okoliš. Iako su zelene metode za razgradnju organskih onečišćujućih tvari dobro uspostavljene, oporavak anorganskih kristalnih onečišćujućih tvari od velike je važnosti zbog njihove niske osjetljivosti na biotransformaciju i nedostatka razumijevanja interakcija površine materijala s biološkim onečišćujućim tvarima. Ovdje koristimo anorganski 2D MXene model na bazi Nb u kombinaciji s jednostavnom metodom analize parametara oblika kako bismo pratili mehanizam bioremedijacije 2D keramičkih nanomaterijala pomoću zelene mikroalge Raphidocelis subcapitata. Otkrili smo da mikroalge razgrađuju MXene na bazi Nb zbog fizikalno-kemijskih 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 dulje interakcije s površinom, mikroalge su oksidirale MXene nanopahuljice i dalje ih razgradile na NbO i Nb2O5. Budući da ovi oksidi nisu toksični za stanice mikroalgi, oni troše nanočestice Nb oksida mehanizmom apsorpcije koji dodatno obnavlja mikroalge nakon 72 sata obrade vode. Učinci hranjivih tvari povezanih s apsorpcijom također se odražavaju u povećanju volumena stanica, njihovom glatkom obliku i promjeni brzine rasta. Na temelju ovih nalaza zaključujemo da kratkoročna i dugoročna prisutnost MXena na bazi Nb u slatkovodnim ekosustavima može uzrokovati samo manje utjecaje na okoliš. Vrijedno je napomenuti da, koristeći dvodimenzionalne nanomaterijale kao modelne sustave, pokazujemo mogućnost praćenja transformacije oblika čak i u sitnozrnatim materijalima. Sveukupno, ova studija odgovara na važno temeljno pitanje o procesima povezanim s površinskom interakcijom koji pokreću mehanizam bioremedijacije 2D nanomaterijala i pruža osnovu za daljnja kratkoročna i dugoročna istraživanja utjecaja anorganskih kristalnih nanomaterijala na okoliš.
Nanomaterijali su izazvali velik interes od svog otkrića, a razne nanotehnologije nedavno su ušle u fazu modernizacije1. Nažalost, integracija nanomaterijala u svakodnevne primjene može dovesti do slučajnih ispuštanja zbog nepravilnog odlaganja, nepažljivog rukovanja ili neadekvatne sigurnosne infrastrukture. Stoga je razumno pretpostaviti da se nanomaterijali, uključujući dvodimenzionalne (2D) nanomaterijale, mogu ispustiti u prirodni okoliš, čije ponašanje i biološka aktivnost još nisu u potpunosti shvaćeni. Stoga ne čudi da su se zabrinutosti oko ekotoksičnosti usredotočile na sposobnost 2D nanomaterijala da se ispiraju u vodene sustave2,3,4,5,6. U tim ekosustavima, neki 2D nanomaterijali mogu stupiti u interakciju s raznim organizmima na različitim trofičkim razinama, uključujući mikroalge.
Mikroalge su primitivni organizmi koji se prirodno nalaze u slatkovodnim i morskim ekosustavima koji proizvode razne kemijske produkte putem fotosinteze7. Kao takve, ključne su za vodene ekosustave8,9,10,11,12, ali su i osjetljivi, jeftini i široko korišteni pokazatelji ekotoksičnosti13,14. Budući da se stanice mikroalgi brzo množe i brzo reagiraju na prisutnost različitih spojeva, obećavajuće su za razvoj ekološki prihvatljivih metoda za obradu vode onečišćene organskim tvarima15,16.
Stanice algi mogu uklanjati anorganske ione iz vode putem biosorpcije i akumulacije17,18. Neke vrste algi poput Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue i Synechococcus sp. Utvrđeno je da nose, pa čak i hrane otrovne metalne ione poput Fe2+, Cu2+, Zn2+ i Mn2+19. Druge studije su pokazale da ioni Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ili Pb2+ ograničavaju rast Scenedesmusa mijenjajući morfologiju stanica i uništavajući njihove kloroplaste20,21.
Zelene metode za razgradnju organskih onečišćujućih tvari i uklanjanje iona teških metala privukle su pozornost znanstvenika i inženjera diljem svijeta. To je uglavnom zbog činjenice da se ovi onečišćujući tvari lako obrađuju u tekućoj fazi. Međutim, anorganske kristalne onečišćujuće tvari karakterizira niska topljivost u vodi i niska osjetljivost na različite biotransformacije, što uzrokuje velike poteškoće u sanaciji, te je u tom području postignut mali napredak22,23,24,25,26. Stoga potraga za ekološki prihvatljivim rješenjima za popravak nanomaterijala ostaje složeno i neistraženo područje. Zbog visokog stupnja nesigurnosti u vezi s učincima biotransformacije 2D nanomaterijala, ne postoji jednostavan način za otkrivanje mogućih putova njihove razgradnje tijekom redukcije.
U ovoj studiji koristili smo zelene mikroalge kao aktivno vodeno bioremedijacijsko sredstvo za anorganske keramičke materijale, u kombinaciji s in situ praćenjem procesa razgradnje MXena kao predstavnika anorganskih keramičkih materijala. Izraz „MXen“ 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 MXena od strane Naguiba i suradnika. Senzorika, terapija raka i membranska filtracija 27,29,30. Osim toga, MXeni se mogu smatrati modelnim 2D sustavima zbog svoje izvrsne koloidne stabilnosti i mogućih bioloških interakcija 31,32,33,34,35,36.
Stoga su metodologija razvijena u ovom članku i naše istraživačke hipoteze prikazane na slici 1. Prema ovoj hipotezi, mikroalge razgrađuju MXene na bazi Nb u netoksične spojeve zbog površinski povezanih fizikalno-kemijskih interakcija, što omogućuje daljnji oporavak algi. Kako bi se testirala ova hipoteza, odabrana su dva člana obitelji ranih karbida i/ili nitrida prijelaznih metala (MXene) na bazi niobija, naime Nb2CTx i Nb4C3TX.
Metodologija istraživanja i hipoteze utemeljene na dokazima za oporavak MXenea pomoću zelenih mikroalgi Raphidocelis subcapitata. Imajte na umu da je ovo samo shematski prikaz pretpostavki utemeljenih na dokazima. Jezerski okoliš razlikuje se po korištenom hranjivom mediju i uvjetima (npr. dnevni ciklus i ograničenja dostupnih esencijalnih hranjivih tvari). Izrađeno s BioRender.com.
Stoga smo, korištenjem MXene kao modelnog sustava, otvorili vrata proučavanju različitih bioloških učinaka koji se ne mogu promatrati s drugim konvencionalnim nanomaterijalima. Posebno pokazujemo mogućnost bioremedijacije dvodimenzionalnih nanomaterijala, poput MXena na bazi niobija, pomoću mikroalgi Raphidocelis subcapitata. Mikroalge su sposobne razgraditi Nb-MXene u netoksične okside NbO i Nb2O5, koji također osiguravaju hranjive tvari putem mehanizma apsorpcije niobija. Sveukupno, ova studija odgovara na važno temeljno pitanje o procesima povezanim s površinskim fizikalno-kemijskim interakcijama koje upravljaju mehanizmima bioremedijacije dvodimenzionalnih nanomaterijala. Osim toga, razvijamo jednostavnu metodu temeljenu na parametrima oblika za praćenje suptilnih promjena u obliku 2D nanomaterijala. To inspirira daljnja kratkoročna i dugoročna istraživanja različitih utjecaja anorganskih kristalnih nanomaterijala na okoliš. Dakle, naša studija povećava razumijevanje interakcije između površine materijala i biološkog materijala. Također pružamo osnovu za proširene kratkoročne i dugoročne studije njihovih mogućih utjecaja na slatkovodne ekosustave, što se sada može lako provjeriti.
MXeni predstavljaju zanimljivu klasu materijala s jedinstvenim i atraktivnim fizikalnim i kemijskim svojstvima te stoga mnogim potencijalnim primjenama. Ta svojstva uvelike ovise o njihovoj stehiometriji i kemiji površine. Stoga smo u našoj studiji istražili dvije vrste hijerarhijskih jednoslojnih (SL) MXena na bazi Nb, Nb2CTx i Nb4C3TX, budući da su se mogli uočiti različiti biološki učinci ovih nanomaterijala. MXeni se proizvode iz svojih početnih materijala selektivnim jetkanjem odozgo prema dolje atomski tankih A-slojeva MAX faze. MAX faza je ternarna keramika sastavljena od "vezanih" blokova karbida prijelaznih 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-MXen dobiven je nakon uklanjanja Al sloja s 48% HF (fluorovodična kiselina). Morfologija ML-Nb2CTx i ML-Nb4C3TX ispitana je skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM) (slike S1c i S1d) i uočena je tipična slojevita morfologija MXena, slična dvodimenzionalnim nanopahuljicama koje prolaze kroz izdužene proreze nalik porama. Oba Nb-MXena imaju mnogo zajedničkog s MXenskim fazama prethodno sintetiziranim kiselim jetkanjem27,38. Nakon potvrde strukture MXena, nanijeli smo slojeve interkalacijom tetrabutilamonijevog hidroksida (TBAOH) nakon čega su uslijedili pranje i sonikacija, nakon čega smo dobili jednoslojne ili niskoslojne (SL) 2D Nb-MXene nanopahuljice.
Za testiranje učinkovitosti jetkanja i daljnjeg ljuštenja koristili smo transmisijsku elektronsku mikroskopiju visoke rezolucije (HRTEM) i rendgensku difrakciju (XRD). Rezultati HRTEM-a obrađeni korištenjem inverzne brze Fourierove transformacije (IFFT) i brze Fourierove transformacije (FFT) prikazani su na slici 2. Nb-MXene nanopahuljice bile su orijentirane rubom prema gore kako bi se provjerila struktura atomskog sloja i izmjerile međuravninske udaljenosti. HRTEM slike MXene Nb2CTx i Nb4C3TX nanopahuljica otkrile su njihovu atomski tanku slojevitu prirodu (vidi sliku 2a1, a2), kako su prethodno izvijestili Naguib i sur.27 te Jastrzębska i sur.38. Za dva susjedna monosloja Nb2CTx i Nb4C3Tx odredili smo međuslojne udaljenosti od 0,74 odnosno 1,54 nm (slike 2b1, b2), što se također slaže s našim prethodnim rezultatima38. To je dodatno potvrđeno inverznom brzom Fourierovom transformacijom (slika 2c1, c2) i brzom Fourierovom transformacijom (slika 2d1, d2) koja prikazuje udaljenost između monoslojeva Nb2CTx i Nb4C3Tx. Slika prikazuje izmjenu svijetlih i tamnih vrpci koje odgovaraju atomima niobija i ugljika, što potvrđuje slojevitu prirodu proučavanih MXena. Važno je napomenuti da spektri energetski disperzivne rendgenske spektroskopije (EDX) dobiveni za Nb2CTx i Nb4C3Tx (slike S2a i S2b) nisu pokazali ostatke izvorne MAX faze, budući da nije detektiran Al vrh.
Karakterizacija SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene nanopahuljica, uključujući (a) bočno 2D snimanje nanopahuljica dobiveno elektronskom mikroskopijom visoke rezolucije (HRTEM) i odgovarajući (b) način intenziteta, (c) inverznu brzu Fourierovu transformaciju (IFFT), (d) brzu Fourierovu transformaciju (FFT), (e) rendgenske uzorke Nb-MXenesa. 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 rendgenske difrakcije SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXena prikazana su na slikama 2e1 i e2. Vrhovi (002) na 4.31 i 4.32 odgovaraju prethodno opisanim slojevitim MXenima Nb2CTx i Nb4C3TX38,39,40,41. XRD rezultati također ukazuju na prisutnost nekih rezidualnih ML struktura i MAX faza, ali uglavnom XRD uzorke povezane sa SL Nb4C3Tx (slika 2e2). Prisutnost manjih čestica MAX faze može objasniti jači MAX vrh u usporedbi sa nasumično složenim Nb4C3Tx slojevima.
Daljnja istraživanja usmjerena su na zelene mikroalge koje pripadaju vrsti R. subcapitata. Odabrali smo mikroalge jer su važni proizvođači uključeni u glavne hranidbene lance42. One su također jedan od najboljih pokazatelja toksičnosti zbog sposobnosti uklanjanja otrovnih tvari koje se prenose na više razine hranidbenog lanca43. Osim toga, istraživanje R. subcapitata moglo bi rasvijetliti slučajnu toksičnost SL Nb-MXena na uobičajene slatkovodne mikroorganizme. Kako bi to ilustrirali, istraživači su postavili hipotezu da svaki mikrob ima različitu osjetljivost na otrovne 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 naša istraživanja površinske interakcije između mikroalgi i MXena i povezanog oporavka odlučili testirati bezopasne i toksične koncentracije Nb-MXena. U tu svrhu testirali smo koncentracije od 0 (kao referenca), 0,01, 0,1 i 10 mg l-1 MXene te dodatno zarazili mikroalge vrlo visokim koncentracijama MXene (100 mg l-1 MXene), što može biti ekstremno i smrtonosno za bilo koji biološki okoliš.
Učinci SL Nb-MXenes na mikroalge prikazani su na slici 3, izraženi kao postotak poticanja rasta (+) ili inhibicije (-) izmjeren za uzorke od 0 mg l-1. Za usporedbu, testirani su i Nb-MAX faza i ML Nb-MXenes, a rezultati su prikazani u SI (vidi sliku S3). Dobiveni rezultati potvrdili su da je SL Nb-MXenes gotovo u potpunosti lišen toksičnosti u rasponu niskih koncentracija od 0,01 do 10 mg/l, kao što je prikazano na slici 3a,b. U slučaju Nb2CTx, uočili smo najviše 5% ekotoksičnosti u navedenom rasponu.
Stimulacija (+) ili inhibicija (-) rasta mikroalgi u prisutnosti SL (a) Nb2CTx i (b) Nb4C3TX MXene. Analizirana je interakcija MXene-mikroalgi nakon 24, 48 i 72 sata. Značajni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*). Značajni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*). Značajni podaci (t-kriterij, p < 0,05) označeni zvjezdicom (*). 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。 Važni podaci (t-test, p < 0,05) označeni zvjezdicom (*). Važni podaci (t-test, p < 0,05) označeni su zvjezdicom (*).Crvene strelice označavaju ukidanje inhibitorne stimulacije.
S druge strane, niske koncentracije Nb4C3TX pokazale su se nešto toksičnijima, ali ne višima od 7%. Kao što se i očekivalo, primijetili smo da MXene imaju veću toksičnost i inhibiciju rasta mikroalgi pri 100 mg L-1. Zanimljivo je da nijedan od materijala nije pokazao isti trend i vremensku ovisnost atoksičnih/toksičnih učinaka u usporedbi s MAX ili ML uzorcima (vidi SI za detalje). Dok je za MAX fazu (vidi Sl. S3) toksičnost dosegla približno 15–25% i povećavala se s vremenom, obrnuti trend uočen je za SL Nb2CTx i Nb4C3TX MXene. Inhibicija rasta mikroalgi smanjivala se s vremenom. Dosegla je približno 17% nakon 24 sata i pala na manje od 5% nakon 72 sata (slika 3a, b).
Što je još važnije, za SL Nb4C3TX, inhibicija rasta mikroalgi dosegla je oko 27% nakon 24 sata, ali nakon 72 sata smanjila se na oko 1%. Stoga smo uočeni učinak označili kao inverznu inhibiciju stimulacije, a učinak je bio jači za SL Nb4C3TX MXene. Stimulacija rasta mikroalgi ranije je uočena s Nb4C3TX (interakcija pri 10 mg L-1 tijekom 24 sata) u usporedbi sa SL Nb2CTx MXene. Učinak obrnute inhibicije i stimulacije također je dobro prikazan u krivulji brzine udvostručenja biomase (vidi sliku S4 za detalje). Do sada je na različite načine proučavana samo ekotoksičnost Ti3C2TX MXene. Nije toksičan za embrije zebrica44, ali je umjereno ekotoksičan za biljke mikroalgi Desmodesmus quadricauda i Sorghum saccharatum45. Drugi primjeri specifičnih učinaka uključuju veću toksičnost za stanične linije raka nego za normalne stanične linije46,47. Moglo bi se pretpostaviti da će uvjeti ispitivanja utjecati na promjene u rastu mikroalgi uočene u prisutnosti Nb-MXena. Na primjer, pH od oko 8 u stromi kloroplasta optimalan je za učinkovit rad enzima RuBisCO. Stoga promjene pH negativno utječu na brzinu fotosinteze48,49. Međutim, nismo primijetili značajne promjene pH vrijednosti tijekom eksperimenta (vidi SI, sl. S5 za detalje). Općenito, kulture mikroalgi s Nb-MXenima lagano su smanjile pH otopine tijekom vremena. Međutim, ovo smanjenje bilo je slično promjeni pH vrijednosti čistog medija. Osim toga, raspon pronađenih varijacija bio je sličan onome izmjerenom za čistu kulturu mikroalgi (kontrolni uzorak). Stoga zaključujemo da na fotosintezu ne utječu promjene pH vrijednosti tijekom vremena.
Osim toga, sintetizirani MXeni imaju površinske završetke (označene kao Tx). To su uglavnom funkcionalne skupine -O, -F i -OH. Međutim, kemija površine izravno je povezana s metodom sinteze. Poznato je da su te skupine nasumično raspoređene po površini, što otežava predviđanje njihovog utjecaja na svojstva MXena50. Može se tvrditi da bi Tx mogao biti katalitička sila za oksidaciju niobija svjetlošću. Površinske funkcionalne skupine doista pružaju više mjesta sidrenja za svoje temeljne fotokatalizatore kako bi se formirale heterospojeve51. Međutim, sastav medija za rast nije osigurao učinkovit fotokatalizator (detaljan sastav medija može se pronaći u SI tablici S6). Osim toga, svaka modifikacija površine također je vrlo važna, jer se biološka aktivnost MXena može promijeniti zbog naknadne obrade sloja, oksidacije, kemijske modifikacije površine organskih i anorganskih spojeva52,53,54,55,56 ili inženjerstva površinskog naboja38. Stoga, kako bismo testirali ima li niobijev oksid ikakve veze s nestabilnošću materijala u mediju, proveli smo studije zeta (ζ) potencijala u mediju za rast mikroalgi i deioniziranoj vodi (za usporedbu). Naši rezultati pokazuju da su SL Nb-MXeni prilično stabilni (vidi SI sliku S6 za MAX i ML rezultate). Zeta potencijal SL MXena je oko -10 mV. U slučaju SR Nb2CTx, vrijednost ζ je nešto negativnija od one kod Nb4C3Tx. Takva promjena vrijednosti ζ može ukazivati ​​na to da površina negativno nabijenih MXene nanopahuljica apsorbira pozitivno nabijene ione iz medija za uzgoj. Vremenska mjerenja zeta potencijala i vodljivosti Nb-MXena u mediju za uzgoj (vidi slike S7 i S8 u SI za više detalja) čini se da podupiru našu hipotezu.
Međutim, oba Nb-MXene SL-a pokazala su minimalne promjene od nule. To jasno pokazuje njihovu stabilnost u mediju za rast mikroalgi. Osim toga, procijenili smo hoće li prisutnost naših zelenih mikroalgi utjecati na stabilnost Nb-MXena u mediju. Rezultati zeta potencijala i vodljivosti MXena nakon interakcije s mikroalgama u hranjivim medijima i kulturi tijekom vremena mogu se naći u SI (slike S9 i S10). Zanimljivo je da smo primijetili da prisutnost mikroalgi kao da stabilizira disperziju oba MXena. U slučaju Nb2CTx SL-a, zeta potencijal se s vremenom čak i malo smanjio na negativnije vrijednosti (-15,8 naspram -19,1 mV nakon 72 sata inkubacije). Zeta potencijal SL Nb4C3TX se malo povećao, ali nakon 72 sata i dalje je pokazivao veću stabilnost od nanopahuljica bez prisutnosti mikroalgi (-18,1 naspram -9,1 mV).
Također smo otkrili nižu vodljivost otopina Nb-MXene inkubiranih u prisutnosti mikroalgi, što ukazuje na nižu količinu iona u hranjivom mediju. Značajno je da je nestabilnost MXena u vodi uglavnom posljedica površinske oksidacije57. Stoga sumnjamo da su zelene mikroalge nekako uklonile okside nastale na površini Nb-MXena, pa čak i spriječile njihovu pojavu (oksidaciju MXena). To se može vidjeti proučavanjem vrsta tvari koje apsorbiraju mikroalge.
Iako su naše ekotoksikološke studije pokazale da su mikroalge s vremenom uspjele prevladati toksičnost Nb-MXena i neobičnu inhibiciju stimuliranog rasta, cilj naše studije bio je istražiti moguće mehanizme djelovanja. Kada su organizmi poput algi izloženi spojevima ili materijalima nepoznatim njihovim ekosustavima, mogu reagirati na različite načine58,59. U odsutnosti toksičnih metalnih oksida, mikroalge se mogu same hraniti, što im omogućuje kontinuirani rast60. Nakon gutanja toksičnih tvari, mogu se aktivirati obrambeni mehanizmi, poput promjene oblika ili forme. Također se mora uzeti u obzir mogućnost apsorpcije58,59. Važno je napomenuti da je svaki znak obrambenog mehanizma jasan pokazatelj toksičnosti ispitivanog spoja. Stoga smo u našem daljnjem radu istražili potencijalnu površinsku interakciju između SL Nb-MXene nanopahuljica i mikroalgi pomoću SEM-a i moguću apsorpciju MXena na bazi Nb pomoću rendgenske fluorescentne spektroskopije (XRF). Treba napomenuti da su SEM i XRF analize provedene samo pri najvišoj koncentraciji MXena kako bi se riješila pitanja toksičnosti aktivnosti.
Rezultati SEM-a prikazani su na sl. 4. Netretirane stanice mikroalgi (vidi sl. 4a, referentni uzorak) jasno su pokazale tipičnu morfologiju R. subcapitata i oblik stanica sličan kroasanu. Stanice izgledaju spljošteno i pomalo neorganizirano. Neke stanice mikroalgi preklapale su se i ispreplitale jedna s drugom, ali to je vjerojatno uzrokovano postupkom pripreme uzorka. Općenito, čiste stanice mikroalgi imale su glatku površinu i nisu pokazivale nikakve morfološke promjene.
SEM slike koje prikazuju površinsku interakciju između zelenih mikroalgi i MXene nanoslojeva nakon 72 sata interakcije pri ekstremnoj koncentraciji (100 mg L-1). (a) Netretirane zelene mikroalge nakon interakcije sa SL (b) Nb2CTx i (c) Nb4C3TX MXenima. Treba napomenuti da su Nb-MXene nanopahuljice označene crvenim strelicama. Za usporedbu, dodane su i fotografije s optičkog mikroskopa.
Nasuprot tome, stanice mikroalgi adsorbirane SL Nb-MXene nanopahuljicama bile su oštećene (vidi sliku 4b, c, crvene strelice). U slučaju Nb2CTx MXene (slika 4b), mikroalge imaju tendenciju rasta s pričvršćenim dvodimenzionalnim nanoskalnim česticama, što može promijeniti njihovu morfologiju. Značajno je da smo te promjene primijetili i pod svjetlosnom mikroskopijom (vidi SI sliku S11 za detalje). Ovaj morfološki prijelaz ima vjerojatnu osnovu u fiziologiji mikroalgi i njihovoj sposobnosti da se brane promjenom morfologije stanica, kao što je povećanje volumena stanica61. Stoga je važno provjeriti broj stanica mikroalgi koje su zapravo u kontaktu s Nb-MXenima. SEM studije su pokazale da je približno 52% stanica mikroalgi bilo izloženo Nb-MXenima, dok je 48% tih stanica mikroalgi izbjegavalo kontakt. Kod SL Nb4C3Tx MXene, mikroalge pokušavaju izbjeći kontakt s MXenom, čime se lokaliziraju i rastu iz dvodimenzionalnih nanoskalnih čestica (slika 4c). Međutim, nismo uočili prodiranje nanoskalnih čestica u stanice mikroalgi i njihovo oštećenje.
Samoodržanje je također vremenski ovisno ponašanje odgovora na blokadu fotosinteze zbog adsorpcije čestica na površini stanice i tzv. efekta sjenčanja (zasjenjivanja)62. Jasno je da svaki objekt (na primjer, Nb-MXene nanopahuljice) koji se nalazi između mikroalgi i izvora svjetlosti ograničava količinu svjetlosti koju apsorbiraju kloroplasti. Međutim, ne sumnjamo da to ima značajan utjecaj na dobivene rezultate. Kao što su pokazala naša mikroskopska promatranja, 2D nanopahuljice nisu bile potpuno omotane ili prilijepljene za površinu mikroalgi, čak ni kada su stanice mikroalgi bile u kontaktu s Nb-MXenima. Umjesto toga, pokazalo se da su nanopahuljice orijentirane prema stanicama mikroalgi bez prekrivanja njihove površine. Takav skup nanopahuljica/mikroalgi ne može značajno ograničiti količinu svjetlosti koju apsorbiraju stanice mikroalgi. Štoviše, neke studije su čak pokazale poboljšanje apsorpcije svjetlosti fotosintetskih organizama u prisutnosti dvodimenzionalnih nanomaterijala63,64,65,66.
Budući da SEM slike nisu mogle izravno potvrditi unos niobija od strane stanica mikroalgi, naša daljnja studija okrenula se analizi rendgenske fluorescencije (XRF) i rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) kako bismo razjasnili ovo pitanje. Stoga smo usporedili intenzitet Nb vrhova referentnih uzoraka mikroalgi koji nisu interagirali s MXenima, MXene nanopahuljicama odvojenim od površine stanica mikroalgi i stanicama mikroalgi nakon uklanjanja pričvršćenih MXena. Vrijedi napomenuti da ako nema unosa Nb, vrijednost Nb koju su dobile stanice mikroalgi trebala bi biti nula nakon uklanjanja pričvršćenih nanoskalnih slojeva. Stoga, ako dođe do unosa Nb, i XRF i XPS rezultati trebali bi pokazati jasan Nb vrh.
U slučaju XRF spektara, uzorci mikroalgi pokazali su Nb vrhove 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 SI, slike S12–C17). Zanimljivo je da je intenzitet Nb vrha isti u oba slučaja (crvene trake na slici 5a). To je ukazivalo na to da alge nisu mogle apsorbirati više Nb, a maksimalni kapacitet akumulacije Nb postignut je u stanicama, iako je dva puta više Nb4C3Tx MXene vezano za stanice mikroalgi (plave trake na slici 5a). Značajno je da sposobnost mikroalgi da apsorbiraju metale ovisi o koncentraciji metalnih oksida u okolišu67,68. Shamshada i sur.67 otkrili su da se apsorpcijski kapacitet slatkovodnih algi smanjuje s porastom pH. Raize i sur.68 primijetili su da je sposobnost morskih algi da apsorbiraju metale bila oko 25% veća za Pb2+ nego za Ni2+.
(a) XRF rezultati bazalne apsorpcije Nb od strane stanica zelenih mikroalgi inkubiranih pri ekstremnoj koncentraciji SL Nb-MXena (100 mg L-1) tijekom 72 sata. Rezultati pokazuju prisutnost α u čistim stanicama mikroalgi (kontrolni uzorak, sivi stupci), 2D nanopahuljicama izoliranim iz površinskih stanica mikroalgi (plavi stupci) i stanicama mikroalgi nakon odvajanja 2D nanopahuljica s površine (crveni stupci). Količina elementarnog Nb, (b) postotak kemijskog sastava organskih komponenti mikroalgi (C=O i CHx/C–O) i Nb oksida prisutnih u stanicama mikroalgi nakon inkubacije sa SL Nb-MXenima, (c–e) Prilagođavanje sastavnog vrha XPS SL Nb2CTx spektara i (fh) SL Nb4C3Tx MXena internaliziranog stanicama mikroalgi.
Stoga smo očekivali da stanice algi mogu apsorbirati Nb u obliku oksida. Kako bismo to testirali, proveli smo XPS studije na MXenima Nb2CTx i Nb4C3TX te stanicama algi. Rezultati interakcije mikroalgi s Nb-MXenima i MXenima izoliranim iz stanica algi prikazani su na slici 5b. Kao što se i očekivalo, detektirali smo vrhove Nb 3d u uzorcima mikroalgi nakon uklanjanja MXena s površine mikroalgi. Kvantitativno određivanje C=O, CHx/CO i Nb oksida izračunato je na temelju spektara Nb 3d, O 1s i C 1s dobivenih s Nb2CTx SL (slika 5c–e) i Nb4C3Tx SL (slika 5c–e). ) dobivenih iz inkubiranih mikroalgi. Slika 5f–h) MXeni. Tablica S1-3 prikazuje detalje parametara vrhova i ukupne kemije koja je rezultat prilagodbe. Vrijedno je spomenuti da Nb 3d područja Nb2CTx SL i Nb4C3Tx SL (slika 5c, f) odgovaraju jednoj Nb2O5 komponenti. Ovdje nismo pronašli vrhove povezane s MXene u spektrima, što ukazuje na to da stanice mikroalgi apsorbiraju samo oksidni oblik Nb. Osim toga, aproksimirali smo C 1 s spektar s komponentama C–C, CHx/C–O, C=O i –COOH. Vrhove CHx/C–O i C=O dodijelili smo organskom doprinosu stanica mikroalgi. Ove organske komponente čine 36% odnosno 41% C 1 s vrhova u Nb2CTx SL i Nb4C3TX SL. Zatim smo uklopili O 1s spektre SL Nb2CTx i SL Nb4C3TX s Nb2O5, organskim komponentama mikroalgi (CHx/CO) i površinski adsorbiranom vodom.
Konačno, rezultati XPS-a jasno su ukazali na oblik Nb, a ne samo na njegovu prisutnost. Prema položaju Nb 3d signala i rezultatima dekonvolucije, potvrđujemo da se Nb apsorbira samo u obliku oksida, a ne iona ili samog MXene. Osim toga, rezultati XPS-a pokazali su da stanice mikroalgi imaju veću sposobnost apsorpcije Nb oksida iz SL Nb2CTx u usporedbi sa SL Nb4C3TX MXene.
Iako su naši rezultati apsorpcije Nb impresivni i omogućuju nam identifikaciju degradacije MXene, ne postoji dostupna metoda za praćenje povezanih morfoloških promjena u 2D nanopahuljicama. Stoga smo također odlučili razviti prikladnu metodu koja može izravno reagirati na bilo kakve promjene koje se događaju u 2D Nb-MXene nanopahuljicama i stanicama mikroalgi. Važno je napomenuti da pretpostavljamo da ako međudjelujuće vrste prođu bilo kakvu transformaciju, razgradnju ili defragmentaciju, to bi se trebalo brzo manifestirati kao promjene u parametrima oblika, kao što su promjer ekvivalentne kružne površine, zaobljenost, Feretova širina ili Feretova duljina. Budući da su ovi parametri prikladni za opisivanje izduženih čestica ili dvodimenzionalnih nanopahuljica, njihovo praćenje dinamičkom analizom oblika čestica dat će nam vrijedne informacije o morfološkoj transformaciji SL Nb-MXene nanopahuljica tijekom redukcije.
Dobiveni rezultati prikazani su na slici 6. Za usporedbu, također smo testirali originalnu MAX fazu i ML-MXene (vidi SI slike S18 i S19). Dinamička analiza oblika čestica pokazala je da su se svi parametri oblika dvaju Nb-MXene SL značajno promijenili nakon interakcije s mikroalgama. Kao što je prikazano parametrom ekvivalentnog kružnog promjera površine (slika 6a, b), smanjeni intenzitet vrha udjela velikih nanopahuljica ukazuje na to da se one teže raspadanju na manje fragmente. Na slici 6c, d prikazano je smanjenje vrhova povezanih s poprečnom veličinom pahuljica (izduženje nanopahuljica), što ukazuje na transformaciju 2D nanopahuljica u oblik sličniji česticama. Slika 6e-h prikazuje širinu i duljinu Fereta. Širina i duljina Fereta su komplementarni parametri i stoga ih treba razmatrati zajedno. Nakon inkubacije 2D Nb-MXene nanopahuljica u prisutnosti mikroalgi, njihovi Feretovi korelacijski vrhovi su se pomaknuli, a njihov intenzitet se smanjio. Na temelju ovih rezultata u kombinaciji s morfologijom, XRF i XPS, zaključili smo da su uočene promjene snažno povezane s oksidacijom jer oksidirani MXeni postaju naboraniji 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) promjer ekvivalentne kružne površine, (c, d) zaobljenost, (e, f) širina Fereta i (g, h) duljina Fereta. U tu svrhu analizirana su dva referentna uzorka mikroalgi zajedno s primarnim SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenima, SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenima, degradiranim mikroalgama i tretiranim mikroalgama SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx MXenima. Crvene strelice prikazuju 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 Feretovu širinu/duljinu čistih stanica mikroalgi i stanica nakon interakcije s 2D Nb nanopahuljicama. Na slikama 6a-h prikazane su promjene u parametrima oblika stanica algi, što se vidi po smanjenju intenziteta vrha i pomicanju maksimuma prema višim vrijednostima. Konkretno, parametri zaobljenosti stanica pokazali su smanjenje izduženih stanica i povećanje sferičnih stanica (slika 6a, b). Osim toga, širina Feretovih stanica povećala se za nekoliko mikrometara nakon interakcije sa SL Nb2CTx MXenom (slika 6e) u usporedbi sa SL Nb4C3TX MXenom (slika 6f). Sumnjamo da bi to moglo biti posljedica snažnog upijanja Nb oksida od strane mikroalgi nakon interakcije s Nb2CTx SR. Manje kruto pričvršćivanje Nb pahuljica na njihovu površinu može rezultirati rastom stanica s minimalnim učinkom sjenčanja.
Naša opažanja promjena parametara oblika i veličine mikroalgi nadopunjuju druga istraživanja. Zelene mikroalge mogu promijeniti svoju morfologiju kao odgovor na stres iz okoliša promjenom veličine, oblika ili metabolizma stanica61. Na primjer, promjena veličine stanica olakšava apsorpciju hranjivih tvari71. Manje stanice algi pokazuju nižu apsorpciju hranjivih tvari i smanjenu brzinu rasta. Suprotno tome, veće stanice imaju tendenciju konzumirati više hranjivih tvari, koje se zatim talože unutarstanično72,73. Machado i Soares otkrili su da fungicid triklosan može povećati veličinu stanica. Također su pronašli značajne promjene u obliku algi74. Osim toga, Yin i sur.9 također su otkrili morfološke promjene u algama nakon izlaganja reduciranim nanokompozitima grafen oksida. Stoga je jasno da su promijenjeni parametri veličine/oblika mikroalgi uzrokovani prisutnošću MXena. Budući da ova promjena veličine i oblika ukazuje na promjene u apsorpciji hranjivih tvari, vjerujemo da analiza parametara veličine i oblika tijekom vremena može pokazati apsorpciju niobijevog oksida od strane mikroalgi u prisutnosti Nb-MXena.
Štoviše, MXeni se mogu oksidirati u prisutnosti algi. Dalai i sur.75 primijetili su da morfologija zelenih algi izloženih nano-TiO2 i Al2O376 nije bila ujednačena. Iako su naša zapažanja slična ovoj studiji, ona su relevantna samo za proučavanje učinaka bioremedijacije u smislu produkata razgradnje MXena u prisutnosti 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 stanicama mikroalgi.
Kako bismo objasnili redukciju 2D-Nb nanopahuljica mehanizmom razgradnje temeljenim na procesu oksidacije, proveli smo studije korištenjem transmisijske elektronske mikroskopije visoke rezolucije (HRTEM) (slika 7a,b) i rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) (slika 7). 7c-i i tablice S4-5). Oba pristupa su prikladna za proučavanje oksidacije 2D materijala i međusobno se nadopunjuju. HRTEM je u stanju 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 ekstrahirane iz disperzija stanica mikroalgi, odnosno njihov oblik nakon interakcije sa stanicama mikroalgi (vidi sliku 7).
HRTEM slike koje prikazuju morfologiju oksidiranih (a) SL Nb2CTx i (b) SL Nb4C3Tx MXena, rezultati XPS analize koji prikazuju (c) sastav oksidnih produkata nakon redukcije, (d–f) podudaranje vrhova komponenti XPS spektara SL Nb2CTx i (g–i) Nb4C3Tx SL popravljenih zelenim mikroalgama.
HRTEM studije potvrdile su oksidaciju dvaju tipova Nb-MXene nanopahuljica. Iako su nanopahuljice donekle zadržale svoju dvodimenzionalnu morfologiju, oksidacija je rezultirala pojavom mnogih nanočestica koje prekrivaju površinu MXene nanopahuljica (vidi sliku 7a,b). XPS analiza c-Nb3d i O1s signala pokazala je da su u oba slučaja nastali Nb oksidi. Kao što je prikazano na slici 7c, 2D MXene Nb2CTx i Nb4C3TX imaju Nb3d signale koji ukazuju na prisutnost NbO i Nb2O5 oksida, dok O1s signali ukazuju na broj O-Nb veza povezanih s funkcionalizacijom površine 2D nanopahuljica. Primijetili smo da je doprinos Nb oksida dominantan u usporedbi s Nb-C i Nb3+-O.
Na sl. Slike 7g–i prikazuju XPS spektre Nb 3d, C 1s i O 1s SL Nb2CTx (vidi sl. 7d–f) i SL Nb4C3TX MXene izoliranog iz stanica mikroalgi. Detalji parametara vrhova Nb-MXenesa navedeni su u tablicama S4–5. Prvo smo analizirali sastav Nb 3d. Za razliku od Nb apsorbiranog od strane stanica mikroalgi, u MXene izoliranom iz stanica mikroalgi, osim Nb2O5, pronađene su i druge komponente. U Nb2CTx SL-u uočili smo doprinos Nb3+-O u količini od 15%, dok je ostatak Nb 3d spektra bio dominiran Nb2O5 (85%). Osim toga, uzorak SL Nb4C3TX sadrži komponente Nb-C (9%) i Nb2O5 (91%). Ovdje Nb-C dolazi iz dva unutarnja atomska sloja metalnog karbida u Nb4C3Tx SR. Zatim mapiramo C 1s spektre na četiri različite komponente, kao što smo to učinili u internaliziranim uzorcima. Kao što se i očekivalo, u C 1s spektru dominira grafitni ugljik, nakon čega slijede doprinosi organskih čestica (CHx/CO i C=O) iz stanica mikroalgi. Osim toga, u O 1s spektru uočili smo doprinos organskih oblika stanica mikroalgi, niobijevog oksida i adsorbirane vode.
Osim toga, istražili smo je li cijepanje Nb-MXena povezano s prisutnošću reaktivnih kisikovih vrsta (ROS) u hranjivom mediju i/ili stanicama mikroalgi. U tu svrhu procijenili smo razine singletnog kisika (1O2) u mediju za kulturu i unutarstanični glutation, tiol koji djeluje kao antioksidans u mikroalgama. Rezultati su prikazani u SI (slike S20 i S21). Kulture sa SL Nb2CTx i Nb4C3TX MXenima karakterizirala je 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 još više smanjio, na 73%. Zanimljivo je da su promjene u 1O2 pokazale isti trend kao i prethodno uočeni inhibitorno-stimulacijski učinak (vidi sliku 3). Može se tvrditi da inkubacija na jakom svjetlu može promijeniti fotooksidaciju. Međutim, rezultati kontrolne analize pokazali su gotovo konstantne razine 1O2 tijekom eksperimenta (slika S22). U slučaju unutarstaničnih razina ROS-a, također smo primijetili isti trend smanjenja (vidi sliku S21). U početku su razine ROS-a u stanicama mikroalgi uzgajanim u prisutnosti Nb2CTx i Nb4C3Tx SL-ova premašivale razine pronađene u čistim kulturama mikroalgi. Međutim, na kraju se činilo da su se mikroalge prilagodile prisutnosti oba Nb-MXena, jer su se razine ROS-a smanjile na 85% odnosno 91% razina izmjerenih u čistim kulturama mikroalgi inokuliranih sa SL Nb2CTx i Nb4C3TX. To može ukazivati ​​na to da se mikroalge s vremenom osjećaju ugodnije u prisutnosti Nb-MXena nego samo u hranjivoj podlozi.
Mikroalge su raznolika skupina fotosintetskih organizama. Tijekom fotosinteze pretvaraju atmosferski ugljikov dioksid (CO2) u organski ugljik. Produkti fotosinteze su glukoza i kisik79. Sumnjamo da tako nastali kisik igra ključnu ulogu u oksidaciji Nb-MXena. Jedno moguće objašnjenje za to je da se diferencijalni parametar aeracije formira pri niskim i visokim parcijalnim tlakovima kisika izvan i unutar Nb-MXene nanopahuljica. To znači da gdje god postoje područja različitih parcijalnih tlakova kisika, područje s najnižom razinom formirat će anodu 80, 81, 82. Ovdje mikroalge doprinose stvaranju različito aeriranih stanica na površini MXene pahuljica, koje proizvode kisik zbog svojih fotosintetskih svojstava. Kao rezultat toga, nastaju produkti biokorozije (u ovom slučaju, niobijevi oksidi). Drugi aspekt je da mikroalge mogu proizvoditi organske kiseline koje se oslobađaju u vodu83,84. Stoga se stvara agresivno okruženje, čime se mijenjaju Nb-MXene. Osim toga, mikroalge mogu promijeniti pH okoliša u alkalni zbog apsorpcije ugljikovog dioksida, što također može uzrokovati koroziju79.
Što je još važnije, fotoperiod tame/svijetla korišten u našoj studiji ključan je za razumijevanje dobivenih rezultata. Ovaj aspekt detaljno je opisan u Djemai-Zoghlache i suradnici.85 Namjerno su koristili fotoperiod od 12/12 sati kako bi demonstrirali biokoroziju povezanu s bioobraštanjem crvenim mikroalgama Porphyridium purpureum. Pokazuju da je fotoperiod povezan s evolucijom potencijala bez biokorozije, manifestirajući se kao pseudoperiodne oscilacije oko 24:00. Ova opažanja potvrdili su Dowling i suradnici.86 Demonstrirali su fotosintetske biofilmove cijanobakterija Anabaena. Otopljeni kisik nastaje pod djelovanjem svjetlosti, što je povezano s promjenom ili fluktuacijama slobodnog potencijala biokorozije. Važnost fotoperioda naglašava činjenica 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 putem parcijalnog tlaka stvorenog u blizini elektroda87.
Osim toga, provedena je Fourierova transformacijska infracrvena spektroskopija (FTIR) kako bi se utvrdilo jesu li se dogodile ikakve promjene u kemijskom sastavu stanica mikroalgi nakon interakcije s Nb-MXenima. Dobiveni rezultati su složeni i prikazujemo ih u SI (slike S23-S25, uključujući rezultate MAX faze i ML MXena). Ukratko, dobiveni referentni spektri mikroalgi pružaju nam važne informacije o kemijskim karakteristikama ovih organizama. Ove najvjerojatnije vibracije nalaze se 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 (C–H) i 3280 cm–1 (O–H). Za SL Nb-MXene pronašli smo potpis istezanja CH-veze koji je u skladu s našom prethodnom studijom38. Međutim, primijetili smo da su neki dodatni vrhovi povezani s C=C i CH vezama nestali. To ukazuje na to da kemijski sastav mikroalgi može pretrpjeti manje promjene zbog interakcije sa SL Nb-MXenima.
Prilikom razmatranja mogućih promjena u biokemiji mikroalgi, potrebno je preispitati akumulaciju anorganskih oksida, poput niobijevog oksida59. On je uključen u unos metala na površinu stanice, njihov transport u citoplazmu, njihovo povezivanje s unutarstaničnim karboksilnim skupinama i njihovo akumuliranje u polifosfosomima mikroalgi20,88,89,90. Osim toga, odnos između mikroalgi i metala održavaju funkcionalne skupine stanica. Iz tog razloga, apsorpcija također ovisi o kemiji površine mikroalgi, koja je prilično složena9,91. Općenito, kao što se i očekivalo, kemijski sastav zelenih mikroalgi neznatno se promijenio zbog apsorpcije Nb oksida.
Zanimljivo je da je uočena početna inhibicija mikroalgi bila reverzibilna tijekom vremena. Kao što smo primijetili, mikroalge su prevladale početnu promjenu okoliša i na kraju se vratile normalnim stopama rasta, pa čak i povećale. Studije zeta potencijala pokazuju visoku stabilnost kada se unesu u hranjive medije. Dakle, površinska interakcija između stanica mikroalgi i Nb-MXene nanopahuljica održavana je tijekom svih eksperimenata redukcije. U našoj daljnjoj analizi sažimamo glavne mehanizme djelovanja koji leže u osnovi ovog izvanrednog ponašanja mikroalgi.
SEM promatranja su pokazala da se mikroalge teže vezati za Nb-MXene. Korištenjem dinamičke analize slike potvrđujemo da taj učinak dovodi do transformacije dvodimenzionalnih Nb-MXene nanopahuljica u sfernije čestice, čime pokazujemo da je razgradnja nanopahuljica povezana s njihovom oksidacijom. Kako bismo testirali našu hipotezu, proveli smo niz materijalnih i biokemijskih studija. Nakon testiranja, nanopahuljice su postupno oksidirale i razgradile se na produkte NbO i Nb2O5, koji nisu predstavljali prijetnju zelenim mikroalgama. Korištenjem FTIR promatranja nismo pronašli značajne promjene u kemijskom sastavu mikroalgi inkubiranih u prisutnosti 2D Nb-MXene nanopahuljica. Uzimajući u obzir mogućnost apsorpcije niobijevog oksida od strane mikroalgi, proveli smo rendgensku fluorescentnu analizu. Ovi rezultati jasno pokazuju da se proučavane mikroalge hrane niobijevim oksidima (NbO i Nb2O5), koji nisu toksični za proučavane mikroalge.