សូមអរគុណសម្រាប់ការទស្សនា Nature.com ។អ្នកកំពុងប្រើកំណែកម្មវិធីរុករកតាមអ៊ីនធឺណិតដែលមានការគាំទ្រ CSS មានកំណត់។សម្រាប់បទពិសោធន៍ដ៏ល្អបំផុត យើងសូមណែនាំឱ្យអ្នកប្រើកម្មវិធីរុករកតាមអ៊ីនធឺណិតដែលបានអាប់ដេត (ឬបិទមុខងារភាពឆបគ្នានៅក្នុង Internet Explorer)។ក្នុងពេលនេះ ដើម្បីធានាបាននូវការគាំទ្របន្ត យើងនឹងបង្ហាញគេហទំព័រដោយគ្មានរចនាប័ទ្ម និង JavaScript។
បង្ហាញរង្វង់នៃស្លាយបីក្នុងពេលតែមួយ។ប្រើប៊ូតុងមុន និងបន្ទាប់ ដើម្បីផ្លាស់ទីតាមស្លាយបីក្នុងពេលតែមួយ ឬប្រើប៊ូតុងគ្រាប់រំកិលនៅចុងបញ្ចប់ ដើម្បីផ្លាស់ទីតាមស្លាយបីក្នុងពេលតែមួយ។
ការអភិវឌ្ឍន៍យ៉ាងឆាប់រហ័សនៃបច្ចេកវិទ្យាណាណូ និងការរួមបញ្ចូលរបស់វាទៅក្នុងកម្មវិធីប្រចាំថ្ងៃអាចគំរាមកំហែងដល់បរិស្ថាន។ខណៈពេលដែលវិធីសាស្រ្តពណ៌បៃតងសម្រាប់ការរិចរិលនៃសារធាតុកខ្វក់សរីរាង្គត្រូវបានបង្កើតឡើងយ៉ាងល្អ ការស្ដារឡើងវិញនូវភាពកខ្វក់នៃគ្រីស្តាល់អសរីរាង្គគឺជាកង្វល់ចម្បងដោយសារតែភាពប្រែប្រួលទាបរបស់ពួកគេចំពោះការផ្លាស់ប្តូរជីវសាស្រ្ត និងកង្វះការយល់ដឹងអំពីអន្តរកម្មនៃផ្ទៃសម្ភារៈជាមួយជីវសាស្រ្ត។នៅទីនេះ យើងប្រើគំរូ 2D MXenes អសរីរាង្គដែលមានមូលដ្ឋានលើ Nb រួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយនឹងវិធីសាស្ត្រវិភាគប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងសាមញ្ញ ដើម្បីតាមដានយន្តការជីវគីមីនៃសម្ភារៈណាណូសេរ៉ាមិច 2D ដោយមីក្រូសារាយបៃតង Raphidocelis subcapitata ។យើងបានរកឃើញថា microalgae បំផ្លាញ MXenes ដែលមានមូលដ្ឋានលើ Nb ដោយសារអន្តរកម្មគីមីដែលទាក់ទងនឹងផ្ទៃ។ដំបូងឡើយ ស្រទាប់តែមួយ និងស្រទាប់ពហុស្រទាប់ MXene nanoflakes ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងផ្ទៃនៃ microalgae ដែលកាត់បន្ថយការលូតលាស់របស់សារាយខ្លះ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅពេលមានអន្តរកម្មយូរជាមួយផ្ទៃ មីក្រូសារាយបានកត់សុី MXene nanoflakes ហើយបានបំបែកពួកវាបន្ថែមទៀតទៅជា NbO និង Nb2O5 ។ដោយសារតែអុកស៊ីដទាំងនេះមិនមានជាតិពុលដល់កោសិកា microalgae ពួកគេប្រើប្រាស់ Nb oxide nanoparticles ដោយយន្តការស្រូប ដែលនឹងស្ដារ microalgae បន្ថែមទៀតបន្ទាប់ពីការព្យាបាលទឹករយៈពេល 72 ម៉ោង។ផលប៉ះពាល់នៃសារធាតុចិញ្ចឹមដែលទាក់ទងនឹងការស្រូបយកក៏ត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងផងដែរនៅក្នុងការកើនឡើងនៃបរិមាណកោសិកា រូបរាងរលោងរបស់ពួកគេ និងការផ្លាស់ប្តូរអត្រាកំណើន។ដោយផ្អែកលើការរកឃើញទាំងនេះ យើងសន្និដ្ឋានថាវត្តមានរយៈពេលខ្លី និងរយៈពេលវែងនៃ MXenes ដែលមានមូលដ្ឋានលើ Nb នៅក្នុងប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ីទឹកសាបអាចបណ្តាលឱ្យមានផលប៉ះពាល់បរិស្ថានតិចតួចប៉ុណ្ណោះ។គួរកត់សម្គាល់ថាការប្រើ nanomaterials ពីរវិមាត្រជាប្រព័ន្ធគំរូ យើងបង្ហាញពីលទ្ធភាពនៃការតាមដានការបំប្លែងរូបរាង សូម្បីតែនៅក្នុងសម្ភារៈដែលមានគ្រាប់ល្អក៏ដោយ។សរុបមក ការសិក្សានេះឆ្លើយសំណួរជាមូលដ្ឋានដ៏សំខាន់មួយអំពីដំណើរការដែលទាក់ទងនឹងអន្តរកម្មលើផ្ទៃដែលជំរុញយន្តការ bioremediation នៃ nanomaterials 2D និងផ្តល់នូវមូលដ្ឋានសម្រាប់ការសិក្សារយៈពេលខ្លី និងរយៈពេលវែងបន្ថែមទៀតនៃផលប៉ះពាល់បរិស្ថាននៃ nanomaterials គ្រីស្តាល់អសរីរាង្គ។
Nanomaterials បានបង្កើតចំណាប់អារម្មណ៍ជាច្រើនចាប់តាំងពីការរកឃើញរបស់ពួកគេ ហើយថ្មីៗនេះ បច្ចេកវិទ្យាណាណូជាច្រើនបានឈានចូលដល់ដំណាក់កាលទំនើបកម្មទី១។ជាអកុសល ការរួមបញ្ចូលសម្ភារៈណាណូទៅក្នុងកម្មវិធីប្រចាំថ្ងៃអាចនាំឱ្យមានការចេញផ្សាយដោយចៃដន្យ ដោយសារតែការបោះចោលមិនត្រឹមត្រូវ ការគ្រប់គ្រងដោយមិនប្រុងប្រយ័ត្ន ឬហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធសុវត្ថិភាពមិនគ្រប់គ្រាន់។ដូច្នេះវាសមហេតុផលក្នុងការសន្មត់ថា nanomaterials រួមទាំង nanomaterials ពីរវិមាត្រ (2D) អាចត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងបរិយាកាសធម្មជាតិ ឥរិយាបថ និងសកម្មភាពជីវសាស្រ្តដែលមិនទាន់យល់ច្បាស់នៅឡើយ។ដូច្នេះវាមិនមែនជារឿងគួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើលទេដែលការព្រួយបារម្ភអំពីបរិស្ថានវិទ្យាបានផ្តោតលើសមត្ថភាពនៃសារធាតុ nanomaterials 2D ដើម្បីជ្រាបចូលទៅក្នុងប្រព័ន្ធទឹក 2,3,4,5,6។នៅក្នុងប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ីទាំងនេះ សម្ភារៈណាណូ 2D មួយចំនួនអាចធ្វើអន្តរកម្មជាមួយសារពាង្គកាយផ្សេងៗនៅកម្រិត trophic ផ្សេងៗគ្នា រួមទាំងមីក្រូសារាយផងដែរ។
Microalgae គឺជាសារពាង្គកាយបុព្វកាលដែលត្រូវបានរកឃើញដោយធម្មជាតិនៅក្នុងប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ីទឹកសាប និងសមុទ្រ ដែលផលិតផលិតផលគីមីជាច្រើនប្រភេទតាមរយៈការធ្វើរស្មីសំយោគ ៧.ដូចនេះ ពួកវាមានសារៈសំខាន់ចំពោះប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ីក្នុងទឹក 8,9,10,11,12 ប៉ុន្តែក៏ជាសូចនាកររសើប មានតំលៃថោក និងត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៃ ecotoxicity13,14។ដោយសារកោសិកា microalgae កើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងឆ្លើយតបយ៉ាងរហ័សចំពោះវត្តមាននៃសមាសធាតុផ្សេងៗ ពួកវាកំពុងសន្យាថានឹងបង្កើតវិធីសាស្រ្តដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថានសម្រាប់ការព្យាបាលទឹកដែលបំពុលដោយសារធាតុសរីរាង្គ15,16។
កោសិកាសារាយអាចយកអ៊ីយ៉ុងអសរីរាង្គចេញពីទឹកតាមរយៈ biosorption និងការប្រមូលផ្តុំ17,18។ប្រភេទសត្វសារាយមួយចំនួនដូចជា Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue និង Synechococcus sp.វាត្រូវបានគេរកឃើញថាអាចផ្ទុក និងថែមទាំងចិញ្ចឹមអ៊ីយ៉ុងលោហធាតុពុលដូចជា Fe2+, Cu2+, Zn2+ និង Mn2+19។ការសិក្សាផ្សេងទៀតបានបង្ហាញថា អ៊ីយ៉ុង Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ឬ Pb2+ កំណត់ការលូតលាស់របស់ Scenedesmus ដោយផ្លាស់ប្តូរទម្រង់កោសិកា និងបំផ្លាញ chloroplasts20,21 របស់ពួកគេ។
វិធីសាស្រ្តពណ៌បៃតងសម្រាប់ការរលួយនៃសារធាតុបំពុលសរីរាង្គ និងការយកចេញនៃអ៊ីយ៉ុងលោហៈធ្ងន់បានទាក់ទាញចំណាប់អារម្មណ៍របស់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ និងវិស្វករជុំវិញពិភពលោក។នេះជាចម្បងដោយសារតែការពិតដែលថាភាពកខ្វក់ទាំងនេះត្រូវបានដំណើរការយ៉ាងងាយស្រួលក្នុងដំណាក់កាលរាវ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការបំពុលគ្រីស្តាល់អសរីរាង្គត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការរលាយទឹកទាប និងភាពងាយរងគ្រោះទាបចំពោះការផ្លាស់ប្តូរជីវសាស្រ្តផ្សេងៗ ដែលបណ្តាលឱ្យមានការលំបាកយ៉ាងខ្លាំងក្នុងការជួសជុល ហើយការរីកចំរើនតិចតួចត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងតំបន់នេះ 22,23,24,25,26។ដូច្នេះការស្វែងរកដំណោះស្រាយដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថានសម្រាប់ការជួសជុលសម្ភារៈណាណូនៅតែជាតំបន់ស្មុគស្មាញ និងមិនអាចរុករកបាន។ដោយសារតែកម្រិតនៃភាពមិនច្បាស់លាស់ខ្ពស់ទាក់ទងនឹងឥទ្ធិពលនៃការផ្លាស់ប្តូរជីវសាស្រ្តនៃ nanomaterials 2D វាមិនមានវិធីងាយស្រួលក្នុងការស្វែងរកផ្លូវដែលអាចកើតមាននៃការរិចរិលរបស់ពួកគេក្នុងអំឡុងពេលកាត់បន្ថយនោះទេ។
នៅក្នុងការសិក្សានេះ យើងបានប្រើប្រាស់មីក្រូសារាយបៃតងជាភ្នាក់ងារជីវគីមីសកម្មក្នុងទឹកសម្រាប់សមា្ភារៈសេរ៉ាមិចអសរីរាង្គ រួមផ្សំជាមួយនឹងការត្រួតពិនិត្យទីតាំងនៃដំណើរការរិចរិលរបស់ MXene ដែលជាតំណាងនៃវត្ថុធាតុដើមសេរ៉ាមិចអសរីរាង្គ។ពាក្យ "MXene" ឆ្លុះបញ្ចាំងពី stoichiometry នៃសម្ភារៈ Mn+1XnTx ដែល M គឺជាលោហៈធាតុផ្លាស់ប្តូរដំបូង X គឺជាកាបូន និង/ឬអាសូត Tx គឺជាឧបករណ៍បញ្ចប់ផ្ទៃ (ឧទាហរណ៍ -OH, -F, -Cl) និង n = 1, 2, 3 ឬ 427.28 ។ចាប់តាំងពីការរកឃើញរបស់ MXenes ដោយ Naguib et al ។ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា ការព្យាបាលជំងឺមហារីក និងការច្រោះភ្នាស 27,29,30។លើសពីនេះទៀត MXenes អាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជាប្រព័ន្ធ 2D គំរូដោយសារតែស្ថេរភាពនៃសារធាតុ colloidal ដ៏ល្អរបស់ពួកគេ និងអន្តរកម្មជីវសាស្រ្តដែលអាចកើតមាន31,32,33,34,35,36។
ដូច្នេះ វិធីសាស្រ្តដែលបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងអត្ថបទនេះ និងសម្មតិកម្មស្រាវជ្រាវរបស់យើងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ។ យោងតាមសម្មតិកម្មនេះ មីក្រូសារាយបានបង្ខូច MXenes ដែលមានមូលដ្ឋានលើ Nb ទៅជាសមាសធាតុគ្មានជាតិពុល ដោយសារអន្តរកម្មគីមីដែលទាក់ទងនឹងផ្ទៃ ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការស្ដារឡើងវិញនៃសារាយបន្ថែមទៀត។ដើម្បីសាកល្បងសម្មតិកម្មនេះ សមាជិកពីរនាក់នៃក្រុមគ្រួសារនៃកាបូនឌីអុកស៊ីតលោហៈផ្លាស់ប្តូរដែលមានមូលដ្ឋានលើ niobium និង/ឬ nitrides (MXenes) គឺ Nb2CTx និង Nb4C3TX ត្រូវបានជ្រើសរើស។
វិធីសាស្រ្តស្រាវជ្រាវ និងសម្មតិកម្មផ្អែកលើភស្តុតាងសម្រាប់ការងើបឡើងវិញ MXene ដោយ microalgae ពណ៌បៃតង Raphidocelis subcapitata ។សូមចំណាំថា នេះគ្រាន់តែជាការបង្ហាញពីគ្រោងការណ៍នៃការសន្មត់ផ្អែកលើភស្តុតាងប៉ុណ្ណោះ។បរិស្ថានបឹងមានភាពខុសប្លែកគ្នានៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកសារធាតុចិញ្ចឹមដែលបានប្រើ និងលក្ខខណ្ឌ (ឧទាហរណ៍ វដ្តប្រចាំថ្ងៃ និងដែនកំណត់នៃសារធាតុចិញ្ចឹមសំខាន់ៗដែលមាន)។បង្កើតជាមួយ BioRender.com ។
ដូច្នេះ ដោយប្រើ MXene ជាប្រព័ន្ធគំរូ យើងបានបើកទ្វារសម្រាប់ការសិក្សាអំពីឥទ្ធិពលជីវសាស្ត្រផ្សេងៗ ដែលមិនអាចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញជាមួយនឹងវត្ថុធាតុណាណូធម្មតាផ្សេងទៀត។ជាពិសេស យើងបង្ហាញពីលទ្ធភាពនៃការរៀបចំជីវគីមីនៃវត្ថុធាតុណាណូវិមាត្រពីរ ដូចជា MXenes ដែលមានមូលដ្ឋានលើ niobium ដោយ microalgae Raphidocelis subcapitata ។Microalgae អាចបំប្លែង Nb-MXenes ទៅជាអុកស៊ីដគ្មានជាតិពុល NbO និង Nb2O5 ដែលផ្តល់សារធាតុចិញ្ចឹមតាមរយៈយន្តការស្រូបយក niobium ផងដែរ។សរុបមក ការសិក្សានេះឆ្លើយសំណួរជាមូលដ្ឋានដ៏សំខាន់មួយអំពីដំណើរការដែលទាក់ទងនឹងអន្តរកម្មរូបវិទ្យាលើផ្ទៃ ដែលគ្រប់គ្រងយន្តការនៃការផ្លាស់ប្តូរជីវគីមីនៃវត្ថុធាតុណាណូវិមាត្រពីរ។លើសពីនេះ យើងកំពុងបង្កើតវិធីសាស្ត្រដែលផ្អែកលើរូបរាងសាមញ្ញសម្រាប់តាមដានការផ្លាស់ប្តូរបន្តិចបន្តួចនៅក្នុងរូបរាងរបស់ nanomaterials 2D។នេះជំរុញការស្រាវជ្រាវរយៈពេលខ្លី និងរយៈពេលវែងបន្ថែមទៀតទៅលើផលប៉ះពាល់បរិស្ថានផ្សេងៗនៃសារធាតុណាណូគ្រីស្តាល់អសរីរាង្គ។ដូច្នេះ ការសិក្សារបស់យើងបង្កើនការយល់ដឹងអំពីអន្តរកម្មរវាងផ្ទៃសម្ភារៈ និងសម្ភារៈជីវសាស្ត្រ។យើងក៏កំពុងផ្តល់មូលដ្ឋានសម្រាប់ការសិក្សារយៈពេលខ្លី និងរយៈពេលវែងដែលបានពង្រីកអំពីផលប៉ះពាល់ដែលអាចកើតមានលើប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ីទឹកសាប ដែលឥឡូវនេះអាចផ្ទៀងផ្ទាត់បានយ៉ាងងាយស្រួល។
MXenes តំណាងឱ្យថ្នាក់សម្ភារៈគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្ត និងគីមីដ៏គួរឱ្យទាក់ទាញ ហើយដូច្នេះកម្មវិធីសក្តានុពលជាច្រើន។លក្ខណៈសម្បត្តិទាំងនេះភាគច្រើនពឹងផ្អែកលើ stoichiometry និងគីមីនៃផ្ទៃរបស់វា។ដូច្នេះហើយ នៅក្នុងការសិក្សារបស់យើង យើងបានស៊ើបអង្កេតពីរប្រភេទនៃ Nb-based hierarchical single-layer (SL) MXenes, Nb2CTx និង Nb4C3TX ចាប់តាំងពីឥទ្ធិពលជីវសាស្រ្តផ្សេងគ្នានៃ nanomaterials ទាំងនេះអាចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ។MXenes ត្រូវបានផលិតចេញពីវត្ថុធាតុដើមរបស់ពួកគេ ដោយការឆ្លាក់ជ្រើសរើសពីលើចុះក្រោមនៃស្រទាប់ MAX-phase A ស្តើងអាតូម។ដំណាក់កាល MAX គឺជាសេរ៉ាមិច ternary ផ្សំឡើងដោយប្លុក "ជាប់" នៃការផ្លាស់ប្តូរលោហៈ carbides និងស្រទាប់ស្តើងនៃធាតុ "A" ដូចជា Al, Si, និង Sn ជាមួយនឹង MnAXn-1 stoichiometry ។សរីរវិទ្យានៃដំណាក់កាល MAX ដំបូងត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយការស្កែនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង (SEM) ហើយស្របនឹងការសិក្សាពីមុន (សូមមើលព័ត៌មានបន្ថែម SI រូបភាព S1) ។Multilayer (ML) Nb-MXene ត្រូវបានគេទទួលបានបន្ទាប់ពីយកស្រទាប់ Al ចេញជាមួយនឹង 48% HF (អាស៊ីត hydrofluoric) ។សរីរវិទ្យានៃ ML-Nb2CTx និង ML-Nb4C3TX ត្រូវបានពិនិត្យដោយការស្កែនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង (SEM) (រូបភាព S1c និង S1d រៀងគ្នា) និងទម្រង់ MXene ស្រទាប់ធម្មតាត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ ស្រដៀងទៅនឹង nanoflakes ពីរវិមាត្រដែលឆ្លងកាត់តាមរន្ធញើស។Nb-MXenes ទាំងពីរមានច្រើនដូចគ្នាជាមួយដំណាក់កាល MXene ដែលត្រូវបានសំយោគពីមុនដោយការ etching អាស៊ីត 27,38 ។បន្ទាប់ពីការបញ្ជាក់ពីរចនាសម្ព័នរបស់ MXene យើងបានស្រទាប់វាដោយ intercalation នៃ tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) អមដោយការបោកគក់ និង sonication បន្ទាប់មកយើងទទួលបានស្រទាប់តែមួយ ឬស្រទាប់ទាប (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes ។
យើងបានប្រើមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូនដែលមានភាពច្បាស់ខ្ពស់ (HRTEM) និងកាំរស្មីអ៊ិច (XRD) ដើម្បីសាកល្បងប្រសិទ្ធភាពនៃការឆ្លាក់ និងរបកបន្ថែមទៀត។លទ្ធផល HRTEM ត្រូវបានដំណើរការដោយប្រើ Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) និង Fast Fourier Transform (FFT) ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ។ Nb-MXene nanoflakes ត្រូវបានតម្រង់ទិសឡើងលើ ដើម្បីពិនិត្យមើលរចនាសម្ព័ន្ធនៃស្រទាប់អាតូមិក និងវាស់ចម្ងាយ interplanar ។រូបភាព HRTEM នៃ MXene Nb2CTx និង Nb4C3TX nanoflakes បានបង្ហាញពីធម្មជាតិស្រទាប់ស្តើងអាតូមិក (សូមមើលរូប 2a1, a2) ដូចដែលបានរាយការណ៍ពីមុនដោយ Naguib et al.27 និង Jastrzębska et al.38 ។សម្រាប់ monolayers Nb2CTx និង Nb4C3Tx ដែលនៅជាប់គ្នា យើងបានកំណត់ចម្ងាយ interlayer នៃ 0.74 និង 1.54 nm រៀងគ្នា (រូបភាព 2b1,b2) ដែលក៏យល់ព្រមជាមួយនឹងលទ្ធផលពីមុនរបស់យើង38។នេះត្រូវបានបញ្ជាក់បន្ថែមទៀតដោយការបំប្លែង Fourier លឿនបញ្ច្រាស (រូបភាព 2c1, c2) និងការបំប្លែង Fourier លឿន (រូបភាព 2d1, d2) ដែលបង្ហាញពីចម្ងាយរវាង monolayers Nb2CTx និង Nb4C3Tx ។រូបភាពបង្ហាញពីការឆ្លាស់គ្នានៃក្រុមពន្លឺ និងងងឹតដែលត្រូវគ្នានឹងអាតូម niobium និងកាបូន ដែលបញ្ជាក់ពីលក្ខណៈស្រទាប់នៃ MXenes ដែលបានសិក្សា។វាជាការសំខាន់ក្នុងការកត់សម្គាល់ថាវិសាលគមកាំរស្មីអ៊ិចបែកខ្ចាត់ខ្ចាយថាមពល (EDX) ដែលទទួលបានសម្រាប់ Nb2CTx និង Nb4C3Tx (រូបភាព S2a និង S2b) មិនបានបង្ហាញពីសំណល់នៃដំណាក់កាល MAX ដើមទេ ចាប់តាំងពីមិនបានរកឃើញកំពូលអាល់។
លក្ខណៈនៃ SL Nb2CTx និង Nb4C3Tx MXene nanoflakes រួមទាំង (a) មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងដែលមានភាពច្បាស់ខ្ពស់ (HRTEM) ការថតរូបភាព 2D nanoflake និងដែលត្រូវគ្នា (ខ) របៀបអាំងតង់ស៊ីតេ (គ) ការបំប្លែង Fourier លឿន (IFFT) (d) លឿនរហ័ស Fouriere (FF) លំនាំ Fourier (FF) ។សម្រាប់ SL 2D Nb2CTx លេខត្រូវបានបង្ហាញជា (a1, b1, c1, d1, e1) ។សម្រាប់ SL 2D Nb4C3Tx លេខត្រូវបានបង្ហាញជា (a2, b2, c2, d2, e1) ។
ការវាស់ពន្លឺកាំរស្មីអ៊ិចនៃ SL Nb2CTx និង Nb4C3Tx MXenes ត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។2e1 និង e2 រៀងគ្នា។Peaks (002) នៅ 4.31 និង 4.32 ត្រូវគ្នាទៅនឹងស្រទាប់ដែលបានពិពណ៌នាពីមុន MXenes Nb2CTx និង Nb4C3TX38,39,40,41 រៀងគ្នា។លទ្ធផល XRD ក៏បង្ហាញពីវត្តមាននៃរចនាសម្ព័ន្ធ ML ដែលនៅសេសសល់មួយចំនួន និងដំណាក់កាល MAX ប៉ុន្តែភាគច្រើនជាគំរូ XRD ដែលទាក់ទងនឹង SL Nb4C3Tx (រូបភាព 2e2) ។វត្តមាននៃភាគល្អិតតូចៗនៃដំណាក់កាល MAX អាចពន្យល់ពីកំពូល MAX ខ្លាំងជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងស្រទាប់ Nb4C3Tx ជង់ចៃដន្យ។
ការស្រាវជ្រាវបន្ថែមបានផ្តោតលើមីក្រូសារាយបៃតងដែលជាកម្មសិទ្ធិរបស់ប្រភេទ R. subcapitata ។យើងបានជ្រើសរើស microalgae ដោយសារតែពួកគេគឺជាអ្នកផលិតដ៏សំខាន់ដែលពាក់ព័ន្ធនឹង webs42 អាហារសំខាន់ៗ។ពួកវាក៏ជាសូចនាករដ៏ល្អបំផុតមួយនៃការពុលដោយសារសមត្ថភាពក្នុងការដកសារធាតុពុលដែលត្រូវបានអនុវត្តទៅកម្រិតខ្ពស់នៃខ្សែសង្វាក់អាហារ43។លើសពីនេះទៀត ការស្រាវជ្រាវលើ R. subcapitata អាចបញ្ចេញពន្លឺលើការពុលដោយចៃដន្យនៃ SL Nb-MXenes ដល់អតិសុខុមប្រាណទឹកសាបធម្មតា។ដើម្បីបង្ហាញរឿងនេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានសន្មត់ថាអតិសុខុមប្រាណនីមួយៗមានភាពប្រែប្រួលខុសៗគ្នាចំពោះសមាសធាតុពុលដែលមាននៅក្នុងបរិស្ថាន។សម្រាប់សារពាង្គកាយភាគច្រើន កំហាប់សារធាតុទាបមិនប៉ះពាល់ដល់ការលូតលាស់របស់វាទេ ខណៈពេលដែលការប្រមូលផ្តុំលើសពីដែនកំណត់ជាក់លាក់អាចរារាំងពួកវា ឬអាចបណ្តាលឱ្យស្លាប់។ដូច្នេះហើយ សម្រាប់ការសិក្សារបស់យើងអំពីអន្តរកម្មលើផ្ទៃរវាង microalgae និង MXenes និងការស្តារឡើងវិញដែលពាក់ព័ន្ធ យើងបានសម្រេចចិត្តសាកល្បងកំហាប់ Nb-MXenes ដែលគ្មានការបង្កគ្រោះថ្នាក់ និងពុល។ដើម្បីធ្វើដូច្នេះ យើងបានធ្វើតេស្តកំហាប់នៃ 0 (ជាឯកសារយោង) 0.01, 0.1 និង 10 mg l-1 MXene និងលើសពីនេះទៀត microalgae ដែលឆ្លងមេរោគជាមួយនឹងកំហាប់ខ្ពស់នៃ MXene (100 mg l-1 MXene) ដែលអាចជាខ្លាំង និងដ៍សាហាវ។.សម្រាប់បរិស្ថានជីវសាស្រ្តណាមួយ។
ផលប៉ះពាល់នៃ SL Nb-MXenes លើ microalgae ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3 ដែលបង្ហាញជាភាគរយនៃការលើកកម្ពស់ការលូតលាស់ (+) ឬ inhibition (-) ដែលវាស់វែងសម្រាប់សំណាក 0 mg l-1 ។សម្រាប់ការប្រៀបធៀប ដំណាក់កាល Nb-MAX និង ML Nb-MXenes ក៏ត្រូវបានធ្វើតេស្តផងដែរ ហើយលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុង SI (សូមមើលរូបភព។ S3) ។លទ្ធផលដែលទទួលបានបានបញ្ជាក់ថា SL Nb-MXenes គឺស្ទើរតែគ្មានការពុលទាំងស្រុងក្នុងកម្រិតកំហាប់ទាបពី 0.01 ដល់ 10 mg/l ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 3a, ខ។នៅក្នុងករណីនៃ Nb2CTx យើងបានសង្កេតឃើញ ecotoxicity មិនលើសពី 5% នៅក្នុងជួរដែលបានបញ្ជាក់។
ការរំញោច (+) ឬការរារាំង (-) នៃការលូតលាស់មីក្រូសារាយនៅក្នុងវត្តមានរបស់ SL (a) Nb2CTx និង (b) Nb4C3TX MXene ។24, 48 និង 72 ម៉ោងនៃអន្តរកម្ម MXene-microalgae ត្រូវបានវិភាគ។ ទិន្នន័យសំខាន់ៗ (t-test, p < 0.05) ត្រូវបានសម្គាល់ដោយសញ្ញាផ្កាយ (*)។ ទិន្នន័យសំខាន់ៗ (t-test, p < 0.05) ត្រូវបានសម្គាល់ដោយសញ្ញាផ្កាយ (*)។ Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*) ។ ទិន្នន័យសំខាន់ៗ (t-test, p < 0.05) ត្រូវបានសម្គាល់ដោយសញ្ញាផ្កាយ (*)។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 (*) ។ ទិន្នន័យសំខាន់ៗ (t-test, p < 0.05) ត្រូវបានសម្គាល់ដោយសញ្ញាផ្កាយ (*)។ព្រួញក្រហមបង្ហាញពីការលុបបំបាត់ការរំញោច inhibitory ។
ម្យ៉ាងវិញទៀត កំហាប់ទាបនៃ Nb4C3TX ប្រែទៅជាពុលបន្តិច ប៉ុន្តែមិនខ្ពស់ជាង 7% ទេ។ដូចដែលបានរំពឹងទុក យើងបានសង្កេតឃើញថា MXenes មានការពុលខ្ពស់ និងការទប់ស្កាត់ការលូតលាស់របស់ microalgae នៅកម្រិត 100mg L-1។គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ គ្មានសម្ភារណាមួយបង្ហាញពីនិន្នាការដូចគ្នា និងការពឹងផ្អែកពេលវេលានៃឥទ្ធិពលពុល/ជាតិពុល បើប្រៀបធៀបទៅនឹងគំរូ MAX ឬ ML (សូមមើល SI សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។ខណៈពេលដែលសម្រាប់ដំណាក់កាល MAX (សូមមើលរូបភព។ S3) ការពុលបានឈានដល់ប្រហែល 15-25% និងកើនឡើងតាមពេលវេលា និន្នាការបញ្ច្រាសត្រូវបានគេសង្កេតឃើញសម្រាប់ SL Nb2CTx និង Nb4C3TX MXene ។ការរារាំងការលូតលាស់របស់ microalgae ថយចុះតាមពេលវេលា។វាឈានដល់ប្រហែល 17% បន្ទាប់ពី 24 ម៉ោង ហើយបានធ្លាក់ចុះមកតិចជាង 5% បន្ទាប់ពី 72 ម៉ោង (រូបភាព 3a, ខ រៀងគ្នា)។
សំខាន់ជាងនេះទៅទៀតសម្រាប់ SL Nb4C3TX ការរារាំងការលូតលាស់របស់ microalgae បានឈានដល់ប្រហែល 27% បន្ទាប់ពី 24 ម៉ោង ប៉ុន្តែបន្ទាប់ពី 72 ម៉ោងវាបានថយចុះមកប្រហែល 1% ។ដូច្នេះហើយ យើងបានដាក់ស្លាកឥទ្ធិពលដែលបានសង្កេតថាជាការរារាំងបញ្ច្រាសនៃការរំញោច ហើយឥទ្ធិពលគឺខ្លាំងជាងសម្រាប់ SL Nb4C3TX MXene ។ការរំញោចនៃការលូតលាស់របស់ microalgae ត្រូវបានកត់សម្គាល់មុននេះជាមួយនឹង Nb4C3TX (អន្តរកម្មនៅ 10 mg L-1 សម្រាប់រយៈពេល 24 ម៉ោង) បើប្រៀបធៀបជាមួយ SL Nb2CTx MXene ។ឥទ្ធិពលបញ្ច្រាសនៃការរំញោច - inhibition ក៏ត្រូវបានបង្ហាញយ៉ាងល្អនៅក្នុងខ្សែកោងអត្រាជីវម៉ាស (សូមមើលរូបភាព S4 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។រហូតមកដល់ពេលនេះមានតែ ecotoxicity នៃ Ti3C2TX MXene ប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានសិក្សាតាមវិធីផ្សេងៗគ្នា។វាមិនមានជាតិពុលចំពោះអំប្រ៊ីយ៉ុងត្រីហ្សេប្រ៊ីស 44 ទេប៉ុន្តែ ecotoxic កម្រិតមធ្យមចំពោះ microalgae Desmodesmus quadricauda និង Sorghum saccharatum plant45 ។ឧទាហរណ៍ផ្សេងទៀតនៃផលប៉ះពាល់ជាក់លាក់រួមមានការពុលខ្ពស់ចំពោះខ្សែកោសិកាមហារីកជាងកោសិកាធម្មតា46,47។វាអាចត្រូវបានសន្មត់ថាលក្ខខណ្ឌនៃការធ្វើតេស្តនឹងមានឥទ្ធិពលលើការផ្លាស់ប្តូរនៃការលូតលាស់ microalgae ដែលបានសង្កេតឃើញនៅក្នុងវត្តមានរបស់ Nb-MXenes ។ឧទាហរណ៍ pH ប្រហែល 8 នៅក្នុង chloroplast stroma គឺល្អបំផុតសម្រាប់ប្រតិបត្តិការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពនៃអង់ស៊ីម RuBisCO ។ដូច្នេះការផ្លាស់ប្តូរ pH ប៉ះពាល់អវិជ្ជមានដល់អត្រានៃការធ្វើរស្មីសំយោគ48,49។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ យើងមិនបានសង្កេតឃើញការផ្លាស់ប្តូរសំខាន់ៗនៃ pH ក្នុងអំឡុងពេលពិសោធន៍ទេ (សូមមើល SI, Fig. S5 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។ជាទូទៅវប្បធម៌នៃមីក្រូសារាយជាមួយ Nb-MXenes បានកាត់បន្ថយ pH នៃដំណោះស្រាយបន្តិចម្ដងៗ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការថយចុះនេះគឺស្រដៀងទៅនឹងការផ្លាស់ប្តូរ pH នៃមជ្ឈដ្ឋានសុទ្ធ។លើសពីនេះទៀតជួរនៃការប្រែប្រួលដែលបានរកឃើញគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងការវាស់វែងសម្រាប់វប្បធម៌សុទ្ធនៃ microalgae (គំរូត្រួតពិនិត្យ)។ដូច្នេះហើយ យើងសន្និដ្ឋានថា រស្មីសំយោគមិនត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយការផ្លាស់ប្តូរ pH តាមពេលវេលានោះទេ។
លើសពីនេះទៀត MXenes សំយោគមានផ្ទៃបញ្ចប់ (តំណាងថាជា Tx) ។ទាំងនេះគឺជាក្រុមមុខងារសំខាន់ -O, -F និង -OH ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយគីមីវិទ្យាលើផ្ទៃគឺទាក់ទងដោយផ្ទាល់ទៅនឹងវិធីសាស្រ្តនៃការសំយោគ។ក្រុមទាំងនេះត្រូវបានគេដឹងថាត្រូវបានចែកចាយដោយចៃដន្យលើផ្ទៃ ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការទស្សន៍ទាយឥទ្ធិពលរបស់ពួកគេទៅលើលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ MXene50។វាអាចត្រូវបានអះអាងថា Tx អាចជាកម្លាំងកាតាលីករសម្រាប់ការកត់សុីនៃ niobium ដោយពន្លឺ។ក្រុមមុខងារផ្ទៃពិតជាផ្តល់នូវទីតាំងយុថ្កាជាច្រើនសម្រាប់ photocatalysts មូលដ្ឋានរបស់ពួកគេដើម្បីបង្កើត heterojunctions51 ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សមាសភាពមធ្យមនៃការលូតលាស់មិនបានផ្តល់នូវ photocatalyst ដ៏មានប្រសិទ្ធិភាព (សមាសភាពមធ្យមលម្អិតអាចត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងតារាង SI S6) ។លើសពីនេះទៀត ការកែប្រែផ្ទៃណាមួយក៏មានសារៈសំខាន់ផងដែរ ដោយសារសកម្មភាពជីវសាស្រ្តរបស់ MXenes អាចត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរដោយសារស្រទាប់ក្រោយដំណើរការ ការកត់សុី ការកែប្រែផ្ទៃគីមីនៃសមាសធាតុសរីរាង្គ និងអសរីរាង្គ 52,53,54,55,56 ឬវិស្វកម្មបន្ទុកផ្ទៃ 38 ។ដូច្នេះ ដើម្បីសាកល្បងថាតើ niobium oxide មានអ្វីពាក់ព័ន្ធនឹងអស្ថិរភាពនៃសម្ភារៈនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុក យើងបានធ្វើការសិក្សាអំពីសក្តានុពល zeta (ζ) នៅក្នុង microalgae growth medium និង deionized water (សម្រាប់ការប្រៀបធៀប)។លទ្ធផលរបស់យើងបង្ហាញថា SL Nb-MXenes មានស្ថេរភាពដោយយុត្តិធម៌ (សូមមើល SI Fig ។ S6 សម្រាប់លទ្ធផល MAX និង ML)។សក្តានុពល zeta នៃ SL MXenes គឺប្រហែល -10 mV ។ក្នុងករណី SR Nb2CTx តម្លៃនៃ ζ គឺអវិជ្ជមានជាង Nb4C3Tx ។ការផ្លាស់ប្តូរតម្លៃζបែបនេះអាចបង្ហាញថាផ្ទៃនៃ MXene nanoflakes ដែលមានបន្ទុកអវិជ្ជមានស្រូបយកអ៊ីយ៉ុងដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមានពីឧបករណ៍ផ្ទុកវប្បធម៌។ការវាស់វែងបណ្តោះអាសន្ននៃសក្តានុពល zeta និងចរន្តនៃ Nb-MXenes នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកវប្បធម៌ (សូមមើលរូបភាព S7 និង S8 នៅក្នុង SI សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត) ហាក់ដូចជាគាំទ្រដល់សម្មតិកម្មរបស់យើង។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ Nb-MXene SLs ទាំងពីរបានបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរតិចតួចបំផុតពីសូន្យ។នេះបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់នូវស្ថេរភាពរបស់ពួកគេនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកមីក្រូសារាយ។លើសពីនេះទៀត យើងបានវាយតម្លៃថាតើវត្តមានរបស់មីក្រូសារាយពណ៌បៃតងរបស់យើងនឹងប៉ះពាល់ដល់ស្ថេរភាពនៃ Nb-MXenes នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកដែរឬទេ។លទ្ធផលនៃសក្តានុពល zeta និងចរន្តនៃ MXenes បន្ទាប់ពីអន្តរកម្មជាមួយ microalgae នៅក្នុងប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយសារធាតុចិញ្ចឹម និងវប្បធម៌តាមពេលវេលាអាចត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុង SI (រូបភាព S9 និង S10)។គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ យើងបានកត់សម្គាល់ឃើញថា វត្តមានរបស់ microalgae ហាក់ដូចជាធ្វើឱ្យមានស្ថេរភាពនៃការបែកខ្ញែកនៃ MXenes ទាំងពីរ។ក្នុងករណី Nb2CTx SL សក្ដានុពល zeta សូម្បីតែថយចុះបន្តិចម្ដងៗទៅតម្លៃអវិជ្ជមានកាន់តែច្រើន (-15.8 ធៀបនឹង -19.1 mV បន្ទាប់ពី 72 ម៉ោងនៃការភ្ញាស់) ។សក្តានុពល zeta នៃ SL Nb4C3TX កើនឡើងបន្តិច ប៉ុន្តែបន្ទាប់ពី 72 ម៉ោង វានៅតែបង្ហាញស្ថេរភាពខ្ពស់ជាង nanoflakes ដោយគ្មានវត្តមាន microalgae (-18.1 ទល់នឹង -9.1 mV) ។
យើងក៏បានរកឃើញផងដែរនូវដំណើរការទាបនៃដំណោះស្រាយ Nb-MXene ដែលត្រូវបានភ្ញាស់នៅក្នុងវត្តមានរបស់ microalgae ដែលបង្ហាញពីបរិមាណអ៊ីយ៉ុងទាបនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកសារធាតុចិញ្ចឹម។គួរកត់សម្គាល់ថាអស្ថិរភាពនៃ MXenes នៅក្នុងទឹកគឺបណ្តាលមកពីការកត់សុីលើផ្ទៃ 57 ។ដូច្នេះហើយ យើងសង្ស័យថា មីក្រូសារាយពណ៌បៃតងបានសម្អាតអុកស៊ីតកម្មដែលបង្កើតឡើងនៅលើផ្ទៃ Nb-MXene ហើយថែមទាំងការពារការកើតឡើងរបស់វា (អុកស៊ីតកម្មនៃ MXene) ផងដែរ។នេះអាចត្រូវបានគេមើលឃើញដោយការសិក្សាអំពីប្រភេទនៃសារធាតុដែលស្រូបយកដោយមីក្រូសារាយ។
ខណៈពេលដែលការសិក្សាអេកូឡូស៊ីរបស់យើងបានបង្ហាញថា microalgae អាចយកឈ្នះលើការពុលរបស់ Nb-MXenes ក្នុងរយៈពេល និងការរារាំងមិនធម្មតានៃការលូតលាស់ដែលជំរុញនោះ គោលបំណងនៃការសិក្សារបស់យើងគឺដើម្បីស៊ើបអង្កេតយន្តការនៃសកម្មភាពដែលអាចកើតមាន។នៅពេលដែលសារពាង្គកាយដូចជាសារាយត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងសមាសធាតុ ឬវត្ថុធាតុដែលមិនស៊ាំនឹងប្រព័ន្ធអេកូឡូស៊ី ពួកវាអាចមានប្រតិកម្មតាមវិធីផ្សេងៗគ្នា58,59។អវត្ដមាននៃអុកស៊ីដលោហធាតុពុល មីក្រូសារាយអាចចិញ្ចឹមខ្លួនវា ដែលអនុញ្ញាតឱ្យពួកវាលូតលាស់ជាបន្តបន្ទាប់60។បន្ទាប់ពីការទទួលទានសារធាតុពុល យន្តការការពារអាចត្រូវបានធ្វើឱ្យសកម្ម ដូចជាការផ្លាស់ប្តូររូបរាង ឬទម្រង់។លទ្ធភាពនៃការស្រូបចូលក៏ត្រូវតែត្រូវបានពិចារណាផងដែរ 58,59 ។គួរកត់សម្គាល់ថាសញ្ញាណាមួយនៃយន្តការការពារគឺជាសូចនាករច្បាស់លាស់នៃការពុលនៃសមាសធាតុសាកល្បង។ដូច្នេះហើយ នៅក្នុងការងារបន្ថែមទៀតរបស់យើង យើងបានស៊ើបអង្កេតលើអន្តរកម្មផ្ទៃដែលមានសក្តានុពលរវាង SL Nb-MXene nanoflakes និង microalgae ដោយ SEM និងការស្រូបយក Nb-based MXene ដែលអាចធ្វើទៅបានដោយកាំរស្មី X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) ។ចំណាំថាការវិភាគ SEM និង XRF ត្រូវបានអនុវត្តតែនៅកំហាប់ខ្ពស់បំផុតនៃ MXene ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាពុលសកម្មភាព។
លទ្ធផល SEM ត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាពទី 4 ។កោសិកា microalgae ដែលមិនបានព្យាបាល (សូមមើលរូបទី 4a គំរូយោង) បានបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់នូវសរីរវិទ្យា R. subcapitata ធម្មតា និងរូបរាងកោសិកាដូច croissant ។កោសិកា​លេច​ចេញ​ជា​រាង​សំប៉ែត និង​មាន​លក្ខណៈ​មិន​ប្រក្រតី។កោសិកា microalgae មួយចំនួនត្រួតលើគ្នា និងជាប់គាំងគ្នាទៅវិញទៅមក ប៉ុន្តែនេះប្រហែលជាបណ្តាលមកពីដំណើរការរៀបចំគំរូ។ជាទូទៅ កោសិកា microalgae សុទ្ធមានផ្ទៃរលោង ហើយមិនបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរ morphological ណាមួយឡើយ។
រូបភាព SEM បង្ហាញពីអន្តរកម្មលើផ្ទៃរវាងមីក្រូសារាយបៃតង និងបន្ទះណាណូ MXene បន្ទាប់ពីអន្តរកម្មរយៈពេល 72 ម៉ោងនៅកំហាប់ខ្លាំង (100 mg L-1) ។(a) microalgae ពណ៌បៃតងដែលមិនបានព្យាបាលបន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយ SL (b) Nb2CTx និង (c) Nb4C3TX MXenes ។ចំណាំថា nanoflakes Nb-MXene ត្រូវបានសម្គាល់ដោយព្រួញក្រហម។សម្រាប់ការប្រៀបធៀប រូបថតពីមីក្រូទស្សន៍អុបទិកក៏ត្រូវបានបន្ថែមផងដែរ។
ផ្ទុយទៅវិញ កោសិកា microalgae ដែលស្រូបយកដោយ SL Nb-MXene nanoflakes ត្រូវបានខូចខាត (សូមមើលរូប 4b, c, ព្រួញក្រហម)។ក្នុងករណី Nb2CTx MXene (រូបភាពទី 4b) មីក្រូសារាយមានទំនោរលូតលាស់ជាមួយនឹងមាត្រដ្ឋានណាណូពីរវិមាត្រដែលភ្ជាប់មកជាមួយ ដែលអាចផ្លាស់ប្តូររូបរាងរបស់វា។គួរកត់សម្គាល់ថា យើងក៏បានសង្កេតឃើញការផ្លាស់ប្តូរទាំងនេះនៅក្រោមមីក្រូទស្សន៍ពន្លឺ (សូមមើល SI Figure S11 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។ការផ្លាស់ប្តូរ morphological នេះមានមូលដ្ឋានដែលអាចជឿទុកចិត្តបាននៅក្នុងសរីរវិទ្យានៃ microalgae និងសមត្ថភាពរបស់ពួកគេក្នុងការការពារខ្លួនដោយការផ្លាស់ប្តូរ morphology កោសិកា ដូចជាការបង្កើនបរិមាណកោសិកា 61 ។ដូច្នេះវាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការត្រួតពិនិត្យចំនួនកោសិកា microalgae ដែលពិតជាមានទំនាក់ទំនងជាមួយ Nb-MXenes ។ការសិក្សា SEM បានបង្ហាញថាប្រហែល 52% នៃកោសិកា microalgae ត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹង Nb-MXenes ខណៈដែល 48% នៃកោសិកា microalgae ទាំងនេះជៀសវាងការទាក់ទង។សម្រាប់ SL Nb4C3Tx MXene, microalgae ព្យាយាមជៀសវាងការទំនាក់ទំនងជាមួយ MXene ដោយហេតុនេះធ្វើមូលដ្ឋានីយកម្ម និងលូតលាស់ពីមាត្រដ្ឋាន nano ពីរវិមាត្រ (រូបភាព 4c) ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ យើងមិនបានសង្កេតមើលការជ្រៀតចូលនៃមាត្រដ្ឋានណាណូចូលទៅក្នុងកោសិកាមីក្រូសារាយ និងការខូចខាតរបស់វានោះទេ។
ការរក្សាទុកដោយខ្លួនឯងក៏ជាឥរិយាបទឆ្លើយតបអាស្រ័យលើពេលវេលាចំពោះការស្ទះនៃរស្មីសំយោគដោយសារតែការស្រូបយកភាគល្អិតនៅលើផ្ទៃក្រឡា និងអ្វីដែលគេហៅថា ការដាក់ស្រមោល (shading) effect62 ។វាច្បាស់ណាស់ថាវត្ថុនីមួយៗ (ឧទាហរណ៍ Nb-MXene nanoflakes) ដែលស្ថិតនៅចន្លោះ microalgae និងប្រភពពន្លឺកំណត់បរិមាណពន្លឺដែលស្រូបដោយ chloroplasts ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ យើងមិនមានការសង្ស័យទេថា វាមានផលប៉ះពាល់យ៉ាងសំខាន់ទៅលើលទ្ធផលដែលទទួលបាន។ដូចដែលបានបង្ហាញដោយការសង្កេតមីក្រូទស្សន៍របស់យើង ណាណូហ្វ្លាក 2D មិនត្រូវបានរុំព័ទ្ធទាំងស្រុង ឬជាប់នឹងផ្ទៃនៃមីក្រូសារាយទេ សូម្បីតែនៅពេលដែលកោសិកាមីក្រូសារាយមានទំនាក់ទំនងជាមួយ Nb-MXenes ក៏ដោយ។ផ្ទុយទៅវិញ nanoflakes ប្រែទៅជាកោសិកា microalgae ដោយមិនគ្របដណ្តប់លើផ្ទៃរបស់វា។សំណុំនៃ nanoflakes/microalgae បែបនេះមិនអាចកំណត់បរិមាណពន្លឺដែលស្រូបដោយកោសិកា microalgae បានទេ។លើសពីនេះទៅទៀត ការសិក្សាមួយចំនួនថែមទាំងបានបង្ហាញពីភាពប្រសើរឡើងនៃការស្រូបយកពន្លឺដោយសារពាង្គកាយធ្វើរស្មីសំយោគនៅក្នុងវត្តមាននៃសម្ភារៈ nanomaterials ពីរវិមាត្រ63,64,65,66។
ដោយសាររូបភាព SEM មិនអាចបញ្ជាក់ដោយផ្ទាល់នូវការស្រូបយក niobium ដោយកោសិកា microalgae ការសិក្សាបន្ថែមរបស់យើងបានប្រែទៅជា X-ray fluorescence (XRF) និងការវិភាគកាំរស្មី X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ដើម្បីបញ្ជាក់ពីបញ្ហានេះ។ដូច្នេះ យើងបានប្រៀបធៀបអាំងតង់ស៊ីតេនៃកំពូល Nb នៃសំណាកមីក្រូសារាយយោងដែលមិនមានអន្តរកម្មជាមួយ MXenes, MXene nanoflakes ដែលបានផ្ដាច់ចេញពីផ្ទៃនៃកោសិកា microalgae និងកោសិកា microalgae បន្ទាប់ពីការយកចេញនៃ MXenes ដែលភ្ជាប់មកជាមួយ។គួរកត់សម្គាល់ថា ប្រសិនបើគ្មានការទាញយក Nb ទេ តម្លៃ Nb ដែលទទួលបានដោយកោសិកា microalgae គួរតែជាសូន្យបន្ទាប់ពីការដកចេញនូវមាត្រដ្ឋានណាណូដែលភ្ជាប់មកជាមួយ។ដូច្នេះ ប្រសិនបើ Nb uptake កើតឡើង ទាំង XRF និង XPS លទ្ធផលគួរតែបង្ហាញពីកំពូល Nb ច្បាស់លាស់។
នៅក្នុងករណីនៃ XRF spectra គំរូមីក្រូសារាយបានបង្ហាញពីកំពូល Nb សម្រាប់ SL Nb2CTx និង Nb4C3Tx MXene បន្ទាប់ពីអន្តរកម្មជាមួយ SL Nb2CTx និង Nb4C3Tx MXene (សូមមើលរូបទី 5a សូមចំណាំផងដែរថាលទ្ធផលសម្រាប់ MAX និង ML MXenes ត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុង SI, Figs 7 S12–C) ។គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ អាំងតង់ស៊ីតេនៃកំពូល Nb គឺដូចគ្នានៅក្នុងករណីទាំងពីរ (របារក្រហមនៅក្នុងរូបភាព 5a) ។នេះបង្ហាញថាសារាយមិនអាចស្រូបយក Nb បន្ថែមទៀតទេ ហើយសមត្ថភាពអតិបរមាសម្រាប់ការប្រមូលផ្តុំ Nb ត្រូវបានសម្រេចនៅក្នុងកោសិកា ទោះបីជា Nb4C3Tx MXene ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅកោសិកា microalgae (របារពណ៌ខៀវក្នុងរូបភាព 5a) ក៏ដោយ។គួរកត់សម្គាល់ថាសមត្ថភាពរបស់មីក្រូសារាយក្នុងការស្រូបយកលោហធាតុគឺអាស្រ័យលើកំហាប់នៃអុកស៊ីដលោហៈនៅក្នុងបរិស្ថាន67,68។Shamshada et al.67 បានរកឃើញថាសមត្ថភាពស្រូបយកនៃសារាយទឹកសាបថយចុះជាមួយនឹងការកើនឡើង pH ។Raize et al.68 បានកត់សម្គាល់ថាសមត្ថភាពរបស់សារ៉ាយសមុទ្រក្នុងការស្រូបយកលោហៈគឺប្រហែល 25% ខ្ពស់ជាងសម្រាប់ Pb2+ ជាង Ni2+ ។
(ក) លទ្ធផល XRF នៃការស្រូបយក basal Nb ដោយកោសិកាមីក្រូសារាយបៃតង incubated នៅកំហាប់ខ្លាំងនៃ SL Nb-MXenes (100 mg L-1) រយៈពេល 72 ម៉ោង។លទ្ធផលបង្ហាញពីវត្តមានរបស់ α នៅក្នុងកោសិកាមីក្រូសារាយសុទ្ធ (គំរូវត្ថុបញ្ជា ជួរឈរពណ៌ប្រផេះ) 2D nanoflakes ដាច់ដោយឡែកពីកោសិកា microalgae ផ្ទៃ (ជួរឈរពណ៌ខៀវ) និងកោសិកា microalgae បន្ទាប់ពីការបំបែកនៃ nanoflakes 2D ពីផ្ទៃ (ជួរឈរក្រហម) ។បរិមាណនៃធាតុ Nb, (b) ភាគរយនៃសមាសធាតុគីមីនៃសមាសធាតុសរីរាង្គ microalgae (C=O និង CHx/C–O) និងអុកស៊ីដ Nb ដែលមាននៅក្នុងកោសិកា microalgae បន្ទាប់ពី incubation ជាមួយ SL Nb-MXenes, (c–e) ការសមនៃកំពូលសមាសធាតុនៃ XPS SL Nb2CTx spectra និង MXbenee (fhC3e) microalgae ។
ដូច្នេះហើយ យើងរំពឹងថា Nb អាចត្រូវបានស្រូបយកដោយកោសិកា algal ក្នុងទម្រង់ជាអុកស៊ីដ។ដើម្បីសាកល្បងនេះ យើងបានអនុវត្តការសិក្សា XPS លើ MXenes Nb2CTx និង Nb4C3TX និងកោសិកាសារាយ។លទ្ធផលនៃអន្តរកម្មនៃមីក្រូសារាយជាមួយ Nb-MXenes និង MXenes ដាច់ដោយឡែកពីកោសិកាសារាយត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។5 ខ.ដូចដែលបានរំពឹងទុក យើងបានរកឃើញកំពូល Nb 3d នៅក្នុងគំរូ microalgae បន្ទាប់ពីការដក MXene ចេញពីផ្ទៃនៃ microalgae ។ការកំណត់បរិមាណនៃ C=O, CHx/CO, និង Nb oxides ត្រូវបានគណនាដោយផ្អែកលើ Nb 3d, O 1s, និង C 1s spectra ដែលទទួលបានជាមួយ Nb2CTx SL (រូបភាព 5c–e) និង Nb4C3Tx SL (រូបភាព 5c–e)។) ទទួលបានពី microalgae incubated ។រូបភាព 5f–h) MXenes ។តារាង S1-3 បង្ហាញពីព័ត៌មានលម្អិតនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រកំពូល និងគីមីសាស្ត្ររួមដែលបណ្តាលមកពីសម។គួរកត់សម្គាល់ថាតំបន់ Nb 3d នៃ Nb2CTx SL និង Nb4C3Tx SL (រូបភាព 5c, f) ត្រូវគ្នាទៅនឹងសមាសធាតុ Nb2O5 មួយ។នៅទីនេះ យើងបានរកឃើញកំពូលភ្នំដែលទាក់ទងនឹង MXene នៅក្នុងវិសាលគមដែលបង្ហាញថាកោសិកា microalgae ស្រូបយកតែទម្រង់អុកស៊ីដនៃ Nb ប៉ុណ្ណោះ។លើសពីនេះទៀត យើងបានប៉ាន់ស្មានវិសាលគម C 1 s ជាមួយនឹងសមាសធាតុ C–C, CHx/C–O, C=O, និង –COOH ។យើងបានកំណត់ចំណុចកំពូល CHx/C–O និង C=O ដល់ការរួមចំណែកសរីរាង្គនៃកោសិកា microalgae ។សមាសធាតុសរីរាង្គទាំងនេះមានចំនួន 36% និង 41% នៃកំពូល C 1s នៅក្នុង Nb2CTx SL និង Nb4C3TX SL រៀងគ្នា។បន្ទាប់មកយើងបានបំពាក់ O 1s spectra នៃ SL Nb2CTx និង SL Nb4C3TX ជាមួយ Nb2O5 សមាសធាតុសរីរាង្គនៃ microalgae (CHx/CO) និងផ្ទៃទឹក adsorbed ។
ទីបំផុតលទ្ធផល XPS បានបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់នូវទម្រង់ Nb មិនត្រឹមតែវត្តមានរបស់វាប៉ុណ្ណោះទេ។យោងតាមទីតាំងនៃសញ្ញា Nb 3d និងលទ្ធផលនៃ deconvolution យើងបញ្ជាក់ថា Nb ត្រូវបានស្រូបចូលតែក្នុងទម្រង់អុកស៊ីដ មិនមែនអ៊ីយ៉ុង ឬ MXene ទេ។លើសពីនេះ លទ្ធផល XPS បានបង្ហាញថា កោសិកា microalgae មានសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងការស្រូបយក Nb oxides ពី SL Nb2CTx បើប្រៀបធៀបទៅនឹង SL Nb4C3TX MXene ។
ខណៈពេលដែលលទ្ធផល Nb uptake របស់យើងគឺគួរអោយចាប់អារម្មណ៍ និងអនុញ្ញាតឱ្យយើងកំណត់អត្តសញ្ញាណការរិចរិលរបស់ MXene នោះ វាមិនមានវិធីសាស្រ្តណាមួយដែលអាចរកបានដើម្បីតាមដានការផ្លាស់ប្តូរ morphological ដែលពាក់ព័ន្ធនៅក្នុង nanoflakes 2D នោះទេ។ដូច្នេះហើយ យើងក៏បានសម្រេចចិត្តបង្កើតវិធីសាស្រ្តសមស្របមួយដែលអាចឆ្លើយតបដោយផ្ទាល់ទៅនឹងការផ្លាស់ប្តូរណាមួយដែលកើតឡើងនៅក្នុង 2D Nb-MXene nanoflakes និងកោសិកា microalgae ។វាជារឿងសំខាន់ក្នុងការកត់សម្គាល់ថាយើងសន្មត់ថាប្រសិនបើប្រភេទអន្តរកម្មឆ្លងកាត់ការបំលែង ការខូចទ្រង់ទ្រាយ ឬការខូចទ្រង់ទ្រាយណាមួយ នេះគួរតែបង្ហាញខ្លួនវាភ្លាមៗថាជាការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាង ដូចជាអង្កត់ផ្ចិតនៃផ្ទៃរង្វង់សមមូល រាងមូល ទទឹង Feret ឬប្រវែង Feret ។ដោយសារប៉ារ៉ាម៉ែត្រទាំងនេះគឺសមរម្យសម្រាប់ការពិពណ៌នាអំពីភាគល្អិតពន្លូត ឬ nanoflakes ពីរវិមាត្រ ការតាមដានរបស់ពួកគេដោយការវិភាគរូបរាងភាគល្អិតនឹងផ្តល់ឱ្យយើងនូវព័ត៌មានដ៏មានតម្លៃអំពីការផ្លាស់ប្តូរ morphological នៃ nanoflakes SL Nb-MXene កំឡុងពេលកាត់បន្ថយ។
លទ្ធផលដែលទទួលបានត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6។ សម្រាប់ការប្រៀបធៀប យើងក៏បានសាកល្បងដំណាក់កាល MAX ដើម និង ML-MXenes (សូមមើល SI Figures S18 និង S19)។ការវិភាគថាមវន្តនៃរូបរាងភាគល្អិតបានបង្ហាញថាប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងទាំងអស់នៃ Nb-MXene SLs ពីរបានផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំងបន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយ microalgae ។ដូចដែលបានបង្ហាញដោយប៉ារ៉ាម៉ែត្រអង្កត់ផ្ចិតនៃផ្ទៃរាងជារង្វង់សមមូល (រូបភាព 6a, ខ) អាំងតង់ស៊ីតេកំពូលដែលកាត់បន្ថយនៃប្រភាគនៃ nanoflakes ធំបង្ហាញថាពួកវាមានទំនោរបំបែកទៅជាបំណែកតូចៗ។នៅលើរូបភព។6c, d បង្ហាញពីការថយចុះនៃកំពូលដែលទាក់ទងនឹងទំហំឆ្លងកាត់នៃ flakes (ការពន្លូតនៃ nanoflakes) ដែលបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរនៃ nanoflakes 2D ទៅជារូបរាងដូចភាគល្អិតកាន់តែច្រើន។រូបភាពទី 6e-h បង្ហាញពីទទឹង និងប្រវែងរបស់ Feret រៀងគ្នា។ទទឹង និងប្រវែងរបស់ Feet គឺជាប៉ារ៉ាម៉ែត្របំពេញបន្ថែម ដូច្នេះហើយគួរតែត្រូវបានពិចារណាជាមួយគ្នា។បន្ទាប់ពី incubation នៃ 2D Nb-MXene nanoflakes នៅក្នុងវត្តមាននៃ microalgae កំពូលទំនាក់ទំនង Feret របស់ពួកគេបានផ្លាស់ប្តូរ ហើយអាំងតង់ស៊ីតេរបស់ពួកគេបានថយចុះ។ដោយផ្អែកលើលទ្ធផលទាំងនេះនៅក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយ morphology XRF និង XPS យើងបានសន្និដ្ឋានថាការផ្លាស់ប្តូរដែលបានសង្កេតឃើញមានទំនាក់ទំនងយ៉ាងខ្លាំងទៅនឹងអុកស៊ីតកម្មនៅពេលដែលអុកស៊ីតកម្ម MXenes កាន់តែជ្រីវជ្រួញនិងបំបែកទៅជាបំណែកនិងភាគល្អិតអុកស៊ីដស្វ៊ែរ 69,70 ។
ការវិភាគនៃការផ្លាស់ប្តូរ MXene បន្ទាប់ពីអន្តរកម្មជាមួយ microalgae ពណ៌បៃតង។ការវិភាគរូបរាងភាគល្អិតថាមវន្តគិតគូរពីប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជា (a, b) អង្កត់ផ្ចិតនៃផ្ទៃរង្វង់សមមូល, (c, d) roundness, (e, f) ទទឹង Feret និង (g, h) ប្រវែង Feret ។ដល់ទីបញ្ចប់នេះ សំណាកមីក្រូសារាយយោងចំនួនពីរត្រូវបានវិភាគរួមគ្នាជាមួយ SL Nb2CTx និង SL Nb4C3Tx MXenes បឋម, SL Nb2CTx និង SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae ដែលខូចទ្រង់ទ្រាយ និងបានព្យាបាល microalgae SL Nb2CTx និង SL Nb4C3Tx MXenes ។ព្រួញក្រហមបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងនៃ nanoflakes ពីរវិមាត្រដែលបានសិក្សា។
ដោយសារការវិភាគប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងមានភាពជឿជាក់ខ្លាំង វាក៏អាចបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរ morphological នៅក្នុងកោសិកា microalgae ផងដែរ។ដូច្នេះហើយ យើងបានវិភាគលើអង្កត់ផ្ចិតនៃផ្ទៃរាងជារង្វង់ ភាពមូល និងទទឹង Feret នៃកោសិកា និងកោសិកា microalgae សុទ្ធ បន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយ nanoflakes 2D Nb ។នៅលើរូបភព។6a–h បង្ហាញការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងរបស់កោសិកាសារាយ ដូចដែលបានបង្ហាញដោយការថយចុះនៃអាំងតង់ស៊ីតេខ្ពស់បំផុត និងការផ្លាស់ប្តូរនៃអតិបរមាឆ្ពោះទៅរកតម្លៃខ្ពស់។ជាពិសេស ប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការបង្គត់កោសិកាបានបង្ហាញពីការថយចុះនៃកោសិកាពន្លូត និងការកើនឡើងនៃកោសិកាស្វ៊ែរ (រូបភាព 6a, ខ)។លើសពីនេះ ទទឹងក្រឡា Feret បានកើនឡើងដោយមីក្រូម៉ែត្រជាច្រើនបន្ទាប់ពីអន្តរកម្មជាមួយ SL Nb2CTx MXene (រូបភាព 6e) បើប្រៀបធៀបទៅនឹង SL Nb4C3TX MXene (រូបភាព 6f) ។យើងសង្ស័យថានេះអាចបណ្តាលមកពីការស្រូបយក Nb អុកស៊ីដខ្លាំងដោយ microalgae នៅពេលមានអន្តរកម្មជាមួយ Nb2CTx SR ។ការភ្ជាប់យ៉ាងតឹងរ៉ឹងតិចនៃ flakes Nb ទៅលើផ្ទៃរបស់វាអាចបណ្តាលឱ្យមានការលូតលាស់កោសិកាជាមួយនឹងឥទ្ធិពលស្រមោលតិចតួចបំផុត។
ការសង្កេតរបស់យើងអំពីការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃរូបរាង និងទំហំនៃ microalgae បំពេញបន្ថែមការសិក្សាផ្សេងទៀត។microalgae ពណ៌បៃតងអាចផ្លាស់ប្តូរ morphology របស់ពួកគេក្នុងការឆ្លើយតបទៅនឹងភាពតានតឹងផ្នែកបរិស្ថានដោយការផ្លាស់ប្តូរទំហំកោសិកា រូបរាង ឬការរំលាយអាហារ61.ឧទាហរណ៍ ការផ្លាស់ប្តូរទំហំនៃកោសិកាជួយសម្រួលដល់ការស្រូបយកសារធាតុចិញ្ចឹម71.កោសិកាសារាយតូចៗបង្ហាញពីការស្រូបយកសារធាតុចិញ្ចឹមទាប និងអត្រាការលូតលាស់ខ្សោយ។ផ្ទុយទៅវិញ កោសិកាធំមានទំនោរប្រើប្រាស់សារធាតុចិញ្ចឹមកាន់តែច្រើន ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានដាក់បញ្ចូលក្នុងកោសិកា72,73។Machado និង Soares បានរកឃើញថាថ្នាំសម្លាប់ផ្សិត triclosan អាចបង្កើនទំហំកោសិកា។ពួកគេក៏បានរកឃើញការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងជ្រាលជ្រៅនៅក្នុងរូបរាងរបស់សារាយ 74 ផងដែរ។លើសពីនេះទៀត Yin et al.9 ក៏បានបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរ morphological នៅក្នុងសារាយបន្ទាប់ពីការប៉ះពាល់ទៅនឹង graphene oxide nanocomposites កាត់បន្ថយ។ដូច្នេះវាច្បាស់ណាស់ថាការផ្លាស់ប្តូរទំហំ/រូបរាងប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃ microalgae គឺបណ្តាលមកពីវត្តមានរបស់ MXene ។ដោយសារការផ្លាស់ប្តូរទំហំ និងរូបរាងនេះបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរនៃការស្រូបយកសារធាតុចិញ្ចឹម យើងជឿថាការវិភាគនៃទំហំ និងប៉ារ៉ាម៉ែត្ររូបរាងតាមពេលវេលាអាចបង្ហាញពីការស្រូបយកនីអូប៊ីយ៉ូមអុកស៊ីដដោយមីក្រូសារាយនៅក្នុងវត្តមានរបស់ Nb-MXenes ។
លើសពីនេះទៅទៀត MXenes អាចត្រូវបានកត់សុីនៅក្នុងវត្តមាននៃសារាយ។Dalai et al.75 បានសង្កេតឃើញថា សរីរវិទ្យានៃសារាយពណ៌បៃតងដែលប៉ះពាល់នឹង nano-TiO2 និង Al2O376 មិនមានលក្ខណៈដូចគ្នាទេ។ទោះបីជាការសង្កេតរបស់យើងគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងការសិក្សាបច្ចុប្បន្នក៏ដោយ វាគឺពាក់ព័ន្ធតែទៅនឹងការសិក្សាអំពីផលប៉ះពាល់នៃ bioremediation នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃផលិតផល degradation MXene នៅក្នុងវត្តមាននៃ nanoflakes 2D និងមិនមែនជា nanoparticles ។ដោយសារ MXenes អាចបំប្លែងទៅជាអុកស៊ីដលោហៈ 31,32,77,78 វាសមហេតុផលក្នុងការសន្មត់ថា Nb nanoflakes របស់យើងក៏អាចបង្កើតអុកស៊ីដ Nb បន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយកោសិកា microalgae ។
ដើម្បីពន្យល់ពីការថយចុះនៃ 2D-Nb nanoflakes តាមរយៈយន្តការ decomposition ដោយផ្អែកលើដំណើរការអុកស៊ីតកម្ម យើងបានធ្វើការសិក្សាដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូនដែលមានភាពច្បាស់ខ្ពស់ (HRTEM) (រូបភាព 7a, ខ) និងកាំរស្មីអ៊ិច photoelectron spectroscopy (XPS) (រូបភាព 7) ។7c-i និងតារាង S4-5) ។វិធីសាស្រ្តទាំងពីរគឺសមរម្យសម្រាប់ការសិក្សាអុកស៊ីតកម្មនៃវត្ថុធាតុ 2D និងបំពេញគ្នាទៅវិញទៅមក។HRTEM អាចវិភាគការរិចរិលនៃរចនាសម្ព័ន្ធស្រទាប់ពីរវិមាត្រ និងរូបរាងជាបន្តបន្ទាប់នៃភាគល្អិតណាណូអុកស៊ីតលោហៈ ខណៈដែល XPS មានភាពរសើបចំពោះចំណងផ្ទៃ។ចំពោះគោលបំណងនេះ យើងបានសាកល្បង 2D Nb-MXene nanoflakes ដែលស្រង់ចេញពីការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយនៃកោសិកា microalgae ពោលគឺរូបរាងរបស់ពួកគេបន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយកោសិកា microalgae (សូមមើលរូបភាពទី 7)។
រូបភាព HRTEM បង្ហាញរូបវិទ្យានៃអុកស៊ីតកម្ម (a) SL Nb2CTx និង (b) SL Nb4C3Tx MXenes លទ្ធផលការវិភាគ XPS បង្ហាញ (គ) សមាសភាពនៃផលិតផលអុកស៊ីតបន្ទាប់ពីកាត់បន្ថយ (d–f) ការផ្គូផ្គងកំពូលនៃសមាសធាតុនៃ XPS វិសាលគមនៃ SL Nb2CTx និង (g–i) Nb4C3Tx ពណ៌បៃតងជាមួយ SL
ការសិក្សា HRTEM បានបញ្ជាក់ពីអុកស៊ីតកម្មនៃ Nb-MXene nanoflakes ពីរប្រភេទ។ទោះបីជា nanoflakes រក្សារូបវិទ្យាពីរវិមាត្ររបស់ពួកគេក្នុងកម្រិតខ្លះក៏ដោយ អុកស៊ីតកម្មបណ្តាលឱ្យមានរូបរាងនៃភាគល្អិតណាណូជាច្រើនដែលគ្របដណ្តប់លើផ្ទៃនៃ MXene nanoflakes (សូមមើលរូបភាព 7a, ខ) ។ការវិភាគ XPS នៃសញ្ញា c Nb 3d និង O 1s បានបង្ហាញថា អុកស៊ីដ Nb ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងករណីទាំងពីរ។ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7c 2D MXene Nb2CTx និង Nb4C3TX មានសញ្ញា Nb 3d ដែលបង្ហាញពីវត្តមានរបស់ NbO និង Nb2O5 អុកស៊ីដ ខណៈសញ្ញា O 1s បង្ហាញពីចំនួនចំណង O–Nb ដែលទាក់ទងនឹងមុខងារនៃផ្ទៃ 2D nanoflake ។យើងបានកត់សម្គាល់ឃើញថាការរួមចំណែកអុកស៊ីដ Nb គឺលេចធ្លោបើប្រៀបធៀបទៅនឹង Nb-C និង Nb3+-O ។
នៅលើរូបភព។រូបភាព 7g–i បង្ហាញវិសាលគម XPS នៃ Nb 3d, C 1s, និង O 1s SL Nb2CTx (សូមមើលរូបភព។ 7d–f) និង SL Nb4C3TX MXene ដាច់ដោយឡែកពីកោសិកា microalgae ។ព័ត៌មានលម្អិតនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រកំពូល Nb-MXenes ត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងតារាង S4–5 រៀងគ្នា។ដំបូងយើងវិភាគសមាសភាព Nb 3d ។ផ្ទុយទៅនឹង Nb ដែលស្រូបយកដោយកោសិកា microalgae ក្នុង MXene ដាច់ដោយឡែកពីកោសិកា microalgae ក្រៅពី Nb2O5 សមាសធាតុផ្សេងទៀតត្រូវបានរកឃើញ។នៅក្នុង Nb2CTx SL យើងបានសង្កេតឃើញការរួមចំណែករបស់ Nb3+-O ក្នុងបរិមាណ 15% ខណៈពេលដែលវិសាលគម Nb 3d ដែលនៅសល់ត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយ Nb2O5 (85%) ។លើសពីនេះទៀតគំរូ SL Nb4C3TX មានសមាសធាតុ Nb-C (9%) និង Nb2O5 (91%) ។នៅទីនេះ Nb-C ចេញមកពីស្រទាប់អាតូមខាងក្នុងពីរនៃ carbide ដែកនៅក្នុង Nb4C3Tx SR ។បន្ទាប់មកយើងគូសផែនទី C 1s spectra ទៅនឹងសមាសធាតុ 4 ផ្សេងគ្នា ដូចដែលយើងបានធ្វើនៅក្នុងសំណាកខាងក្នុង។ដូចដែលបានរំពឹងទុក វិសាលគម C 1s ត្រូវបានគ្របដណ្ដប់ដោយកាបូនក្រាហ្វិក អមដោយការរួមចំណែកពីភាគល្អិតសរីរាង្គ (CHx/CO និង C=O) ពីកោសិកា microalgae ។លើសពីនេះទៀតនៅក្នុងវិសាលគម O 1s យើងបានសង្កេតឃើញការរួមចំណែកនៃទម្រង់សរីរាង្គនៃកោសិកា microalgae, niobium oxide និងទឹក adsorbed ។
លើសពីនេះទៀត យើងបានស៊ើបអង្កេតថាតើការបំបែក Nb-MXenes ត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងវត្តមាននៃប្រភេទអុកស៊ីសែនដែលមានប្រតិកម្ម (ROS) នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកសារធាតុចិញ្ចឹម និង/ឬកោសិកា microalgae ដែរឬទេ។ដល់ទីបញ្ចប់នេះ យើងបានវាយតម្លៃកម្រិតនៃ singlet oxygen (1O2) នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកវប្បធម៌ និង glutathione intracellular ដែលជា thiol ដែលដើរតួជាសារធាតុប្រឆាំងអុកស៊ីតកម្មនៅក្នុង microalgae ។លទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុង SI (រូបភាព S20 និង S21)។វប្បធម៌ដែលមាន SL Nb2CTx និង Nb4C3TX MXenes ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយបរិមាណកាត់បន្ថយនៃ 1O2 (សូមមើលរូបភាព S20) ។ក្នុងករណី SL Nb2CTx MXene 1O2 ត្រូវបានកាត់បន្ថយប្រហែល 83% ។សម្រាប់ microalgae cultures ដោយប្រើ SL, Nb4C3TX 1O2 បានថយចុះកាន់តែច្រើនទៅ 73% ។គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុង 1O2 បានបង្ហាញពីនិន្នាការដូចគ្នាទៅនឹងឥទ្ធិពល inhibitory-stimulatory ដែលបានសង្កេតពីមុន (សូមមើលរូបភាពទី 3) ។វាអាចត្រូវបានប្រកែកថា incubation នៅក្នុងពន្លឺភ្លឺអាចផ្លាស់ប្តូរ photooxidation ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយលទ្ធផលនៃការវិភាគវត្ថុបញ្ជាបានបង្ហាញពីកម្រិតថេរស្ទើរតែនៃ 1O2 ក្នុងអំឡុងពេលពិសោធន៍ (រូបភាព S22) ។ក្នុងករណីនៃកម្រិត ROS ខាងក្នុងកោសិកា យើងក៏បានសង្កេតឃើញនិន្នាការធ្លាក់ចុះដូចគ្នា (សូមមើលរូបភាព S21)។ដំបូង កម្រិតនៃ ROS នៅក្នុងកោសិកា microalgae ដែលត្រូវបានដាំដុះនៅក្នុងវត្តមាននៃ Nb2CTx និង Nb4C3Tx SLs លើសពីកម្រិតដែលមាននៅក្នុងវប្បធម៌សុទ្ធនៃ microalgae ។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយនៅទីបំផុតវាហាក់ដូចជាថា microalgae សម្របខ្លួនទៅនឹងវត្តមានរបស់ Nb-MXenes ទាំងពីរ ដោយសារកម្រិត ROS បានថយចុះដល់ 85% និង 91% នៃកម្រិតដែលបានវាស់នៅក្នុងវប្បធម៌សុទ្ធនៃ microalgae ដែលចាក់បញ្ចូលជាមួយ SL Nb2CTx និង Nb4C3TX រៀងគ្នា។នេះអាចបង្ហាញថា microalgae មានអារម្មណ៍សុខស្រួលជាងនៅពេលមាន Nb-MXene ជាងនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកសារធាតុចិញ្ចឹមតែម្នាក់ឯង។
Microalgae គឺជាក្រុមចម្រុះនៃសារពាង្គកាយរស្មីសំយោគ។ក្នុងអំឡុងពេលធ្វើរស្មីសំយោគ ពួកវាបំប្លែងកាបូនឌីអុកស៊ីតបរិយាកាស (CO2) ទៅជាកាបូនសរីរាង្គ។ផលិតផលនៃការធ្វើរស្មីសំយោគគឺគ្លុយកូស និងអុកស៊ីហ្សែន79។យើងសង្ស័យថា អុកស៊ីហ្សែនដែលបានបង្កើតឡើង ដើរតួយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការកត់សុីនៃ Nb-MXenes ។ការពន្យល់ដែលអាចកើតមានសម្រាប់នេះគឺថា ប៉ារ៉ាម៉ែត្រខ្យល់ឌីផេរ៉ង់ស្យែលត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅសម្ពាធផ្នែកទាប និងខ្ពស់នៃអុកស៊ីសែននៅខាងក្រៅ និងខាងក្នុង nanoflakes Nb-MXene ។នេះមានន័យថាកន្លែងណាដែលមានសម្ពាធផ្នែកផ្សេងៗនៃអុកស៊ីសែន តំបន់ដែលមានកម្រិតទាបបំផុតនឹងបង្កើតជា anode 80, 81, 82។ នៅទីនេះ microalgae រួមចំណែកដល់ការបង្កើតកោសិកាដែលមានលក្ខណៈឌីផេរ៉ង់ស្យែលនៅលើផ្ទៃនៃ flakes MXene ដែលផលិតអុកស៊ីហ្សែនដោយសារលក្ខណៈសម្បត្តិរស្មីសំយោគរបស់វា។ជាលទ្ធផលផលិតផល biocorrosion (ក្នុងករណីនេះ niobium oxides) ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ទិដ្ឋភាពមួយទៀតគឺថា microalgae អាចផលិតអាស៊ីតសរីរាង្គដែលត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងទឹក 83,84 ។ដូច្នេះបរិយាកាសឈ្លានពានត្រូវបានបង្កើតឡើង ដោយហេតុនេះផ្លាស់ប្តូរ Nb-MXenes ។លើសពីនេះទៀត microalgae អាចផ្លាស់ប្តូរ pH នៃបរិស្ថានទៅជាអាល់កាឡាំងដោយសារតែការស្រូបយកកាបូនឌីអុកស៊ីតដែលអាចបណ្តាលឱ្យ corrosion79 ផងដែរ។
សំខាន់ជាងនេះទៅទៀតនោះ ពន្លឺ/ងងឹត/ពន្លឺ ដែលប្រើក្នុងការសិក្សារបស់យើង គឺមានសារៈសំខាន់ក្នុងការយល់ដឹងអំពីលទ្ធផលដែលទទួលបាន។ទិដ្ឋភាពនេះត្រូវបានពិពណ៌នាលម្អិតនៅក្នុង Djemai-Zoghlache et al ។85 ពួកគេបានប្រើរយៈពេល 12/12 ម៉ោងដោយចេតនា ដើម្បីបង្ហាញពីការ corrosion biocorrosion ដែលទាក់ទងនឹង biofouling ដោយ microalgae ក្រហម Porphyridium purpureum ។ពួកគេបង្ហាញថា photoperiod ត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការវិវត្តនៃសក្តានុពលដែលមិនមាន biocorrosion ដោយបង្ហាញខ្លួនវាថាជាលំយោល pseudoperiodic នៅជុំវិញម៉ោង 24:00 ។ការសង្កេតទាំងនេះត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយ Dowling et al ។86 ពួកគេបានបង្ហាញពីជីវហ្វីលសំយោគរស្មីសំយោគនៃ cyanobacteria Anabaena ។អុកស៊ីសែនរលាយត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្រោមសកម្មភាពនៃពន្លឺដែលត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរឬការប្រែប្រួលនៃសក្តានុពល biocorrosion ដោយឥតគិតថ្លៃ។សារៈសំខាន់នៃ photoperiod ត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់ដោយការពិតដែលថាសក្តានុពលដោយឥតគិតថ្លៃសម្រាប់ biocorrosion កើនឡើងនៅក្នុងដំណាក់កាលពន្លឺនិងការថយចុះនៅក្នុងដំណាក់កាលងងឹត។នេះគឺដោយសារតែអុកស៊ីសែនដែលផលិតដោយមីក្រូសារាយរស្មីសំយោគ ដែលមានឥទ្ធិពលលើប្រតិកម្ម cathodic តាមរយៈសម្ពាធផ្នែកដែលបង្កើតនៅជិត electrodes87 ។
លើសពីនេះទៀត Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីរកមើលថាតើការផ្លាស់ប្តូរណាមួយបានកើតឡើងនៅក្នុងសមាសធាតុគីមីនៃកោសិកា microalgae បន្ទាប់ពីមានអន្តរកម្មជាមួយ Nb-MXenes ។លទ្ធផលដែលទទួលបានទាំងនេះគឺស្មុគស្មាញ ហើយយើងបង្ហាញវានៅក្នុង SI (រូបភាព S23-S25 រួមទាំងលទ្ធផលនៃដំណាក់កាល MAX និង ML MXenes)។សរុបមក វិសាលគមយោងដែលទទួលបាននៃ microalgae ផ្តល់ឱ្យយើងនូវព័ត៌មានសំខាន់ៗអំពីលក្ខណៈគីមីនៃសារពាង្គកាយទាំងនេះ។រំញ័រដែលទំនងបំផុតទាំងនេះមានទីតាំងនៅប្រេកង់ 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 ។មួយ។1 1 (C–H) និង 3280 សង់ទីម៉ែត្រ–1 (O–H) ។សម្រាប់ SL Nb-MXenes យើងបានរកឃើញហត្ថលេខា CH-bond ដែលត្រូវនឹងការសិក្សាពីមុនរបស់យើង38។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ យើងបានសង្កេតឃើញថា ចំណុចកំពូលបន្ថែមមួយចំនួនដែលទាក់ទងនឹងចំណង C=C និង CH បានបាត់។នេះបង្ហាញថាសមាសធាតុគីមីនៃ microalgae អាចឆ្លងកាត់ការផ្លាស់ប្តូរតិចតួចដោយសារអន្តរកម្មជាមួយ SL Nb-MXenes ។
នៅពេលពិចារណាលើការផ្លាស់ប្តូរដែលអាចកើតមាននៅក្នុងជីវគីមីនៃមីក្រូសារាយ ការប្រមូលផ្តុំនៃអុកស៊ីដអសរីរាង្គ ដូចជាអុកស៊ីដ niobium ចាំបាច់ត្រូវពិចារណាឡើងវិញ59។វាត្រូវបានចូលរួមនៅក្នុងការស្រូបយកលោហធាតុដោយផ្ទៃកោសិកា ការដឹកជញ្ជូនរបស់ពួកគេចូលទៅក្នុង cytoplasm ទំនាក់ទំនងរបស់ពួកគេជាមួយក្រុម carboxyl intracellular និងការប្រមូលផ្តុំរបស់ពួកគេនៅក្នុង microalgae polyphosphosomes20,88,89,90។លើសពីនេះទៀតទំនាក់ទំនងរវាង microalgae និងលោហធាតុត្រូវបានរក្សាដោយក្រុមកោសិកាមុខងារ។សម្រាប់ហេតុផលនេះ ការស្រូបចូលក៏អាស្រ័យលើគីមីវិទ្យាផ្ទៃ microalgae ដែលស្មុគស្មាញ ៩,៩១។ជាទូទៅ ដូចដែលបានរំពឹងទុក សមាសធាតុគីមីនៃមីក្រូសារាយបៃតងបានផ្លាស់ប្តូរបន្តិចបន្តួចដោយសារតែការស្រូបយក Nb អុកស៊ីដ។
គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ ការទប់ស្កាត់ដំបូងនៃ microalgae ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញអាចបញ្ច្រាស់បានតាមពេលវេលា។ដូចដែលយើងសង្កេតឃើញ microalgae បានយកឈ្នះលើការផ្លាស់ប្តូរបរិស្ថានដំបូង ហើយនៅទីបំផុតបានត្រលប់ទៅអត្រាកំណើនធម្មតាវិញ ហើយថែមទាំងកើនឡើងទៀតផង។ការសិក្សាអំពីសក្តានុពល zeta បង្ហាញពីស្ថេរភាពខ្ពស់នៅពេលបញ្ចូលទៅក្នុងប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយសារធាតុចិញ្ចឹម។ដូច្នេះ អន្តរកម្មលើផ្ទៃរវាងកោសិកា microalgae និង Nb-MXene nanoflakes ត្រូវបានរក្សាទុកពេញមួយការពិសោធន៍កាត់បន្ថយ។នៅក្នុងការវិភាគបន្ថែមរបស់យើង យើងសង្ខេបយន្តការសំខាន់ៗនៃសកម្មភាពដែលផ្អែកលើអាកប្បកិរិយាដ៏គួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ microalgae ។
ការសង្កេត SEM បានបង្ហាញថា microalgae មានទំនោរភ្ជាប់ទៅនឹង Nb-MXenes ។ដោយប្រើការវិភាគរូបភាពថាមវន្ត យើងបញ្ជាក់ថាឥទ្ធិពលនេះនាំទៅដល់ការបំប្លែង Nb-MXene nanoflakes ពីរវិមាត្រទៅជាភាគល្អិតស្វ៊ែរបន្ថែមទៀត ដោយហេតុនេះបង្ហាញថាការរលួយនៃ nanoflakes ត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការកត់សុីរបស់វា។ដើម្បីសាកល្បងសម្មតិកម្មរបស់យើង យើងបានធ្វើការសិក្សាជាបន្តបន្ទាប់នៃសម្ភារៈ និងជីវគីមី។បន្ទាប់​ពី​ការ​ធ្វើ​តេស្ដ​រួច ណាណូ​ឡេក​បាន​កត់​សុី និង​បំបែក​ជា​បណ្តើរៗ​ទៅ​ជា​ផលិតផល NbO និង Nb2O5 ដែល​មិន​បង្ក​ការ​គំរាម​កំហែង​ដល់​មីក្រូសារាយ​ពណ៌​បៃតង​ឡើយ។ដោយប្រើការសង្កេត FTIR យើងបានរកឃើញថាមិនមានការផ្លាស់ប្តូរគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៅក្នុងសមាសភាពគីមីនៃ microalgae incubated នៅក្នុងវត្តមាននៃ nanoflakes 2D Nb-MXene នោះទេ។ដោយគិតពីលទ្ធភាពនៃការស្រូបយក niobium oxide ដោយ microalgae យើងបានធ្វើការវិភាគ fluorescence កាំរស្មីអ៊ិច។លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់ថាមីក្រូសារាយដែលបានសិក្សា ចិញ្ចឹមនៅលើអុកស៊ីដ niobium (NbO និង Nb2O5) ដែលមិនមានជាតិពុលចំពោះមីក្រូសារាយដែលបានសិក្សានោះទេ។