გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.თქვენ იყენებთ ბრაუზერის ვერსიას შეზღუდული CSS მხარდაჭერით.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).იმავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვიყვანთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
აჩვენებს კარუსელს სამი სლაიდისგან ერთდროულად.გამოიყენეთ წინა და შემდეგი ღილაკები ერთდროულად სამ სლაიდში გადასაადგილებლად, ან გამოიყენეთ სლაიდერის ღილაკები ბოლოს, რომ გადაადგილდეთ სამ სლაიდზე ერთდროულად.
ნანოტექნოლოგიის სწრაფმა განვითარებამ და მისმა ყოველდღიურ პროგრამებში ინტეგრირებამ შეიძლება საფრთხე შეუქმნას გარემოს.მიუხედავად იმისა, რომ ორგანული დამაბინძურებლების დეგრადაციის მწვანე მეთოდები კარგად არის დამკვიდრებული, არაორგანული კრისტალური დამაბინძურებლების აღდგენა მთავარი შეშფოთებაა ბიოტრანსფორმაციისადმი მათი დაბალი მგრძნობელობისა და ბიოლოგიურთან მატერიალური ზედაპირის ურთიერთქმედების არარსებობის გამო.აქ ჩვენ ვიყენებთ Nb-ზე დაფუძნებულ არაორგანულ 2D MXenes მოდელს კომბინირებული მარტივი ფორმის პარამეტრის ანალიზის მეთოდთან, რათა მივაკვლიოთ 2D კერამიკული ნანომასალების ბიორემედიაციის მექანიზმს მწვანე მიკროწყალმცენარეებით Raphidocelis subcapitata.ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ მიკრო წყალმცენარეები ანადგურებენ Nb-ზე დაფუძნებულ MXenes-ს ზედაპირთან დაკავშირებული ფიზიკურ-ქიმიური ურთიერთქმედების გამო.თავდაპირველად მიკრო წყალმცენარეების ზედაპირზე მიმაგრებული იყო ერთფენიანი და მრავალშრიანი MXene ნანოფიფქები, რამაც რამდენადმე შეამცირა წყალმცენარეების ზრდა.თუმცა, ზედაპირთან გახანგრძლივებული ურთიერთქმედებისას, მიკროწყალმცენარეებმა დაჟანგეს MXene ნანოფიფქები და შემდგომ დაშალეს ისინი NbO და Nb2O5-ად.იმის გამო, რომ ეს ოქსიდები არატოქსიკურია მიკროწყალმცენარეების უჯრედებისთვის, ისინი მოიხმარენ Nb ოქსიდის ნანონაწილაკებს შთანთქმის მექანიზმით, რომელიც შემდგომ აღადგენს მიკროწყალმცენარეებს წყლის დამუშავებიდან 72 საათის შემდეგ.შეწოვასთან დაკავშირებული საკვები ნივთიერებების ეფექტი ასევე აისახება უჯრედის მოცულობის ზრდაში, მათ გლუვ ფორმაში და ზრდის ტემპის ცვლილებაში.ამ აღმოჩენებზე დაყრდნობით, ჩვენ დავასკვნით, რომ Nb-ზე დაფუძნებული MXenes-ის მოკლე და გრძელვადიანი არსებობა მტკნარი წყლის ეკოსისტემებში შეიძლება გამოიწვიოს მხოლოდ მცირე გარემოზე ზემოქმედება.აღსანიშნავია, რომ ორგანზომილებიანი ნანომასალების, როგორც სამოდელო სისტემების გამოყენებით, ჩვენ ვაჩვენებთ ფორმის ტრანსფორმაციის თვალყურის დევნების შესაძლებლობას თუნდაც წვრილმარცვლოვან მასალებში.მთლიანობაში, ეს კვლევა პასუხობს მნიშვნელოვან ფუნდამენტურ კითხვას ზედაპირული ურთიერთქმედების პროცესებთან დაკავშირებით, რომლებიც მამოძრავებენ 2D ნანომასალების ბიორემედიაციის მექანიზმს და იძლევა საფუძველს არაორგანული კრისტალური ნანომასალების გარემოზე ზემოქმედების შემდგომი მოკლევადიანი და გრძელვადიანი კვლევებისთვის.
ნანომასალებმა დიდი ინტერესი გამოიწვია მათი აღმოჩენის შემდეგ და სხვადასხვა ნანოტექნოლოგია ახლახან შევიდა მოდერნიზაციის ფაზაში1.სამწუხაროდ, ნანომასალების ყოველდღიურ აპლიკაციებში ინტეგრაციამ შეიძლება გამოიწვიოს შემთხვევითი გათავისუფლება არასათანადო განადგურების, უყურადღებო მოპყრობის ან უსაფრთხოების არაადეკვატური ინფრასტრუქტურის გამო.აქედან გამომდინარე, საფუძვლიანია ვივარაუდოთ, რომ ნანომასალები, მათ შორის ორგანზომილებიანი (2D) ნანომასალები, შეიძლება გათავისუფლდეს ბუნებრივ გარემოში, რომლის ქცევა და ბიოლოგიური აქტივობა ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის გასაგები.ამიტომ, გასაკვირი არ არის, რომ ეკოტოქსიკურობის შეშფოთება ფოკუსირებულია 2D ნანომასალების წყლის სისტემებში გაჟონვის უნარზე2,3,4,5,6.ამ ეკოსისტემებში ზოგიერთ 2D ნანომასალას შეუძლია ურთიერთქმედება სხვადასხვა ორგანიზმებთან სხვადასხვა ტროფიკულ დონეზე, მათ შორის მიკროწყალმცენარეებთან.
მიკროწყალმცენარეები არის პრიმიტიული ორგანიზმები, რომლებიც ბუნებრივად გვხვდება მტკნარი წყლისა და ზღვის ეკოსისტემებში, რომლებიც აწარმოებენ მრავალფეროვან ქიმიურ პროდუქტს ფოტოსინთეზის გზით7.როგორც ასეთი, ისინი კრიტიკულია წყლის ეკოსისტემებისთვის8,9,10,11,12, მაგრამ ასევე არიან მგრძნობიარე, იაფი და ფართოდ გამოყენებული ეკოტოქსიკურობის ინდიკატორები13,14.ვინაიდან მიკროწყალმცენარეების უჯრედები სწრაფად მრავლდებიან და სწრაფად რეაგირებენ სხვადასხვა ნაერთების არსებობაზე, ისინი პერსპექტიულია ორგანული ნივთიერებებით დაბინძურებული წყლის დასამუშავებლად ეკოლოგიურად სუფთა მეთოდების შემუშავებისთვის15,16.
წყალმცენარეების უჯრედებს შეუძლიათ ამოიღონ არაორგანული იონები წყლიდან ბიოსორბციისა და დაგროვების გზით17,18.წყალმცენარეების ზოგიერთი სახეობა, როგორიცაა Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue და Synechococcus sp.აღმოჩნდა, რომ ის ატარებს და კვებავს ტოქსიკურ მეტალის იონებს, როგორიცაა Fe2+, Cu2+, Zn2+ და Mn2+19.სხვა კვლევებმა აჩვენა, რომ Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ან Pb2+ იონები ზღუდავენ სცენედესმუსის ზრდას უჯრედის მორფოლოგიის შეცვლით და მათი ქლოროპლასტების განადგურებით20,21.
ორგანული დამაბინძურებლების დაშლისა და მძიმე ლითონის იონების მოცილების მწვანე მეთოდებმა მიიპყრო მეცნიერებისა და ინჟინრების ყურადღება მთელი მსოფლიოს მასშტაბით.ეს ძირითადად განპირობებულია იმით, რომ ეს დამაბინძურებლები ადვილად მუშავდება თხევად ფაზაში.თუმცა, არაორგანული კრისტალური დამაბინძურებლები ხასიათდება დაბალი წყალში ხსნადობით და დაბალი მგრძნობელობით სხვადასხვა ბიოტრანსფორმაციის მიმართ, რაც იწვევს რემედიაციის დიდ სირთულეებს და მცირე პროგრესი მიღწეულია ამ სფეროში22,23,24,25,26.ამრიგად, ეკოლოგიურად სუფთა გადაწყვეტილებების ძიება ნანომასალების შესაკეთებლად რჩება რთულ და შეუსწავლელ სფეროდ.2D ნანომასალების ბიოტრანსფორმაციის ეფექტებთან დაკავშირებით გაურკვევლობის მაღალი ხარისხის გამო, არ არსებობს მარტივი გზა მათი დეგრადაციის შესაძლო გზების გასარკვევად შემცირების დროს.
ამ კვლევაში, ჩვენ გამოვიყენეთ მწვანე მიკრო წყალმცენარეები, როგორც აქტიური ბიორემედიაციის აგენტი არაორგანული კერამიკული მასალებისთვის, კომბინირებული MXene-ის დეგრადაციის პროცესის ადგილზე მონიტორინგთან, როგორც არაორგანული კერამიკული მასალების წარმომადგენლად.ტერმინი „MXene“ ასახავს Mn+1XnTx მასალის სტექიომეტრიას, სადაც M არის ადრეული გარდამავალი ლითონი, X არის ნახშირბადი და/ან აზოტი, Tx არის ზედაპირის ტერმინატორი (მაგ., -OH, -F, -Cl) და n = 1, 2, 3 ან 427.28.ნაგიბის და სხვების მიერ MXenes-ის აღმოჩენის შემდეგ.სენსორები, კიბოს თერაპია და მემბრანული ფილტრაცია 27,29,30.გარდა ამისა, MXenes შეიძლება ჩაითვალოს მოდელის 2D სისტემებად მათი შესანიშნავი კოლოიდური სტაბილურობისა და შესაძლო ბიოლოგიური ურთიერთქმედების გამო31,32,33,34,35,36.
ამრიგად, ამ სტატიაში შემუშავებული მეთოდოლოგია და ჩვენი კვლევის ჰიპოთეზები ნაჩვენებია სურათზე 1. ამ ჰიპოთეზის მიხედვით, მიკროწყალმცენარეები ამცირებენ Nb-ზე დაფუძნებულ MXen-ებს არატოქსიკურ ნაერთებად ზედაპირთან დაკავშირებული ფიზიკურ-ქიმიური ურთიერთქმედების გამო, რაც წყალმცენარეების შემდგომი აღდგენის საშუალებას იძლევა.ამ ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, შეირჩა ადრეული ნიობიუმზე დაფუძნებული გარდამავალი ლითონის კარბიდების და/ან ნიტრიდების (MXenes) ოჯახის ორი წევრი, კერძოდ Nb2CTx და Nb4C3TX.
კვლევის მეთოდოლოგია და მტკიცებულებებზე დაფუძნებული ჰიპოთეზები MXene-ის აღდგენისთვის მწვანე მიკროწყალმცენარეებით Raphidocelis subcapitata.გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ეს არის მხოლოდ მტკიცებულებებზე დაფუძნებული ვარაუდების სქემატური წარმოდგენა.ტბის გარემო განსხვავდება გამოყენებული საკვები ნივთიერებებით და პირობებით (მაგ., დღის ციკლი და ხელმისაწვდომი აუცილებელი საკვები ნივთიერებების შეზღუდვა).შექმნილია BioRender.com-ით.
ამიტომ, MXene-ის, როგორც მოდელის სისტემის გამოყენებით, ჩვენ გავხსენით კარი სხვადასხვა ბიოლოგიური ეფექტების შესასწავლად, რომელთა დაკვირვება შეუძლებელია სხვა ჩვეულებრივი ნანომასალებით.კერძოდ, ჩვენ ვაჩვენებთ ორგანზომილებიანი ნანომასალების ბიორემედიაციის შესაძლებლობას, როგორიცაა ნიობიუმზე დაფუძნებული MXenes, მიკრო წყალმცენარეების Raphidocelis subcapitata.მიკრო წყალმცენარეებს შეუძლიათ Nb-MXenes-ის დაშლა არატოქსიკურ ოქსიდებად NbO და Nb2O5, რომლებიც ასევე უზრუნველყოფენ საკვებ ნივთიერებებს ნიობიუმის შეწოვის მექანიზმის მეშვეობით.მთლიანობაში, ეს კვლევა პასუხობს მნიშვნელოვან ფუნდამენტურ კითხვას ზედაპირულ ფიზიკურ-ქიმიურ ურთიერთქმედებებთან დაკავშირებული პროცესების შესახებ, რომლებიც მართავენ ორგანზომილებიანი ნანომასალების ბიორემედიაციის მექანიზმებს.გარდა ამისა, ჩვენ ვამუშავებთ მარტივ ფორმაზე დაფუძნებულ მეთოდს, რომელიც დაფუძნებულია 2D ნანომასალების ფორმის დახვეწილ ცვლილებებზე თვალყურის დევნებისთვის.ეს შთააგონებს შემდგომ მოკლევადიან და გრძელვადიან კვლევებს არაორგანული კრისტალური ნანომასალების სხვადასხვა გარემოზე ზემოქმედების შესახებ.ამრიგად, ჩვენი კვლევა ზრდის მასალის ზედაპირსა და ბიოლოგიურ მასალას შორის ურთიერთქმედების გაგებას.ჩვენ ასევე ვაძლევთ საფუძველს მტკნარი წყლის ეკოსისტემებზე მათი შესაძლო ზემოქმედების გაფართოებული მოკლევადიანი და გრძელვადიანი კვლევებისთვის, რაც ახლა ადვილად შეიძლება გადამოწმდეს.
MXenes წარმოადგენს მასალების საინტერესო კლასს უნიკალური და მიმზიდველი ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით და, შესაბამისად, მრავალი პოტენციური აპლიკაციით.ეს თვისებები დიდწილად დამოკიდებულია მათ სტექიომეტრიასა და ზედაპირის ქიმიაზე.ამიტომ, ჩვენს კვლევაში, ჩვენ გამოვიკვლიეთ Nb-ზე დაფუძნებული იერარქიული ერთშრიანი (SL) MXenes, Nb2CTx და Nb4C3TX, ვინაიდან შეიძლებოდა ამ ნანომასალების სხვადასხვა ბიოლოგიური ეფექტის დაკვირვება.MXenes წარმოიქმნება მათი საწყისი მასალებისგან ატომურად თხელი MAX ფაზის A ფენების ზემოდან ქვევით შერჩევითი გრავირებით.MAX ფაზა არის სამჯერადი კერამიკა, რომელიც შედგება გარდამავალი ლითონის კარბიდების "შეკრული" ბლოკებისგან და "A" ელემენტების თხელი ფენებისგან, როგორიცაა Al, Si და Sn MnAXn-1 სტოქიომეტრიით.საწყისი MAX ფაზის მორფოლოგია დაფიქსირდა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით (SEM) და შეესაბამებოდა წინა კვლევებს (იხ. დამატებითი ინფორმაცია, SI, სურათი S1).მრავალშრიანი (ML) Nb-MXene მიღებულ იქნა Al ფენის მოხსნის შემდეგ 48% HF (ჰიდროფტორმჟავა).ML-Nb2CTx-ისა და ML-Nb4C3TX-ის მორფოლოგია გამოკვლეული იყო სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით (SEM) (სურათები S1c და S1d შესაბამისად) და დაფიქსირდა ტიპიური ფენიანი MXene მორფოლოგია, მსგავსი ორგანზომილებიანი ნანოფიფქები, რომლებიც გადიან წაგრძელებულ ფორების მსგავს ფენებში.ორივე Nb-MXen-ს ბევრი რამ აქვს საერთო MXene ფაზებთან, რომლებიც ადრე სინთეზირებული იყო მჟავა ოქროვით27,38.MXene-ის სტრუქტურის დადასტურების შემდეგ, ჩვენ დავაფარეთ იგი ტეტრაბუტილამონიუმის ჰიდროქსიდის (TBAOH) ინტერკალაციის გზით, რასაც მოჰყვა გარეცხვა და სონიკირება, რის შემდეგაც მივიღეთ ერთშრიანი ან დაბალი ფენის (SL) 2D Nb-MXene ნანოფლიქები.
ჩვენ გამოვიყენეთ მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია (HRTEM) და რენტგენის დიფრაქცია (XRD) ოქროვის და შემდგომი პილინგის ეფექტურობის შესამოწმებლად.შებრუნებული სწრაფი ფურიეს ტრანსფორმაციის (IFFT) და სწრაფი ფურიეს ტრანსფორმაციის (FFT) გამოყენებით დამუშავებული HRTEM შედეგები ნაჩვენებია ნახ. 2-ში. Nb-MXene ნანოფლიქები იყო ორიენტირებული კიდეზე მაღლა ატომური ფენის სტრუქტურის შესამოწმებლად და პლანთაშორისი მანძილების გასაზომად.MXene Nb2CTx და Nb4C3TX ნანოფანტელების HRTEM სურათებმა გამოავლინა მათი ატომურად თხელი ფენიანი ბუნება (იხ. სურ. 2a1, a2), როგორც ადრე იყო მოხსენებული Naguib et al.27 და Jastrzębska et al.38.ორი მომიჯნავე Nb2CTx და Nb4C3Tx მონოშრისთვის, ჩვენ განვსაზღვრეთ 0,74 და 1,54 ნმ შორი მანძილი, შესაბამისად (ნახ. 2b1,b2), რაც ასევე ეთანხმება ჩვენს წინა შედეგებს38.ეს კიდევ უფრო დადასტურდა ინვერსიული სწრაფი ფურიეს ტრანსფორმაციით (ნახ. 2c1, c2) და სწრაფი ფურიეს ტრანსფორმაციით (ნახ. 2d1, d2), რომელიც აჩვენებს მანძილს Nb2CTx და Nb4C3Tx მონოფენებს შორის.სურათზე ნაჩვენებია მსუბუქი და მუქი ზოლების მონაცვლეობა, რომლებიც შეესაბამება ნიობიუმის და ნახშირბადის ატომებს, რაც ადასტურებს შესწავლილი MXen-ების ფენოვან ბუნებას.მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ენერგიის დისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიის (EDX) სპექტრები, რომლებიც მიღებულია Nb2CTx და Nb4C3Tx (სურათები S2a და S2b) არ აჩვენა თავდაპირველი MAX ფაზის ნარჩენები, რადგან არ იყო გამოვლენილი Al პიკი.
SL Nb2CTx და Nb4C3Tx MXene ნანოფიფქების დახასიათება, მათ შორის (ა) მაღალი გარჩევადობის ელექტრონული მიკროსკოპის (HRTEM) გვერდითი ხედის 2D ნანოფანტის გამოსახულება და შესაბამისი, (ბ) ინტენსივობის რეჟიმი, (გ) ინვერსიული სწრაფი ფურიეს ტრანსფორმაცია (IFFT), (დ) სწრაფი-M ფურიეს ტრანსფორმაციები (FFT).SL 2D Nb2CTx-ისთვის, რიცხვები გამოიხატება როგორც (a1, b1, c1, d1, e1).SL 2D Nb4C3Tx-ისთვის, რიცხვები გამოიხატება როგორც (a2, b2, c2, d2, e1).
SL Nb2CTx და Nb4C3Tx MXenes-ის რენტგენის დიფრაქციის გაზომვები ნაჩვენებია ნახ.2e1 და e2, შესაბამისად.მწვერვალები (002) 4.31 და 4.32 შეესაბამება ადრე აღწერილ ფენოვან MXenes Nb2CTx და Nb4C3TX38,39,40,41 შესაბამისად.XRD შედეგები ასევე მიუთითებს ზოგიერთი ნარჩენი ML სტრუქტურისა და MAX ფაზის არსებობაზე, მაგრამ ძირითადად XRD შაბლონებზე, რომლებიც დაკავშირებულია SL Nb4C3Tx-თან (ნახ. 2e2).MAX ფაზის უფრო მცირე ნაწილაკების არსებობამ შეიძლება აიხსნას MAX-ის უფრო ძლიერი პიკი, შემთხვევით დაწყობილ Nb4C3Tx ფენებთან შედარებით.
შემდგომი კვლევა ფოკუსირებულია მწვანე მიკროწყალმცენარეებზე, რომლებიც მიეკუთვნებიან R. subcapitata სახეობას.ჩვენ ავირჩიეთ მიკრო წყალმცენარეები, რადგან ისინი მნიშვნელოვანი მწარმოებლები არიან, რომლებიც მონაწილეობენ ძირითად საკვებ ქსელებში42.ისინი ასევე ტოქსიკურობის ერთ-ერთი საუკეთესო მაჩვენებელია ტოქსიკური ნივთიერებების მოცილების უნარის გამო, რომლებიც გადატანილია კვებითი ჯაჭვის უფრო მაღალ დონეზე43.გარდა ამისა, კვლევამ R. subcapitata-ზე შესაძლოა ნათელი მოჰფინოს SL Nb-MXenes-ის შემთხვევით ტოქსიკურობას ჩვეულებრივი მტკნარი წყლის მიკროორგანიზმების მიმართ.ამის საილუსტრაციოდ, მკვლევარებმა გამოთქვეს ჰიპოთეზა, რომ თითოეულ მიკრობს აქვს განსხვავებული მგრძნობელობა გარემოში არსებული ტოქსიკური ნაერთების მიმართ.ორგანიზმების უმეტესობისთვის ნივთიერებების დაბალი კონცენტრაცია გავლენას არ ახდენს მათ ზრდაზე, ხოლო გარკვეულ ზღვარზე ზევით კონცენტრაციამ შეიძლება შეაფერხოს ისინი ან გამოიწვიოს სიკვდილიც კი.ამიტომ, მიკრო წყალმცენარეებსა და MXenes-ს შორის ზედაპირული ურთიერთქმედების და მასთან დაკავშირებული აღდგენის შესწავლისთვის, გადავწყვიტეთ გამოგვემოწმებინა Nb-MXenes-ის უვნებელი და ტოქსიკური კონცენტრაციები.ამისათვის ჩვენ გამოვცადეთ 0 (როგორც მითითება), 0.01, 0.1 და 10 მგ ლ-1 MXene კონცენტრაციები და დამატებით ინფიცირებული მიკროწყალმცენარეები MXene-ის ძალიან მაღალი კონცენტრაციით (100 მგ l-1 MXene), რაც შეიძლება იყოს უკიდურესი და ლეტალური..ნებისმიერი ბიოლოგიური გარემოსთვის.
SL Nb-MXenes-ის ზემოქმედება მიკროწყალმცენარეებზე ნაჩვენებია სურათი 3-ში, გამოხატული ზრდის ხელშეწყობის პროცენტულად (+) ან დათრგუნვის (-) გაზომილი 0 მგ l-1 ნიმუშებისთვის.შედარებისთვის, ასევე შემოწმდა Nb-MAX ფაზა და ML Nb-MXenes და შედეგები ნაჩვენებია SI-ში (იხ. ნახ. S3).მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა, რომ SL Nb-MXenes თითქმის მთლიანად მოკლებულია ტოქსიკურობას დაბალი კონცენტრაციების დიაპაზონში 0.01-დან 10 მგ/ლ-მდე, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 3a,b.Nb2CTx-ის შემთხვევაში, ჩვენ დავაფიქსირეთ არაუმეტეს 5% ეკოტოქსიკურობა მითითებულ დიაპაზონში.
მიკროწყალმცენარეების ზრდის სტიმულირება (+) ან (-) დათრგუნვა SL (a) Nb2CTx და (ბ) Nb4C3TX MXene-ის თანდასწრებით.გაანალიზებული იყო MXene-მიკრო წყალმცენარეების ურთიერთქმედების 24, 48 და 72 საათი. მნიშვნელოვანი მონაცემები (t-ტესტი, p <0.05) მონიშნული იყო ვარსკვლავით (*). მნიშვნელოვანი მონაცემები (t-ტესტი, p <0.05) მონიშნული იყო ვარსკვლავით (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). მნიშვნელოვანი მონაცემები (t-ტესტი, p <0.05) აღინიშნება ვარსკვლავით (*).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 (*). მნიშვნელოვანი მონაცემები (t-ტესტი, p <0.05) აღინიშნება ვარსკვლავით (*).წითელი ისრები მიუთითებს ინჰიბიტორული სტიმულაციის გაუქმებაზე.
მეორეს მხრივ, Nb4C3TX-ის დაბალი კონცენტრაცია ოდნავ უფრო ტოქსიკური აღმოჩნდა, მაგრამ არაუმეტეს 7%.როგორც მოსალოდნელი იყო, ჩვენ დავაკვირდით, რომ MXenes-ს ჰქონდა უფრო მაღალი ტოქსიკურობა და მიკროწყალმცენარეების ზრდის ინჰიბირება 100 მგ L-1-ზე.საინტერესოა, რომ არცერთ მასალას არ აჩვენა ატოქსიური/ტოქსიკური ეფექტების იგივე ტენდენცია და დროზე დამოკიდებულება MAX ან ML ნიმუშებთან შედარებით (დეტალებისთვის იხილეთ SI).მიუხედავად იმისა, რომ MAX ფაზაში (იხ. სურ. S3) ტოქსიკურობამ მიაღწია დაახლოებით 15-25%-ს და დროთა განმავლობაში გაიზარდა, საპირისპირო ტენდენცია დაფიქსირდა SL Nb2CTx-სა და Nb4C3TX MXene-ზე.დროთა განმავლობაში მიკრო წყალმცენარეების ზრდის დათრგუნვა შემცირდა.მან მიაღწია დაახლოებით 17%-ს 24 საათის შემდეგ და დაეცა 5%-ზე ნაკლებ 72 საათის შემდეგ (ნახ. 3a, b, შესაბამისად).
რაც მთავარია, SL Nb4C3TX-ისთვის მიკრო წყალმცენარეების ზრდის დათრგუნვამ მიაღწია დაახლოებით 27%-ს 24 საათის შემდეგ, მაგრამ 72 საათის შემდეგ შემცირდა დაახლოებით 1%-მდე.ამიტომ, ჩვენ აღვნიშნეთ დაკვირვებული ეფექტი, როგორც სტიმულაციის შებრუნებული ინჰიბიცია და ეფექტი უფრო ძლიერი იყო SL Nb4C3TX MXene-სთვის.მიკრო წყალმცენარეების ზრდის სტიმულირება ადრე აღინიშნა Nb4C3TX-ით (ურთიერთქმედება 10 მგ ლ-1-ზე 24 საათის განმავლობაში) SL Nb2CTx MXene-თან შედარებით.დათრგუნვა-სტიმულირების შებრუნების ეფექტი ასევე კარგად იყო ნაჩვენები ბიომასის გაორმაგების სიჩქარის მრუდში (იხილეთ ნახ. S4 დეტალებისთვის).ჯერჯერობით მხოლოდ Ti3C2TX MXene-ის ეკოტოქსიკურობაა შესწავლილი სხვადასხვა გზით.ის არ არის ტოქსიკური ზებრას ემბრიონებისთვის44, მაგრამ ზომიერად ეკოტოქსიკურია მიკროწყალმცენარეებისთვის Desmodesmus quadricauda და Sorghum saccharatum მცენარეებისთვის45.სპეციფიკური ეფექტების სხვა მაგალითები მოიცავს უფრო მაღალ ტოქსიკურობას კიბოს უჯრედების ხაზებზე, ვიდრე ნორმალური უჯრედების ხაზებისთვის46,47.შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ტესტის პირობები გავლენას მოახდენს მიკრო წყალმცენარეების ზრდის ცვლილებებზე, რომლებიც შეინიშნება Nb-MXenes-ის თანდასწრებით.მაგალითად, ქლოროპლასტის სტრომაში pH დაახლოებით 8 ოპტიმალურია RuBisCO ფერმენტის ეფექტური მუშაობისთვის.ამიტომ, pH ცვლილებები უარყოფითად მოქმედებს ფოტოსინთეზის სიჩქარეზე48,49.თუმცა, ექსპერიმენტის დროს pH-ში მნიშვნელოვანი ცვლილებები არ დაფიქსირებულა (დეტალებისთვის იხილეთ SI, სურ. S5).ზოგადად, მიკროწყალმცენარეების კულტურებმა Nb-MXenes-ით ოდნავ შეამცირა ხსნარის pH დროთა განმავლობაში.თუმცა, ეს შემცირება იყო სუფთა გარემოს pH-ის ცვლილების მსგავსი.გარდა ამისა, აღმოჩენილი ვარიაციების დიაპაზონი მსგავსი იყო მიკრო წყალმცენარეების სუფთა კულტურისთვის (საკონტროლო ნიმუში).ამრიგად, დავასკვნათ, რომ ფოტოსინთეზზე გავლენას არ ახდენს pH-ის ცვლილებები დროთა განმავლობაში.
გარდა ამისა, სინთეზირებულ MXen-ებს აქვთ ზედაპირული დაბოლოებები (აღნიშნულია როგორც Tx).ეს არის ძირითადად ფუნქციური ჯგუფები -O, -F და -OH.თუმცა ზედაპირის ქიმია პირდაპირ კავშირშია სინთეზის მეთოდთან.ცნობილია, რომ ეს ჯგუფები შემთხვევით ნაწილდება ზედაპირზე, რაც ართულებს მათი გავლენის პროგნოზირებას MXene50-ის თვისებებზე.შეიძლება ითქვას, რომ Tx შეიძლება იყოს კატალიზური ძალა ნიობიუმის სინათლის მიერ დაჟანგვისთვის.ზედაპირული ფუნქციური ჯგუფები მართლაც უზრუნველყოფენ მრავალჯერადი დამაგრების ადგილს მათი ფუძემდებლური ფოტოკატალიზატორებისთვის ჰეტეროკავშირების შესაქმნელად51.თუმცა, ზრდის საშუალების შემადგენლობა არ უზრუნველყოფდა ეფექტურ ფოტოკატალიზატორს (საშუალების დეტალური შემადგენლობა შეგიძლიათ იხილოთ SI ცხრილში S6).გარდა ამისა, ნებისმიერი ზედაპირის მოდიფიკაცია ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან MXenes-ის ბიოლოგიური აქტივობა შეიძლება შეიცვალოს ფენის შემდგომი დამუშავების, დაჟანგვის, ორგანული და არაორგანული ნაერთების ქიმიური ზედაპირის მოდიფიკაციის გამო52,53,54,55,56 ან ზედაპირული მუხტის ინჟინერიის გამო38.ამიტომ, იმის შესამოწმებლად, აქვს თუ არა რაიმე კავშირი ნიობიუმის ოქსიდს გარემოში მატერიალურ არასტაბილურობასთან, ჩვენ ჩავატარეთ კვლევები ზეტა (ζ) პოტენციალის შესახებ მიკროწყალმცენარეების ზრდის გარემოში და დეიონიზებულ წყალში (შედარებისთვის).ჩვენი შედეგები აჩვენებს, რომ SL Nb-MXenes საკმაოდ სტაბილურია (იხილეთ SI ნახ. S6 MAX და ML შედეგებისთვის).SL MXenes-ის ზეტა პოტენციალი არის დაახლოებით -10 მვ.SR Nb2CTx-ის შემთხვევაში, ζ-ის მნიშვნელობა გარკვეულწილად უფრო უარყოფითია, ვიდრე Nb4C3Tx.ζ მნიშვნელობის ასეთი ცვლილება შეიძლება მიუთითებდეს, რომ უარყოფითად დამუხტული MXene ნანოფიფქების ზედაპირი შთანთქავს დადებითად დამუხტულ იონებს კულტურის გარემოდან.ზეტა პოტენციალისა და Nb-MXenes-ის გამტარობის დროებითი გაზომვები კულტურის გარემოში (დაწვრილებით იხილეთ ნახატები S7 და S8 SI-ში), როგორც ჩანს, მხარს უჭერს ჩვენს ჰიპოთეზას.
თუმცა, ორივე Nb-MXene SL-მა აჩვენა მინიმალური ცვლილებები ნულიდან.ეს ნათლად აჩვენებს მათ სტაბილურობას მიკროწყალმცენარეების ზრდის გარემოში.გარდა ამისა, ჩვენ შევაფასეთ, იმოქმედებს თუ არა ჩვენი მწვანე მიკრო წყალმცენარეების არსებობა გარემოში Nb-MXenes-ის სტაბილურობაზე.MXenes-ის ზეტა პოტენციალისა და გამტარობის შედეგები მიკროწყალმცენარეებთან ურთიერთქმედების შემდეგ საკვებ მედიასა და კულტურაში დროთა განმავლობაში შეგიძლიათ იხილოთ SI-ში (სურათები S9 და S10).საინტერესოა, რომ ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ მიკრო წყალმცენარეების არსებობა ასტაბილურებს ორივე MXen-ის დისპერსიას.Nb2CTx SL-ის შემთხვევაში, ზეტა პოტენციალი ოდნავ შემცირდა დროთა განმავლობაში უფრო უარყოფით მნიშვნელობებამდე (-15.8 წინააღმდეგ -19.1 მვ ინკუბაციიდან 72 საათის შემდეგ).SL Nb4C3TX-ის ზეტა პოტენციალი ოდნავ გაიზარდა, მაგრამ 72 საათის შემდეგ მან მაინც აჩვენა უფრო მაღალი სტაბილურობა, ვიდრე ნანოფიფქები მიკრო წყალმცენარეების არსებობის გარეშე (-18,1 vs. -9,1 მვ).
ჩვენ ასევე აღმოვაჩინეთ Nb-MXene ხსნარების დაბალი გამტარობა, ინკუბირებული მიკროწყალმცენარეების თანდასწრებით, რაც მიუთითებს იონების ნაკლებ რაოდენობაზე საკვებ გარემოში.აღსანიშნავია, რომ წყალში MXen-ების არასტაბილურობა ძირითადად ზედაპირული დაჟანგვით არის განპირობებული57.ამიტომ, ჩვენ ვეჭვობთ, რომ მწვანე მიკროწყალმცენარეები როგორღაც ასუფთავებდნენ Nb-MXene-ის ზედაპირზე წარმოქმნილ ოქსიდებს და ხელს უშლიდნენ კიდეც მათ წარმოქმნას (MXene-ის დაჟანგვა).ამის დანახვა შესაძლებელია მიკროწყალმცენარეების მიერ შთანთქმული ნივთიერებების ტიპების შესწავლით.
მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენმა ეკოტოქსიკოლოგიურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ მიკროწყალმცენარეებმა შეძლეს დროთა განმავლობაში დაძლიონ Nb-MXenes-ის ტოქსიკურობა და სტიმულირებული ზრდის უჩვეულო დათრგუნვა, ჩვენი კვლევის მიზანი იყო მოქმედების შესაძლო მექანიზმების გამოკვლევა.როდესაც ორგანიზმები, როგორიცაა წყალმცენარეები ექვემდებარებიან ნაერთებს ან მასალებს, რომლებიც არ იცნობენ მათ ეკოსისტემებს, მათ შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ სხვადასხვა გზით58,59.ტოქსიკური ლითონის ოქსიდების არარსებობის შემთხვევაში, მიკროწყალმცენარეებს შეუძლიათ იკვებონ, რაც მათ საშუალებას აძლევს მუდმივად გაიზარდოს60.ტოქსიკური ნივთიერებების მიღების შემდეგ შეიძლება გააქტიურდეს თავდაცვის მექანიზმები, როგორიცაა ფორმის ან ფორმის შეცვლა.ასევე გასათვალისწინებელია შეწოვის შესაძლებლობა58,59.აღსანიშნავია, რომ დამცავი მექანიზმის ნებისმიერი ნიშანი არის საცდელი ნაერთის ტოქსიკურობის ნათელი მაჩვენებელი.ამიტომ, ჩვენს შემდგომ მუშაობაში, ჩვენ გამოვიკვლიეთ პოტენციური ზედაპირული ურთიერთქმედება SL Nb-MXene ნანოფლაკებსა და მიკროწყალმცენარეებს შორის SEM-ით და Nb-ზე დაფუძნებული MXene-ის შესაძლო შთანთქმა რენტგენის ფლუორესცენციული სპექტროსკოპიით (XRF).გაითვალისწინეთ, რომ SEM და XRF ანალიზები ჩატარდა მხოლოდ MXene-ის უმაღლეს კონცენტრაციაზე აქტივობის ტოქსიკურობის საკითხების გადასაჭრელად.
SEM-ის შედეგები ნაჩვენებია ნახ.4-ში.დაუმუშავებელი მიკრო წყალმცენარეების უჯრედები (იხ. სურ. 4a, საცნობარო ნიმუში) აშკარად აჩვენებდნენ ტიპიურ R. subcapitata მორფოლოგიას და კრუასანის მსგავსი უჯრედის ფორმას.უჯრედები გაბრტყელებული და გარკვეულწილად დეზორგანიზებული ჩანს.ზოგიერთი მიკრო წყალმცენარეების უჯრედი გადახურდა და ჩახლართული ერთმანეთს, მაგრამ ეს, სავარაუდოდ, ნიმუშის მომზადების პროცესით იყო გამოწვეული.ზოგადად, სუფთა მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებს ჰქონდათ გლუვი ზედაპირი და არ აღენიშნებოდათ მორფოლოგიური ცვლილებები.
SEM გამოსახულებები აჩვენებს ზედაპირულ ურთიერთქმედებას მწვანე მიკროწყალმცენარეებსა და MXene ნანოფურცლებს შორის 72 საათის ურთიერთქმედების შემდეგ ექსტრემალურ კონცენტრაციებში (100 მგ ლ-1).(ა) დაუმუშავებელი მწვანე მიკრო წყალმცენარეები SL-თან ურთიერთქმედების შემდეგ (ბ) Nb2CTx და (გ) Nb4C3TX MXenes.გაითვალისწინეთ, რომ Nb-MXene ნანოფიფქები აღინიშნება წითელი ისრებით.შედარებისთვის, ასევე დამატებულია ფოტოები ოპტიკური მიკროსკოპიდან.
ამის საპირისპიროდ, დაზიანდა SL Nb-MXene ნანოფლაკებით ადსორბირებული მიკროწყალმცენარეების უჯრედები (იხ. სურ. 4b, c, წითელი ისრები).Nb2CTx MXene-ის შემთხვევაში (ნახ. 4b), მიკროწყალმცენარეები იზრდებიან მიმაგრებული ორგანზომილებიანი ნანომასშტაბებით, რამაც შეიძლება შეცვალოს მათი მორფოლოგია.აღსანიშნავია, რომ ჩვენ ასევე დავაკვირდით ამ ცვლილებებს სინათლის მიკროსკოპის ქვეშ (იხილეთ SI სურათი S11 დეტალებისთვის).ამ მორფოლოგიურ გადასვლას აქვს დამაჯერებელი საფუძველი მიკრო წყალმცენარეების ფიზიოლოგიაში და მათ უნარს დაიცვას საკუთარი თავი უჯრედის მორფოლოგიის შეცვლით, როგორიცაა უჯრედის მოცულობის გაზრდა61.აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია შეამოწმოთ მიკროწყალმცენარეების უჯრედების რაოდენობა, რომლებიც რეალურად არიან კონტაქტში Nb-MXenes-თან.SEM კვლევებმა აჩვენა, რომ მიკრო წყალმცენარეების უჯრედების დაახლოებით 52% ექვემდებარებოდა Nb-MXenes-ს, ხოლო ამ მიკროწყალმცენარეების უჯრედების 48% თავს არიდებდა კონტაქტს.SL Nb4C3Tx MXene-სთვის მიკრო წყალმცენარეები ცდილობენ აირიდონ MXene-თან კონტაქტი, რითაც ლოკალიზდებიან და იზრდებიან ორგანზომილებიანი ნანომასშტაბებიდან (ნახ. 4c).თუმცა, ჩვენ არ დავაფიქსირეთ ნანომასშტაბების შეღწევა მიკროწყალმცენარეების უჯრედებში და მათი დაზიანება.
თვითგადარჩენა ასევე არის დროზე დამოკიდებული საპასუხო ქცევა ფოტოსინთეზის დაბლოკვისას უჯრედის ზედაპირზე ნაწილაკების ადსორბციის და ე.წ. დაჩრდილვის (დაჩრდილვის) ეფექტის გამო62.ნათელია, რომ თითოეული ობიექტი (მაგალითად, Nb-MXene ნანოფლაკები), რომელიც მდებარეობს მიკროწყალმცენარეებსა და სინათლის წყაროს შორის, ზღუდავს ქლოროპლასტების მიერ შთანთქმული სინათლის რაოდენობას.თუმცა, ეჭვი არ გვეპარება, რომ ეს მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მიღებულ შედეგებზე.როგორც ჩვენმა მიკროსკოპულმა დაკვირვებებმა აჩვენა, 2D ნანოფიფქები მთლიანად არ იყო გახვეული ან მიმაგრებული მიკროწყალმცენარეების ზედაპირზე, მაშინაც კი, როდესაც მიკროწყალმცენარეების უჯრედები კონტაქტში იყვნენ Nb-MXenes-თან.ამის ნაცვლად, აღმოჩნდა, რომ ნანოფლიქები მიკროწყალმცენარეების უჯრედებზე იყო ორიენტირებული მათი ზედაპირის დაფარვის გარეშე.ნანოფლიქების/მიკრო წყალმცენარეების ასეთი ნაკრები მნიშვნელოვნად ვერ ზღუდავს მიკრო წყალმცენარეების უჯრედების მიერ შთანთქმული სინათლის რაოდენობას.უფრო მეტიც, ზოგიერთმა კვლევამ აჩვენა კიდეც ფოტოსინთეზური ორგანიზმების მიერ სინათლის შთანთქმის გაუმჯობესება ორგანზომილებიანი ნანომასალების არსებობისას63,64,65,66.
ვინაიდან SEM სურათებმა პირდაპირ ვერ დაადასტურა ნიობიუმის შეწოვა მიკროწყალმცენარეების უჯრედებით, ჩვენმა შემდგომმა კვლევამ მიმართა რენტგენის ფლუორესცენციის (XRF) და რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS) ანალიზს ამ საკითხის გასარკვევად.აქედან გამომდინარე, ჩვენ შევადარეთ საცნობარო მიკროწყალმცენარეების ნიმუშების Nb მწვერვალების ინტენსივობა, რომლებიც არ ურთიერთქმედებდნენ MXenes-თან, MXene ნანოფანტელებთან, რომლებიც მოწყვეტილია მიკროწყალმცენარეების უჯრედების ზედაპირიდან და მიკროწყალმცენარეების უჯრედებს მიმაგრებული MXenes-ის მოცილების შემდეგ.აღსანიშნავია, რომ თუ არ არის Nb-ის შეწოვა, მიკროწყალმცენარეების უჯრედების მიერ მიღებული Nb მნიშვნელობა უნდა იყოს ნული მიმაგრებული ნანომასშტაბების ამოღების შემდეგ.ამიტომ, თუ Nb-ის ათვისება მოხდება, ორივე XRF და XPS შედეგებმა უნდა აჩვენოს მკაფიო Nb პიკი.
XRF სპექტრების შემთხვევაში, მიკრო წყალმცენარეების ნიმუშებმა აჩვენეს Nb მწვერვალები SL Nb2CTx და Nb4C3Tx MXene SL Nb2CTx და Nb4C3Tx MXene-თან ურთიერთქმედების შემდეგ (იხ. ნახაზი 5a, ასევე გაითვალისწინეთ, რომ MAX და ML MXenes-ის შედეგები ნაჩვენებია SS71,-ში).საინტერესოა, რომ Nb პიკის ინტენსივობა ორივე შემთხვევაში ერთნაირია (წითელი ზოლები ნახ. 5a).ეს მიუთითებს იმაზე, რომ წყალმცენარეები ვერ შთანთქავდნენ მეტ Nb-ს და უჯრედებში მიღწეული იყო Nb-ის დაგროვების მაქსიმალური ტევადობა, თუმცა ორჯერ მეტი Nb4C3Tx MXene იყო მიმაგრებული მიკროწყალმცენარეების უჯრედებზე (ლურჯი ზოლები ნახ. 5a).აღსანიშნავია, რომ მიკრო წყალმცენარეების ლითონების შთანთქმის უნარი დამოკიდებულია ლითონის ოქსიდების კონცენტრაციაზე გარემოში67,68.შამშადამ და სხვებმა 67-მა დაადგინეს, რომ მტკნარი წყლის წყალმცენარეების შთანთქმის უნარი მცირდება pH-ის მატებასთან ერთად.რაიზმა და სხვებმა.68 აღნიშნეს, რომ წყალმცენარეების ლითონების შთანთქმის უნარი დაახლოებით 25%-ით მაღალი იყო Pb2+-ისთვის, ვიდრე Ni2+-ისთვის.
(ა) ბაზალური Nb-ის შეწოვის XRF შედეგები მწვანე მიკროწყალმცენარეების უჯრედების მიერ ინკუბირებული SL Nb-MXenes-ის უკიდურეს კონცენტრაციაზე (100 მგ L-1) 72 საათის განმავლობაში.შედეგები აჩვენებს α-ს არსებობას სუფთა მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებში (საკონტროლო ნიმუში, ნაცრისფერი სვეტები), 2D ნანოფიფქები, რომლებიც იზოლირებულია ზედაპირული მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებიდან (ლურჯი სვეტები) და მიკროწყალმცენარეების უჯრედები ზედაპირიდან 2D ნანოფანტელების გამოყოფის შემდეგ (წითელი სვეტები).ელემენტარული Nb რაოდენობა, (ბ) მიკროწყალმცენარეების ორგანული კომპონენტების ქიმიური შემადგენლობის პროცენტი (C=O და CHx/C–O) და Nb ოქსიდები, რომლებიც წარმოდგენილია მიკროწყალმცენარეების უჯრედებში SL Nb-MXenes-ით ინკუბაციის შემდეგ, (c–e) XPS SL Nb2CTx მიკროსქემების Nb2CTx მიკროორგანიზებული MSLXe-ით (MSLXbh) მიერ ინკუბაციის შემდეგ.
ამიტომ, ჩვენ ველოდით, რომ Nb შეიწოვება წყალმცენარეების უჯრედების მიერ ოქსიდების სახით.ამის შესამოწმებლად ჩვენ ჩავატარეთ XPS კვლევები MXenes Nb2CTx და Nb4C3TX და წყალმცენარეების უჯრედებზე.წყალმცენარეების ურთიერთქმედების შედეგები Nb-MXenes-თან და წყალმცენარეების უჯრედებიდან იზოლირებულ MXen-ებთან ნაჩვენებია ნახ.5ბ.როგორც მოსალოდნელი იყო, ჩვენ აღმოვაჩინეთ Nb 3d პიკები მიკრო წყალმცენარეების ნიმუშებში MXene-ის ამოღების შემდეგ მიკროწყალმცენარეების ზედაპირიდან.C=O, CHx/CO და Nb ოქსიდების რაოდენობრივი განსაზღვრა გამოითვალა Nb 3d, O 1s და C 1s სპექტრების საფუძველზე, მიღებული Nb2CTx SL (ნახ. 5c–e) და Nb4C3Tx SL (ნახ. 5c–e).) მიღებულია ინკუბირებული მიკროწყალმცენარეებიდან.სურათი 5ვ–თ) MXenes.ცხრილი S1-3 გვიჩვენებს პიკის პარამეტრების დეტალებს და მთლიან ქიმიას, რომელიც წარმოიქმნება მორგების შედეგად.აღსანიშნავია, რომ Nb2CTx SL და Nb4C3Tx SL-ის Nb 3d რეგიონები (ნახ. 5c, f) შეესაბამება ერთ Nb2O5 კომპონენტს.აქ ჩვენ ვერ ვიპოვნეთ MXene-თან დაკავშირებული მწვერვალები სპექტრებში, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მიკროწყალმცენარეების უჯრედები შთანთქავენ მხოლოდ Nb-ის ოქსიდის ფორმას.გარდა ამისა, ჩვენ დავაახლოეთ C 1 s სპექტრი C–C, CHx/C–O, C=O და –COOH კომპონენტებთან.მიკროწყალმცენარეების უჯრედების ორგანულ წვლილს მივაკუთვნეთ CHx/C–O და C=O მწვერვალები.ეს ორგანული კომპონენტები შეადგენენ C 1s პიკების 36% და 41% Nb2CTx SL და Nb4C3TX SL, შესაბამისად.შემდეგ ჩვენ დავაყენეთ SL Nb2CTx და SL Nb4C3TX O 1s სპექტრები Nb2O5, მიკროწყალმცენარეების ორგანული კომპონენტები (CHx/CO) და ზედაპირული ადსორბირებული წყალი.
საბოლოოდ, XPS-ის შედეგებმა ნათლად მიუთითა Nb-ის ფორმაზე და არა მხოლოდ მის არსებობაზე.Nb 3d სიგნალის პოზიციისა და დეკონვოლუციის შედეგების მიხედვით, ჩვენ ვადასტურებთ, რომ Nb შეიწოვება მხოლოდ ოქსიდების სახით და არა იონების ან თავად MXene-ის სახით.გარდა ამისა, XPS-ის შედეგებმა აჩვენა, რომ მიკროწყალმცენარეების უჯრედებს აქვთ უფრო მეტი უნარი, აითვისონ Nb ოქსიდები SL Nb2CTx-დან, ვიდრე SL Nb4C3TX MXene.
მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენი Nb-ის შეწოვის შედეგები შთამბეჭდავია და საშუალებას გვაძლევს ამოვიცნოთ MXene დეგრადაცია, არ არსებობს ხელმისაწვდომი მეთოდი 2D ნანოფანტელებში დაკავშირებული მორფოლოგიური ცვლილებების თვალყურის დევნებისთვის.ამიტომ, ჩვენ ასევე გადავწყვიტეთ შეგვემუშავებინა შესაფერისი მეთოდი, რომელიც პირდაპირ რეაგირებს ნებისმიერ ცვლილებაზე, რომელიც ხდება 2D Nb-MXene ნანოფლიქებსა და მიკროწყალმცენარეებში.მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ თუ ურთიერთქმედება სახეობები განიცდის რაიმე ტრანსფორმაციას, დაშლას ან დეფრაგმენტაციას, ეს სწრაფად უნდა გამოვლინდეს ფორმის პარამეტრების ცვლილებებით, როგორიცაა ექვივალენტური წრიული არეალის დიამეტრი, მრგვალობა, ფერეტის სიგანე ან ფერეტის სიგრძე.ვინაიდან ეს პარამეტრები შესაფერისია წაგრძელებული ნაწილაკების ან ორგანზომილებიანი ნანოფანტელების აღწერისთვის, მათი თვალყურის დევნება დინამიური ნაწილაკების ფორმის ანალიზით მოგვცემს მნიშვნელოვან ინფორმაციას SL Nb-MXene ნანოფანტელების მორფოლოგიური ტრანსფორმაციის შესახებ რედუქციის დროს.
მიღებული შედეგები ნაჩვენებია სურათზე 6. შედარებისთვის, ჩვენ ასევე გამოვცადეთ ორიგინალური MAX ფაზა და ML-MXenes (იხილეთ SI ნახატები S18 და S19).ნაწილაკების ფორმის დინამიურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ორი Nb-MXene SL-ის ფორმის ყველა პარამეტრი მნიშვნელოვნად შეიცვალა მიკროწყალმცენარეებთან ურთიერთქმედების შემდეგ.როგორც წრიული ფართობის ეკვივალენტური დიამეტრის პარამეტრით (ნახ. 6a, b) ნაჩვენებია, დიდი ნანოფანტელების ფრაქციის შემცირებული პიკური ინტენსივობა მიუთითებს იმაზე, რომ ისინი უფრო პატარა ფრაგმენტებად იშლება.ნახ.6c, d გვიჩვენებს მწვერვალების შემცირებას, რომლებიც დაკავშირებულია ფანტელების განივი ზომასთან (ნანოფანტელების გახანგრძლივება), რაც მიუთითებს 2D ნანოფანტელების ტრანსფორმაციაზე უფრო ნაწილაკების მსგავს ფორმაში.სურათი 6e-h გვიჩვენებს ფერეტის სიგანეს და სიგრძეს, შესაბამისად.ფერეტის სიგანე და სიგრძე არის დამატებითი პარამეტრები და ამიტომ ერთად უნდა განიხილებოდეს.2D Nb-MXene ნანოფლაკების ინკუბაციის შემდეგ მიკრო წყალმცენარეების თანდასწრებით, მათი Feret კორელაციის პიკები გადაინაცვლა და მათი ინტენსივობა შემცირდა.ამ შედეგების საფუძველზე მორფოლოგიასთან, XRF და XPS-თან ერთად, ჩვენ დავასკვნათ, რომ დაკვირვებული ცვლილებები ძლიერ კავშირშია დაჟანგვასთან, რადგან დაჟანგული MXenes უფრო ნაოჭდება და იშლება ფრაგმენტებად და სფერულ ოქსიდის ნაწილაკებად69,70.
MXene-ის ტრანსფორმაციის ანალიზი მწვანე მიკროწყალმცენარეებთან ურთიერთქმედების შემდეგ.ნაწილაკების ფორმის დინამიური ანალიზი ითვალისწინებს ისეთ პარამეტრებს, როგორიცაა (a, b) ექვივალენტური წრიული ფართობის დიამეტრი, (c, d) მრგვალობა, (e, f) ფერეტის სიგანე და (g, h) ფერეტის სიგრძე.ამ მიზნით, ორი საცნობარო მიკრო წყალმცენარეების ნიმუშები გაანალიზდა პირველადი SL Nb2CTx და SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx და SL Nb4C3Tx MXenes, დეგრადირებული მიკროწყალმცენარეები და დამუშავებული მიკროწყალმცენარეები SL Nb2CTx და SL Nb4C3Tx MXen.წითელ ისრებზე ნაჩვენებია შესწავლილი ორგანზომილებიანი ნანოფიფქების ფორმის პარამეტრების გადასვლები.
ვინაიდან ფორმის პარამეტრის ანალიზი ძალიან საიმედოა, მას ასევე შეუძლია გამოავლინოს მორფოლოგიური ცვლილებები მიკროწყალმცენარეების უჯრედებში.აქედან გამომდინარე, ჩვენ გავაანალიზეთ სუფთა მიკრო წყალმცენარეების უჯრედების და უჯრედების ეკვივალენტური წრიული ფართობის დიამეტრი, მრგვალობა და ფერეტის სიგანე/სიგრძე 2D Nb ნანოფანტელებთან ურთიერთქმედების შემდეგ.ნახ.6a–h აჩვენებს ცვლილებებს წყალმცენარეების უჯრედების ფორმის პარამეტრებში, რაც დასტურდება პიკის ინტენსივობის დაქვეითებით და მაქსიმუმების უფრო მაღალი მნიშვნელობებისკენ გადანაცვლებით.კერძოდ, უჯრედის მრგვალობის პარამეტრებმა აჩვენა მოგრძო უჯრედების შემცირება და სფერული უჯრედების ზრდა (ნახ. 6a, b).გარდა ამისა, ფერეტის უჯრედის სიგანე გაიზარდა რამდენიმე მიკრომეტრით SL Nb2CTx MXene-თან (ნახ. 6e) ურთიერთქმედების შემდეგ SL Nb4C3TX MXene-თან შედარებით (ნახ. 6f).ჩვენ ვეჭვობთ, რომ ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს Nb ოქსიდების ძლიერი შთანთქმით მიკრო წყალმცენარეების მიერ Nb2CTx SR-თან ურთიერთქმედებისას.Nb ფანტელების ნაკლებად ხისტმა მიმაგრებამ მათ ზედაპირზე შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედების ზრდა მინიმალური დაჩრდილვის ეფექტით.
ჩვენი დაკვირვებები მიკრო წყალმცენარეების ფორმისა და ზომის პარამეტრების ცვლილებაზე ავსებს სხვა კვლევებს.მწვანე მიკრო წყალმცენარეებს შეუძლიათ შეცვალონ თავიანთი მორფოლოგია გარემო სტრესის საპასუხოდ, უჯრედის ზომის, ფორმის ან მეტაბოლიზმის შეცვლით61.მაგალითად, უჯრედების ზომის შეცვლა ხელს უწყობს საკვები ნივთიერებების შეწოვას71.წყალმცენარეების მცირე უჯრედები აჩვენებენ საკვები ნივთიერებების შეწოვას და დაქვეითებულ ზრდას.პირიქით, უფრო დიდი უჯრედები უფრო მეტ საკვებ ნივთიერებებს მოიხმარენ, რომლებიც შემდეგ დეპონირდება უჯრედშიდა72,73.მაჩადომ და სოარესმა დაადგინეს, რომ ფუნგიციდს ტრიკლოზანს შეუძლია უჯრედების ზომის გაზრდა.მათ ასევე აღმოაჩინეს ღრმა ცვლილებები წყალმცენარეების ფორმაში74.გარდა ამისა, Yin et al.9-მა ასევე გამოავლინა მორფოლოგიური ცვლილებები წყალმცენარეებში შემცირებული გრაფენის ოქსიდის ნანოკომპოზიტების ზემოქმედების შემდეგ.აქედან გამომდინარე, ცხადია, რომ მიკრო წყალმცენარეების შეცვლილი ზომის/ფორმის პარამეტრები გამოწვეულია MXene-ის არსებობით.ვინაიდან ზომისა და ფორმის ეს ცვლილება მიუთითებს საკვები ნივთიერებების შეწოვის ცვლილებებზე, ჩვენ გვჯერა, რომ ზომისა და ფორმის პარამეტრების ანალიზმა დროთა განმავლობაში შეიძლება აჩვენოს ნიობიუმის ოქსიდის შეწოვა მიკრო წყალმცენარეების მიერ Nb-MXenes-ის თანდასწრებით.
უფრო მეტიც, MXenes შეიძლება დაჟანგული იყოს წყალმცენარეების თანდასწრებით.დალაიმ და სხვებმა.75 შენიშნეს, რომ ნანო-TiO2 და Al2O376 მწვანე წყალმცენარეების მორფოლოგია არ იყო ერთგვაროვანი.მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენი დაკვირვებები წინამდებარე კვლევის მსგავსია, ის მხოლოდ ბიორემედიაციის ეფექტების შესწავლას ეხება MXene-ს დეგრადაციის პროდუქტების კუთხით 2D ნანოფანტელების და არა ნანონაწილაკების თანდასწრებით.მას შემდეგ, რაც MXenes შეიძლება დაიშალა ლითონის ოქსიდებად, 31,32,77,78 მიზანშეწონილია ვივარაუდოთ, რომ ჩვენს Nb ნანოფანტელებს შეუძლიათ აგრეთვე შექმნან Nb ოქსიდები მიკრო წყალმცენარეებთან ურთიერთქმედების შემდეგ.
იმისათვის, რომ აეხსნათ 2D-Nb ნანოფანტელების შემცირება დაშლის მექანიზმის მეშვეობით დაჟანგვის პროცესზე დაფუძნებული, ჩვენ ჩავატარეთ კვლევები მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (HRTEM) (ნახ. 7a,b) და რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS) გამოყენებით (ნახ. 7).7c-i და ცხრილები S4-5).ორივე მიდგომა შესაფერისია 2D მასალების დაჟანგვის შესასწავლად და ავსებს ერთმანეთს.HRTEM-ს შეუძლია გაანალიზოს ორგანზომილებიანი ფენიანი სტრუქტურების დეგრადაცია და ლითონის ოქსიდის ნანონაწილაკების შემდგომი გამოჩენა, ხოლო XPS მგრძნობიარეა ზედაპირული ბმების მიმართ.ამ მიზნით, ჩვენ გამოვცადეთ მიკროწყალმცენარეების უჯრედების დისპერსიებიდან ამოღებული 2D Nb-MXene ნანოფლაკები, ანუ მათი ფორმა მიკროალგის უჯრედებთან ურთიერთქმედების შემდეგ (იხ. სურ. 7).
HRTEM გამოსახულებები, რომლებიც გვიჩვენებს დაჟანგული (a) SL Nb2CTx და (ბ) SL Nb4C3Tx MXenes მორფოლოგიას, XPS ანალიზის შედეგები აჩვენებს (c) ოქსიდის პროდუქტების შემადგენლობას შემცირების შემდეგ, (d–f) SL Nb2CTx-ის XPS სპექტრის კომპონენტების პიკების შესატყვისი და (g–3C3T-ით შეკეთებული Nb2CTx.
HRTEM კვლევებმა დაადასტურა ორი ტიპის Nb-MXene ნანოფლაკების დაჟანგვა.მიუხედავად იმისა, რომ ნანოფიფქებმა გარკვეულწილად შეინარჩუნეს ორგანზომილებიანი მორფოლოგია, დაჟანგვამ გამოიწვია მრავალი ნანონაწილაკის გამოჩენა, რომელიც ფარავს MXene-ის ნანოფანტელების ზედაპირს (იხ. სურ. 7a,b).c Nb 3d და O 1s სიგნალების XPS ანალიზმა აჩვენა, რომ Nb ოქსიდები წარმოიქმნა ორივე შემთხვევაში.როგორც 7c სურათზეა ნაჩვენები, 2D MXene Nb2CTx და Nb4C3TX აქვთ Nb 3d სიგნალები, რომლებიც მიუთითებენ NbO და Nb2O5 ოქსიდების არსებობაზე, ხოლო O 1s სიგნალები მიუთითებენ O-Nb ბმების რაოდენობაზე, რომლებიც დაკავშირებულია 2D ნანოფლაკების ზედაპირის ფუნქციონალიზაციასთან.ჩვენ შევამჩნიეთ, რომ Nb ოქსიდის წვლილი დომინანტურია Nb-C და Nb3+-O-სთან შედარებით.
ნახ.ფიგურები 7g–i გვიჩვენებს Nb 3d, C 1s და O 1s SL Nb2CTx (იხ. სურ. 7d–f) და SL Nb4C3TX MXene-ის XPS სპექტრებს, რომლებიც იზოლირებულია მიკროწყალმცენარეების უჯრედებიდან.Nb-MXenes პიკის პარამეტრების დეტალები მოცემულია ცხრილებში S4–5, შესაბამისად.ჩვენ პირველად გავაანალიზეთ Nb 3d-ის შემადგენლობა.მიკრო წყალმცენარეების უჯრედების მიერ შთანთქმული Nb-ისგან განსხვავებით, მიკროწყალმცენარეებისგან იზოლირებულ MXene-ში, Nb2O5-ის გარდა, სხვა კომპონენტებიც იქნა ნაპოვნი.Nb2CTx SL-ში ჩვენ დავაკვირდით Nb3+-O-ს წვლილს 15%-ის ოდენობით, ხოლო Nb 3d სპექტრის დანარჩენ ნაწილში დომინირებდა Nb2O5 (85%).გარდა ამისა, SL Nb4C3TX ნიმუში შეიცავს Nb-C (9%) და Nb2O5 (91%) კომპონენტებს.აქ Nb-C მოდის ლითონის კარბიდის ორი შიდა ატომური ფენისგან Nb4C3Tx SR-ში.შემდეგ ჩვენ ვასახავთ C 1s სპექტრებს ოთხ სხვადასხვა კომპონენტზე, როგორც ეს გავაკეთეთ ინტერნალიზებულ ნიმუშებში.როგორც მოსალოდნელი იყო, C 1s სპექტრში დომინირებს გრაფიკული ნახშირბადი, რასაც მოჰყვება ორგანული ნაწილაკების (CHx/CO და C=O) წვლილი მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებიდან.გარდა ამისა, O 1s სპექტრში ჩვენ დავაკვირდით მიკროწყალმცენარეების უჯრედების ორგანული ფორმების, ნიობიუმის ოქსიდის და ადსორბირებული წყლის წვლილს.
გარდა ამისა, ჩვენ გამოვიკვლიეთ არის თუ არა დაკავშირებული Nb-MXenes რღვევა რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების (ROS) არსებობასთან მკვებავ გარემოში და/ან მიკროწყალმცენარეების უჯრედებში.ამ მიზნით, ჩვენ შევაფასეთ ჟანგბადის ერთჯერადი დონე (1O2) კულტურის გარემოში და უჯრედშიდა გლუტათიონში, თიოლი, რომელიც მოქმედებს როგორც ანტიოქსიდანტი მიკრო წყალმცენარეებში.შედეგები ნაჩვენებია SI-ში (სურათები S20 და S21).კულტურები SL Nb2CTx და Nb4C3TX MXenes-ით ხასიათდებოდა 1O2-ის შემცირებული რაოდენობით (იხ. სურათი S20).SL Nb2CTx-ის შემთხვევაში, MXene 1O2 მცირდება დაახლოებით 83%-მდე.მიკროწყალმცენარეების კულტურებისთვის SL-ის გამოყენებით, Nb4C3TX 1O2 კიდევ უფრო შემცირდა 73%-მდე.საინტერესოა, რომ 1O2-ში ცვლილებებმა აჩვენა იგივე ტენდენცია, როგორც ადრე დაფიქსირებული ინჰიბიტორულ-სტიმულატორული ეფექტი (იხ. სურ. 3).შეიძლება ითქვას, რომ ნათელ შუქზე ინკუბაციამ შეიძლება შეცვალოს ფოტოოქსიდაცია.თუმცა, საკონტროლო ანალიზის შედეგებმა აჩვენა 1O2-ის თითქმის მუდმივი დონეები ექსპერიმენტის დროს (ნახ. S22).უჯრედშიდა ROS დონის შემთხვევაში, ჩვენ ასევე დავაფიქსირეთ იგივე კლების ტენდენცია (იხ. სურათი S21).თავდაპირველად, Nb2CTx და Nb4C3Tx SL-ების თანდასწრებით კულტივირებულ მიკრო წყალმცენარეების უჯრედებში ROS-ის დონეები აღემატებოდა მიკროწყალმცენარეების სუფთა კულტურებში ნაპოვნი დონეებს.თუმცა, საბოლოოდ, აღმოჩნდა, რომ მიკროწყალმცენარეები ადაპტირდნენ ორივე Nb-MXen-ის არსებობასთან, რადგან ROS დონე შემცირდა 85% და 91% დონემდე, რომელიც გაზომილი იყო SL Nb2CTx და Nb4C3TX მიკროწყალმცენარეების სუფთა კულტურებში, შესაბამისად.ეს შეიძლება მიუთითებდეს, რომ მიკროწყალმცენარეები დროთა განმავლობაში თავს უფრო კომფორტულად გრძნობენ Nb-MXene-ის თანდასწრებით, ვიდრე მხოლოდ საკვებ გარემოში.
მიკრო წყალმცენარეები ფოტოსინთეზური ორგანიზმების მრავალფეროვანი ჯგუფია.ფოტოსინთეზის დროს ისინი გარდაქმნიან ატმოსფერულ ნახშირორჟანგს (CO2) ორგანულ ნახშირბადად.ფოტოსინთეზის პროდუქტებია გლუკოზა და ჟანგბადი79.ჩვენ ვეჭვობთ, რომ ამგვარად წარმოქმნილი ჟანგბადი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს Nb-MXenes-ის დაჟანგვაში.ამის ერთ-ერთი შესაძლო ახსნა არის ის, რომ დიფერენციალური აერაციის პარამეტრი იქმნება ჟანგბადის დაბალი და მაღალი ნაწილობრივი წნევის დროს Nb-MXene ნანოფანტელების გარეთ და შიგნით.ეს ნიშნავს, რომ სადაც არის ჟანგბადის სხვადასხვა ნაწილობრივი წნევის არეები, ყველაზე დაბალი დონის მქონე უბანი წარმოქმნის ანოდს 80, 81, 82. აქ მიკროწყალმცენარეები ხელს უწყობენ MXene ფანტელების ზედაპირზე დიფერენციალურად აერირებული უჯრედების შექმნას, რომლებიც გამოიმუშავებენ ჟანგბადს მათი ფოტოსინთეზური თვისებების გამო.შედეგად წარმოიქმნება ბიოკოროზიის პროდუქტები (ამ შემთხვევაში, ნიობიუმის ოქსიდები).კიდევ ერთი ასპექტი არის ის, რომ მიკრო წყალმცენარეებს შეუძლიათ გამოიმუშავონ ორგანული მჟავები, რომლებიც გამოიყოფა წყალში83,84.ამრიგად, იქმნება აგრესიული გარემო, რითაც იცვლება Nb-MXenes.გარდა ამისა, მიკროწყალმცენარეებს შეუძლიათ შეცვალონ გარემოს pH ტუტეზე ნახშირორჟანგის შეწოვის გამო, რამაც ასევე შეიძლება გამოიწვიოს კოროზია79.
რაც უფრო მნიშვნელოვანია, ჩვენს კვლევაში გამოყენებული მუქი/ნათელი ფოტოპერიოდი გადამწყვეტია მიღებული შედეგების გასაგებად.ეს ასპექტი დეტალურად არის აღწერილი Djemai-Zoghlache et al.85 მათ განზრახ გამოიყენეს 12/12 საათის ფოტოპერიოდი, რათა ეჩვენებინათ ბიოკოროზია, რომელიც დაკავშირებულია წითელი მიკროწყალმცენარეების Porphyridium purpureum-ის მიერ ბიოგაფუჭებასთან.ისინი აჩვენებენ, რომ ფოტოპერიოდი უკავშირდება პოტენციალის ევოლუციას ბიოკოროზიის გარეშე, რაც ვლინდება ფსევდოპერიოდული რხევების სახით დაახლოებით 24:00 საათზე.ეს დაკვირვებები დაადასტურა დოულინგმა და სხვებმა.86 მათ აჩვენეს ციანობაქტერია Anabaena-ს ფოტოსინთეზური ბიოფილმები.გახსნილი ჟანგბადი წარმოიქმნება სინათლის მოქმედებით, რაც დაკავშირებულია თავისუფალი ბიოკოროზიის პოტენციალის ცვლილებასთან ან რყევებთან.ფოტოპერიოდის მნიშვნელობას ხაზს უსვამს ის ფაქტი, რომ ბიოკოროზიის თავისუფალი პოტენციალი იზრდება სინათლის ფაზაში და მცირდება ბნელ ფაზაში.ეს გამოწვეულია ფოტოსინთეზური მიკროწყალმცენარეების მიერ წარმოებული ჟანგბადით, რომელიც გავლენას ახდენს კათოდური რეაქციაზე ელექტროდების მახლობლად წარმოქმნილი ნაწილობრივი წნევის მეშვეობით87.
გარდა ამისა, ჩატარდა ფურიეს ტრანსფორმაციის ინფრაწითელი სპექტროსკოპია (FTIR) იმის გასარკვევად, მოხდა თუ არა რაიმე ცვლილება მიკრო წყალმცენარეების უჯრედების ქიმიურ შემადგენლობაში Nb-MXenes-თან ურთიერთქმედების შემდეგ.ეს მიღებული შედეგები კომპლექსურია და მათ წარმოგიდგენთ SI-ში (სურათები S23-S25, MAX ეტაპისა და ML MXenes-ის შედეგების ჩათვლით).მოკლედ, მიკრო წყალმცენარეების მიღებული საცნობარო სპექტრები გვაწვდის მნიშვნელოვან ინფორმაციას ამ ორგანიზმების ქიმიური მახასიათებლების შესახებ.ეს ყველაზე სავარაუდო ვიბრაციები განლაგებულია 1060 სმ-1 (CO), 1540 სმ-1, 1640 სმ-1 (C=C), 1730 სმ-1 (C=O), 2850 სმ-1, 2920 სმ-1 სიხშირეებზე.ერთი.1 1 (C–H) და 3280 სმ–1 (O–H).SL Nb-MXenes-ისთვის ჩვენ ვიპოვეთ CH-ბმა გაჭიმვის ხელმოწერა, რომელიც შეესაბამება ჩვენს წინა კვლევას38.თუმცა, ჩვენ დავაკვირდით, რომ C=C და CH ობლიგაციებთან დაკავშირებული რამდენიმე დამატებითი პიკი გაქრა.ეს მიუთითებს, რომ მიკროწყალმცენარეების ქიმიურმა შემადგენლობამ შეიძლება განიცადოს მცირე ცვლილებები SL Nb-MXenes-თან ურთიერთქმედების გამო.
მიკრო წყალმცენარეების ბიოქიმიაში შესაძლო ცვლილებების განხილვისას საჭიროა გადაიხედოს არაორგანული ოქსიდების, როგორიცაა ნიობიუმის ოქსიდი, დაგროვება59.ის მონაწილეობს უჯრედის ზედაპირის მიერ ლითონების ათვისებაში, ციტოპლაზმაში მათ ტრანსპორტირებაში, უჯრედშიდა კარბოქსილის ჯგუფებთან მათ კავშირში და მიკროწყალმცენარეების პოლიფოსფოსომებში მათ დაგროვებაში20,88,89,90.გარდა ამისა, მიკროწყალმცენარეებსა და ლითონებს შორის ურთიერთობა ინარჩუნებს უჯრედების ფუნქციურ ჯგუფებს.ამ მიზეზით, შეწოვა ასევე დამოკიდებულია მიკროწყალმცენარეების ზედაპირის ქიმიაზე, რომელიც საკმაოდ რთულია9,91.ზოგადად, როგორც მოსალოდნელი იყო, მწვანე მიკრო წყალმცენარეების ქიმიური შემადგენლობა ოდნავ შეიცვალა Nb ოქსიდის შეწოვის გამო.
საინტერესოა, რომ მიკრო წყალმცენარეების დაფიქსირებული საწყისი ინჰიბირება დროთა განმავლობაში შექცევადი იყო.როგორც დავინახეთ, მიკროწყალმცენარეებმა გადალახეს საწყისი გარემოს ცვლილება და საბოლოოდ დაუბრუნდნენ ზრდის ნორმალურ ტემპს და გაიზარდა კიდეც.ზეტა პოტენციალის კვლევები აჩვენებს მაღალ სტაბილურობას საკვებ ნივთიერებებში შეყვანისას.ამრიგად, ზედაპირული ურთიერთქმედება მიკროალგის უჯრედებსა და Nb-MXene ნანოფლაკებს შორის შენარჩუნებული იყო შემცირების ექსპერიმენტების განმავლობაში.ჩვენს შემდგომ ანალიზში, ჩვენ ვაჯამებთ მოქმედების ძირითად მექანიზმებს, რომლებიც ემყარება მიკროწყალმცენარეების ამ შესანიშნავ ქცევას.
SEM დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ მიკრო წყალმცენარეები მიმაგრებულია Nb-MXenes-თან.დინამიური გამოსახულების ანალიზის გამოყენებით, ჩვენ ვადასტურებთ, რომ ეს ეფექტი იწვევს ორგანზომილებიანი Nb-MXene ნანოფანტელების ტრანსფორმაციას უფრო სფერულ ნაწილაკებად, რითაც ცხადყოფს, რომ ნანოფლიქების დაშლა დაკავშირებულია მათ დაჟანგვასთან.ჩვენი ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, ჩვენ ჩავატარეთ მატერიალური და ბიოქიმიური კვლევების სერია.ტესტირების შემდეგ, ნანოფიფქები თანდათან იჟანგება და დაიშალა NbO და Nb2O5 პროდუქტებად, რაც საფრთხეს არ უქმნიდა მწვანე მიკროწყალმცენარეებს.FTIR დაკვირვების გამოყენებით, ჩვენ არ აღმოვაჩინეთ მნიშვნელოვანი ცვლილებები მიკროწყალმცენარეების ქიმიურ შემადგენლობაში, რომლებიც ინკუბირებულია 2D Nb-MXene ნანოფანტელების თანდასწრებით.მიკროწყალმცენარეებით ნიობიუმის ოქსიდის შთანთქმის შესაძლებლობის გათვალისწინებით, ჩავატარეთ რენტგენის ფლუორესცენციული ანალიზი.ეს შედეგები ნათლად აჩვენებს, რომ შესწავლილი მიკროწყალმცენარეები იკვებებიან ნიობიუმის ოქსიდებით (NbO და Nb2O5), რომლებიც არატოქსიკურია შესწავლილი მიკროწყალმცენარეებისთვის.