Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद। तपाईं सीमित CSS समर्थन भएको ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ। उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अद्यावधिक गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम पार्नुहोस्)। यसै बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैली र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट रेन्डर गर्नेछौं।
एकै पटकमा तीन स्लाइडहरूको क्यारोसेल प्रदर्शन गर्दछ। एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्न अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस्, वा एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्न अन्त्यमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस्।
न्यानो टेक्नोलोजीको द्रुत विकास र दैनिक प्रयोगहरूमा यसको एकीकरणले वातावरणलाई खतरामा पार्न सक्छ। जैविक प्रदूषकहरूको क्षयीकरणको लागि हरियो विधिहरू राम्रोसँग स्थापित भए तापनि, जैविक रूपान्तरणको लागि कम संवेदनशीलता र जैविकहरूसँग भौतिक सतह अन्तरक्रियाको बुझाइको अभावको कारणले गर्दा अजैविक क्रिस्टलीय प्रदूषकहरूको पुन: प्राप्ति प्रमुख चिन्ताको विषय हो। यहाँ, हामी हरियो सूक्ष्म शैवाल राफिडोसेलिस सबक्यापिटाटा द्वारा 2D सिरेमिक न्यानोमटेरियलहरूको बायोरेमेडिएसन संयन्त्र ट्रेस गर्न सरल आकार प्यारामिटर विश्लेषण विधिसँग मिलाएर Nb-आधारित अजैविक 2D MXenes मोडेल प्रयोग गर्छौं। हामीले पत्ता लगायौं कि सतह-सम्बन्धित भौतिक-रासायनिक अन्तरक्रियाहरूको कारण सूक्ष्म शैवालले Nb-आधारित MXenes लाई घटाउँछ। सुरुमा, एकल-तह र बहु-तह MXene न्यानोफ्लेकहरू सूक्ष्म शैवालको सतहमा जोडिएका थिए, जसले शैवालको वृद्धिलाई केही हदसम्म कम गर्‍यो। यद्यपि, सतहसँग लामो समयसम्म अन्तरक्रियामा, सूक्ष्म शैवालले MXene न्यानोफ्लेकहरूलाई अक्सिडाइज गर्‍यो र तिनीहरूलाई NbO र Nb2O5 मा थप विघटन गर्‍यो। यी अक्साइडहरू सूक्ष्म शैवाल कोषहरूका लागि गैर-विषाक्त भएकाले, तिनीहरूले अवशोषण संयन्त्रद्वारा Nb अक्साइड न्यानोपार्टिकल्स उपभोग गर्छन् जसले ७२ घण्टाको पानी उपचार पछि सूक्ष्म शैवाललाई थप पुनर्स्थापित गर्दछ। अवशोषणसँग सम्बन्धित पोषक तत्वहरूको प्रभाव कोषको मात्रामा वृद्धि, तिनीहरूको सहज आकार र वृद्धि दरमा परिवर्तनमा पनि प्रतिबिम्बित हुन्छ। यी निष्कर्षहरूको आधारमा, हामी निष्कर्ष निकाल्छौं कि ताजा पानीको पारिस्थितिक प्रणालीमा Nb-आधारित MXenes को छोटो र दीर्घकालीन उपस्थितिले केवल सानो वातावरणीय प्रभावहरू निम्त्याउन सक्छ। यो उल्लेखनीय छ कि, मोडेल प्रणालीको रूपमा दुई-आयामी न्यानोमेटेरियलहरू प्रयोग गरेर, हामी सूक्ष्म-दानायुक्त सामग्रीहरूमा पनि आकार परिवर्तन ट्र्याक गर्ने सम्भावना प्रदर्शन गर्छौं। समग्रमा, यो अध्ययनले २D न्यानोमेटेरियलहरूको बायोरेमेडिएशन संयन्त्र चलाउने सतह अन्तरक्रिया-सम्बन्धित प्रक्रियाहरूको बारेमा महत्त्वपूर्ण आधारभूत प्रश्नको जवाफ दिन्छ र अजैविक क्रिस्टलीय न्यानोमेटेरियलहरूको वातावरणीय प्रभावको थप छोटो-अवधि र दीर्घकालीन अध्ययनहरूको लागि आधार प्रदान गर्दछ।
न्यानोमटेरियलहरूले आफ्नो खोज पछि धेरै चासो उत्पन्न गरेका छन्, र विभिन्न न्यानोटेक्नोलोजीहरू हालै आधुनिकीकरण चरणमा प्रवेश गरेका छन्। दुर्भाग्यवश, दैनिक प्रयोगहरूमा न्यानोमटेरियलहरूको एकीकरणले अनुचित डिस्पोजल, लापरवाह ह्यान्डलिङ, वा अपर्याप्त सुरक्षा पूर्वाधारको कारणले आकस्मिक रिलिज हुन सक्छ। त्यसकारण, यो मान्न उचित छ कि द्वि-आयामी (2D) न्यानोमटेरियलहरू सहित न्यानोमटेरियलहरू प्राकृतिक वातावरणमा रिलिज गर्न सकिन्छ, जसको व्यवहार र जैविक गतिविधि अझै पूर्ण रूपमा बुझिएको छैन। त्यसकारण, यो आश्चर्यजनक छैन कि इकोटोक्सिसिटी चिन्ताहरूले 2D न्यानोमटेरियलहरूको जलीय प्रणालीहरूमा चुहावट गर्ने क्षमतामा केन्द्रित भएको छ2,3,4,5,6। यी पारिस्थितिक प्रणालीहरूमा, केही 2D न्यानोमटेरियलहरूले सूक्ष्म शैवाल सहित विभिन्न ट्रफिक स्तरहरूमा विभिन्न जीवहरूसँग अन्तरक्रिया गर्न सक्छन्।
सूक्ष्म शैवालहरू प्राकृतिक रूपमा ताजा पानी र समुद्री पारिस्थितिक प्रणालीमा पाइने आदिम जीवहरू हुन् जसले प्रकाश संश्लेषण मार्फत विभिन्न रासायनिक उत्पादनहरू उत्पादन गर्छन्। त्यसैले, तिनीहरू जलीय पारिस्थितिक प्रणालीहरूको लागि महत्त्वपूर्ण छन्8,9,10,11,12 तर पारिस्थितिक विषाक्तताको संवेदनशील, सस्तो र व्यापक रूपमा प्रयोग हुने सूचकहरू पनि हुन्13,14। सूक्ष्म शैवाल कोषहरू द्रुत रूपमा गुणा हुने र विभिन्न यौगिकहरूको उपस्थितिमा द्रुत प्रतिक्रिया दिने भएकाले, तिनीहरू जैविक पदार्थहरूले दूषित पानीको उपचारको लागि वातावरणमैत्री विधिहरूको विकासको लागि आशाजनक छन्15,16।
शैवाल कोषहरूले जैवशोषण र संचय मार्फत पानीबाट अजैविक आयनहरू हटाउन सक्छन्17,18। केही शैवाल प्रजातिहरू जस्तै क्लोरेला, एनाबेना इन्भर, वेस्टिलोप्सिस प्रोलिफिका, स्टिजियोक्लोनियम टेन्यू र सिनेकोकोकस एसपी। यसले Fe2+, Cu2+, Zn2+ र Mn2+19 जस्ता विषाक्त धातु आयनहरू बोक्ने र पोषण गर्ने पाइएको छ। अन्य अध्ययनहरूले देखाएको छ कि Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ वा Pb2+ आयनहरूले कोशिका आकारविज्ञान परिवर्तन गरेर र तिनीहरूको क्लोरोप्लास्टहरू नष्ट गरेर सेनेडेस्मसको वृद्धिलाई सीमित गर्छन्20,21।
जैविक प्रदूषकहरूको विघटन र भारी धातु आयनहरू हटाउने हरियो विधिहरूले विश्वभरका वैज्ञानिकहरू र इन्जिनियरहरूको ध्यान आकर्षित गरेको छ। यो मुख्यतया यी प्रदूषकहरूलाई तरल चरणमा सजिलै प्रशोधन गर्ने तथ्यको कारणले हो। यद्यपि, अजैविक क्रिस्टलीय प्रदूषकहरू कम पानीमा घुलनशीलता र विभिन्न जैविक रूपान्तरणहरूको लागि कम संवेदनशीलता द्वारा विशेषता हुन्छन्, जसले उपचारमा ठूलो कठिनाइहरू निम्त्याउँछ, र यस क्षेत्रमा थोरै प्रगति भएको छ22,23,24,25,26। यसरी, न्यानोमटेरियलहरूको मर्मतको लागि वातावरणमैत्री समाधानहरूको खोजी एक जटिल र अन्वेषित क्षेत्र बनेको छ। 2D न्यानोमटेरियलहरूको जैविक रूपान्तरण प्रभावहरूको बारेमा उच्च स्तरको अनिश्चितताको कारण, कटौतीको समयमा तिनीहरूको क्षयको सम्भावित मार्गहरू पत्ता लगाउने कुनै सजिलो तरिका छैन।
यस अध्ययनमा, हामीले अजैविक सिरेमिक सामग्रीहरूको लागि सक्रिय जलीय बायोरेमेडिएशन एजेन्टको रूपमा हरियो माइक्रोएल्गी प्रयोग गर्यौं, अजैविक सिरेमिक सामग्रीहरूको प्रतिनिधिको रूपमा MXene को क्षय प्रक्रियाको इन-सिटु निगरानीको साथ। "MXene" शब्दले Mn+1XnTx सामग्रीको स्टोइचियोमेट्रीलाई प्रतिबिम्बित गर्दछ, जहाँ M एक प्रारम्भिक संक्रमण धातु हो, X कार्बन र/वा नाइट्रोजन हो, Tx एक सतह टर्मिनेटर हो (जस्तै, -OH, -F, -Cl), र n = 1, 2, 3 वा 427.28। Naguib et al द्वारा MXenes को खोज पछि। सेन्सरिक्स, क्यान्सर थेरापी र झिल्ली निस्पंदन 27,29,30। थप रूपमा, MXenes लाई तिनीहरूको उत्कृष्ट कोलोइडल स्थिरता र सम्भावित जैविक अन्तरक्रियाहरूको कारणले मोडेल 2D प्रणालीहरूको रूपमा मान्न सकिन्छ31,32,33,34,35,36।
त्यसकारण, यस लेखमा विकसित गरिएको विधि र हाम्रो अनुसन्धान परिकल्पनाहरू चित्र १ मा देखाइएको छ। यस परिकल्पना अनुसार, सतह-सम्बन्धित भौतिक-रासायनिक अन्तरक्रियाहरूको कारणले गर्दा सूक्ष्म शैवालले Nb-आधारित MXenes लाई गैर-विषाक्त यौगिकहरूमा घटाउँछ, जसले शैवालको थप पुन: प्राप्तिलाई अनुमति दिन्छ। यो परिकल्पना परीक्षण गर्न, प्रारम्भिक नियोबियम-आधारित संक्रमण धातु कार्बाइड र/वा नाइट्राइड (MXenes) को परिवारका दुई सदस्यहरू, अर्थात् Nb2CTx र Nb4C3TX, चयन गरिएको थियो।
हरियो सूक्ष्म शैवाल राफिडोसेलिस सबक्यापिटाटा द्वारा MXene पुन: प्राप्तिको लागि अनुसन्धान पद्धति र प्रमाण-आधारित परिकल्पनाहरू। कृपया ध्यान दिनुहोस् कि यो प्रमाण-आधारित धारणाहरूको योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व मात्र हो। तालको वातावरण प्रयोग गरिएको पोषक माध्यम र अवस्थाहरूमा फरक हुन्छ (जस्तै, दैनिक चक्र र उपलब्ध आवश्यक पोषक तत्वहरूमा सीमितताहरू)। BioRender.com बाट सिर्जना गरिएको।
त्यसकारण, MXene लाई मोडेल प्रणालीको रूपमा प्रयोग गरेर, हामीले अन्य परम्परागत न्यानोमटेरियलहरूसँग अवलोकन गर्न नसकिने विभिन्न जैविक प्रभावहरूको अध्ययनको ढोका खोलेका छौं। विशेष गरी, हामी माइक्रोअल्गी राफिडोसेलिस सबक्यापिटाटाद्वारा नियोबियम-आधारित MXene जस्ता दुई-आयामी न्यानोमटेरियलहरूको बायोरेमेडिएशनको सम्भावना प्रदर्शन गर्छौं। माइक्रोअल्गीहरूले Nb-MXenes लाई गैर-विषाक्त अक्साइड NbO र Nb2O5 मा घटाउन सक्षम छन्, जसले नियोबियम अपटेक संयन्त्र मार्फत पोषक तत्वहरू पनि प्रदान गर्दछ। समग्रमा, यो अध्ययनले दुई-आयामी न्यानोमटेरियलहरूको बायोरेमेडिएशनको संयन्त्रलाई नियन्त्रण गर्ने सतह भौतिक-रासायनिक अन्तरक्रियाहरूसँग सम्बन्धित प्रक्रियाहरूको बारेमा महत्त्वपूर्ण आधारभूत प्रश्नको जवाफ दिन्छ। थप रूपमा, हामी 2D न्यानोमटेरियलहरूको आकारमा सूक्ष्म परिवर्तनहरू ट्र्याक गर्नको लागि एक सरल आकार-प्यारामिटर-आधारित विधि विकास गर्दैछौं। यसले अजैविक क्रिस्टलीय न्यानोमटेरियलहरूको विभिन्न वातावरणीय प्रभावहरूमा थप छोटो-अवधि र दीर्घकालीन अनुसन्धानलाई प्रेरित गर्दछ। यसरी, हाम्रो अध्ययनले भौतिक सतह र जैविक सामग्री बीचको अन्तरक्रियाको बुझाइ बढाउँछ। हामी ताजा पानीको पारिस्थितिक प्रणालीमा तिनीहरूको सम्भावित प्रभावहरूको विस्तारित अल्पकालीन र दीर्घकालीन अध्ययनहरूको लागि आधार पनि प्रदान गर्दैछौं, जुन अब सजिलै प्रमाणित गर्न सकिन्छ।
MXenes ले अद्वितीय र आकर्षक भौतिक र रासायनिक गुणहरू भएका सामग्रीहरूको एक रोचक वर्गलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ र त्यसैले धेरै सम्भावित अनुप्रयोगहरू छन्। यी गुणहरू धेरै हदसम्म तिनीहरूको स्टोइचियोमेट्री र सतह रसायन विज्ञानमा निर्भर छन्। त्यसकारण, हाम्रो अध्ययनमा, हामीले दुई प्रकारका Nb-आधारित पदानुक्रमित एकल-तह (SL) MXenes, Nb2CTx र Nb4C3TX को अनुसन्धान गर्यौं, किनकि यी न्यानोमटेरियलहरूको विभिन्न जैविक प्रभावहरू अवलोकन गर्न सकिन्छ। MXenes तिनीहरूको सुरुवाती सामग्रीबाट आणविक रूपमा पातलो MAX-चरण A-तहहरूको माथि-तल चयनात्मक नक्काशीद्वारा उत्पादन गरिन्छ। MAX चरण एक टर्नरी सिरेमिक हो जुन ट्रान्जिसन मेटल कार्बाइडहरूको "बन्डेड" ब्लकहरू र MnAXn-1 स्टोइचियोमेट्रीको साथ Al, Si, र Sn जस्ता "A" तत्वहरूको पातलो तहहरू मिलेर बनेको हुन्छ। प्रारम्भिक MAX चरणको आकारविज्ञान इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) स्क्यान गरेर अवलोकन गरिएको थियो र अघिल्लो अध्ययनहरूसँग मिल्दोजुल्दो थियो (पूरक जानकारी, SI, चित्र S1 हेर्नुहोस्)। बहुस्तरीय (ML) Nb-MXene 48% HF (हाइड्रोफ्लोरिक एसिड) भएको Al तह हटाएपछि प्राप्त गरिएको थियो। ML-Nb2CTx र ML-Nb4C3TX को आकारविज्ञान इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) (क्रमशः चित्र S1c र S1d) स्क्यान गरेर जाँच गरिएको थियो र एक विशिष्ट तहयुक्त MXene आकारविज्ञान अवलोकन गरिएको थियो, जुन लामो पोर-जस्तो स्लिटहरूबाट गुज्रने दुई-आयामी न्यानोफ्लेकहरू जस्तै थियो। दुबै Nb-MXenes मा पहिले एसिड इचिंग द्वारा संश्लेषित MXene चरणहरूसँग धेरै समानता छ27,38। MXene को संरचना पुष्टि गरेपछि, हामीले यसलाई टेट्राब्युटिलामोनियम हाइड्रोक्साइड (TBAOH) को इन्टरकेलेसन र त्यसपछि धुने र सोनिकेशन द्वारा तहबद्ध गर्यौं, त्यसपछि हामीले एकल-तह वा कम-तह (SL) 2D Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरू प्राप्त गर्यौं।
हामीले एचिङ र थप पिलिङको दक्षता परीक्षण गर्न उच्च रिजोल्युसन ट्रान्समिसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) र एक्स-रे डिफ्र्याक्सन (XRD) प्रयोग गर्यौं। इन्भर्स फास्ट फुरियर ट्रान्सफर्म (IFFT) र फास्ट फुरियर ट्रान्सफर्म (FFT) प्रयोग गरेर प्रशोधन गरिएका HRTEM नतिजाहरू चित्र २ मा देखाइएका छन्। Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरू परमाणु तहको संरचना जाँच गर्न र इन्टरप्लानर दूरीहरू मापन गर्न किनारा माथि उन्मुख थिए। MXene Nb2CTx र Nb4C3TX न्यानोफ्लेकहरूको HRTEM छविहरूले तिनीहरूको परमाणु रूपमा पातलो तहको प्रकृति प्रकट गरे (चित्र २a१, a२ हेर्नुहोस्), जुन पहिले Naguib et al.27 र Jastrzębska et al.38 द्वारा रिपोर्ट गरिएको थियो। दुई आसन्न Nb2CTx र Nb4C3Tx मोनोलेयरहरूको लागि, हामीले क्रमशः ०.७४ र १.५४ nm को इन्टरलेयर दूरी निर्धारण गर्यौं (चित्र २b१, b२), जुन हाम्रो अघिल्लो परिणामहरूसँग पनि सहमत छ। यो कुरालाई इन्भर्स फास्ट फुरियर ट्रान्सफर्म (चित्र २c१, c२) र फास्ट फुरियर ट्रान्सफर्म (चित्र २d१, d२) ले Nb2CTx र Nb4C3Tx मोनोलेयरहरू बीचको दूरी देखाएर थप पुष्टि गरेको थियो। छविले नियोबियम र कार्बन परमाणुहरूसँग मिल्दोजुल्दो प्रकाश र गाढा ब्यान्डहरूको एकान्तरण देखाउँछ, जसले अध्ययन गरिएका MXenes को तहयुक्त प्रकृति पुष्टि गर्दछ। यो कुरा ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि Nb2CTx र Nb4C3Tx (चित्र S2a र S2b) को लागि प्राप्त ऊर्जा फैलावट एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX) स्पेक्ट्राले मूल MAX चरणको कुनै अवशेष देखाएन, किनकि कुनै Al शिखर पत्ता लागेको थिएन।
SL Nb2CTx र Nb4C3Tx MXene न्यानोफ्लेकहरूको विशेषता, जसमा (a) उच्च रिजोल्युसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) साइड-भ्यू 2D न्यानोफ्लेक इमेजिङ र सम्बन्धित, (b) तीव्रता मोड, (c) इन्भर्स फास्ट फूरियर ट्रान्सफर्म (IFFT), (d) फास्ट फूरियर ट्रान्सफर्म (FFT), (e) Nb-MXenes एक्स-रे ढाँचाहरू समावेश छन्। SL 2D Nb2CTx को लागि, संख्याहरू (a1, b1, c1, d1, e1) को रूपमा व्यक्त गरिन्छ। SL 2D Nb4C3Tx को लागि, संख्याहरू (a2, b2, c2, d2, e1) को रूपमा व्यक्त गरिन्छ।
SL Nb2CTx र Nb4C3Tx MXenes को एक्स-रे विवर्तन मापन क्रमशः चित्र 2e1 र e2 मा देखाइएको छ। 4.31 र 4.32 मा शिखर (002) क्रमशः पहिले वर्णन गरिएका तहबद्ध MXenes Nb2CTx र Nb4C3TX38,39,40,41 सँग मेल खान्छ। XRD नतिजाहरूले केही अवशिष्ट ML संरचनाहरू र MAX चरणहरूको उपस्थितिलाई पनि संकेत गर्दछ, तर प्रायः SL Nb4C3Tx (चित्र 2e2) सँग सम्बन्धित XRD ढाँचाहरू। MAX चरणका साना कणहरूको उपस्थितिले अनियमित रूपमा स्ट्याक गरिएका Nb4C3Tx तहहरूको तुलनामा बलियो MAX शिखरको व्याख्या गर्न सक्छ।
थप अनुसन्धानले R. subcapitata प्रजातिसँग सम्बन्धित हरियो सूक्ष्म शैवालहरूमा केन्द्रित छ। हामीले माइक्रोशैवालहरू छनौट गर्यौं किनभने तिनीहरू प्रमुख खाद्य जालहरूमा संलग्न महत्त्वपूर्ण उत्पादकहरू हुन्42। तिनीहरू खाद्य शृङ्खलाको उच्च स्तरमा पुर्‍याइएका विषाक्त पदार्थहरू हटाउने क्षमताको कारणले विषाक्तताको उत्कृष्ट सूचकहरू मध्ये एक पनि हुन्43। थप रूपमा, R. subcapitata मा गरिएको अनुसन्धानले सामान्य ताजा पानीका सूक्ष्मजीवहरूमा SL Nb-MXenes को आकस्मिक विषाक्ततामा प्रकाश पार्न सक्छ। यसलाई चित्रण गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले परिकल्पना गरे कि प्रत्येक सूक्ष्मजीवमा वातावरणमा रहेका विषाक्त यौगिकहरूप्रति फरक संवेदनशीलता हुन्छ। धेरैजसो जीवहरूको लागि, पदार्थहरूको कम सांद्रताले तिनीहरूको वृद्धिलाई असर गर्दैन, जबकि निश्चित सीमाभन्दा माथिको सांद्रताले तिनीहरूलाई रोक्न सक्छ वा मृत्यु पनि निम्त्याउन सक्छ। त्यसकारण, माइक्रोशैवाल र MXenes बीचको सतह अन्तरक्रिया र सम्बन्धित रिकभरीको हाम्रो अध्ययनको लागि, हामीले Nb-MXenes को हानिरहित र विषाक्त सांद्रता परीक्षण गर्ने निर्णय गर्यौं। यो गर्नको लागि, हामीले ० (सन्दर्भको रूपमा), ०.०१, ०.१ र १० मिलीग्राम l-१ MXene को सांद्रता र थप रूपमा MXene (१०० मिलीग्राम l-१ MXene) को धेरै उच्च सांद्रता भएका संक्रमित सूक्ष्म शैवालहरूको परीक्षण गर्यौं, जुन कुनै पनि जैविक वातावरणको लागि चरम र घातक हुन सक्छ।
सूक्ष्म शैवालमा SL Nb-MXenes को प्रभाव चित्र ३ मा देखाइएको छ, जुन ० मिलीग्राम l-१ नमूनाहरूको लागि मापन गरिएको वृद्धि प्रवर्द्धन (+) वा निषेध (-) को प्रतिशतको रूपमा व्यक्त गरिएको छ। तुलनाको लागि, Nb-MAX चरण र ML Nb-MXenes पनि परीक्षण गरिएको थियो र परिणामहरू SI मा देखाइएको छ (चित्र S3 हेर्नुहोस्)। प्राप्त परिणामहरूले पुष्टि गर्‍यो कि SL Nb-MXenes ०.०१ देखि १० मिलीग्राम/लिटर सम्मको कम सांद्रताको दायरामा विषाक्तताबाट लगभग पूर्ण रूपमा रहित छ, चित्र ३a,b मा देखाइए अनुसार। Nb2CTx को मामलामा, हामीले निर्दिष्ट दायरामा ५% भन्दा बढी इकोटोक्सिसिटी देखेनौं।
SL (a) Nb2CTx र (b) Nb4C3TX MXene को उपस्थितिमा सूक्ष्म शैवाल वृद्धिको उत्तेजना (+) वा अवरोध (-)। MXene-सूक्ष्म शैवाल अन्तरक्रियाको २४, ४८ र ७२ घण्टाको विश्लेषण गरिएको थियो। महत्त्वपूर्ण डेटा (t-परीक्षण, p < ०.०५) लाई तारा चिन्ह (*) ले चिन्ह लगाइएको थियो। महत्त्वपूर्ण डेटा (t-परीक्षण, p < ०.०५) लाई तारा चिन्ह (*) ले चिन्ह लगाइएको थियो। Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*)। महत्त्वपूर्ण डेटा (t-परीक्षण, p < ०.०५) तारा चिन्ह (*) ले चिन्ह लगाइएको छ।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 (*)। महत्त्वपूर्ण डेटा (t-परीक्षण, p < ०.०५) तारा चिन्ह (*) ले चिन्ह लगाइएको छ।रातो तीरहरूले निषेधात्मक उत्तेजनाको उन्मूलनलाई संकेत गर्दछ।
अर्कोतर्फ, Nb4C3TX को कम सांद्रता अलि बढी विषाक्त साबित भयो, तर ७% भन्दा बढी होइन। अपेक्षा गरिए अनुसार, हामीले १०० मिलीग्राम L-१ मा MXenes मा उच्च विषाक्तता र सूक्ष्म शैवाल वृद्धि अवरोध रहेको देख्यौं। चाखलाग्दो कुरा के छ भने, कुनै पनि सामग्रीले MAX वा ML नमूनाहरूको तुलनामा विषाक्त/विषाक्त प्रभावहरूको समान प्रवृत्ति र समय निर्भरता देखाएन (विवरणहरूको लागि SI हेर्नुहोस्)। जबकि MAX चरणको लागि (चित्र S3 हेर्नुहोस्) विषाक्तता लगभग १५-२५% पुग्यो र समयसँगै बढ्यो, SL Nb2CTx र Nb4C3TX MXene को लागि उल्टो प्रवृत्ति अवलोकन गरियो। समयसँगै सूक्ष्म शैवाल वृद्धिको अवरोध घट्यो। यो २४ घण्टा पछि लगभग १७% पुग्यो र ७२ घण्टा पछि ५% भन्दा कममा झर्यो (चित्र ३a, b, क्रमशः)।
अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, SL Nb4C3TX को लागि, २४ घण्टा पछि सूक्ष्म शैवाल वृद्धि अवरोध लगभग २७% मा पुग्यो, तर ७२ घण्टा पछि यो लगभग १% मा घट्यो। त्यसकारण, हामीले अवलोकन गरिएको प्रभावलाई उत्तेजनाको उल्टो अवरोधको रूपमा लेबल गर्यौं, र SL Nb4C3TX MXene को लागि प्रभाव बलियो थियो। SL Nb2CTx MXene को तुलनामा Nb4C3TX (२४ घण्टाको लागि १० मिलीग्राम L-१ मा अन्तरक्रिया) सँग सूक्ष्म शैवाल वृद्धिको उत्तेजना पहिले नै उल्लेख गरिएको थियो। बायोमास दोब्बर दर वक्रमा पनि निषेध-उत्तेजना उल्टो प्रभाव राम्रोसँग देखाइएको थियो (विवरणहरूको लागि चित्र S4 हेर्नुहोस्)। अहिलेसम्म, Ti3C2TX MXene को इकोटोक्सिसिटी मात्र फरक तरिकाले अध्ययन गरिएको छ। यो जेब्राफिश भ्रूणहरूको लागि विषाक्त छैन44 तर माइक्रोएल्गी डेस्मोडेसमस क्वाड्रिकाउडा र सोर्गम स्याकराटम बिरुवाहरूको लागि मध्यम रूपमा इकोटोक्सिक छ45। विशिष्ट प्रभावहरूको अन्य उदाहरणहरूमा सामान्य सेल लाइनहरू भन्दा क्यान्सर सेल लाइनहरूमा उच्च विषाक्तता समावेश छ46,47। Nb-MXenes को उपस्थितिमा देखिएका सूक्ष्म शैवाल वृद्धिमा हुने परिवर्तनहरूलाई परीक्षण अवस्थाहरूले प्रभाव पार्ने अनुमान गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमामा लगभग ८ को pH RuBisCO इन्जाइमको कुशल सञ्चालनको लागि इष्टतम हुन्छ। त्यसैले, pH परिवर्तनले प्रकाश संश्लेषणको दरलाई नकारात्मक रूपमा असर गर्छ48,49। यद्यपि, हामीले प्रयोगको क्रममा pH मा उल्लेखनीय परिवर्तनहरू अवलोकन गरेनौं (विवरणका लागि SI, चित्र S5 हेर्नुहोस्)। सामान्यतया, Nb-MXenes भएको सूक्ष्म शैवालको संस्कृतिले समयसँगै घोलको pH लाई थोरै घटायो। यद्यपि, यो कमी शुद्ध माध्यमको pH मा परिवर्तन जस्तै थियो। थप रूपमा, फेला परेको भिन्नताहरूको दायरा सूक्ष्म शैवालको शुद्ध संस्कृति (नियन्त्रण नमूना) को लागि मापन गरिएको जस्तै थियो। यसरी, हामी निष्कर्ष निकाल्छौं कि प्रकाश संश्लेषण समयसँगै pH मा हुने परिवर्तनहरूले प्रभावित हुँदैन।
यसको अतिरिक्त, संश्लेषित MXenes को सतह अन्त्य हुन्छ (Tx को रूपमा संकेत गरिएको)। यी मुख्यतया कार्यात्मक समूहहरू -O, -F र -OH हुन्। यद्यपि, सतह रसायन विज्ञान संश्लेषण विधिसँग प्रत्यक्ष रूपमा सम्बन्धित छ। यी समूहहरू सतहमा अनियमित रूपमा वितरित भएको जानिन्छ, जसले गर्दा MXene50 को गुणहरूमा तिनीहरूको प्रभावको भविष्यवाणी गर्न गाह्रो हुन्छ। यो तर्क गर्न सकिन्छ कि Tx प्रकाश द्वारा नियोबियमको अक्सिडेशनको लागि उत्प्रेरक बल हुन सक्छ। सतह कार्यात्मक समूहहरूले वास्तवमा तिनीहरूको अन्तर्निहित फोटोकैटलिस्टहरूको लागि हेटेरोजंक्शनहरू बनाउनको लागि धेरै एंकरिंग साइटहरू प्रदान गर्दछ51। यद्यपि, वृद्धि माध्यम संरचनाले प्रभावकारी फोटोकैटलिस्ट प्रदान गरेन (विस्तृत मध्यम संरचना SI तालिका S6 मा फेला पार्न सकिन्छ)। थप रूपमा, कुनै पनि सतह परिमार्जन पनि धेरै महत्त्वपूर्ण छ, किनकि MXenes को जैविक गतिविधि तह पोस्ट-प्रोसेसिङ, अक्सिडेशन, जैविक र अजैविक यौगिकहरूको रासायनिक सतह परिमार्जन52,53,54,55,56 वा सतह चार्ज इन्जिनियरिङ38 को कारणले परिवर्तन गर्न सकिन्छ। त्यसकारण, माध्यममा सामग्री अस्थिरतासँग नियोबियम अक्साइडको कुनै सम्बन्ध छ कि छैन भनेर परीक्षण गर्न, हामीले सूक्ष्म शैवाल वृद्धि माध्यम र विआयनीकृत पानीमा जेटा (ζ) सम्भाव्यताको अध्ययन गर्यौं (तुलनाको लागि)। हाम्रा नतिजाहरूले देखाउँछन् कि SL Nb-MXenes पर्याप्त स्थिर छन् (MAX र ML परिणामहरूको लागि SI चित्र S6 हेर्नुहोस्)। SL MXenes को जेटा सम्भाव्यता लगभग -10 mV छ। SR Nb2CTx को मामलामा, ζ को मान Nb4C3Tx को भन्दा केही बढी नकारात्मक छ। ζ मानमा यस्तो परिवर्तनले नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको MXene न्यानोफ्लेक्सको सतहले कल्चर माध्यमबाट सकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको आयनहरू अवशोषित गर्ने संकेत गर्न सक्छ। कल्चर माध्यममा Nb-MXenes को जेटा सम्भाव्यता र चालकताको अस्थायी मापन (थप विवरणहरूको लागि SI मा चित्र S7 र S8 हेर्नुहोस्) ले हाम्रो परिकल्पनालाई समर्थन गर्ने देखिन्छ।
यद्यपि, दुवै Nb-MXene SL ले शून्यबाट न्यूनतम परिवर्तनहरू देखाए। यसले सूक्ष्म शैवाल वृद्धि माध्यममा तिनीहरूको स्थिरतालाई स्पष्ट रूपमा देखाउँछ। थप रूपमा, हामीले हाम्रो हरियो सूक्ष्म शैवालको उपस्थितिले माध्यममा Nb-MXenes को स्थिरतालाई असर गर्छ कि गर्दैन भनेर मूल्याङ्कन गर्यौं। समयसँगै पोषक तत्व मिडिया र संस्कृतिमा सूक्ष्म शैवालसँग अन्तरक्रिया पछि MXenes को zeta क्षमता र चालकताको नतिजा SI मा फेला पार्न सकिन्छ (चित्र S9 र S10)। चाखलाग्दो कुरा के छ भने, हामीले याद गर्यौं कि सूक्ष्म शैवालको उपस्थितिले दुवै MXenes को फैलावटलाई स्थिर बनाएको देखिन्छ। Nb2CTx SL को मामलामा, zeta क्षमता समयसँगै थोरै घटेर थप नकारात्मक मानहरूमा पुग्यो (-१५.८ बनाम -१९.१ mV ७२ घण्टा इन्क्युबेशन पछि)। SL Nb4C3TX को zeta क्षमता थोरै बढ्यो, तर ७२ घण्टा पछि यसले सूक्ष्म शैवालको उपस्थिति बिना नै न्यानोफ्लेक्स भन्दा उच्च स्थिरता देखायो (-१८.१ बनाम -९.१ mV)।
हामीले सूक्ष्म शैवालको उपस्थितिमा इन्क्युबेट गरिएको Nb-MXene घोलको कम चालकता पनि फेला पार्यौं, जसले पोषक तत्व माध्यममा आयनहरूको कम मात्रालाई संकेत गर्दछ। उल्लेखनीय रूपमा, पानीमा MXene को अस्थिरता मुख्यतया सतहको अक्सिडेशनको कारणले हो57। त्यसकारण, हामीलाई शंका छ कि हरियो सूक्ष्म शैवालले कुनै न कुनै रूपमा Nb-MXene को सतहमा बनेको अक्साइडहरू सफा गर्यो र तिनीहरूको घटना (MXene को अक्सिडेशन) लाई पनि रोक्यो। यो सूक्ष्म शैवाल द्वारा अवशोषित पदार्थहरूको प्रकारहरूको अध्ययन गरेर देख्न सकिन्छ।
हाम्रो इकोटोक्सिकोलोजिकल अध्ययनहरूले संकेत गरे कि सूक्ष्म शैवालहरूले समयसँगै Nb-MXene को विषाक्तता र उत्तेजित वृद्धिको असामान्य अवरोधलाई पार गर्न सक्षम थिए, हाम्रो अध्ययनको उद्देश्य कार्यको सम्भावित संयन्त्रहरूको अनुसन्धान गर्नु थियो। जब शैवाल जस्ता जीवहरू तिनीहरूको पारिस्थितिक प्रणालीसँग अपरिचित यौगिकहरू वा सामग्रीहरूको सम्पर्कमा आउँछन्, तिनीहरूले विभिन्न तरिकाले प्रतिक्रिया गर्न सक्छन्58,59। विषाक्त धातु अक्साइडहरूको अभावमा, सूक्ष्म शैवालहरूले आफैलाई खुवाउन सक्छन्, तिनीहरूलाई निरन्तर बढ्न अनुमति दिन्छ60। विषाक्त पदार्थहरूको सेवन पछि, आकार वा रूप परिवर्तन गर्ने जस्ता प्रतिरक्षा संयन्त्रहरू सक्रिय हुन सक्छन्। अवशोषणको सम्भावनालाई पनि विचार गर्नुपर्छ58,59। उल्लेखनीय रूपमा, प्रतिरक्षा संयन्त्रको कुनै पनि संकेत परीक्षण यौगिकको विषाक्तताको स्पष्ट सूचक हो। त्यसकारण, हाम्रो थप काममा, हामीले SEM द्वारा SL Nb-MXene न्यानोफ्लेक्स र माइक्रोएल्गी बीचको सम्भावित सतह अन्तरक्रिया र X-ray fluorescopy (XRF) द्वारा Nb-आधारित MXene को सम्भावित अवशोषणको अनुसन्धान गर्यौं। ध्यान दिनुहोस् कि गतिविधि विषाक्तता समस्याहरूलाई सम्बोधन गर्न SEM र XRF विश्लेषणहरू MXene को उच्चतम सांद्रतामा मात्र गरिएको थियो।
SEM नतिजाहरू चित्र ४ मा देखाइएको छ। उपचार नगरिएका माइक्रोएल्गी कोषहरू (चित्र ४a, सन्दर्भ नमूना हेर्नुहोस्) ले विशिष्ट R. सबक्यापिटाटा आकारविज्ञान र क्रोइसेन्ट-जस्तो कोष आकार स्पष्ट रूपमा देखायो। कोषहरू समतल र केही हदसम्म अव्यवस्थित देखिन्छन्। केही माइक्रोएल्गी कोषहरू एकअर्कासँग ओभरल्याप र अलमलिएका थिए, तर यो सम्भवतः नमूना तयारी प्रक्रियाको कारणले भएको हो। सामान्यतया, शुद्ध माइक्रोएल्गी कोषहरूको सतह चिल्लो थियो र कुनै पनि आकारविज्ञान परिवर्तनहरू देखाइएको थिएन।
अत्यधिक सांद्रता (१०० मिलीग्राम L-१) मा ७२ घण्टाको अन्तरक्रिया पछि हरियो सूक्ष्म शैवाल र MXene न्यानोशीटहरू बीचको सतह अन्तरक्रिया देखाउने SEM छविहरू। (क) SL (b) Nb2CTx र (c) Nb4C3TX MXenes सँग अन्तरक्रिया पछि उपचार नगरिएको हरियो सूक्ष्म शैवाल। ध्यान दिनुहोस् कि Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरू रातो तीरले चिन्ह लगाइएको छ। तुलनाको लागि, अप्टिकल माइक्रोस्कोपबाट तस्बिरहरू पनि थपिएका छन्।
यसको विपरित, SL Nb-MXene न्यानोफ्लेक्सद्वारा सोसिएका सूक्ष्म शैवाल कोषहरू क्षतिग्रस्त भए (चित्र ४b, c, रातो तीरहरू हेर्नुहोस्)। Nb2CTx MXene (चित्र ४b) को मामलामा, सूक्ष्म शैवालहरू संलग्न दुई-आयामी न्यानोस्केलहरूसँग बढ्ने प्रवृत्ति हुन्छ, जसले तिनीहरूको आकारविज्ञान परिवर्तन गर्न सक्छ। उल्लेखनीय रूपमा, हामीले यी परिवर्तनहरूलाई प्रकाश माइक्रोस्कोपी अन्तर्गत पनि अवलोकन गर्यौं (विवरणहरूको लागि SI चित्र S11 हेर्नुहोस्)। यो रूपात्मक संक्रमणको सूक्ष्म शैवालको शरीर विज्ञान र कोशिका आकारविज्ञान परिवर्तन गरेर आफूलाई बचाउने क्षमतामा एक प्रशंसनीय आधार छ, जस्तै कोशिकाको मात्रा बढाउँदै61। त्यसकारण, Nb-MXenes सँग वास्तवमा सम्पर्कमा रहेका सूक्ष्म शैवाल कोषहरूको संख्या जाँच गर्नु महत्त्वपूर्ण छ। SEM अध्ययनहरूले देखाए कि लगभग ५२% सूक्ष्म शैवाल कोषहरू Nb-MXenes को सम्पर्कमा आएका थिए, जबकि यी सूक्ष्म शैवाल कोषहरूको ४८% सम्पर्कबाट टाढा थिए। SL Nb4C3Tx MXene को लागि, सूक्ष्म शैवालहरूले MXene सँगको सम्पर्कबाट बच्न प्रयास गर्छन्, जसले गर्दा दुई-आयामी न्यानोस्केलहरूबाट स्थानीयकरण र वृद्धि हुन्छ (चित्र 4c)। यद्यपि, हामीले सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा न्यानोस्केलहरूको प्रवेश र तिनीहरूको क्षति अवलोकन गरेनौं।
कोषको सतहमा कणहरूको सोखना र तथाकथित छायांकन (छायाङ्कन) प्रभावको कारणले प्रकाश संश्लेषणको अवरोधको लागि आत्म-संरक्षण पनि समय-निर्भर प्रतिक्रिया व्यवहार हो। यो स्पष्ट छ कि सूक्ष्म शैवाल र प्रकाश स्रोत बीचको प्रत्येक वस्तु (उदाहरणका लागि, Nb-MXene न्यानोफ्लेक्स) ले क्लोरोप्लास्टहरू द्वारा अवशोषित प्रकाशको मात्रालाई सीमित गर्दछ। यद्यपि, हामीलाई कुनै शंका छैन कि यसले प्राप्त परिणामहरूमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। हाम्रो सूक्ष्म अवलोकनहरूले देखाइए अनुसार, 2D न्यानोफ्लेक्सहरू पूर्ण रूपमा बेरिएका वा सूक्ष्म शैवालको सतहमा टाँसिएका थिएनन्, जब सूक्ष्म शैवाल कोषहरू Nb-MXenes सँग सम्पर्कमा थिए। बरु, न्यानोफ्लेक्सहरू तिनीहरूको सतह ढाक्न बिना सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा उन्मुख भएको पाइयो। न्यानोफ्लेक्स/माइक्रोशैवालको यस्तो सेटले सूक्ष्म शैवाल कोषहरू द्वारा अवशोषित प्रकाशको मात्रालाई उल्लेखनीय रूपमा सीमित गर्न सक्दैन। यसबाहेक, केही अध्ययनहरूले दुई-आयामी न्यानोमटेरियलहरूको उपस्थितिमा प्रकाश संश्लेषक जीवहरूद्वारा प्रकाश अवशोषणमा सुधार पनि देखाएको छ63,64,65,66।
SEM छविहरूले माइक्रोएल्गी कोषहरूद्वारा नियोबियमको अवशोषण प्रत्यक्ष रूपमा पुष्टि गर्न नसकेको हुनाले, हाम्रो थप अध्ययनले यो मुद्दालाई स्पष्ट पार्न एक्स-रे फ्लोरोसेन्स (XRF) र एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषणमा परिणत भयो। त्यसकारण, हामीले MXenes सँग अन्तर्क्रिया नगर्ने सन्दर्भ माइक्रोएल्गी नमूनाहरूको Nb शिखरहरूको तीव्रता, माइक्रोएल्गी कोषहरूको सतहबाट छुट्याइएको MXene न्यानोफ्लेकहरू, र संलग्न MXenes हटाएपछि माइक्रोएल्गी कोषहरूको तीव्रताको तुलना गर्यौं। यो ध्यान दिन लायक छ कि यदि Nb अपटेक छैन भने, संलग्न न्यानोस्केलहरू हटाएपछि माइक्रोएल्गी कोषहरूद्वारा प्राप्त Nb मान शून्य हुनुपर्छ। त्यसकारण, यदि Nb अपटेक हुन्छ भने, XRF र XPS दुवै परिणामहरूले स्पष्ट Nb शिखर देखाउनुपर्छ।
XRF स्पेक्ट्राको मामलामा, SL Nb2CTx र Nb4C3Tx MXene सँग अन्तरक्रिया गरेपछि माइक्रोएल्गी नमूनाहरूले SL Nb2CTx र Nb4C3Tx MXene को लागि Nb शिखरहरू देखाए (चित्र 5a हेर्नुहोस्, यो पनि ध्यान दिनुहोस् कि MAX र ML MXene को नतिजा SI मा देखाइएको छ, चित्र S12–C17)। चाखलाग्दो कुरा के छ भने, Nb शिखरको तीव्रता दुवै अवस्थामा समान छ (चित्र 5a मा रातो बारहरू)। यसले संकेत गर्‍यो कि शैवालले बढी Nb अवशोषित गर्न सकेन, र कोषहरूमा Nb संचयको लागि अधिकतम क्षमता प्राप्त भयो, यद्यपि दुई गुणा बढी Nb4C3Tx MXene माइक्रोएल्गी कोषहरूमा संलग्न थियो (चित्र 5a मा नीलो बारहरू)। उल्लेखनीय रूपमा, धातुहरू अवशोषित गर्ने सूक्ष्म शैवालको क्षमता वातावरणमा धातु अक्साइडको सांद्रतामा निर्भर गर्दछ67,68। शमशादा एट अल.67 ले पत्ता लगाए कि ताजा पानीको शैवालको अवशोषण क्षमता बढ्दो pH सँग घट्छ। राइज एट अल.६८ ले उल्लेख गरे कि समुद्री शैवालको धातुहरू अवशोषित गर्ने क्षमता Ni2+ भन्दा Pb2+ को लागि लगभग २५% बढी थियो।
(a) ७२ घण्टासम्म SL Nb-MXenes (१०० मिलीग्राम L-१) को अत्यधिक सांद्रतामा इन्क्युबेट गरिएका हरियो सूक्ष्म शैवाल कोषहरूद्वारा बेसल Nb अपटेकको XRF परिणामहरू। परिणामहरूले शुद्ध सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा α को उपस्थिति देखाउँछन् (नियन्त्रण नमूना, खैरो स्तम्भहरू), सतह सूक्ष्म शैवाल कोषहरू (नीलो स्तम्भहरू) बाट अलग गरिएका २D न्यानोफ्लेकहरू, र सतहबाट २D न्यानोफ्लेकहरू अलग गरेपछि सूक्ष्म शैवाल कोषहरू (रातो स्तम्भहरू)। मौलिक Nb को मात्रा, (b) SL Nb-MXenes सँग इन्क्युबेशन पछि सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा उपस्थित सूक्ष्म शैवाल जैविक घटकहरू (C=O र CHx/C–O) र Nb अक्साइडहरूको रासायनिक संरचनाको प्रतिशत, (c–e) XPS SL Nb2CTx स्पेक्ट्रा र (fh) SL Nb4C3Tx MXene को संरचनात्मक शिखरको फिटिंग सूक्ष्म शैवाल कोषहरू द्वारा आन्तरिक।
त्यसकारण, हामीले अपेक्षा गरेका थियौं कि Nb लाई अक्साइडको रूपमा शैवाल कोषहरूद्वारा अवशोषित गर्न सकिन्छ। यो परीक्षण गर्न, हामीले MXenes Nb2CTx र Nb4C3TX र शैवाल कोषहरूमा XPS अध्ययनहरू गर्यौं। शैवाल कोषहरूबाट अलग गरिएका Nb-MXenes र MXenes सँग सूक्ष्म शैवालको अन्तरक्रियाको नतिजा चित्र 5b मा देखाइएको छ। अपेक्षा गरिए अनुसार, हामीले सूक्ष्म शैवालको सतहबाट MXene हटाएपछि सूक्ष्म शैवाल नमूनाहरूमा Nb 3d शिखरहरू पत्ता लगायौं। C=O, CHx/CO, र Nb अक्साइडहरूको मात्रात्मक निर्धारण Nb2CTx SL (चित्र 5c–e) र Nb4C3Tx SL (चित्र 5c–e) सँग प्राप्त Nb 3d, O 1s, र C 1s स्पेक्ट्राको आधारमा गणना गरिएको थियो। ) इन्क्युबेटेड माइक्रोशैवालबाट प्राप्त। चित्र 5f–h) MXenes। तालिका S1-3 ले फिटबाट उत्पन्न हुने शिखर प्यारामिटरहरू र समग्र रसायन विज्ञानको विवरण देखाउँछ। यो उल्लेखनीय छ कि Nb2CTx SL र Nb4C3Tx SL (चित्र 5c, f) को Nb 3d क्षेत्रहरू एउटा Nb2O5 घटकसँग मेल खान्छ। यहाँ, हामीले स्पेक्ट्रामा कुनै MXene-सम्बन्धित शिखरहरू फेला पारेनौं, जसले संकेत गर्दछ कि सूक्ष्म शैवाल कोषहरूले Nb को अक्साइड रूप मात्र अवशोषित गर्छन्। यसको अतिरिक्त, हामीले C 1 s स्पेक्ट्रमलाई C–C, CHx/C–O, C=O, र –COOH घटकहरूसँग अनुमान गर्यौं। हामीले CHx/C–O र C=O शिखरहरूलाई सूक्ष्म शैवाल कोषहरूको जैविक योगदानमा तोक्यौं। यी जैविक घटकहरूले Nb2CTx SL र Nb4C3TX SL मा क्रमशः C 1s शिखरहरूको 36% र 41% को लागि जिम्मेवार छन्। त्यसपछि हामीले SL Nb2CTx र SL Nb4C3TX को O 1s स्पेक्ट्रालाई Nb2O5, सूक्ष्म शैवालका जैविक घटकहरू (CHx/CO), र सतहमा सोसिएको पानीसँग फिट गर्यौं।
अन्तमा, XPS नतिजाहरूले Nb को रूप स्पष्ट रूपमा संकेत गर्‍यो, केवल यसको उपस्थिति मात्र होइन। Nb 3d सिग्नलको स्थिति र डिकन्भोलुसनको नतिजा अनुसार, हामी पुष्टि गर्छौं कि Nb केवल अक्साइडको रूपमा अवशोषित हुन्छ, आयनहरू वा MXene को रूपमा होइन। थप रूपमा, XPS नतिजाहरूले देखाए कि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाहरूमा SL Nb4C3TX MXene को तुलनामा SL Nb2CTx बाट Nb अक्साइडहरू लिन सक्ने क्षमता बढी हुन्छ।
हाम्रो Nb अपटेक परिणामहरू प्रभावशाली छन् र हामीलाई MXene डिग्रेडेसन पहिचान गर्न अनुमति दिन्छन्, 2D न्यानोफ्लेक्समा सम्बन्धित मोर्फोलॉजिकल परिवर्तनहरू ट्र्याक गर्ने कुनै विधि उपलब्ध छैन। त्यसकारण, हामीले 2D Nb-MXene न्यानोफ्लेक्स र माइक्रोएल्गी कोशिकाहरूमा हुने कुनै पनि परिवर्तनहरूलाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रतिक्रिया दिन सक्ने उपयुक्त विधि विकास गर्ने निर्णय पनि गर्यौं। यो ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि हामी मान्दछौं कि यदि अन्तरक्रिया गर्ने प्रजातिहरूले कुनै रूपान्तरण, विघटन वा डिफ्र्याग्मेन्टेसनबाट गुज्रिन्छन् भने, यो तुरुन्तै आकार प्यारामिटरहरूमा परिवर्तनको रूपमा प्रकट हुनुपर्छ, जस्तै समतुल्य गोलाकार क्षेत्रको व्यास, गोलाकारता, फेरेट चौडाइ, वा फेरेट लम्बाइ। यी प्यारामिटरहरू लम्बाइएका कणहरू वा दुई-आयामी न्यानोफ्लेक्सहरू वर्णन गर्न उपयुक्त भएकोले, गतिशील कण आकार विश्लेषणद्वारा तिनीहरूको ट्र्याकिङले हामीलाई घटाउने क्रममा SL Nb-MXene न्यानोफ्लेक्सको मोर्फोलॉजिकल रूपान्तरणको बारेमा बहुमूल्य जानकारी दिनेछ।
प्राप्त नतिजाहरू चित्र ६ मा देखाइएको छ। तुलनाको लागि, हामीले मूल MAX चरण र ML-MXenes को पनि परीक्षण गर्यौं (SI चित्रहरू S18 र S19 हेर्नुहोस्)। कण आकारको गतिशील विश्लेषणले देखाएको छ कि दुई Nb-MXene SL को सबै आकार प्यारामिटरहरू सूक्ष्म शैवालसँग अन्तरक्रिया पछि उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन भए। समतुल्य गोलाकार क्षेत्र व्यास प्यारामिटर (चित्र 6a, b) द्वारा देखाइए अनुसार, ठूला न्यानोफ्लेक्सको अंशको कम शिखर तीव्रताले संकेत गर्दछ कि तिनीहरू साना टुक्राहरूमा क्षय हुन्छन्। चित्र 6c मा, d ले फ्लेक्सको ट्रान्सभर्स आकार (न्यानोफ्लेक्सको लम्बाइ) सँग सम्बन्धित शिखरहरूमा कमी देखाउँछ, 2D न्यानोफ्लेक्सलाई बढी कण-जस्तो आकारमा रूपान्तरण गर्ने संकेत गर्दछ। चित्र 6e-h ले क्रमशः फेरेटको चौडाइ र लम्बाइ देखाउँछ। फेरेट चौडाइ र लम्बाइ पूरक प्यारामिटरहरू हुन् र त्यसैले सँगै विचार गर्नुपर्छ। माइक्रोशैवालको उपस्थितिमा 2D Nb-MXene न्यानोफ्लेक्सको इन्क्युबेशन पछि, तिनीहरूको फेरेट सहसम्बन्ध शिखरहरू सारियो र तिनीहरूको तीव्रता घट्यो। आकार विज्ञान, XRF र XPS सँग संयोजनमा यी नतिजाहरूको आधारमा, हामीले निष्कर्ष निकाल्यौं कि अवलोकन गरिएका परिवर्तनहरू अक्सिडेशनसँग जोडिएको छ किनकि अक्सिडाइज्ड MXenes बढी चाउरी पर्छन् र टुक्राहरू र गोलाकार अक्साइड कणहरूमा विभाजित हुन्छन्69,70।
हरियो सूक्ष्म शैवालसँग अन्तरक्रिया पछि MXene रूपान्तरणको विश्लेषण। गतिशील कण आकार विश्लेषणले (a, b) बराबर गोलाकार क्षेत्रको व्यास, (c, d) गोलाकारता, (e, f) फेरेट चौडाइ र (g, h) फेरेट लम्बाइ जस्ता प्यारामिटरहरूलाई ध्यानमा राख्छ। यस उद्देश्यका लागि, दुई सन्दर्भ सूक्ष्म शैवाल नमूनाहरू प्राथमिक SL Nb2CTx र SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx र SL Nb4C3Tx MXenes, क्षयित सूक्ष्म शैवाल, र उपचारित सूक्ष्म शैवाल SL Nb2CTx र SL Nb4C3Tx MXenes सँगसँगै विश्लेषण गरिएको थियो। रातो तीरहरूले अध्ययन गरिएका दुई-आयामी न्यानोफ्लेकहरूको आकार प्यारामिटरहरूको संक्रमण देखाउँछन्।
आकार प्यारामिटर विश्लेषण धेरै भरपर्दो भएकोले, यसले सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा रूपात्मक परिवर्तनहरू पनि प्रकट गर्न सक्छ। त्यसकारण, हामीले 2D Nb न्यानोफ्लेक्ससँग अन्तरक्रिया पछि शुद्ध सूक्ष्म शैवाल कोषहरू र कोषहरूको बराबर गोलाकार क्षेत्र व्यास, गोलाकारता, र फेरेट चौडाइ/लम्बाइको विश्लेषण गर्यौं। चित्र 6a–h मा शैवाल कोषहरूको आकार प्यारामिटरहरूमा परिवर्तनहरू देखाउँछन्, जुन शिखर तीव्रतामा कमी र उच्च मानहरू तर्फ अधिकतम परिवर्तन द्वारा प्रमाणित हुन्छ। विशेष गरी, सेल गोलाकारता प्यारामिटरहरूले लम्बाइएका कोषहरूमा कमी र गोलाकार कोषहरूमा वृद्धि देखाए (चित्र 6a, b)। थप रूपमा, SL Nb4C3TX MXene (चित्र 6f) को तुलनामा SL Nb2CTx MXene (चित्र 6e) सँग अन्तरक्रिया पछि Feret सेल चौडाइ धेरै माइक्रोमिटरले बढ्यो। हामीलाई शंका छ कि यो Nb2CTx SR सँग अन्तरक्रियामा सूक्ष्म शैवाल द्वारा Nb अक्साइडको बलियो अपटेकको कारणले हुन सक्छ। तिनीहरूको सतहमा Nb फ्लेक्सको कम कठोर संलग्नताले न्यूनतम छायांकन प्रभावको साथ सेल वृद्धि हुन सक्छ।
सूक्ष्म शैवालको आकार र आकारको प्यारामिटरहरूमा परिवर्तनहरूको हाम्रो अवलोकनले अन्य अध्ययनहरूलाई पूरक बनाउँछ। हरियो सूक्ष्म शैवालले वातावरणीय तनावको प्रतिक्रियामा कोषको आकार, आकार वा चयापचय परिवर्तन गरेर आफ्नो आकारविज्ञान परिवर्तन गर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, कोषहरूको आकार परिवर्तन गर्नाले पोषक तत्वहरूको अवशोषणलाई सहज बनाउँछ। साना शैवाल कोषहरूले कम पोषक तत्वको अवशोषण र बिग्रिएको वृद्धि दर देखाउँछन्। यसको विपरीत, ठूला कोषहरूले बढी पोषक तत्वहरू उपभोग गर्छन्, जुन त्यसपछि भित्री कोषमा जम्मा हुन्छन्72,73। माचाडो र सोरेसले पत्ता लगाए कि फङ्गिसाइड ट्राइक्लोसनले कोषको आकार बढाउन सक्छ। तिनीहरूले शैवालको आकारमा गहिरो परिवर्तनहरू पनि फेला पारे74। थप रूपमा, यिन एट अल.9 ले कम ग्राफिन अक्साइड न्यानोकम्पोजिटहरूको सम्पर्क पछि शैवालमा रूपात्मक परिवर्तनहरू पनि प्रकट गरे। त्यसकारण, यो स्पष्ट छ कि सूक्ष्म शैवालको परिवर्तन गरिएको आकार/आकार प्यारामिटरहरू MXene को उपस्थितिको कारणले हुन्छन्। आकार र आकारमा यो परिवर्तन पोषक तत्वको अवशोषणमा परिवर्तनहरूको संकेत भएकोले, हामी विश्वास गर्छौं कि समयसँगै आकार र आकार प्यारामिटरहरूको विश्लेषणले Nb-MXenes को उपस्थितिमा सूक्ष्म शैवालद्वारा नियोबियम अक्साइडको अवशोषण प्रदर्शन गर्न सक्छ।
यसबाहेक, शैवालको उपस्थितिमा MXenes लाई अक्सिडाइज गर्न सकिन्छ। Dalai et al.75 ले अवलोकन गरे कि nano-TiO2 र Al2O376 को सम्पर्कमा आएको हरियो शैवालको आकारविज्ञान एकरूप थिएन। यद्यपि हाम्रो अवलोकनहरू वर्तमान अध्ययनसँग मिल्दोजुल्दो छन्, यो केवल 2D न्यानोफ्लेक्सको उपस्थितिमा MXene क्षयीकरण उत्पादनहरूको सन्दर्भमा बायोरेमेडिएसनको प्रभावहरूको अध्ययनसँग सान्दर्भिक छ, न्यानोपार्टिकल्सको होइन। MXenes धातु अक्साइडमा क्षय हुन सक्ने भएकोले, 31,32,77,78 यो मान्नु उचित छ कि हाम्रो Nb न्यानोफ्लेक्सले सूक्ष्म शैवाल कोशिकाहरूसँग अन्तरक्रिया गरेपछि Nb अक्साइडहरू पनि बनाउन सक्छ।
अक्सिडेशन प्रक्रियामा आधारित विघटन संयन्त्र मार्फत 2D-Nb न्यानोफ्लेक्सको कमीलाई व्याख्या गर्न, हामीले उच्च-रिजोल्युसन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) (चित्र 7a,b) र एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) (चित्र 7) प्रयोग गरेर अध्ययनहरू सञ्चालन गर्यौं। 7c-i र तालिकाहरू S4-5)। दुवै दृष्टिकोणहरू 2D सामग्रीहरूको अक्सिडेशन अध्ययन गर्न उपयुक्त छन् र एकअर्काको पूरक हुन्। HRTEM ले दुई-आयामी तहबद्ध संरचनाहरूको क्षय र धातु अक्साइड न्यानोपार्टिकल्सको पछिल्ला उपस्थितिको विश्लेषण गर्न सक्षम छ, जबकि XPS सतह बन्धनहरू प्रति संवेदनशील छ। यस उद्देश्यका लागि, हामीले माइक्रोएल्गी सेल फैलावटबाट निकालिएका 2D Nb-MXene न्यानोफ्लेक्सहरूको परीक्षण गर्यौं, अर्थात्, माइक्रोएल्गी कोशिकाहरूसँग अन्तरक्रिया पछि तिनीहरूको आकार (चित्र 7 हेर्नुहोस्)।
अक्सिडाइज्ड (a) SL Nb2CTx र (b) SL Nb4C3Tx MXenes को आकारविज्ञान देखाउने HRTEM छविहरू, XPS विश्लेषण परिणामहरू देखाउँदै (c) रिडक्सन पछि अक्साइड उत्पादनहरूको संरचना, (d–f) SL Nb2CTx को XPS स्पेक्ट्राको घटकहरूको शिखर मिलान र (g– i) हरियो सूक्ष्म शैवालले मर्मत गरिएको Nb4C3Tx SL।
HRTEM अध्ययनहरूले दुई प्रकारका Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरूको अक्सिडेशन पुष्टि गरे। यद्यपि न्यानोफ्लेकहरूले केही हदसम्म आफ्नो द्वि-आयामी आकारविज्ञान कायम राखे, अक्सिडेशनले MXene न्यानोफ्लेकहरूको सतहलाई ढाक्ने धेरै न्यानोपार्टिकल्स देखा पर्‍यो (चित्र 7a,b हेर्नुहोस्)। c Nb 3d र O 1s संकेतहरूको XPS विश्लेषणले संकेत गर्‍यो कि दुबै अवस्थामा Nb अक्साइडहरू बनेका थिए। चित्र 7c मा देखाइए अनुसार, 2D MXene Nb2CTx र Nb4C3TX मा NbO र Nb2O5 अक्साइडहरूको उपस्थितिलाई संकेत गर्ने Nb 3d संकेतहरू छन्, जबकि O 1s संकेतहरूले 2D न्यानोफ्लेक सतहको कार्यात्मकीकरणसँग सम्बन्धित O–Nb बन्धनहरूको संख्यालाई संकेत गर्दछ। हामीले याद गर्यौं कि Nb-C र Nb3+-O को तुलनामा Nb अक्साइड योगदान प्रमुख छ।
चित्र ७g–i मा सूक्ष्म शैवाल कोषहरूबाट पृथक गरिएको Nb ३d, C १s, र O १s SL Nb२CTx (चित्र ७d–f हेर्नुहोस्) र SL Nb४C३TX MXene को XPS स्पेक्ट्रा देखाइएको छ। Nb-MXenes शिखर प्यारामिटरहरूको विवरण क्रमशः तालिका S४–५ मा प्रदान गरिएको छ। हामीले पहिले Nb ३d को संरचनाको विश्लेषण गर्यौं। सूक्ष्म शैवाल कोषहरूद्वारा अवशोषित Nb को विपरीत, सूक्ष्म शैवाल कोषहरूबाट पृथक गरिएको MXene मा, Nb२O५ बाहेक, अन्य घटकहरू फेला परे। Nb२CTx SL मा, हामीले १५% को मात्रामा Nb३+-O को योगदान अवलोकन गर्यौं, जबकि बाँकी Nb ३d स्पेक्ट्रममा Nb२O५ (८५%) प्रभुत्व थियो। थप रूपमा, SL Nb४C३TX नमूनामा Nb-C (९%) र Nb२O५ (९१%) घटकहरू छन्। यहाँ Nb-C Nb4C3Tx SR मा धातु कार्बाइडको दुई भित्री परमाणु तहहरूबाट आउँछ। त्यसपछि हामीले C 1s स्पेक्ट्रालाई चार फरक कम्पोनेन्टहरूमा नक्सा गर्छौं, जस्तै हामीले आन्तरिककृत नमूनाहरूमा गरेका थियौं। अपेक्षा गरिए अनुसार, C 1s स्पेक्ट्रममा ग्राफिक कार्बनको प्रभुत्व छ, त्यसपछि सूक्ष्म शैवाल कोषहरूबाट जैविक कणहरू (CHx/CO र C=O) को योगदान छ। थप रूपमा, O 1s स्पेक्ट्रममा, हामीले सूक्ष्म शैवाल कोषहरू, निओबियम अक्साइड, र सोसिएको पानीको जैविक रूपहरूको योगदान अवलोकन गर्यौं।
यसको अतिरिक्त, हामीले Nb-MXenes क्लीभेज पोषक तत्व माध्यम र/वा सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजाति (ROS) को उपस्थितिसँग सम्बन्धित छ कि छैन भनेर अनुसन्धान गर्यौं। यस उद्देश्यका लागि, हामीले कल्चर माध्यममा सिंगलेट अक्सिजन (1O2) र इन्ट्रासेलुलर ग्लुटाथियोनको स्तर मूल्याङ्कन गर्यौं, एक थायोल जसले सूक्ष्म शैवालमा एन्टिअक्सिडेन्टको रूपमा काम गर्दछ। परिणामहरू SI मा देखाइएका छन् (चित्र S20 र S21)। SL Nb2CTx र Nb4C3TX MXenes भएका संस्कृतिहरूलाई 1O2 को कम मात्राले चित्रण गरिएको थियो (चित्र S20 हेर्नुहोस्)। SL Nb2CTx को मामलामा, MXene 1O2 लगभग 83% मा घटाइएको छ। SL प्रयोग गर्ने सूक्ष्म शैवाल संस्कृतिहरूको लागि, Nb4C3TX 1O2 अझ बढी घटेर 73% मा घट्यो। चाखलाग्दो कुरा के छ भने, 1O2 मा भएका परिवर्तनहरूले पहिले अवलोकन गरिएको अवरोधक-उत्तेजक प्रभाव जस्तै प्रवृत्ति देखायो (चित्र 3 हेर्नुहोस्)। यो तर्क गर्न सकिन्छ कि उज्यालो प्रकाशमा इन्क्युबेशनले फोटोअक्सिडेशनलाई परिवर्तन गर्न सक्छ। यद्यपि, नियन्त्रण विश्लेषणको नतिजाले प्रयोगको क्रममा लगभग स्थिर स्तर 1O2 देखायो (चित्र S22)। इन्ट्रासेलुलर ROS स्तरहरूको मामलामा, हामीले पनि उही तल झर्ने प्रवृत्ति देख्यौं (चित्र S21 हेर्नुहोस्)। सुरुमा, Nb2CTx र Nb4C3Tx SLs को उपस्थितिमा संवर्धित सूक्ष्म शैवाल कोषहरूमा ROS को स्तरले सूक्ष्म शैवालको शुद्ध संस्कृतिहरूमा पाइने स्तरहरू भन्दा बढी भयो। तथापि, अन्ततः, यो देखियो कि सूक्ष्म शैवालले Nb-MXenes दुवैको उपस्थितिमा अनुकूलन गर्यो, किनकि ROS स्तरहरू क्रमशः SL Nb2CTx र Nb4C3TX सँग टीकाकरण गरिएको सूक्ष्म शैवालको शुद्ध संस्कृतिहरूमा मापन गरिएको स्तरको 85% र 91% मा घट्यो। यसले संकेत गर्न सक्छ कि सूक्ष्म शैवालहरूले पोषक माध्यमको तुलनामा Nb-MXene को उपस्थितिमा समयसँगै बढी सहज महसुस गर्छन्।
सूक्ष्म शैवालहरू प्रकाशसंश्लेषणको क्रममा प्रकाशसंश्लेषणका जीवहरूको विविध समूह हुन्। प्रकाशसंश्लेषणको क्रममा, तिनीहरूले वायुमण्डलीय कार्बन डाइअक्साइड (CO2) लाई जैविक कार्बनमा रूपान्तरण गर्छन्। प्रकाशसंश्लेषणका उत्पादनहरू ग्लुकोज र अक्सिजन हुन्79। हामीलाई शंका छ कि यसरी बनेको अक्सिजनले Nb-MXenes को अक्सिडेशनमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यसको लागि एउटा सम्भावित व्याख्या यो हो कि Nb-MXene न्यानोफ्लेक्स बाहिर र भित्र अक्सिजनको कम र उच्च आंशिक दबाबमा विभेदक वायुकरण प्यारामिटर बनाइन्छ। यसको अर्थ जहाँ अक्सिजनको विभिन्न आंशिक दबाबका क्षेत्रहरू छन्, त्यहाँ सबैभन्दा कम स्तर भएको क्षेत्रले एनोड 80, 81, 82 बनाउनेछ। यहाँ, सूक्ष्म शैवालहरूले MXene फ्लेक्सको सतहमा विभेदक वातित कोशिकाहरू सिर्जना गर्न योगदान पुर्‍याउँछन्, जसले तिनीहरूको प्रकाशसंश्लेषण गुणहरूको कारणले अक्सिजन उत्पादन गर्दछ। फलस्वरूप, जैविक क्षरण उत्पादनहरू (यस अवस्थामा, निओबियम अक्साइडहरू) बन्छन्। अर्को पक्ष यो हो कि सूक्ष्म शैवालले जैविक एसिडहरू उत्पादन गर्न सक्छ जुन पानीमा छोडिन्छ83,84। त्यसकारण, एक आक्रामक वातावरण बनाइन्छ, जसले गर्दा Nb-MXenes परिवर्तन हुन्छ। यसको अतिरिक्त, कार्बन डाइअक्साइडको अवशोषणको कारणले गर्दा सूक्ष्म शैवालले वातावरणको pH लाई क्षारीयमा परिवर्तन गर्न सक्छ, जसले गर्दा क्षरण पनि हुन सक्छ।
अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, हाम्रो अध्ययनमा प्रयोग गरिएको अँध्यारो/प्रकाश फोटोपिरियड प्राप्त नतिजाहरू बुझ्नको लागि महत्त्वपूर्ण छ। यो पक्षलाई Djemai-Zoghlache et al. 85 मा विस्तृत रूपमा वर्णन गरिएको छ। तिनीहरूले जानाजानी रातो माइक्रोएल्गी Porphyridium purpureum द्वारा बायोफाउलिंगसँग सम्बन्धित बायोक्रोसन प्रदर्शन गर्न १२/१२ घण्टाको फोटोपिरियड प्रयोग गरे। तिनीहरूले देखाउँछन् कि फोटोपिरियड जैविक क्षरण बिना सम्भाव्यताको विकाससँग सम्बन्धित छ, जुन २४:०० वरिपरि स्यूडोपेरियोडिक दोलनको रूपमा प्रकट हुन्छ। यी अवलोकनहरू Dowling et al. 86 द्वारा पुष्टि गरिएको थियो। तिनीहरूले साइनोब्याक्टेरिया Anabaena को प्रकाशसंश्लेषक बायोफिल्महरू प्रदर्शन गरे। घुलनशील अक्सिजन प्रकाशको कार्य अन्तर्गत बनाइन्छ, जुन मुक्त जैविक क्षरण क्षमतामा परिवर्तन वा उतारचढावसँग सम्बन्धित छ। प्रकाश चरणमा जैविक क्षरणको लागि मुक्त क्षमता बढ्छ र अँध्यारो चरणमा घट्छ भन्ने तथ्यले फोटोपिरियडको महत्त्वलाई जोड दिन्छ। यो प्रकाशसंश्लेषक माइक्रोएल्गी द्वारा उत्पादित अक्सिजनको कारणले हो, जसले इलेक्ट्रोडहरू नजिक उत्पन्न हुने आंशिक दबाब मार्फत क्याथोडिक प्रतिक्रियालाई प्रभाव पार्छ।87।
यसको अतिरिक्त, Nb-MXenes सँग अन्तरक्रिया पछि माइक्रोएल्गी कोषहरूको रासायनिक संरचनामा कुनै परिवर्तन भयो कि भएन भनेर पत्ता लगाउन फुरियर ट्रान्सफर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) गरिएको थियो। यी प्राप्त परिणामहरू जटिल छन् र हामी तिनीहरूलाई SI मा प्रस्तुत गर्दछौं (चित्र S23-S25, MAX चरण र ML MXenes को परिणामहरू सहित)। छोटकरीमा, माइक्रोएल्गीको प्राप्त सन्दर्भ स्पेक्ट्राले हामीलाई यी जीवहरूको रासायनिक विशेषताहरूको बारेमा महत्त्वपूर्ण जानकारी प्रदान गर्दछ। यी सबैभन्दा सम्भावित कम्पनहरू 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 को फ्रिक्वेन्सीहरूमा अवस्थित छन्। 1 1 (C–H) र 3280 cm–1 (O–H)। SL Nb-MXenes को लागि, हामीले CH-बन्ड स्ट्रेचिङ सिग्नेचर फेला पार्यौं जुन हाम्रो अघिल्लो अध्ययनसँग मिल्दोजुल्दो छ38। यद्यपि, हामीले C=C र CH बन्डहरूसँग सम्बन्धित केही अतिरिक्त शिखरहरू गायब भएको देख्यौं। यसले संकेत गर्दछ कि SL Nb-MXenes सँगको अन्तरक्रियाको कारणले सूक्ष्म शैवालको रासायनिक संरचनामा सामान्य परिवर्तन हुन सक्छ।
सूक्ष्म शैवालको जैव रसायनमा सम्भावित परिवर्तनहरूलाई विचार गर्दा, निओबियम अक्साइड जस्ता अजैविक अक्साइडहरूको संचयलाई पुनर्विचार गर्न आवश्यक छ59। यो कोषको सतहद्वारा धातुहरूको अवशोषण, साइटोप्लाज्ममा तिनीहरूको ढुवानी, इन्ट्रासेलुलर कार्बोक्सिल समूहहरूसँग तिनीहरूको सम्बन्ध, र सूक्ष्म शैवाल पोलिफोस्फोसोमहरूमा तिनीहरूको संचयमा संलग्न छ20,88,89,90। थप रूपमा, सूक्ष्म शैवाल र धातुहरू बीचको सम्बन्ध कोषहरूको कार्यात्मक समूहहरूद्वारा कायम राखिन्छ। यस कारणले गर्दा, अवशोषण पनि सूक्ष्म शैवाल सतह रसायन विज्ञानमा निर्भर गर्दछ, जुन धेरै जटिल छ9,91। सामान्यतया, अपेक्षा गरिए अनुसार, Nb अक्साइडको अवशोषणको कारणले गर्दा हरियो सूक्ष्म शैवालको रासायनिक संरचना थोरै परिवर्तन भयो।
रोचक कुरा के छ भने, सूक्ष्म शैवालको अवलोकन गरिएको प्रारम्भिक अवरोध समयसँगै उल्टाउन सकिने थियो। हामीले अवलोकन गरेझैं, सूक्ष्म शैवालले प्रारम्भिक वातावरणीय परिवर्तनलाई पार गर्यो र अन्ततः सामान्य वृद्धि दरमा फर्कियो र अझ बढ्यो। जेटा सम्भाव्यताको अध्ययनले पोषक तत्व मिडियामा परिचय गर्दा उच्च स्थिरता देखाउँछ। यसरी, घटाउने प्रयोगहरूमा सूक्ष्म शैवाल कोशिकाहरू र Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरू बीचको सतह अन्तरक्रिया कायम राखिएको थियो। हाम्रो थप विश्लेषणमा, हामी सूक्ष्म शैवालको यो उल्लेखनीय व्यवहार अन्तर्निहित कार्यको मुख्य संयन्त्रहरूको सारांश दिन्छौं।
SEM अवलोकनहरूले देखाएको छ कि सूक्ष्म शैवालहरू Nb-MXenes मा संलग्न हुन्छन्। गतिशील छवि विश्लेषण प्रयोग गरेर, हामी पुष्टि गर्छौं कि यो प्रभावले दुई-आयामी Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरूलाई थप गोलाकार कणहरूमा रूपान्तरण गर्दछ, जसले गर्दा न्यानोफ्लेकहरूको विघटन तिनीहरूको अक्सिडेशनसँग सम्बन्धित छ भनेर प्रदर्शन गर्दछ। हाम्रो परिकल्पना परीक्षण गर्न, हामीले सामग्री र जैव रासायनिक अध्ययनहरूको एक श्रृंखला सञ्चालन गर्यौं। परीक्षण पछि, न्यानोफ्लेकहरू बिस्तारै अक्सिडाइज र NbO र Nb2O5 उत्पादनहरूमा विघटित भए, जसले हरियो सूक्ष्म शैवाललाई खतरामा पारेन। FTIR अवलोकन प्रयोग गरेर, हामीले 2D Nb-MXene न्यानोफ्लेकहरूको उपस्थितिमा इन्क्युबेट गरिएको सूक्ष्म शैवालको रासायनिक संरचनामा कुनै महत्त्वपूर्ण परिवर्तनहरू फेला पारेनौं। सूक्ष्म शैवालद्वारा नियोबियम अक्साइडको अवशोषणको सम्भावनालाई ध्यानमा राख्दै, हामीले एक्स-रे फ्लोरोसेन्स विश्लेषण गर्यौं। यी नतिजाहरूले स्पष्ट रूपमा देखाउँछन् कि अध्ययन गरिएको सूक्ष्म शैवालले नियोबियम अक्साइडहरू (NbO र Nb2O5) मा खुवाउँछ, जुन अध्ययन गरिएको सूक्ष्म शैवालको लागि गैर-विषाक्त छन्।