Spas ji bo serdana Nature.com.Hûn guhertoyek gerokek bi piştgirîya CSS-ya sînorkirî bikar tînin.Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin).Di vê navberê de, ji bo misogerkirina piştgirîya domdar, em ê malperê bê şêwaz û JavaScript pêşkêş bikin.
Carouselek ji sê slaytan yekcar nîşan dide.Bişkokên Pêşî û Paşê bikar bînin da ku di yek carê de di nav sê slaytan de bigerin, an jî bişkokên sliderê yên li dawiyê bikar bînin da ku di her carê de di sê slaytan de bigerin.
Pêşkeftina bilez a nanoteknolojiyê û yekbûna wê di nav sepanên rojane de dikare hawirdorê tehdîd bike.Digel ku rêbazên kesk ên ji bo hilweşandina gemarên organîk baş hatine saz kirin, ji ber hesasiya wan a kêm a ji biyotransformasyonê û nebûna têgihîştina danûstendinên rûbera maddî bi yên biyolojîk re, vejandina gemarên krîstal ên neorganîk xemek mezin e.Li vir, em modelek 2D MXenes a înorganîk a bingeh-Nb bikar tînin ku bi rêbazek analîzkirina parametreya şeklê hêsan re tê hev kirin da ku mekanîzmaya bioremedalasyona nanomaterialên seramîk ên 2D ji hêla mîkroalgaya kesk Raphidocelis subcapitata ve bişopînin.Me dît ku mîkroalga ji ber têkiliyên fîzîk-kîmyayî yên girêdayî rûxarê, MXenên Nb-ê xera dikin.Di destpêkê de, nanoflakên MXene yên yek-tebeq û pirreng bi rûyê mîkroalgayan ve hatin girêdan, ku hinekî mezinbûna algayan kêm kir.Lêbelê, li ser danûstendina dirêj a bi rûxê re, mîkroalga nanoflakên MXene oksîde kirin û ew bêtir di nav NbO û Nb2O5 de hilweşandin.Ji ber ku ev oksîd ji şaneyên mîkroalgayan re ne jehrî ne, ew nanoparçeyên oksîdê Nb bi mekanîzmayek vegirtinê vedixwin ku piştî 72 demjimêran ji dermankirina avê mîkroalgayê bêtir vedigerîne.Bandorên xurekên ku bi vegirtinê ve girêdayî ne jî di zêdebûna qebareya hucreyê de, şeklê wana xweş û guherîna rêjeya mezinbûnê de têne xuyang kirin.Li ser bingeha van dîtinan, em digihîjin encamê ku hebûna kurt û dirêj a MXenên bingehîn ên Nb di ekosîstemên ava şirîn de dibe ku tenê bibe sedema bandorên piçûktir ên hawîrdorê.Hêjayî balkişandinê ye ku, bi karanîna nanomateryalên du-alî wekî pergalên modelê, em îhtîmala şopandina veguheztina şeklê tewra di materyalên hûrgulî de jî destnîşan dikin.Bi tevayî, ev lêkolîn bersivê dide pirsek bingehîn a girîng di derbarê pêvajoyên têkildar ên pêwendiya rûvî de ku mekanîzmaya biyoremedasyona nanomaterialên 2D dimeşîne û bingehek ji bo lêkolînên kurt û dirêj ên din ên bandora jîngehê ya nanomaterialên krîstal ên neorganîkî peyda dike.
Nanomaterial ji dema vedîtina xwe ve eleqeyek mezin peyda kirine, û nanoteknolojiyên cihêreng vê dawiyê ketine qonaxek nûjenkirinê1.Mixabin, entegrasyona nanomaterialan di nav sepanên rojane de dikare bibe sedema berdana qezayê ji ber avêtina nerast, destwerdana bêhiş, an binesaziya ewlehiyê ya ne têr.Ji ber vê yekê, maqûl e ku meriv texmîn bike ku nanomaterial, di nav wan de nanomaterialên du-alî (2D), dikarin di hawîrdora xwezayî de werin berdan, tevger û çalakiya biyolojîkî ya ku hêj bi tevahî nehatiye fam kirin.Ji ber vê yekê, ne ecêb e ku fikarên ekotoksîkî li ser şiyana nanomaterialên 2D ku di pergalên avî de biherike2,3,4,5,6, sekinîne.Di van ekosîsteman de, hin nanomateryalên 2D dikarin bi organîzmayên cihêreng ên di astên cihêreng ên trofî de, tevî mîkroalgayan, têkilî daynin.
Mîkroalga organîzmayên seretayî ne ku bi xwezayî di ekosîstemên ava şirîn û deryayî de têne dîtin ku bi fotosentezê ve cûrbecûr hilberên kîmyewî çêdikin7.Bi vî rengî, ew ji bo ekosîstemên avî krîtîk in8,9,10,11,12 lê di heman demê de hesas, erzan û bi berfirehî têne bikar anîn nîşaneyên ekotoksîkî ne13,14.Ji ber ku xaneyên mîkroalga bi lez û bez bersivê didin hebûna pêkhateyên cihêreng, ew ji bo pêşkeftina rêgezên hawirdorparêz ên ji bo dermankirina ava ku bi maddeyên organîk ve gemarî ye sozdar in15,16.
Xaneyên algayê dikarin îyonên înorganîk ji avê bi biyosorbasyon û kombûnê derxînin17,18.Hin cureyên kezebên wek Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue û Synechococcus sp.Hat dîtin ku ew îyonên metal ên jehrîn ên wekî Fe2+, Cu2+, Zn2+ û Mn2+19 hildigire û tewra jî dixwe.Lêkolînên din destnîşan kirin ku îyonên Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ an Pb2+ mezinbûna Scenedesmus bi guherandina morfolojiya şaneyê û hilweşandina kloroplastên wan sînordar dikin20,21.
Rêbazên kesk ên jihevketina gemarên organîk û rakirina îyonên metalên giran bala zanyar û endezyarên cîhanê kişandiye ser xwe.Ev bi taybetî ji ber vê yekê ye ku ev gemarî bi hêsanî di qonaxa şil de têne hilberandin.Lêbelê, qirêjên krîstal ên înorganîk bi helbûna avê ya kêm û hestiyarbûna kêm a ji biyotransformasyonên cihêreng re têne destnîşan kirin, ku di verastkirinê de dibe sedema zehmetiyên mezin, û di vî warî de pêşveçûnek hindik pêk hatiye22,23,24,25,26.Ji ber vê yekê, lêgerîna çareseriyên hawirdorparêz ên ji bo tamîrkirina nanomaterialan herêmek tevlihev û nenas dimîne.Ji ber astek bilind a nezelaliyê di derbarê bandorên biyotransformasyonê yên nanomaterialên 2D de, rêyek hêsan tune ku meriv rêyên gengaz ên hilweşîna wan di dema kêmkirinê de bibîne.
Di vê lêkolînê de, me mîkroalgayên kesk wekî kargêrek biyoremedalasyona avî ya çalak ji bo materyalên seramîk ên neorganîkî, bi çavdêriya li cîhê pêvajoya hilweşandina MXene re wekî nûnerek materyalên seramîk ên neorganîkî ve hatî bikar anîn.Têgîna "MXene" stokîometriya materyalê Mn+1XnTx nîşan dide, ku M metalek veguherîna zû ye, X karbon û/an nîtrojen e, Tx termînatorek rûvî ye (mînak, -OH, -F, -Cl), û n = 1, 2, 3 an 427.28.Ji ber vedîtina MXenes ji hêla Naguib et al.Sensorîk, tedawiya penceşêrê û fîlterkirina membranê 27,29,30.Wekî din, MXenes dikare wekî pergalên modela 2D were hesibandin ji ber îstîqrara xweya koloidal a hêja û danûstendinên biyolojîkî yên gengaz31,32,33,34,35,36.
Ji ber vê yekê, metodolojiya ku di vê gotarê de hatî pêşve xistin û hîpotezên lêkolîna me di Xiflteya 1-ê de têne xuyang kirin. Li gorî vê hîpotezê, mîkroalga MXenên Nb-ê di nav pêkhateyên ne-jehrî de ji ber têkiliyên fîzîk-kîmyayî yên girêdayî rûerdê, ku rê dide vejandina zêdetir a algayê vediqetîne.Ji bo ceribandina vê hîpotezê, du endamên malbata karbîdên metal ên veguhêz ên bingehîn ên nîobium-ê yên zû û / an nîtrid (MXenes), ango Nb2CTx û Nb4C3TX, hatin hilbijartin.
Rêbaza lêkolînê û hîpotezên-bingeha delîlan ji bo vejandina MXene ji hêla mîkroalga kesk Raphidocelis subcapitata.Ji kerema xwe not bikin ku ev tenê temsîlek şematîkî ya texmînên-bingeha delîlan e.Jîngeha golê di navgîniya xurek ku tê bikar anîn û şert û mercan de cûda dibe (mînak, çerxa rojê û sînorkirinên di madeyên bingehîn ên berdest de).Bi BioRender.com re hatî çêkirin.
Ji ber vê yekê, bi karanîna MXene wekî pergala modelê, me derî li lêkolîna bandorên biyolojîk ên cihêreng ên ku bi nanomaterialên din ên kevneşopî nayên dîtin vekiriye.Bi taybetî, em îhtîmala bioremedalkirina nanomaterialên du-alî, wek MXenes-bingeha nîobium, ji hêla mîkroalga Raphidocelis subcapitata ve destnîşan dikin.Mîkroalga dikarin Nb-MXenes bixin nav oksîtên ne-jehrî NbO û Nb2O5, ku di heman demê de bi mekanîzmaya girtina niobiumê maddeyên xurek peyda dikin.Bi tevayî, ev lêkolîn bersivê dide pirsek bingehîn a girîng di derbarê pêvajoyên ku bi danûstendinên fizîkî-kîmyayî yên rûvî yên ku mekanîzmayên bioremediakirina nano-maddeyên du-alî ve girêdayî ne.Wekî din, em ji bo şopandina guheztinên nazik ên di şeklê nanomaterialên 2D de rêbazek bingehîn a şekil-parametreyek hêsan pêş dixin.Ev îlhamê dide lêkolînên demkurt û demdirêj ên li ser bandorên cihêreng ên jîngehê yên nanomaterialên krîstal ên neorganîk.Bi vî rengî, lêkolîna me têgihîştina pêwendiya di navbera rûbera materyal û materyalê biyolojîkî de zêde dike.Em di heman demê de bingehek ji bo lêkolînên demkurt û demdirêj ên berfireh ên bandorên wan ên gengaz ên li ser ekosîstemên ava şirîn peyda dikin, ku naha dikarin bi hêsanî werin verast kirin.
MXenes çînek materyalên balkêş ên xwedan taybetmendiyên fîzîkî û kîmyewî yên bêhempa û balkêş û ji ber vê yekê gelek serîlêdanên potansiyel temsîl dikin.Van taybetmendiyan bi piranî bi stoichiometry û kîmya rûkala wan ve girêdayî ne.Ji ber vê yekê, di lêkolîna me de, me du celeb MXenên yek-tebeqeya hiyerarşîk (SL)-bingeha Nb, Nb2CTx û Nb4C3TX lêkolîn kir, ji ber ku bandorên biyolojîkî yên cihêreng ên van nanomaterial dikarin werin dîtin.MXen ji malzemeyên xwe yên destpêkê bi helbijartina jor-bi jor a qatên A-qonaxa MAX-ê yên zirav ên atomî têne hilberandin.Qonaxa MAX seramîkek sêdar e ku ji blokên "girêdayî" yên karbîdên metal ên veguhêz û qatên zirav ên hêmanên "A" yên wekî Al, Si, û Sn bi stoichiometriya MnAXn-1 pêk tê.Morfolojiya qonaxa destpêkê ya MAX-ê ji hêla mîkroskopiya elektronîkî ya şopandinê (SEM) ve hate dîtin û bi lêkolînên berê re hevaheng bû (Binêre Agahdariya Pêvek, SI, Figure S1).Pirrengî (ML) Nb-MXene piştî rakirina qata Al bi 48% HF (asîda hîdrofluorîk) hate bidestxistin.Morfolojiya ML-Nb2CTx û ML-Nb4C3TX ji hêla mîkroskopiya elektronîkî ya şopandinê (SEM) ve hate lêkolîn kirin (bi rêzê ve jimareyên S1c û S1d) û morfolojîyek tîpîk a MXene hate dîtin, mîna nanoflakên du-dimensî yên ku di nav porên ronîkirî yên dirêjkirî re derbas dibin.Her du Nb-MXen bi qonaxên MXene yên ku berê ji hêla etching asîdê ve hatine sentez kirin pir hevpar in27,38.Piştî pejirandina strukturên MXene, me ew bi navbeynkariya hîdroksîdê tetrabutylammonium (TBAOH) û dûv re şuştin û sonication veqetand, dûv re me nanoflakên 2D Nb-MXene yek-tebeq an nizm (SL) bi dest xistin.
Me mîkroskopiya elektronîkî ya veguheztinê ya bi rezîliya bilind (HRTEM) û veqetandina tîrêjê ya X (XRD) bikar anî da ku karbidestiya eqlkirin û peelingê din biceribîne.Encamên HRTEM-ê yên ku bi karanîna Veguherîna Fourier a Bilez a Berevajî (IFFT) û Veguheztina Fast Fourier (FFT) hatine pêvajo kirin di Fig. 2 de têne xuyang kirin. Nanoflakên Nb-MXene ber bi jor ve hatine rêkirin da ku strukturên qata atomê kontrol bikin û dûrahiyên navplanar bipîvin.Wêneyên HRTEM yên nanoflîkên MXene Nb2CTx û Nb4C3TX cewhera wan a atomî tenik tenik eşkere kirin (binêre Fig. 2a1, a2), wekî ku berê ji hêla Naguib et al.27 û Jastrzębska et al.38 ve hatî ragihandin.Ji bo du yekrengên Nb2CTx û Nb4C3Tx yên cîran, me bi rêzê ve 0,74 û 1,54 nm dûrên navberê diyar kirin (Hêjîr 2b1,b2), ku ev jî bi encamên meyên berê re dipejirîne38.Ev ji hêla veguherîna Fourier a berevajî ya bilez (Hêjî. 2c1, c2) û veguherîna Fourier a bilez (Hêjî. 2d1, d2) ve hate piştrast kirin ku dûrahiya di navbera yekrengên Nb2CTx û Nb4C3Tx de nîşan dide.Di wêneyê de veguheztinek bandên sivik û tarî yên ku bi atomên niobium û karbonê re têkildar in nîşan dide, ku xwezaya qatbûyî ya MXenên lêkolînkirî piştrast dike.Girîng e ku were zanîn ku spektroskopiya tîrêjê ya X-ê ya belavkirina enerjiyê (EDX) ku ji bo Nb2CTx û Nb4C3Tx (Wêneyên S2a û S2b) hatine wergirtin, bermayek qonaxa MAX ya orîjînal nîşan nade, ji ber ku lûtkeya Al-ê nehat dîtin.
Taybetmendiya nanoflakên SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXene, di nav de (a) mîkroskopiya elektronîkî ya rezîliya bilind (HRTEM) dîmendera 2D ya nanoflake û têkildar, (b) moda tundiyê, (c) veguherîna Fourierê ya berevajî (IFFT), (d) Veguherîna Fourier a bilez a berevajî (IFFT), (d) Nimûneyên Fourier ên bilez (D-Raye.bT)Ji bo SL 2D Nb2CTx, hejmar wekî (a1, b1, c1, d1, e1) têne diyar kirin.Ji bo SL 2D Nb4C3Tx, hejmar wekî (a2, b2, c2, d2, e1) têne diyar kirin.
Pîvana belavbûna tîrêjê ya SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXenes di Hêjîrê de têne xuyang kirin.2e1 û e2, bi rêzê ve.Peaks (002) li 4.31 û 4.32 bi rêzê ve bi qat MXenes Nb2CTx û Nb4C3TX38,39,40,41 yên berê hatine destnîşan kirin re têkildar in.Encamên XRD di heman demê de hebûna hin strukturên ML-ya mayî û qonaxên MAX-ê jî destnîşan dikin, lê bi piranî şêwazên XRD yên bi SL Nb4C3Tx ve girêdayî ne (Wêne. 2e2).Hebûna perçeyên piçûktir ên qonaxa MAX-ê dibe ku lûtkeya MAX-ê ya bihêztir li gorî qatên Nb4C3Tx yên ku bi rengekî rasthatî hatine berhev kirin rave bike.
Lêkolînên din li ser mîkroalgayên kesk ên ji cureya R. subcapitata sekinîn.Me mîkroalga hilbijart ji ber ku ew hilberînerên girîng in ku di tevnên xwarinê yên sereke de cih digirin42.Di heman demê de ew yek ji baştirîn nîşankerên jehrê ne ji ber şiyana rakirina madeyên jehrîn ên ku di astên bilind ên zincîra xwarinê de têne hilanîn43.Digel vê yekê, lêkolîna li ser R. subcapitata dibe ku ronahiyê bide ser jahrbûna SL Nb-MXenes a mîkroorganîzmayên ava şirîn ên hevpar.Ji bo ronîkirina vê yekê, lêkolîneran hîpotez kirin ku her mîkrob xwedan hestiyariyek cihêreng ji pêkhateyên jehrîn ên li hawîrdorê hene.Ji bo pir zindeweran, hûrbûna kêm a maddeyan bandorê li mezinbûna wan nake, di heman demê de girseyên li ser sînorek diyarkirî dikare wan asteng bike an jî bibe sedema mirinê.Ji ber vê yekê, ji bo lêkolînên me yên li ser danûstendina rûkalê di navbera mîkroalga û MXenes û vejandina têkildar de, me biryar da ku ceribandinên zerar û toksî yên Nb-MXenes bikin.Ji bo kirina vê yekê, me ceribandinên 0 (wek referans), 0,01, 0,1 û 10 mg l-1 MXene û mîkroalgayên din jî bi tansiyonên pir zêde yên MXene (100 mg l-1 MXene) vegirtî ceriband, ku dikare zehf û kujer be..ji bo her hawîrdorek biyolojîkî.
Bandorên SL Nb-MXenes li ser mîkroalgayan di jimar 3 de têne xuyang kirin, wekî rêjeya pêşveçûna mezinbûnê (+) an astengkirina (-) ya ku ji bo nimûneyên 0 mg l-1 hatî pîvandin têne destnîşan kirin.Ji bo berhevdanê, qonaxa Nb-MAX û ML Nb-MXenes jî hatin ceribandin û encam di SI de têne xuyang kirin (binêre Fig. S3).Encamên ku hatine bidestxistin piştrast kirin ku SL Nb-MXenes hema hema bi tevahî ji jehrîbûnê bêpar e di navbêna hûrgelên kêm ji 0.01 heya 10 mg / l, wekî ku di Fig. 3a,b de tê xuyang kirin.Di bûyera Nb2CTx de, me di rêza diyarkirî de ji% 5 zêdetir ekotoksîkî nedît.
Di hebûna SL (a) Nb2CTx û (b) Nb4C3TX MXene de Teşwîqkirina (+) an astengkirina (-) ya mezinbûna mîkroalgayan.24, 48 û 72 demjimêrên pêwendiya MXene-microalgae hate analîz kirin. Daneyên girîng (t-test, p <0.05) bi stêrkek (*) hatin nîşankirin. Daneyên girîng (t-test, p <0.05) bi stêrkek (*) hatin nîşankirin. Zêdeyî dannыe (t-kriteriy, p < 0,05) ji bo starnыe (*). Daneyên girîng (t-test, p <0,05) bi stêrkek (*) têne nîşankirin.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。 T-test (t-test, p < 0,05) azwerdoskoй (*). Daneyên girîng (t-test, p <0,05) bi stêrkek (*) têne nîşankirin.Tîrên sor rakirina teşwîqkirina astengker nîşan dide.
Ji hêla din ve, hûrgelên nizm ên Nb4C3TX derket ku hinekî jehrîntir e, lê ji% 7 ne bilindtir e.Wekî ku tê hêvî kirin, me dît ku MXenes di 100mg L-1 de xwedan jehrîbûn û astengkirina mezinbûna mîkroalgayê mezintir bû.Balkêş e, yek ji materyalan li gorî nimûneyên MAX an ML-ê li gorî nimûneyên MAX an ML heman meyl û pêwendiya demê ya bandorên toksîk û jehrî nîşan neda (ji bo hûrguliyan li SI binêre).Dema ku ji bo qonaxa MAX (binêre Fig. S3) jehrî gihîşte% 15-25 û bi demê re zêde bû, ji bo SL Nb2CTx û Nb4C3TX MXene meyla berevajî hate dîtin.Astengkirina mezinbûna mîkroalga bi demê re kêm bû.Ew piştî 24 demjimêran gihîşt nêzîkî %17 û piştî 72 demjimêran daket ji %5 kêmtir (Hêjîr. 3a, b, bi rêzê).
Ya girîngtir, ji bo SL Nb4C3TX, astengkirina mezinbûna mîkroalgae piştî 24 demjimêran gihîşte% 27, lê piştî 72 demjimêran ew daket nêzîkî 1%.Ji ber vê yekê, me bandora dîtbar wekî astengkirina berevajî ya teşwîqê binav kir, û bandor ji bo SL Nb4C3TX MXene bihêztir bû.Teşwîqkirina mezinbûna mîkroalga bi Nb4C3TX (têkiliya 10 mg L-1 ji bo 24 demjimêran) berê bi SL Nb2CTx MXene re hate destnîşan kirin.Bandora berevajîkirina astengî-stimulasyonê di kêşeya rêjeya biyomasê de jî baş hate xuyang kirin (ji bo hûragahiyan li Fig. S4 binêre).Heya nuha, tenê ekotoksîkî ya Ti3C2TX MXene bi awayên cûda hatine lêkolîn kirin.Ew ji embrîyoyên zozanan re ne jehr e44 lê ji bo mîkroalga Desmodesmus quadricauda û nebatên Sorghum saccharatum bi nermî ekotoksîkî ye45.Nimûneyên din ên bandorên taybetî di nav rêzên hucreyên kanserê de ji xêzên hucreyên normal re jehrînek bilindtir e46,47.Dikare were texmîn kirin ku şert û mercên ceribandinê dê bandorê li guherînên mezinbûna mîkroalgayên ku di hebûna Nb-MXenes de têne dîtin bandor bikin.Mînakî, pHek bi qasî 8 di stromaya kloroplast de ji bo xebata bikêrhatî ya enzîma RuBisCO çêtirîn e.Ji ber vê yekê, guhertinên pH bi neyînî bandorê li rêjeya fotosentezê dike48,49.Lêbelê, me di dema ceribandinê de guhertinên girîng di pH de nedît (ji bo hûrguliyan li SI, Fig. S5 binêre).Bi gelemperî, çandên mîkroalgayên bi Nb-MXenes bi demê re pH-ya çareseriyê hinekî kêm kirin.Lêbelê, ev kêmbûn mîna guherînek di pH-a navgînek paqij de bû.Wekî din, rêza cûrbecûrên ku hatine dîtin dişibihe ya ku ji bo çandek paqij a mîkroalga (nimûneya kontrolê) hatî pîvandin.Bi vî rengî, em digihîjin encamê ku fotosenteza bi demê re bi guhertinên pH-ê ve nayê bandor kirin.
Digel vê yekê, MXenên sentezkirî xwedan dawiya rûkê ne (wekî Tx têne destnîşan kirin).Ev bi giranî komên fonksiyonel -O, -F û -OH ne.Lêbelê, kîmya rûkal rasterast bi rêbaza sentezê ve girêdayî ye.Van koman têne zanîn ku bi korfelaqî li ser rûyê erdê têne belav kirin, ku pêşbînkirina bandora wan li ser taybetmendiyên MXene50 dijwar dike.Dikare were nîqaş kirin ku Tx dikare bibe hêza katalîtîk ji bo oksîdasyona niobium bi ronahiyê.Komên fonksîyonel ên rûvî bi rastî ji bo fotokatalîzatorên xwe yên bingehîn gelek cîhên ankorkirinê peyda dikin da ku heterojunctions ava bikin51.Lêbelê, pêkhateya navgîniya mezinbûnê wêneyek bi bandor peyda nekir (kompozîsyona navîn a berfireh di Tabloya SI S6 de tê dîtin).Wekî din, her guheztina rûkalê jî pir girîng e, ji ber ku çalakiya biyolojîkî ya MXenes dikare ji ber pêvajoya paşîn, oksîdasyon, guheztina rûbera kîmyewî ya pêkhateyên organîk û neorganîk52,53,54,55,56 an endezyariya barkirina rûxê38 were guheztin.Ji ber vê yekê, ji bo ceribandinê ka gelo oksîdê nîobiumê bi bêîstiqrariya materyalê ya di navgînê de tiştek heye, me lêkolînên li ser potansiyela zeta (ζ) di navgîna mezinbûna mîkroalga û ava deyonîzekirî de pêk anîn (ji bo berhevdanê).Encamên me destnîşan dikin ku SL Nb-MXenes bi domdarî aram in (ji bo encamên MAX û ML-ê li SI Fig. S6 binêre).Potansiyela zeta ya SL MXenes bi qasî -10 mV e.Di rewşa SR Nb2CTx de, nirxa ζ ji ya Nb4C3Tx hinekî neyînîtir e.Guhertinek wusa di nirxa ζ de dibe ku destnîşan bike ku rûbera nanoflakên MXene yên barkirî yên neyînî îyonên barkirî yên erênî ji navgîna çandê vedixwe.Pîvandinên demkî yên potansiyela zeta û rêvekirina Nb-MXenes di navgîniya çandê de (ji bo hûrguliyên bêtir li Figure S7 û S8 li SI binêre) xuya dike ku hîpoteza me piştgirî dike.
Lêbelê, her du Nb-MXene SL-ê ji sifirê ve guherînên hindiktirîn nîşan dan.Ev bi zelalî aramiya wan di navgîniya mezinbûna mîkroalgae de destnîşan dike.Wekî din, me nirxand gelo hebûna mîkroalgayên me yên kesk dê bandorê li aramiya Nb-MXenes di navgîniyê de bike.Encamên potansiyela zeta û veguheztina MXenes piştî danûstendina bi mîkroalgayan re di medyaya xurek û çandê de bi demê re dikare di SI de were dîtin (Wêneyên S9 û S10).Balkêş e, me dît ku hebûna mîkroalgayan dixuye ku belavbûna her du MXenê stabîl dike.Di doza Nb2CTx SL de, potansiyela zeta jî bi demê re hinekî kêm bû û daket nirxên neyînî (-15.8 beramberî -19.1 mV piştî 72 demjimêrên inkubasyonê).Potansiyela zeta ya SL Nb4C3TX hinekî zêde bû, lê piştî 72 demjimêran dîsa jî bêyî hebûna mîkroalgayan (-18,1 ber -9,1 mV) ji nanoflakes îstîqrara bilindtir nîşan da.
Me di heman demê de rêwerziya kêmtir a çareseriyên Nb-MXene yên ku di hebûna mîkroalgayan de hatine inkub kirin jî dît, ku di navgîniya xurek de rêjeyek kêmtir îyonan destnîşan dike.Nemaze, bêîstiqrariya MXenên di avê de bi giranî ji ber oksîdasyona rûvî ye57.Ji ber vê yekê, em guman dikin ku mîkroalgayên kesk bi rengekî oksîdên ku li ser rûyê Nb-MXene ava bûne paqij kirin û tewra pêşî li çêbûna wan (oksîda MXene) girtin.Ev dikare bi lêkolîna celebên maddeyên ku ji hêla mîkroalga ve têne vegirtin ve were dîtin.
Digel ku lêkolînên me yên ekotoksîkolojîk destnîşan kirin ku mîkroalga karîbûn bi zexmbûna Nb-MXenes bi demê re û astengkirina neasayî ya mezinbûna teşwîqkirî bi ser bikevin, armanca lêkolîna me lêkolîna mekanîzmayên gengaz ên çalakiyê bû.Dema ku zîndewerên wek alga li ber pêkhateyên an madeyên ku ji ekosîstemên wan re nenas in re rû bi rû dimînin, ew dikarin bi awayên cûrbecûr bertek nîşan bidin58,59.Di nebûna oksîtên metal ên jehrîn de, mîkroalga dikarin xwe bixwin û rê bidin wan ku bi berdewamî mezin bibin60.Piştî girtina madeyên jehrîn, dibe ku mekanîzmayên parastinê werin çalak kirin, wek guheztina şekil an form.Divê îhtîmala vegirtinê jî were hesibandin58,59.Nemaze, her nîşanek mekanîzmayek parastinê nîşanek zelal a jehrîbûna pêkhateya ceribandinê ye.Ji ber vê yekê, di xebata xwe ya din de, me pêwendiya rûkalê ya potansiyel a di navbera nanoflakên SL Nb-MXene û mîkroalgayan de ji hêla SEM-ê ve û vegirtina gengaz a MXene-ya bingehîn a Nb-ê ji hêla spektroskopiya floransê ya tîrêjê ya X (XRF) ve lêkolîn kir.Bala xwe bidinê ku analîzên SEM û XRF tenê di asta herî bilind a MXene de hatine kirin da ku pirsgirêkên jehrbûna çalakiyê çareser bikin.
Encamên SEM di Fig.4 de têne nîşandan.Hucreyên mîkroalgayê yên nehatine dermankirin (binêre Fig. 4a, nimûneya referansê) bi zelalî morfolojiya tîpîk a R. subcapitata û şeklê şaneya mîna croissant nîşan didin.Hucreyên şilbûyî û hinekî bê rêxistin xuya dikin.Hin hucreyên mîkroalga bi hevûdu re li hev kirin û tevlihev kirin, lê dibe ku ev ji hêla pêvajoya amadekirina nimûneyê ve hatî çêkirin.Bi gelemperî, hucreyên mîkroalgayên paqij xwedan rûyek xweş bûn û ti guhertinên morfolojîkî nîşan nedan.
Wêneyên SEM-ê piştî 72 demjimêran ji danûstendinê di giraniya giran de (100 mg L-1) pêwendiya rûkalê di navbera mîkroalgayên kesk û nanopelên MXene de nîşan didin.(a) Mîkroalgayên kesk ên nehatî dermankirin piştî têkiliya bi SL re (b) Nb2CTx û (c) Nb4C3TX MXenes.Bala xwe bidinê ku nanoflakên Nb-MXene bi tîrên sor têne nîşankirin.Ji bo berhevdanê, wêneyên ji mîkroskopek optîkî jî têne zêdekirin.
Berevajî vê, hucreyên mîkroalgayên ku ji hêla nanoflakên SL Nb-MXene ve hatine veguheztin zirar dîtin (binihêrin Fig. 4b, c, tîrên sor).Di rewşa Nb2CTx MXene de (Hêl. 4b), mîkroalga bi nano pîvanên du-alî yên girêdayî mezin dibin, ku dikare morfolojiya wan biguhezîne.Nemaze, me van guhertinan di bin mîkroskopa ronahiyê de jî dît (ji bo hûrguliyan li SI Figure S11 binêre).Ev veguhertina morfolojîk di fîzolojiya mîkroalgayan de bingehek maqûl heye û jêhatîbûna wan a parastina xwe bi guhertina morfolojiya şaneyê, wek zêdekirina qebareya xaneyê heye61.Ji ber vê yekê, girîng e ku meriv hejmara hucreyên mîkroalgae yên ku bi rastî bi Nb-MXenes re di têkiliyê de ne kontrol bikin.Lêkolînên SEM destnîşan kir ku bi qasî 52% ji hucreyên mîkroalgae ji Nb-MXenes re hatine rûxandin, dema ku 48% ji van hucreyên mîkroalgae ji têkiliyê dûr ketin.Ji bo SL Nb4C3Tx MXene, mîkroalga hewl didin ku ji têkiliya bi MXene re dûr bikevin, bi vî rengî ji nano pîvanên du-dimensî cih digirin û mezin dibin (Wêne. 4c).Lêbelê, me ketina nanopîvanan di nav hucreyên mîkroalga û zirara wan de nedît.
Xweparastin di heman demê de tevgerek bersivdayînê ye ku bi demê ve girêdayî ye ji bo astengkirina fotosentezê ji ber vegirtina pariyên li ser rûyê şaneyê û bi navê bandora şidandinê (siyabûnê)62.Eşkere ye ku her tişt (mînak, nanoflîkên Nb-MXene) ku di navbera mîkroalga û çavkaniya ronahiyê de ye, ronahiya ku ji hêla kloroplastan ve tê kişandin sînor dike.Lêbelê, gumana me tune ku ev yek bandorek girîng li ser encamên ku hatine bidestxistin heye.Wekî ku ji hêla çavdêriyên mîkroskopî yên me ve hatî destnîşan kirin, nanoflakên 2D bi tevahî nehatine pêçan an jî li ser rûyê mîkroalgayê ne girêdayî bûn, tewra dema ku şaneyên mîkroalga bi Nb-MXenes re têkilî danîbûn.Di şûna wê de, nanoflakes bêyî ku rûyê xwe veşêrin ber bi hucreyên mîkroalga ve têne rêve kirin.Komek weha ji nanoflak/mikroalgayan nikare bi girîngî ronahiya ku ji hêla hucreyên mîkroalga ve tê kişandin sînordar bike.Digel vê yekê, hin lêkolînan di hebûna nanomaterialên du-alî de 63,64,65,66 jî di vegirtina ronahiyê de ji hêla organîzmayên fotosentetîk ve çêtirbûnek nîşan dane.
Ji ber ku wêneyên SEM-ê nekarin rasterast girtina niobium ji hêla hucreyên mîkroalga ve piştrast bikin, lêkolîna me ya din ji bo zelalkirina vê pirsgirêkê serî li analîza fluorescence tîrêjê (XRF) û spektroskopiya fotoelektronê X-tîrêjê (XPS) da.Ji ber vê yekê, me tundiya lûtkeyên Nb yên nimûneyên mîkroalgayên referansê yên ku bi MXenes re têkilî nekirin, nanoflakên MXene yên ku ji rûyê hucreyên mîkroalgayê veqetiyan, û şaneyên mîkroalga piştî rakirina MXenên pêvekirî berhev kirin.Hêjayî gotinê ye ku ger girtina Nb tune be, divê nirxa Nb ya ku ji hêla şaneyên mîkroalga ve hatî wergirtin piştî rakirina nano pîvanên pêvekirî sifir be.Ji ber vê yekê, heke girtina Nb çêbibe, hem encamên XRF û hem jî XPS divê lûtkeya Nb ya zelal nîşan bidin.
Di rewşa spektrên XRF de, nimûneyên mîkroalgayê lûtkeyên Nb ji bo SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXene piştî danûstendina bi SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXene re nîşan dan (binihêrin Fig. 5a, her weha bala xwe bidin ku encamên MAX û ML MXenes di SS71, MLC11-ê de têne xuyang kirin).Balkêş e, ku tundiya lûtkeya Nb di her du rewşan de yek e (barên sor di Fig. 5a de).Vê yekê destnîşan kir ku alga nikarîbû zêdetir Nb bikişîne, û kapasîteya herî zêde ya berhevkirina Nb di şaneyan de hate bidestxistin, her çend du qat zêdetir Nb4C3Tx MXene bi şaneyên mîkroalga ve girêdayî bû (barên şîn ên di Xiflteya 5a de).Nemaze, şiyana mîkroalgayan a kişandina metalan bi giraniya oksîtên metal ên li hawîrdorê ve girêdayî ye67,68.Shamshada et al.67 dît ku kapasîteya vegirtinê ya algayên ava şirîn bi zêdebûna pH re kêm dibe.Raize et.
(a) Encamên XRF yên girtina Nb ya bingehîn ji hêla şaneyên mîkroalgayên kesk ve ku di nav 72 demjimêran de li ser giraniyek giran a SL Nb-MXenes (100 mg L-1) inkubated.Encam hebûna α di şaneyên mîkroalgayê yên paqij de (nimûneya kontrolê, stûnên gewr), nanoflakên 2D yên ku ji şaneyên mîkroalgayên rûkal (stûnên şîn) hatine veqetandin, û şaneyên mîkroalgae piştî veqetandina nanoflîkên 2D ji rûxê (stûnên sor) destnîşan dikin.Hejmara hêmanên Nb, (b) rêjeya pêkhateya kîmyewî ya pêkhateyên organîk ên mîkroalgayê (C=O û CHx/C-O) û oksîtên Nb yên ku di şaneyên mîkroalgayê de piştî inkubasyonê bi SL Nb-MXenes hene, (c–e) Lihevhatina lûtkeya pêkhatî ya XPS SL Nb2CTx spektrayên mîkroalgaeN-ê yên M3xf-ê yên hundurînkirî (SLxCh).
Ji ber vê yekê, me hêvî dikir ku Nb dikare ji hêla hucreyên algayan ve di forma oksîdan de were vegirtin.Ji bo ceribandina vê, me lêkolînên XPS li ser MXenes Nb2CTx û Nb4C3TX û hucreyên algayê pêk anîn.Encamên danûstendina mîkroalgayan bi Nb-MXenes û MXenên ku ji şaneyên algayê veqetandî ne, di Hêjîrê de têne xuyang kirin.5b.Wekî ku tê hêvî kirin, me piştî rakirina MXene ji rûyê mîkroalgayê di nimûneyên mîkroalgayê de lûtkeyên Nb 3d tespît kirin.Diyarkirina mîqdar a oksîdên C=O, CHx/CO, û Nb li ser bingeha spektrên Nb 3d, O 1s, û C 1s ên ku bi Nb2CTx SL (Hêl. 5c–e) û Nb4C3Tx SL (Hêl. 5c–e) hatine wergirtin, hate hesibandin.) ji mîkroalgayên înkubatkirî têne wergirtin.Şikil 5f–h) MXenes.Tabloya S1-3 hûrguliyên pîvanên lûtkeyê û kîmya giştî ya ku ji guncanê derdikeve nîşan dide.Hêjayî balkişandinê ye ku herêmên Nb 3d yên Nb2CTx SL û Nb4C3Tx SL (Wêne. 5c, f) bi yek pêkhateya Nb2O5 re têkildar in.Li vir, me di spektranan de lûtkeyên girêdayî MXene nedît, ku destnîşan dike ku hucreyên mîkroalga tenê forma oksîdê ya Nb vedigirin.Wekî din, me spektra C 1s bi pêkhateyên C-C, CHx/C-O, C=O, û -COOH ve nêzîk kir.Me lûtkeyên CHx/C–O û C=O ji tevkariya organîk a hucreyên mîkroalga re destnîşan kir.Van pêkhateyên organîk 36% û 41% ji lûtkeyên C 1s di Nb2CTx SL û Nb4C3TX SL de, bi rêzê ve digirin.Dûv re me spektrên O 1s yên SL Nb2CTx û SL Nb4C3TX bi Nb2O5, pêkhateyên organîk ên mîkroalgae (CHx/CO), û ava dorvekirî ya rûvî ve danî.
Di dawiyê de, encamên XPS bi zelalî forma Nb, ne tenê hebûna wê destnîşan kir.Li gorî pozîsyona sînyala Nb 3d û encamên dekonvolutionê, em piştrast dikin ku Nb tenê di forma oksîdan de tê vegirtin û ne îyon an MXene bixwe.Wekî din, encamên XPS destnîşan kir ku hucreyên mîkroalgayê li gorî SL Nb4C3TX MXene jêhatîbûnek mezintir heye ku oksîtên Nb ji SL Nb2CTx bistînin.
Digel ku encamên meya girtina Nb bi heybet in û rê didin me ku em hilweşandina MXene nas bikin, rêbazek peyda nabe ku guhartinên morfolojîk ên têkildar di nanoflakên 2D de bişopîne.Ji ber vê yekê, me jî biryar da ku em rêbazek maqûl pêşve bixin ku dikare rasterast bersivê bide her guhertinên ku di nanoflakên 2D Nb-MXene û hucreyên mîkroalga de diqewimin.Girîng e ku em bihesibînin ku heke celebên ku bi hev re têkilî çêdibin di bin her veguheztin, hilweşandin an perçebûnê de bin, ev yek divê zû xwe wekî guheztina pîvanên şeklê, wek pîvana qada dorberî ya wekhev, zirav, firehiya Feret, an dirêjahiya Feret nîşan bide.Ji ber ku ev parametre ji bo danasîna pariyên dirêjkirî an nanoflîkên du-dimensî minasib in, şopandina wan ji hêla analîza şeklê perçeyên dînamîkî ve dê di derheqê veguheztina morfolojîkî ya nanoflakên SL Nb-MXene di dema kêmkirinê de agahdariya hêja bide me.
Encamên ku hatine bidestxistin di jimar 6 de têne xuyang kirin. Ji bo berhevdanê, me qonaxa MAX û ML-MXenên orîjînal jî ceriband (li SI Figure S18 û S19 binêre).Analîzkirina dînamîkî ya şiklê parçikan destnîşan kir ku hemî pîvanên şiklê du Nb-MXene SL-yên piştî têkiliya bi mîkroalgayan re girîng guheztin.Wekî ku ji hêla pîvana pîvana qada dorhêl a wekhev (Hêjî. 6a, b) ve hatî xuyang kirin, kêmbûna lûtkeya lûtkeyê ya perçeya nanoflîkên mezin destnîşan dike ku ew mêl dikin ku bibin perçeyên piçûktir.Li ser hêjîrê.6c, d kêmbûnek di lûtkeyên ku bi mezinahiya paşîn a pelan re têkildar in (dirêjbûna nanoflakes) nîşan dide, ku veguheztina nanoflakên 2D di şeklek pirtirkêmtir de nîşan dide.Wêneya 6e-h firehî û dirêjiya Ferêt, bi rêzê nîşan dide.Firehiya Feret û dirêjahî pîvanên hevgirtî ne û ji ber vê yekê divê bi hev re bêne hesibandin.Piştî inkubasyona nanoflakên 2D Nb-MXene di hebûna mîkroalgayan de, lûtkeyên pêwendiya Feret a wan guheztin û tundiya wan kêm bû.Li ser bingeha van encaman digel morfolojî, XRF û XPS-ê, em gihîştin encamê ku guheztinên hatine dîtin bi xurtî bi oksîdasyonê ve girêdayî ne ji ber ku MXenên oksîdî pirtir qermiçî dibin û perçe dibin û perçeyên oksîdê yên spherîkî69,70.
Analîza veguherîna MXene piştî têkiliya bi mîkroalgayên kesk.Analîzkirina şeklê perçeyên dînamîk pîvanên wekî (a, b) pîvaza qada dorberî ya hevwate, (c, d) ziravbûn, (e, f) firehiya Feret û (g, h) dirêjahiya Feret digire ber çavan.Ji bo vê armancê, du nimûneyên mîkroalgayên referansê bi hev re bi SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXenes, mîkroalgayên hilweşandî, û mîkroalgayên SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXen re hatin analîz kirin.Tîrên sor veguheztina pîvanên şiklê nanoflîkên du-alî yên lêkolînkirî nîşan didin.
Ji ber ku analîza pîvana şiklê pir pêbawer e, ew dikare di hucreyên mîkroalga de jî guhertinên morfolojîkî eşkere bike.Ji ber vê yekê, me pîvana qada dorhêl, zirav, û firehî/dirêjiya Feret a hucre û hucreyên mîkroalgaya pak piştî têkiliya bi nanoflakên 2D Nb re analîz kir.Li ser hêjîrê.6a-h guheztinên di pîvanên şiklê hucreyên algayê de nîşan dide, wekî ku bi kêmbûna tundiya lûtkeyê û veguheztina maksîmayê ber bi nirxên bilindtir ve tê xuyang kirin.Bi taybetî, pîvanên dorbûna hucreyê kêmbûnek di şaneyên dirêjkirî û zêdebûnek di şaneyên spherîkî de nîşan da (Hêjîrêk 6a, b).Ji bilî vê, firehiya hucreya Feret piştî danûstendina bi SL Nb2CTx MXene (Hêjî. 6e) re li gorî SL Nb4C3TX MXene (Hêjîrê. 6f) bi çend mîkrometreyan zêde bû.Em guman dikin ku ev dibe ku ji ber girtina bihêz a oksîtên Nb ji hêla mîkroalgayan ve li ser têkiliya bi Nb2CTx SR re be.Girêdana kêm hişk a pelikên Nb bi rûyê wan re dikare bibe sedema mezinbûna hucreyê bi bandorek herî kêm a siyê.
Çavdêriyên me yên guhertinên di pîvanên şikil û mezinahiya mîkroalgayan de lêkolînên din temam dikin.Mîkroalgayên kesk dikarin bi guhertina mezinahî, şekil an metabolîzma şaneyê di berteka stresa jîngehê de morfolojiya xwe biguherînin61.Mînak, guherandina mezinahiya şaneyan girtina maddeyên xurdemeniyê hêsan dike71.Hucreyên algayên piçûktir girtina xurek kêm û rêjeya mezinbûnê kêm nîşan didin.Berevajî vê, hucreyên mezin meyl dikin ku bêtir xurdemeniyan bixwin, ku paşê di hundurê hucreyê de têne razandin72,73.Machado û Soares dîtin ku fungicide triclosan dikare mezinahiya hucreyê zêde bike.Wan di şiklê algayê de jî guhertinên kûr dîtin74.Wekî din, Yin et al.9 di heman demê de guhertinên morfolojîk ên di algayan de piştî rûdana nanokompozîtên oxide grafene kêmkirî jî eşkere kirin.Ji ber vê yekê, zelal e ku pîvanên mezinahî / şeklê guheztin ên mîkroalgae ji ber hebûna MXene têne çêkirin.Ji ber ku ev guheztina mezinahî û şikilê guheztina guheztina xurekê nîşan dide, em bawer dikin ku analîzkirina pîvan û pîvanên şeklê bi demê re dikare girtina oksîdê niobium ji hêla mîkroalgayan ve di hebûna Nb-MXenes de destnîşan bike.
Digel vê yekê, MXenes dikare di hebûna algayan de were oxidîze kirin.Dalai et.Her çend çavdêriyên me dişibihe lêkolîna heyî, ew tenê bi lêkolîna bandorên biyoremedasyonê di warê hilberên hilweşandina MXene de di hebûna nanoflakên 2D û ne nanoparçeyan de têkildar e.Ji ber ku MXenes dikare di nav oksîtên metal de hilweşe, 31,32,77,78 maqûl e ku meriv texmîn bike ku nanoflakên me yên Nb jî piştî ku bi hucreyên mîkroalga re têkilî daynin dikarin oksîtên Nb çêbikin.
Ji bo ku em kêmkirina nanoflakên 2D-Nb bi mekanîzmayek hilweşandinê ya ku li ser bingeha pêvajoya oksîdasyonê ve hatî rave kirin, me lêkolînan bi karanîna mîkroskopiya elektronîkî ya veguheztina bi rezîliya bilind (HRTEM) (Hêl. 7a,b) û spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjê (XPS) (XPS) kir.7c-i û tabloyên S4-5).Her du nêzîkatî ji bo lêkolîna oksîdasyona materyalên 2D guncan in û hevûdu temam dikin.HRTEM dikare hilweşandina strukturên qat-alî û dûv re xuyangkirina nanoparçeyên oksîdê metal analîz bike, dema ku XPS ji girêdanên rûvî hesas e.Ji bo vê mebestê, me nanoflakên 2D Nb-MXene yên ku ji belavbûna şaneyên mîkroalgayê hatine derxistin ceriband, ango şeklê wan piştî danûstendina bi şaneyên mîkroalga re (binihêre Fig. 7).
Wêneyên HRTEM ku morfolojiya oksîdankirî (a) SL Nb2CTx û (b) SL Nb4C3Tx MXenes nîşan didin, encamên analîza XPS destnîşan dikin ku (c) pêkhatina hilberên oksîdê piştî kêmkirinê, (d–f) pez lihevhatina hêmanên spektrayên XPS yên SL Nb2CTx û (g– ii microgaeT xb.
Lêkolînên HRTEM oksîdasyona du celeb nanoflakên Nb-MXene piştrast kir.Her çend nanoflakan heta radeyekê morfolojiya xwe ya du-alî parastiye jî, oksîdasyon bûye sedema xuyangkirina gelek nanoparçeyên ku rûyê nanoflîkên MXene vedigirin (binêre Fig. 7a,b).Analîza XPS ya nîşaneyên c Nb 3d û O 1s destnîşan kir ku di her du rewşan de oksîtên Nb hatine çêkirin.Wekî ku di Figure 7c de tê xuyang kirin, 2D MXene Nb2CTx û Nb4C3TX xwedan îşaretên Nb 3d hene ku hebûna oksîtên NbO û Nb2O5 destnîşan dikin, dema ku îşaretên O 1s hejmara girêdanên O-Nb yên ku bi fonksiyonelkirina rûbera nanoflake 2D ve girêdayî ne destnîşan dikin.Me dît ku tevkariya oksîdê Nb li gorî Nb-C û Nb3+-O serdest e.
Li ser hêjîrê.Wêneyên 7g–i spektrayên XPS yên Nb 3d, C 1s, û O 1s SL Nb2CTx (binêre Fig. 7d–f) û SL Nb4C3TX MXene yên ji şaneyên mîkroalgayê veqetandî nîşan dide.Hûrguliyên pîvanên lûtkeya Nb-MXenes, bi rêzê, di Tabloyên S4-5 de têne peyda kirin.Me pêşî pêkhateya Nb 3d analîz kir.Berevajî Nb ku ji hêla şaneyên mîkroalga ve hatî vegirtin, di MXene ya ji şaneyên mîkroalga veqetandî de, ji xeynî Nb2O5, pêkhateyên din hatin dîtin.Di Nb2CTx SL de, me beşdariya Nb3+-O bi rêjeya 15% dît, dema ku mayî ya Nb 3d ji hêla Nb2O5 (85%) ve serdest bû.Wekî din, nimûneya SL Nb4C3TX pêkhateyên Nb-C (9%) û Nb2O5 (91%) hene.Li vir Nb-C ji du qatên atomî yên hundurîn ên karbîdên metal ên li Nb4C3Tx SR tê.Dûv re em spektrên C 1s bi çar hêmanên cihêreng nexşeyê dikin, wekî ku me di nimûneyên navxweyî de kir.Wekî ku tê çaverê kirin, spektra C 1s ji hêla karbona grafîtîk ve tê serdest kirin, li dûv wê jî beşdariyên ji pariyên organîk (CHx/CO û C=O) ji hucreyên mîkroalgayê.Wekî din, di spektra O 1s de, me beşdariya formên organîk ên hucreyên mîkroalgae, oksîdê niobium, û ava dorvekirî dît.
Wekî din, me lêkolîn kir ka perçebûna Nb-MXenes bi hebûna celebên oksîjena reaktîf (ROS) di navgîniya xurek û / an hucreyên mîkroalgayê de têkildar e.Ji bo vê armancê, me asta oksîjena yekalî (1O2) di navgîniya çandê û glutathione hundurîn de, tîolek ku di mîkroalgayan de wekî antîoksîdanek tevdigere, nirxand.Encam di SI de têne xuyang kirin (Wêneyên S20 û S21).Çandên bi SL Nb2CTx û Nb4C3TX MXenes ji hêla kêmbûna 1O2 ve têne xuyang kirin (binihêrin Figure S20).Di doza SL Nb2CTx de, MXene 1O2 bi qasî 83% kêm dibe.Ji bo çandên mîkroalgayên ku SL bikar tînin, Nb4C3TX 1O2 hê bêtir kêm bû, daket 73%.Balkêş e, guheztinên di 1O2 de heman meylê nîşan da ku berê bandora asteng-stimulatorê hatî dîtin (binihêre Fig. 3).Dikare were nîqaş kirin ku înkubasyon di ronahiya geş de dikare fotooxidation biguhezîne.Lêbelê, encamên analîza kontrolê di dema ceribandinê de hema hema astên domdar ên 1O2 nîşan didin (Hêjîrê S22).Di mijara astên ROS-ê yên hundurîn de, me heman meyla daketinê jî dît (binihêre Figure S21).Di destpêkê de, astên ROS-ê yên di hucreyên mîkroalgayê de ku di hebûna Nb2CTx û Nb4C3Tx SLs de têne çandin, ji astên ku di çandên paqij ên mîkroalgayan de têne dîtin derbas bûn.Lêbelê, di dawiyê de, xuya bû ku mîkroalga bi hebûna her du Nb-MXenes re adapte bû, ji ber ku astên ROS-ê bi rêzê ve bi 85% û 91% ji astên ku di çandên paqij ên mîkroalgayên ku bi SL Nb2CTx û Nb4C3TX-ê ve têne avêtin têne pîvandin daket.Ev dikare destnîşan bike ku mîkroalga bi demê re di hebûna Nb-MXene de ji navgîniya xurek tenê rehettir hîs dikin.
Mîkroalga komek cihêreng a organîzmayên fotosentetîk in.Di dema fotosentezê de, ew karbondîoksîta atmosferê (CO2) vediguherînin karbona organîk.Berhemên fotosentezê glukoz û oksîjen in79.Em guman dikin ku oksîjena ku bi vî rengî hatî çêkirin di oksîdasyona Nb-MXenes de rolek girîng dilîze.Yek ravekirinek mimkun ji bo vê ev e ku pîvana hewayê ya cihêreng di zextên qismî yên nizm û bilind ên oksîjenê de li derve û hundurê nanoflakên Nb-MXene pêk tê.Ev tê wê wateyê ku li ku derê deverên zextên parçeyî yên cûda yên oksîjenê hebin, devera ku asta herî nizm heye dê anodê 80, 81, 82 çêbike. Li vir, mîkroalga li ser rûyê pelikên MXene, ku ji ber taybetmendiyên xwe yên fotosentetîk oksîjenê hildiberînin, beşdarî afirandina şaneyên bi hewaya cihêreng dibin.Wekî encamek, hilberên biocorrosion (di vê rewşê de, oksîtên niobium) têne çêkirin.Aliyek din jî ev e ku mîkroalga dikarin asîdên organîk ên ku di nav avê de têne berdan hilberînin83,84.Ji ber vê yekê, hawîrdorek êrîşkar pêk tê, bi vî rengî Nb-MXenes diguhezîne.Wekî din, mîkroalga dikarin pH-ya hawîrdorê ji ber vegirtina karbondîoksîtê biguhezînin alkalîn, ku ev jî dibe sedema korozyonê79.
Ya girîngtir, fotoperioda tarî / ronahiyê ku di lêkolîna me de tê bikar anîn ji bo têgihîştina encamên ku hatine bidestxistin krîtîk e.Ev alî bi berfirehî di Djemai-Zoghlache et al.85 Wan bi zanetî 12/12 demjimêrek wênekêş bikar anîn da ku biokorozyona ku bi biofouling re ji hêla mîkroalgaya sor Porphyridium purpureum ve girêdayî ye nîşan bidin.Ew destnîşan dikin ku fotoperiod bi pêşkeftina potansiyela bê biyokorozyon ve girêdayî ye, ku xwe wekî lerzên pseudoperiodîk li dora 24:00 diyar dike.Van çavdêriyan ji hêla Dowling et al.86 Wan biyofilmên fotosentetîk ên cyanobacteria Anabaena nîşan dan.Di bin çalakiya ronahiyê de oksîjena hilweşînî pêk tê, ku bi guherînek an guheztinên potansiyela biyokorrozyonê ya belaş ve girêdayî ye.Girîngiya fotoperiodê ji hêla vê rastiyê ve tê destnîşan kirin ku potansiyela belaş a biyokorozyonê di qonaxa ronahiyê de zêde dibe û di qonaxa tarî de kêm dibe.Ev ji ber oksîjena ku ji hêla mîkroalgayên fotosentetîk ve hatî hilberandin, bandorê li reaksiyona katodî dike bi zexta qismî ya ku li nêzî elektrodê çêdibe87.
Wekî din, spektroskopiya infrared a veguherîna Fourier (FTIR) hate kirin da ku fêr bibe ka gelo di pêkhateya kîmyewî ya hucreyên mîkroalgae de piştî danûstendina bi Nb-MXenes re guhertin çêbûne.Van encamên hatine bidestxistin tevlihev in û em wan di SI de pêşkêş dikin (Wêneyên S23-S25, tevî encamên qonaxa MAX û ML MXenes).Bi kurtasî, spektrayên referansê yên mîkroalgayên ku hatine bidestxistin di derheqê taybetmendiyên kîmyewî yên van zîndeweran de agahdariya girîng didin me.Van lerizînên herî muhtemel li frekansên 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 de cih digirin.yek.1 1 (C–H) û 3280 cm–1 (O–H).Ji bo SL Nb-MXenes, me nîşanek dirêjkirina CH-bondê dît ku bi lêkolîna meya berê re hevaheng e38.Lêbelê, me dît ku hin lûtkeyên din ên ku bi girêdanên C=C û CH ve girêdayî ne winda bûn.Ev destnîşan dike ku pêkhateya kîmyewî ya mîkroalgae dibe ku ji ber têkiliya bi SL Nb-MXenes re guhertinên piçûk derbas bike.
Dema ku guheztinên muhtemel ên di biyokîmyaya mîkroalgayan de têne hesibandin, kombûna oksîtên neorganîk, wek oksîdê niobium, divê ji nû ve were berçav kirin59.Ew di girtina metalên ji hêla rûxara xaneyê ve, veguheztina wan di nav sîtoplazmayê de, girêdana wan bi komên karboksîl ên hundurîn, û berhevkirina wan di polîfosfozomên mîkroalgayan de cih digire20,88,89,90.Wekî din, têkiliya di navbera mîkroalga û metalan de ji hêla komên fonksiyonel ên hucreyan ve tê domandin.Ji ber vê yekê, vegirtin jî bi kîmya rûyê mîkroalgayê ve girêdayî ye, ku pir tevlihev e9,91.Bi gelemperî, wekî ku tê hêvî kirin, pêkhateya kîmyewî ya mîkroalgayên kesk ji ber vegirtina oksîdê Nb hinekî guherî.
Balkêş e, astengkirina destpêkê ya dîtbar a mîkroalga bi demê re vegerî bû.Wekî ku me dît, mîkroalgae guherîna jîngehê ya destpêkê derbas kir û di dawiyê de vegeriya rêjeyên mezinbûna normal û tewra zêde bû.Lêkolînên li ser potansiyela zeta dema ku di nav medyaya xurek de têne destnîşan kirin îstîqrara bilind nîşan didin.Bi vî rengî, pêwendiya rûkalê di navbera hucreyên mîkroalga û nanoflakeyên Nb-MXene de li seranserê ceribandinên kêmkirinê hate domandin.Di analîza xweya din de, em mekanîzmayên sereke yên çalakiyê yên ku di binê vê behremendiya balkêş a mîkroalga de ne kurt dikin.
Çavdêriyên SEM destnîşan kir ku mîkroalga bi Nb-MXenes ve girêdayî ye.Bi karanîna analîza wêneya dînamîkî, em piştrast dikin ku ev bandor dibe sedema veguheztina nanoflakên du-alî yên Nb-MXene li pirtirkên spherîkî, bi vî rengî destnîşan dike ku hilweşîna nanoflakan bi oksîsyona wan re têkildar e.Ji bo ceribandina hîpoteza xwe, me rêzek lêkolînên maddî û biyokîmyayî pêk anî.Piştî ceribandinê, nanoflak hêdî hêdî oksîde bûn û di nav hilberên NbO û Nb2O5 de, ku ji mîkroalgayên kesk re xeternak nebûn, hilweşiyan.Bi karanîna çavdêriya FTIR, me di berhevoka kîmyewî ya mîkroalgayên ku di hebûna nanoflakên 2D Nb-MXene de hatine inkub kirin de ti guhertinên girîng nedîtin.Li ber çava girtina îhtîmala vegirtina oksîdê niobium ji hêla mîkroalgayan ve, me analîzek fluorescence ya tîrêjê kir.Van encaman bi zelalî destnîşan dikin ku mîkroalgayên lêkolînkirî ji oksîtên nîobiumê (NbO û Nb2O5) dixwin, ku ji mîkroalgayên lêkolînkirî re ne-jehrîn in.