Spas ji bo serdana Nature.com. Hûn guhertoyek gerokê bi piştgiriya CSS-ê ya sînorkirî bikar tînin. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya domdar misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwaz û JavaScript-ê nîşan bidin.
Karûselek ji sê slaytan di carekê de nîşan dide. Bişkokên Berê û Paşê bikar bînin da ku hûn di carekê de di nav sê slaytan de bigerin, an jî bişkokên slaytê yên li dawiyê bikar bînin da ku hûn di carekê de di nav sê slaytan de bigerin.
Pêşveçûna bilez a nanoteknolojiyê û entegrekirina wê di sepanên rojane de dikare jîngehê tehdît bike. Her çend rêbazên kesk ji bo hilweşandina gemarên organîk baş hatine damezrandin jî, vegerandina gemarên krîstalî yên neorganîk ji ber hesasiyeta wan a kêm a biyolojîk veguherînê û nebûna têgihîştina têkiliyên rûyê materyalê bi yên biyolojîkî re cihê fikareke mezin e. Li vir, em modelek MXenes a 2D ya neorganîk a li ser bingeha Nb-ê bi rêbazek analîza parametreya şeklê ya hêsan re bikar tînin da ku mekanîzmaya biyoremediation a nanomateryalên seramîk ên 2D ji hêla mîkroalgaya kesk Raphidocelis subcapitata ve bişopînin. Me dît ku mîkroalg MXenes-a li ser bingeha Nb-ê ji ber têkiliyên fîzîkî-kîmyewî yên têkildarî rûyê hilweşînin. Di destpêkê de, nanoplakên MXene yên yek-qatî û pir-qatî bi rûyê mîkroalgayan ve hatin girêdan, ku mezinbûna algayan hinekî kêm kir. Lêbelê, bi têkiliya dirêj bi rûyê re, mîkroalg nanoplakên MXene oksîd kirin û wan bêtir di NbO û Nb2O5 de parçe kirin. Ji ber ku ev oksîd ji bo şaneyên mîkroalgayan ne-jehrîn in, ew nanopartikulên oksîda Nb bi mekanîzmayeke vegirtinê dixwin ku piştî 72 demjimêran dermankirina avê mîkroalgayan bêtir sererast dike. Bandorên xurekên bi vegirtinê ve girêdayî di zêdebûna qebareya şaneyan, şeklê wan ê nerm û guherîna rêjeya mezinbûnê de jî têne nîşandan. Li ser bingeha van dîtinan, em digihîjin wê encamê ku hebûna kurt û dirêj a MXenes-ên bingeha Nb di ekosîstemên ava şirîn de dibe ku tenê bandorên piçûk li ser jîngehê çêbike. Hêjayî gotinê ye ku, bi karanîna nanomaterialên du-alî wekî pergalên model, em îhtîmala şopandina veguherîna şeklê tewra di materyalên hûr-dane de jî nîşan didin. Bi tevahî, ev lêkolîn bersivek pirsek bingehîn a girîng li ser pêvajoyên têkildarî têkiliya rûvî yên ku mekanîzmaya biyo-rehabîlîtasyonê ya nanomaterialên 2D dimeşînin dide û bingehek ji bo lêkolînên kurt û dirêj ên din ên bandora jîngehê ya nanomaterialên krîstalî yên neorganîk peyda dike.
Nanomateryalan ji dema vedîtina xwe ve gelek balkêşî çêkirine, û gelek nanoteknolojî vê dawiyê ketine qonaxa modernîzasyonê1. Mixabin, entegrekirina nanomateriyalan di sepanên rojane de dikare bibe sedema berdanên qezayî ji ber avêtina nerast, karanîna bêhiş, an jî binesaziya ewlehiyê ya nebaş. Ji ber vê yekê, maqûl e ku meriv texmîn bike ku nanomateryal, di nav de nanomateryalên du-alî (2D), dikarin werin berdan nav jîngeha xwezayî, ku tevger û çalakiya biyolojîkî ya wan hîn bi tevahî nehatiye fam kirin. Ji ber vê yekê, ne ecêb e ku fikarên ekotoksîkbûnê li ser şiyana nanomateryalên 2D ji bo rijandina nav pergalên avî2,3,4,5,6 sekinîne. Di van ekosîsteman de, hin nanomateryalên 2D dikarin bi organîzmayên cûrbecûr re di astên trofîk ên cûda de, di nav de mîkroalgayan, têkilî daynin.
Mîkroalg organîzmayên destpêkê ne ku bi xwezayî di ekosîstemên ava şirîn û deryayî de têne dîtin û bi rêya fotosentezê cûrbecûr berhemên kîmyewî çêdikin7. Ji ber vê yekê, ew ji bo ekosîstemên avî girîng in8,9,10,11,12 lê di heman demê de nîşaneyên hesas, erzan û berfireh ên ekotoksîsîteyê ne13,14. Ji ber ku şaneyên mîkroalg bi lez zêde dibin û zû bersivê didin hebûna cûrbecûr pêkhateyan, ew ji bo pêşxistina rêbazên dostane yên jîngehê ji bo dermankirina ava bi madeyên organîk qirêjbûyî sozdar in15,16.
Xaneyên algayan dikarin bi rêya biyosorbsiyon û kombûnê îyonên neorganîk ji avê derxînin17,18. Hin cureyên algayan ên wekî Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue û Synechococcus sp. Hat dîtin ku ew îyonên metalên jehrîn ên wekî Fe2+, Cu2+, Zn2+ û Mn2+19 hildigire û heta xwedî dike. Lêkolînên din nîşan dane ku îyonên Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ an Pb2+ mezinbûna Scenedesmus bi guhertina morfolojiya xaneyan û hilweşandina kloroplastên wan sînordar dikin20,21.
Rêbazên kesk ji bo hilweşandina gemarên organîk û rakirina îyonên metalên giran bala zanyar û endezyaran li çaraliyê cîhanê kişandiye. Ev bi giranî ji ber wê yekê ye ku ev gemar di qonaxa şil de bi hêsanî têne hilberandin. Lêbelê, gemarên krîstalî yên neorganîk bi çareseriya kêm a di avê de û hesasiyeta kêm a ji bo biyotransformasyonên cûrbecûr têne xuyang kirin, ku di sererastkirinê de dibe sedema zehmetiyên mezin, û di vê qadê de pêşveçûnek hindik çêbûye22,23,24,25,26. Bi vî rengî, lêgerîna çareseriyên hawîrdorparêz ji bo tamîrkirina nanomaterialan qadek tevlihev û nehatî keşif kirin dimîne. Ji ber pileya bilind a nezelaliyê di derbarê bandorên biyotransformasyonê yên nanomaterialên 2D de, rêyek hêsan tune ku rêyên gengaz ên hilweşîna wan di dema kêmkirinê de werin dîtin.
Di vê lêkolînê de, me mîkroalgeyên kesk wekî ajanek biyo-paqijkirina avî ya çalak ji bo materyalên seramîk ên neorganîk bikar anîn, digel çavdêriya di cîh de ya pêvajoya hilweşandina MXene wekî nûnerê materyalên seramîk ên neorganîk. Peyva "MXene" stoikyometrîya materyalê Mn+1XnTx nîşan dide, ku M metalek veguhêz a 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 keşfkirina MXenes ji hêla Naguib et al. ve. Sensorics, terapiya penceşêrê û parzûna membranê 27,29,30. Wekî din, MXenes dikarin wekî pergalên modela 2D werin hesibandin ji ber aramiya wan a koloîdal a hêja û têkiliyên biyolojîk ên gengaz 31,32,33,34,35,36.
Ji ber vê yekê, rêbaza ku di vê gotarê de hatiye pêşxistin û hîpotezên lêkolîna me di Wêne 1 de têne nîşandan. Li gorî vê hîpotezê, mîkroalg MXenesên li ser bingeha Nb ji ber têkiliyên fîzîkî-kîmyewî yên bi rûyê ve girêdayî, hilweşînin û ber bi pêkhateyên ne-jehrîn ve bibin, ku ev yek dihêle ku alg bêtir vejîne. Ji bo ceribandina vê hîpotezê, du endamên malbata karbîd û/an nîtrîdên metalên veguhêz ên destpêkê yên li ser bingeha nîyobyûmê (MXenes), ango Nb2CTx û Nb4C3TX, hatin hilbijartin.
Metodolojiya lêkolînê û hîpotezên li ser bingeha delîlan ji bo vejandina MXene ji hêla mîkroalgayên kesk Raphidocelis subcapitata ve. Ji kerema xwe bala xwe bidinê ku ev tenê temsîlek şematîk a texmînên li ser bingeha delîlan e. Jîngeha golê di navgîna xurekê ya ku tê bikar anîn û şert û mercan de (mînak, çerxa rojane û sînorkirinên di xurdemeniyên bingehîn ên berdest de) cûda dibe. Bi BioRender.com re hatî afirandin.
Ji ber vê yekê, bi karanîna MXene wekî pergala modelek, me derî ji bo lêkolîna bandorên biyolojîk ên cûrbecûr vekiriye ku bi nanomateryalên din ên kevneşopî nayên dîtin. Bi taybetî, em îhtîmala biyo-rehabîlîtasyona nanomateryalên du-alî, wekî MXenesên li ser bingeha nîyobyûmê, ji hêla mîkroalga Raphidocelis subcapitata ve nîşan didin. Mîkroalga dikarin Nb-MXenes hilweşînin oksîdên ne-jehrîn NbO û Nb2O5, ku di heman demê de bi rêya mekanîzmaya kişandina nîyobyûmê xurdemeniyan peyda dikin. Bi tevahî, ev lêkolîn bersiva pirsek bingehîn a girîng di derbarê pêvajoyên bi têkiliyên fîzîkî-kîmyewî yên rûvî ve girêdayî ye ku mekanîzmayên biyo-rehabîlîtasyona nanomateryalên du-alî birêve dibin. Wekî din, em rêbazek hêsan a li ser bingeha parametreyên şeklê pêş dixin ji bo şopandina guhertinên nazik di şeklê nanomateryalên 2D de. Ev îlhama lêkolînên kurt-dem û dirêj-dem ên din li ser bandorên cûrbecûr ên jîngehê yên nanomateryalên krîstalî yên neorganîk dide. Bi vî rengî, lêkolîna me têgihîştina têkiliya di navbera rûyê materyalê û materyalê biyolojîkî de zêde dike. Em her wiha bingehê ji bo lêkolînên berfireh ên kurt-dem û demdirêj ên bandorên wan ên gengaz li ser ekosîstemên ava şirîn peyda dikin, ku naha dikarin bi hêsanî werin verast kirin.
MXene komeke balkêş a materyalan temsîl dikin ku xwedî taybetmendiyên fîzîkî û kîmyewî yên bêhempa û balkêş in û ji ber vê yekê gelek serîlêdanên potansiyel hene. Ev taybetmendî bi giranî bi stokîyometrî û kîmyaya rûyê wan ve girêdayî ne. Ji ber vê yekê, di lêkolîna me de, me du celeb MXene yên hiyerarşîk ên yek-qatî (SL) yên li ser bingeha Nb, Nb2CTx û Nb4C3TX, lêkolîn kirin, ji ber ku bandorên biyolojîkî yên cûda yên van nanomaterialan dikarin werin dîtin. MXene ji materyalên xwe yên destpêkê bi rêya gravkirina bijartî ya ji jor ber bi jêr a qatên A-ya qonaxa MAX-ê yên atomî yên tenik têne hilberandin. Qonaxa MAX seramîkek sêalî ye ku ji blokên "girêdayî" yên karbîdên metalên veguhêz û qatên tenik ên hêmanên "A" yên wekî Al, Si, û Sn bi stokîyometriya MnAXn-1 pêk tê. Morfolojiya qonaxa MAX-ê ya destpêkê bi mîkroskopiya elektronê ya şopandinê (SEM) hate dîtin û bi lêkolînên berê re lihevhatî bû (Li Agahiyên Pêvek, SI, Wêne S1 binêre). Nb-MXene ya pirqatî (ML) piştî rakirina qata Al bi 48% HF (asîda hîdrofluorîk) hate bidestxistin. Morfolojiya ML-Nb2CTx û ML-Nb4C3TX bi mîkroskopiya elektronê ya şopandinê (SEM) hate lêkolîn kirin (Wêneyên S1c û S1d bi rêzê ve) û morfolojiyek MXene ya qatqatî ya tîpîk hate dîtin, ku dişibihe nanoplekên du-alî yên ku di nav qulên dirêjkirî yên mîna poran re derbas dibin. Her du Nb-MXene jî gelek xalên hevpar bi qonaxên MXene yên ku berê bi gravkirina asîdê hatine sentezkirin hene27,38. Piştî piştrastkirina avahiya MXene, me ew bi navberkirina hîdroksîda tetrabutîlammonîûm (TBAOH) û dûv re şuştin û sonîkasyonê qat kir, piştî vê yekê me nanoplekên Nb-MXene yên 2D yên yek-qatî an jî qat-nizm (SL) bi dest xistin.
Me mîkroskopiya elektronê ya veguhestinê ya çareseriya bilind (HRTEM) û difraksiyona tîrêjên X (XRD) bikar anîn da ku bandora gravkirin û pilingkirina bêtir biceribînin. Encamên HRTEM-ê yên ku bi Veguherîna Fourier a Berevajî (IFFT) û Veguherîna Fourier a Bilez (FFT) hatine pêvajokirin di Şekil 2-an de têne nîşandan. Nanoplekên Nb-MXene ji bo kontrolkirina avahiya qata atomî û pîvandina dûrên nav-planar bi qirax ber bi jor ve hatin rêzkirin. Wêneyên HRTEM-ê yên nanoplekên MXene Nb2CTx û Nb4C3TX xwezaya wan a qatkirî ya atomî ya zirav eşkere kir (li Şekil 2a1, a2 binêre), wekî ku berê ji hêla Naguib et al.27 û Jastrzębska et al.38 ve hatî ragihandin. Ji bo du qatên yekqatî yên Nb2CTx û Nb4C3Tx yên li kêleka hev, me dûrên navbera qatan ên 0.74 û 1.54 nm, bi rêzê ve, diyar kirin (Şekil 2b1, b2), ku ev jî bi encamên me yên berê re li hev dike38. Ev yek bi veguherîna Fourier a bilez a berevajî (Wêne 2c1, c2) û veguherîna Fourier a bilez (Wêne 2d1, d2) ku dûrahiya di navbera qatên yekane yên Nb2CTx û Nb4C3Tx de nîşan dide, bêtir hate piştrast kirin. Wêne guherînek di navbera bendên ronahî û tarî de nîşan dide ku bi atomên nîyobyum û karbonê re têkildar in, ku xwezaya qatkirî ya MXenesên lêkolînkirî piştrast dike. Girîng e ku were zanîn ku spektroskopiya tîrêjên X (EDX) ya belavbûna enerjiyê ya ji bo Nb2CTx û Nb4C3Tx hatine bidestxistin (Wêne S2a û S2b) ti bermayiyek ji qonaxa MAX ya orîjînal nîşan nedan, ji ber ku tu lûtkeya Al nehat tespît kirin.
Taybetmendiya nanoplakên SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXene, tevî (a) wênekirina nanoplakên 2D ya dîtina alî ya mîkroskopiya elektronê ya çareseriya bilind (HRTEM) û têkildar, (b) moda şîddetê, (c) veguherîna Fourier ya bilez a berevajî (IFFT), (d) veguherîna Fourier ya bilez (FFT), (e) şablonên tîrêjên X ên Nb-MXenes. Ji bo SL 2D Nb2CTx, hejmar wekî (a1, b1, c1, d1, e1) têne îfade kirin. Ji bo SL 2D Nb4C3Tx, hejmar wekî (a2, b2, c2, d2, e1) têne îfade kirin.
Pîvandinên difraksiyona tîrêjên X ên SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXenes bi rêzê ve di Şekil 2e1 û e2 de têne nîşandan. Lûtkeyên (002) li 4.31 û 4.32 bi rêzê ve bi MXenesên qatqatî Nb2CTx û Nb4C3TX38,39,40,41 ên ku berê hatine vegotin re têkildar in. Encamên XRD her weha hebûna hin avahiyên ML yên mayî û qonaxên MAX nîşan didin, lê bi piranî qalibên XRD yên ku bi SL Nb4C3Tx ve girêdayî ne (Şekil 2e2). Hebûna perçeyên piçûktir ên qonaxa MAX dibe ku lûtkeya MAX ya bihêztir li gorî qatên Nb4C3Tx ên bi awayekî rasthatî hatine rêzkirin rave bike.
Lêkolînên din li ser mîkroalgên kesk ên aîdî cureyê R. subcapitata sekinîn. Me mîkroalg hilbijartin ji ber ku ew hilberînerên girîng in ku di torên xwarinê yên sereke de cih digirin42. Ew di heman demê de yek ji nîşaneyên çêtirîn ên jehrîbûnê ne ji ber şiyana rakirina madeyên jehrî yên ku ber bi astên bilindtir ên zincîra xwarinê ve têne veguhastin43. Wekî din, lêkolîna li ser R. subcapitata dikare ronî bike ser jehrîbûna tesadufî ya SL Nb-MXenes ji bo mîkroorganîzmayên ava şirîn ên hevpar. Ji bo ronîkirina vê yekê, lêkolîneran texmîn kirin ku her mîkrob xwedî hesasiyetek cûda ye ji bo pêkhateyên jehrî yên di jîngehê de hene. Ji bo piraniya organîzmayan, rêjeyên kêm ên madeyan bandorê li mezinbûna wan nakin, lê rêjeyên li jor sînorek diyarkirî dikarin wan asteng bikin an jî bibin sedema mirinê. Ji ber vê yekê, ji bo lêkolînên me yên têkiliya rûvî di navbera mîkroalg û MXenes û vejîna têkildar de, me biryar da ku rêjeyên bêzerar û jehrî yên Nb-MXenes biceribînin. Ji bo vê yekê, me rêjeyên 0 (wek referans), 0.01, 0.1 û 10 mg l-1 MXene û her weha mîkroalgên enfeksiyonbûyî bi rêjeyên pir bilind ên MXene (100 mg l-1 MXene) ceribandin, ku ji bo her jîngehek biyolojîkî dikare pir zêde û kujer be.
Bandorên SL Nb-MXenes li ser mîkroalgayan di Wêne 3 de têne nîşandan, ku wekî rêjeya pêşvebirina mezinbûnê (+) an astengkirinê (-) ya ku ji bo nimûneyên 0 mg l-1 hatî pîvandin tê îfade kirin. Ji bo berawirdkirinê, qonaxa Nb-MAX û ML Nb-MXenes jî hatin ceribandin û encam di SI de têne nîşandan (li Wêne S3 binêre). Encamên ku hatine bidestxistin piştrast kirin ku SL Nb-MXenes hema hema bi tevahî bê jehr e di navbera rêjeyên kêm de ji 0.01 heta 10 mg/l, wekî ku di Wêne 3a,b de tê xuyang kirin. Di rewşa Nb2CTx de, me di nav rêza diyarkirî de ji% 5 zêdetir ekotoksîsîtî nedît.
Hêzdarkirina (+) an astengkirina (-) mezinbûna mîkroalgayan di hebûna SL (a) Nb2CTx û (b) Nb4C3TX MXene de. Têkiliya MXene-mîkroalgayan a 24, 48 û 72 demjimêran hate analîzkirin. Daneyên girîng (t-test, p < 0.05) bi stêrkek (*) hatine nîşankirin. Daneyên girîng (t-test, p < 0.05) bi stêrkek (*) hatine nîşankirin. Zêdeyî dannыe (t-kriteriy, p < 0,05) ji bo starnыe (*). Daneyên girîng (t-test, p < 0.05) bi stêrkek (*) hatine 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 (*) hatine nîşankirin.Tîrên sor rakirina teşwîqa astengker nîşan didin.
Ji aliyekî din ve, rêjeyên nizm ên Nb4C3TX hinekî jehrîtir derketin, lê ne ji %7 zêdetir bûn. Wekî ku dihat hêvîkirin, me dît ku MXenes di 100mg L-1 de jehrîbûn û astengkirina mezinbûna mîkroalgayan bilindtir bûn. Bi balkêşî, ti materyalan heman meyl û girêdayîbûna demê ya bandorên atoksîk/jehrî li gorî nimûneyên MAX an ML nîşan nedan (ji bo hûrguliyan li SI binêre). Dema ku ji bo qonaxa MAX (li Şekil S3 binêre) jehrîbûn gihîşt bi qasî %15-25 û bi demê re zêde bû, ji bo SL Nb2CTx û Nb4C3TX MXene meyla berevajî hate dîtin. Astengkirina mezinbûna mîkroalgayan bi demê re kêm bû. Piştî 24 demjimêran gihîşt bi qasî %17 û piştî 72 demjimêran daket kêmtir ji %5 (Şekil 3a, b, bi rêzê ve).
Girîngtir, ji bo SL Nb4C3TX, astengkirina mezinbûna mîkroalgayan piştî 24 demjimêran gihîşt nêzîkî 27%, lê piştî 72 demjimêran ew daket nêzîkî 1%. Ji ber vê yekê, me bandora çavdêrîkirî wekî astengkirina berevajî ya teşwîqkirinê bi nav kir, û bandor ji bo SL Nb4C3TX MXene xurttir bû. Hêzdarkirina mezinbûna mîkroalgayan berê bi Nb4C3TX (têkiliya bi 10 mg L-1 ji bo 24 demjimêran) li gorî SL Nb2CTx MXene hate dîtin. Bandora berevajîkirina astengkirin-hêzkirinê di xêza rêjeya duqatkirina biyomasê de jî baş hate nîşandan (ji bo hûrguliyan li Şekil S4 binêre). Heta niha, tenê ekotoksîsîteya Ti3C2TX MXene bi awayên cûda hatiye lêkolîn kirin. Ew ji bo embriyoyên masiyên zebra ne jehrî ye44 lê ji bo mîkroalgayan Desmodesmus quadricauda û nebatan Sorghum saccharatum bi nermî ekotoksîk e45. Nimûneyên din ên bandorên taybetî jehrîbûna bilindtir ji xetên şaneyên penceşêrê ji xetên şaneyên normal vedihewîne46,47. Meriv dikare texmîn bike ku şert û mercên ceribandinê dê bandorê li guhertinên di mezinbûna mîkroalgayan de bikin ku di hebûna Nb-MXenes de têne dîtin. Bo nimûne, pH-ya nêzîkî 8 di stroma kloroplastê de ji bo xebitandina bi bandor a enzîma RuBisCO çêtirîn e. Ji ber vê yekê, guhertinên pH-ê bandorek neyînî li ser rêjeya fotosentezê dikin48,49. Lêbelê, me di dema ceribandinê de guhertinên girîng di pH-ê de nedîtin (ji bo hûrguliyan li SI, Wêne S5 binêre). Bi gelemperî, çandên mîkroalgayan bi Nb-MXenes pH-ya çareseriyê bi demê re hinekî kêm kirin. Lêbelê, ev kêmbûn dişibihe guhertinek di pH-ya navgînek paqij de. Wekî din, rêza guherînên ku hatine dîtin dişibihe ya ku ji bo çandek paqij a mîkroalgayan (nimûneya kontrolê) hatî pîvandin. Bi vî rengî, em digihîjin wê encamê ku fotosentez ji hêla guhertinên di pH-ê de bi demê re nayê bandor kirin.
Herwiha, MXenesên sentezkirî dawiya rûyê wan heye (wekî Tx têne nîşankirin). Ev bi giranî komên fonksiyonel -O, -F û -OH ne. Lêbelê, kîmyaya rûyê rasterast bi rêbaza sentezê ve girêdayî ye. Tê zanîn ku ev kom bi awayekî rasthatî li ser rûyê belav dibin, ku pêşbînîkirina bandora wan li ser taybetmendiyên MXene50 dijwar dike. Dikare were gotin ku Tx dikare hêza katalîtîk be ji bo oksîdasyona nîyobyûmê bi ronahiyê. Bi rastî, komên fonksiyonel ên rûyê ji bo fotokatalîzatorên bingehîn ên wan gelek cihên girêdanê peyda dikin da ku heterojunctionan çêbikin51. Lêbelê, pêkhateya navgîniya mezinbûnê fotokatalîzatorek bi bandor peyda nekir (pêkhateya navgîniya berfireh dikare di Tabloya SI S6 de were dîtin). Wekî din, her guheztina rûyê jî pir girîng e, ji ber ku çalakiya biyolojîkî ya MXenes dikare ji ber pêvajoya piştî qatê, oksîdasyonê, guheztina rûyê kîmyewî ya pêkhateyên organîk û neorganîk52,53,54,55,56 an jî endezyariya barkirina rûyê38 were guhertin. Ji ber vê yekê, ji bo ceribandina ka oksîda nîyobyûmê bi bêîstîqrariya materyalê di navgînê de têkiliyek heye an na, me lêkolînên li ser potansiyela zeta (ζ) di navgîna mezinbûna mîkroalgayan û ava deîyonîzekirî de kirin (ji bo berawirdkirinê). Encamên me nîşan didin ku SL Nb-MXenes têra xwe sabît in (ji bo encamên MAX û ML li SI Fig. S6 binêre). Potansiyela zeta ya SL MXenes nêzîkî -10 mV ye. Di rewşa SR Nb2CTx de, nirxa ζ hinekî ji ya Nb4C3Tx neyînîtir e. Guhertinek wisa di nirxa ζ de dibe ku nîşan bide ku rûyê nanoplakên MXene yên bi barkirina neyînî îyonên bi barkirina erênî ji navgîna çandiniyê vedimijin. Pîvandinên demkî yên potansiyela zeta û konduktîvîteya Nb-MXenes di navgîna çandiniyê de (ji bo bêtir agahdarî li SI Fig. S7 û S8 binêre) xuya dike ku piştgirîya hîpoteza me dikin.
Lêbelê, her du Nb-MXene SL guhertinên ji sifirê kêm nîşan dan. Ev bi zelalî aramiya wan di navgîna mezinbûna mîkroalgayan de nîşan dide. Wekî din, me nirxand ka hebûna mîkroalgayên me yên kesk dê bandorê li aramiya Nb-MXenes di navgînê de bike an na. Encamên potansiyela zeta û konduktîvîteya MXenes piştî têkiliya bi mîkroalgayan re di navgîna xurek û çandê de bi demê re dikarin di SI de werin dîtin (Wêneyên S9 û S10). Bi balkêşî, me dît ku hebûna mîkroalgayan xuya dike ku belavbûna her du MXenes aram dike. Di rewşa Nb2CTx SL de, potansiyela zeta bi demê re hinekî kêm bû û gihîşt nirxên neyînîtir (-15.8 li hember -19.1 mV piştî 72 demjimêran înkubasyonê). Potansiyela zeta ya SL Nb4C3TX hinekî zêde bû, lê piştî 72 demjimêran ew hîn jî aramiya nanoflakes bêyî hebûna mîkroalgayan bilindtir nîşan da (-18.1 li hember -9.1 mV).
Her wiha me dît ku rêjeyên guhêzbar ên çareseriyên Nb-MXene yên ku di hebûna mîkroalgayan de hatine înkubasyonkirin kêmtir in, ku ev yek nîşan dide ku di navgîna xurekê de mîqdarek kêmtir a iyonan heye. Bi taybetî, bêîstîqrariya MXenes di avê de bi giranî ji ber oksîdasyona rûyê ye57. Ji ber vê yekê, em guman dikin ku mîkroalgayên kesk bi rengek oksîdên ku li ser rûyê Nb-MXene çêbûne paqij kirine û tewra pêşî li çêbûna wan (oksîdasyona MXene) girtine. Ev dikare bi lêkolîna celebên madeyên ku ji hêla mîkroalgayan ve têne kişandin were dîtin.
Her çiqas lêkolînên me yên ekotoksîkolojîk nîşan dan ku mîkroalg dikarin bi demê re li hember jehrîbûna Nb-MXenes û astengkirina neasayî ya mezinbûna teşwîqkirî bi ser bikevin jî, armanca lêkolîna me lêkolîna mekanîzmayên gengaz ên çalakiyê bû. Dema ku organîzmayên wekî alg bi pêkhate an materyalên ku ji ekosîstemên wan re nenas in re rû bi rû dimînin, ew dikarin bi gelek awayan bertek nîşan bidin58,59. Di nebûna oksîdên metalên jehrîn de, mîkroalg dikarin xwe xwedî bikin, ku dihêle ew bi berdewamî mezin bibin60. Piştî vexwarina madeyên jehrîn, mekanîzmayên parastinê dikarin werin çalak kirin, wekî guhertina şikl an formê. Divê îhtîmala vegirtinê jî were hesibandin58,59. Bi taybetî, her nîşanek mekanîzmayek parastinê nîşanek zelal a jehrîbûna pêkhateya ceribandinê ye. Ji ber vê yekê, di xebata me ya din de, me têkiliya potansiyel a rûberî di navbera nanoflakên SL Nb-MXene û mîkroalgan de bi SEM û vegirtina gengaz a MXene ya li ser bingeha Nb bi spektroskopiya fluoresansa tîrêjên X (XRF) lêkolîn kir. Bala xwe bidinê ku analîzên SEM û XRF tenê di rêjeya herî bilind a MXene de hatin kirin da ku pirsgirêkên jehrîbûna çalakiyê çareser bikin.
Encamên SEM di Şekil 4 de têne nîşandan. Hucreyên mîkroalgayê yên nehatine dermankirin (li Şekil 4a, nimûneya referansê binêre) bi zelalî morfolojiya tîpîk a R. subcapitata û şiklê hucreya mîna croissant nîşan dan. Hucre xuya dikin ku pehn û hinekî bêrêxistin in. Hin hucreyên mîkroalgayê li hev diketin û bi hev ve girêdayî bûn, lê ev yek muhtemelen ji ber pêvajoya amadekirina nimûneyê çêbûye. Bi gelemperî, hucreyên mîkroalgayê yên saf rûyek nerm hebû û ti guhertinên morfolojîk nîşan nedan.
Wêneyên SEM têkiliya rûberî ya di navbera mîkroalgên kesk û nanopelên MXene de piştî 72 demjimêran têkiliyê di dendika zêde de (100 mg L-1) nîşan didin. (a) Mîkroalgên kesk ên nehatine dermankirin piştî têkiliyê bi SL re (b) Nb2CTx û (c) Nb4C3TX MXenes. Bala xwe bidinê ku nanoplekên Nb-MXene bi tîrên sor hatine nîşankirin. Ji bo berawirdkirinê, wêneyên ji mîkroskopa optîkî jî hatine zêdekirin.
Berevajî vê, şaneyên mîkroalgayê yên ku ji hêla nanoplakên SL Nb-MXene ve hatine adsorbekirin zirar dîtin (li Şekil 4b, c, tîrên sor binêre). Di rewşa Nb2CTx MXene de (Şekil 4b), mîkroalga meyla wan heye ku bi nanoparkên du-alî yên girêdayî mezin bibin, ku dikarin morfolojiya wan biguherînin. Bi taybetî, me van guhertinan di bin mîkroskopiya ronahiyê de jî dît (ji bo hûrguliyan li Şekil S11 SI binêre). Ev veguherîna morfolojîk bingehek maqûl di fîzyolojiya mîkroalgayê û şiyana wan a parastina xwe bi guhertina morfolojiya şaneyê, wekî zêdekirina qebareya şaneyê, heye61. Ji ber vê yekê, girîng e ku hejmara şaneyên mîkroalgayê yên ku bi rastî bi Nb-MXenes re di têkiliyê de ne were kontrol kirin. Lêkolînên SEM nîşan dan ku bi qasî %52 şaneyên mîkroalgayê rastî Nb-MXenes hatine, di heman demê de %48 ê van şaneyên mîkroalgayê ji têkiliyê dûr ketine. Ji bo SL Nb4C3Tx MXene, mîkroalg hewl didin ku ji têkiliya bi MXene dûr bisekinin, bi vî rengî ji nanopîlên du-alî cih digirin û mezin dibin (Wêne 4c). Lêbelê, me ketina nanopîlan nav şaneyên mîkroalgeyan û zirara wan nedît.
Xweparastin di heman demê de reftareke bersivdayînê ya demkî ye ji bo astengkirina fotosentezê ji ber kişandina perçeyan li ser rûyê şaneyê û bandora ku jê re dibêjin sîber (siyakirin)62. Eşkere ye ku her tişt (mînak, nanoplekên Nb-MXene) ku di navbera mîkroalg û çavkaniya ronahiyê de ye, mîqdara ronahiya ku ji hêla kloroplastan ve tê kişandin sînordar dike. Lêbelê, gumanên me tune ku ev bandorek girîng li ser encamên hatine bidestxistin dike. Wekî ku ji hêla çavdêriyên me yên mîkroskopîk ve hatî nîşandan, nanoplekên 2D bi tevahî nehatine pêçandin an jî bi rûyê mîkroalgiyan ve nehatine girêdan, tewra dema ku şaneyên mîkroalg bi Nb-MXenes re di têkiliyê de bûn. Di şûna wê de, derket holê ku nanoplek bêyî ku rûyê wan veşêrin, ber bi şaneyên mîkroalgiyan ve hatine arastekirin. Komek wisa ya nanoplek/mîkroalgiyan nikare bi girîngî mîqdara ronahiya ku ji hêla şaneyên mîkroalgiyan ve tê kişandin sînordar bike. Wekî din, hin lêkolînan tewra başbûnek di kişandina ronahiyê de ji hêla organîzmayên fotosentezê ve di hebûna nanomateryalên du-alî de nîşan dane63,64,65,66.
Ji ber ku wêneyên SEM nekarîn rasterast kişandina nîyobyûmê ji hêla şaneyên mîkroalgayan ve piştrast bikin, lêkolîna me ya din berê xwe da analîza fluoresansa tîrêjên X (XRF) û spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjên X (XPS) da ku vê pirsgirêkê zelal bike. Ji ber vê yekê, me şîdeta lûtkeyên Nb yên nimûneyên mîkroalgayên referansê yên ku bi MXenes re têkilî nedane, nanoplakên MXene yên ji rûyê şaneyên mîkroalgayan veqetiyayî, û şaneyên mîkroalgayan piştî rakirina MXenesên girêdayî berawird kir. Hêjayî gotinê ye ku heke kişandina Nb tune be, nirxa Nb ya ku ji hêla şaneyên mîkroalgayan ve hatî bidestxistin divê piştî rakirina nanopîlên girêdayî sifir be. Ji ber vê yekê, heke kişandina Nb çêbibe, divê hem encamên XRF û hem jî XPS lûtkeyek Nb ya zelal nîşan bidin.
Di rewşa spektrumên XRF de, nimûneyên mîkroalgayan piştî têkiliya bi SL Nb2CTx û Nb4C3Tx MXene re lûtkeyên Nb nîşan dan (li Şekil 5a binêre, her wiha bala xwe bidinê ku encamên ji bo MAX û ML MXenes di SI, Şekil S12–C17 de têne nîşandan). Bi balkêşî, şiddeta lûtkeya Nb di her du rewşan de yek e (şertên sor di Şekil 5a de). Ev nîşan da ku alga nikarin bêtir Nb bimijin, û kapasîteya herî zêde ji bo kombûna Nb di hucreyan de hate bidestxistin, her çend du caran bêtir Nb4C3Tx MXene bi hucreyên mîkroalgayan ve hate girêdan (şertên şîn di Şekil 5a de). Bi taybetî, şiyana mîkroalgayan ji bo mijandina metalan bi rêjeya oksîdên metalan di jîngehê de ve girêdayî ye67,68. Shamshada û hevkarên wî67 dîtin ku kapasîteya mijandina algayên ava şirîn bi zêdebûna pH kêm dibe. Raize û hevkarên wî68 destnîşan kirin ku şiyana ajalên deryayê ya vegirtina metalan ji bo Pb2+ ji Ni2+ bi qasî %25 zêdetir e.
(a) Encamên XRF yên wergirtina Nb ya bingehîn ji hêla şaneyên mîkroalgeyên kesk ve ku di dendika zêde ya SL Nb-MXenes (100 mg L-1) de ji bo 72 demjimêran hatine înkubasyon kirin. Encam hebûna α di şaneyên mîkroalgeyên saf (nimûneya kontrolê, stûnên gewr), nanoplakên 2D yên ji şaneyên mîkroalgeyên rûvî hatine veqetandin (stûnên şîn), û şaneyên mîkroalgeyên piştî veqetandina nanoplakên 2D ji rûvî (stûnên sor) nîşan didin. Mîqdara Nb ya elementî, (b) rêjeya pêkhateya kîmyewî ya pêkhateyên organîk ên mîkroalgeyên (C=O û CHx/C–O) û oksîdên Nb yên di şaneyên mîkroalgeyên piştî înkubasyonê bi SL Nb-MXenes re hene, (c–e) Lihevhatina lûtkeya pêkhatî ya spektrên XPS SL Nb2CTx û (fh) SL Nb4C3Tx MXene ku ji hêla şaneyên mîkroalgeyên ve hatî hundurîn kirin.
Ji ber vê yekê, me hêvî dikir ku Nb dikare ji hêla şaneyên algayan ve bi şiklê oksîdan were kişandin. Ji bo ceribandina vê yekê, me lêkolînên XPS li ser MXenes Nb2CTx û Nb4C3TX û şaneyên algayan pêk anîn. Encamên têkiliya mîkroalgayan bi Nb-MXenes û MXenesên ji şaneyên algayan veqetandî di Şekil 5b de têne nîşandan. Wekî ku dihat hêvîkirin, me piştî rakirina MXene ji rûyê mîkroalgayan lûtkeyên Nb 3d di nimûneyên mîkroalgayan de tespît kirin. Destnîşankirina hejmarî ya oksîtên C=O, CHx/CO, û Nb li gorî spektrumên Nb 3d, O 1s, û C 1s ên ku bi Nb2CTx SL (Şekil 5c–e) û Nb4C3Tx SL (Şekil 5c–e) hatine bidestxistin, hate hesabkirin. ) ji mîkroalgayên înkubasyonkirî hatine bidestxistin. Şekil 5f–h) MXenes. Tabloya S1-3 hûrguliyên parametreyên lûtkeyê û kîmyaya giştî ya ku ji lihevhatinê derketiye nîşan dide. Hêjayî gotinê 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 spektruman de tu lûtkeyên têkildarî MXene nedîtin, ku nîşan dide ku şaneyên mîkroalgayan tenê forma oksîdê ya Nb dimijin. Wekî din, me spektruma C 1 s bi pêkhateyên C–C, CHx/C–O, C=O, û –COOH re nêzîk kir. Me lûtkeyên CHx/C–O û C=O bi beşdariya organîk a şaneyên mîkroalgayan ve girêda. Ev pêkhateyên organîk bi rêzê ve ji sedî 36 û 41 lûtkeyên C 1s di Nb2CTx SL û Nb4C3TX SL de pêk tînin. Piştre me spektrumên O 1s yên SL Nb2CTx û SL Nb4C3TX bi Nb2O5, pêkhateyên organîk ên mîkroalgayan (CHx/CO), û ava ku li ser rûyê erdê hatiye adsorbkirin ve girêda.
Di dawiyê de, encamên XPS bi zelalî şêweya Nb nîşan dan, ne tenê hebûna wê. Li gorî pozîsyona sînyala Nb 3d û encamên dekonvolasyonê, em piştrast dikin ku Nb tenê bi şêweya oksîdan tê mijandin û ne bi îyonan an MXene bixwe. Wekî din, encamên XPS nîşan dan ku şaneyên mîkroalgayan li gorî SL Nb4C3TX MXene xwedî şiyana mezintir in ku oksîtên Nb ji SL Nb2CTx bigirin.
Her çend encamên me yên wergirtina Nb balkêş bin û dihêlin ku em hilweşîna MXene nas bikin, rêbazek ji bo şopandina guhertinên morfolojîk ên têkildar di nanoplakên 2D de tune ye. Ji ber vê yekê, me biryar da ku rêbazek guncaw pêşve bibin ku dikare rasterast bersiva her guhertinên ku di nanoplakên 2D Nb-MXene û hucreyên mîkroalgayê de çêdibin bide. Girîng e ku were zanîn ku em texmîn dikin ku heke cureyên têkilîdar her veguherîn, hilweşandin an jî parçekirinek derbas bikin, divê ev zû xwe wekî guhertinên di parametreyên şeklê de, wekî diametera qada dorhêl a wekhev, giroverî, firehiya Feret, an dirêjahiya Feret nîşan bide. Ji ber ku ev parametre ji bo danasîna perçeyên dirêjkirî an nanoplakên du-alî guncaw in, şopandina wan bi analîza şeklê perçeyê ya dînamîk dê agahdariya hêja li ser veguherîna morfolojîk a nanoplakên SL Nb-MXene di dema kêmkirinê de bide me.
Encamên bi dest xistin di Wêne 6 de têne nîşandan. Ji bo berawirdkirinê, me qonaxa MAX ya orîjînal û ML-MXenes jî ceribandin (li Wêneyên SI S18 û S19 binêre). Analîza dînamîk a şeklê perçeyan nîşan da ku hemî parametreyên şeklê du Nb-MXene SL piştî têkiliya bi mîkroalgayan re bi girîngî guherîn. Wekî ku ji hêla parametreya qûtra qada dorhêl a wekhev ve tê nîşandan (Wêne 6a, b), kêmbûna şîdeta lûtkeyê ya rêjeya nanoplekên mezin nîşan dide ku ew meyla hilweşînê dikin nav perçeyên piçûktir. Li ser wêne 6c, d kêmbûnek di lûtkeyên ku bi mezinahiya transversal a perçeyan ve girêdayî ne (dirêjkirina nanoplekan) nîşan dide, ku veguherîna nanoplekên 2D bo şeklek bêtir dişibihe perçeyan nîşan dide. Wêne 6e-h firehî û dirêjahiya Feret, bi rêzê ve, nîşan dide. Firehî û dirêjahiya Feret parametreyên temamker in û ji ber vê yekê divê bi hev re werin hesibandin. Piştî înkubasyona nanoplekên 2D Nb-MXene di hebûna mîkroalgayan de, lûtkeyên wan ên koralasyona Feret guherîn û şîdeta wan kêm bû. Li ser bingeha van encaman û bi hev re digel morfolojî, XRF û XPS, me gihîşt wê encamê ku guhertinên çavdêrîkirî bi tundî bi oksîdasyonê ve girêdayî ne ji ber ku MXenesên oksîdkirî bêtir çirç dibin û dibin perçe û perçeyên oksîdê yên sferîk69,70.
Analîza veguherîna MXene piştî têkiliya bi mîkroalgên kesk re. Analîza şeklê perçeyên dînamîk parametreyên wekî (a, b) qûtra qada dorhêl a wekhev, (c, d) giloverî, (e, f) firehiya Feret û (g, h) dirêjahiya Feret li ber çavan digire. Ji bo vê armancê, du nimûneyên mîkroalgên referansê bi hev re bi SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXenesên seretayî, SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXenes, mîkroalgên hilweşiyayî, û mîkroalgên SL Nb2CTx û SL Nb4C3Tx MXenesên dermankirî re hatin analîzkirin. Tîrên sor veguherînên parametreyên şeklê nanoflakên du-alî yên lêkolînkirî nîşan didin.
Ji ber ku analîza parametreyên şeklê pir pêbawer e, ew dikare guhertinên morfolojîk di hucreyên mîkroalgayan de jî eşkere bike. Ji ber vê yekê, me pîvana qada dorhêlî ya wekhev, giloverî, û firehî/dirêjahiya Feret a hucreyên mîkroalgayên saf û hucreyan piştî têkiliyê bi nanoplekên Nb yên 2D analîz kir. Li ser şekil 6a-h guhertinên di parametreyên şeklê hucreyên algayan de nîşan didin, wekî ku bi kêmbûna şîdeta lûtkeyê û guheztina maksîmûmê ber bi nirxên bilindtir ve tê îspat kirin. Bi taybetî, parametreyên giloverî yên hucreyan kêmbûnek di hucreyên dirêjkirî û zêdebûna hucreyên giloverî de nîşan dan (Şekil 6a, b). Wekî din, firehiya hucreya Feret piştî têkiliyê bi SL Nb2CTx MXene (Şekil 6e) re li gorî SL Nb4C3TX MXene (Şekil 6f) bi çend mîkrometreyan zêde bû. Em guman dikin ku ev dibe ku ji ber kişandina xurt a oksîdên Nb ji hêla mîkroalgayan ve piştî têkiliyê bi Nb2CTx SR re be. Girêdana kêmtir hişk a perçeyên Nb bi rûyê wan re dikare bibe sedema mezinbûna hucreyan bi bandora siya herî kêm.
Çavdêriyên me yên li ser guhertinên di parametreyên şikl û mezinahiya mîkroalgayan de lêkolînên din temam dikin. Mîkroalgayên kesk dikarin morfolojiya xwe di bersiva stresa jîngehê de bi guhertina mezinahiya şaneyê, şikl an metabolîzma wê biguherînin61. Bo nimûne, guhertina mezinahiya şaneyan vegirtina xurdemeniyan hêsantir dike71. Şaneyên algayên piçûktir vegirtina xurdemeniyan kêmtir û rêjeya mezinbûnê ya lawaz nîşan didin. Berevajî vê, şaneyên mezintir meyla wan heye ku bêtir xurdemeniyan bixwin, ku dûv re di nav hucreyê de têne danîn72,73. Machado û Soares dîtin ku fungîsîda trîklosan dikare mezinahiya şaneyê zêde bike. Wan her weha guhertinên kûr di şeklê algayan de dîtin74. Wekî din, Yin et al.9 her weha guhertinên morfolojîk di algayan de piştî ku bi nanokompozîtên oksîda grafînê yên kêmkirî re rû bi rû man eşkere kirin. Ji ber vê yekê, eşkere ye ku parametreyên mezinahî/şeklê guhertî yên mîkroalgayan ji ber hebûna MXene çêdibin. Ji ber ku ev guhertina di mezinahî û şeklê de nîşana guhertinên di vegirtina xurdemeniyan de ye, em bawer dikin ku analîza parametreyên mezinahî û şeklê bi demê re dikare vegirtina oksîda nîyobyûmê ji hêla mîkroalgayan ve di hebûna Nb-MXenes de nîşan bide.
Herwiha, MXenes dikarin di hebûna algayan de werin oksîdkirin. Dalai û hevkarên wî75 dîtin ku morfolojiya algayên kesk ên ku li ber nano-TiO2 û Al2O376 hatine danîn ne yekreng bû. Her çend çavdêriyên me dişibin lêkolîna heyî jî, ew tenê ji bo lêkolîna bandorên biyoremediationê di warê berhemên hilweşîna MXene de di hebûna nanoperçikên 2D de û ne nanopartikulan de têkildar e. Ji ber ku MXenes dikarin bibin oksîdên metalan,31,32,77,78 maqûl e ku meriv texmîn bike ku nanoperçikên me yên Nb jî dikarin piştî têkiliyê bi hucreyên mîkroalgayan re oksîdên Nb çêbikin.
Ji bo ravekirina kêmkirina nanoplakên 2D-Nb bi rêya mekanîzmayeke hilweşandinê ya li ser bingeha pêvajoya oksîdasyonê, me lêkolîn bi karanîna mîkroskopiya elektrona veguhestina çareseriya bilind (HRTEM) (Wêne 7a,b) û spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjên X (XPS) (Wêne 7) kirin. 7c-i û tabloyên S4-5). Her du rêbaz jî ji bo lêkolîna oksîdasyona materyalên 2D guncan in û hevûdu temam dikin. HRTEM dikare hilweşandina avahiyên qatkirî yên du-alî û xuyabûna paşê ya nanopartikulên oksîda metal analîz bike, lê XPS ji girêdanên rûvî re hesas e. Ji bo vê armancê, me nanoplakên 2D Nb-MXene yên ku ji belavbûna hucreyên mîkroalgayê hatine derxistin, ango şeklê wan piştî têkiliyê bi hucreyên mîkroalgayê re ceribandin (li Wêne 7 binêre).
Wêneyên HRTEM morfolojiya oksîdekirî (a) SL Nb2CTx û (b) SL Nb4C3Tx MXenes nîşan didin, encamên analîza XPS nîşan didin (c) pêkhateya berhemên oksîdê piştî kêmkirinê, (d–f) hevahengiya lûtkeyê ya pêkhateyên spektrumên XPS yên SL Nb2CTx û (g– i) Nb4C3Tx SL yên ku bi mîkroalgayên kesk hatine tamîrkirin.
Lêkolînên HRTEM oksîdasyona du celeb nanoplekên Nb-MXene piştrast kir. Her çend nanoplekan morfolojiya xwe ya du-alî heta radeyekê parast jî, oksîdasyon bû sedema xuya bûna gelek nanopartikulan ku rûyê nanoplekên MXene vedişêrin (li Şekil 7a,b binêre). Analîza XPS ya sînyalên c Nb 3d û O 1s nîşan da ku di her du rewşan de oksîdên Nb çêbûne. Wekî ku di Şekil 7c de tê xuyang kirin, 2D MXene Nb2CTx û Nb4C3TX sînyalên Nb 3d hene ku hebûna oksîdên NbO û Nb2O5 nîşan didin, di heman demê de sînyalên O 1s hejmara girêdanên O-Nb yên bi fonksiyonalîzekirina rûyê nanoplekên 2D ve girêdayî nîşan didin. Me dît ku beşdariya oksîda Nb li gorî Nb-C û Nb3+-O serdest e.
Di şekil 7g-i de, spektrumên XPS yên Nb 3d, C 1s, û O 1s SL Nb2CTx (li şekil 7d-f binêre) û SL Nb4C3TX MXene yên ji şaneyên mîkroalgayan hatine veqetandin nîşan didin. Hûrguliyên parametreyên lûtkeya Nb-MXenes di Tabloyên S4-5 de bi rêzê ve têne dayîn. Me pêşî pêkhateya Nb 3d analîz kir. Berevajî Nb-ya ku ji hêla şaneyên mîkroalgayan ve hatî kişandin, di MXene-ya ku ji şaneyên mîkroalgayan hatiye veqetandin de, ji bilî Nb2O5, pêkhateyên din jî hatin dîtin. Di Nb2CTx SL de, me beşdariya Nb3+-O bi rêjeya 15% dît, dema ku mayî ya spektruma Nb 3d ji hêla Nb2O5 (%85) ve serdest bû. Wekî din, nimûneya SL Nb4C3TX pêkhateyên Nb-C (%9) û Nb2O5 (%91) dihewîne. Li vir Nb-C ji du tebeqeyên atomî yên hundirîn ên karbîda metal di Nb4C3Tx SR de tê. Piştre em spektrumên C 1s li çar pêkhateyên cûda nexşe dikin, wekî ku me di nimûneyên navxweyî de kir. Wekî ku tê hêvîkirin, spektruma C 1s ji hêla karbona grafîtîk ve serdest e, û dûv re jî beşdariyên ji perçeyên organîk (CHx/CO û C=O) ji şaneyên mîkroalgayan. Wekî din, di spektruma O 1s de, me beşdariya formên organîk ên şaneyên mîkroalgayan, oksîda nîyobyûmê, û ava adsorbekirî dît.
Herwiha, me lêkolîn kir ka gelo parçekirina Nb-MXenes bi hebûna cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) di navgîna xurekê û/an şaneyên mîkroalgayan de têkildar e. Ji bo vê armancê, me asta oksîjena singlet (1O2) di navgîna çandî û glutatyona navxaneyî, tîolek ku wekî antîoksîdanek di mîkroalgayan de tevdigere, nirxand. Encam di SI de têne nîşandan (Wêneyên S20 û S21). Kulturên bi SL Nb2CTx û Nb4C3TX MXenes bi mîqdarek kêmkirî ya 1O2 ve hatin taybetmendî kirin (li Wêneya S20 binêre). Di rewşa SL Nb2CTx de, MXene 1O2 heya nêzîkî 83% kêm dibe. Ji bo kulturên mîkroalgayan ên ku SL bikar tînin, Nb4C3TX 1O2 hîn bêtir kêm bû, heya 73%. Bi balkêşî, guhertinên di 1O2 de heman meyla bandora astengker-stimulasyonê ya berê nîşan dan (li Wêneya 3 binêre). Dikare were gotin ku înkubasyon di ronahiya geş de dikare fotooksîdasyonê biguherîne. Lêbelê, encamên analîza kontrolê di dema ceribandinê de astên hema hema sabît ên 1O2 nîşan dan (Wêne S22). Di rewşa astên ROS-ê yên navxaneyî de, me heman meyla daketinê jî dît (li Wêne S21 binêre). Di destpêkê de, astên ROS-ê di hucreyên mîkroalgayê de ku di hebûna Nb2CTx û Nb4C3Tx SL-an de hatine çandin, ji astên ku di kulturên paqij ên mîkroalgayê de hatine dîtin derbas bûn. Lêbelê, di dawiyê de, xuya bû ku mîkroalga li gorî hebûna her du Nb-MXenes adapte bûne, ji ber ku astên ROS kêm bûn û gihîştin 85% û 91% ji astên ku di kulturên paqij ên mîkroalgayê de hatine pîvandin, ku bi SL Nb2CTx û Nb4C3TX ve hatine derzîkirin. Ev dibe ku nîşan bide ku mîkroalga bi demê re di hebûna Nb-MXene de ji tenê di navgîna xurekê de rehettir hîs dikin.
Mîkroalg komeke cihêreng a organîzmayên fotosentezê ne. Di dema fotosentezê de, ew karbondîoksîta atmosferê (CO2) vediguherînin karbona organîk. Berhemên fotosentezê glukoz û oksîjen in79. Em guman dikin ku oksîjena bi vî rengî çêdibe roleke girîng di oksîdasyona Nb-MXenes de dilîze. Yek ji ravekirinên gengaz ji bo vê yekê ev e ku parametreya hewakirina cûda di zextên qismî yên nizm û bilind ên oksîjenê de li derve û di hundurê nanoplekên Nb-MXene de çêdibe. Ev tê vê wateyê ku li her deverê ku deverên zextên qismî yên oksîjenê yên cûda hebin, devera bi asta herî nizm dê anodê çêbike 80, 81, 82. Li vir, mîkroalg beşdarî afirandina şaneyên bi hewakirina cûda li ser rûyê perçeyên MXene dibin, ku ji ber taybetmendiyên xwe yên fotosentezê oksîjenê hildiberînin. Di encamê de, berhemên biyokorozyonê (di vê rewşê de, oksîtên nîyobyûmê) çêdibin. Aliyekî din jî ev e ku mîkroalg dikarin asîdên organîk hilberînin ku di nav avê de têne berdan83,84. Ji ber vê yekê, hawîrdorek êrîşkar çêdibe, bi vî rengî Nb-MXenes diguherîne. Herwiha, mîkroalg dikarin ji ber kişandina karbondîoksîtê pH-ya jîngehê biguherînin alkalîn, ku ev jî dikare bibe sedema korozyonê79.
Girîngtir, fotoperiyoda tarî/ronahî ya ku di lêkolîna me de hatiye bikar anîn ji bo têgihîştina encamên hatine bidestxistin girîng e. Ev alî di Djemai-Zoghlache et al. 85 de bi berfirehî hatiye ravekirin. Wan bi zanebûn fotoperiyodek 12/12 demjimêran bikar anîn da ku biyokorozyona ku bi biyoqirêjiyê ve girêdayî ye ji hêla mîkroalga sor Porphyridium purpureum ve nîşan bidin. Ew nîşan didin ku fotoperiyod bi pêşveçûna potansiyela bêyî biyokorozyonê ve girêdayî ye, ku xwe wekî lerizînên pseudoperiodîk li dora 24:00 nîşan dide. Ev çavdêrî ji hêla Dowling et al. 86 ve hatin piştrast kirin. Wan biyofîlmên fotosentetîk ên siyanobakteriya Anabaena nîşan dan. Oksîjena çareserbûyî di bin bandora ronahiyê de çêdibe, ku bi guherînek an guherînên di potansiyela biyokorozyona azad de ve girêdayî ye. Girîngiya fotoperiyodê bi vê rastiyê tê tekez kirin ku potansiyela azad ji bo biyokorozyonê di qonaxa ronahiyê de zêde dibe û di qonaxa tarî de kêm dibe. Ev ji ber oksîjena ku ji hêla mîkroalga fotosentetîk ve tê hilberandin e, ku bi rêya zexta qismî ya ku li nêzî elektrodan çêdibe bandorê li reaksiyona katodîk dike87.
Herwiha, spektroskopiya înfrared a veguherîna Fourier (FTIR) hate kirin da ku were dîtin ka gelo piştî têkiliya bi Nb-MXenes re di pêkhateya kîmyewî ya şaneyên mîkroalgayan de guhertin çêbûne an na. Ev 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, spektrumên referansê yên mîkroalgayan agahdariyên girîng di derbarê taybetmendiyên kîmyewî yên van organîzmayan de peyda dikin. Ev lerizînên herî muhtemel di frekansên 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. yek. 1 1 (C–H) û 3280 cm–1 (O–H) de cih digirin. Ji bo SL Nb-MXenes, me îmzeyek dirêjkirina girêdana CH dît ku bi lêkolîna me ya berê re lihevhatî ye38. Lêbelê, me dît ku hin lûtkeyên din ên bi girêdanên C=C û CH ve girêdayî winda bûn. Ev nîşan dide ku pêkhateya kîmyewî ya mîkroalgayan dibe ku ji ber têkiliya bi SL Nb-MXenes re guhertinên piçûk bibîne.
Dema ku guhertinên gengaz di bîyokîmyaya mîkroalgayan de têne nirxandin, pêdivî ye ku kombûna oksîdên neorganîk, wekî oksîda nîyobyûmê, ji nû ve were nirxandin59. Ew di wergirtina metalan ji hêla rûyê şaneyê ve, veguhastina wan nav sîtoplazmayê, girêdana wan bi komên karboksîl ên navxaneyî, û kombûna wan di polîfosfozomên mîkroalgayan de beşdar e20,88,89,90. Wekî din, têkiliya di navbera mîkroalgayan û metalan de ji hêla komên fonksiyonel ên şaneyan ve tê parastin. Ji ber vê sedemê, vegirtin jî bi kîmyaya rûyê mîkroalgayan ve girêdayî ye, ku pir tevlihev e9,91. Bi gelemperî, wekî ku tê hêvîkirin, pêkhateya kîmyewî ya mîkroalgayên kesk ji ber vegirtina oksîda Nb hinekî guherî.
Balkêş e ku astengkirina destpêkê ya mîkroalgayan a ku hatiye dîtin bi demê re berevajî bû. Wekî ku me dît, mîkroalgayan guherîna destpêkê ya jîngehê derbas kir û di dawiyê de vegeriya rêjeyên mezinbûna normal û heta zêde bû. Lêkolînên potansiyela zeta dema ku di nav medyaya xurekê de têne danîn, aramiya bilind nîşan didin. Bi vî rengî, têkiliya rûberî di navbera hucreyên mîkroalgayan û nanoflakên Nb-MXene de di seranserê ceribandinên kêmkirinê de hate parastin. Di analîza me ya din de, em mekanîzmayên sereke yên çalakiyê yên ku bingeha vê tevgera berbiçav a mîkroalgayan in kurteber dikin.
Çavdêriyên SEM nîşan dane ku mîkroalg meyla girêdana bi Nb-MXenes re dikin. Bi karanîna analîza wêneya dînamîk, em piştrast dikin ku ev bandor dibe sedema veguherîna nanoplakên Nb-MXene yên du-alî bo perçeyên sferîktir, bi vî rengî nîşan didin ku hilweşîna nanoplakan bi oksîdasyona wan ve girêdayî ye. Ji bo ceribandina hîpoteza me, me rêze lêkolînên materyal û biyokîmyayî pêk anîn. Piştî ceribandinê, nanoplak hêdî hêdî oksîd bûn û di nav hilberên NbO û Nb2O5 de hilweşiyan, ku ji bo mîkroalgên kesk gef nexwarin. Bi karanîna çavdêriya FTIR, me di pêkhateya kîmyewî ya mîkroalgên ku di hebûna nanoplakên Nb-MXene yên 2D de hatine înkubasyon kirin de tu guhertinên girîng nedîtin. Bi berçavgirtina îhtîmala vegirtina oksîda nîyobyûmê ji hêla mîkroalgên ve, me analîzek fluoresansa tîrêjên X pêk anî. Ev encam bi zelalî nîşan didin ku mîkroalgên lêkolînkirî bi oksîdên nîyobyûmê (NbO û Nb2O5) dixwin, ku ji bo mîkroalgên lêkolînkirî ne-jehrîn in.