Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही मर्यादित CSS सपोर्टसह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कंपॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). दरम्यान, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला स्टाईल आणि जावास्क्रिप्टशिवाय रेंडर करू.
एकाच वेळी तीन स्लाईड्सचा कॅरोसेल प्रदर्शित करते. एका वेळी तीन स्लाईड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाईड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाईडर बटणे वापरा.
नॅनोटेक्नॉलॉजीचा जलद विकास आणि दैनंदिन वापरात त्याचे एकत्रीकरण पर्यावरणाला धोका निर्माण करू शकते. सेंद्रिय दूषित पदार्थांच्या ऱ्हासासाठी हिरव्या पद्धती चांगल्या प्रकारे स्थापित झाल्या आहेत, परंतु जैविक परिवर्तनासाठी त्यांची कमी संवेदनशीलता आणि जैविक घटकांसह भौतिक पृष्ठभागाच्या परस्परसंवादाची समज नसल्यामुळे अजैविक स्फटिकासारखे दूषित पदार्थांची पुनर्प्राप्ती ही मोठी चिंता आहे. येथे, आम्ही हिरव्या सूक्ष्म शैवाल रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटेटा द्वारे 2D सिरेमिक नॅनोमटेरियल्सच्या जैवउपचार यंत्रणेचा शोध घेण्यासाठी साध्या आकार पॅरामीटर विश्लेषण पद्धतीसह Nb-आधारित अजैविक 2D MXenes मॉडेल वापरतो. आम्हाला आढळले की पृष्ठभागाशी संबंधित भौतिक-रासायनिक परस्परसंवादामुळे सूक्ष्म शैवाल Nb-आधारित MXenes खराब करतात. सुरुवातीला, एकल-स्तर आणि बहुस्तरीय MXene नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावर जोडले गेले होते, ज्यामुळे शैवालची वाढ काही प्रमाणात कमी झाली. तथापि, पृष्ठभागाशी दीर्घकाळ संवाद साधल्यानंतर, सूक्ष्म शैवालांनी MXene नॅनोफ्लेक्सचे ऑक्सिडीकरण केले आणि त्यांचे NbO आणि Nb2O5 मध्ये आणखी विघटन केले. हे ऑक्साइड सूक्ष्म शैवाल पेशींसाठी विषारी नसल्यामुळे, ते शोषण यंत्रणेद्वारे Nb ऑक्साइड नॅनोपार्टिकल्स वापरतात जे 72 तासांच्या पाण्याच्या प्रक्रियेनंतर सूक्ष्म शैवाल पुनर्संचयित करते. शोषणाशी संबंधित पोषक घटकांचे परिणाम पेशींच्या आकारमानात वाढ, त्यांचा गुळगुळीत आकार आणि वाढीच्या दरातील बदलामध्ये देखील दिसून येतात. या निष्कर्षांवर आधारित, आम्ही असा निष्कर्ष काढतो की गोड्या पाण्यातील परिसंस्थांमध्ये Nb-आधारित MXenes च्या अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन उपस्थितीमुळे केवळ किरकोळ पर्यावरणीय परिणाम होऊ शकतात. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की, मॉडेल सिस्टम म्हणून द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सचा वापर करून, आम्ही सूक्ष्म-दाणेदार पदार्थांमध्ये देखील आकार परिवर्तनाचा मागोवा घेण्याची शक्यता प्रदर्शित करतो. एकूणच, हा अभ्यास 2D नॅनोमटेरियल्सच्या बायोरेमेडिएशन यंत्रणेला चालना देणाऱ्या पृष्ठभागाच्या परस्परसंवादाशी संबंधित प्रक्रियांबद्दलच्या एका महत्त्वाच्या मूलभूत प्रश्नाचे उत्तर देतो आणि अजैविक क्रिस्टलीय नॅनोमटेरियल्सच्या पर्यावरणीय प्रभावाच्या पुढील अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन अभ्यासांसाठी आधार प्रदान करतो.
नॅनोमटेरियल्सच्या शोधापासून त्यांनी खूप रस निर्माण केला आहे आणि विविध नॅनोटेक्नॉलॉजीज अलीकडेच आधुनिकीकरणाच्या टप्प्यात प्रवेश केल्या आहेत. दुर्दैवाने, दैनंदिन वापरात नॅनोमटेरियल्सचे एकत्रीकरण केल्याने अयोग्य विल्हेवाट, निष्काळजी हाताळणी किंवा अपुरी सुरक्षा पायाभूत सुविधांमुळे अपघाती प्रकाशन होऊ शकते. म्हणून, असे गृहीत धरणे वाजवी आहे की द्विमितीय (2D) नॅनोमटेरियल्ससह नॅनोमटेरियल्स नैसर्गिक वातावरणात सोडले जाऊ शकतात, ज्यांचे वर्तन आणि जैविक क्रियाकलाप अद्याप पूर्णपणे समजलेले नाहीत. म्हणूनच, हे आश्चर्यकारक नाही की इकोटॉक्सिसिटीच्या चिंता 2D नॅनोमटेरियल्सच्या जलीय प्रणालींमध्ये लीच करण्याच्या क्षमतेवर केंद्रित आहेत2,3,4,5,6. या परिसंस्थांमध्ये, काही 2D नॅनोमटेरियल्स सूक्ष्म शैवालांसह वेगवेगळ्या ट्रॉफिक पातळीवर विविध जीवांशी संवाद साधू शकतात.
सूक्ष्म शैवाल हे गोड्या पाण्यात आणि सागरी परिसंस्थांमध्ये नैसर्गिकरित्या आढळणारे आदिम जीव आहेत जे प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे विविध रासायनिक उत्पादने तयार करतात7. त्यामुळे, ते जलीय परिसंस्थांसाठी महत्त्वाचे आहेत8,9,10,11,12 परंतु ते संवेदनशील, स्वस्त आणि पर्यावरणीय विषारीतेचे व्यापकपणे वापरले जाणारे निर्देशक देखील आहेत13,14. सूक्ष्म शैवाल पेशी जलद गतीने गुणाकार करतात आणि विविध संयुगांच्या उपस्थितीला जलद प्रतिसाद देतात, त्यामुळे ते सेंद्रिय पदार्थांनी दूषित पाण्यावर प्रक्रिया करण्यासाठी पर्यावरणपूरक पद्धती विकसित करण्याचे आश्वासन देत आहेत15,16.
शैवाल पेशी जैवशोषण आणि संचय द्वारे पाण्यातून अजैविक आयन काढून टाकू शकतात17,18. क्लोरेला, अ‍ॅनाबेना इनवार, वेस्टिलोप्सिस प्रोलिफिका, स्टिजियोक्लोनियम टेन्यू आणि सायनेकोकोकस एसपी सारख्या काही शैवाल प्रजाती. ते Fe2+, Cu2+, Zn2+ आणि Mn2+19 सारख्या विषारी धातू आयन वाहून नेतात आणि त्यांचे पोषण देखील करतात 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 नष्ट करून सीनेडेस्मसची वाढ मर्यादित करतात20,21.
सेंद्रिय प्रदूषकांचे विघटन आणि जड धातू आयन काढून टाकण्यासाठी हिरव्या पद्धतींनी जगभरातील शास्त्रज्ञ आणि अभियंतांचे लक्ष वेधले आहे. हे प्रामुख्याने द्रव अवस्थेत या दूषित घटकांवर सहजपणे प्रक्रिया केली जाते या वस्तुस्थितीमुळे आहे. तथापि, अजैविक स्फटिकासारखे प्रदूषक कमी पाण्यात विद्राव्यता आणि विविध जैवपरिवर्तनांना कमी संवेदनशीलता द्वारे दर्शविले जातात, ज्यामुळे उपचारांमध्ये मोठ्या अडचणी येतात आणि या क्षेत्रात फारशी प्रगती झालेली नाही22,23,24,25,26. अशाप्रकारे, नॅनोमटेरियलच्या दुरुस्तीसाठी पर्यावरणपूरक उपायांचा शोध हा एक जटिल आणि अनपेक्षित क्षेत्र आहे. 2D नॅनोमटेरियलच्या जैवपरिवर्तन परिणामांबद्दल उच्च प्रमाणात अनिश्चिततेमुळे, कपात दरम्यान त्यांच्या क्षय होण्याचे संभाव्य मार्ग शोधण्याचा कोणताही सोपा मार्ग नाही.
या अभ्यासात, आम्ही अजैविक सिरेमिक पदार्थांसाठी सक्रिय जलीय जैवउपचार एजंट म्हणून हिरव्या सूक्ष्मशैवालांचा वापर केला, तसेच अजैविक सिरेमिक पदार्थांचे प्रतिनिधी म्हणून MXene च्या क्षय प्रक्रियेचे इन सिटू मॉनिटरिंग केले. "MXene" हा शब्द Mn+1XnTx पदार्थाच्या स्टोइचियोमेट्रीला प्रतिबिंबित करतो, जिथे M हा एक प्रारंभिक संक्रमण धातू आहे, X हा कार्बन आणि/किंवा नायट्रोजन आहे, Tx हा पृष्ठभाग टर्मिनेटर आहे (उदा., -OH, -F, -Cl), आणि n = 1, 2, 3 किंवा 427.28. नागुइब आणि इतरांनी MXenes चा शोध लावल्यापासून. सेन्सरिक्स, कर्करोग थेरपी आणि मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन 27,29,30. याव्यतिरिक्त, त्यांच्या उत्कृष्ट कोलाइडल स्थिरता आणि संभाव्य जैविक परस्परसंवादांमुळे MXenes ला मॉडेल 2D सिस्टम म्हणून मानले जाऊ शकते31,32,33,34,35,36.
म्हणून, या लेखात विकसित केलेली पद्धत आणि आमचे संशोधन गृहीतके आकृती १ मध्ये दाखवली आहेत. या गृहीतकानुसार, पृष्ठभागाशी संबंधित भौतिक-रासायनिक परस्परसंवादामुळे सूक्ष्म शैवाल Nb-आधारित MXenes ला विषारी नसलेल्या संयुगांमध्ये विघटित करतात, ज्यामुळे शैवालची पुढील पुनर्प्राप्ती शक्य होते. या गृहीतकाची चाचणी घेण्यासाठी, सुरुवातीच्या निओबियम-आधारित संक्रमण धातू कार्बाइड्स आणि/किंवा नायट्राइड्स (MXenes) च्या कुटुंबातील दोन सदस्य, म्हणजे Nb2CTx आणि Nb4C3TX, निवडले गेले.
हिरव्या सूक्ष्म शैवाल रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटॅटा द्वारे एमएक्सीन पुनर्प्राप्तीसाठी संशोधन पद्धती आणि पुराव्यावर आधारित गृहीतके. कृपया लक्षात घ्या की हे केवळ पुराव्यावर आधारित गृहीतकांचे एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व आहे. तलावाचे वातावरण वापरल्या जाणाऱ्या पोषक माध्यमात आणि परिस्थितींमध्ये भिन्न असते (उदा., दैनंदिन चक्र आणि उपलब्ध आवश्यक पोषक तत्वांमध्ये मर्यादा). BioRender.com सह तयार केले.
म्हणून, मॉडेल सिस्टम म्हणून MXene चा वापर करून, आम्ही इतर पारंपारिक नॅनोमटेरियल्ससह निरीक्षण करता येत नसलेल्या विविध जैविक प्रभावांच्या अभ्यासाचे दरवाजे उघडले आहेत. विशेषतः, आम्ही सूक्ष्म शैवाल रॅफिडोसेलिस सबकॅपिटेटा द्वारे निओबियम-आधारित MXenes सारख्या द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सच्या जैविक उपचारांची शक्यता प्रदर्शित करतो. सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes ला NbO आणि Nb2O5 या गैर-विषारी ऑक्साइडमध्ये विघटित करण्यास सक्षम आहेत, जे निओबियम अपटेक यंत्रणेद्वारे पोषक तत्वे देखील प्रदान करतात. एकूणच, हा अभ्यास द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सच्या जैविक उपचारांच्या यंत्रणेचे नियमन करणाऱ्या पृष्ठभागाच्या भौतिक-रासायनिक परस्परसंवादांशी संबंधित प्रक्रियांबद्दलच्या एका महत्त्वाच्या मूलभूत प्रश्नाचे उत्तर देतो. याव्यतिरिक्त, आम्ही 2D नॅनोमटेरियल्सच्या आकारातील सूक्ष्म बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी एक साधी आकार-पॅरामीटर-आधारित पद्धत विकसित करत आहोत. हे अजैविक क्रिस्टलीय नॅनोमटेरियल्सच्या विविध पर्यावरणीय प्रभावांमध्ये पुढील अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन संशोधनास प्रेरणा देते. अशा प्रकारे, आमचा अभ्यास भौतिक पृष्ठभाग आणि जैविक पदार्थांमधील परस्परसंवादाची समज वाढवतो. आम्ही गोड्या पाण्याच्या परिसंस्थांवर त्यांच्या संभाव्य परिणामांच्या विस्तारित अल्पकालीन आणि दीर्घकालीन अभ्यासांसाठी आधार देखील प्रदान करत आहोत, जे आता सहजपणे सत्यापित केले जाऊ शकतात.
MXenes हे अद्वितीय आणि आकर्षक भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म असलेल्या पदार्थांचा एक मनोरंजक वर्ग दर्शवितात आणि त्यामुळे अनेक संभाव्य अनुप्रयोग आहेत. हे गुणधर्म मुख्यत्वे त्यांच्या स्टोइचियोमेट्री आणि पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्रावर अवलंबून आहेत. म्हणून, आमच्या अभ्यासात, आम्ही Nb-आधारित पदानुक्रमित एकल-स्तर (SL) MXenes, Nb2CTx आणि Nb4C3TX चे दोन प्रकार तपासले, कारण या नॅनोमटेरियलचे वेगवेगळे जैविक परिणाम पाहिले जाऊ शकतात. MXenes त्यांच्या सुरुवातीच्या पदार्थांपासून अणुदृष्ट्या पातळ MAX-फेज A-स्तरांच्या टॉप-डाऊन सिलेक्टिव्ह एचिंगद्वारे तयार केले जातात. MAX फेज हा एक त्रिकोणीय सिरेमिक आहे जो संक्रमण धातू कार्बाइडच्या "बंधित" ब्लॉक्स आणि MnAXn-1 स्टोइचियोमेट्रीसह Al, Si आणि Sn सारख्या "A" घटकांच्या पातळ थरांनी बनलेला आहे. सुरुवातीच्या MAX फेजचे 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 Al थर काढून टाकल्यानंतर मल्टीलेयर (ML) Nb-MXene प्राप्त झाले. इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून ML-Nb2CTx आणि ML-Nb4C3TX चे आकारविज्ञान तपासले गेले (अनुक्रमे आकृत्या S1c आणि S1d) आणि एक सामान्य स्तरित MXene आकारविज्ञान पाहिले गेले, जे लांबलचक छिद्रासारख्या स्लिट्समधून जाणाऱ्या द्विमितीय नॅनोफ्लेक्ससारखे होते. दोन्ही Nb-MXene मध्ये पूर्वी अॅसिड एचिंगद्वारे संश्लेषित केलेल्या MXene टप्प्यांशी बरेच साम्य आहे27,38. MXene च्या संरचनेची पुष्टी केल्यानंतर, आम्ही ते टेट्राब्युटिलामोनियम हायड्रॉक्साईड (TBAOH) च्या इंटरकॅलेशनद्वारे स्तरित केले आणि त्यानंतर वॉशिंग आणि सोनिकेशन केले, त्यानंतर आम्हाला सिंगल-लेयर किंवा लो-लेयर (SL) 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स मिळाले.
एचिंग आणि पुढील सोलण्याच्या कार्यक्षमतेची चाचणी घेण्यासाठी आम्ही उच्च रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HRTEM) आणि एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) वापरले. इनव्हर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (IFFT) आणि फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (FFT) वापरून प्रक्रिया केलेले HRTEM निकाल आकृती 2 मध्ये दाखवले आहेत. अणु थराची रचना तपासण्यासाठी आणि इंटरप्लानर अंतर मोजण्यासाठी Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सना कडा वरच्या दिशेने निर्देशित केले गेले होते. MXene Nb2CTx आणि Nb4C3TX नॅनोफ्लेक्सच्या HRTEM प्रतिमांनी त्यांचे अणुदृष्ट्या पातळ थर असलेले स्वरूप प्रकट केले (आकृती 2a1, a2 पहा), जसे की पूर्वी नागुइब एट अल.27 आणि जस्ट्रझेब्स्का एट अल.38 यांनी नोंदवले होते. दोन समीप Nb2CTx आणि Nb4C3Tx मोनोलेयर्ससाठी, आम्ही अनुक्रमे 0.74 आणि 1.54 nm चे इंटरलेयर अंतर निश्चित केले (आकृती 2b1,b2), जे आमच्या मागील निकालांशी देखील सहमत आहे38. Nb2CTx आणि Nb4C3Tx मोनोलेयर्समधील अंतर दर्शविणाऱ्या इन्व्हर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (आकृती 2c1, c2) आणि फास्ट फूरियर ट्रान्सफॉर्म (आकृती 2d1, d2) द्वारे याची पुष्टी करण्यात आली. प्रतिमा निओबियम आणि कार्बन अणूंशी संबंधित प्रकाश आणि गडद पट्ट्यांचे एकांतर दर्शवते, जे अभ्यासलेल्या MXenes च्या स्तरित स्वरूपाची पुष्टी करते. हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे की Nb2CTx आणि Nb4C3Tx (आकृती S2a आणि S2b) साठी मिळवलेल्या ऊर्जा विखुरणाऱ्या एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX) स्पेक्ट्रामध्ये मूळ MAX टप्प्याचे कोणतेही अवशेष दिसून आले नाहीत, कारण कोणताही Al शिखर आढळला नाही.
SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene नॅनोफ्लेक्सचे वैशिष्ट्यीकरण, ज्यामध्ये (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 ट्रान्सफॉर्म (FFT), (e) Nb-MXenes एक्स-रे पॅटर्न समाविष्ट आहेत. SL 2D Nb2CTx साठी, संख्या (a1, b1, c1, d1, e1) म्हणून व्यक्त केल्या आहेत. SL 2D Nb4C3Tx साठी, संख्या (a2, b2, c2, d2, e1) म्हणून व्यक्त केल्या आहेत.
SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXenes चे एक्स-रे विवर्तन मापन अनुक्रमे आकृती 2e1 आणि e2 मध्ये दर्शविले आहे. 4.31 आणि 4.32 वरील शिखर (002) अनुक्रमे पूर्वी वर्णन केलेल्या स्तरित MXenes Nb2CTx आणि Nb4C3TX38,39,40,41 शी संबंधित आहेत. XRD निकाल काही अवशिष्ट ML संरचना आणि MAX टप्प्यांची उपस्थिती देखील दर्शवितात, परंतु बहुतेक XRD नमुने SL Nb4C3Tx शी संबंधित आहेत (आकृती 2e2). MAX टप्प्यातील लहान कणांची उपस्थिती यादृच्छिकपणे रचलेल्या Nb4C3Tx थरांच्या तुलनेत मजबूत MAX शिखराचे स्पष्टीकरण देऊ शकते.
पुढील संशोधनात R. subcapitata प्रजातीतील हिरव्या सूक्ष्म शैवालांवर लक्ष केंद्रित केले आहे. आम्ही सूक्ष्म शैवाल निवडले कारण ते प्रमुख अन्न जाळ्यांमध्ये सहभागी असलेले महत्त्वाचे उत्पादक आहेत42. अन्न साखळीच्या उच्च पातळीवर वाहून नेले जाणारे विषारी पदार्थ काढून टाकण्याची क्षमता असल्यामुळे ते विषारीपणाचे सर्वोत्तम निर्देशकांपैकी एक आहेत43. याव्यतिरिक्त, R. subcapitata वरील संशोधन सामान्य गोड्या पाण्यातील सूक्ष्मजीवांना SL Nb-MXenes च्या आकस्मिक विषारीतेवर प्रकाश टाकू शकते. हे स्पष्ट करण्यासाठी, संशोधकांनी असे गृहीत धरले की प्रत्येक सूक्ष्मजीवाची वातावरणात उपस्थित असलेल्या विषारी संयुगांसाठी 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 घडवू शकते. म्हणून, सूक्ष्म शैवाल आणि MXenes यांच्यातील पृष्ठभागावरील परस्परसंवाद आणि संबंधित पुनर्प्राप्तीच्या आमच्या अभ्यासासाठी, आम्ही Nb-MXenes च्या निरुपद्रवी आणि विषारी सांद्रतांची चाचणी घेण्याचे ठरवले. हे करण्यासाठी, आम्ही 0 (संदर्भ म्हणून), 0.01, 0.1 आणि 10 mg l-1 MXene च्या सांद्रता आणि त्याव्यतिरिक्त MXene (100 mg l-1 MXene) च्या खूप उच्च सांद्रता असलेल्या संक्रमित सूक्ष्म शैवालांची चाचणी केली, जी कोणत्याही जैविक वातावरणासाठी अत्यंत आणि प्राणघातक असू शकते. .
सूक्ष्म शैवालांवर SL Nb-MXenes चे परिणाम आकृती 3 मध्ये दाखवले आहेत, जे 0 mg l-1 नमुन्यांसाठी मोजलेल्या वाढीच्या वाढीच्या टक्केवारी (+) किंवा प्रतिबंध (-) म्हणून व्यक्त केले आहेत. तुलनेसाठी, Nb-MAX फेज आणि ML Nb-MXenes ची देखील चाचणी घेण्यात आली आणि निकाल SI मध्ये दाखवले आहेत (आकृती S3 पहा). प्राप्त झालेल्या निकालांनी पुष्टी केली की SL Nb-MXenes 0.01 ते 10 mg/l पर्यंत कमी सांद्रतेच्या श्रेणीत विषाक्ततेपासून जवळजवळ पूर्णपणे मुक्त आहे, जसे की आकृती 3a,b मध्ये दाखवले आहे. Nb2CTx च्या बाबतीत, आम्ही निर्दिष्ट श्रेणीमध्ये 5% पेक्षा जास्त पर्यावरणीय विषाक्तता आढळली नाही.
SL (a) Nb2CTx आणि (b) Nb4C3TX MXene च्या उपस्थितीत सूक्ष्म शैवाल वाढीचे उत्तेजन (+) किंवा प्रतिबंध (-). MXene-सूक्ष्म शैवाल परस्परसंवादाचे 24, 48 आणि 72 तासांचे विश्लेषण करण्यात आले. महत्त्वाचा डेटा (t-चाचणी, p < 0.05) तारांकन (*) ने चिन्हांकित केला होता. महत्त्वाचा डेटा (t-चाचणी, p < 0.05) तारांकन (*) ने चिन्हांकित केला होता. Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). महत्त्वाचा डेटा (t-चाचणी, p < 0.05) तारका (*) ने 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-चाचणी, p < 0.05) तारकाने (*) चिन्हांकित केला आहे.लाल बाण प्रतिबंधात्मक उत्तेजनाचे उच्चाटन दर्शवितात.
दुसरीकडे, Nb4C3TX चे कमी सांद्रता थोडे जास्त विषारी असल्याचे दिसून आले, परंतु 7% पेक्षा जास्त नाही. अपेक्षेप्रमाणे, आम्हाला आढळले की 100mg L-1 वर MXene मध्ये जास्त विषारीपणा आणि सूक्ष्म शैवाल वाढीचा प्रतिबंध होता. मनोरंजक म्हणजे, कोणत्याही पदार्थात MAX किंवा ML नमुन्यांपेक्षा विषारी/विषारी प्रभावांचा समान ट्रेंड आणि वेळ अवलंबित्व दिसून आले नाही (तपशीलांसाठी SI पहा). MAX टप्प्यासाठी (आकृती S3 पहा) विषारीपणा अंदाजे 15-25% पर्यंत पोहोचला आणि कालांतराने वाढला, तर SL Nb2CTx आणि Nb4C3TX MXene साठी उलट ट्रेंड दिसून आला. सूक्ष्म शैवाल वाढीचा प्रतिबंध कालांतराने कमी झाला. 24 तासांनंतर ते अंदाजे 17% पर्यंत पोहोचले आणि 72 तासांनंतर 5% पेक्षा कमी झाले (अनुक्रमे आकृती 3a, b).
सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, SL Nb4C3TX साठी, सूक्ष्म शैवाल वाढीचा प्रतिबंध २४ तासांनंतर सुमारे २७% पर्यंत पोहोचला, परंतु ७२ तासांनंतर तो सुमारे १% पर्यंत कमी झाला. म्हणून, आम्ही निरीक्षण केलेल्या परिणामाला उत्तेजनाचा उलटा प्रतिबंध म्हणून लेबल केले आणि SL Nb4C3TX MXene साठी हा परिणाम अधिक मजबूत होता. SL Nb2CTx MXene च्या तुलनेत Nb4C3TX (२४ तासांसाठी १० मिलीग्राम L-१ वर परस्परसंवाद) सह सूक्ष्म शैवाल वाढीचा उत्तेजन पूर्वी नोंदवला गेला होता. बायोमास दुप्पट दर वक्र मध्ये देखील प्रतिबंध-उत्तेजना उलटा प्रभाव चांगला दिसून आला (तपशीलांसाठी आकृती S4 पहा). आतापर्यंत, फक्त Ti3C2TX MXene ची पर्यावरणीय विषारीता वेगवेगळ्या प्रकारे अभ्यासली गेली आहे. ते झेब्राफिश भ्रूणांसाठी विषारी नाही44 परंतु सूक्ष्म शैवाल डेस्मोडेस्मस क्वाड्रिकाउडा आणि सोरघम सॅचरॅटम वनस्पतींसाठी मध्यम प्रमाणात पर्यावरणीय विषारी आहे45. विशिष्ट प्रभावांच्या इतर उदाहरणांमध्ये सामान्य पेशी रेषांपेक्षा कर्करोगाच्या पेशी रेषांना जास्त विषारीपणा समाविष्ट आहे46,47. असे गृहीत धरले जाऊ शकते की चाचणी परिस्थिती Nb-MXenes च्या उपस्थितीत सूक्ष्म शैवालांच्या वाढीतील बदलांवर परिणाम करेल. उदाहरणार्थ, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमामध्ये सुमारे 8 pH असणे हे RuBisCO एन्झाइमच्या कार्यक्षम ऑपरेशनसाठी इष्टतम आहे. म्हणून, pH बदल प्रकाशसंश्लेषणाच्या दरावर नकारात्मक परिणाम करतात48,49. तथापि, प्रयोगादरम्यान आम्हाला pH मध्ये लक्षणीय बदल आढळले नाहीत (तपशीलांसाठी SI, आकृती S5 पहा). सर्वसाधारणपणे, Nb-MXenes असलेल्या सूक्ष्म शैवालांच्या संवर्धनाने कालांतराने द्रावणाचा pH किंचित कमी केला. तथापि, ही घट शुद्ध माध्यमाच्या pH मध्ये बदलासारखीच होती. याव्यतिरिक्त, आढळलेल्या भिन्नतेची श्रेणी सूक्ष्म शैवालांच्या शुद्ध संवर्धनासाठी मोजलेल्या श्रेणीसारखीच होती (नियंत्रण नमुना). अशा प्रकारे, आपण असा निष्कर्ष काढतो की प्रकाशसंश्लेषण कालांतराने pH मधील बदलांमुळे प्रभावित होत नाही.
याव्यतिरिक्त, संश्लेषित MXenes चे पृष्ठभागाचे टोक असतात (Tx म्हणून दर्शविलेले). हे प्रामुख्याने कार्यात्मक गट -O, -F आणि -OH आहेत. तथापि, पृष्ठभाग रसायनशास्त्र थेट संश्लेषणाच्या पद्धतीशी संबंधित आहे. हे गट पृष्ठभागावर यादृच्छिकपणे वितरित केले जातात, ज्यामुळे MXene50 च्या गुणधर्मांवर त्यांचा परिणाम अंदाज लावणे कठीण होते. असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की Tx हे प्रकाशाद्वारे निओबियमच्या ऑक्सिडेशनसाठी उत्प्रेरक शक्ती असू शकते. पृष्ठभाग कार्यात्मक गट त्यांच्या अंतर्निहित फोटोकॅटलिस्टसाठी विषमजंक्शन तयार करण्यासाठी अनेक अँकरिंग साइट्स प्रदान करतात51. तथापि, वाढीच्या माध्यमाच्या रचनेने प्रभावी फोटोकॅटलिस्ट प्रदान केला नाही (तपशीलवार माध्यम रचना SI टेबल S6 मध्ये आढळू शकते). याव्यतिरिक्त, कोणताही पृष्ठभाग बदल देखील खूप महत्वाचा आहे, कारण थर पोस्ट-प्रोसेसिंग, ऑक्सिडेशन, सेंद्रिय आणि अजैविक संयुगांच्या रासायनिक पृष्ठभागावरील बदल52,53,54,55,56 किंवा पृष्ठभाग चार्ज अभियांत्रिकी38 मुळे MXenes च्या जैविक क्रियाकलापांमध्ये बदल होऊ शकतात. म्हणून, माध्यमातील पदार्थाच्या अस्थिरतेशी निओबियम ऑक्साईडचा काही संबंध आहे का हे तपासण्यासाठी, आम्ही सूक्ष्म शैवाल वाढीच्या माध्यमात आणि विआयनीकृत पाण्यात झेटा (ζ) क्षमतेचा अभ्यास केला (तुलनेसाठी). आमचे निकाल दर्शवितात की SL Nb-MXenes बऱ्यापैकी स्थिर आहेत (MAX आणि ML निकालांसाठी SI आकृती S6 पहा). SL MXenes ची झेटा क्षमता सुमारे -10 mV आहे. SR Nb2CTx च्या बाबतीत, ζ चे मूल्य Nb4C3Tx पेक्षा काहीसे जास्त नकारात्मक आहे. ζ मूल्यातील असा बदल सूचित करू शकतो की नकारात्मक चार्ज केलेल्या MXene नॅनोफ्लेक्सची पृष्ठभाग कल्चर माध्यमातून सकारात्मक चार्ज केलेल्या आयन शोषून घेते. कल्चर माध्यमात Nb-MXenes च्या झेटा क्षमतेचे आणि चालकतेचे तात्पुरते मोजमाप (अधिक तपशीलांसाठी SI मध्ये आकृती S7 आणि S8 पहा) आमच्या गृहीतकाला समर्थन देतात असे दिसते.
तथापि, दोन्ही Nb-MXene SL मध्ये शून्यापासून कमीत कमी बदल दिसून आले. हे सूक्ष्म शैवाल वाढीच्या माध्यमात त्यांची स्थिरता स्पष्टपणे दर्शवते. याव्यतिरिक्त, आम्ही आमच्या हिरव्या सूक्ष्म शैवालांची उपस्थिती माध्यमातील Nb-MXene च्या स्थिरतेवर परिणाम करेल का याचे मूल्यांकन केले. कालांतराने पोषक माध्यम आणि संस्कृतीमध्ये सूक्ष्म शैवालांशी संवाद साधल्यानंतर MXene च्या झेटा संभाव्यतेचे आणि चालकतेचे परिणाम SI मध्ये आढळू शकतात (आकृती S9 आणि S10). मनोरंजकपणे, आम्हाला आढळले की सूक्ष्म शैवालांची उपस्थिती दोन्ही MXene च्या फैलावला स्थिर करते असे दिसते. Nb2CTx SL च्या बाबतीत, झेटा संभाव्यता कालांतराने थोडीशी कमी होऊन अधिक नकारात्मक मूल्यांपर्यंत पोहोचली (-15.8 विरुद्ध -19.1 mV 72 तासांच्या उष्मायनानंतर). SL Nb4C3TX ची झेटा क्षमता थोडीशी वाढली, परंतु 72 तासांनंतर सूक्ष्म शैवाल (-18.1 विरुद्ध -9.1 mV) नसतानाही ती नॅनोफ्लेक्सपेक्षा जास्त स्थिरता दर्शविते.
आम्हाला सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीत उष्मायन केलेल्या Nb-MXene द्रावणांची कमी चालकता देखील आढळली, जी पोषक माध्यमात आयनांचे प्रमाण कमी असल्याचे दर्शवते. विशेष म्हणजे, पाण्यात MXene ची अस्थिरता प्रामुख्याने पृष्ठभागावरील ऑक्सिडेशनमुळे आहे57. म्हणून, आम्हाला शंका आहे की हिरव्या सूक्ष्म शैवालांनी Nb-MXene च्या पृष्ठभागावर तयार झालेले ऑक्साइड कसे तरी साफ केले आणि त्यांची घटना (MXene चे ऑक्सिडेशन) देखील रोखली. सूक्ष्म शैवालांनी शोषलेल्या पदार्थांच्या प्रकारांचा अभ्यास करून हे दिसून येते.
आमच्या इकोटॉक्सिकॉलॉजिकल अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की सूक्ष्म शैवाल कालांतराने Nb-MXene च्या विषारीपणावर आणि उत्तेजित वाढीच्या असामान्य प्रतिबंधावर मात करण्यास सक्षम होते, परंतु आमच्या अभ्यासाचे उद्दिष्ट कृतीच्या संभाव्य यंत्रणेचा शोध घेणे होते. जेव्हा शैवालसारखे जीव त्यांच्या परिसंस्थांना अपरिचित असलेल्या संयुगे किंवा पदार्थांच्या संपर्कात येतात तेव्हा ते विविध प्रकारे प्रतिक्रिया देऊ शकतात58,59. विषारी धातूच्या ऑक्साईडच्या अनुपस्थितीत, सूक्ष्म शैवाल स्वतःला खाऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांना सतत वाढू देते60. विषारी पदार्थांचे सेवन केल्यानंतर, आकार किंवा स्वरूप बदलणे यासारख्या संरक्षण यंत्रणा सक्रिय केल्या जाऊ शकतात. शोषणाची शक्यता देखील विचारात घेतली पाहिजे58,59. विशेष म्हणजे, संरक्षण यंत्रणेचे कोणतेही चिन्ह चाचणी संयुगाच्या विषारीपणाचे स्पष्ट सूचक आहे. म्हणून, आमच्या पुढील कामात, आम्ही SEM द्वारे SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स आणि सूक्ष्म शैवाल यांच्यातील संभाव्य पृष्ठभागाच्या परस्परसंवादाचा आणि एक्स-रे फ्लोरोसेन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (XRF) द्वारे Nb-आधारित MXene च्या संभाव्य शोषणाचा तपास केला. लक्षात घ्या की क्रियाकलाप विषाक्ततेच्या समस्या सोडवण्यासाठी SEM आणि XRF विश्लेषणे केवळ MXene च्या सर्वोच्च एकाग्रतेवर केली गेली.
SEM निकाल आकृती ४ मध्ये दाखवले आहेत. उपचार न केलेल्या सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये (आकृती ४अ, संदर्भ नमुना पहा) विशिष्ट R. सबकॅपिटेटा आकारविज्ञान आणि क्रोइसंट सारख्या पेशींचा आकार स्पष्टपणे दिसून आला. पेशी सपाट आणि काहीशा अव्यवस्थित दिसतात. काही सूक्ष्म शैवाल पेशी एकमेकांशी ओव्हरलॅप झालेल्या आणि एकमेकांशी अडकलेल्या दिसतात, परंतु हे कदाचित नमुना तयार करण्याच्या प्रक्रियेमुळे झाले असावे. सर्वसाधारणपणे, शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशींची पृष्ठभाग गुळगुळीत होती आणि त्यांच्यात कोणतेही आकारविज्ञान बदल दिसून आले नाहीत.
अत्यंत सांद्रतेवर (१०० मिग्रॅ L-१) ७२ तासांच्या परस्परसंवादानंतर हिरव्या सूक्ष्म शैवाल आणि MXene नॅनोशीट्समधील पृष्ठभागाचा परस्परसंवाद दर्शविणारी SEM प्रतिमा. (अ) SL (ब) Nb2CTx आणि (क) Nb4C3TX MXenes सोबत परस्परसंवादानंतर उपचार न केलेले हिरवे सूक्ष्म शैवाल. लक्षात ठेवा की Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स लाल बाणांनी चिन्हांकित केले आहेत. तुलना करण्यासाठी, ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपमधील छायाचित्रे देखील जोडली आहेत.
याउलट, SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सने शोषलेल्या सूक्ष्म शैवाल पेशींना नुकसान झाले (आकृती 4b, c, लाल बाण पहा). Nb2CTx MXene (आकृती 4b) च्या बाबतीत, सूक्ष्म शैवाल जोडलेल्या द्विमितीय नॅनोस्केलसह वाढतात, जे त्यांचे आकारविज्ञान बदलू शकतात. विशेष म्हणजे, आम्ही प्रकाश सूक्ष्मदर्शकाखाली हे बदल देखील पाहिले (तपशीलांसाठी SI आकृती S11 पहा). या आकारविज्ञान संक्रमणाला सूक्ष्म शैवालांच्या शरीरविज्ञानात आणि पेशी आकारविज्ञान बदलून स्वतःचे रक्षण करण्याची त्यांची क्षमता, जसे की पेशींचे आकारविज्ञान वाढवणे, यांचा एक प्रशंसनीय आधार आहे. म्हणून, प्रत्यक्षात 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 या सूक्ष्म शैवाल पेशींपैकी 48% संपर्क टाळत होत्या. SL Nb4C3Tx MXene साठी, सूक्ष्म शैवाल MXene शी संपर्क टाळण्याचा प्रयत्न करतात, ज्यामुळे द्विमितीय नॅनोस्केलमधून स्थानिकीकरण आणि वाढ होते (आकृती 4c). तथापि, आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये नॅनोस्केलचा प्रवेश आणि त्यांचे नुकसान पाहिले नाही.
पेशींच्या पृष्ठभागावरील कणांच्या शोषणामुळे प्रकाशसंश्लेषणाच्या अडथळ्याला आणि तथाकथित छायांकन (छायांकन) परिणामामुळे स्व-संरक्षण हे वेळेवर अवलंबून प्रतिसाद वर्तन देखील आहे. सूक्ष्म शैवाल आणि प्रकाश स्रोत यांच्यामध्ये असलेली प्रत्येक वस्तू (उदाहरणार्थ, Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स) क्लोरोप्लास्टद्वारे शोषलेल्या प्रकाशाचे प्रमाण मर्यादित करते हे स्पष्ट आहे. तथापि, आम्हाला यात काही शंका नाही की याचा प्राप्त परिणामांवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. आमच्या सूक्ष्म निरीक्षणांद्वारे दर्शविल्याप्रमाणे, 2D नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावर पूर्णपणे गुंडाळलेले किंवा चिकटलेले नव्हते, जरी सूक्ष्म शैवाल पेशी Nb-MXenes च्या संपर्कात होत्या तरीही. त्याऐवजी, नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल पेशींना त्यांच्या पृष्ठभागावर न झाकता केंद्रित असल्याचे दिसून आले. अशा नॅनोफ्लेक्स/सूक्ष्म शैवालांचा संच सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे शोषलेल्या प्रकाशाचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या मर्यादित करू शकत नाही. शिवाय, काही अभ्यासांनी द्विमितीय नॅनोमटेरियल्सच्या उपस्थितीत प्रकाशसंश्लेषक जीवांद्वारे प्रकाश शोषणात सुधारणा देखील दर्शविली आहे63,64,65,66.
SEM प्रतिमा सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे निओबियमच्या शोषणाची थेट पुष्टी करू शकत नसल्याने, या समस्येचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी आमचा पुढील अभ्यास एक्स-रे फ्लोरोसेन्स (XRF) आणि एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषणाकडे वळला. म्हणून, आम्ही MXenes शी संवाद न साधणाऱ्या संदर्भ सूक्ष्म शैवाल नमुन्यांच्या Nb शिखरांची तीव्रता, सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या पृष्ठभागावरून वेगळे केलेले MXene नॅनोफ्लेक्स आणि संलग्न MXenes काढून टाकल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींची तुलना केली. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जर Nb शोषण नसेल, तर संलग्न नॅनोस्केल काढून टाकल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे प्राप्त केलेले Nb मूल्य शून्य असले पाहिजे. म्हणून, जर Nb शोषण झाले, तर XRF आणि XPS दोन्ही निकालांमध्ये स्पष्ट Nb शिखर दिसून येईल.
XRF स्पेक्ट्राच्या बाबतीत, SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene शी संवाद साधल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल नमुन्यांमध्ये SL Nb2CTx आणि Nb4C3Tx MXene साठी Nb शिखर दिसून आले (आकृती 5a पहा, हे देखील लक्षात घ्या की MAX आणि ML MXene चे निकाल SI मध्ये दर्शविले आहेत, आकृती S12–C17). मनोरंजकपणे, दोन्ही प्रकरणांमध्ये Nb शिखराची तीव्रता सारखीच आहे (आकृती 5a मधील लाल पट्ट्या). यावरून असे दिसून आले की शैवाल अधिक Nb शोषू शकले नाहीत आणि पेशींमध्ये Nb संचयित करण्याची कमाल क्षमता साध्य झाली, जरी सूक्ष्म शैवाल पेशींना दोन पट जास्त Nb4C3Tx MXene जोडले गेले होते (आकृती 5a मधील निळे पट्ट्या). उल्लेखनीय म्हणजे, धातू शोषण्याची सूक्ष्म शैवालची क्षमता वातावरणातील धातूच्या ऑक्साईडच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असते67,68. शमशादा आणि इतर 67 ला असे आढळून आले की वाढत्या pH सह गोड्या पाण्यातील शैवालची शोषण क्षमता कमी होते. रायझ आणि इतर ६८ यांनी नोंदवले की समुद्री शैवालची धातू शोषण्याची क्षमता Ni2+ पेक्षा Pb2+ साठी सुमारे २५% जास्त होती.
(a) हिरव्या सूक्ष्म शैवाल पेशींनी SL Nb-MXenes (100 mg L-1) च्या अत्यधिक सांद्रतेवर 72 तासांसाठी उष्मायन केलेल्या बेसल Nb शोषणाचे XRF परिणाम. परिणाम शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये α ची उपस्थिती दर्शवितात (नियंत्रण नमुना, राखाडी स्तंभ), पृष्ठभागावरील सूक्ष्म शैवाल पेशींपासून वेगळे केलेले 2D नॅनोफ्लेक्स (निळे स्तंभ) आणि पृष्ठभागावरील 2D नॅनोफ्लेक्स वेगळे केल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशी (लाल स्तंभ). मूलभूत Nb चे प्रमाण, (b) SL Nb-MXenes सह उष्मायनानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये उपस्थित असलेल्या सूक्ष्म शैवाल सेंद्रिय घटकांच्या रासायनिक रचनेची टक्केवारी, (c–e) XPS SL Nb2CTx स्पेक्ट्रा आणि (fh) SL Nb4C3Tx MXene च्या रचनात्मक शिखराचे फिटिंग सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे अंतर्गत केलेले.
म्हणून, आम्हाला अपेक्षा होती की Nb हे शैवाल पेशींद्वारे ऑक्साइडच्या स्वरूपात शोषले जाऊ शकते. हे तपासण्यासाठी, आम्ही MXenes Nb2CTx आणि Nb4C3TX आणि शैवाल पेशींवर XPS अभ्यास केला. शैवाल पेशींपासून वेगळे केलेल्या Nb-MXenes आणि MXenes सह सूक्ष्म शैवालांच्या परस्परसंवादाचे परिणाम आकृती 5b मध्ये दर्शविले आहेत. अपेक्षेप्रमाणे, सूक्ष्म शैवालांच्या पृष्ठभागावरून MXene काढून टाकल्यानंतर आम्हाला सूक्ष्म शैवाल नमुन्यांमध्ये Nb 3d शिखर आढळले. C=O, CHx/CO, आणि Nb ऑक्साइडचे परिमाणात्मक निर्धारण Nb2CTx SL (आकृती 5c–e) आणि Nb4C3Tx SL (आकृती 5c–e) सह मिळवलेल्या Nb 3d, O 1s आणि C 1s स्पेक्ट्राच्या आधारे मोजले गेले. ) इनक्युबेटेड सूक्ष्म शैवालांपासून मिळवलेले. आकृती 5f–h) MXenes. टेबल S1-3 फिटमुळे उद्भवणाऱ्या शिखर पॅरामीटर्स आणि एकूण रसायनशास्त्राचे तपशील दर्शविते. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की Nb2CTx SL आणि Nb4C3Tx SL (आकृती 5c, f) चे Nb 3d क्षेत्र एका Nb2O5 घटकाशी जुळतात. येथे, आम्हाला स्पेक्ट्रामध्ये MXene-संबंधित शिखर आढळले नाहीत, जे दर्शविते की सूक्ष्म शैवाल पेशी फक्त Nb चे ऑक्साइड स्वरूप शोषून घेतात. याव्यतिरिक्त, आम्ही C 1 s स्पेक्ट्रम C–C, CHx/C–O, C=O, आणि –COOH घटकांसह अंदाजे केले. आम्ही CHx/C–O आणि C=O शिखरांना सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या सेंद्रिय योगदानासाठी नियुक्त केले. हे सेंद्रिय घटक Nb2CTx SL आणि Nb4C3TX SL मधील C 1s शिखरांच्या अनुक्रमे 36% आणि 41% आहेत. त्यानंतर आम्ही SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3TX चे O 1s स्पेक्ट्रा Nb2O5, सूक्ष्म शैवालांचे सेंद्रिय घटक (CHx/CO) आणि पृष्ठभागावर शोषलेल्या पाण्यासह बसवले.
शेवटी, XPS निकालांनी स्पष्टपणे Nb चे स्वरूप दर्शविले, फक्त त्याची उपस्थितीच नाही. Nb 3d सिग्नलच्या स्थितीनुसार आणि डीकॉनव्होल्यूशनच्या निकालांनुसार, आम्ही पुष्टी करतो की Nb केवळ ऑक्साइडच्या स्वरूपात शोषले जाते, आयन किंवा MXene च्या स्वरूपात नाही. याव्यतिरिक्त, XPS निकालांनी असे दर्शविले की सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये SL Nb4C3TX MXene च्या तुलनेत SL Nb2CTx मधून Nb ऑक्साइड घेण्याची क्षमता जास्त असते.
आमचे Nb अपटेक परिणाम प्रभावी आहेत आणि आम्हाला MXene क्षय ओळखण्यास अनुमती देतात, परंतु 2D नॅनोफ्लेक्समध्ये संबंधित आकारिकीय बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी कोणतीही पद्धत उपलब्ध नाही. म्हणून, आम्ही 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्स आणि सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये होणाऱ्या कोणत्याही बदलांना थेट प्रतिसाद देणारी एक योग्य पद्धत विकसित करण्याचा निर्णय घेतला. हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की जर परस्परसंवादी प्रजाती कोणत्याही परिवर्तन, विघटन किंवा डीफ्रॅगमेंटेशनमधून जात असतील तर ते आकार पॅरामीटर्समध्ये बदल म्हणून त्वरीत प्रकट होईल, जसे की समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्राचा व्यास, गोलाकारपणा, फेरेट रुंदी किंवा फेरेट लांबी. हे पॅरामीटर्स लांबलचक कण किंवा द्विमितीय नॅनोफ्लेक्सचे वर्णन करण्यासाठी योग्य असल्याने, गतिमान कण आकार विश्लेषणाद्वारे त्यांचे ट्रॅकिंग आपल्याला रिडक्शन दरम्यान SL Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या आकारिकीय परिवर्तनाबद्दल मौल्यवान माहिती देईल.
मिळालेले निकाल आकृती ६ मध्ये दाखवले आहेत. तुलनेसाठी, आम्ही मूळ MAX फेज आणि ML-MXenes (SI आकृत्या S18 आणि S19 पहा) देखील तपासले. कण आकाराच्या गतिमान विश्लेषणातून असे दिसून आले की सूक्ष्म शैवालांशी संवाद साधल्यानंतर दोन Nb-MXene SL चे सर्व आकार मापदंड लक्षणीयरीत्या बदलले. समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्र व्यास पॅरामीटर (आकृती 6a, b) द्वारे दर्शविल्याप्रमाणे, मोठ्या नॅनोफ्लेक्सच्या अंशाची कमी झालेली शिखर तीव्रता दर्शवते की ते लहान तुकड्यांमध्ये क्षय करतात. आकृती 6c वर, d फ्लेक्सच्या ट्रान्सव्हर्स आकाराशी संबंधित शिखरांमध्ये घट दर्शवते (नॅनोफ्लेक्सची वाढ), 2D नॅनोफ्लेक्सचे अधिक कण-सारख्या आकारात रूपांतर दर्शवते. आकृती 6e-h अनुक्रमे फेरेटची रुंदी आणि लांबी दर्शवते. फेरेटची रुंदी आणि लांबी पूरक पॅरामीटर्स आहेत आणि म्हणून त्यांचा एकत्रितपणे विचार केला पाहिजे. सूक्ष्म शैवालांच्या उपस्थितीत 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या उष्मायनानंतर, त्यांचे फेरेट सहसंबंध शिखर सरकले आणि त्यांची तीव्रता कमी झाली. आकारविज्ञान, XRF आणि XPS यांच्या संयोजनात या निकालांच्या आधारे, आम्ही असा निष्कर्ष काढला की निरीक्षण केलेले बदल ऑक्सिडेशनशी जोरदारपणे संबंधित आहेत कारण ऑक्सिडाइज्ड MXenes अधिक सुरकुत्या पडतात आणि तुकड्यांमध्ये आणि गोलाकार ऑक्साइड कणांमध्ये मोडतात69,70.
हिरव्या सूक्ष्म शैवालांशी संवाद साधल्यानंतर MXene परिवर्तनाचे विश्लेषण. गतिमान कण आकार विश्लेषणामध्ये (a, b) समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्राचा व्यास, (c, d) गोलाकारपणा, (e, f) फेरेट रुंदी आणि (g, h) फेरेट लांबी यासारख्या पॅरामीटर्सचा विचार केला जातो. यासाठी, प्राथमिक SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3Tx MXenes, क्षयित सूक्ष्म शैवाल आणि उपचारित सूक्ष्म शैवाल SL Nb2CTx आणि SL Nb4C3Tx MXenes सह दोन संदर्भ सूक्ष्म शैवाल नमुन्यांचे विश्लेषण केले गेले. लाल बाण अभ्यासलेल्या द्विमितीय नॅनोफ्लेक्सच्या आकार पॅरामीटर्सचे संक्रमण दर्शवितात.
आकार पॅरामीटर विश्लेषण खूप विश्वासार्ह असल्याने, ते सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये आकारिकीय बदल देखील प्रकट करू शकते. म्हणून, आम्ही 2D Nb नॅनोफ्लेक्सशी संवाद साधल्यानंतर शुद्ध सूक्ष्म शैवाल पेशी आणि पेशींच्या समतुल्य वर्तुळाकार क्षेत्र व्यास, गोलाकारपणा आणि फेरेट रुंदी/लांबीचे विश्लेषण केले. आकृती 6a-h वर शैवाल पेशींच्या आकार पॅरामीटर्समध्ये बदल दिसून येतात, जे शिखर तीव्रतेत घट आणि उच्च मूल्यांकडे कमाल बदल दर्शवितात. विशेषतः, पेशी गोलाकारपणा पॅरामीटर्समध्ये वाढलेल्या पेशींमध्ये घट आणि गोलाकार पेशींमध्ये वाढ दिसून आली (आकृती 6a, b). याव्यतिरिक्त, SL Nb4C3TX MXene (आकृती 6f) च्या तुलनेत SL Nb2CTx MXene (आकृती 6e) शी संवाद साधल्यानंतर फेरेट पेशीची रुंदी अनेक मायक्रोमीटरने वाढली. आम्हाला शंका आहे की हे Nb2CTx SR शी संवाद साधल्यावर सूक्ष्म शैवालांद्वारे Nb ऑक्साईडच्या जोरदार शोषणामुळे असू शकते. त्यांच्या पृष्ठभागावर Nb फ्लेक्सचे कमी कठोर जोडणे यामुळे पेशींची वाढ कमीत कमी छायांकन परिणामासह होऊ शकते.
सूक्ष्म शैवालांच्या आकार आणि आकाराच्या पॅरामीटर्समधील बदलांबद्दलचे आमचे निरीक्षण इतर अभ्यासांना पूरक आहे. हिरव्या सूक्ष्म शैवाल पेशींचा आकार, आकार किंवा चयापचय बदलून पर्यावरणीय ताणाच्या प्रतिसादात त्यांचे आकारविज्ञान बदलू शकतात61. उदाहरणार्थ, पेशींचा आकार बदलल्याने पोषक तत्वांचे शोषण सुलभ होते71. लहान शैवाल पेशींमध्ये पोषक तत्वांचे शोषण कमी होते आणि वाढीचा दर बिघडतो. उलट, मोठ्या पेशी अधिक पोषक तत्वांचा वापर करतात, जे नंतर पेशीच्या आत जमा केले जातात72,73. माचाडो आणि सोरेस यांना आढळले की बुरशीनाशक ट्रायक्लोसन पेशींचा आकार वाढवू शकते. त्यांना शैवालच्या आकारातही गंभीर बदल आढळले74. याव्यतिरिक्त, यिन आणि इतर 9 ने कमी झालेल्या ग्राफीन ऑक्साईड नॅनोकंपोझिट्सच्या संपर्कात आल्यानंतर शैवालमध्ये आकारविज्ञानविषयक बदल देखील उघड केले. म्हणूनच, हे स्पष्ट आहे की सूक्ष्म शैवालांचे बदललेले आकार/आकार पॅरामीटर्स MXene च्या उपस्थितीमुळे होतात. आकार आणि आकारातील हा बदल पोषक तत्वांच्या शोषणातील बदलांचे सूचक असल्याने, आमचा असा विश्वास आहे की कालांतराने आकार आणि आकार पॅरामीटर्सचे विश्लेषण Nb-MXene च्या उपस्थितीत सूक्ष्म शैवालद्वारे निओबियम ऑक्साईडचे शोषण दर्शवू शकते.
शिवाय, शैवालच्या उपस्थितीत MXene चे ऑक्सिडायझेशन केले जाऊ शकते. दलाई आणि इतर ७५ यांनी असे निरीक्षण केले की नॅनो-TiO2 आणि Al2O376 च्या संपर्कात येणाऱ्या हिरव्या शैवालचे आकारविज्ञान एकसारखे नव्हते. जरी आमचे निरीक्षण सध्याच्या अभ्यासासारखे असले तरी, ते फक्त 2D नॅनोफ्लेक्सच्या उपस्थितीत MXene क्षय उत्पादनांच्या बाबतीत बायोरेमेडिएशनच्या परिणामांच्या अभ्यासाशी संबंधित आहे आणि नॅनोपार्टिकल्सशी नाही. MXene धातूच्या ऑक्साइडमध्ये विघटित होऊ शकतात, 31,32,77,78 असे गृहीत धरणे वाजवी आहे की आमचे Nb नॅनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल पेशींशी संवाद साधल्यानंतर Nb ऑक्साइड देखील तयार करू शकतात.
ऑक्सिडेशन प्रक्रियेवर आधारित विघटन यंत्रणेद्वारे 2D-Nb नॅनोफ्लेक्सचे घट स्पष्ट करण्यासाठी, आम्ही उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HRTEM) (आकृती 7a,b) आणि एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) (आकृती 7) वापरून अभ्यास केला. 7c-i आणि टेबल्स S4-5). दोन्ही दृष्टिकोन 2D पदार्थांच्या ऑक्सिडेशनचा अभ्यास करण्यासाठी योग्य आहेत आणि एकमेकांना पूरक आहेत. HRTEM द्विमितीय स्तरित संरचनांचे क्षय आणि त्यानंतर मेटल ऑक्साइड नॅनोपार्टिकल्सचे स्वरूप यांचे विश्लेषण करण्यास सक्षम आहे, तर XPS पृष्ठभागाच्या बंधांना संवेदनशील आहे. या उद्देशासाठी, आम्ही सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या फैलावातून काढलेल्या 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सची चाचणी केली, म्हणजेच सूक्ष्म शैवाल पेशींशी संवाद साधल्यानंतर त्यांचा आकार (आकृती 7 पहा).
ऑक्सिडाइज्ड (a) SL Nb2CTx आणि (b) SL Nb4C3Tx MXenes चे आकारविज्ञान दर्शविणारी HRTEM प्रतिमा, XPS विश्लेषण परिणाम (c) रिडक्शन नंतर ऑक्साइड उत्पादनांची रचना दर्शविते, (d–f) SL Nb2CTx च्या XPS स्पेक्ट्राच्या घटकांची पीक मॅचिंग आणि (g– i) हिरव्या सूक्ष्म शैवालांनी दुरुस्त केलेली Nb4C3Tx SL.
HRTEM अभ्यासातून दोन प्रकारच्या Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या ऑक्सिडेशनची पुष्टी झाली. जरी नॅनोफ्लेक्सने काही प्रमाणात त्यांचे द्विमितीय आकारविज्ञान टिकवून ठेवले असले तरी, ऑक्सिडेशनमुळे MXene नॅनोफ्लेक्सच्या पृष्ठभागावर अनेक नॅनोपार्टिकल्स दिसू लागले (आकृती 7a,b पहा). c Nb 3d आणि O 1s सिग्नलच्या XPS विश्लेषणातून असे दिसून आले 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 ऑक्साइडची उपस्थिती दर्शवितात, तर O 1s सिग्नल 2D नॅनोफ्लेक पृष्ठभागाच्या कार्यात्मकतेशी संबंधित O-Nb बंधांची संख्या दर्शवितात. आम्हाला आढळले की Nb-C आणि Nb3+-O च्या तुलनेत Nb ऑक्साइड योगदान प्रबळ आहे.
आकृती ७g-i मध्ये सूक्ष्म शैवाल पेशींपासून वेगळे केलेल्या Nb 3d, C 1s आणि O 1s SL Nb2CTx (आकृती ७d–f पहा) आणि SL Nb4C3TX MXene चे XPS स्पेक्ट्रा दाखवले आहे. Nb-MXenes च्या शिखर पॅरामीटर्सची माहिती अनुक्रमे टेबल S4–5 मध्ये दिली आहे. आम्ही प्रथम Nb 3d च्या रचनेचे विश्लेषण केले. सूक्ष्म शैवाल पेशींद्वारे शोषलेल्या Nb च्या विपरीत, सूक्ष्म शैवाल पेशींपासून वेगळे केलेल्या MXene मध्ये, Nb2O5 व्यतिरिक्त, इतर घटक आढळले. Nb2CTx SL मध्ये, आम्ही Nb3+-O चे योगदान १५% च्या प्रमाणात पाहिले, तर उर्वरित Nb 3d स्पेक्ट्रममध्ये Nb2O5 (85%) चे वर्चस्व होते. याव्यतिरिक्त, SL Nb4C3TX नमुन्यात Nb-C (9%) आणि Nb2O5 (91%) घटक आहेत. येथे Nb-C हे Nb4C3Tx SR मधील धातू कार्बाइडच्या दोन आतील अणु थरांपासून येते. त्यानंतर आपण अंतर्गत नमुन्यांप्रमाणे C 1s स्पेक्ट्राचे चार वेगवेगळ्या घटकांमध्ये मॅप करतो. अपेक्षेप्रमाणे, C 1s स्पेक्ट्रामध्ये ग्राफिक कार्बनचे वर्चस्व असते, त्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींमधून सेंद्रिय कणांचे (CHx/CO आणि C=O) योगदान असते. याव्यतिरिक्त, O 1s स्पेक्ट्रममध्ये, आपण सूक्ष्म शैवाल पेशी, निओबियम ऑक्साईड आणि शोषलेले पाणी यांच्या सेंद्रिय स्वरूपाचे योगदान पाहिले.
याव्यतिरिक्त, आम्ही Nb-MXenes क्लीव्हेज हे पोषक माध्यम आणि/किंवा सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती (ROS) च्या उपस्थितीशी संबंधित आहे का याचा तपास केला. यासाठी, आम्ही कल्चर माध्यमात सिंगलेट ऑक्सिजन (1O2) आणि इंट्रासेल्युलर ग्लूटाथिओन, एक थायोल जे सूक्ष्म शैवालांमध्ये अँटिऑक्सिडंट म्हणून काम करते, चे मूल्यांकन केले. परिणाम SI मध्ये दर्शविले आहेत (आकृती S20 आणि S21). SL Nb2CTx आणि Nb4C3TX MXenes असलेल्या कल्चरमध्ये 1O2 चे प्रमाण कमी होते (आकृती S20 पहा). SL Nb2CTx च्या बाबतीत, MXene 1O2 सुमारे 83% पर्यंत कमी होते. SL वापरणाऱ्या सूक्ष्म शैवाल संस्कृतींसाठी, Nb4C3TX 1O2 आणखी कमी होऊन 73% पर्यंत कमी झाले. मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, 1O2 मधील बदलांनी पूर्वी पाहिलेल्या प्रतिबंधात्मक-उत्तेजक परिणामाप्रमाणेच ट्रेंड दर्शविला (आकृती 3 पहा). असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की तेजस्वी प्रकाशात उष्मायन फोटोऑक्सिडेशन बदलू शकते. तथापि, प्रयोगादरम्यान नियंत्रण विश्लेषणाच्या निकालांमध्ये जवळजवळ 1O2 ची पातळी स्थिर असल्याचे दिसून आले (आकृती S22). इंट्रासेल्युलर ROS पातळीच्या बाबतीत, आम्हालाही हाच घसरणीचा कल दिसून आला (आकृती S21 पहा). सुरुवातीला, Nb2CTx आणि Nb4C3Tx SL च्या उपस्थितीत संवर्धित सूक्ष्म शैवाल पेशींमध्ये ROS ची पातळी सूक्ष्म शैवालांच्या शुद्ध संस्कृतींमध्ये आढळणाऱ्या पातळीपेक्षा जास्त होती. तथापि, अखेरीस असे दिसून आले की सूक्ष्म शैवाल दोन्ही Nb-MXenes च्या उपस्थितीशी जुळवून घेत होते, 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 कालांतराने अधिक आरामदायक वाटतात.
सूक्ष्म शैवाल हे प्रकाशसंश्लेषणाच्या विविध गटातील जीव आहेत. प्रकाशसंश्लेषणाच्या वेळी, ते वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड (CO2) चे सेंद्रिय कार्बनमध्ये रूपांतर करतात. प्रकाशसंश्लेषणाची उत्पादने ग्लुकोज आणि ऑक्सिजन आहेत79. आम्हाला असा संशय आहे की अशा प्रकारे तयार होणारा 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 दाबांचे क्षेत्र असतील तिथे सर्वात कमी पातळी असलेले क्षेत्र एनोड 80, 81, 82 तयार करेल. येथे, सूक्ष्म शैवाल MXene फ्लेक्सच्या पृष्ठभागावर विभेदक वायुवीजनित पेशींच्या निर्मितीमध्ये योगदान देतात, जे त्यांच्या प्रकाशसंश्लेषण गुणधर्मांमुळे ऑक्सिजन तयार करतात. परिणामी, जैव-जंग उत्पादने (या प्रकरणात, निओबियम ऑक्साइड) तयार होतात. आणखी एक पैलू असा आहे की सूक्ष्म शैवाल पाण्यात सोडले जाणारे सेंद्रिय आम्ल तयार करू शकतात83,84. म्हणून, एक आक्रमक वातावरण तयार होते, ज्यामुळे Nb-MXenes बदलतात. याव्यतिरिक्त, कार्बन डायऑक्साइड शोषल्यामुळे सूक्ष्म शैवाल वातावरणाचा pH अल्कधर्मी बनवू शकतात, ज्यामुळे गंज देखील होऊ शकतो79.
अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, आमच्या अभ्यासात वापरलेला गडद/प्रकाश प्रकाश कालावधी प्राप्त झालेले निकाल समजून घेण्यासाठी महत्त्वाचा आहे. या पैलूचे तपशीलवार वर्णन जेमाई-झोघलाचे आणि इतरांमध्ये केले आहे. 85 त्यांनी लाल सूक्ष्म शैवाल पोर्फिरिडियम पर्प्युरियमच्या बायोफाउलिंगशी संबंधित जैवक्षरण प्रदर्शित करण्यासाठी जाणूनबुजून 12/12 तासांचा फोटो कालावधी वापरला. ते दाखवतात की प्रकाश कालावधी जैवक्षरण नसलेल्या संभाव्यतेच्या उत्क्रांतीशी संबंधित आहे, जो 24:00 च्या सुमारास स्यूडोपीरियोडिक दोलन म्हणून प्रकट होतो. या निरीक्षणांची पुष्टी डोलिंग आणि इतरांनी केली. 86 त्यांनी सायनोबॅक्टेरिया अनाबेनाच्या प्रकाशसंश्लेषक बायोफिल्म्सचे प्रदर्शन केले. विरघळलेला ऑक्सिजन प्रकाशाच्या कृती अंतर्गत तयार होतो, जो मुक्त जैवक्षरण क्षमतेमध्ये बदल किंवा चढउतारांशी संबंधित आहे. प्रकाश कालावधीचे महत्त्व या वस्तुस्थितीद्वारे अधोरेखित केले जाते की जैवक्षरणासाठी मुक्त क्षमता प्रकाश टप्प्यात वाढते आणि गडद टप्प्यात कमी होते. हे प्रकाशसंश्लेषक सूक्ष्म शैवालांद्वारे तयार होणाऱ्या ऑक्सिजनमुळे होते, जे इलेक्ट्रोडजवळ निर्माण होणाऱ्या आंशिक दाबाद्वारे कॅथोडिक अभिक्रियेवर प्रभाव पाडते87.
याव्यतिरिक्त, Nb-MXenes शी संवाद साधल्यानंतर सूक्ष्म शैवाल पेशींच्या रासायनिक रचनेत काही बदल झाले आहेत का हे शोधण्यासाठी फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) करण्यात आली. हे प्राप्त परिणाम जटिल आहेत आणि आम्ही ते SI मध्ये सादर करतो (आकृती S23-S25, MAX स्टेज आणि ML MXenes च्या निकालांसह). थोडक्यात, सूक्ष्म शैवालांचा प्राप्त संदर्भ स्पेक्ट्रा आपल्याला या जीवांच्या रासायनिक वैशिष्ट्यांबद्दल महत्वाची माहिती प्रदान करतो. हे सर्वात संभाव्य कंपन 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. one. 1 1 (C–H) आणि 3280 cm–1 (O–H) च्या फ्रिक्वेन्सीवर स्थित आहेत. SL Nb-MXenes साठी, आम्हाला एक CH-बॉन्ड स्ट्रेचिंग सिग्नेचर आढळला जो आमच्या मागील अभ्यासाशी सुसंगत आहे38. तथापि, आम्हाला आढळले की C=C आणि CH बंधांशी संबंधित काही अतिरिक्त शिखरे गायब झाली आहेत. हे सूचित करते की SL Nb-MXenes शी परस्परसंवादामुळे सूक्ष्म शैवालांच्या रासायनिक रचनेत किरकोळ बदल होऊ शकतात.
सूक्ष्म शैवालांच्या जैवरसायनशास्त्रातील संभाव्य बदलांचा विचार करताना, निओबियम ऑक्साईड सारख्या अजैविक ऑक्साईडच्या संचयनाचा पुनर्विचार करणे आवश्यक आहे59. ते पेशींच्या पृष्ठभागाद्वारे धातूंचे शोषण, सायटोप्लाझममध्ये त्यांचे वाहतूक, पेशीच्या आतल्या कार्बोक्सिल गटांशी त्यांचा संबंध आणि सूक्ष्म शैवाल पॉलीफॉस्फोसोममध्ये त्यांचे संचयन यामध्ये सहभागी आहे20,88,89,90. याव्यतिरिक्त, सूक्ष्म शैवाल आणि धातूंमधील संबंध पेशींच्या कार्यात्मक गटांद्वारे राखला जातो. या कारणास्तव, शोषण देखील सूक्ष्म शैवाल पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्रावर अवलंबून असते, जे बरेच गुंतागुंतीचे आहे9,91. सर्वसाधारणपणे, अपेक्षेप्रमाणे, Nb ऑक्साईडच्या शोषणामुळे हिरव्या सूक्ष्म शैवालांची रासायनिक रचना थोडीशी बदलली.
मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, सूक्ष्म शैवालांचे सुरुवातीचे प्रतिबंध कालांतराने उलट करता येण्यासारखे होते. जसे आपण पाहिले, सूक्ष्म शैवाल सुरुवातीच्या पर्यावरणीय बदलांवर मात करून अखेर सामान्य वाढीच्या दरांवर परतले आणि आणखी वाढले. पोषक माध्यमात आणल्यावर झेटा संभाव्यतेच्या अभ्यासात उच्च स्थिरता दिसून येते. अशाप्रकारे, संपूर्ण रिडक्शन प्रयोगांमध्ये सूक्ष्म शैवाल पेशी आणि Nb-MXene नॅनोफ्लेक्समधील पृष्ठभागाचा परस्परसंवाद राखला गेला. आमच्या पुढील विश्लेषणात, आम्ही सूक्ष्म शैवालांच्या या उल्लेखनीय वर्तनाच्या अंतर्गत असलेल्या कृतीच्या मुख्य यंत्रणांचा सारांश देतो.
SEM निरीक्षणांवरून असे दिसून आले आहे की सूक्ष्म शैवाल Nb-MXene ला जोडण्याची प्रवृत्ती बाळगतात. गतिमान प्रतिमा विश्लेषण वापरून, आम्ही पुष्टी करतो की या परिणामामुळे द्विमितीय Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सचे अधिक गोलाकार कणांमध्ये रूपांतर होते, ज्यामुळे नॅनोफ्लेक्सचे विघटन त्यांच्या ऑक्सिडेशनशी संबंधित आहे हे सिद्ध होते. आमच्या गृहीतकाची चाचणी घेण्यासाठी, आम्ही साहित्य 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 निरीक्षणाचा वापर करून, आम्हाला 2D Nb-MXene नॅनोफ्लेक्सच्या उपस्थितीत उष्मायन केलेल्या सूक्ष्म शैवालांच्या रासायनिक रचनेत कोणतेही महत्त्वपूर्ण बदल आढळले नाहीत. सूक्ष्म शैवालांद्वारे निओबियम ऑक्साईड शोषण्याची शक्यता लक्षात घेऊन, आम्ही एक्स-रे फ्लोरोसेन्स विश्लेषण केले. हे निकाल स्पष्टपणे दर्शवितात की अभ्यासलेले सूक्ष्म शैवाल निओबियम ऑक्साईड (NbO आणि Nb2O5) खातात, जे अभ्यासलेल्या सूक्ष्म शैवालांसाठी विषारी नसतात.