Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला शैली आणि JavaScript शिवाय रेंडर करू.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्सचे कॅरोसेल प्रदर्शित करते.एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइडर बटणे वापरा.
नॅनोटेक्नॉलॉजीचा वेगवान विकास आणि दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये त्याचे एकत्रीकरण पर्यावरणाला धोका देऊ शकते.सेंद्रिय दूषित घटकांच्या ऱ्हासाच्या हिरव्या पद्धती चांगल्या प्रकारे स्थापित केल्या गेल्या आहेत, परंतु जैविक स्फटिकासारखे दूषित पदार्थांची पुनर्प्राप्ती ही त्यांच्या जैवपरिवर्तनासाठी कमी संवेदनशीलता आणि जैविक द्रव्यांसह भौतिक पृष्ठभागाच्या परस्परसंवादाची समज नसल्यामुळे मुख्य चिंतेचा विषय आहे.येथे, आम्ही हिरव्या मायक्रोएल्गी रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटटाद्वारे 2D सिरॅमिक नॅनोमटेरिअल्सची बायोरिमेडिएशन मेकॅनिझम शोधण्यासाठी साध्या आकार पॅरामीटर विश्लेषण पद्धतीसह Nb-आधारित अकार्बनिक 2D MXenes मॉडेल वापरतो.आम्हाला आढळले की सूक्ष्म शैवाल पृष्ठभागाशी संबंधित भौतिक-रासायनिक परस्परसंवादामुळे Nb-आधारित MXenes कमी करतात.सुरुवातीला, एकल-स्तर आणि बहुस्तरीय MXene नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावर जोडलेले होते, ज्यामुळे शैवालची वाढ काही प्रमाणात कमी झाली.तथापि, पृष्ठभागाशी दीर्घकाळापर्यंत परस्परसंवाद केल्यावर, सूक्ष्म शैवालांनी MXene नॅनोफ्लेक्सचे ऑक्सिडीकरण केले आणि पुढे त्यांचे NbO आणि Nb2O5 मध्ये विघटन केले.हे ऑक्साईड सूक्ष्म शैवाल पेशींसाठी गैर-विषारी असल्यामुळे, ते Nb ऑक्साईड नॅनोकणांचा वापर शोषण यंत्रणेद्वारे करतात जे 72 तासांच्या पाण्याच्या प्रक्रियेनंतर सूक्ष्म शैवाल पुनर्संचयित करतात.शोषणाशी निगडीत पोषक घटकांचे परिणाम देखील पेशींचे प्रमाण वाढणे, त्यांचा गुळगुळीत आकार आणि वाढीच्या दरात बदल दिसून येतात.या निष्कर्षांच्या आधारे, आम्ही असा निष्कर्ष काढतो की गोड्या पाण्यातील परिसंस्थेमध्ये Nb-आधारित MXenes च्या अल्प आणि दीर्घकालीन उपस्थितीमुळे केवळ किरकोळ पर्यावरणीय परिणाम होऊ शकतात.हे लक्षात घेण्याजोगे आहे की, मॉडेल सिस्टम म्हणून द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सचा वापर करून, आम्ही अगदी सूक्ष्म सामग्रीमध्ये देखील आकार परिवर्तनाचा मागोवा घेण्याची शक्यता प्रदर्शित करतो.एकूणच, हा अभ्यास 2D नॅनोमटेरियल्सच्या बायोरिमेडिएशन यंत्रणा चालविणार्‍या पृष्ठभागाच्या परस्परसंवादाशी संबंधित प्रक्रियांबद्दलच्या महत्त्वाच्या मूलभूत प्रश्नाचे उत्तर देतो आणि अजैविक क्रिस्टलीय नॅनोमटेरियल्सच्या पर्यावरणीय प्रभावाच्या पुढील अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन अभ्यासासाठी आधार प्रदान करतो.
नॅनोमटेरिअल्सने त्यांच्या शोधापासून खूप रस निर्माण केला आहे आणि विविध नॅनो तंत्रज्ञानाने अलीकडेच आधुनिकीकरणाच्या पहिल्या टप्प्यात प्रवेश केला आहे.दुर्दैवाने, दैनंदिन ऍप्लिकेशन्समध्ये नॅनोमटेरियल्सचे एकत्रीकरण अयोग्य विल्हेवाट, निष्काळजी हाताळणी किंवा अपुरी सुरक्षा पायाभूत सुविधांमुळे अपघाती प्रकाशन होऊ शकते.म्हणून, द्विमितीय (2D) नॅनोमटेरियल्ससह नॅनोमटेरियल नैसर्गिक वातावरणात सोडले जाऊ शकतात, ज्याचे वर्तन आणि जैविक क्रियाकलाप अद्याप पूर्णपणे समजलेले नाहीत असे गृहीत धरणे वाजवी आहे.त्यामुळे, इकोटॉक्सिसिटीच्या चिंतेने जलीय प्रणाली 2,3,4,5,6 मध्ये लीच करण्याच्या 2D नॅनोमटेरियलच्या क्षमतेवर लक्ष केंद्रित केले आहे हे आश्चर्यकारक नाही.या इकोसिस्टममध्ये, काही 2D नॅनोमटेरिअल्स सूक्ष्म शैवालांसह विविध ट्रॉफिक स्तरांवर विविध जीवांशी संवाद साधू शकतात.
सूक्ष्म शैवाल हे नैसर्गिकरित्या गोड्या पाण्यातील आणि सागरी परिसंस्थांमध्ये आढळणारे आदिम जीव आहेत जे प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे विविध रासायनिक उत्पादने तयार करतात.जसे की, ते जलीय परिसंस्थेसाठी महत्त्वपूर्ण आहेत 8,9,10,11,12 परंतु ते संवेदनशील, स्वस्त आणि इकोटॉक्सिसिटी 13,14 चे मोठ्या प्रमाणावर वापरलेले संकेतक देखील आहेत.सूक्ष्म शैवाल पेशी वेगाने गुणाकार करतात आणि विविध संयुगांच्या उपस्थितीला त्वरीत प्रतिसाद देतात, ते सेंद्रिय पदार्थांनी दूषित पाण्यावर उपचार करण्यासाठी पर्यावरणास अनुकूल पद्धती विकसित करण्याचे आश्वासन देत आहेत15,16.
शैवाल पेशी बायोसोर्प्शन आणि संचयन 17,18 द्वारे पाण्यातून अजैविक आयन काढू शकतात.काही शैवाल प्रजाती जसे की क्लोरेला, अॅनाबेना इनवार, वेस्टिलोप्सिस प्रोलिफिका, स्टिजोक्लोनियम टेन्यू आणि सिनेकोकोकस एसपी.हे Fe2+, Cu2+, Zn2+ आणि Mn2+19 यांसारखे विषारी धातूचे आयन वाहून नेणारे आणि पोषण करते असे आढळून आले आहे.इतर अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ किंवा Pb2+ आयन पेशींच्या आकारविज्ञानात बदल करून आणि त्यांचे क्लोरोप्लास्ट २०,२१ नष्ट करून Scenedesmus ची वाढ मर्यादित करतात.
सेंद्रिय प्रदूषकांचे विघटन आणि जड धातूंचे आयन काढून टाकण्याच्या हिरव्या पद्धतींनी जगभरातील शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांचे लक्ष वेधून घेतले आहे.हे प्रामुख्याने द्रव अवस्थेत या दूषित पदार्थांवर सहज प्रक्रिया केली जाते या वस्तुस्थितीमुळे आहे.तथापि, अकार्बनिक स्फटिक प्रदूषक कमी पाण्यात विरघळणारे आणि विविध बायोट्रान्सफॉर्मेशन्सची कमी संवेदनशीलता द्वारे दर्शविले जातात, ज्यामुळे उपाय करण्यात मोठ्या अडचणी येतात आणि या क्षेत्रात 22,23,24,25,26 मध्ये थोडीशी प्रगती झाली आहे.अशा प्रकारे, नॅनोमटेरियल्सच्या दुरुस्तीसाठी पर्यावरणास अनुकूल उपाय शोधणे हे एक जटिल आणि अनपेक्षित क्षेत्र आहे.2D नॅनोमटेरियल्सच्या बायोट्रान्सफॉर्मेशन इफेक्ट्सच्या उच्च प्रमाणात अनिश्चिततेमुळे, कमी करताना त्यांच्या ऱ्हासाचे संभाव्य मार्ग शोधण्याचा कोणताही सोपा मार्ग नाही.
या अभ्यासात, आम्ही अजैविक सिरॅमिक पदार्थांसाठी सक्रिय जलीय बायोरिमेडिएशन एजंट म्हणून हिरव्या मायक्रोएल्गीचा वापर केला, अकार्बनिक सिरॅमिक पदार्थांचे प्रतिनिधी म्हणून MXene च्या अधोगती प्रक्रियेच्या स्थितीचे निरीक्षण केले."MXene" हा शब्द Mn+1XnTx मटेरियलची स्टोइचियोमेट्री प्रतिबिंबित करतो, जेथे M एक प्रारंभिक संक्रमण धातू आहे, X कार्बन आणि/किंवा नायट्रोजन आहे, Tx एक पृष्ठभाग टर्मिनेटर आहे (उदा., -OH, -F, -Cl), आणि n = 1, 2, 3 किंवा 427.28.नागुइब एट अल यांनी MXenes चा शोध लावल्यापासून.सेन्सॉरिक्स, कॅन्सर थेरपी आणि मेम्ब्रेन फिल्टरेशन 27,29,30.याव्यतिरिक्त, MXenes त्यांच्या उत्कृष्ट कोलाइडल स्थिरता आणि संभाव्य जैविक परस्परक्रियांमुळे 2D प्रणाली म्हणून मानली जाऊ शकतात31,32,33,34,35,36.
म्हणून, या लेखात विकसित केलेली कार्यपद्धती आणि आमची संशोधन गृहितके आकृती 1 मध्ये दर्शविली आहेत. या गृहीतकानुसार, सूक्ष्म शैवाल पृष्ठभागाशी संबंधित भौतिक-रासायनिक परस्परसंवादामुळे Nb-आधारित MXenes ची गैर-विषारी संयुगे बनवतात, ज्यामुळे शैवाल आणखी पुनर्प्राप्त होऊ शकतात.या गृहितकाची चाचणी करण्यासाठी, सुरुवातीच्या निओबियम-आधारित संक्रमण धातू कार्बाइड्स आणि/किंवा नायट्राइड्स (एमएक्सजेन्स) च्या कुटुंबातील दोन सदस्यांची निवड करण्यात आली, म्हणजे Nb2CTx आणि Nb4C3TX.
ग्रीन मायक्रोएल्गी रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटाटाद्वारे MXene पुनर्प्राप्तीसाठी संशोधन पद्धती आणि पुराव्यावर आधारित गृहीतके.कृपया लक्षात घ्या की हे केवळ पुराव्यावर आधारित गृहितकांचे योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व आहे.सरोवराचे वातावरण वापरलेले पोषक माध्यम आणि परिस्थितींमध्ये (उदा., दैनंदिन चक्र आणि उपलब्ध आवश्यक पोषक घटकांमधील मर्यादा) भिन्न आहे.BioRender.com सह तयार केले.
म्हणून, MXene एक मॉडेल प्रणाली म्हणून वापरून, आम्ही विविध जैविक प्रभावांच्या अभ्यासाचे दरवाजे उघडले आहेत जे इतर पारंपारिक नॅनोमटेरियल्ससह पाहिले जाऊ शकत नाहीत.विशेषतः, आम्ही मायक्रोएल्गी रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटाटा द्वारे द्विमितीय नॅनोमटेरियल्स, जसे की निओबियम-आधारित MXenes च्या बायोरिमेडिएशनची शक्यता प्रदर्शित करतो.सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes ला गैर-विषारी ऑक्साईड NbO आणि Nb2O5 मध्ये कमी करण्यास सक्षम आहेत, जे नायबियम अपटेक यंत्रणेद्वारे पोषक देखील प्रदान करतात.एकूणच, हा अभ्यास द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सच्या बायोरिमेडिएशनची यंत्रणा नियंत्रित करणार्‍या पृष्ठभागाच्या भौतिक-रासायनिक परस्परक्रियांशी संबंधित प्रक्रियांबद्दलच्या महत्त्वाच्या मूलभूत प्रश्नाचे उत्तर देतो.याव्यतिरिक्त, आम्ही 2D नॅनोमटेरियलच्या आकारातील सूक्ष्म बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी एक साधी आकार-मापदंड-आधारित पद्धत विकसित करत आहोत.हे अजैविक क्रिस्टलीय नॅनोमटेरियल्सच्या विविध पर्यावरणीय प्रभावांबद्दल पुढील अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन संशोधनास प्रेरित करते.अशा प्रकारे, आमचा अभ्यास भौतिक पृष्ठभाग आणि जैविक सामग्री यांच्यातील परस्परसंवादाची समज वाढवतो.आम्‍ही गोड्या पाण्याच्‍या परिसंस्‍थेवर त्‍यांच्‍या संभाव्य परिणामांच्‍या विस्‍तारित अल्प-मुदतीच्‍या आणि दीर्घ-मुदतीच्‍या अभ्यासासाठी आधार देखील देत आहोत, जे आता सहज पडताळले जाऊ शकतात.
MXenes अद्वितीय आणि आकर्षक भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म असलेल्या सामग्रीच्या मनोरंजक वर्गाचे प्रतिनिधित्व करतात आणि त्यामुळे अनेक संभाव्य अनुप्रयोग आहेत.हे गुणधर्म मुख्यत्वे त्यांच्या स्टोचिओमेट्री आणि पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्रावर अवलंबून असतात.म्हणून, आमच्या अभ्यासात, आम्ही दोन प्रकारच्या Nb-आधारित श्रेणीबद्ध सिंगल-लेयर (SL) MXenes, Nb2CTx आणि Nb4C3TX चा तपास केला, कारण या नॅनोमटेरियल्सचे विविध जैविक परिणाम पाहिले जाऊ शकतात.अणुदृष्ट्या पातळ MAX-फेज ए-लेयरच्या टॉप-डाउन निवडक नक्षीद्वारे MXenes त्यांच्या सुरुवातीच्या सामग्रीपासून तयार केले जातात.MAX फेज हा ट्रांझिशन मेटल कार्बाइड्सचे “बॉन्डेड” ब्लॉक्स आणि MnAXn-1 स्टोइचिओमेट्रीसह Al, Si आणि Sn सारख्या “A” घटकांच्या पातळ थरांनी बनलेला टर्नरी सिरॅमिक आहे.सुरुवातीच्या MAX टप्प्याचे आकारविज्ञान इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून पाहिले गेले आणि ते मागील अभ्यासांशी सुसंगत होते (पूरक माहिती, SI, आकृती S1 पहा).48% HF (हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड) सह अल लेयर काढून टाकल्यानंतर मल्टीलेयर (ML) Nb-MXene प्राप्त झाले.ML-Nb2CTx आणि ML-Nb4C3TX चे आकारविज्ञान इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) (अनुक्रमे S1c आणि S1d) स्कॅन करून तपासले गेले आणि एक विशिष्ट स्तरित MXene आकारविज्ञान आढळून आले, जे लांबलचक पोरांमधून जात असलेल्या द्विमितीय नॅनोफ्लेक्ससारखे आहे.दोन्ही Nb-MXenes मध्ये पूर्वी ऍसिड एचिंग 27,38 द्वारे संश्लेषित केलेल्या MXene टप्प्यांमध्ये बरेच साम्य आहे.MXene च्या संरचनेची पुष्टी केल्यानंतर, आम्ही टेट्राब्युटीलामोनियम हायड्रॉक्साईड (TBAOH) च्या इंटरकॅलेशनद्वारे स्तरित केले आणि त्यानंतर वॉशिंग आणि सॉनिकेशन केले, त्यानंतर आम्हाला सिंगल-लेयर किंवा लो-लेयर (SL) 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स मिळाले.
आम्ही उच्च रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HRTEM) आणि क्ष-किरण विवर्तन (XRD) वापरलेइनव्हर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (IFFT) आणि फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (FFT) वापरून प्रक्रिया केलेले HRTEM परिणाम अंजीर 2 मध्ये दर्शविले आहेत. Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स अणू स्तराची रचना तपासण्यासाठी आणि आंतर-प्लॅनर अंतर मोजण्यासाठी किनारा वर ओरिएंटेड होते.MXene Nb2CTx आणि Nb4C3TX नॅनोफ्लेक्सच्या एचआरटीईएम प्रतिमांनी त्यांचे अणुदृष्ट्या पातळ स्तर असलेले स्वरूप प्रकट केले (चित्र 2a1, a2 पहा), जसे पूर्वी नागिब एट अल.२७ आणि जस्‍त्रझेब्स्का एट अल.३८ यांनी नोंदवले होते.दोन लगतच्या Nb2CTx आणि Nb4C3Tx मोनोलेयर्ससाठी, आम्ही अनुक्रमे 0.74 आणि 1.54 nm इंटरलेअर अंतर निर्धारित केले (Figs. 2b1,b2), जे आमच्या मागील परिणामांशी देखील सहमत आहे38.एनबी2सीटीएक्स आणि एनबी४सी३टीएक्स मोनोलेअर्समधील अंतर दर्शविणाऱ्या इनव्हर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (चित्र 2c1, c2) आणि वेगवान फूरियर ट्रान्सफॉर्म (Fig. 2d1, d2) द्वारे याची पुष्टी झाली.प्रतिमा निओबियम आणि कार्बन अणूंशी संबंधित प्रकाश आणि गडद पट्ट्यांचा एक फेरबदल दर्शवते, जे अभ्यास केलेल्या MXenes च्या स्तरित स्वरूपाची पुष्टी करते.हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की Nb2CTx आणि Nb4C3Tx (आकडे S2a आणि S2b) साठी मिळवलेल्या उर्जा पसरवणारा एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX) स्पेक्ट्राने मूळ MAX टप्प्याचे कोणतेही अवशेष दाखवले नाहीत, कारण कोणतेही अल शिखर आढळले नाही.
SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene नॅनोफ्लेक्सचे वैशिष्ट्य, ज्यात (a) उच्च रिझोल्यूशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HRTEM) साइड-व्ह्यू 2D नॅनोफ्लेक इमेजिंग आणि संबंधित, (b) तीव्रता मोड, (c) इनव्हर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (IFFT), (d) फास्ट फूरियर पॅटर्न (एक्सएफटीएमएक्स-एक्सएनएमएक्स)SL 2D Nb2CTx साठी, संख्या (a1, b1, c1, d1, e1) म्हणून व्यक्त केल्या जातात.SL 2D Nb4C3Tx साठी, संख्या (a2, b2, c2, d2, e1) म्हणून व्यक्त केल्या जातात.
SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXenes चे क्ष-किरण विवर्तन माप अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.2e1 आणि e2, अनुक्रमे.4.31 आणि 4.32 वरील शिखरे (002) अनुक्रमे पूर्वी वर्णन केलेल्या स्तरित MXenes Nb2CTx आणि Nb4C3TX38,39,40,41 शी संबंधित आहेत.XRD परिणाम काही अवशिष्ट एमएल संरचना आणि MAX टप्प्यांची उपस्थिती देखील दर्शवतात, परंतु मुख्यतः SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2) शी संबंधित XRD नमुने.MAX टप्प्यातील लहान कणांची उपस्थिती यादृच्छिकपणे स्टॅक केलेल्या Nb4C3Tx स्तरांच्या तुलनेत मजबूत MAX शिखर स्पष्ट करू शकते.
पुढील संशोधनात आर. सबकॅपीटाटा प्रजातीशी संबंधित हिरव्या सूक्ष्म शैवालांवर लक्ष केंद्रित केले आहे.आम्ही सूक्ष्म शैवाल निवडले कारण ते प्रमुख खाद्य जालांमध्ये गुंतलेले महत्त्वाचे उत्पादक आहेत42.अन्नसाखळीच्या उच्च पातळीपर्यंत वाहून नेले जाणारे विषारी पदार्थ काढून टाकण्याच्या क्षमतेमुळे ते विषारीपणाचे सर्वोत्तम संकेतक आहेत.याव्यतिरिक्त, आर. सबकॅपीटाटावरील संशोधन SL Nb-MXenes च्या सामान्य गोड्या पाण्यातील सूक्ष्मजीवांच्या आनुषंगिक विषाक्ततेवर प्रकाश टाकू शकते.हे स्पष्ट करण्यासाठी, संशोधकांनी असे गृहीत धरले की प्रत्येक सूक्ष्मजंतूची वातावरणात असलेल्या विषारी संयुगांना वेगळी संवेदनशीलता असते.बहुतेक जीवांसाठी, पदार्थांची कमी सांद्रता त्यांच्या वाढीवर परिणाम करत नाही, तर एका विशिष्ट मर्यादेपेक्षा जास्त सांद्रता त्यांना रोखू शकते किंवा मृत्यू देखील होऊ शकते.म्हणून, सूक्ष्म शैवाल आणि MXenes आणि संबंधित पुनर्प्राप्ती यांच्यातील पृष्ठभागावरील परस्परसंवादाच्या आमच्या अभ्यासासाठी, आम्ही Nb-MXenes च्या निरुपद्रवी आणि विषारी एकाग्रतेची चाचणी करण्याचा निर्णय घेतला.हे करण्यासाठी, आम्ही 0 (संदर्भ म्हणून), 0.01, 0.1 आणि 10 mg l-1 MXene आणि त्याव्यतिरिक्त MXene (100 mg l-1 MXene) च्या उच्च सांद्रतेसह संक्रमित सूक्ष्म शैवालांची चाचणी केली, जी अत्यंत आणि प्राणघातक असू शकते..कोणत्याही जैविक वातावरणासाठी.
SL Nb-MXenes चे सूक्ष्म शैवालांवर होणारे परिणाम आकृती 3 मध्ये दर्शविले आहेत, 0 mg l-1 नमुन्यांसाठी मापन केलेल्या वाढीच्या प्रोत्साहनाची टक्केवारी (+) किंवा प्रतिबंध (-) म्हणून व्यक्त केली आहे.तुलना करण्यासाठी, Nb-MAX फेज आणि ML Nb-MXenes देखील तपासले गेले आणि परिणाम SI मध्ये दर्शविले गेले आहेत (चित्र S3 पहा).प्राप्त झालेल्या परिणामांनी पुष्टी केली की SL Nb-MXenes 0.01 ते 10 mg/l पर्यंत कमी एकाग्रतेच्या श्रेणीमध्ये जवळजवळ पूर्णपणे विषाक्तपणापासून मुक्त आहे, चित्र 3a,b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे.Nb2CTx च्या बाबतीत, आम्ही निर्दिष्ट श्रेणीमध्ये 5% पेक्षा जास्त इकोटॉक्सिसिटी पाहिली नाही.
SL (a) Nb2CTx आणि (b) Nb4C3TX MXene च्या उपस्थितीत सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीस उत्तेजन (+) किंवा प्रतिबंध (-).24, 48 आणि 72 तासांच्या MXene-microalgae परस्परसंवादाचे विश्लेषण केले गेले. महत्त्वपूर्ण डेटा (t-चाचणी, p < 0.05) तारकाने (*) चिन्हांकित केला गेला. महत्त्वपूर्ण डेटा (t-चाचणी, p < 0.05) तारकाने (*) चिन्हांकित केला गेला. Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). महत्त्वाचा डेटा (t-test, p < 0.05) तारकाने (*) चिन्हांकित केला आहे.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 (*). महत्त्वाचा डेटा (t-test, p <0.05) तारकाने (*) चिन्हांकित केला आहे.लाल बाण प्रतिबंधात्मक उत्तेजनाचे निर्मूलन सूचित करतात.
दुसरीकडे, Nb4C3TX ची कमी सांद्रता किंचित जास्त विषारी असल्याचे दिसून आले, परंतु 7% पेक्षा जास्त नाही.अपेक्षेप्रमाणे, आम्ही निरीक्षण केले की MXenes मध्ये 100mg L-1 वर जास्त विषाक्तता आणि सूक्ष्म शैवाल वाढ प्रतिबंधित होते.विशेष म्हणजे, कोणत्याही सामग्रीने MAX किंवा ML नमुन्यांच्या तुलनेत विषारी/विषारी प्रभावांचा समान कल आणि वेळ अवलंबित्व दाखवले नाही (तपशीलांसाठी SI पहा).MAX टप्प्यासाठी (चित्र S3 पहा) विषारीपणा अंदाजे 15-25% पर्यंत पोहोचला आणि कालांतराने वाढला, SL Nb2CTx आणि Nb4C3TX MXene साठी उलट कल दिसून आला.सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीचा प्रतिबंध कालांतराने कमी झाला.24 तासांनंतर ते अंदाजे 17% पर्यंत पोहोचले आणि 72 तासांनंतर 5% पेक्षा कमी झाले (अनुक्रमे 3a, b).
अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, SL Nb4C3TX साठी, सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीचा प्रतिबंध 24 तासांनंतर सुमारे 27% पर्यंत पोहोचला, परंतु 72 तासांनंतर तो सुमारे 1% पर्यंत कमी झाला.म्हणून, आम्ही निरीक्षण केलेल्या परिणामास उत्तेजनाचा व्यस्त प्रतिबंध म्हणून लेबल केले आणि SL Nb4C3TX MXene साठी प्रभाव अधिक मजबूत होता.SL Nb2CTx MXene च्या तुलनेत Nb4C3TX (24 तासांसाठी 10 mg L-1 वर परस्परसंवाद) सह सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीचे उत्तेजन यापूर्वी नोंदवले गेले होते.बायोमास दुप्पट दर वक्र मध्ये प्रतिबंध-उत्तेजनाचा उलट परिणाम देखील चांगला दिसून आला (तपशीलांसाठी चित्र S4 पहा).आतापर्यंत, फक्त Ti3C2TX MXene च्या इकोटॉक्सिसिटीचा वेगवेगळ्या प्रकारे अभ्यास केला गेला आहे.हे झेब्राफिश भ्रूण 44 साठी विषारी नाही परंतु डेस्मोडेस्मस क्वाड्रिकाउडा आणि ज्वारी सॅकॅरॅटम वनस्पती 45 सूक्ष्म शैवालांसाठी माफक प्रमाणात इकोटॉक्सिक आहे.विशिष्ट प्रभावांच्या इतर उदाहरणांमध्ये सामान्य सेल लाइन्सपेक्षा कर्करोगाच्या सेल लाईन्समध्ये जास्त विषाक्तता समाविष्ट आहे46,47.असे गृहीत धरले जाऊ शकते की चाचणी परिस्थिती Nb-MXenes च्या उपस्थितीत आढळलेल्या सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीतील बदलांवर परिणाम करेल.उदाहरणार्थ, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमामध्ये सुमारे 8 चा pH RuBisCO एन्झाइमच्या कार्यक्षम कार्यासाठी इष्टतम आहे.म्हणून, pH बदल प्रकाशसंश्लेषणाच्या दरावर नकारात्मक परिणाम करतात 48,49.तथापि, आम्ही प्रयोगादरम्यान pH मध्ये लक्षणीय बदल पाहिले नाहीत (तपशीलांसाठी SI, Fig. S5 पहा).सर्वसाधारणपणे, Nb-MXenes सह सूक्ष्म शैवालांच्या संस्कृतींनी कालांतराने द्रावणाचा pH किंचित कमी केला.तथापि, ही घट शुद्ध माध्यमाच्या pH मधील बदलासारखीच होती.याव्यतिरिक्त, आढळलेल्या भिन्नतेची श्रेणी सूक्ष्म शैवाल (नियंत्रण नमुना) च्या शुद्ध संस्कृतीसाठी मोजल्याप्रमाणेच होती.अशा प्रकारे, आम्ही असा निष्कर्ष काढतो की प्रकाशसंश्लेषण कालांतराने pH मधील बदलांमुळे प्रभावित होत नाही.
याव्यतिरिक्त, संश्लेषित MXenes चे पृष्ठभाग शेवट आहेत (Tx म्हणून दर्शविले जाते).हे मुख्यतः कार्यात्मक गट -O, -F आणि -OH आहेत.तथापि, पृष्ठभागाचे रसायनशास्त्र थेट संश्लेषणाच्या पद्धतीशी संबंधित आहे.हे गट यादृच्छिकपणे पृष्ठभागावर वितरीत केले जातात म्हणून ओळखले जातात, ज्यामुळे MXene50 च्या गुणधर्मांवर त्यांच्या प्रभावाचा अंदाज लावणे कठीण होते.असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की प्रकाशाद्वारे नायबियमच्या ऑक्सिडेशनसाठी Tx हे उत्प्रेरक बल असू शकते.पृष्ठभाग कार्यात्मक गट खरोखरच त्यांच्या अंतर्निहित फोटोकॅटलिस्टसाठी हेटरोजंक्शन्स51 तयार करण्यासाठी एकाधिक अँकरिंग साइट प्रदान करतात.तथापि, वाढीच्या मध्यम रचनाने प्रभावी फोटोकॅटलिस्ट प्रदान केले नाही (तपशीलवार मध्यम रचना SI टेबल S6 मध्ये आढळू शकते).याव्यतिरिक्त, पृष्ठभागावरील कोणतेही बदल देखील खूप महत्वाचे आहेत, कारण लेयर पोस्ट-प्रोसेसिंग, ऑक्सिडेशन, सेंद्रिय आणि अजैविक संयुगांचे रासायनिक पृष्ठभाग बदल 52,53,54,55,56 किंवा पृष्ठभाग चार्ज अभियांत्रिकी 38 मुळे MXenes ची जैविक क्रिया बदलली जाऊ शकते.म्हणून, निओबियम ऑक्साईडचा माध्यमातील भौतिक अस्थिरतेशी काही संबंध आहे की नाही हे तपासण्यासाठी, आम्ही सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीच्या माध्यमातील झेटा (ζ) संभाव्यतेचा अभ्यास केला (तुलनेसाठी).आमचे परिणाम असे दर्शवतात की SL Nb-MXenes बऱ्यापैकी स्थिर आहेत (MAX आणि ML परिणामांसाठी SI Fig. S6 पहा).SL MXenes ची झीटा क्षमता सुमारे -10 mV आहे.SR Nb2CTx च्या बाबतीत, ζ चे मूल्य Nb4C3Tx पेक्षा काहीसे जास्त ऋण आहे.ζ मूल्यातील असा बदल सूचित करू शकतो की नकारात्मक चार्ज केलेल्या MXene नॅनोफ्लेक्सची पृष्ठभाग संस्कृती माध्यमातील सकारात्मक चार्ज केलेले आयन शोषून घेते.संस्कृती माध्यमातील झेटा संभाव्यता आणि Nb-MXenes च्या चालकतेचे तात्पुरते मोजमाप (अधिक तपशीलांसाठी SI मधील आकडे S7 आणि S8 पहा) आमच्या गृहीतकाला समर्थन देतात असे दिसते.
तथापि, दोन्ही Nb-MXene SLs ने शून्य पासून कमीत कमी बदल दाखवले.हे सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीच्या माध्यमात त्यांची स्थिरता स्पष्टपणे दर्शवते.याव्यतिरिक्त, आम्ही आमच्या हिरव्या सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीमुळे माध्यमातील Nb-MXenes च्या स्थिरतेवर परिणाम होईल का याचे मूल्यांकन केले.कालांतराने पोषक माध्यम आणि संस्कृतीत सूक्ष्म शैवालांशी संवाद साधल्यानंतर झेटा संभाव्यता आणि MXenes च्या चालकतेचे परिणाम SI (आकडे S9 आणि S10) मध्ये आढळू शकतात.विशेष म्हणजे, आमच्या लक्षात आले की सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीमुळे दोन्ही MXenes चे फैलाव स्थिर होते.Nb2CTx SL च्या बाबतीत, झीटा संभाव्यता कालांतराने अधिक नकारात्मक मूल्यांपर्यंत किंचित कमी झाली (72 तास उष्मायनानंतर -15.8 विरुद्ध -19.1 mV).SL Nb4C3TX ची झीटा क्षमता थोडीशी वाढली, परंतु 72 तासांनंतरही सूक्ष्म शैवाल (-18.1 वि. -9.1 mV) नसतानाही नॅनोफ्लेक्सपेक्षा उच्च स्थिरता दर्शविली.
आम्हाला सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीत उष्मायन केलेल्या Nb-MXene द्रावणाची कमी चालकता देखील आढळली, जे पोषक माध्यमात कमी प्रमाणात आयन दर्शवते.उल्लेखनीय म्हणजे, पाण्यातील MXenes ची अस्थिरता मुख्यत्वे पृष्ठभागावरील ऑक्सिडेशन 57 मुळे आहे.म्हणून, आम्हाला शंका आहे की हिरव्या सूक्ष्म शैवालांनी Nb-MXene च्या पृष्ठभागावर तयार झालेले ऑक्साईड कसे तरी साफ केले आणि त्यांची घटना रोखली (MXene चे ऑक्सिडेशन).सूक्ष्म शैवालांनी शोषलेल्या पदार्थांच्या प्रकारांचा अभ्यास करून हे पाहिले जाऊ शकते.
आमच्या इकोटॉक्सिकोलॉजिकल अभ्यासाने सूचित केले आहे की सूक्ष्म शैवाल कालांतराने Nb-MXenes च्या विषारीपणावर आणि उत्तेजित वाढीच्या असामान्य प्रतिबंधावर मात करण्यास सक्षम होते, आमच्या अभ्यासाचे उद्दिष्ट कारवाईच्या संभाव्य यंत्रणेची तपासणी करणे हे होते.जेव्हा शैवाल सारखे जीव त्यांच्या परिसंस्थेला अपरिचित असलेल्या संयुगे किंवा सामग्रीच्या संपर्कात येतात, तेव्हा ते विविध प्रकारे प्रतिक्रिया देऊ शकतात58,59.विषारी मेटल ऑक्साईड्सच्या अनुपस्थितीत, सूक्ष्म शैवाल स्वतःला खायला देऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांना सतत वाढू शकते 60.विषारी पदार्थांचे सेवन केल्यानंतर, संरक्षण यंत्रणा सक्रिय होऊ शकते, जसे की आकार किंवा स्वरूप बदलणे.शोषणाची शक्यता देखील 58,59 विचारात घेणे आवश्यक आहे.विशेष म्हणजे, संरक्षण यंत्रणेचे कोणतेही चिन्ह चाचणी कंपाऊंडच्या विषारीपणाचे स्पष्ट सूचक आहे.म्हणून, आमच्या पुढील कामात, आम्ही SEM द्वारे SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स आणि मायक्रोएल्गी यांच्यातील संभाव्य पृष्ठभागावरील परस्परसंवाद आणि एक्स-रे फ्लूरोसेन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (XRF) द्वारे Nb-आधारित MXene चे संभाव्य शोषण तपासले.लक्षात घ्या की SEM आणि XRF चे विश्लेषण केवळ MXene च्या उच्चतम एकाग्रतेवर क्रियाकलाप विषारी समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी केले गेले.
SEM परिणाम Fig.4 मध्ये दर्शविले आहेत.उपचार न केलेल्या सूक्ष्म शैवाल पेशींनी (चित्र 4a, संदर्भ नमुना पहा) स्पष्टपणे वैशिष्ट्यपूर्ण आर. सबकॅपीटाटा आकारविज्ञान आणि क्रोइसंट-सदृश पेशी आकार दर्शविला.पेशी सपाट आणि काहीशा अव्यवस्थित दिसतात.काही सूक्ष्म शैवाल पेशी एकमेकांशी आच्छादित आणि अडकतात, परंतु हे कदाचित नमुना तयार करण्याच्या प्रक्रियेमुळे झाले असावे.सर्वसाधारणपणे, शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशींची पृष्ठभाग गुळगुळीत होती आणि त्यात कोणतेही आकारशास्त्रीय बदल दिसून आले नाहीत.
अत्यंत एकाग्रतेत (100 mg L-1) 72 तासांच्या परस्परसंवादानंतर हिरव्या सूक्ष्म शैवाल आणि MXene नॅनोशीट्समधील पृष्ठभागावरील परस्परसंवाद दर्शविणारी SEM प्रतिमा.(a) SL (b) Nb2CTx आणि (c) Nb4C3TX MXenes सह परस्परसंवादानंतर उपचार न केलेले हिरवे सूक्ष्म शैवाल.लक्षात घ्या की Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स लाल बाणांनी चिन्हांकित आहेत.तुलनेसाठी, ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपमधील छायाचित्रे देखील जोडली जातात.
याउलट, SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स द्वारे शोषलेल्या सूक्ष्म शैवाल पेशी खराब झाल्या होत्या (चित्र 4b, c, लाल बाण पहा).Nb2CTx MXene (Fig. 4b) च्या बाबतीत, सूक्ष्म शैवाल जोडलेल्या द्विमितीय नॅनोस्केल्ससह वाढतात, जे त्यांचे आकारविज्ञान बदलू शकतात.विशेष म्हणजे, आम्ही हे बदल प्रकाश मायक्रोस्कोपी अंतर्गत देखील पाहिले (तपशीलांसाठी SI आकृती S11 पहा).सूक्ष्म शैवालांच्या शरीरविज्ञानामध्ये या आकृतिशास्त्रीय संक्रमणास एक प्रशंसनीय आधार आहे आणि सेल आकारविज्ञान बदलून त्यांचा बचाव करण्याची क्षमता आहे, जसे की सेल व्हॉल्यूम 61 वाढवणे.म्हणून, Nb-MXenes च्या संपर्कात असलेल्या सूक्ष्म शैवाल पेशींची संख्या तपासणे महत्वाचे आहे.SEM अभ्यासातून असे दिसून आले की अंदाजे 52% सूक्ष्म शैवाल पेशी Nb-MXenes च्या संपर्कात आल्या होत्या, तर यातील 48% सूक्ष्म शैवाल पेशींनी संपर्क टाळला.SL Nb4C3Tx MXene साठी, सूक्ष्म शैवाल MXene शी संपर्क टाळण्याचा प्रयत्न करतात, ज्यामुळे द्विमितीय नॅनोस्केल्स (चित्र 4c) पासून स्थानिकीकरण आणि वाढ होते.तथापि, आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये नॅनोस्केल्सचा प्रवेश आणि त्यांचे नुकसान पाहिले नाही.
सेल पृष्ठभागावरील कणांच्या शोषणामुळे आणि तथाकथित छायांकन (शेडिंग) प्रभावामुळे प्रकाशसंश्लेषणाच्या अडथळ्यासाठी स्वयं-संरक्षण ही एक वेळ-आश्रित प्रतिसाद वर्तन आहे.हे स्पष्ट आहे की प्रत्येक वस्तू (उदाहरणार्थ, Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स) जी सूक्ष्म शैवाल आणि प्रकाश स्रोत यांच्यामध्ये असते ती क्लोरोप्लास्ट्सद्वारे शोषलेल्या प्रकाशाचे प्रमाण मर्यादित करते.तथापि, आम्हाला यात शंका नाही की याचा परिणामांवर लक्षणीय परिणाम होतो.आमच्या सूक्ष्म निरीक्षणांनुसार, 2D नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावर पूर्णपणे गुंडाळलेले किंवा चिकटलेले नव्हते, अगदी सूक्ष्म शैवाल पेशी Nb-MXenes च्या संपर्कात असताना देखील.त्याऐवजी, नॅनोफ्लेक्स त्यांच्या पृष्ठभागावर झाकून न ठेवता सूक्ष्म शैवाल पेशींकडे वळले.अशा नॅनोफ्लेक्स/सूक्ष्म शैवालांचा संच सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे शोषलेल्या प्रकाशाच्या प्रमाणात लक्षणीय मर्यादा घालू शकत नाही.शिवाय, काही अभ्यासांमध्ये द्विमितीय नॅनोमटेरियल ६३,६४,६५,६६ च्या उपस्थितीत प्रकाशसंश्लेषक जीवांद्वारे प्रकाश शोषणामध्ये सुधारणा देखील दिसून आली आहे.
एसईएम प्रतिमा सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे निओबियमच्या ग्रहणाची थेट पुष्टी करू शकत नसल्यामुळे, या समस्येचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी आमचा पुढील अभ्यास एक्स-रे फ्लूरोसेन्स (XRF) आणि एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषणाकडे वळला.म्हणून, आम्ही संदर्भ सूक्ष्म शैवाल नमुन्यांच्या Nb शिखरांच्या तीव्रतेची तुलना केली जी MXenesशी संवाद साधत नाहीत, MXene नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या पृष्ठभागापासून विलग होतात आणि संलग्न MXenes काढून टाकल्यानंतर मायक्रोअल्गा पेशी.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जर Nb ग्रहण नसेल तर, संलग्न नॅनोस्केल्स काढून टाकल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींनी मिळवलेले Nb मूल्य शून्य असावे.म्हणून, जर Nb उचलला गेला तर, XRF आणि XPS दोन्ही परिणाम स्पष्ट Nb शिखर दर्शविले पाहिजेत.
XRF स्पेक्ट्राच्या बाबतीत, SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene सह परस्परसंवादानंतर सूक्ष्म शैवालांच्या नमुन्यांनी SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene साठी Nb शिखरे दर्शविली (चित्र 5a पहा, हे देखील लक्षात घ्या की MAX आणि ML MXenes चे परिणाम S71-12SIgs मध्ये दर्शविले आहेत).विशेष म्हणजे, Nb शिखराची तीव्रता दोन्ही प्रकरणांमध्ये सारखीच आहे (Fig. 5a मधील लाल पट्ट्या).हे सूचित करते की एकपेशीय वनस्पती अधिक Nb शोषू शकत नाही, आणि पेशींमध्ये Nb संचयित करण्याची कमाल क्षमता गाठली गेली, जरी दोनपट जास्त Nb4C3Tx MXene सूक्ष्म शैवाल पेशींशी जोडलेले होते (चित्र 5a मधील निळ्या पट्ट्या).विशेष म्हणजे, धातू शोषून घेण्याची सूक्ष्म शैवालांची क्षमता वातावरणातील मेटल ऑक्साईडच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असते 67,68.शमशादा et al.67 ला आढळले की गोड्या पाण्यातील शैवालची शोषक क्षमता वाढत्या pH सह कमी होते.Raize et al.68 ने नोंदवले की सीव्हीडची धातू शोषण्याची क्षमता Pb2+ साठी Ni2+ च्या तुलनेत सुमारे 25% जास्त होती.
(a) 72 तासांसाठी SL Nb-MXenes (100 mg L-1) च्या अत्यंत एकाग्रतेवर उष्मायन केलेल्या हिरव्या सूक्ष्म शैवाल पेशींनी बेसल Nb घेण्याचे XRF परिणाम.परिणाम शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये α ची उपस्थिती दर्शवतात (नियंत्रण नमुना, राखाडी स्तंभ), पृष्ठभागावरील सूक्ष्म शैवाल पेशी (निळे स्तंभ) पासून वेगळे केलेले 2D नॅनोफ्लेक्स आणि पृष्ठभागापासून 2D नॅनोफ्लेक्स वेगळे केल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशी (लाल स्तंभ).एलिमेंटल Nb चे प्रमाण, (b) SL Nb-MXenes सह उष्मायनानंतर सूक्ष्म शैवाल सेंद्रिय घटकांच्या रासायनिक रचनेची टक्केवारी (C=O आणि CHx/C–O) आणि Nb ऑक्साईड्स SL Nb-MXenes सह उष्मायनानंतर, (c–e) XPS SL एनबीटीएमएक्सएक्स एनबी2टीएमएक्सएक्स एनबीटीएमएक्सएक्स एनबी 3 सीटीएमएक्स एनबी 3 सीटीएमएक्सने अंतर्गत सूक्ष्म शैवालांच्या संरचनेच्या शिखराची फिटिंग gae पेशी.
म्हणून, आम्हाला अपेक्षा होती की एनबी ऑक्साईडच्या स्वरूपात अल्गल पेशींद्वारे शोषले जाऊ शकते.याची चाचणी करण्यासाठी, आम्ही MXenes Nb2CTx आणि Nb4C3TX आणि शैवाल पेशींवर XPS अभ्यास केला.एकपेशीय पेशींपासून विलग केलेल्या Nb-MXenes आणि MXenes बरोबर सूक्ष्म शैवालांच्या परस्परसंवादाचे परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.5 ब.अपेक्षेप्रमाणे, आम्ही सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावरून MXene काढून टाकल्यानंतर सूक्ष्म शैवालांच्या नमुन्यांमध्ये Nb 3d शिखरे आढळली.Nb2CTx SL (Fig. 5c–e) आणि Nb4C3Tx SL (Fig. 5c–e) सह मिळवलेल्या Nb 3d, O 1s, आणि C 1s स्पेक्ट्राच्या आधारे C=O, CHx/CO, आणि Nb ऑक्साईड्सचे परिमाणवाचक निर्धारण केले गेले.) उष्मायित सूक्ष्म शैवाल पासून प्राप्त.आकृती 5f–h) MXenes.तक्ता S1-3 हे पीक पॅरामीटर्सचे तपशील आणि तंदुरुस्तीच्या परिणामी एकूण रसायनशास्त्र दर्शवते.हे लक्षात घेण्याजोगे आहे की Nb2CTx SL आणि Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) चे Nb 3d क्षेत्र एका Nb2O5 घटकाशी संबंधित आहेत.येथे, आम्हाला स्पेक्ट्रामध्ये कोणतेही MXene-संबंधित शिखर आढळले नाही, जे सूचित करते की सूक्ष्म शैवाल पेशी केवळ Nb चे ऑक्साईड फॉर्म शोषून घेतात.याव्यतिरिक्त, आम्ही C–C, CHx/C–O, C=O, आणि –COOH घटकांसह C 1 s स्पेक्ट्रमचे अंदाजे अंदाज घेतले.आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या सेंद्रिय योगदानासाठी CHx/C–O आणि C=O शिखर नियुक्त केले.या सेंद्रिय घटकांचा Nb2CTx SL आणि Nb4C3TX SL मध्ये अनुक्रमे 36% आणि 41% C 1s शिखरांचा वाटा आहे.त्यानंतर आम्ही SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3TX चे O 1s स्पेक्ट्रा Nb2O5, सूक्ष्म शैवालांचे सेंद्रिय घटक (CHx/CO) आणि पृष्ठभागावर शोषलेले पाणी फिट केले.
शेवटी, XPS परिणाम स्पष्टपणे Nb चे स्वरूप दर्शवतात, केवळ त्याची उपस्थितीच नाही.Nb 3d सिग्नलच्या स्थितीनुसार आणि डीकॉनव्होल्यूशनच्या परिणामांनुसार, आम्ही पुष्टी करतो की Nb केवळ ऑक्साईडच्या स्वरूपात शोषले जाते आणि आयन किंवा MXene नाही.याव्यतिरिक्त, XPS परिणामांनी असे दर्शवले की सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये SL Nb4C3TX MXene च्या तुलनेत SL Nb2CTx मधून Nb ऑक्साइड घेण्याची क्षमता जास्त आहे.
आमचे Nb अपटेक परिणाम प्रभावी आहेत आणि आम्हाला MXene र्‍हास ओळखण्यास अनुमती देतात, परंतु 2D नॅनोफ्लेक्समधील संबंधित आकृतिशास्त्रीय बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी कोणतीही पद्धत उपलब्ध नाही.म्हणून, आम्ही 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स आणि सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये होणार्‍या कोणत्याही बदलांना थेट प्रतिसाद देऊ शकणारी एक योग्य पद्धत विकसित करण्याचा निर्णय घेतला.हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की आम्ही असे गृहीत धरतो की जर परस्परसंवाद करणाऱ्या प्रजातींमध्ये कोणतेही परिवर्तन, विघटन किंवा डीफ्रॅग्मेंटेशन होत असेल, तर हे आकार पॅरामीटर्समध्ये बदल म्हणून त्वरीत प्रकट झाले पाहिजे, जसे की समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्राचा व्यास, गोलाकारपणा, फेरेट रुंदी किंवा फेरेट लांबी.हे पॅरामीटर्स लांबलचक कण किंवा द्वि-आयामी नॅनोफ्लेक्सचे वर्णन करण्यासाठी योग्य असल्याने, डायनॅमिक कण आकार विश्लेषणाद्वारे त्यांचा मागोवा घेतल्याने आम्हाला SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स कमी करताना मॉर्फोलॉजिकल ट्रान्सफॉर्मेशनबद्दल मौल्यवान माहिती मिळेल.
प्राप्त झालेले परिणाम आकृती 6 मध्ये दर्शविले आहेत. तुलनेसाठी, आम्ही मूळ MAX फेज आणि ML-MXenes ची देखील चाचणी केली (SI Figures S18 आणि S19 पहा).कणांच्या आकाराच्या डायनॅमिक विश्लेषणात असे दिसून आले की दोन Nb-MXene SL चे सर्व आकार मापदंड सूक्ष्म शैवालांशी परस्परसंवादानंतर लक्षणीय बदलले आहेत.समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्र व्यास पॅरामीटर (चित्र 6a, b) द्वारे दर्शविल्याप्रमाणे, मोठ्या नॅनोफ्लेक्सच्या अंशाची कमी झालेली शिखर तीव्रता सूचित करते की ते लहान तुकड्यांमध्ये क्षय होत आहेत.अंजीर वर.6c, d फ्लेक्सच्या ट्रान्सव्हर्स आकाराशी संबंधित शिखरांमध्ये घट दर्शविते (नॅनोफ्लेक्सचा विस्तार), 2D नॅनोफ्लेक्सचे अधिक कणांसारख्या आकारात रूपांतर दर्शविते.आकृती 6e-h अनुक्रमे फेरेटची रुंदी आणि लांबी दर्शवित आहे.फेरेट रुंदी आणि लांबी हे पूरक मापदंड आहेत आणि म्हणून एकत्रितपणे विचारात घेतले पाहिजे.सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीत 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या उष्मायनानंतर, त्यांचे फेरेट सहसंबंध शिखर सरकले आणि त्यांची तीव्रता कमी झाली.मॉर्फोलॉजी, XRF आणि XPS च्या संयोजनात या परिणामांवर आधारित, आम्ही निष्कर्ष काढला की निरीक्षण केलेले बदल ऑक्सिडेशनशी जोरदारपणे संबंधित आहेत कारण ऑक्सिडाइज्ड MXenes अधिक सुरकुत्या पडतात आणि तुकड्यांमध्ये आणि गोलाकार ऑक्साईड कणांमध्ये मोडतात 69,70.
हिरव्या सूक्ष्म शैवालांसह परस्परसंवादानंतर MXene परिवर्तनाचे विश्लेषण.डायनॅमिक कण आकाराचे विश्लेषण (a, b) समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्राचा व्यास, (c, d) गोलाकारपणा, (e, f) फेरेटची रुंदी आणि (g, h) फेरेटची लांबी यासारख्या बाबी विचारात घेतात.यासाठी, प्राथमिक SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3Tx MXenes, खराब झालेले सूक्ष्म शैवाल आणि उपचारित सूक्ष्म शैवाल SL Nb2CTx आणि SL Nb4Cs3Tx MXenes सह दोन संदर्भ सूक्ष्म शैवालांचे नमुने विश्लेषित केले गेले.लाल बाण अभ्यासलेल्या द्विमितीय नॅनोफ्लेक्सच्या आकाराच्या पॅरामीटर्सची संक्रमणे दर्शवतात.
आकार मापदंड विश्लेषण अतिशय विश्वासार्ह असल्याने, ते सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये आकारशास्त्रीय बदल देखील प्रकट करू शकते.म्हणून, आम्ही 2D Nb नॅनोफ्लेक्ससह परस्परसंवादानंतर शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशी आणि पेशींच्या समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्राचा व्यास, गोलाकारपणा आणि फेरेट रुंदी/लांबीचे विश्लेषण केले.अंजीर वर.6a–h शैवाल पेशींच्या आकाराच्या मापदंडांमध्ये बदल दर्शविते, जसे की पीक तीव्रता कमी होणे आणि उच्च मूल्यांकडे मॅक्सिमा बदलणे याचा पुरावा आहे.विशेषतः, सेल गोलाकार मापदंडांनी वाढवलेला पेशींमध्ये घट आणि गोलाकार पेशींमध्ये वाढ (Fig. 6a, b) दर्शविली.याव्यतिरिक्त, SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f) च्या तुलनेत SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) सह परस्परसंवादानंतर फेरेट सेलची रुंदी अनेक मायक्रोमीटरने वाढली.Nb2CTx SR सह परस्परसंवादानंतर सूक्ष्म शैवालाद्वारे Nb ऑक्साईडच्या जोरदार सेवनामुळे हे घडले असावे असा आम्हाला संशय आहे.त्यांच्या पृष्ठभागावर Nb फ्लेक्स कमी कडक जोडल्यामुळे कमीतकमी शेडिंग प्रभावासह सेलची वाढ होऊ शकते.
सूक्ष्म शैवालांच्या आकार आणि आकाराच्या पॅरामीटर्समधील बदलांची आमची निरीक्षणे इतर अभ्यासांना पूरक आहेत.हिरवे सूक्ष्म शैवाल पेशींचा आकार, आकार किंवा चयापचय बदलून पर्यावरणीय ताणाला प्रतिसाद म्हणून त्यांचे आकारविज्ञान बदलू शकतात61.उदाहरणार्थ, पेशींचा आकार बदलल्याने पोषक तत्वांचे शोषण सुलभ होते71.लहान शैवाल पेशी कमी पोषक शोषण आणि बिघडलेला वाढ दर दर्शवतात.याउलट, मोठ्या पेशी अधिक पोषक तत्वांचा वापर करतात, जे नंतर इंट्रासेल्युलर 72,73 मध्ये जमा केले जातात.मचाडो आणि सोरेस यांना आढळले की ट्रायक्लोसन बुरशीनाशक पेशींचा आकार वाढवू शकतो.त्यांना एकपेशीय वनस्पती 74 च्या आकारात गहन बदल देखील आढळले.याव्यतिरिक्त, यिन एट अल.९ ने कमी झालेल्या ग्राफीन ऑक्साईड नॅनोकॉम्पोझिट्सच्या संपर्कात आल्यानंतर एकपेशीय वनस्पतींमध्ये मॉर्फोलॉजिकल बदल देखील प्रकट केले.म्हणून, हे स्पष्ट आहे की सूक्ष्म शैवालांचे बदललेले आकार/आकाराचे मापदंड MXene च्या उपस्थितीमुळे होतात.आकार आणि आकारातील हा बदल पोषक तत्वांच्या सेवनातील बदलांचे सूचक असल्याने, आमचा विश्वास आहे की आकार आणि आकाराच्या मापदंडांचे कालांतराने विश्लेषण केल्याने Nb-MXenes च्या उपस्थितीत सूक्ष्म शैवालद्वारे नायबियम ऑक्साईडचे शोषण दिसून येते.
शिवाय, एकपेशीय वनस्पतींच्या उपस्थितीत MXenes चे ऑक्सिडीकरण केले जाऊ शकते.Dalai et al.75 ने निरीक्षण केले की नॅनो-TiO2 आणि Al2O376 च्या संपर्कात आलेल्या हिरव्या शैवालचे आकारविज्ञान एकसमान नव्हते.जरी आमची निरीक्षणे सध्याच्या अभ्यासासारखीच असली तरी, ते केवळ 2D नॅनोफ्लेक्सच्या उपस्थितीत MXene डिग्रेडेशन उत्पादनांच्या दृष्टीने बायोरिमेडिएशनच्या परिणामांच्या अभ्यासासाठी संबंधित आहे आणि नॅनोपार्टिकल्स नाही.MXenes मेटल ऑक्साईडमध्ये क्षीण होऊ शकतात म्हणून, 31,32,77,78 हे गृहीत धरणे वाजवी आहे की आमचे Nb नॅनोफ्लेक्स देखील सूक्ष्म शैवाल पेशींशी संवाद साधल्यानंतर Nb ऑक्साइड तयार करू शकतात.
ऑक्सिडेशन प्रक्रियेवर आधारित विघटन यंत्रणेद्वारे 2D-Nb नॅनोफ्लेक्सची घट स्पष्ट करण्यासाठी, आम्ही उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HRTEM) (Fig. 7a,b) आणि एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) (Fig. 7) वापरून अभ्यास केला.7c-i आणि टेबल्स S4-5).2D सामग्रीच्या ऑक्सिडेशनचा अभ्यास करण्यासाठी दोन्ही दृष्टिकोन योग्य आहेत आणि एकमेकांना पूरक आहेत.एचआरटीईएम द्विमितीय स्तरित संरचनांचे ऱ्हास आणि त्यानंतरच्या मेटल ऑक्साईड नॅनोकणांचे विश्लेषण करण्यास सक्षम आहे, तर XPS पृष्ठभागावरील बंधांसाठी संवेदनशील आहे.या उद्देशासाठी, आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या फैलावातून काढलेल्या 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सची चाचणी केली, म्हणजेच सूक्ष्म शैवाल पेशींशी संवाद साधल्यानंतर त्यांचा आकार (चित्र 7 पहा).
ऑक्सिडाइज्ड (a) SL Nb2CTx आणि (b) SL Nb4C3Tx MXenes चे आकारविज्ञान दर्शविणारी HRTEM प्रतिमा, XPS विश्लेषण परिणाम दर्शविते (c) कपात केल्यानंतर ऑक्साईड उत्पादनांची रचना, (d–f) SL Nb2CTxe च्या XPS स्पेक्ट्राच्या घटकांची शिखर जुळणी आणि microSLNb2CTxe हिरवा सह.
HRTEM अभ्यासांनी दोन प्रकारच्या Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या ऑक्सिडेशनची पुष्टी केली.जरी नॅनोफ्लेक्सने त्यांचे द्विमितीय आकारविज्ञान काही प्रमाणात राखले असले तरी, ऑक्सिडेशनमुळे MXene नॅनोफ्लेक्सच्या पृष्ठभागावर अनेक नॅनोकण दिसू लागले (चित्र 7a,b पहा).c Nb 3d आणि O 1s सिग्नल्सच्या XPS विश्लेषणाने सूचित केले आहे की दोन्ही प्रकरणांमध्ये Nb ऑक्साइड तयार झाले आहेत.आकृती 7c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, 2D MXene Nb2CTx आणि Nb4C3TX मध्ये Nb 3d सिग्नल आहेत जे NbO आणि Nb2O5 ऑक्साईड्सची उपस्थिती दर्शवतात, तर O 1s सिग्नल 2D नॅनोफ्लेक पृष्ठभागाच्या कार्यक्षमतेशी संबंधित O–Nb बॉन्डची संख्या दर्शवतात.आमच्या लक्षात आले की Nb-C आणि Nb3+-O च्या तुलनेत Nb ऑक्साईडचे योगदान प्रबळ आहे.
अंजीर वर.आकडे 7g–i Nb 3d, C 1s, आणि O 1s SL Nb2CTx चे XPS स्पेक्ट्रा दाखवतात (अंजीर पहा. 7d–f) आणि SL Nb4C3TX MXene सूक्ष्म शैवाल पेशींपासून वेगळे केले आहेत.Nb-MXenes पीक पॅरामीटर्सचे तपशील अनुक्रमे टेबल S4-5 मध्ये दिले आहेत.आम्ही प्रथम Nb 3d च्या रचनेचे विश्लेषण केले.सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे शोषलेल्या Nb च्या उलट, सूक्ष्म शैवाल पेशींपासून वेगळे केलेल्या MXene मध्ये, Nb2O5 व्यतिरिक्त, इतर घटक आढळले.Nb2CTx SL मध्ये, आम्ही Nb3+-O चे योगदान 15% च्या प्रमाणात पाहिले, तर उर्वरित Nb 3d स्पेक्ट्रम Nb2O5 (85%) चे वर्चस्व होते.याव्यतिरिक्त, SL Nb4C3TX नमुन्यात Nb-C (9%) आणि Nb2O5 (91%) घटक आहेत.येथे Nb-C हे Nb4C3Tx SR मधील धातूच्या कार्बाइडच्या दोन आतील अणू स्तरांमधून येते.त्यानंतर आम्ही C 1s स्पेक्ट्राला चार वेगवेगळ्या घटकांवर मॅप करतो, जसे आम्ही अंतर्गत नमुन्यांमध्ये केले.अपेक्षेप्रमाणे, C 1s स्पेक्ट्रममध्ये ग्राफिक कार्बनचे वर्चस्व आहे, त्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींमधून सेंद्रिय कण (CHx/CO आणि C=O) यांचे योगदान आहे.याव्यतिरिक्त, O 1s स्पेक्ट्रममध्ये, आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशी, निओबियम ऑक्साईड आणि शोषलेल्या पाण्याचे सेंद्रिय स्वरूपाचे योगदान पाहिले.
याव्यतिरिक्त, आम्ही Nb-MXenes क्लीवेज पोषक माध्यम आणि/किंवा सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) च्या उपस्थितीशी संबंधित आहे का याचा तपास केला.यासाठी, आम्ही कल्चर मीडियम आणि इंट्रासेल्युलर ग्लूटाथिओनमधील सिंगल ऑक्सिजन (1O2) च्या पातळीचे मूल्यांकन केले, एक थायोल जो सूक्ष्म शैवालांमध्ये अँटिऑक्सिडेंट म्हणून कार्य करतो.परिणाम SI (आकडे S20 आणि S21) मध्ये दर्शविले आहेत.SL Nb2CTx आणि Nb4C3TX MXenes सह संस्कृती 1O2 च्या कमी प्रमाणात वैशिष्ट्यीकृत होती (आकृती S20 पहा).SL Nb2CTx च्या बाबतीत, MXene 1O2 सुमारे 83% पर्यंत कमी झाले आहे.SL वापरून सूक्ष्म शैवाल संवर्धनासाठी, Nb4C3TX 1O2 आणखी कमी झाले, 73%.विशेष म्हणजे, 1O2 मधील बदलांनी पूर्वी पाहिलेल्या प्रतिबंधात्मक-उत्तेजक प्रभावाप्रमाणेच प्रवृत्ती दर्शविली (चित्र 3 पहा).असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की तेजस्वी प्रकाशात उष्मायन फोटोऑक्सिडेशन बदलू शकते.तथापि, नियंत्रण विश्लेषणाच्या परिणामांनी प्रयोगादरम्यान 1O2 ची जवळजवळ स्थिर पातळी दर्शविली (Fig. S22).इंट्रासेल्युलर आरओएस पातळीच्या बाबतीत, आम्ही समान खालचा कल देखील पाहिला (आकृती S21 पहा).सुरुवातीला, Nb2CTx आणि Nb4C3Tx SL च्या उपस्थितीत संवर्धित सूक्ष्म शैवाल पेशींमधील ROS चे स्तर सूक्ष्म शैवालांच्या शुद्ध संस्कृतींमध्ये आढळलेल्या पातळीपेक्षा जास्त होते.तथापि, अखेरीस, असे दिसून आले की सूक्ष्म शैवाल दोन्ही Nb-MXenes च्या उपस्थितीशी जुळवून घेतात, कारण ROS पातळी अनुक्रमे SL Nb2CTx आणि Nb4C3TX सह लसीकरण केलेल्या सूक्ष्म शैवालांच्या शुद्ध संस्कृतींमध्ये मोजलेल्या पातळीच्या 85% आणि 91% पर्यंत कमी झाली.हे सूचित करू शकते की सूक्ष्म शैवाल केवळ पोषक माध्यमांपेक्षा Nb-MXene च्या उपस्थितीत अधिक आरामदायक वाटतात.
सूक्ष्म शैवाल हे प्रकाशसंश्लेषक जीवांचे विविध गट आहेत.प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान, ते वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड (CO2) सेंद्रिय कार्बनमध्ये रूपांतरित करतात.प्रकाशसंश्लेषणाची उत्पादने ग्लुकोज आणि ऑक्सिजन 79 आहेत.आम्हाला शंका आहे की अशा प्रकारे तयार झालेला ऑक्सिजन Nb-MXenes च्या ऑक्सिडेशनमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतो.याचे एक संभाव्य स्पष्टीकरण असे आहे की Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या बाहेर आणि आत ऑक्सिजनच्या कमी आणि उच्च आंशिक दाबांवर विभेदक वायुवीजन पॅरामीटर तयार होतो.याचा अर्थ असा की जिथे जिथे ऑक्सिजनच्या वेगवेगळ्या आंशिक दाबांची क्षेत्रे असतील तिथे सर्वात कमी पातळी असलेले क्षेत्र एनोड 80, 81, 82 तयार करेल. येथे, सूक्ष्म शैवाल MXene फ्लेक्सच्या पृष्ठभागावर विभेदक वातित पेशी तयार करण्यात योगदान देतात, जे त्यांच्या प्रकाशसंश्लेषण गुणधर्मांमुळे ऑक्सिजन तयार करतात.परिणामी, बायोकॉरोशन उत्पादने (या प्रकरणात, निओबियम ऑक्साईड्स) तयार होतात.आणखी एक पैलू असा आहे की सूक्ष्म शैवाल पाण्यात सोडले जाणारे सेंद्रिय ऍसिड तयार करू शकतात 83,84.म्हणून, एक आक्रमक वातावरण तयार होते, ज्यामुळे Nb-MXenes बदलतात.याव्यतिरिक्त, कार्बन डाय ऑक्साईड शोषल्यामुळे सूक्ष्म शैवाल वातावरणाचा pH अल्कधर्मी बदलू शकतात, ज्यामुळे क्षरण देखील होऊ शकते79.
अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, आमच्या अभ्यासात वापरलेला गडद/प्रकाश फोटोपीरियड हे प्राप्त झालेले परिणाम समजून घेण्यासाठी महत्त्वाचे आहे.या पैलूचे तपशीलवार वर्णन Djemai-Zoghlache et al मध्ये केले आहे.85 त्यांनी जाणूनबुजून 12/12 तासांचा फोटोपीरियड वापरला आणि लाल सूक्ष्म शैवाल पोर्फिरिडियम पर्प्युरियमद्वारे बायोफॉउलिंगशी संबंधित बायोकॉरोशनचे प्रदर्शन केले.ते दर्शवितात की फोटोपीरियड हा जैव क्षरणाविना संभाव्यतेच्या उत्क्रांतीशी संबंधित आहे, 24:00 च्या सुमारास स्यूडोपेरिओडिक दोलन म्हणून प्रकट होतो.या निरीक्षणांची पुष्टी डॉलिंग एट अल यांनी केली.86 त्यांनी सायनोबॅक्टेरिया अॅनाबेनाच्या प्रकाशसंश्लेषणात्मक बायोफिल्म्सचे प्रात्यक्षिक केले.विरघळलेला ऑक्सिजन प्रकाशाच्या क्रियेखाली तयार होतो, जो मुक्त जैव क्षरण संभाव्यतेतील बदल किंवा चढउतारांशी संबंधित असतो.प्रकाश अवस्थेत बायोकॉरोशनची मुक्त क्षमता वाढते आणि गडद अवस्थेत कमी होते या वस्तुस्थितीमुळे फोटोपीरियडचे महत्त्व अधोरेखित होते.हे प्रकाशसंश्लेषक सूक्ष्म शैवालांनी तयार केलेल्या ऑक्सिजनमुळे होते, जे इलेक्ट्रोड 87 जवळ निर्माण झालेल्या आंशिक दाबाद्वारे कॅथोडिक प्रतिक्रिया प्रभावित करते.
याव्यतिरिक्त, Nb-MXenes सोबत संवाद साधल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या रासायनिक रचनेत काही बदल झाले आहेत का हे शोधण्यासाठी फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) करण्यात आली.हे प्राप्त झालेले परिणाम गुंतागुंतीचे आहेत आणि आम्ही त्यांना SI (आकडे S23-S25, MAX स्टेज आणि ML MXenes च्या परिणामांसह) मध्ये सादर करतो.थोडक्यात, सूक्ष्म शैवालांचा प्राप्त संदर्भ स्पेक्ट्रा आपल्याला या जीवांच्या रासायनिक वैशिष्ट्यांबद्दल महत्त्वपूर्ण माहिती प्रदान करतो.ही सर्वात संभाव्य कंपने 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 या फ्रिक्वेन्सीवर स्थित आहेत.एक1 1 (C–H) आणि 3280 cm–1 (O–H).SL Nb-MXenes साठी, आम्हाला एक CH-बॉन्ड स्ट्रेचिंग स्वाक्षरी आढळली जी आमच्या मागील अभ्यासाशी सुसंगत आहे38.तथापि, आम्ही निरीक्षण केले की C=C आणि CH बाँडशी संबंधित काही अतिरिक्त शिखरे गायब झाली आहेत.हे सूचित करते की SL Nb-MXenes च्या परस्परसंवादामुळे सूक्ष्म शैवालांच्या रासायनिक रचनेत किरकोळ बदल होऊ शकतात.
सूक्ष्म शैवालांच्या जैवरसायनशास्त्रातील संभाव्य बदलांचा विचार करताना, निओबियम ऑक्साईड सारख्या अजैविक ऑक्साईड्सच्या संचयनाचा पुनर्विचार करणे आवश्यक आहे.हे पेशींच्या पृष्ठभागाद्वारे धातूंचे शोषण, सायटोप्लाझममध्ये त्यांचे वाहतूक, इंट्रासेल्युलर कार्बोक्सिल गटांशी त्यांचे संबंध आणि मायक्रोएल्गी पॉलीफॉस्फोसोम्स 20,88,89,90 मध्ये त्यांचे संचय यात सामील आहे.याव्यतिरिक्त, सूक्ष्म शैवाल आणि धातू यांच्यातील संबंध पेशींच्या कार्यात्मक गटांद्वारे राखले जातात.या कारणास्तव, शोषण सूक्ष्म शैवाल पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्रावर देखील अवलंबून असते, जे खूपच जटिल आहे9,91.सर्वसाधारणपणे, अपेक्षेप्रमाणे, Nb ऑक्साईडच्या शोषणामुळे हिरव्या सूक्ष्म शैवालांची रासायनिक रचना थोडीशी बदलली.
विशेष म्हणजे, सूक्ष्म शैवालांचे निरीक्षण केलेले प्रारंभिक प्रतिबंध कालांतराने उलट करता येण्यासारखे होते.आम्ही पाहिल्याप्रमाणे, सूक्ष्म शैवालांनी सुरुवातीच्या पर्यावरणीय बदलांवर मात केली आणि अखेरीस सामान्य वाढीच्या दराकडे परत आले आणि अगदी वाढले.जेव्हा पोषक माध्यमांमध्ये प्रवेश केला जातो तेव्हा झेटा संभाव्यतेचा अभ्यास उच्च स्थिरता दर्शवितो.अशा प्रकारे, सूक्ष्म शैवाल पेशी आणि Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स यांच्यातील पृष्ठभागावरील परस्परसंवाद संपूर्ण कपात प्रयोगांमध्ये राखला गेला.आमच्या पुढील विश्लेषणामध्ये, आम्ही सूक्ष्म शैवालांच्या या उल्लेखनीय वर्तनाच्या अंतर्गत क्रिया करण्याच्या मुख्य पद्धतींचा सारांश देतो.
एसईएम निरीक्षणांवरून असे दिसून आले आहे की सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes ला जोडतात.डायनॅमिक इमेज विश्लेषण वापरून, आम्ही पुष्टी करतो की या परिणामामुळे द्विमितीय Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सचे अधिक गोलाकार कणांमध्ये रूपांतर होते, ज्यामुळे नॅनोफ्लेक्सचे विघटन त्यांच्या ऑक्सिडेशनशी संबंधित असल्याचे दाखवून देते.आमच्या गृहितकाची चाचणी घेण्यासाठी, आम्ही सामग्री आणि जैवरासायनिक अभ्यासांची मालिका आयोजित केली.चाचणी केल्यानंतर, नॅनोफ्लेक्स हळूहळू ऑक्सिडाइझ झाले आणि NbO आणि Nb2O5 उत्पादनांमध्ये विघटित झाले, ज्यामुळे हिरव्या सूक्ष्म शैवालांना धोका निर्माण झाला नाही.FTIR निरीक्षण वापरून, आम्हाला 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या उपस्थितीत उष्मायन केलेल्या सूक्ष्म शैवालांच्या रासायनिक रचनेत कोणतेही महत्त्वपूर्ण बदल आढळले नाहीत.सूक्ष्म शैवालाद्वारे नायबियम ऑक्साईड शोषण्याची शक्यता लक्षात घेऊन, आम्ही एक्स-रे फ्लूरोसेन्स विश्लेषण केले.हे परिणाम स्पष्टपणे दर्शवतात की अभ्यास केलेले सूक्ष्म शैवाल निओबियम ऑक्साईड्स (NbO आणि Nb2O5) वर खातात, जे अभ्यास केलेल्या सूक्ष्म शैवालांसाठी गैर-विषारी आहेत.