Misaotra anao nitsidika ny Nature.com.Mampiasa kinova mpitety tranonkala manana fanohanana CSS voafetra ianao.Mba hahazoana traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na esory ny Compatibility Mode amin'ny Internet Explorer).Mandritra izany fotoana izany, mba hiantohana ny fanohizana ny fanohanana, dia hanolotra ny tranokala tsy misy fomba sy JavaScript izahay.
Mampiseho carousel misy sary telo indray mandeha.Ampiasao ny bokotra teo aloha sy manaraka mba hivezivezena amin'ny slides telo amin'ny fotoana iray, na ampiasao ny bokotra slider amin'ny farany mba hivezivezena amin'ny slides telo isaky ny mandeha.
Ny fivoarana haingana ny nanotechnology sy ny fampidirana azy amin'ny fampiharana andavanandro dia mety handrahona ny tontolo iainana.Na dia miorina tsara aza ny fomba maitso amin'ny fanimbana ny loto organika, ny famerenana ireo loto kristaly tsy organika dia mampanahy lehibe noho ny fahatsapan'izy ireo ambany amin'ny biotransformation sy ny tsy fahampian'ny fahatakarana ny fifandraisana ara-nofo amin'ny biolojika.Eto izahay dia mampiasa modely 2D MXenes tsy ara-organika mifototra amin'ny Nb miaraka amin'ny fomba famakafakana mari-pamantarana tsotra mba hanaraha-maso ny mekanika bioremediation ny nanomaterial seramika 2D avy amin'ny microalgae Raphidocelis subcapitata maitso.Hitanay fa manimba ny MXenes miorina amin'ny Nb ny microalgae noho ny fifandraisana ara-batana sy simika mifandraika amin'ny tany.Tany am-boalohany, ny nanoflakes MXene MXene misy sosona tokana sy multilayer dia niraikitra tamin'ny tampon'ny microalgae, izay somary nampihena ny fitomboan'ny ahidrano.Na izany aza, rehefa mifandray maharitra amin'ny ety ambonin'ny tany, ny microalgae dia nanimba ny nanoflakes MXene ary nanimba azy ireo ho NbO sy Nb2O5.Satria tsy misy poizina amin'ny selan'ny microalgae ireo oxides ireo, dia mandany ny Nb oxide nanoparticles izy ireo amin'ny alàlan'ny rafitra hisakana ny fiasan'ireny izay mamerina indray ny microalgae aorian'ny fikarakarana rano mandritra ny 72 ora.Ny fiantraikan'ny otrikaina mifandray amin'ny fisondrotana dia hita taratra ihany koa amin'ny fitomboan'ny habetsahan'ny sela, ny endriny malama ary ny fiovan'ny taham-pitombony.Mifototra amin'ireo valim-pikarohana ireo, manatsoaka hevitra izahay fa ny fisian'ny MXenes miorina amin'ny Nb ao anatin'ny tontolo iainana anaty rano madio dia mety hiteraka fiantraika kely amin'ny tontolo iainana ihany.Marihina fa, amin'ny fampiasana ny nanomaterials amin'ny lafiny roa ho rafitra maodely, dia mampiseho ny mety hisian'ny fanaraha-maso ny fiovan'ny endrika na dia amin'ny akora voavolavola aza.Amin'ny ankapobeny, ity fanadihadiana ity dia mamaly fanontaniana fototra manan-danja momba ny fizotran'ny fifandraisana amin'ny ety ambonin'ny tany mitondra ny mekanika bioremediation amin'ny nanomaterials 2D ary manome fototra ho an'ny fandalinana fohy sy maharitra momba ny fiantraikan'ny tontolo iainana amin'ny nanomaterial kristaly tsy organika.
Nanomaterials dia niteraka fahalianana be hatramin'ny nahitana azy, ary ny nanotechnologies isan-karazany dia vao haingana no niditra tamin'ny dingana fanavaozana1.Indrisy anefa, ny fampidirana ny nanomaterials amin'ny fampiharana andavanandro dia mety hitarika amin'ny famoahana tsy nahy noho ny fanariana tsy mety, ny fikarakarana tsy fitandremana, na ny fotodrafitrasa fiarovana tsy ampy.Noho izany, ara-drariny ny fiheverana fa ny nanomaterials, anisan'izany ny nanomaterials roa-dimensional (2D), dia azo avoaka any amin'ny tontolo voajanahary, ny fitondran-tena sy ny hetsika biolojika izay tsy mbola takatra tsara.Noho izany, tsy mahagaga raha nifantoka tamin'ny fahafahan'ny 2D nanomaterials ny olana momba ny ecotoxicity mba hiditra ao amin'ny rafitra anaty rano2,3,4,5,6.Ao amin'ireo ecosystem ireo, ny nanomaterials 2D sasany dia afaka mifandray amin'ny zavamananaina isan-karazany amin'ny haavon'ny tropika samihafa, anisan'izany ny microalgae.
Ny microalgae dia zavamananaina voalohany hita voajanahary ao amin'ny tontolo iainana an-dranomamy sy an-dranomasina izay mamokatra vokatra simika isan-karazany amin'ny alalan'ny photosynthesis7.Noho izany, izy ireo dia manakiana ny tontolo iainana anaty rano8,9,10,11,12 fa saro-pady, tsy lafo ary ampiasaina betsaka amin'ny ecotoxicity13,14.Koa satria ny sela microalgae dia mihamaro haingana ary mamaly haingana ny fisian'ny fitambarana isan-karazany, dia mampanantena izy ireo amin'ny fampivoarana ny fomba fiasa ara-tontolo iainana amin'ny fitsaboana ny rano voaloto amin'ny akora organika15,16.
Ny sela algae dia afaka manala ny ion tsy organika amin'ny rano amin'ny alàlan'ny biosorption sy ny fanangonana17,18.Ny karazana alga sasany toy ny Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue ary Synechococcus sp.Hita fa mitondra sy mamelona ireo ion metaly misy poizina toy ny Fe2+, Cu2+, Zn2+ ary Mn2+19 mihitsy aza izy io.Ny fikarohana hafa dia naneho fa ny Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ na Pb2+ ion dia mametra ny fitomboan'ny Scenedesmus amin'ny alàlan'ny fanovana ny morphologie sela sy ny fandringanana ny chloroplasts20,21.
Nisarika ny sain'ny mpahay siansa sy injeniera manerana izao tontolo izao ny fomba maitso amin'ny fandotoana ny loto organika sy ny fanesorana ireo ion metaly mavesatra.Izany dia noho ny zava-misy fa ireo loto ireo dia mora voahodina ao amin'ny dingana ranoka.Na izany aza, ny fandotoana kristaly tsy ara-organika dia miavaka amin'ny tsy fahampian'ny rano sy ny tsy fahampian-tsakafo amin'ny biotransformations isan-karazany, izay miteraka fahasarotana lehibe amin'ny fanarenana, ary kely ny fandrosoana vita amin'ity faritra ity22,23,24,25,26.Noho izany, mijanona ho faritra saro-pady sy tsy voavaha ny fitadiavana vahaolana manara-maso ny tontolo iainana amin'ny fanamboarana ny nanomaterials.Noho ny haavon'ny tsy fahazoana antoka momba ny vokatry ny biotransformation amin'ny 2D nanomaterials, dia tsy misy fomba mora hahitana ny mety ho lalan'ny fahapotehan'izy ireo mandritra ny fampihenana.
Ao anatin'ity fandalinana ity dia nampiasa microalgae maitso izahay ho toy ny bioremediation aqueous mavitrika ho an'ny fitaovana seramika tsy ara-organika, miaraka amin'ny fanaraha-maso an-toerana ny fizotran'ny fanimbana ny MXene ho solontenan'ny fitaovana seramika tsy ara-organika.Ny teny hoe "MXene" dia maneho ny stoichiometry amin'ny akora Mn+1XnTx, izay M dia metaly tetezamita aloha, X dia karbaona sy/na azota, Tx dia terminator ambonin'ny tany (oh: -OH, -F, -Cl), ary n = 1, 2, 3 na 427.28.Hatramin'ny nahitana an'i MXenes nataon'i Naguib et al.Sensorika, fitsaboana homamiadana ary filtration membrane 27,29,30.Ankoatr'izay, ny MXenes dia azo raisina ho rafitra 2D modely noho ny fahamarinan-toerana tsara indrindra amin'ny colloidal sy ny fifandraisana biolojika mety hitranga31,32,33,34,35,36.
Noho izany, ny metodôlôjia novolavolaina ato amin'ity lahatsoratra ity sy ny hevi-pikarohanay dia aseho amin'ny sary 1. Araka io vinavina io, ny microalgae dia manimba ny MXenes mifototra amin'ny Nb ho lasa kanto tsy misy poizina noho ny fifandraisana ara-batana sy simika mifandraika amin'ny tany, izay mamela ny fanarenana bebe kokoa ny ahidrano.Mba hitsapana an'io petra-kevitra io, dia nofantenana ny mpikambana roa ao amin'ny fianakavian'ny karbida metaly tetezamita mifototra amin'ny niobium sy/na nitrides (MXenes), izany hoe Nb2CTx sy Nb4C3TX.
Fomba fikarohana sy vinavina mifototra amin'ny porofo momba ny fanarenana MXene amin'ny alàlan'ny microalgae maitso Raphidocelis subcapitata.Azafady, mariho fa fanehoana schematic amin'ny porofo mifototra amin'ny porofo fotsiny ity.Ny tontolon'ny farihy dia tsy mitovy amin'ny fitaovana otrikaina ampiasaina sy ny toe-javatra (ohatra ny tsingerin'ny andro sy ny fetran'ny otrikaina ilaina).Noforonina tamin'ny BioRender.com.
Noho izany, amin'ny fampiasana MXene ho rafitra maodely, dia nanokatra ny varavarana ho an'ny fandalinana ny fiantraikany biolojika isan-karazany izay tsy azo jerena amin'ny nanomaterials mahazatra hafa.Indrindra indrindra, asehontsika ny mety hisian'ny bioremediation amin'ny nanomaterials amin'ny lafiny roa, toy ny MXenes mifototra amin'ny niobium, avy amin'ny microalgae Raphidocelis subcapitata.Ny microalgae dia afaka manimba ny Nb-MXenes ho lasa oxides tsy misy poizina NbO sy Nb2O5, izay manome otrikaina ihany koa amin'ny alàlan'ny mekanika fisintonana niobium.Amin'ny ankapobeny, ity fanadihadiana ity dia mamaly fanontaniana fototra manan-danja iray momba ny dingana mifandraika amin'ny fifandraisana ara-batana ara-batana izay mifehy ny mekanika amin'ny bioremediation amin'ny nanomaterials amin'ny lafiny roa.Ho fanampin'izany, dia mamolavola fomba tsotra mifototra amin'ny paramètre amin'ny fanaraha-maso ny fiovana an-kolaka amin'ny endriky ny nanomaterial 2D.Izany dia manome aingam-panahy fikarohana fohy sy maharitra momba ny fiantraikan'ny tontolo iainana isan-karazany amin'ny nanomaterials kristaly tsy organika.Noho izany, ny fandalinantsika dia mampitombo ny fahatakarana ny fifandraisana misy eo amin'ny habakabaka sy ny fitaovana biolojika.Izahay koa dia manome fototra ho an'ny fanitarana ny fandalinana amin'ny fotoana fohy sy maharitra momba ny mety ho fiantraikan'izy ireo amin'ny tontolo iainana anaty rano, izay azo hamarinina mora foana.
Ny MXenes dia maneho kilasy fitaovana mahaliana manana toetra ara-batana sy simika tsy manam-paharoa sy manintona ary noho izany dia azo ampiasaina betsaka.Ireo toetra ireo dia miankina betsaka amin'ny stoichiometry sy ny simia ambonin'ny tany.Noho izany, tao amin'ny fandalinantsika, dia nanadihady karazana Nb-based hierarchical single-layer (SL) MXenes, Nb2CTx ary Nb4C3TX izahay, satria azo jerena ny fiantraikan'ny biolojika samihafa amin'ireo nanomaterials ireo.Ny MXenes dia novokarina avy amin'ny fitaovam-piaingana amin'ny alàlan'ny fanosihosena voafantina ambony midina amin'ny sosona MAX-phase A atomika manify.Ny dingana MAX dia seramika ternary ahitana sakana "mifatotra" amin'ny carbide metaly tetezamita sy sosona manify amin'ny singa "A" toa ny Al, Si, ary Sn miaraka amin'ny stoichiometry MnAXn-1.Ny morphologie ny dingana MAX voalohany dia nojerena tamin'ny alàlan'ny scanning electron microscopy (SEM) ary nifanaraka tamin'ny fianarana teo aloha (Jereo ny fampahalalana fanampiny, SI, sary S1).Multilayer (ML) Nb-MXene dia azo rehefa nesorina ny sosona Al tamin'ny 48% HF (asidra hydrofluoric).Ny morphologie an'ny ML-Nb2CTx sy ML-Nb4C3TX dia nodinihina tamin'ny alàlan'ny scanning electron microscopy (SEM) (sary S1c sy S1d tsirairay avy) ary ny morphologie MXene misy sosona mahazatra dia voamarika, mitovy amin'ny nanoflakes roa-dimensional mandalo amin'ny elongated pore-like slits.Ny Nb-MXenes roa dia manana fitoviana be dia be amin'ny dingana MXene izay novolavolain'ny asidra etching teo aloha27,38.Rehefa avy nanamafy ny firafitry ny MXene, dia nametraka izany tamin'ny alalan'ny intercalation ny tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) arahin'ny fanasana sy sonication, ary avy eo dia nahazo tokana sosona na ambany sosona (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes.
Nampiasa microscopy elektronika fifindran'ny avo lenta (HRTEM) sy X-ray diffraction (XRD) izahay mba hitsapana ny fahombiazan'ny etching sy ny peeling bebe kokoa.Ny valin'ny HRTEM nokarakaraina tamin'ny fampiasana ny Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) sy Fast Fourier Transform (FFT) dia aseho amin'ny sary 2. Ny nanoflakes Nb-MXene dia nitodika tany amin'ny sisiny mba hanamarinana ny firafitry ny sosona atomika ary handrefesana ny halaviran'ny interplanar.Ny sarin'ny HRTEM an'ny MXene Nb2CTx sy Nb4C3TX nanoflakes dia nanambara ny toetrany manify atomika (jereo ny sary 2a1, a2), araka ny notaterin'i Naguib et al.27 sy Jastrzębska et al.38 teo aloha.Ho an'ny monolayers roa mifanakaiky Nb2CTx sy Nb4C3Tx, dia nanapa-kevitra ny elanelan'ny interlayer 0,74 sy 1,54 nm, tsirairay avy (sary 2b1, b2), izay mifanaraka amin'ny valiny teo aloha38.Mbola nohamafisin'ny fiovan'ny Fourier fast inverse (sary 2c1, c2) sy ny fiovan'ny Fourier fast (sary 2d1, d2) izay mampiseho ny elanelana misy eo amin'ny monolayers Nb2CTx sy Nb4C3Tx.Ny sary dia mampiseho fifandimbiasan'ny tady mazava sy maizina mifanaraka amin'ny atôma niobium sy karbôna, izay manamafy ny toetran'ny MXene nodinihina.Zava-dehibe ny manamarika fa ny spectra spectroscopy X-ray dispersive angovo (EDX) azo ho an'ny Nb2CTx sy Nb4C3Tx (sary S2a sy S2b) dia tsy nampiseho tavela tamin'ny dingana MAX tany am-boalohany, satria tsy nisy tampon'ny Al hita.
Famaritana ny nanoflakes SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene, anisan'izany ny (a) microscopy electron high resolution (HRTEM) side-view 2D nanoflake imaging sy mifanaraka, (b) mode intensity, (c) inverse fast Fourier transform (IFFT), (d) fast Fourier transform (FFT), (e) X Nb-MXene patterns.Ho an'ny SL 2D Nb2CTx, ny isa dia aseho ho (a1, b1, c1, d1, e1).Ho an'ny SL 2D Nb4C3Tx, ny isa dia aseho ho (a2, b2, c2, d2, e1).
Ny fandrefesana ny diffraction X-ray an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXenes dia aseho amin'ny sary.2e1 sy e2.Peaks (002) amin'ny 4.31 sy 4.32 dia mifanaraka amin'ny MXenes Nb2CTx sy Nb4C3TX38,39,40,41 voalaza teo aloha.Ny valin'ny XRD koa dia manondro ny fisian'ny rafitra ML sisa tavela sy ny dingana MAX, fa ny ankamaroan'ny modely XRD mifandray amin'ny SL Nb4C3Tx (sary 2e2).Ny fisian'ny potikely kely kokoa amin'ny dingana MAX dia mety hanazava ny tampon'ny MAX matanjaka kokoa raha oharina amin'ireo sosona Nb4C3Tx voafantina kisendrasendra.
Ny fikarohana fanampiny dia nifantoka tamin'ny microalgae maitso an'ny karazana R. subcapitata.Nisafidy ny microalgae izahay satria izy ireo dia mpamokatra lehibe tafiditra amin'ny tranokalan-tsakafo lehibe42.Izy ireo ihany koa no iray amin'ireo famantarana tsara indrindra amin'ny poizina noho ny fahafahana manala ireo akora misy poizina izay entina any amin'ny ambaratonga ambony amin'ny rojom-tsakafo43.Fanampin'izany, ny fikarohana momba ny R. subcapitata dia mety hanazava ny poizina mitranga amin'ny SL Nb-MXenes amin'ny zavamiaina bitika mamy mahazatra.Mba hanazavana izany, ny mpikaroka dia nihevitra fa ny mikraoba tsirairay dia manana fahatsapan-tena samihafa amin'ny zavatra misy poizina misy ao amin'ny tontolo iainana.Ho an'ny ankamaroan'ny zavamananaina dia tsy misy fiantraikany amin'ny fitomboany ny fatran'ny akora ambany, fa ny fifantohana mihoatra ny fetra iray dia mety manakana azy ireo na miteraka fahafatesana mihitsy aza.Noho izany, ho an'ny fandalinanay momba ny fifandraisana eo amin'ny microalgae sy MXenes ary ny fanarenana mifandraika amin'izany, dia nanapa-kevitra ny hitsapa ny fifantohana tsy mampidi-doza sy misy poizina amin'ny Nb-MXenes izahay.Mba hanaovana izany, dia nanandrana ny fifantohana amin'ny 0 (ho reference), 0.01, 0.1 ary 10 mg l-1 MXene ary koa ny microalgae voan'ny aretina miaraka amin'ny MXene (100 mg l-1 MXene) avo be, izay mety ho tafahoatra sy mahafaty..ho an'ny tontolo biolojika rehetra.
Ny fiantraikan'ny SL Nb-MXenes amin'ny microalgae dia aseho amin'ny sary 3, aseho ho ny isan-jaton'ny fampiroboroboana ny fitomboana (+) na ny fanakanana (-) refesina amin'ny santionany 0 mg l-1.Ho fampitahana dia nosedraina ihany koa ny dingana Nb-MAX sy ML Nb-MXenes ary ny vokatra dia aseho amin'ny SI (jereo ny sary S3).Ny vokatra azo dia nanamafy fa ny SL Nb-MXenes dia saika tsy misy poizina tanteraka amin'ny isan-karazany ny fifantohana ambany amin'ny 0,01 hatramin'ny 10 mg / l, araka ny aseho amin'ny sary 3a, b.Raha ny momba ny Nb2CTx, dia nahita tsy mihoatra ny 5% ny ecotoxicity ao amin'ny faritra voafaritra.
Ny fanentanana (+) na ny fanakanana (-) ny fitomboan'ny microalgae eo anatrehan'ny SL (a) Nb2CTx sy (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 ary 72 ora ny fifandraisana MXene-mikroalgae dia nodinihina. Ny angona manan-danja (t-test, p <0.05) dia voamarika amin'ny asterisk (*). Ny angona manan-danja (t-test, p <0.05) dia voamarika amin'ny asterisk (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Ny angona manan-danja (t-test, p <0.05) dia voamarika amin'ny asterisk (*).重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Ny angona manan-danja (t-test, p <0.05) dia voamarika amin'ny asterisk (*).Ny zana-tsipìka mena dia manondro ny fanafoanana ny fanentanana manakana.
Amin'ny lafiny iray, ny fifantohana ambany amin'ny Nb4C3TX dia nivadika ho poizina kely kokoa, fa tsy mihoatra ny 7%.Araka ny efa nampoizina dia tsikaritray fa ny MXenes dia manana poizina ambony kokoa sy fanakanana ny fitomboan'ny microalgae amin'ny 100mg L-1.Mahaliana fa tsy nisy na dia iray aza tamin'ireo fitaovana naneho ny fironana mitovy sy ny fiankinan-doha amin'ny fiantraikany atoxic / poizina raha oharina amin'ny santionany MAX na ML (jereo ny SI ho an'ny antsipiriany).Raha ho an'ny dingana MAX (jereo ny sary S3) dia nahatratra 15-25% teo ho eo ny poizina ary nitombo tamin'ny fotoana, ny fironana mivadika ho an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3TX MXene.Nihena ny fihenan'ny fitomboan'ny microalgae rehefa mandeha ny fotoana.Nahatratra 17% teo ho eo izany taorian'ny 24 ora ary nihena ho latsaky ny 5% taorian'ny 72 ora (sary 3a, b, tsirairay avy).
Ny zava-dehibe kokoa, ho an'ny SL Nb4C3TX, ny fihenan'ny fitomboan'ny microalgae dia nahatratra 27% taorian'ny 24 ora, saingy taorian'ny 72 ora dia nihena ho 1%.Noho izany, nosoratanay ho toy ny fampiatoana ny fanentanana ny vokatra voamarika, ary ny vokatra dia natanjaka kokoa ho an'ny SL Nb4C3TX MXene.Ny fanentanana ny fitomboan'ny microalgae dia voamarika teo aloha tamin'ny Nb4C3TX (fifandraisana amin'ny 10 mg L-1 mandritra ny 24 h) raha oharina amin'ny SL Nb2CTx MXene.Ny fiantraikan'ny fihemorana amin'ny inhibition-stimulation dia naseho tsara ihany koa tao amin'ny curve avo roa heny biomass (jereo ny sary S4 ho an'ny antsipiriany).Hatreto, ny ecotoxicity an'ny Ti3C2TX MXene ihany no nodinihina tamin'ny fomba samihafa.Tsy misy poizina ho an'ny embryos zebrafish44 fa ecotoxic antonony amin'ny microalgae Desmodesmus quadricauda sy Sorghum saccharatum zavamaniry45.Ohatra hafa amin'ny fiantraikany manokana dia misy poizina avo kokoa amin'ny tsipika sela homamiadana noho ny tsipika sela mahazatra46,47.Azo heverina fa hisy fiantraikany amin'ny fiovan'ny fitomboan'ny microalgae hita eo amin'ny fisian'ny Nb-MXenes ny fepetra fitsapana.Ohatra, ny pH eo amin'ny 8 eo amin'ny stroma chloroplast no tsara indrindra amin'ny fampandehanana mahomby ny anzima RuBisCO.Noho izany, ny fiovan'ny pH dia misy fiantraikany ratsy amin'ny tahan'ny photosynthesis48,49.Na izany aza, tsy nahita fiovana lehibe tamin'ny pH izahay nandritra ny fanandramana (jereo ny SI, sary S5 ho an'ny antsipiriany).Amin'ny ankapobeny, ny kolontsaina microalgae miaraka amin'ny Nb-MXenes dia nampihena kely ny pH an'ny vahaolana rehefa mandeha ny fotoana.Na izany aza, io fihenam-bidy io dia mitovy amin'ny fiovan'ny pH amin'ny fitaovana madio.Fanampin'izany, ny isan'ny fiovaovana hita dia mitovy amin'ny refesina ho an'ny kolontsaina madio amin'ny microalgae (santionany fanaraha-maso).Noho izany, manatsoaka hevitra isika fa ny photosynthesis dia tsy misy fiantraikany amin'ny fiovan'ny pH rehefa mandeha ny fotoana.
Ankoatr'izay, ny MXenes synthesized dia manana fiafaran'ny ety ivelany (voalaza ho Tx).Ireo dia vondrona miasa indrindra -O, -F ary -OH.Na izany aza, ny simia ambonin'ny tany dia mifandray mivantana amin'ny fomba synthesis.Ireo vondrona ireo dia fantatra fa zaraina kisendrasendra eny ambonin'ny tany, ka sarotra ny maminavina ny fiantraikan'izy ireo amin'ny fananan'ny MXene50.Azo atao ny milaza fa ny Tx dia mety ho hery catalytika amin'ny oxidation ny niobium amin'ny hazavana.Ny vondrona miasa amin'ny Surface tokoa dia manome toerana fatorana marobe ho an'ny photocatalysts fototra mba hamoronana heterojunctions51.Na izany aza, tsy nanome photocatalyst mahomby ny fampifangaroana antonony fitomboana (azo jerena ao amin'ny SI Table S6 ny fitambaran'ny antonony amin'ny antsipiriany).Fanampin'izany, ny fanovana ambonin'ny rehetra dia tena zava-dehibe ihany koa, satria ny hetsika biolojikan'ny MXenes dia azo ovaina noho ny fanodinana sosona aorian'ny fanodinana, ny oxidation, ny fanovana simika amin'ny zavatra organika sy tsy ara-organika52,53,54,55,56 na ny engineering charge surface38.Noho izany, mba hitsapana raha misy ifandraisany amin'ny tsy fandriam-pahalemana ara-materialy ao amin'ny medium, mba hitsapana raha misy ifandraisany amin'ny tsy fandriam-pahalemana ara-materialy ao amin'ny medium, dia nanao fanadihadiana momba ny mety ho zeta (ζ) amin'ny microalgae sy ny rano deionized izahay (ho fampitahana).Ny valiny dia mampiseho fa ny SL Nb-MXenes dia miorina tsara (jereo SI Fig. S6 ho an'ny vokatra MAX sy ML).Ny mety ho zeta an'ny SL MXenes dia eo amin'ny -10 mV.Raha ny momba ny SR Nb2CTx, ny sandan'ny ζ dia somary ratsy kokoa noho ny an'ny Nb4C3Tx.Ny fiovana toy izany eo amin'ny sanda ζ dia mety manondro fa ny endrik'ireo nanoflakes MXene miiba miiba dia mifoka ion tsara avy amin'ny kolontsaina.Ny fandrefesana ara-potoana ny zeta mety sy ny conductivity ny Nb-MXenes amin'ny kolontsaina (jereo ny sary S7 sy S8 amin'ny SI raha mila fanazavana fanampiny) dia toa manohana ny petra-kevitray.
Na izany aza, ny Nb-MXene SLs dia samy nampiseho fiovana kely avy amin'ny zero.Izany dia mampiseho mazava tsara ny fahamarinany amin'ny fampandehanana microalgae.Ho fanampin'izay, nodinihinay raha hisy fiantraikany amin'ny fahamarinan'ny Nb-MXenes amin'ny antonony ny fisian'ny microalgae maitso.Ny vokatry ny zeta mety sy ny conductivity ny MXenes taorian'ny fifandraisana amin'ny microalgae amin'ny haino aman-jery sy ny kolontsaina mahavelona amin'ny fotoana dia hita ao amin'ny SI (sary S9 sy S10).Mahaliana fa nahatsikaritra izahay fa ny fisian'ny microalgae dia toa nanamafy ny fiparitahan'ny MXenes roa.Raha ny Nb2CTx SL, ny mety ho zeta dia nihena kely ihany rehefa nandeha ny fotoana ka lasa sanda ratsy kokoa (-15.8 versus -19.1 mV taorian'ny 72 h incubation).Ny zeta mety ho an'ny SL Nb4C3TX dia nitombo kely, saingy taorian'ny 72 h dia mbola nampiseho fitoniana ambony kokoa noho ny nanoflakes tsy misy microalgae (-18.1 vs. -9.1 mV).
Hitanay ihany koa ny conductivity ambany kokoa amin'ny vahaolana Nb-MXene voatsindrona amin'ny fisian'ny microalgae, izay manondro ny habetsaky ny ion ao amin'ny fitaovana otrikaina.Marihina fa ny tsy fahatomombanan'ny MXene ao anaty rano dia vokatry ny oxidation amin'ny tany57.Noho izany, miahiahy izahay fa ny microalgae maitso dia nanala ny oksida niforona teo ambonin'ny Nb-MXene ary nanakana ny fisehoany mihitsy aza (oxidation of MXene).Izany dia azo jerena amin'ny fandinihana ny karazana akora entin'ny microalgae.
Raha ny fanadihadiana momba ny ecotoxicologique nataonay dia nanondro fa ny microalgae dia afaka nandresy ny poizina Nb-MXenes rehefa nandeha ny fotoana sy ny fanakanana tsy mahazatra ny fitomboana, ny tanjon'ny fandalinanay dia ny hanadihady ny mety ho fomba fiasa.Rehefa misy zavamananaina toy ny algôna dia voan'ny kanto na akora tsy mahazatra amin'ny ekôsistema misy azy, dia mety hihetsika amin'ny fomba isan-karazany izy ireo58,59.Raha tsy misy oksizenina metaly misy poizina, ny microalgae dia afaka mamelona ny tenany, mamela azy ireo hitombo hatrany60.Aorian'ny fihinanana akora misy poizina, dia mety hihetsika ny rafitra fiarovana, toy ny fiovan'ny endriny na ny endriny.Ny mety hisakana ny fiasan'ireny dia tsy maintsy heverina koa58,59.Ny mari-pamantarana rehetra momba ny rafitra fiarovana dia famantarana mazava ny poizina amin'ny fitambarana fitsapana.Noho izany, tamin'ny asa fanampiny nataonay, dia nanadihady ny mety hisian'ny fifandraisana eo amin'ny SL Nb-MXene nanoflakes sy ny microalgae avy amin'ny SEM sy ny mety hisakana ny Nb-based MXene amin'ny X-ray fluorescence spectroscopy (XRF).Mariho fa ny famakafakana SEM sy XRF dia natao tamin'ny MXene avo indrindra mba hamahana ny olana momba ny poizina.
Ny valin'ny SEM dia aseho amin'ny Fig.4.Ny sela microalgae tsy voatsabo (jereo ny sary 4a, santionany fanondroana) dia nampiseho mazava tsara ny endriky ny R. subcapitata sy ny endriky ny sela croissant.Ny sela dia miseho mitongilana ary somary mikorontana.Nifanindry sy nifamatotra ny sela microalgae sasany, saingy azo inoana fa noho ny fizotry ny fanomanana santionany no nahatonga izany.Amin'ny ankapobeny, ny selan'ny microalgae madio dia manana endrika malama ary tsy nahitana fiovana ara-nofo.
Ny sary SEM dia mampiseho ny fifandraisana eo amin'ny microalgae maitso sy ny MXene nanosheets taorian'ny 72 ora nifaneraserana tamin'ny fifantohana tafahoatra (100 mg L-1).(a) microalgae maitso tsy voatsabo taorian'ny fifandraisana amin'ny SL (b) Nb2CTx sy (c) Nb4C3TX MXenes.Mariho fa ny nanoflakes Nb-MXene dia voamarika amin'ny zana-tsipìka mena.Ho fampitahana dia ampiana sary avy amin'ny mikraoskaopy optique ihany koa.
Mifanohitra amin'izany kosa, simba ny sela microalgae nalaina tamin'ny nanoflakes SL Nb-MXene (jereo ny sary 4b, c, zana-tsipìka mena).Amin'ny trangan'ny Nb2CTx MXene (sary 4b), ny microalgae dia matetika mitombo miaraka amin'ny nanoscales roa dimensions, izay afaka manova ny morphologie.Marihina fa hitanay ihany koa ireo fiovana ireo teo ambanin'ny mikroskopika maivana (jereo ny SI Figure S11 ho an'ny antsipiriany).Ity fiovan'ny morphologie ity dia manana fototra azo itokisana amin'ny physiologie ny microalgae sy ny fahafahany miaro tena amin'ny fanovana ny morphologie sela, toy ny fampitomboana ny volume61.Noho izany, zava-dehibe ny manamarina ny isan'ny sela microalgae izay tena mifandray amin'ny Nb-MXenes.Ny fanadihadiana SEM dia naneho fa manodidina ny 52% amin'ny sela microalgae no voan'ny Nb-MXenes, raha ny 48% amin'ireo sela microalgae ireo dia tsy mifandray.Ho an'ny SL Nb4C3Tx MXene, ny microalgae dia manandrana manalavitra ny fifandraisana amin'ny MXene, ka mahatonga azy io ho toerana sy hitombo avy amin'ny nanoscales roa dimensional (sary 4c).Na izany aza, tsy hitanay ny fidiran'ny nanoscales amin'ny sela microalgae sy ny fahasimbany.
Ny fitehirizana ny tena ihany koa dia fihetsika miankina amin'ny fotoana manoloana ny fanakanana ny photosynthesis noho ny adsorption ny poti-javatra eo amin'ny efitr'ny sela sy ilay antsoina hoe shading (shading) effect62.Mazava fa ny zavatra tsirairay (ohatra, Nb-MXene nanoflakes) izay eo anelanelan'ny microalgae sy ny loharanon-jiro dia mametra ny habetsaky ny hazavana entin'ny chloroplasts.Na izany aza, tsy isalasalana fa misy fiantraikany lehibe amin'ny vokatra azo izany.Araka ny asehon'ny fandinihanay mikroskopika, ny nanoflakes 2D dia tsy nofonosina tanteraka na nifikitra tamin'ny tontolon'ny microalgae, na dia nifandray tamin'ny Nb-MXenes aza ny sela microalgae.Raha ny tokony ho izy, ny nanoflakes dia nitodika tany amin'ny sela microalgae nefa tsy mandrakotra ny tavany.Ny andiana nanoflakes / microalgae toy izany dia tsy afaka mametra be ny habetsahan'ny hazavana entin'ny sela microalgae.Fanampin'izany, ny fanadihadiana sasany dia naneho ny fanatsarana ny fidiran'ny hazavana avy amin'ny zavamananaina photosynthetic amin'ny fisian'ny nanomaterials roa-dimensional63,64,65,66.
Satria ny sary SEM dia tsy afaka nanamarina mivantana ny fidiran'ny niobium amin'ny sela microalgae, ny fandalinanay fanampiny dia nitodika tany amin'ny X-ray fluorescence (XRF) sy X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) mba hanazavana ity olana ity.Noho izany, nampitahainay ny hamafin'ny tampon'ny Nb amin'ny santionan'ny microalgae reference izay tsy nifandray tamin'ny MXenes, ny nanoflakes MXene misaraka amin'ny selan'ny microalgae, ary ny sela microalgae aorian'ny fanesorana ny MXenes mifatotra.Tsara ny manamarika fa raha tsy misy ny Nb uptake, ny sanda Nb azo avy amin'ny sela microalgae dia tokony ho aotra aorian'ny fanesorana ny nanoscales mifatotra.Noho izany, raha mitranga ny firongatry ny Nb, ny valin'ny XRF sy XPS dia tokony hampiseho tampon'ny Nb mazava.
Raha ny XRF spectra, ny santionan'ny microalgae dia nampiseho tampon'ny Nb ho an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene taorian'ny fifampiraharahana tamin'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene (jereo ny sary 5a, mariho ihany koa fa ny vokatra ho an'ny MAX sy ML MXenes dia aseho amin'ny SI, Fig S12-C17).Mahaliana fa mitovy ny hamafin'ny tendron'ny Nb amin'ireo tranga roa ireo (baro mena amin'ny sary 5a).Izany dia nanondro fa ny ahidrano dia tsy afaka mitroka Nb bebe kokoa, ary ny fahafahana ambony indrindra amin'ny fanangonana Nb dia tratra tao amin'ny sela, na dia avo roa heny aza ny Nb4C3Tx MXene dia niraikitra tamin'ny sela microalgae (baoritra manga amin'ny sary 5a).Marihina fa ny fahafahan'ny microalgae mitroka metaly dia miankina amin'ny fitanan'ny oksida metaly amin'ny tontolo iainana67,68.Hitan'i Shamshada et al.67 fa mihena ny fahafahan'ny algôma amin'ny rano mamy rehefa mitombo ny pH.Raize et al.68 dia nanamarika fa ny fahafahan'ny ahidrano mitroka metaly dia eo amin'ny 25% ambony kokoa ho an'ny Pb2+ noho ny an'ny Ni2+.
(a) Ny valin'ny XRF momba ny fidiran'ny Nb basal amin'ny sela microalgae maitso voapoizina amin'ny fifantohana tafahoatra amin'ny SL Nb-MXenes (100 mg L-1) mandritra ny 72 ora.Ny vokatra dia mampiseho ny fisian'ny α ao amin'ny sela microalgae madio (santionany fanaraha-maso, tsanganana volondavenona), nanoflakes 2D mitoka-monina amin'ny sela microalgae ambonin'ny (tsanganana manga), ary sela microalgae taorian'ny fisarahana ny nanoflakes 2D avy amin'ny ety ambonin'ny tany (tsanganana mena).Ny habetsahan'ny singa Nb, (b) isan-jaton'ny singa simika amin'ny singa organika microalgae (C = O sy CHx / C-O) ary Nb oxides misy ao amin'ny sela microalgae aorian'ny incubation miaraka amin'ny SL Nb-MXenes, (c-e) Fametrahana ny tampon'ny compositional XPS SL Nb2CTx spectra sy (fh) SLx MXenes ao anatiny sy (fh) SLx Nb4CTx spectra anatiny.
Noho izany, nanantena izahay fa ny Nb dia azo entin'ny sela alga amin'ny endrika oksida.Mba hitsapana izany dia nanao fandalinana XPS momba ny MXenes Nb2CTx sy Nb4C3TX ary sela alga izahay.Ny vokatry ny fifandraisan'ny microalgae miaraka amin'ny Nb-MXenes sy MXenes mitoka-monina amin'ny sela algae dia aseho amin'ny sary.5b.Araka ny efa nampoizina dia hitanay ny tampon'ny Nb 3d tao amin'ny santionan'ny microalgae taorian'ny fanesorana ny MXene teo ambonin'ny microalgae.Ny famaritana ny quantitative ny C = O, CHx / CO, ary ny Nb oxides dia kajy mifototra amin'ny spectra Nb 3d, O 1s, ary C 1s azo tamin'ny Nb2CTx SL (sary 5c-e) sy Nb4C3Tx SL (sary 5c-e).) azo avy amin'ny microalgae incubated.Sary 5f–h) MXenes.Ny tabilao S1-3 dia mampiseho ny antsipirian'ny mari-pamantarana faratampony sy ny simia ankapobeny vokatry ny mety.Marihina fa ny faritra Nb 3d amin'ny Nb2CTx SL sy Nb4C3Tx SL (sary 5c, f) dia mifanitsy amin'ny singa Nb2O5 iray.Eto izahay dia tsy nahita tampon'isa mifandraika amin'ny MXene ao amin'ny spectra, izay manondro fa ny sela microalgae dia tsy mandray afa-tsy ny endriky ny oksidan'ny Nb.Fanampin'izany, dia nanombana ny spektrum C1 s miaraka amin'ny singa C–C, CHx/C–O, C=O, ary –COOH.Nanendry ny tampon'ny CHx / C-O sy C = O izahay amin'ny fandraisana anjara organika amin'ny sela microalgae.Ireo singa organika ireo dia mitentina 36% sy 41% amin'ny tampon'ny C 1s ao amin'ny Nb2CTx SL sy Nb4C3TX SL, tsirairay avy.Avy eo dia nampidirinay ny spectra O 1s an'ny SL Nb2CTx sy SL Nb4C3TX miaraka amin'ny Nb2O5, singa organika amin'ny microalgae (CHx / CO), ary ny rano misoroka ny tany.
Farany, ny valin'ny XPS dia nanondro mazava tsara ny endriky ny Nb, fa tsy ny fisiany fotsiny.Araka ny toeran'ny famantarana Nb 3d sy ny valin'ny deconvolution, dia manamafy izahay fa ny Nb dia tsy mifoka afa-tsy amin'ny endrika oksizenina fa tsy ion na MXene mihitsy.Ankoatr'izay, ny valin'ny XPS dia naneho fa ny sela microalgae dia manana fahaiza-manao lehibe kokoa amin'ny famoahana ny oksizenina Nb avy amin'ny SL Nb2CTx raha oharina amin'ny SL Nb4C3TX MXene.
Na dia mahavariana aza ny valim-panadinana Nb ary mamela antsika hamantatra ny fahasimban'ny MXene, dia tsy misy fomba ahafahana manara-maso ny fiovan'ny morphologie mifandraika amin'ny nanoflakes 2D.Noho izany, nanapa-kevitra ihany koa izahay ny hamolavola fomba mety izay afaka mamaly mivantana izay fiovana mitranga amin'ny 2D Nb-MXene nanoflakes sy ny sela microalgae.Zava-dehibe ny manamarika fa raha toa ka misy fiovana, fahasimbana na defragmentation ny karazana mifandray, dia tokony hiseho haingana ho toy ny fiovan'ny mari-pamantarana bika, toy ny savaivony ny faritra boribory mitovy, ny fihodinana, ny sakany Feret, na ny halavan'ny Feret.Koa satria ireo masontsivana ireo dia mety amin'ny famaritana ireo singa lava na nanoflakes amin'ny lafiny roa, ny fanaraha-maso azy ireo amin'ny alàlan'ny famakafakana ny endriky ny singa mavitrika dia hanome fampahalalana sarobidy momba ny fiovan'ny morphologique an'ny nanoflakes SL Nb-MXene mandritra ny fampihenana.
Ny vokatra azo dia aseho amin'ny sary 6. Ho fampitahana, dia nanandrana ny dingana MAX tany am-boalohany sy ny ML-MXenes ihany koa izahay (jereo SI Figures S18 sy S19).Ny famakafakana dinamika momba ny bikan'ny singa dia nampiseho fa niova be ny mason-tsarimihetsika rehetra amin'ny Nb-MXene SL roa taorian'ny fifandraisany tamin'ny microalgae.Araka ny asehon'ny mari-pamantarana savaivony boribory mitovy (sary 6a, b), ny fihenan'ny haavon'ny tampon'ny ampahany amin'ny nanoflakes lehibe dia manondro fa mirona ho simba izy ireo ho sombiny kely kokoa.Amin'ny aviavy.6c, d dia mampiseho ny fihenan'ny tendrony mifandraika amin'ny haben'ny transverse ny flakes (elongation ny nanoflakes), izay manondro ny fiovan'ny nanoflakes 2D ho endrika mitovitovy kokoa.Sary 6e-h mampiseho ny sakany sy ny halavan'ny Feret tsirairay avy.Ny sakan'ny feret sy ny halavany dia masontsivana mifameno ka tokony hodinihina miaraka.Taorian'ny incubation ny 2D Nb-MXene nanoflakes teo anatrehan'ny microalgae, ny Feret tampon'isan'ny fifandraisana nifindra ary nihena ny hamafiny.Mifototra amin'ireo vokatra ireo miaraka amin'ny morphologie, XRF sy XPS, dia nanatsoaka hevitra izahay fa ny fiovana hita dia mifandray mafy amin'ny oxidation satria ny MXenes oxidized dia lasa ketrona kokoa ary rava ho sombintsombiny sy oxides spherical particle69,70.
Famakafakana ny fiovan'ny MXene aorian'ny fifandraisana amin'ny microalgae maitso.Ny famakafakana ny bikan'ny poti dinamika dia mandinika ny masontsivana toy ny (a, b) savaivony ny faritra boribory mitovy, (c, d) boribory, (e, f) ny sakany feret ary (g, h) ny halavan'ny feret.Ho an'ity tanjona ity, santionan'ny microalgae reference roa no nodinihina niaraka tamin'ny SL Nb2CTx sy SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx ary SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae simba, ary ny microalgae SL Nb2CTx sy SL Nb4C3Tx MXenes.Ny zana-tsipìka mena dia mampiseho ny fifindran'ny masontsivana bika amin'ny nanoflakes roa dimension'ny fianarana.
Satria tena azo ianteherana ny famakafakana paramètre endrika, dia afaka manambara fiovana morphologique amin'ny sela microalgae ihany koa izy.Noho izany, nodinihinay ny savaivony mitovitovy amin'ny faritra boribory, ny fihodinana ary ny sakan'ny Feret / ny halavan'ny sela sy ny sela microalgae madio aorian'ny fifandraisana amin'ny nanoflakes 2D Nb.Amin'ny aviavy.Ny 6a-h dia mampiseho ny fiovan'ny endriky ny sela misy alga, izay hita amin'ny fihenan'ny hamafin'ny tampony sy ny fiovan'ny maxima mankany amin'ny sanda ambony.Indrindra indrindra, ny mari-pamantarana boribory sela dia mampiseho ny fihenan'ny sela lava sy ny fitomboan'ny sela spherical (sary 6a, b).Ankoatra izany, ny sakan'ny sela Feret dia nitombo micrometers maromaro taorian'ny fifandraisana tamin'ny SL Nb2CTx MXene (sary 6e) raha oharina amin'ny SL Nb4C3TX MXene (sary 6f).Miahiahy izahay fa mety noho ny fisondrotan'ny oksizenina Nb avy amin'ny microalgae rehefa mifandray amin'ny Nb2CTx SR.Ny fametahana tsy dia henjana kokoa amin'ny tadin'ny Nb amin'ny endrik'izy ireo dia mety hiteraka fitomboan'ny sela misy fiantraikany kely amin'ny alokaloka.
Ny fandinihanay ny fiovan'ny mari-pamantarana amin'ny endrika sy ny haben'ny microalgae dia mameno ny fandalinana hafa.Ny microalgae maitso dia afaka manova ny morphologie ho setrin'ny adin'ny tontolo iainana amin'ny alalan'ny fanovana ny haben'ny sela, ny bika na ny metabolism61.Ohatra, ny fanovana ny haben'ny sela dia manamora ny fidiran'ny otrikaina71.Ny sela misy alga kely kokoa dia mampiseho ambany kokoa ny fidiran'ny otrikaina sy ny tahan'ny fitomboana.Mifanohitra amin'izany, ny sela lehibe kokoa dia mandany otrikaina bebe kokoa, izay apetraka amin'ny intracellularly72,73.Machado sy Soares dia nahita fa ny triclosan fungicide dia afaka mampitombo ny haben'ny sela.Nahita fiovana lalina teo amin'ny endrik'ireo alga74 koa izy ireo.Ankoatr'izay, Yin et al.9 dia nanambara ihany koa ny fiovan'ny morphologie amin'ny alga taorian'ny fiparitahan'ny nanocomposites oxide graphene nihena.Noho izany, mazava ho azy fa ny fiovan'ny haben'ny / bikan'ny microalgae dia vokatry ny fisian'ny MXene.Koa satria io fiovan'ny habeny sy ny endriny io dia manondro ny fiovan'ny fidiran'ny otrikaina, mino izahay fa ny famakafakana ny habe sy ny mari-pamantarana bika rehefa mandeha ny fotoana dia afaka mampiseho ny fisondrotry ny niobium oxide avy amin'ny microalgae eo anatrehan'ny Nb-MXenes.
Ankoatr'izay, ny MXenes dia azo oksizenina amin'ny fisian'ny ahidrano.Dalai et al.75 dia nanamarika fa tsy mitovy ny endriky ny algoma maitso mipoitra amin'ny nano-TiO2 sy Al2O376.Na dia mitovy amin'ny fandinihana amin'izao fotoana izao aza ny fandinihanay, dia tsy misy ifandraisany amin'ny fandalinana ny vokatry ny bioremediation amin'ny resaka vokatra fanimbana MXene eo anatrehan'ny nanoflakes 2D fa tsy nanoparticles.Satria ny MXenes dia afaka mivadika ho oksida metaly, 31,32,77,78 dia mety ny mihevitra fa ny Nb nanoflakes dia afaka mamorona Nb oxides ihany koa rehefa mifandray amin'ny sela microalgae.
Mba hanazavana ny fihenan'ny nanoflakes 2D-Nb amin'ny alàlan'ny mekanika fanimbana mifototra amin'ny fizotran'ny oxidation, dia nanao fanadihadiana izahay tamin'ny fampiasana microscopy electron transmission (HRTEM) avo lenta (sary 7a, b) sy X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (sary 7).7c-i sy ny tabilao S4-5).Ireo fomba roa ireo dia mety amin'ny fandalinana ny oxidation ny fitaovana 2D ary mifameno.HRTEM dia afaka mamakafaka ny fahapotehan'ny rafitra misy sosona roa sosona sy ny fisehon'ny nanopartikely oksida metaly, raha toa kosa ny XPS dia saro-pady amin'ny fatorana ambonin'ny tany.Ho an'ity tanjona ity, dia nanandrana nanoflakes 2D Nb-MXene izahay nalaina tamin'ny fiparitahan'ny sela microalgae, izany hoe ny endriny aorian'ny fifandraisana amin'ny sela microalgae (jereo ny sary 7).
Sary HRTEM mampiseho ny morphologie ny oxidized (a) SL Nb2CTx sy (b) SL Nb4C3Tx MXenes, ny valin'ny famakafakana XPS mampiseho (c) ny firafitry ny vokatra oksizenina aorian'ny fampihenana, (d-f) ny tampon'ny tampon'ny singa amin'ny spectra XPS an'ny SL Nb2CTx sy (g- i) micro Nb4C3Tx namboarina miaraka amin'ny (g- i) micro Nb4C3Tx maitso.
Ny fanadihadiana HRTEM dia nanamafy ny fanimbana ny karazana nanoflakes Nb-MXene roa.Na dia nitazona ny morphologie dimensional roa aza ny nanoflakes, dia nahatonga ny fisehon'ny nanoparticles maro ny nanoflakes MXene (jereo ny sary 7a, b).Ny famakafakana XPS momba ny famantarana c Nb 3d sy O 1s dia nanondro fa ny oksida Nb dia niforona tamin'ireo tranga roa ireo.Araka ny asehon'ny sary 7c, ny 2D MXene Nb2CTx sy Nb4C3TX dia manana famantarana Nb 3d manondro ny fisian'ny oksizenina NbO sy Nb2O5, raha ny famantarana O 1s kosa dia manondro ny isan'ny fatorana O-Nb mifandray amin'ny fampandehanana ny 2D nanoflake surface.Tsikaritray fa ny fandraisan'anjaran'ny oksizenina Nb dia manan-danja raha oharina amin'ny Nb-C sy Nb3 + -O.
Amin'ny aviavy.Ny sary 7g–i dia mampiseho ny spectra XPS an'ny Nb 3d, C 1s, ary O 1s SL Nb2CTx (jereo ny sary 7d–f) sy SL Nb4C3TX MXene mitokana amin'ny sela microalgae.Ny antsipirihan'ny masontsivana tampon'ny Nb-MXenes dia omena ao amin'ny tabilao S4-5.Nandinika voalohany ny firafitry ny Nb 3d izahay.Mifanohitra amin'ny Nb voarain'ny sela microalgae, ao amin'ny MXene mitoka-monina amin'ny sela microalgae, ankoatra ny Nb2O5 dia misy singa hafa hita.Ao amin'ny Nb2CTx SL, dia nandinika ny fandraisan'anjaran'ny Nb3 + -O amin'ny habetsahan'ny 15%, raha ny ambiny amin'ny spectrum Nb 3d dia nofehezin'ny Nb2O5 (85%).Ankoatra izany, ny santionany SL Nb4C3TX dia misy singa Nb-C (9%) sy Nb2O5 (91%).Eto ny Nb-C dia avy amin'ny sosona atomika roa amin'ny karbida metaly ao amin'ny Nb4C3Tx SR.Avy eo dia sarintany ny spectra C 1s amin'ny singa efatra samihafa, toy ny nataonay tamin'ny santionany anatiny.Araka ny efa nampoizina, ny spectrum C 1s dia anjakan'ny karbaona graphitika, arahin'ny fandraisan'anjara avy amin'ny singa organika (CHx/CO sy C=O) avy amin'ny sela microalgae.Fanampin'izany, tao amin'ny spectrum O 1s, dia nandinika ny fandraisan'anjaran'ny endrika organika ny sela microalgae, ny niobium oxide, ary ny rano adsorbed.
Ankoatr'izay, nanadihady izahay raha misy ifandraisany amin'ny fisian'ny karazana oksizenina reactive (ROS) ny cleavage Nb-MXenes ao amin'ny sela misy otrikaina sy / na microalgae.Mba hanaovana izany, dia nanombantombana ny haavon'ny oksizenina singlet (1O2) ao amin'ny media kolontsaina sy ny glutathione intracellular, thiol izay miasa ho antioxidant amin'ny microalgae.Ny valiny dia aseho amin'ny SI (sary S20 sy S21).Ny kolontsaina miaraka amin'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3TX MXenes dia miavaka amin'ny fihenan'ny 1O2 (jereo ny sary S20).Raha ny momba ny SL Nb2CTx, ny MXene 1O2 dia nihena ho 83%.Ho an'ny kolontsaina microalgae mampiasa SL, Nb4C3TX 1O2 dia nihena bebe kokoa, hatramin'ny 73%.Mahaliana fa ny fiovan'ny 1O2 dia nampiseho fironana mitovy amin'ny fiantraikan'ny inhibition-stimulatory teo aloha (jereo ny sary 3).Azo lazaina fa ny incubation amin'ny hazavana mamiratra dia afaka manova ny photooxidation.Na izany aza, ny valin'ny fanadihadiana fanaraha-maso dia mampiseho ny haavon'ny 1O2 saika tsy tapaka nandritra ny fanandramana (sary S22).Raha ny haavon'ny ROS intracellular, dia hitanay ihany koa ny fironana midina (jereo ny sary S21).Tamin'ny voalohany, ny haavon'ny ROS ao amin'ny sela microalgae kolontsaina eo anatrehan'ny Nb2CTx sy Nb4C3Tx SLs dia nihoatra ny haavon'ny hita ao amin'ny kolontsaina madio amin'ny microalgae.Na izany aza, tamin'ny farany, dia hita fa ny microalgae dia nifanaraka tamin'ny fisian'ny Nb-MXenes, satria nihena ho 85% sy 91% ny haavon'ny ROS amin'ny kolontsaina madio amin'ny microalgae voapoizina amin'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3TX.Izany dia mety manondro fa ny microalgae dia mahazo aina kokoa rehefa mandeha ny fotoana amin'ny fisian'ny Nb-MXene noho ny amin'ny fitaovana otrikaina fotsiny.
Ny microalgae dia vondron'ny zavamananaina photosynthetic isan-karazany.Mandritra ny photosynthesis dia mamadika gazy karbonika (CO2) ho karbona organika izy ireo.Ny vokatry ny photosynthesis dia glucose sy oxygen79.Miahiahy izahay fa ny oksizenina miforona toy izany dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny oxidation ny Nb-MXenes.Ny fanazavana iray azo atao amin'izany dia ny hoe ny mari-pamantarana aeration differential dia miforona amin'ny fanerena ampahany ambany sy ambony amin'ny oksizenina ivelany sy ao anatin'ny nanoflakes Nb-MXene.Midika izany fa na aiza na aiza misy faritra misy tsindrin-tsakafo samihafa amin'ny oksizenina, ny faritra manana haavo ambany indrindra dia hamorona ny anode 80, 81, 82. Eto, ny microalgae dia mandray anjara amin'ny famoronana sela misy aerated samihafa eo amin'ny tampon'ny MXene flakes, izay mamokatra oksizenina noho ny toetran'ny photosynthetic.Vokatr'izany dia miforona ny vokatra biocorrosion (amin'ity tranga ity, niobium oxides).Ny lafiny iray hafa dia ny microalgae dia afaka mamokatra asidra organika izay avoaka ao anaty rano83,84.Noho izany dia miforona ny tontolo masiaka, ka manova ny Nb-MXenes.Ankoatra izany, ny microalgae dia afaka manova ny pH ny tontolo iainana ho alkaline noho ny fisondrotry ny gazy karbonika, izay mety hiteraka harafesina ihany koa79.
Ny zava-dehibe kokoa, ny fotoperiode maizina / hazavana ampiasaina amin'ny fianaranay dia tena zava-dehibe amin'ny fahatakarana ny vokatra azo.Ity lafiny ity dia voafaritra amin'ny antsipiriany ao amin'ny Djemai-Zoghlache et al.85 Ninia nampiasa photoperiod 12/12 ora izy ireo mba hanehoana ny biocorrosion mifandray amin'ny biofouling ataon'ny microalgae mena Porphyridium purpureum.Asehon'izy ireo fa ny photoperiode dia mifandray amin'ny fivoaran'ny mety tsy misy biocorrosion, maneho ny tenany ho pseudoperiodic oscillations manodidina ny 24:00.Ireo fanamarihana ireo dia nohamafisin'i Dowling et al.86 Nasehon'izy ireo ny biofilms photosynthetic an'ny cyanobacteria Anabaena.Ny oksizenina levona dia miforona eo ambanin'ny asan'ny hazavana, izay mifandray amin'ny fiovana na fiovaovan'ny hery biocorrosion maimaim-poana.Ny maha-zava-dehibe ny photoperiode dia manantitrantitra ny zava-misy fa ny fahafahana malalaka amin'ny biocorrosion dia mitombo amin'ny dingana maivana ary mihena amin'ny dingana maizina.Izany dia noho ny oksizenina novokarin'ny microalgae photosynthetic, izay misy fiantraikany amin'ny fanehoan-kevitra cathodic amin'ny alàlan'ny tsindry ampahany ateraky ny electrodes87.
Fanampin'izany, natao ny Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) mba hahitana raha misy fiovana nitranga teo amin'ny firafitry ny simika sela microalgae taorian'ny fifandraisana tamin'ny Nb-MXenes.Sarotra ireo vokatra azo ireo ary asehontsika amin'ny SI (sary S23-S25, anisan'izany ny valin'ny dingana MAX sy ML MXenes).Raha fintinina dia manome antsika fampahalalana manan-danja momba ny toetra simikan'ireo zavamananaina ireo ny karazana microalgae.Ireo fihovitrovitra azo inoana indrindra ireo dia hita amin'ny fatran'ny 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.iray.1 1 (C–H) ary 3280 cm–1 (O–H).Ho an'ny SL Nb-MXenes, dia nahita sonia manenjana CH-fatorana izay mifanaraka amin'ny fianaranay teo aloha38.Na izany aza, hitanay fa nanjavona ny tendrony fanampiny mifandraika amin'ny fatorana C = C sy CH.Izany dia manondro fa ny firafitry ny simika microalgae dia mety hiova kely noho ny fifandraisana amin'ny SL Nb-MXenes.
Rehefa mandinika ny mety ho fiovana eo amin'ny biochemika ny microalgae, dia mila averina jerena ny fivondronan'ny oxides inorganic, toy ny niobium oxide59.Izy io dia tafiditra amin'ny fidiran'ny metaly amin'ny alàlan'ny sela, ny fitaterana azy ireo ao amin'ny cytoplasm, ny fifandraisany amin'ny vondrona carboxyl intracellular, ary ny fanangonana azy ireo amin'ny microalgae polyphosphosomes20,88,89,90.Ankoatr'izay, ny fifandraisana misy eo amin'ny microalgae sy ny metaly dia tazonin'ny vondrona sela miasa.Noho izany antony izany, miankina amin'ny simia ambonin'ny microalgae ihany koa ny fisoronana, izay sarotra be9,91.Amin'ny ankapobeny, araka ny efa nampoizina, niova kely ny firafitry ny simika amin'ny microalgae maitso noho ny fidiran'ny oxide Nb.
Mahaliana fa ny fanakanana voalohany ny microalgae dia azo naverina rehefa mandeha ny fotoana.Araka ny hitantsika, ny microalgae dia nandresy ny fiovan'ny tontolo iainana voalohany ary niverina tamin'ny taham-pitomboana ara-dalàna ary nitombo mihitsy aza.Ny fanadihadiana momba ny mety ho zeta dia mampiseho fahamarinan-toerana avo lenta rehefa ampidirina amin'ny haino aman-jery otrikaina.Noho izany, ny fifandraisana eo amin'ny sela microalgae sy ny nanoflakes Nb-MXene dia nohazonina nandritra ny fanandramana fampihenana.Amin'ny famakafakana fanampiny ataonay, dia mamintina ny fomba fiasa fototra amin'ity fihetsika miavaka ataon'ny microalgae ity izahay.
Ny fandinihana SEM dia naneho fa ny microalgae dia mirona amin'ny Nb-MXenes.Amin'ny fampiasana famakafakana sary mavitrika, dia manamafy izahay fa io vokatra io dia mitarika amin'ny fiovan'ny nanoflakes Nb-MXene amin'ny lafiny roa amin'ny singa boribory kokoa, izay mampiseho fa ny fanimbana ny nanoflakes dia mifandray amin'ny oxidation azy.Mba hitsapana ny vinavinay, dia nanao andiana fanadihadiana ara-materialy sy biochemika izahay.Taorian'ny fitsapana dia nivadika tsikelikely ny nanoflakes ary nivadika ho vokatra NbO sy Nb2O5, izay tsy nandrahona ny microalgae maitso.Amin'ny fampiasana ny fandinihana FTIR, dia tsy nahita fiovana lehibe teo amin'ny firafitry ny simika amin'ny microalgae incubated eo anatrehan'ny nanoflakes 2D Nb-MXene izahay.Raha jerena ny mety hisian'ny oksidan'ny niobium amin'ny microalgae, dia nanao fanadihadiana momba ny fluorescence X-ray izahay.Ireo vokatra ireo dia mampiseho mazava tsara fa ny microalgae nodinihina dia mamahana ny oksidà niobium (NbO sy Nb2O5), izay tsy misy poizina amin'ny microalgae nodinihina.