Gratias tibi ago pro natura.com adire.Versionem navigatoris limitata CSS auxilio uteris.Ad optimam experientiam commendamus ut navigatro renovato uteris (vel inactivare Compatibilitas Modus in Penitus Rimor).Interea, ut subsidia continua conservent, locum sine stylis et JavaScript reddemus.
Simul labitur carousel trium ostentat.Bullae Priore et Posteriore utere ut per tres lapsus tempore moveantur, vel globulis lapsus utere in fine, ut per tres lapsus tempore moveatur.
Celeri progressionis nanotechnologiae eiusque integratio in cotidianas applicationes ambitum imminere potest.Dum virides methodi ad degradationem contaminantium organicorum recte constituuntur, recuperatio contaminantium inorganicorum crystallinorum maioris curae est ob humilitatem sensus biotransformationum ac defectus intelligentiae materialium superficiei interactionum cum biologicis.Hic utimur in exemplo Nb-substructo inorganico 2D MXenes cum simplici forma analysi parametri methodo ad investigandum bioremediationis mechanismum 2D nanomaterialium ceramicorum a microalgae Raphidocelis viridi subcapitatae.Invenimus microalgae degradare Nb-substructio MXenes ob interationes physico-chemicae superficie relatas.Initio MXene nanoflaki uni-strati multilayri superficiei microalgae affixae sunt, quae incrementum algae aliquantum imminuerunt.Attamen, super diuturno commercio cum superficie, microalgae oxidized MXene nanoflakes et ulterius resolutas eas in NbO et Nb2O5.Cum hi oxydi ad cellulas microalgae non-toxici sint, Nb oxydatum nanoparticula absorptione mechanismum consumunt, qui microalgae post 72 horas curationis aquae ulterioris restaurat.Effectus nutrimentorum cum effusio coniunguntur etiam in incremento in volumine cellularum redduntur, earumque figurae laeves ac mutationis in incremento suo.Ex his inventis colligimus brevem et longam praesentiam Nb-substructis MXenes in oecosystematis aquae dulcis tantum posse impulsus minoris environmental facere.Mirum notabile est quod, duobus dimensivis nanomaterialibus utentes exemplaribus systematis, demonstramus facultatem investigationis figurae transformationis etiam in materiis subtilibus.Super, hoc studium quaestioni fundamentali respondet de superficiei processuum commercio actis actis machinationem bioremediationis 2D nanomaterialium agentem et fundamentum praebet ulteriori breve tempus et diuturnum studiorum impulsum inorganici crystallini nanomaterialium.
Nanomateriales multum interest ex inventione generaverunt, et variae nanotechnologiae recenter modernizationis phase1 ingressi sunt.Dolendum sane, integratio nanomaterialium in applicationes cotidianas ducere potest ad emissionem accidentalem propter impropriam dispositionem, neglegentem pertractationem, vel infrastructuram securitatis inadaequatae.Rationabile est igitur assumere quod nanomateria, duo dimensiva (2D) nanomateria, solvi possunt in ambitum naturalem, mores et actionem biologicam quarum nondum plene sunt intellectae.Quare mirum non est ecotoxicitatem sollicitudinum 2D nanomaterialium facultatem diffundere in systemata aquatilium 2,3,4,5,6.In his oecosystematis, nonnulli 2D nanomateriales cum variis organismis in diversis trophicis ordinibus, microalgae inclusis, se occurrunt.
Microalgae organismi primitivi sunt naturaliter inventi in aquae dulcis et oecosystematis marinis quae varietatem productorum chemicorum per photosynthesin efficiunt.Quales tales sunt criticae oecosystematis aquaticis,9,10,11,12, sed etiam sensitivae, vilis et late adhibitae indicibus ecotoxicitatis 13,14.Cum cellae microalgae celerius et celeriter multiplicatae praesentibus variis compositionibus respondent, promittunt evolutionem methodorum amicabilium ad tractandum aquam substantiis organicis contaminatam 15,16.
Algae cellulae inorganicas ab aqua per biosorptionem et accumulationem 17.18 removere possunt.Species algalae quaedam ut Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue et Synechococcus sp.Inventum est iones metallorum toxicorum ferre et etiam nutrire ut Fe2+, Cu2+, Zn2+ et Mn2+19.Cetera studia demonstraverunt Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ vel Pb2+ iones incrementi Scenedesmi circumscribere morphologiam cellam mutando et eorum chloroplasta 20,21 destruendo.
Viridis methodi ad compositionem pollutantium organicorum et amotionis metallorum gravium ions attentionem scientiarum et fabrum circa mundum attraherunt.Hoc maxime ex eo, quod huiusmodi contaminantes in liquida periodo facile discursum sunt.Attamen inquinamenta crystallina inorganica per solubilitatem aquarum et humilem susceptibilitatem variarum biotransformationum propriae sunt, quae magnas difficultates in remediatione gignunt, et in hac provincia parum progressus est 22, 23, 24, 25, 26.Ita quaesitio solutionum environmentally amicarum ad reparationem nanomaterialium manet in area implicata et inexplorata.Ob summam dubitationem de effectibus biotransformationum 2D nanomaterialium, non est facilis via ad inveniendum semitas possibilis suae turpitudinis in reductione.
In hoc studio, viridis microalgae sicut activum aqueum bioremediationis agentis pro materiis ceramicis inorganicis usi sumus, cum in situ vigilantia degradationis processus MXene ut repraesentativum materiae inorganicae ceramicae.Terminus "MXene" refert stoichiometriam materiae Mn+1XnTx, ubi M est metallum primo transitus, X carbo vel nitrogen, Tx est superficies terminator (eg, -OH, -F, -Cl), et n = 1, 2, 3 vel 427.28.Quia comperta MXenes a Naguib et al.Sensorica, cancer therapia et membranae filtrationis 27,29,30.Praeterea MXenes considerari possunt ut exemplar systematum 2D ob excellentem firmitatem colloidalem et biologicas interationes possibilis 31, 32, 33, 34, 35, 36.
Propterea methodologia in hoc articulo explicata et hypotheses nostrae investigationis in Figura 1. Iuxta hanc hypothesim, microalgae decedunt Nb-fundatae MXenes in compositionibus non-toxicis ob interationes physico-chemicae superficie relatas, quae ulteriorem algae receptam concedit.Ad hanc hypothesim probandam, duo membra familiae niobium antiquarum carbides metallicae transeuntis fundatae et/vel nitrides (MXenes), nempe Nb2CTx et Nb4C3TX, delecti sunt.
Investigationes methodi et evidentiae hypotheses substructae pro MXene receptae a microalgae Raphidocelis viridi subcapitatae.Quaeso nota hanc iustam esse schematicam repraesentationem probationum subnixarum suppositionum.Lacus ambitus differt in medio nutrimento adhibito et conditionibus (exempli gratia diurnus cyclus et limitationes in nutrimentis essentialibus available).Creatum cum BioRender.com.
Propterea, MXene ut exemplar systematis adhibito, ostium aperuimus studiorum diversorum effectuum biologicorum qui cum aliis nanomaterialibus conventionalibus observari non possunt.Praesertim possibilitatem bioremediationis duorum dimensivalium nanomaterialium demonstramus, ut niobium MXenes fundatum, per microalgae Raphidocelis subcapitatae.Microalgae Nb-MXenes in oxydis non-toxicis NbO et Nb2O5 degradare possunt, quae etiam nutrimentum per mechanismum niobium levandum praebent.Altiore, hoc studium respondet quaestioni fundamentali magnae de processibus cum interactionibus physicochemicis superficialibus, qui machinas bioremediationis duarum dimensivarum nanomaterialium regunt.Praeterea formam simplicem parametri fundatam methodum explicamus ad subtiles mutationes in specie 2D nanomaterialium sequi.Hoc ulterius inspirat breve tempus et diuturnum investigationem in varios impulsus environmental nanomaterialium crystallini inorganici.Sic studium nostrum auget intellectum commercii inter superficiem materialem et biologicam materiam.Fundamentum quoque praebemus ad breve tempus et diuturnum studiorum expansionem eorum possibilium impactorum in oecosystematis aquae dulcis, quae iam facile verificari possunt.
MXenes interesting genus materiae repraesentant cum proprietatibus singularibus et pulchris physicis et chemicis et ideo multas applicationes potentiales.Hae proprietates late dependent ab eorum stoichiometria et superficie chemiae.Itaque in studio nostro investigavimus duo genera Nb-substructio hierarchici unius iacuit (SL) MXenes, Nb2CTx et Nb4C3TX, cum diversi effectus biologici horum nanomaterialium observari possent.MXenes e materiis suis incipiens a summo-down selectivam notificationem atomice tenues MAX-phase A stratis producuntur.MAX phase ternaria ceramica composita ex "connexis" caudices carbides metallorum transeuntium et bracteas elementorum "A", ut Al, Si, Sn cum MnAXn-1 stoichiometra.morphologia initialis MAX phase a microscopio electronico (SEM) inspecto observata est et cum praecedentibus studiis congruebat (Vide Accessiones Informationes, SI, Figura S1).Multilayer (ML) Nb-MXene adeptus est remoto strato Al cum 48% HF (acidi hydrofluorici).morphologia ML-Nb2CTx et ML-Nb4C3TX a microscopio electronico (SEM) (figurae S1c et S1d respective) observata est et morphologia MXene typica observata est, similis duobus dimensivis nanoflacis transeuntibus per poros elongatos sicut fuperius.Ambae Nb-MXenes multum commune habent cum MXene augmentis antea perstringitur acido etching27,38.Confirmata structura MXene, eam intercalatam tetrabutylammonium hydroxidum (TBAOH) lavando et sonicatione secuti, post quam unius iacuit vel iacuit (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes consecuti sumus.
Permissionis electronicae microscopii (HRTEM) et X-radii diffractionem (XRD) altam resolutionem usi sumus ad probandam efficientiam enormationis et ulterioris decorticationis.Proventus HRTEM processit utens inverso Fast Fourierus Transform (IFFT) et Fast Fourierus Transform (FFT) monstrantur Fig. 2. Nb-MXene nanoflakes ora ordinati sunt ad reprimendam structuram strato atomico et intervalla interplana metiuntur.HRTEM imagines MXene Nb2CTx et Nb4C3TX nanoflakes naturam suam atomice tenuem patefecerunt (cf. Fig. 2a1, a2), ut antea Naguib et al.27 et Jastrzębska et al.38 retulerunt.Duobus monolayers adiacentibus Nb2CTx et Nb4C3Tx, intervalla interjacentium 0,74 et 1.54 nm, respective (Figs. 2b1,b2), constituimus, quae etiam cum antecedentibus eventibus nostris convenit.Hoc amplius confirmatum est ab inverso celeriter Fourieriani (Fig. 2c1, c2) et ieiunium Fourieriani transformatum (Fig. 2d1, d2) ostendens distantiam monolayorum inter Nb2CTx et Nb4C3Tx.Imago ostendit vicissitudines lucis et tenebrarum nexibus atomis niobium et carbonum respondentium, quae natura studiorum MXenes nunc confirmat.Gravis est notare industriam spectroscopii dispersivi X-radii (EDX) spectris comparatam pro Nb2CTx et Nb4C3Tx (figurae S2a et S2b) reliquias MAX phase originalis ostendisse, cum nulla Al cacumina detecta sit.
Characterization SL Nb2CTx et Nb4C3Tx MXene nanoflakes (a) alta resolutio microscopii electronici (HRTEM) lateralis visum 2D nanoflake imaginationis et correspondentis, (b) intensio modi, (c) inverso celeriter Fourieriani transform (IFFT), (d) celeriter Fourieriani (FFT), (e) Nb-MXenes X-ray exemplaria.Nam SL 2D Nb2CTx exprimuntur numeri ut (a1, b1, c1, d1, e1).Nam SL 2D Nb4C3Tx exprimuntur numeri ut (a2, b2, c2, d2, e1).
X-radius diffractionis mensurarum SL Nb2CTx et Nb4C3Tx MXenes in Fig.2e1 et e2, respectively.Culmina (002) ad 4.31 et 4.32 respondent MXenes Nb2CTx et Nb4C3TX38,39,40,41 superius descriptae respondent.Eventus XRD etiam praesentiam alicuius ML structurae et MAX incrementorum residua indicant, sed maxime XRD exemplaria cum SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2).Praesentia minorum particularum MAX phase explicabit fortiorem MAX apicem comparatum passim cum stratis reclinatis Nb4C3Tx.
Praeterea investigatio viridis microalgae ad species R. subcapitatae spectantia notavit.Nos microalgae elegimus quia magni momenti effectores qui inter telas maiores edunt 42 .Sunt etiam unus ex primis indicibus toxicitatis propter facultatem substantias toxicas removendi quae ad superiora alimenti catena43 feruntur.Praeterea investigatio de R. subcapitata illustrare potest toxicitatem incidentem SL Nb-MXenes ad microorganismos aquae dulcis communes.Ad hoc illustrandum, investigatores opinati sunt singulas microbas esse aliam sensum mixtorum toxicorum in ambitu rerum praesentem habere.Pleraque enim organismi, humilis substantiarum concentrationes, incrementum suum non afficiunt, cum concentratione supra certum modum eas inhibere vel etiam causare mortem possunt.Itaque studiis nostris superficiei commercii inter microalgae et MXenes et adiunctis recuperandis operam davimus ut concentrationes innoxias et toxicas Nb-MXenes temptaremus.Ad hoc faciendum, tentavimus concentrationes 0 (sicut referentia), 0.01, 0.1 et 10 mg l-1 MXene ac microalgae infectae cum maximorum concentratione MXene (100 mg l-1 MXene), quae extremae et letales esse possunt..ad aliquam consequat consequat.
Effectus SL Nb-MXenes microalgae in Figura 3, exprimuntur ut recipis incrementi promotionis (+) vel inhibitionis (-) mensurae ad exempla 0 mg l-1 expressa.Ad comparationem, Nb-MAX phase et ML Nb-MXenes probati sunt et eventus in SI monstrantur (cf. Fig. S3).Eventus consecutus confirmavit SL Nb-MXenes toxicitatis fere omnino expertem esse in extensionibus concentrationis humilium ab 0.01 ad 10 mg/l, ut in Fig. 3a,b.In casu Nb2CTx non plus quam 5% ecotoxicitatem in range determinatis observavimus.
Stimulation (+) vel inhibitionis (-) incrementi microalgae coram SL (a) Nb2CTx et (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 et 72 horae commercii MXene-microalgae enucleatae sunt. Notae significantes (t-test, p < 0.05) asterisco notatae sunt (*). Notae significantes (t-test, p < 0.05) asterisco notatae sunt (*). начимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены вездочкой (*). Notae significantes (t-test, p < 0.05) asterisco notantur (*).t p <0.05）用星号(*)t p <0.05）用星号(*) ажные данные (t-test, p < 0,05) отмечены вездочкой (*). Magni momenti notitia (t-test, p < 0.05) asterisco notantur (*).Sagittae rubrae indicant abolitionem excitationis inhibitoriae.
E contra, humilis concentratione Nb4C3TX evasit leviter magis noxia, sed non altior quam 7%.Ut expectatur, animadvertimus MXenes altiorem toxicitatem et microalgae incrementum inhibitionis apud 100mg L-1 habuisse.Interestingly, nulla materiarum eiusdem tenoris et temporis dependentiam ostendit effectibus atoxic/toxicis comparatis ad exempla MAX vel ML (vide SI ad singula).Dum ad MAX phase (vide Fig. S3) toxicitas circiter 15-25% pervenit et cum tempore aucta est, vicissim inclinatio observata est pro SL Nb2CTx et Nb4C3TX MXene.Inhibitio microalgae incrementi per tempus decrevit.Pervenit circiter 17% post 24 horas et ad minus quam 5% post 72 horas decidit (fig. 3a, b, respective).
Potius, ad SL Nb4C3TX, inhibitionis microalgae incrementum fere 27% post 24 horas pervenit, sed post 72 horas ad 1% fere decrevit.Itaque effectum observatum inhibuimus ut inhibitionis stimulationis inversae, et effectus validior erat in SL Nb4C3TX MXene.Impellit incrementi microalgae cum Nb4C3TX (interactiones 10 mg L-1 pro 24 h) notatae sunt cum SL Nb2CTx MXene.Effectus inhibitionis-stimulationis inversio etiam bene ostenditur in curva taeda taeda duplicata (cf. Fig. S4 ad singula).Hactenus tantum ecotoxicitas Ti3C2TX MXene diversimode studuit.Ad embryos zebrafish non toxica sed modice ecotoxica microalgae Desmodesmo quadricauda et Sorghum saccharatum plantarum 45 est.Alia exempla effectuum specificorum includunt superiora toxicitatem ad lineas cellulas cancri quam ad lineas cellulas normales 46,47.Fieri posset ut condiciones probatae moverent mutationes in microalgae incrementi coram Nb-MXenes observatas.Exempli gratia, pH circiter 8 in stromate chloroplastarum optimal est ad efficientem enzyme RuBisCO operationem.Mutationes igitur pH negative afficiunt ratem photosynthesis 48,49.Attamen in experimento significantes mutationes in pH (vide SI, Fig. S5 notavimus).In genere, culturae microalgae cum Nb-MXenes pH solutionis super tempus aliquantulum reductae sunt.Sed haec diminutio similis erat mutationi in pH mundi puri.Praeterea varietas variarum inventarum similis erat quae mensuratur pro puro cultura microalgae (tempus specimen).Sic concluditur photosynthesis in pH super tempus mutationes non affici.
Praeterea MXenes summatim perstringi desinentias (ut Tx notantur).Hi coetus maxime functiones sunt -O, -F et -OH.Sed superficies chymiae directe se habet ad modum syntheseos.Hi coetus super superficiem passim distribui esse noscuntur, difficilem effectum suum in proprietatibus MXene50 praedicere.Argui potest Tx vim catalyticam esse pro oxidatione niobium a lumine.Superficies functionis coetus quidem plures sites ancoras praebent ut photocatalystis subiacentibus ad heterojunctiones 51 formentur.Attamen mediae compositionis incrementum incrementum photocatalyticum efficacem non praebebat (media compositio singillatim in SI Tabula S6 inveniri potest).Praeterea quaelibet superficies modificatio magni ponderis est, sicut actio biologica MXenes mutari potest ob iacum post processum, oxidationem, modificationem superficiei chemicae compositorum organicarum et inorganicorum 52,53,54,55,56 vel superficies crimen engineering38.Ideo ut probemus utrum oxydatum niobium aliquid habeat cum instabilitate materiali in medio, studia de zeta (ζ) potentia in medio microalgae incrementi et aquae deionizatae perduximus (ad comparationem).Proventus nostri ostendunt SL Nb-MXenes satis firmum esse (cf. SI Fig. S6 pro MAX et ML eventum).Potentia zeta SL MXenes est circiter -10 mV.In casu SR Nb2CTx, valor ipsius aliquantum negativus est quam Nb4C3Tx.Talis mutatio in valore indicari potest quod superficies negative accusatae MXene nanoflakes positivo accusatas iones e medio culturae haurit.Mensurae temporales zetae potentialis et conductivity Nb-MXenes in medio culturae (vide figurae S7 et S8 in SI pro magis details) hypothesim nostram sustentare videntur.
Sed utrumque Nb-MXene SLs ostendit minimas mutationes a nulla.Hoc eorum stabilitatem in microalgae incrementi medio clare demonstrat.Preterea censuimus, an presentia nostri viridis microalgae stabilitatem affectaret Nb-MXenes in medio.Eventus zetae potentialis et conductivitatis MXenes post commercium cum microalgae in instrumentis nutrientibus et cultura supra tempus inveniri possunt in SI (Figura S9 et S10).Interestingly, animadvertit microalgae praesentiam utriusque MXenes dissipationem stabilire visa.In casu Nb2CTx SL, potentia zeta per tempus ad valores magis negativos vel leviter diminuitur (-15.8 versus -19.1 mV post 72 h incubationis).Zeta potentia SL Nb4C3TX leviter aucta est, sed post 72 h adhuc altiorem stabilitatem ostendit quam nanoflakes sine microalgae praesentia (-18.1 vs. -9.1 mV).
Etiam solutiones conductivity Nb-MXene inferiores coram microalgae incubatis invenimus, significans quantitatem inferiorem ionum in medio nutriente.Egregie instabilitas MXenes in aqua maxime ob oxidationis superficiem.Suspicamur igitur microalgae virides oxydes in superficie Nb-MXene formatas quodammodo purgare et eventum eorum impedivisse (oxidationis MXene).Hoc videri potest perscrutando genera substantiarum microalgae occupatarum.
Dum studia nostra ecotoxicologica significabant microalgae toxicitatem Nb-MXenes superare posse super tempus et insolitum inhibitionis incrementi incitatae, finis studii nostri erat investigandi machinas agendi possibilis.Cum organismi, ut algae, compositis vel materiis oecosystematis suis ignotae exponuntur, agere possunt variis modis 58,59.Absentibus oxydis metallicis toxici, microalgae se pascere possunt, sino eas continue60 crescere.Post ingestionem substantiarum toxicarum, machinationes defensionis excitari possunt, sicut figura vel forma mutabilis.Possibilitas effusionis etiam considerari debet 58,59.Egregie signum quodvis mechanismi defensionis est evidens index toxicitatis test compositi.Ergo in ulteriore opere nostro quaesivimus potentialem superficiem commercium inter SL Nb-MXene nanoflakes et microalgas per SEM et possibilem absorptionem Nb-dice- MXene per spectroscopium fluorescens X-radii (XRF).Nota SEM et XRF analyses tantum in summa intentione MXene faciendas esse ut quaestiones toxicitatis activitatis electronicae.
SEM eventus in Fig.4 monstrantur.Increatae cellae microalgae (cf. fig. 4a, specimen referentia) evidenter ostendit R. subcapitata morphologiam typicam et figuram cellulae croissant-amam.Cellulae complanatae et aliquantum dissolutae apparent.Quaedam cellulae microalgae inter se implicatae et implicatae sunt, sed hoc probabiliter causatum est per processum praeparationis specimen.In genere, cellulae microalgae purae superficiem levem habebant et nullas mutationes morphologicas ostendebant.
SEM imagines ostendentes superficies commercium inter microalgae viridis et MXene nanosheets post 72 horas commercii ad extremam contentionem (100 mg L-1).(a) Microalgae virides increatae post commercium cum SL (b) Nb2CTx et (c) Nb4C3TX MXenes.Nota Nb-MXene nanoflakes notantur sagittis rubris.Ad comparationem additae sunt imagines e microscopio optica.
E contra, cellulae microalgae a SL Nb-MXene nanoflakes adsortae laesae sunt (cf. Fig. 4b, c, sagittae rubrae).In casu Nb2CTx MXene (Fig. 4b), microalgae crescere solent cum duobus-dimensionalibus nanoscales adiunctis, qui suam morphologiam mutare possunt.Egregie etiam has mutationes sub lumine microscopii (vide SI Figure S11 ad singula).Transitus hic morphologicus plausum fundamentum habet in physiologia microalgae et facultas se defendendi mutando morphologiam cellularum, sicut in augendo volumen cellularum 61 .Ideo refert numerum microalgae cellularum quae actu cum Nb-MXenes attingunt cohiberi.SEM studia demonstraverunt circiter 52% cellularum microalgae Nb-MXenes expositae esse, cum 48% harum cellularum microalgae contactum vitarent.Nam SL Nb4C3Tx MXene, microalgae contactum cum MXene vitare conantur, ita localis et crescens e duobus dimensivis nanoscales (fig. 4c).Tamen non notavimus penetrationem nanoscalium in cellas microalgae et earum damnum.
Conservatio propria est etiam tempus dependens responsionis morum ad obstructionem photosynthesis ob adsorptionem particularum in superficie cellulae et sic dictae obumbrationis effect62.Patet unumquodque obiectum (exempli gratia Nb-MXene nanoflakes) quod est inter microalgas et fontem lucis quantitatem limitat luminis a chloroplastis absorpti.Nihilominus non dubitamus hanc notabilem ictum in eventibus consecutis.2D nanoflaki superficiei microalgae, etiam cum cellae microalgae cum Nb-MXenes contactae erant, cum observationibus nostris microscopicis, sicuti patet, non sunt involuti vel adhaesi.Instead, nanoflakes evenit ut cellulas microalgae dirigendas sine superficie obtegeret.Talis copia nanoflaculorum microalgae signanter circumscribere nequit quantitatem lucis a cellulis microalgae absorptae.Quin etiam studia nonnulla demonstraverunt emendationem in luce absorptionis organismi photosynthetici in praesentia duorum dimensivarum nanomaterialium 63, 64, 65, 66. .
Cum SEM imagines directe confirmationem niobii a cellulis microalgae confirmari non possent, studium nostrum ulterius ad X-ray fluorescens (XRF) et X-ray spectroscopium photoelectronum (XPS) analysin illustrandum convertit.Ideo intensio cacumina referentiae microalgae speciminum comparavimus quae cum MXenes non inter se cohaerebant, MXene nanoflakes a superficie cellarum microalgae elongatae, et cellulas microalgalales post remotionem MXenes adnexam comparavimus.Notatu dignum est, si Nb uptake nullus est, valorem Nb a cellulis microalgae obtentum nulla post nanoscales adnexam esse debere.Si igitur Nb uptake occurrat, eventus tam XRF quam XPS clarum Nb apicem ostendere debent.
In spectris XRF, exempla microalgae cacumina ostenderunt Nb pro SL Nb2CTx et Nb4C3Tx MXene post commercium cum SL Nb2CTx et Nb4C3Tx MXene (cf. Fig. 5a, note etiam eventus pro MAX et ML MXenes in SI, Figs S12–C17 monstrari).Interestingly, intensio cacuminis Nb in utroque casu eadem est (bars rubris in Fig. 5a).Hoc significavit algae plus Nb haurire non posse, et maximam capacitatem Nb cumulum in cellulis consecutum est, quamquam duo tempora Nb4C3Tx MXene pluribus cellulis microalgae adnexae sunt (barses caeruleae in Fig. 5a).Egregie facultas microalgae ad metalla trahendi dependet ab intentione oxydi metallici in ambitu67,68.Shamshada et al.67 invenit capacitatem absorptivam algae aquae dulcis decrescentem cum pH augendo.Raize et al.68 notandum est facultatem alga ad metalla trahendi circiter 25% altiorem pro Pb2+ quam pro Ni2+.
(a) XRF eventus basalis Nb uptake per microalgae viridis cellulis incubatis ad arctissimam intentionem SL Nb-MXenes (100 mg L-1) pro 72 horis.Eventus ostendunt praesentiam α in cellulis microalgae puris (complae griseae, columnae griseae), 2D nanoflakes a superficiebus cellulis microalgae (columnis caeruleis), et cellas microalgae post separationem 2D nanoflaculorum a superficie (columnis rubris).Moles elementorum Nb, (b) recipis compositionis chemicae microalgae componentium organicarum (C=O et CHx/C-O) et oxydi Nb in cellulis microalgae post incubationem cum SL Nb-MXenes, (c-e) Apta compositionis cacumen XPS SL Nb2CTx spectris et (fh) SL Nb4C3Tx SL Nb4C3Tx e cellulis internis.
Ideo expectavimus Nb ab algalis cellulis in forma oxydi absorberi posse.Ad hoc probandum, studiis egimus XPS in MXenes Nb2CTx et Nb4C3TX et algis cellulis.Eventus commercii microalgae cum Nb-MXenes et MXenes ab algae cellulis separatae in Figur monstrantur.5b.Ut expectatur, cacumina Nb 3d in speciminibus microalgae post remotionem MXene e superficie microalgae deteximus.Quantitatis determinatio ipsius C=O, CHx/CO, et oxydi Nb in Nb 3d, O 1s, C 1s spectris obtentis Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) et Nb4C3Tx SL (Fig. 5c-e).) ab incubatis microalgae impetratis.Figura 5f-h) MXenes.Mensa S1-3 ostendit singula parametri cacuminis et altiore chemia ex apta provenientia.Notabile est regiones Nb 3d Nb2CTx SL, Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) uni componenti Nb2O5 respondere.Hic nullas apices MXene relatas in spectris invenimus, significans microalgae cellas tantum formam oxydi Nb absorbere.Praeterea spectrum C 1 s approximavimus cum C-C, CHx/C-O, C=O, et -COOH componentibus.CHx/C-O et C=O apices organicam cellularum microalgae contributionem assignavimus.Harum partium organicarum ratio pro 36% et 41% C 1s cacumina in Nb2CTx SL et Nb4C3TX SL, respective.Tunc spectra O 1s ipsius SL Nb2CTx et SL Nb4C3TX aptavimus cum Nb2O5, organicis componentibus microalgae (CHx/CO), et superficiem aquae adsorbendae.
Denique eventus XPS clare indicat formam Nb, non praesentiam eius iustam.Secundum positionem signi Nb 3d et eventus deconvolutionis, confirmamus Nb solum in forma oxydi et non ions vel MXene absorberi.Praeterea eventus XPS demonstraverunt microalgae cellulas maiorem facultatem habere oxydi Nb e SL Nb2CTx comparati SL Nb4C3TX MXene suscipiendi.
Dum nostri Nb uptake eventus sunt impressivi et sinunt nos agnoscere MXene degradationem, nulla methodus praesto est ad indagare mutationes morphologicas in 2D nanoflakes consociatas.Ideo etiam aptam methodum evolvere decrevimus quae directe respondere potest omnibus mutationibus in 2D Nb-MXene nanoflakes et microalgae cellulis occurrentibus.Illud notandum est quod si species interacting aliquam transmutationem, compositionem vel corruptionem subeunt, hoc cito se manifestat sicut mutationes in figurarum parametris, ut diameter areae circularis aequivalentis, rotunditatis, Feret latitudinis, Feret longitudinis.Cum hi parametri aptiores sint ad describendas particulas elongatas vel nanoflacas duas dimensivales, eorum vestigia per dynamicam figuram analysin dabunt nobis pretiosam informationem de transformatione morphologicae SL Nb-MXene nanoflakes in reductione.
Eventus consecutus in Figura demonstratur 6. Ad comparationem, etiam probata sunt originalia MAX phase et ML-MXenes (vide figurae SI S18 et S19).Dynamica analysis figurae particulae ostendit omnes figuras parametri duorum Nb-MXene SLs signanter mutatas esse post commercium cum microalgae.Ut patet per aream diametri parametri aequivalentis circularis (Fig. 6a, b), reducta cacumina intensio fractionis magnarum nanoflaculorum indicat se delabi in fragmenta minora.Pridie fici.6c, d diminutionem ostendit in cacuminibus cum transversa magnitudine carnium (elongatio nanoflakarum), indicans transformationem 2D nanoflakorum in figuram magis particulam similem.Figura 6e-h latitudinem et longitudinem Feret respective ostendens.Feret latitudinis et longitudinis sunt parametri complementarii et ideo simul considerari debent.Post incubationem 2D Nb-MXene nanoflakes in praesentia microalgae, eorum cacumina Feret reciproci moverunt et eorum intentio minuitur.Ex his proventibus in compositione cum morphologia, XRF et XPS conclusimus mutationes observatas ad oxidationem valde pertinentes sicut MXenes rugosiores fieri et in fragmenta et particulas sphaericas oxydatum frangere 69,70.
Analysis MXene transformationis post commercium cum microalgae viridi.Analysis figura dynamica particulae tales parametri rationem habet ut (a, b) diametri aequalis areae circularis, (c, d) rotunditatis, (e, f) Feret latitudinis et (g, h) Feret longitudinis.Ad hunc finem duo specimina microalgae referentia simul cum primariis SL Nb2CTx et SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx et SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae degradatae sunt, et microalgae SL Nb2CTx et SL Nb4C3Tx MXenes tractaverunt.Sagittae rubrae demonstrant transitus figurae parametrorum investigatorum duorum dimensivarum nanoflacorum.
Cum figura analysi parametri certissima est, etiam morphologicas mutationes in microalgae cellulis revelare potest.Itaque aequivalentem aream circularem diametri, rotundi, et Feret latitudinis / longitudinis enucleavimus cellularum merarum microalgae et cellularum post commercium cum 2D Nb nanoflakes.Pridie fici.6a-h mutationes in parametris cellularum algae figuram ostendunt, ut patet per diminutionem in cacumine intensio et mutatione maximarum ad bona superiora.Praesertim cellula rotunditas parametri ostendit decrementum in cellulis elongatis et in cellulis sphaericis incrementum (fig. 6a, b).Praeterea Feret cellularum latitudo a pluribus micrometris aucta post commercium cum SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) comparatum SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f).Hoc suspicamur ob validi oxydi Nb oxydi sustentationem microalgae in commercio cum Nb2CTx SR esse.Minus rigidum affectum Nb incanduit ad suas superficies in cellula incremento cum effectus minimi frondibus provenire potest.
Nostrae observationes mutationum in parametris figurae et magnitudinis microalgae studia alia complent.Microalgae viridis suam morphologiam mutare possunt in responsione ad accentus environmental mutando magnitudinem cellulam, figuram vel metabolismum.Exempli gratia: cellularum magnitudine mutans effusionem nutrimentorum faciliorem reddit.Minores algae cellulae inferiores sustentationem nutrientem et deminutam incrementi ratem ostendunt.Econtra cellulae maiores nutrimenta plura consumere tendunt, quae deinde intracellulare 72,73 deponuntur.Machado et Soares invenerunt fungicide triclosan magnitudinem cellulae augere posse.Mutationes etiam altae in figura algae74 invenerunt.Praeterea Yin et al.9 etiam morphologicas mutationes in algis post detectionem ad grapheneum oxydatum nanocompositum reductum patefecit.Patet igitur magnitudinem mutatam parametri microalgae coram MXene causari.Cum haec mutatio quantitatis et figurae indicativa mutationum in nutrimento sustentationis, credimus analysin amplitudinis et figurae parametros supra tempus demonstrare posse susceptionem oxydi niobii per microalgae coram Nb-MXenes.
Praeterea MXenes coram algis oxidized potest.Dalai et al.75 observavit morphologiam algae viridis nano-TiO2 et Al2O376 expositam non uniformem fuisse.Etsi observationes nostrae similes huic studio sunt, solum ad studium de effectibus bioremediationis pertinet secundum degradationem productorum MXene coram 2D ​​nanoflakes et non nanoparticles.Cum MXenes in oxydatum metallicum degradare possit, 31, 32, 77,78 consentaneum est assumere nostrum Nb nanoflakes etiam Nb oxydatum formare cum cellulis microalgae mutuantibus.
Ut reductionem 2D-Nb nanoflakes per compositionem mechanismum in oxidationis processu enuclearet, studia perduxerunt utendo alta resolutio transmissionis microscopii (HRTEM) (Fig. 7a, b) et X-radii photoelectron spectroscopii (XPS) (Fig. 7).7c-i et tabulae S4-5).Ambae aditus aptiores sunt ad oxidationem materiae 2D investigandam et ad invicem complendas.HRTEM degradationem duarum dimensivarum stratarum structurarum ac sequentem speciem nanoparticulorum metallorum oxydatum resolvere potest, dum XPS ad vincula superficies sentit.Ad hoc probavimus 2D Nb-MXene nanoflakes e dispersione microalgae cellae extractas, id est, figuram eorum post commercium cum cellulis microalgae (cf. Fig. 7).
Imagines HRTEM ostendentes morphologiam oxidized (a) SL Nb2CTx et (b) SL Nb4C3Tx MXenes, XPS analysi proventus ostendens (c) compositionem productorum oxidorum post reductionem, (d-f) summam adaptationem partium XPS spectrae SL Nb2CTx et (g- i) Nb4C3Tx SL reparatae cum microalae viridi.
HRTEM studia oxidationis duorum generum Nb-MXene nanoflakes confirmavit.Quamquam nanoflaki suas morphologias duas dimensivas aliquatenus retinuerunt, oxidatio consecuta est in specie plurium nanoparticulorum operientium superficiem MXene nanoflakorum (cf. Fig. 7a, b).XPS analysi ipsius c signa Nb 3d et O 1s in utroque casu formata sunt oxydi Nb.Ut in Figura 7c, 2D MXene Nb2CTx et Nb4C3TX habent, signa Nb 3d oxydi NbO et Nb2O5 praesentiam ostendunt, dum O 1s signa indicant numerum vinculorum O-Nb cum officiatione superficiei 2D nanoflake adiunctum.Animadvertimus Nb oxydi contributionis dominam esse comparatam cum Nb-C et Nb3+-O.
Pridie fici.Figurae 7g-i ostendunt spectra XPS Nb 3d, C 1s, O 1s SL Nb2CTx (cf. Fig. 7d-f) et SL Nb4C3TX MXene a microalgae cellulis separatae.Singula parametri Nb-MXenes in Tabulis S4-5, respective.Primum compositionem Nb 3d explicavimus.E contra Nb a cellulis microalgae occupatis, in MXene separatim a cellulis microalgae, praeter Nb2O5, alia inventa sunt.In Nb2CTx SL animadvertimus collationem Nb3+-O in quantitate 15%, dum reliqui spectri Nb 3d a Nb2O5 (85%) dominabantur.Praeterea SL Nb4C3TX specimen continet Nb-C (9%) et Nb2O5 (91%) composita.Hic Nb-C venit e duobus stratis atomicis internis carbide metallica in Nb4C3Tx SR.Tunc spectra C 1s spectris describemus in quattuor partes distinctas, sicut in exemplis internis egimus.Ut expectatur, spectrum C 1s carbo graphico opprimitur, deinde contributionibus particularum organicarum (CHx/CO et C=O) e cellulis microalgae.Praeterea in spectro O 1s observavimus collationem formarum organicarum cellularum microalgae, oxydi niobii, et aquae adsorbendae.
Praeterea investigavimus num FISSIO Nb-MXenes coniungatur cum speciebus oxygenii reciprocis (ROS) in medio nutriente et/vel microalgae cellulis.Ad hunc finem perpendimus gradus oxygeni simplicis (1O2) in medio culturae et glutathione intracellulare, thiolum qui antioxidant in microalgae agit.Eventus in SI monstrantur (Figura S20 et S21).Culturae cum SL Nb2CTx et Nb4C3TX MXenes redactae sunt (vide Figure S20).In casu SL Nb2CTx, MXene 1O2 ad 83% circiter.Ad culturas microalgae utentes SL, Nb4C3TX 1O2 magis etiam decreverunt, usque ad 73%.Interestingly, mutationes in 1O2 ostendebant eandem inclinationem ac effectum inhibitorium-stimulatorium antea observatum (cf. Fig. 3).Argui potest quod incubatio in luce clara mutare potest photooxidationem.Attamen eventus analysi regiminis ostendit fere constantes gradus 1O2 in experimento (Fig. S22).Cum in gradibus intracellularis ROS, eandem inclinationem deorsum tendentem observavimus (cf. Figura S21).Initio gradus ROS in cellulis microalgae excultis coram Nb2CTx et Nb4C3Tx SLs gradus in puris culturarum microalgae inventis excesserunt.Tandem tamen apparebat microalgae tam Nb-MXenes accommodatae praesentiae, ut gradus ROS usque ad 85% et 91% decrescebat graduum graduum in puris culturas microalgae inoculatis cum SL Nb2CTx et Nb4C3TX, respective.Hoc indicare potest quod microalgae plus temporis in praesentia Nb-MXene sentiunt quam in solo media nutriente.
Microalgae diversae sunt coetus organismi photosyntheticae.Per photosynthesim, dioxide atmosphaerico (CO2) in carbonem organicum convertunt.Producta photosynthesis glucosi et oxygenii sunt.Suspicamur oxygenium sic formatum munus criticum in oxidationis Nb-MXenes habere.Una explicatio haec est, quod parameter aerationis differentialis formatur ad depressiones et altas pressuras partiales oxygenii extra et intra Nb-MXene nanoflakes.Hoc significat, ubicunque areae diversarum pressionum partialium oxygenii sunt, aream cum infimo gradu anodam 80, 81, 82. Hic microalgae conferunt creationem cellularum aeratarum differentialiter in superficie flacculorum MXene, quae oxygenium ex suis proprietatibus phosyntheticis efficiunt.Quam ob rem producta biocorrosio (hoc in casu, oxydi niobium) formantur.Alia ratio est quod microalgae acida organica producere possunt quae in aquam emittuntur 83,84.Unde ambitus pugnax formatur, ita mutato Nb-MXenes.Praeterea microalgae pH environment in alcalina ob effusionem dioxidis carbonis mutare possunt, quae etiam corrosionem 79 causare possunt.
Potius obscura/lucis photoperiod in nostro studio usus est critica ad eventus cognoscendos consecuti.Haec ratio fuse describitur in Djemai-Zoghlache et al.85 De industria adhibita photoperiodi horae 12/12 ad demonstrandum biocorrosionem cum biofouling per microalgae rubrae Porphyridium purpureum.Ostendunt photoperiod coniungi cum evolutione potentiae sine biocorrosione, se manifestantes sicut oscillationes pseudoperiodicas circa 24:00.Haec animadversiones confirmata sunt a Dowling et al.86 Demonstrant photosynthetica biofilms cyanobacteria Anabaena.Dolor dissolutus sub actione lucis formatur, quae cum mutatione vel ambigua in liberae biocorrosionis potentiae coniungitur.Magnitudo photoperiodorum confirmatur eo quod libera potentia biocorrosionis augetur in luce periodo et decrescit in periodo obscura.Hoc accidit oxygenio facto microalgae photosyntheticae, quae movet reactionem cathodicam per pressionem partialem prope electrodes87 genitam.
Praeterea Fourier spectroscopium infrarubrum transformatum (FTIR) fiebat ut exploraret si aliquae mutationes in compositione chemicae microalgae cellularum post commercium cum Nb-MXenes factae essent.Hi consecuti eventus implicati sunt et eos in SI exhibemus (Figura S23-S25, inter eventus scaena MAX et ML MXenes).Denique spectra microalgae consecuta referentia nobis magnas informationes praebent de characteribus chemicis horum organismi.Hae vibrationes probabiliores sunt in frequentiis 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.unus.1 1 (C-H) et 3280 cm-1 (O-H).Pro SL Nb-MXenes signaturam CH-vinclum invenimus quod cum praecedentibus nostris congruit.Animadvertimus tamen aliquas cacumina additamenta cum C=C et CH consociata evanuisse.Hoc indicat compositionem chemica microalgae minoras mutationes ob commercium cum SL Nb-MXenes subire posse.
Cum fieri potest considerando mutationes in biochemistria microalgae, coacervatio oxydi inorganici, qualis est oxydi niobium, retractari debet.In metallorum susceptione per superficiem cellulae implicatur, earum transportatio in cytoplasmum, earum societas cum globis carboxylis intracellulares, earumque accumulatio in microalgae polyphosphosomes 20,88,89,90.Praeterea relatio inter microalgas et metalla conservatur coetibus cellulis functionibus.Quam ob rem absorptio etiam pendet a superficie chemiae microalgae, quae est satis complex9,91.In genere, ut expectatur, compositio chemicae microalgae viridis ob effusio oxydi Nb leviter mutata est.
Interestingly, inhibitio microalgae initialis observata per tempus convertitur.Ut animadvertimus, microalgae initialem mutationem environmental superavit et tandem ad normales incrementum rates rediit atque etiam aucta est.Studia potentiae zetae altam stabilitatem in instrumentis nutrientibus introductam ostendunt.Sic superficies commercium inter cellas microalgae et Nb-MXene nanoflakes per experimenta reductionis conservata est.In ulteriore analysi, praecipuas mechanismos actionis, quae huic mirabili microalgae subsunt, summatim comprehendimus.
SEM observationes docuerunt microalgae tendere ad Nb-MXenes apponere.Analysis imaginis dynamicae utens, confirmamus hunc effectum transformationem duarum dimensivarum Nb-MXene nanoflakes in particulas magis sphæricas, demonstrans compositionem nanoflacorum cum eorum oxidatione sociari.Ad hypothesim nostram probandam, seriem studiorum materialium et diameticorum perduximus.Post experimentum, nanoflaki paulatim oxidizati et in productos NbO et Nb2O5 resoluti, quae minationem microalgae viridis non posuerunt.Usura observationis FTIR nullas mutationes significantes in compositione chemicae microalgae incubatis coram 2D ​​Nb-MXene nanoflakes invenimus.Inspecta possibilitate effusionis oxydi niobii per microalgae, analysin X-radii fluorescentiae praestiterunt.Hi eventus luculenter ostendunt investigatos microalgae oxydis niobium (NbO et Nb2O5) pascere, quae non-toxici sunt microalgae quaesitis.