Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තුතියි.ඔබ සීමිත CSS සහය ඇති බ්‍රවුසර අනුවාදයක් භාවිතා කරයි.හොඳම අත්දැකීම සඳහා, ඔබ යාවත්කාලීන බ්‍රවුසරයක් භාවිතා කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා මාදිලිය අක්‍රිය කරන්න).මේ අතරතුර, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි විලාසිතා සහ JavaScript නොමැතිව වෙබ් අඩවිය ලබා දෙන්නෙමු.
ස්ලයිඩ තුනක කැරොසල් එකක් එකවර පෙන්වයි.වරකට විනිවිදක තුනක් හරහා ගමන් කිරීමට පෙර සහ ඊළඟ බොත්තම් භාවිතා කරන්න, නැතහොත් වරකට විනිවිදක තුනක් හරහා ගමන් කිරීමට අවසානයේ ඇති ස්ලයිඩර් බොත්තම් භාවිතා කරන්න.
නැනෝ තාක්‍ෂණයේ ශීඝ්‍ර දියුණුව සහ එදිනෙදා භාවිතයන් සමඟ එය ඒකාබද්ධ වීම පරිසරයට තර්ජනයක් විය හැකිය.කාබනික අපවිත්‍ර ද්‍රව්‍ය හායනය සඳහා හරිත ක්‍රම හොඳින් තහවුරු වී ඇති අතර, අකාබනික ස්ඵටික අපවිත්‍ර ද්‍රව්‍ය ප්‍රකෘතිමත් වීම ප්‍රධාන වශයෙන් සැලකිලිමත් වන්නේ ඒවායේ ජෛව පරිවර්තනයට ඇති අඩු සංවේදීතාව සහ ජීව විද්‍යාත්මක ඒවා සමඟ ද්‍රව්‍ය මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ අවබෝධයක් නොමැතිකම හේතුවෙනි.මෙහිදී, අපි හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Raphidocelis subcapitata මගින් 2D සෙරමික් නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්ම යාන්ත්‍රණය සොයා ගැනීමට සරල හැඩ පරාමිති විශ්ලේෂණ ක්‍රමයක් සමඟ ඒකාබද්ධව Nb-පාදක අකාබනික 2D MXenes ආකෘතියක් භාවිතා කරමු.මතුපිට ආශ්‍රිත භෞතික රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-පාදක MXenes පිරිහීමට ලක් කරන බව අපට පෙනී ගියේය.මුලදී, තනි ස්ථර සහ බහු ස්ථර MXene නැනෝ පියලි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටට සම්බන්ධ කරන ලද අතර එමඟින් ඇල්ගී වර්ධනය තරමක් අඩු විය.කෙසේ වෙතත්, පෘෂ්ඨය සමඟ දිගුකාලීන අන්තර්ක්‍රියා මත, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene නැනෝ පියලි ඔක්සිකරණය කර NbO සහ Nb2O5 බවට තවදුරටත් වියෝජනය කරයි.මෙම ඔක්සයිඩ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලට විෂ නොවන බැවින්, පැය 72ක ජල පිරිපහදුවෙන් පසුව ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී තවදුරටත් ප්‍රතිෂ්ඨාපනය කරන අවශෝෂණ යාන්ත්‍රණයක් මගින් Nb ඔක්සයිඩ් නැනෝ අංශු පරිභෝජනය කරයි.අවශෝෂණයට සම්බන්ධ පෝෂ්‍ය පදාර්ථවල බලපෑම ද සෛල පරිමාව වැඩිවීම, ඒවායේ සුමට හැඩය සහ වර්ධන වේගය වෙනස් වීම තුළින් පිළිබිඹු වේ.මෙම සොයාගැනීම් මත පදනම්ව, මිරිදිය පරිසර පද්ධතිවල කෙටි හා දිගුකාලීන Nb-පාදක MXenes පැවතීම සුළු පාරිසරික බලපෑම් පමණක් ඇති කළ හැකි බව අපි නිගමනය කරමු.ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය ආදර්ශ පද්ධති ලෙස භාවිතා කරමින්, සියුම් අමුද්‍රව්‍යවල පවා හැඩ පරිවර්තනය නිරීක්ෂණය කිරීමේ හැකියාව අපි පෙන්නුම් කරන බව සැලකිය යුතු කරුණකි.සමස්තයක් වශයෙන්, මෙම අධ්‍යයනය 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්ම යාන්ත්‍රණය මෙහෙයවන මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා ආශ්‍රිත ක්‍රියාවලීන් පිළිබඳ වැදගත් මූලික ප්‍රශ්නයකට පිළිතුරු සපයන අතර අකාබනික ස්ඵටිකරූපී නැනෝ ද්‍රව්‍යවල පාරිසරික බලපෑම පිළිබඳ කෙටි කාලීන හා දිගු කාලීන අධ්‍යයනයන් සඳහා පදනම සපයයි.
නැනෝ ද්‍රව්‍ය ඔවුන්ගේ සොයාගැනීමේ සිට විශාල උනන්දුවක් ජනනය කර ඇති අතර විවිධ නැනෝ තාක්‍ෂණයන් මෑතකදී නවීකරණ අදියර1කට පිවිස ඇත.අවාසනාවකට, නැනෝ ද්‍රව්‍ය එදිනෙදා යෙදුම්වලට ඒකාබද්ධ කිරීම නුසුදුසු බැහැර කිරීම්, නොසැලකිලිමත් ලෙස හැසිරවීම හෝ ප්‍රමාණවත් නොවන ආරක්ෂක යටිතල පහසුකම් හේතුවෙන් අහම්බෙන් මුදා හැරීමට හේතු විය හැක.එබැවින් ද්විමාන (2D) නැනෝ ද්‍රව්‍ය ඇතුළු නැනෝ ද්‍රව්‍ය ස්වභාවික පරිසරයට මුදා හැරිය හැකි බව උපකල්පනය කිරීම සාධාරණ ය, එහි හැසිරීම් සහ ජීව විද්‍යාත්මක ක්‍රියාකාරකම් තවමත් සම්පූර්ණයෙන් වටහාගෙන නොමැත.එබැවින්, 2D නැනෝ ද්‍රව්‍ය ජලජ පද්ධති 2,3,4,5,6 තුලට කාන්දු වීමට ඇති හැකියාව කෙරෙහි පරිසර විෂ සහිත ගැටළු අවධානය යොමු කර තිබීම පුදුමයක් නොවේ.මෙම පරිසර පද්ධති තුළ, සමහර 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවලට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඇතුළු විවිධ කුසලාන මට්ටම්වල විවිධ ජීවීන් සමඟ අන්තර් ක්‍රියා කළ හැකිය.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී යනු ප්‍රභාසංස්ලේෂණය හරහා විවිධ රසායනික නිෂ්පාදන නිපදවන මිරිදිය සහ සමුද්‍ර පරිසර පද්ධතිවල ස්වභාවිකව දක්නට ලැබෙන ප්‍රාථමික ජීවීන් වේ.එනිසා, ඒවා ජලජ පරිසර පද්ධති 8,9,10,11,12 සඳහා තීරණාත්මක වන නමුත් සංවේදී, මිල අඩු සහ පරිසර විෂ සහිත 13,14 බහුලව භාවිතා වන දර්ශක වේ.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වේගයෙන් ගුණ කරන බැවින් විවිධ සංයෝග තිබීමට ඉක්මනින් ප්‍රතිචාර දක්වන බැවින්, කාබනික ද්‍රව්‍යවලින් දූෂිත ජලය ප්‍රතිකාර කිරීම සඳහා පරිසර හිතකාමී ක්‍රම සංවර්ධනය කිරීමට ඒවා පොරොන්දු වේ.
ඇල්ගී සෛල වලට ජෛව විසර්ජනය සහ සමුච්චනය මගින් ජලයෙන් අකාබනික අයන ඉවත් කළ හැකිය17,18.Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue සහ Synechococcus sp වැනි සමහර ඇල්ගී විශේෂ.එය Fe2+, Cu2+, Zn2+ සහ Mn2+19 වැනි විෂ සහිත ලෝහ අයන රැගෙන යාම සහ පෝෂණය කිරීම පවා සිදු කරන බව සොයාගෙන ඇත.අනෙකුත් අධ්‍යයනයන් පෙන්වා දී ඇත්තේ Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ හෝ Pb2+ අයන සෛල රූප විද්‍යාව වෙනස් කිරීමෙන් සහ ඒවායේ ක්ලෝරෝප්ලාස්ට් 20,21 විනාශ කිරීමෙන් Scenedesmus හි වර්ධනය සීමා කරන බවයි.
කාබනික දූෂක ද්‍රව්‍ය වියෝජනය කිරීම සහ බැර ලෝහ අයන ඉවත් කිරීම සඳහා හරිත ක්‍රම ලොව පුරා විද්‍යාඥයින්ගේ සහ ඉංජිනේරුවන්ගේ අවධානයට ලක්ව ඇත.මෙයට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතු වී ඇත්තේ මෙම අපවිත්‍ර ද්‍රව්‍ය ද්‍රව අවධියේදී පහසුවෙන් සැකසීමයි.කෙසේ වෙතත්, අකාබනික ස්ඵටික දූෂක අඩු ජල ද්‍රාව්‍යතාවයකින් සහ විවිධ ජෛව පරිවර්තන වලට ගොදුරු වීමේ අඩුවෙන් සංලක්ෂිත වන අතර එමඟින් ප්‍රතිකර්ම කිරීමේදී විශාල දුෂ්කරතා ඇති වන අතර මෙම ප්‍රදේශය තුළ කුඩා ප්‍රගතියක් ලබා ඇත22,23,24,25,26.මේ අනුව, නැනෝ ද්රව්ය අලුත්වැඩියා කිරීම සඳහා පරිසර හිතකාමී විසඳුම් සෙවීම සංකීර්ණ හා ගවේෂණය නොකළ ප්රදේශයක් ලෙස පවතී.2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව පරිවර්තන බලපෑම් සම්බන්ධයෙන් පවතින ඉහළ අවිනිශ්චිතතාවය හේතුවෙන්, අඩු කිරීමේදී ඒවායේ ක්ෂය වීමේ මාර්ග සොයා ගැනීමට පහසු ක්‍රමයක් නොමැත.
මෙම අධ්‍යයනයේ දී, අපි අකාබනික සෙරමික් ද්‍රව්‍ය සඳහා සක්‍රීය ජලීය ජෛව ප්‍රතිකර්ම කාරකයක් ලෙස හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී භාවිතා කළ අතර, අකාබනික සෙරමික් ද්‍රව්‍යවල නියෝජිතයෙකු ලෙස MXene හි ක්ෂය වීමේ ක්‍රියාවලිය ස්ථානගතව අධීක්ෂණය කිරීම සමඟ ඒකාබද්ධ විය."MXene" යන පදය Mn+1XnTx ද්‍රව්‍යයේ ස්ටෝචියෝමිතිය පිළිබිඹු කරයි, M යනු මුල් සංක්‍රාන්ති ලෝහයකි, X යනු කාබන් සහ/හෝ නයිට්‍රජන් වේ, Tx යනු මතුපිට පර්යන්තයකි (උදා, -OH, -F, -Cl) සහ n = 1, 2, 3 හෝ 427.28.Naguib et al විසින් MXenes සොයාගැනීමේ සිට.සංවේදක, පිළිකා චිකිත්සාව සහ පටල පෙරීම 27,29,30.මීට අමතරව, MXenes ඒවායේ විශිෂ්ට කොලොයිඩල් ස්ථායීතාවය සහ හැකි ජීව විද්‍යාත්මක අන්තර්ක්‍රියා නිසා ආදර්ශ 2D පද්ධති ලෙස සැලකිය හැකිය31,32,33,34,35,36.
එබැවින්, මෙම ලිපියේ වර්ධනය කරන ලද ක්‍රමවේදය සහ අපගේ පර්යේෂණ උපකල්පන රූප සටහන 1 හි පෙන්වා ඇත. මෙම උපකල්පනයට අනුව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී විසින් මතුපිට ආශ්‍රිත භෞතික-රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් Nb-පාදක MXenes විෂ නොවන සංයෝග බවට පරිහානිය කරයි, එමඟින් ඇල්ගී තවදුරටත් ප්‍රකෘතිමත් වීමට ඉඩ සලසයි.මෙම උපකල්පනය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, මුල් niobium මත පදනම් වූ සංක්‍රාන්ති ලෝහ කාබයිඩ් සහ/හෝ නයිට්‍රයිඩ (MXenes) පවුලේ සාමාජිකයන් දෙදෙනෙකු එනම් Nb2CTx සහ Nb4C3TX තෝරා ගන්නා ලදී.
හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Raphidocelis subcapitata මගින් MXene ප්‍රතිසාධනය සඳහා පර්යේෂණ ක්‍රමවේදය සහ සාක්ෂි මත පදනම් වූ උපකල්පන.මෙය සාක්ෂි මත පදනම් වූ උපකල්පනවල ක්‍රමානුරූප නිරූපණයක් පමණක් බව කරුණාවෙන් සලකන්න.වැව් පරිසරය භාවිතා කරන පෝෂක මාධ්‍යය සහ කොන්දේසි අනුව වෙනස් වේ (උදා, දිවා චක්‍රය සහ පවතින අත්‍යවශ්‍ය පෝෂක වල සීමාවන්).BioRender.com සමඟින් නිර්මාණය කර ඇත.
එබැවින්, MXene ආදර්ශ පද්ධතියක් ලෙස භාවිතා කිරීමෙන්, අනෙකුත් සාම්ප්‍රදායික නැනෝ ද්‍රව්‍ය සමඟ නිරීක්ෂණය කළ නොහැකි විවිධ ජීව විද්‍යාත්මක බලපෑම් අධ්‍යයනය කිරීමට අපි දොර විවර කර ඇත්තෙමු.විශේෂයෙන්ම, අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Raphidocelis subcapitata මගින් niobium මත පදනම් වූ MXenes වැනි ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය ජෛව ප්‍රතිකර්ම කිරීමේ හැකියාව පෙන්නුම් කරමු.Nb-MXenes විෂ නොවන ඔක්සයිඩ NbO සහ Nb2O5 බවට පත් කිරීමට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවලට හැකි වන අතර එමඟින් නයෝබියම් අවශෝෂණය කිරීමේ යාන්ත්‍රණය හරහා පෝෂ්‍ය පදාර්ථ ද සපයයි.සමස්තයක් වශයෙන්, මෙම අධ්‍යයනය ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්මයේ යාන්ත්‍රණයන් පාලනය කරන මතුපිට භෞතික රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හා සම්බන්ධ ක්‍රියාවලීන් පිළිබඳ වැදගත් මූලික ප්‍රශ්නයකට පිළිතුරු සපයයි.මීට අමතරව, අපි 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල හැඩයේ සියුම් වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා සරල හැඩය-පරාමිතීන් මත පදනම් වූ ක්‍රමයක් සංවර්ධනය කරමින් සිටිමු.මෙය අකාබනික ස්ඵටික නැනෝ ද්‍රව්‍යවල විවිධ පාරිසරික බලපෑම් පිළිබඳ කෙටි කාලීන හා දිගු කාලීන පර්යේෂණ සඳහා තවදුරටත් දිරිගන්වයි.මේ අනුව, අපගේ අධ්‍යයනයෙන් ද්‍රව්‍ය මතුපිට සහ ජීව විද්‍යාත්මක ද්‍රව්‍ය අතර අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ අවබෝධය වැඩි වේ.මිරිදිය පරිසර පද්ධති කෙරෙහි ඒවායේ ඇති විය හැකි බලපෑම් පිළිබඳ පුළුල් කරන ලද කෙටි කාලීන සහ දිගු කාලීන අධ්‍යයනයන් සඳහා ද අපි පදනම සපයන අතර ඒවා දැන් පහසුවෙන් සත්‍යාපනය කළ හැකිය.
MXenes නියෝජනය කරන්නේ අද්විතීය හා ආකර්ශනීය භෞතික හා රසායනික ගුණ සහිත රසවත් ද්‍රව්‍ය පන්තියක් වන අතර එබැවින් බොහෝ විභව යෙදුම් වේ.මෙම ගුණාංග බොහෝ දුරට රඳා පවතින්නේ ඒවායේ ස්ටෝචියෝමිතිය සහ මතුපිට රසායන විද්‍යාව මත ය.එබැවින්, අපගේ අධ්‍යයනයේ දී, මෙම නැනෝ ද්‍රව්‍යවල විවිධ ජීව විද්‍යාත්මක බලපෑම් නිරීක්ෂණය කළ හැකි බැවින්, අපි Nb-පාදක ධූරාවලි තනි-ස්ථර (SL) MXenes, Nb2CTx සහ Nb4C3TX වර්ග දෙකක් විමර්ශනය කළෙමු.MXenes ඒවායේ ආරම්භක ද්‍රව්‍ය වලින් නිපදවනු ලබන්නේ පරමාණුක තුනී MAX-අදියර A-ස්ථරවල ඉහළ-පහළ තෝරාගත් කැටයම් කිරීමෙනි.MAX අදියර යනු සංක්‍රාන්ති ලෝහ කාබයිඩවල “බන්ධිත” කුට්ටි සහ MnAXn-1 ස්ටෝචියෝමිතිය සහිත Al, Si සහ Sn වැනි “A” මූලද්‍රව්‍යවල තුනී ස්ථරවලින් සමන්විත ත්‍රිත්ව පිඟන් මැටි වර්ගයකි.ආරම්භක MAX අදියරෙහි රූප විද්‍යාව ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (SEM) පරිලෝකනය කිරීමෙන් නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර එය පෙර අධ්‍යයනයන්ට අනුකූල විය (පරිපූරක තොරතුරු, SI, රූපය S1 බලන්න).බහු ස්ථර (ML) Nb-MXene 48% HF (හයිඩ්‍රොෆ්ලෝරික් අම්ලය) සමඟ Al ස්ථරය ඉවත් කිරීමෙන් පසුව ලබා ගන්නා ලදී.ML-Nb2CTx සහ ML-Nb4C3TX වල රූප විද්‍යාව ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (SEM) පරිලෝකනය කිරීම මගින් පරීක්ෂා කරන ලදී (පිළිවෙලින් S1c සහ S1d රූප) සහ සාමාන්‍ය ස්ථර MXene රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කරන ලදී, එය දික් වූ සිදුරු-වැනි බෑවුම් හරහා ගමන් කරන ද්විමාන නැනෝ පියලි වලට සමාන වේ.Nb-MXenes දෙකම මීට පෙර ඇසිඩ් එචිං 27,38 මගින් සංස්ලේෂණය කරන ලද MXene අදියර සමඟ බොහෝ පොදු වේ.MXene හි ව්‍යුහය තහවුරු කිරීමෙන් පසු, අපි එය ටෙට්‍රාබියුටිලැමෝනියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් (TBAOH) අන්තර් සම්බන්ධ කිරීමෙන් පසුව සේදීම සහ සොනිකේෂන් මගින් ස්ථර කළෙමු, ඉන්පසු අපි තනි ස්ථර හෝ පහත් ස්ථර (SL) 2D Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් ලබා ගත්තෙමු.
අපි ඉහළ විභේදන සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (HRTEM) සහ එක්ස් කිරණ විවර්තනය (XRD) භාවිතා කළේ කැටයම් කිරීමේ සහ තවදුරටත් පීල් කිරීමේ කාර්යක්ෂමතාව පරීක්ෂා කිරීමටයි.ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් ට්‍රාන්ස්ෆෝම් (IFFT) සහ වේගවත් ෆූරියර් පරිවර්තනය (FFT) භාවිතයෙන් සැකසූ HRTEM ප්‍රතිඵල රූප සටහන 2 හි පෙන්වා ඇත. Nb-MXene නැනෝ පියලි පරමාණුක ස්ථරයේ ව්‍යුහය පිරික්සීමට සහ අන්තර් ප්ලැනර් දුර මැනීමට කෙළවරට යොමු කර ඇත.මීට පෙර Naguib et al.27 සහ Jastrzębska et al.38 විසින් වාර්තා කළ පරිදි MXene Nb2CTx සහ Nb4C3TX නැනෝ පියලි වල HRTEM රූප ඒවායේ පරමාණුක තුනී ස්ථර ස්වභාවය හෙළිදරව් කරන ලදී (රූපය 2a1, a2 බලන්න).යාබද Nb2CTx සහ Nb4C3Tx ඒකස්ථර දෙකක් සඳහා, අපි පිළිවෙළින් 0.74 සහ 1.54 nm හි අන්තර් ස්ථර දුර තීරණය කළෙමු (රූපය 2b1,b2), එය අපගේ පෙර ප්‍රතිඵල සමඟද එකඟ වේ38.Nb2CTx සහ Nb4C3Tx ඒකස්ථර අතර දුර පෙන්වන ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් පරිණාමනය (රූපය 2c1, c2) සහ වේගවත් ෆූරියර් පරිවර්තනය (රූපය 2d1, d2) මගින් මෙය තවදුරටත් තහවුරු විය.අධ්‍යයනය කරන ලද MXenes හි ස්ථර ස්වභාවය තහවුරු කරන niobium සහ කාබන් පරමාණුවලට අනුරූප වන ආලෝක සහ අඳුරු කලාපවල ප්‍රත්‍යාවර්තයක් රූපයේ දැක්වේ.Nb2CTx සහ Nb4C3Tx (රූප S2a සහ S2b) සඳහා ලබා ගත් ශක්ති විසරණ X-ray වර්ණාවලීක්ෂය (EDX) වර්ණාවලි මුල් MAX අවධියේ කිසිදු අවශේෂයක් නොපෙන්වූ බව සැලකිල්ලට ගැනීම වැදගත්ය.
(අ) අධි විභේදන ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (HRTEM) පැති දසුන් 2D නැනෝ පියලි රූපකරණය සහ අනුරූප, (b) තීව්‍රතා ප්‍රකාරය, (c) ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් පරිවර්තනය (IFFT), (d) වේගවත් ෆූරියර් පරිණාමනය (IFFT), (d) වේගවත් ෆූරියර් පරිණාමනය (FFBT), (FFBT) රටාව (FFBT)SL 2D Nb2CTx සඳහා, සංඛ්‍යා (a1, b1, c1, d1, e1) ලෙස ප්‍රකාශ වේ.SL 2D Nb4C3Tx සඳහා, සංඛ්‍යා (a2, b2, c2, d2, e1) ලෙස ප්‍රකාශ වේ.
SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXenes හි X-ray විවර්තන මිනුම් Fig.2e1 සහ e2 පිළිවෙලින්.4.31 සහ 4.32 හි ඇති මුදුන් (002) පිළිවෙලින් කලින් විස්තර කරන ලද MXenes Nb2CTx සහ Nb4C3TX38,39,40,41 ට අනුරූප වේ.XRD ප්‍රතිඵල මගින් සමහර අවශේෂ ML ව්‍යුහයන් සහ MAX අදියර පවතින බව ද පෙන්නුම් කරයි, නමුත් බොහෝ දුරට SL Nb4C3Tx හා සම්බන්ධ XRD රටා (රූපය 2e2).MAX අදියරෙහි කුඩා අංශු තිබීම අහඹු ලෙස ගොඩගැසී ඇති Nb4C3Tx ස්ථරවලට සාපේක්ෂව ශක්තිමත් MAX උපරිමය පැහැදිලි කළ හැක.
වැඩිදුර පර්යේෂණ R. subcapitata විශේෂයට අයත් හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කෙරෙහි අවධානය යොමු කර ඇත.අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී තෝරා ගත්තේ ඔවුන් ප්‍රධාන ආහාර වෙබ් වලට සම්බන්ධ වැදගත් නිෂ්පාදකයින් වන බැවිනි.ආහාර දාමයේ ඉහළ මට්ටම් කරා ගෙන යන විෂ ද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීමේ හැකියාව හේතුවෙන් ඒවා විෂ සහිත බව පිළිබඳ හොඳම දර්ශකවලින් එකකි43.මීට අමතරව, R. subcapitata පිළිබඳ පර්යේෂණ මගින් සාමාන්‍ය මිරිදිය ක්ෂුද්‍ර ජීවීන්ට SL Nb-MXenes හි ආනුෂංගික විෂ වීම පිළිබඳව ආලෝකය විහිදුවිය හැක.මෙය නිදර්ශනය කිරීම සඳහා පර්යේෂකයන් උපකල්පනය කළේ සෑම ක්ෂුද්‍ර ජීවියෙකුටම පරිසරයේ පවතින විෂ සංයෝගවලට වෙනස් සංවේදීතාවයක් ඇති බවයි.බොහෝ ජීවීන් සඳහා, ද්‍රව්‍යවල අඩු සාන්ද්‍රණය ඔවුන්ගේ වර්ධනයට බලපාන්නේ නැත, යම් සීමාවකට වඩා වැඩි සාන්ද්‍රණයක් ඒවා වළක්වයි හෝ මරණයට පවා හේතු විය හැක.එබැවින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ MXenes අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා සහ ඒ ආශ්‍රිත ප්‍රකෘතිය පිළිබඳ අපගේ අධ්‍යයනයන් සඳහා, Nb-MXenes හි හානිකර හා විෂ සහිත සාන්ද්‍රණයන් පරීක්ෂා කිරීමට අපි තීරණය කළෙමු.මෙය සිදු කිරීම සඳහා, අපි 0 (යොමුවක් ලෙස), 0.01, 0.1 සහ 10 mg l-1 MXene සාන්ද්‍රණයන් සහ ඊට අමතරව MXene (100 mg l-1 MXene) ඉතා ඉහළ සාන්ද්‍රණයක් සහිත ආසාධිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී, ආන්තික හා මාරාන්තික විය හැකිය..ඕනෑම ජෛව පරිසරයක් සඳහා.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මත SL Nb-MXenes හි බලපෑම 0 mg l-1 සාම්පල සඳහා මනින ලද වර්ධන ප්‍රවර්ධනය (+) හෝ නිෂේධනය (-) ප්‍රතිශතය ලෙස ප්‍රකාශිත රූප සටහන 3 හි පෙන්වා ඇත.සංසන්දනය කිරීම සඳහා, Nb-MAX අදියර සහ ML Nb-MXenes ද පරීක්ෂා කරන ලද අතර ප්රතිඵල SI හි පෙන්වා ඇත (රූපය S3 බලන්න).3a,b හි පෙන්වා ඇති පරිදි 0.01 සිට 10 mg/l දක්වා අඩු සාන්ද්‍රණ පරාසයක SL Nb-MXenes සම්පූර්ණයෙන්ම පාහේ විෂ සහිත බව ලබාගත් ප්‍රතිඵල මගින් තහවුරු විය.Nb2CTx සම්බන්ධයෙන්, අපි නිශ්චිත පරාසය තුළ 5% ට වඩා වැඩි පරිසර විෂ සහිත බවක් නිරීක්ෂණය කළෙමු.
SL (a) Nb2CTx සහ (b) Nb4C3TX MXene ඉදිරියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනය උත්තේජනය (+) හෝ නිෂේධනය කිරීම.24, 48 සහ 72 පැය MXene-microalgae අන්තර්ක්‍රියා විශ්ලේෂණය කරන ලදී. සැලකිය යුතු දත්ත (t-test, p <0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත. සැලකිය යුතු දත්ත (t-test, p <0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත. Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). සැලකිය යුතු දත්ත (t-test, p <0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත.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 (*). වැදගත් දත්ත (t-test, p <0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත.රතු ඊතල මගින් නිෂේධනීය උත්තේජනය අහෝසි කිරීම පෙන්නුම් කරයි.
අනෙක් අතට, Nb4C3TX හි අඩු සාන්ද්‍රණය තරමක් විෂ සහිත නමුත් 7% ට වඩා වැඩි නොවේ.අපේක්ෂා කළ පරිදි, MXenes 100mg L-1 හි වැඩි විෂ සහිත බව සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධක නිෂේධනයක් ඇති බව අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු.MAX හෝ ML සාම්පල හා සසඳන විට කිසිදු ද්‍රව්‍යයක් මද්‍රව්‍ය/විෂ සහිත බලපෑම් වල එකම ප්‍රවණතාව සහ කාල පරායත්තතාව පෙන්නුම් කර නොතිබීම සිත්ගන්නා කරුණකි (විස්තර සඳහා SI බලන්න).MAX අදියර සඳහා (රූපය S3 බලන්න) විෂ වීම ආසන්න වශයෙන් 15-25% දක්වා ළඟා වූ අතර කාලයත් සමඟ වැඩි වූ අතර, SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX MXene සඳහා ප්‍රතිලෝම ප්‍රවණතාව නිරීක්ෂණය විය.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනය නිෂේධනය කාලයත් සමඟ අඩු විය.එය පැය 24 කට පසු ආසන්න වශයෙන් 17% දක්වා ළඟා වූ අතර පැය 72 කට පසු 5% ට වඩා අඩු විය (පිළිවෙලින් Fig. 3a, b).
වඩාත් වැදගත් දෙය නම්, SL Nb4C3TX සඳහා, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන නිෂේධනය පැය 24 කට පසු 27% දක්වා ළඟා වූ නමුත් පැය 72 කට පසු එය 1% දක්වා අඩු විය.එබැවින්, අපි නිරීක්ෂණය කරන ලද බලපෑම උත්තේජනයේ ප්‍රතිලෝම නිෂේධනයක් ලෙස ලේබල් කළ අතර, එම බලපෑම SL Nb4C3TX MXene සඳහා වඩාත් ශක්තිමත් විය.SL Nb2CTx MXene හා සසඳන විට Nb4C3TX (පැය 24 සඳහා 10 mg L-1 හි අන්තර්ක්‍රියා) සමඟ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනයේ උත්තේජනය කලින් සටහන් විය.නිෂේධන-උත්තේජන ආපසු හැරවීමේ බලපෑම ජෛව ස්කන්ධ දෙගුණ කිරීමේ අනුපාත වක්‍රයේ ද හොඳින් පෙන්වා ඇත (විස්තර සඳහා Fig. S4 බලන්න).මෙතෙක් විවිධ ආකාරවලින් අධ්‍යයනය කර ඇත්තේ Ti3C2TX MXene හි ecotoxicity පමණි.එය සීබ්‍රාෆිෂ් කළල වලට විෂ නොවන නමුත් ඩෙස්මෝඩෙස්මස් ක්වාඩ්‍රිකාවුඩා සහ සෝර්ගම් සචරටම් ශාක සඳහා මධ්‍යස්ථ පරිසර විෂ සහිත වේ.විශේෂිත බලපෑම් සඳහා වෙනත් උදාහරණ ලෙස සාමාන්‍ය සෛල රේඛා 46,47 ට වඩා පිළිකා සෛල රේඛා වලට වැඩි විෂ වීම ඇතුළත් වේ.Nb-MXenes හමුවේ නිරීක්ෂණය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනයේ වෙනස්වීම් වලට පරීක්ෂණ තත්වයන් බලපානු ඇතැයි උපකල්පනය කළ හැකිය.උදාහරණයක් ලෙස, Chloroplast stroma හි pH අගය 8ක් පමණ RuBisCO එන්සයිමයේ කාර්යක්ෂම ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා ප්‍රශස්ත වේ.එබැවින් pH අගය වෙනස් වීම ප්‍රභාසංස්ලේෂණ වේගයට ඍණාත්මක ලෙස බලපායි48,49.කෙසේ වෙතත්, අපි අත්හදා බැලීමේදී pH හි සැලකිය යුතු වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය නොකළෙමු (විස්තර සඳහා SI, Fig. S5 බලන්න).සාමාන්‍යයෙන්, Nb-MXenes සමඟ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සංස්කෘතීන් කාලයත් සමඟ ද්‍රාවණයේ pH අගය තරමක් අඩු කළේය.කෙසේ වෙතත්, මෙම අඩුවීම පිරිසිදු මාධ්‍යයක pH අගය වෙනස් වීමකට සමාන විය.මීට අමතරව, සොයාගත් විචල්‍ය පරාසය පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී (පාලන නියැදිය) සංස්කෘතියක් සඳහා මනින ලද ඒවාට සමාන විය.මේ අනුව, කාලයත් සමඟ pH අගය වෙනස් වීමෙන් ප්රභාසංස්ලේෂණයට බලපාන්නේ නැති බව අපි නිගමනය කරමු.
මීට අමතරව, සංස්ලේෂණය කරන ලද MXenes මතුපිට අවසානයන් ඇත (Tx ලෙස දැක්වේ).මේවා ප්රධාන වශයෙන් ක්රියාකාරී කණ්ඩායම් -O, -F සහ -OH වේ.කෙසේ වෙතත්, මතුපිට රසායන විද්යාව සංශ්ලේෂණ ක්රමයට සෘජුවම සම්බන්ධ වේ.මෙම කණ්ඩායම් මතුපිටින් අහඹු ලෙස බෙදා හරින බව දන්නා අතර, MXene50 හි ගුණාංග කෙරෙහි ඒවායේ බලපෑම අනාවැකි කීම දුෂ්කර කරයි.ආලෝකය මගින් නයෝබියම් ඔක්සිකරණය කිරීම සඳහා Tx උත්ප්රේරක බලය විය හැකි බවට තර්ක කළ හැකිය.පෘෂ්ඨීය ක්‍රියාකාරී කන්ඩායම් ඇත්ත වශයෙන්ම ඔවුන්ගේ යටින් පවතින ප්‍රකාශ උත්ප්‍රේරක සඳහා බහුවිධ නැංගුරම් ස්ථාන ලබා දෙන්නේ විෂම සන්ධිස්ථාන සෑදීම සඳහාය.කෙසේ වෙතත්, වර්ධන මාධ්‍ය සංයුතිය ඵලදායී ප්‍රභා උත්ප්‍රේරකයක් සපයා නැත (විස්තරාත්මක මධ්‍යම සංයුතිය SI වගුව S6 හි සොයාගත හැක).මීට අමතරව, ඕනෑම පෘෂ්ඨීය වෙනස් කිරීමක් ද ඉතා වැදගත් වේ, මන්ද ස්තර පශ්චාත් සැකසුම්, ඔක්සිකරණය, කාබනික සහ අකාබනික සංයෝගවල රසායනික මතුපිට වෙනස් කිරීම 52,53,54,55,56 හෝ මතුපිට ආරෝපණ ඉංජිනේරු විද්‍යාව හේතුවෙන් MXenes හි ජීව විද්‍යාත්මක ක්‍රියාකාරකම් වෙනස් කළ හැක.එබැවින්, මාධ්‍යයේ ද්‍රව්‍යමය අස්ථායීතාවයට නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් සම්බන්ධයක් තිබේද යන්න පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන මාධ්‍යයේ සහ ඩියෝනීකරණය කළ ජලයෙහි (සැසඳීම සඳහා) සීටා (ζ) විභවය පිළිබඳ අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු.අපගේ ප්‍රතිඵල පෙන්නුම් කරන්නේ SL Nb-MXenes තරමක් ස්ථායී බවයි (MAX සහ ML ප්‍රතිඵල සඳහා SI Fig. S6 බලන්න).SL MXenes හි zeta විභවය -10 mV පමණ වේ.SR Nb2CTx හි, ζ හි අගය Nb4C3Tx ට වඩා තරමක් සෘණාත්මක වේ.ζ අගයෙහි එවැනි වෙනසක් පෙන්නුම් කරන්නේ සෘණ ආරෝපිත MXene නැනෝ පියලිවල මතුපිට සංස්කෘතික මාධ්‍යයෙන් ධන ආරෝපිත අයන අවශෝෂණය කරන බවයි.සංස්කෘතික මාධ්‍යයේ Nb-MXenes හි zeta විභවය සහ සන්නායකතාව පිළිබඳ තාවකාලික මිනුම් (වැඩිදුර විස්තර සඳහා SI හි S7 සහ S8 රූප බලන්න) අපගේ උපකල්පනයට සහාය දක්වන බව පෙනේ.
කෙසේ වෙතත්, Nb-MXene SL දෙකම ශුන්‍යයේ සිට අවම වෙනස්කම් පෙන්නුම් කළේය.මෙය පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරන්නේ ක්ෂුද්ර ඇල්ගී වර්ධන මාධ්යයේ ඔවුන්ගේ ස්ථාවරත්වයයි.ඊට අමතරව, අපගේ හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පැවතීම මාධ්‍යයේ Nb-MXenes හි ස්ථායීතාවයට බලපාන්නේද යන්න අපි තක්සේරු කළෙමු.කාලයාගේ ඇවෑමෙන් පෝෂක මාධ්‍ය සහ සංස්කෘතිය තුළ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු MXenes හි සීටා විභවය සහ සන්නායකතාවයේ ප්‍රතිඵල SI හි සොයා ගත හැක (Figures S9 සහ S10).සිත්ගන්නා කරුණ නම්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පැවතීම MXenes දෙකෙහිම විසුරුම ස්ථායී කරන බව අපට පෙනී ගියේය.Nb2CTx SL සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, zeta විභවය කාලයත් සමඟ වඩා සෘණ අගයන් දක්වා තරමක් අඩු විය (-15.8 එදිරිව -19.1 mV පුර්ව ලියාපදිංචි තක්සේරුවෙන් පසු පැය 72 කට පසුව).SL Nb4C3TX හි zeta විභවය තරමක් වැඩි වූ නමුත් පැය 72 කට පසුව එය තවමත් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී (-18.1 එදිරිව -9.1 mV) නොමැතිව නැනෝ පියලි වලට වඩා ඉහළ ස්ථායීතාවයක් පෙන්නුම් කරයි.
පෝෂක මාධ්‍යයේ අඩු අයන ප්‍රමාණයක් පෙන්නුම් කරමින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී හමුවේ ඉන්කියුබේට් කරන ලද Nb-MXene ද්‍රාවණවල අඩු සන්නායකතාවය ද අපි සොයා ගත්තෙමු.සැලකිය යුතු කරුණක් නම්, ජලයේ MXenes හි අස්ථාවරත්වය ප්‍රධාන වශයෙන් මතුපිට ඔක්සිකරණය වීමයි57.එබැවින්, හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-MXene මතුපිට ඇති වූ ඔක්සයිඩ කෙසේ හෝ ඉවත් කර ඒවා සිදුවීම (MXene ඔක්සිකරණය) වැළැක්වූ බවට අපි සැක කරමු.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් අවශෝෂණය කරන ද්‍රව්‍ය වර්ග අධ්‍යයනය කිරීමෙන් මෙය දැකගත හැකිය.
කාලයත් සමඟ Nb-MXenes හි විෂ සහිත බව සහ උත්තේජක වර්ධනයේ අසාමාන්‍ය නිෂේධනය ජය ගැනීමට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමත් වූ බව අපගේ පාරිසරික විද්‍යාත්මක අධ්‍යයනයන් පෙන්වා දී ඇතත්, අපගේ අධ්‍යයනයේ අරමුණ වූයේ හැකි ක්‍රියාකාරී යාන්ත්‍රණ විමර්ශනය කිරීමයි.ඇල්ගී වැනි ජීවීන් ඔවුන්ගේ පරිසර පද්ධතිවලට නුහුරු සංයෝග හෝ ද්‍රව්‍යවලට නිරාවරණය වන විට, ඒවා විවිධ ආකාරවලින් ප්‍රතික්‍රියා කළ හැක.විෂ සහිත ලෝහ ඔක්සයිඩ් නොමැති විට, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට තමන්ව පෝෂණය කළ හැකි අතර, ඒවා අඛණ්ඩව වර්ධනය වීමට ඉඩ සලසයි.විෂ සහිත ද්රව්ය ශරීරගත වීමෙන් පසුව, හැඩය හෝ ස්වරූපය වෙනස් කිරීම වැනි ආරක්ෂක යාන්ත්රණ ක්රියාත්මක විය හැක.අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව ද සලකා බැලිය යුතුය58,59.සැලකිය යුතු ලෙස, ආරක්ෂක යාන්ත්රණයක ඕනෑම සලකුණක් පරීක්ෂණ සංයෝගයේ විෂ වීම පිළිබඳ පැහැදිලි දර්ශකයකි.එබැවින්, අපගේ වැඩිදුර වැඩ වලදී, අපි SEM මගින් SL Nb-MXene නැනෝ පියලි සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අතර ඇති විය හැකි මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා සහ X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) මගින් Nb-පාදක MXene අවශෝෂණය කර ගැනීම පිළිබඳව විමර්ශනය කළෙමු.ක්‍රියාකාරකම් විෂ සහිත ගැටළු විසඳීම සඳහා SEM සහ XRF විශ්ලේෂණයන් සිදු කරන ලද්දේ MXene හි ඉහළම සාන්ද්‍රණයෙන් පමණක් බව සලකන්න.
SEM ප්රතිඵල Fig.4 හි පෙන්වා ඇත.ප්‍රතිකාර නොකළ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (රූපය 4a, සමුද්දේශ නියැදිය බලන්න) සාමාන්‍ය R. subcapitata morphology සහ croissant වැනි සෛල හැඩය පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරයි.සෛල පැතලි හා තරමක් අසංවිධානාත්මක ලෙස පෙනේ.සමහර ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල අතිච්ඡාදනය වී එකිනෙක පැටලී ඇත, නමුත් මෙය නියැදි සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය නිසා ඇති වූවක් විය හැකිය.සාමාන්‍යයෙන්, පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සුමට මතුපිටක් ඇති අතර කිසිදු රූප විද්‍යාත්මක වෙනසක් නොපෙන්වයි.
හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ MXene නැනෝෂීට් අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා පෙන්නුම් කරන SEM රූප, අන්ත සාන්ද්‍රණයේදී (100 mg L-1) පැය 72ක අන්තර්ක්‍රියා වලින් පසුවය.(අ) SL (b) Nb2CTx සහ (c) Nb4C3TX MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ප්‍රතිකාර නොකළ හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී.Nb-MXene නැනෝ පියලි රතු ඊතල වලින් සලකුණු කර ඇති බව සලකන්න.සංසන්දනය කිරීම සඳහා, දෘශ්ය අන්වීක්ෂයකින් ඡායාරූප ද එකතු කරනු ලැබේ.
ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, SL Nb-MXene නැනෝ පියලි මගින් අවශෝෂණය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලට හානි සිදු විය (රූපය 4b, c, රතු ඊතල බලන්න).Nb2CTx MXene (රූපය 4b) සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඒවායේ රූප විද්‍යාව වෙනස් කළ හැකි අමුණා ඇති ද්විමාන නැනෝ පරිමාණයන් සමඟ වර්ධනය වීමට නැඹුරු වේ.සැලකිය යුතු ලෙස, අපි ආලෝක අන්වීක්ෂය යටතේ මෙම වෙනස්කම් ද නිරීක්ෂණය කළෙමු (විස්තර සඳහා SI Figure S11 බලන්න).මෙම රූප විද්‍යාත්මක සංක්‍රාන්තිය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල කායික විද්‍යාවේ පිළිගත හැකි පදනමක් ඇති අතර සෛල පරිමාව වැඩි කිරීම වැනි සෛල රූප විද්‍යාව වෙනස් කිරීමෙන් ඔවුන්ව ආරක්ෂා කර ගැනීමට ඇති හැකියාව61.එබැවින්, ඇත්ත වශයෙන්ම Nb-MXenes සමඟ ස්පර්ශ වන ක්ෂුද්ර ඇල්ගී සෛල සංඛ්යාව පරීක්ෂා කිරීම වැදගත් වේ.SEM අධ්‍යයනවලින් පෙන්නුම් කළේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් 52% ක් පමණ Nb-MXenes වලට නිරාවරණය වී ඇති අතර මෙම ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් 48% ක් සම්බන්ධතා වළක්වා ගත් බවයි.SL Nb4C3Tx MXene සඳහා, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene සමඟ සම්බන්ධතා වළක්වා ගැනීමට උත්සාහ කරයි, එමඟින් ද්විමාන නැනෝ පරිමාණයෙන් ස්ථානගත වී වර්ධනය වේ (රූපය 4c).කෙසේ වෙතත්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල තුළට නැනෝ පරිමාණයන් විනිවිද යාම සහ ඒවායේ හානිය අපි නිරීක්ෂණය නොකළෙමු.
ස්වයං සංරක්ෂණය යනු සෛල මතුපිට අංශු අවශෝෂණය වීම සහ ඊනියා සෙවන (සෙවණ) බලපෑම හේතුවෙන් ප්‍රභාසංශ්ලේෂණය අවහිර වීම සඳහා කාලය මත රඳා පවතින ප්‍රතිචාර හැසිරීමකි.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ ආලෝක ප්‍රභවය අතර ඇති සෑම වස්තුවක්ම (උදාහරණයක් ලෙස, Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක්) ක්ලෝරෝප්ලාස්ට් මගින් අවශෝෂණය කරන ආලෝක ප්‍රමාණය සීමා කරන බව පැහැදිලිය.කෙසේ වෙතත්, මෙය ලබාගත් ප්රතිඵල කෙරෙහි සැලකිය යුතු බලපෑමක් ඇති බවට අපට සැකයක් නැත.අපගේ අන්වීක්ෂීය නිරීක්ෂණ මගින් පෙන්නුම් කර ඇති පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල Nb-MXenes සමඟ ස්පර්ශ වන විට පවා, 2D නැනෝ පියලි සම්පූර්ණයෙන්ම ඔතා හෝ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටට ඇලී නොතිබුණි.ඒ වෙනුවට, නැනෝ පියලි ඒවායේ මතුපිට ආවරණය නොකර ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වෙත නැඹුරු විය.එවැනි නැනෝෆ්ලේක්/ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කට්ටලයකට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් අවශෝෂණය කරන ආලෝක ප්‍රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස සීමා කළ නොහැක.එපමනක් නොව, සමහර අධ්‍යයනයන් 63,64,65,66 යන ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය හමුවේ ප්‍රභාසංශ්ලේෂණ ජීවීන් විසින් ආලෝකය අවශෝෂණය කිරීමේ දියුණුවක් පවා පෙන්නුම් කර ඇත.
SEM රූප මගින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් නයෝබියම් අවශෝෂණය කර ගැනීම සෘජුවම තහවුරු කළ නොහැකි වූ බැවින්, අපගේ වැඩිදුර අධ්‍යයනය මෙම ගැටලුව පැහැදිලි කිරීම සඳහා X-ray fluorescence (XRF) සහ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) විශ්ලේෂණය වෙත යොමු විය.එබැවින්, අපි MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා නොකළ සමුද්දේශ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පලවල Nb මුදුන්වල තීව්‍රතාවය, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මතුපිටින් වෙන් වූ MXene නැනෝෆ්ලේක් සහ අමුණා ඇති MXenes ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සංසන්දනය කළෙමු.Nb අවශෝෂණයක් නොමැති නම්, අමුණා ඇති නැනෝ පරිමාණයන් ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් ලබාගත් Nb අගය ශුන්‍ය විය යුතු බව සඳහන් කිරීම වටී.එබැවින්, Nb අවශෝෂණය සිදුවන්නේ නම්, XRF සහ XPS ප්රතිඵල දෙකම පැහැදිලි Nb උච්චයක් පෙන්විය යුතුය.
XRF වර්ණාවලි සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXene සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පල SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXene සඳහා Nb මුදුන් පෙන්වයි (රූපය 5a බලන්න, MAX සහ ML MXenes සඳහා වන ප්‍රතිඵල S12-C1 Figure හි පෙන්වා ඇති බව සලකන්න).සිත්ගන්නා කරුණ නම්, Nb උච්චයේ තීව්‍රතාවය අවස්ථා දෙකේදීම සමාන වේ (රූපය 5a හි රතු තීරු).මෙයින් පෙන්නුම් කළේ ඇල්ගීවලට වැඩි Nb අවශෝෂණය කරගත නොහැකි බවත්, Nb සමුච්චය සඳහා උපරිම ධාරිතාවය සෛල තුළට ළඟා වූ බවත්, නමුත් Nb4C3Tx MXene ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවලට දෙගුණයක් වැඩියෙන් සම්බන්ධ කළද (රූපය 5a හි නිල් තීරු).ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවලට ලෝහ අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව පරිසරයේ ඇති ලෝහ ඔක්සයිඩ සාන්ද්‍රණය මත රඳා පවතින බව සැලකිය යුතු කරුණකි67,68.Shamshada et al.67 විසින් pH අගය වැඩිවීමත් සමඟ මිරිදිය ඇල්ගීවල අවශෝෂණ ධාරිතාව අඩු වන බව සොයා ගන්නා ලදී.Raize et al.68 සඳහන් කළේ මුහුදු පැලෑටි වල ලෝහ අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව Ni2+ සඳහා වඩා Pb2+ සඳහා 25% පමණ වැඩි බවයි.
(අ) පැය 72 ක් සඳහා SL Nb-MXenes (100 mg L-1) ආන්තික සාන්ද්‍රණයකින් පුර්වීකරණය කරන ලද හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් බාසල් Nb අවශෝෂණය කිරීමේ XRF ප්‍රතිඵල.ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ α පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (පාලන නියැදිය, අළු තීරු), පෘෂ්ඨීය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (නිල් තීරු) වලින් හුදකලා වූ 2D නැනෝ පියලි සහ මතුපිටින් 2D නැනෝ පියලි වෙන් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (රතු තීරු) ඇති බවයි.මූලද්‍රව්‍ය Nb ප්‍රමාණය, (b) SL Nb-MXenes සමඟ පුර්ව ලියාපදිංචි තක්සේරු කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කාබනික සංරචක (C=O සහ CHx/C-O) සහ Nb ඔක්සයිඩවල රසායනික සංයුතියේ ප්‍රතිශතය, (c-e) MXPS SL Nb2CTx අභ්‍යන්තර වර්ණාවලීක්ෂ NbX SL Nb2CTx වර්ණාවලි SL සහ (fbX)
එබැවින්, අපි බලාපොරොත්තු වූයේ ඔක්සයිඩ ආකාරයෙන් ඇල්ගී සෛල මගින් Nb අවශෝෂණය කරගත හැකි බවයි.මෙය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි MXenes Nb2CTx සහ Nb4C3TX සහ ඇල්ගී සෛල මත XPS අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු.ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා වූ Nb-MXenes සහ MXenes සමඟ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අන්තර්ක්‍රියා කිරීමේ ප්‍රතිඵල Fig.5b.අපේක්ෂා කළ පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටින් MXene ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පලවල Nb 3d මුදුන් අපි හඳුනා ගත්තෙමු.C=O, CHx/CO, සහ Nb ඔක්සයිඩවල ප්‍රමාණාත්මක නිර්ණය Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) සහ Nb4C3Tx SL (රූපය 5c-e) සමඟ ලබාගත් Nb 3d, O 1s සහ C 1s වර්ණාවලිය මත පදනම්ව ගණනය කරන ලදී.) ඉන්කියුබේටඩ් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලින් ලබා ගනී.රූපය 5f-h) MXenes.වගුව S1-3 මඟින් උච්ච පරාමිතීන් සහ ගැළපීම නිසා ඇතිවන සමස්ත රසායන විද්‍යාව පිළිබඳ විස්තර පෙන්වයි.Nb2CTx SL සහ Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) හි Nb 3d කලාප එක් Nb2O5 සංරචකයකට අනුරූප වන බව සැලකිය යුතු කරුණකි.මෙහිදී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල අවශෝෂණය කරන්නේ Nb හි ඔක්සයිඩ් ස්වරූපය පමණක් බව පෙන්නුම් කරමින්, වර්ණාවලියේ MXene සම්බන්ධ උච්ච කිසිවක් අපට හමු නොවීය.ඊට අමතරව, අපි C-C, CHx/C-O, C=O, සහ –COOH සංරචක සමඟ C 1 s වර්ණාවලිය ආසන්න කළෙමු.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල කාබනික දායකත්වය සඳහා අපි CHx/C-O සහ C=O මුදුන් පවරමු.මෙම කාබනික සංරචක පිළිවෙළින් Nb2CTx SL සහ Nb4C3TX SL හි C 1s මුදුන්වලින් 36% සහ 41% සඳහා දායක වේ.පසුව අපි SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3TX හි O 1s වර්ණාවලි Nb2O5 සමඟින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල කාබනික සංරචක (CHx/CO) සහ මතුපිට අවශෝෂක ජලය සවි කළෙමු.
අවසාන වශයෙන්, XPS ප්රතිඵල පැහැදිලිව පෙන්නුම් කළේ Nb හි ස්වරූපය, එහි පැවැත්ම පමණක් නොවේ.Nb 3d සංඥාවේ පිහිටීම සහ deconvolution හි ප්‍රතිඵල අනුව, Nb අවශෝෂණය වන්නේ ඔක්සයිඩ ආකාරයෙන් මිස අයන හෝ MXene නොවන බව අපි තහවුරු කරමු.මීට අමතරව, XPS ප්‍රතිඵල පෙන්නුම් කළේ SL Nb4C3TX MXene හා සසඳන විට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවලට SL Nb2CTx වෙතින් Nb ඔක්සයිඩ ලබා ගැනීමේ වැඩි හැකියාවක් ඇති බවයි.
අපගේ Nb ලබා ගැනීමේ ප්‍රතිඵල විශ්මයජනක වන අතර MXene හායනය හඳුනා ගැනීමට අපට ඉඩ සලසන අතර, 2D නැනෝ පියලි වල ආශ්‍රිත රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය කිරීමට ක්‍රමයක් නොමැත.එබැවින්, 2D Nb-MXene නැනෝ පියලි සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල සිදුවන ඕනෑම වෙනස්කමකට සෘජුවම ප්‍රතිචාර දැක්විය හැකි සුදුසු ක්‍රමයක් සකස් කිරීමට ද අපි තීරණය කළෙමු.අන්තර්ක්‍රියා කරන විශේෂයන් කිසියම් පරිවර්තනයකට, වියෝජනයකට හෝ defragmentation වලට භාජනය වුවහොත්, මෙය සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශයේ විෂ්කම්භය, වටකුරු බව, ෆෙරෙට් පළල හෝ ෆෙරෙට් දිග වැනි හැඩ පරාමිතිවල වෙනස්කම් ලෙස ඉක්මනින් ප්‍රකාශ විය යුතු බව අප උපකල්පනය කිරීම වැදගත් වේ.මෙම පරාමිති දිගටි අංශු හෝ ද්විමාන නැනෝ පියලි විස්තර කිරීමට සුදුසු බැවින් ගතික අංශු හැඩ විශ්ලේෂණය මගින් ඒවා ලුහුබැඳීම මඟින් අඩු කිරීමේදී SL Nb-MXene නැනෝ පියලිවල රූප විද්‍යාත්මක පරිවර්තනය පිළිබඳ වටිනා තොරතුරු අපට ලබා දෙනු ඇත.
ලබාගත් ප්රතිඵල රූප සටහන 6 හි පෙන්වා ඇත. සංසන්දනය කිරීම සඳහා, අපි මුල් MAX අදියර සහ ML-MXenes ද පරීක්ෂා කළෙමු (SI රූප සටහන් S18 සහ S19 බලන්න).අංශු හැඩයේ ගතික විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු Nb-MXene SL දෙකක සියලුම හැඩ පරාමිතීන් සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් වූ බවයි.සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශ විශ්කම්භය පරාමිතිය (රූපය 6a, b) මගින් පෙන්වා ඇති පරිදි, විශාල නැනෝ පියලිවල කොටසෙහි උච්ච තීව්‍රතාවය අඩු වීමෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ ඒවා කුඩා කොටස් වලට දිරාපත් වීමට නැඹුරු වන බවයි.අත්තික්කා මත.6c, d මඟින් 2D නැනෝ පියලි වඩාත් අංශු-සමාන හැඩයකට පරිවර්තනය වීම පෙන්නුම් කරමින්, පෙති වල තීර්‍ය ප්‍රමාණය (නැනෝ පියලි වල දිගු වීම) හා සම්බන්ධ උච්ච වල අඩුවීමක් පෙන්නුම් කරයි.රූප සටහන 6e-h පිළිවෙළින් Feret හි පළල සහ දිග පෙන්වයි.ෆෙරෙට් පළල සහ දිග අනුපූරක පරාමිතීන් වන අතර එබැවින් එකට සලකා බැලිය යුතුය.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී හමුවේ 2D Nb-MXene නැනෝ පියලි ඉන්කියුබේෂන් කිරීමෙන් පසුව, ඒවායේ ෆෙරෙට් සහසම්බන්ධතා උච්ච ස්ථාන මාරු වූ අතර ඒවායේ තීව්‍රතාවය අඩු විය.රූප විද්‍යාව, XRF සහ XPS සමඟ ඒකාබද්ධව මෙම ප්‍රතිඵල මත පදනම්ව, ඔක්සිකරණය වූ MXenes වඩාත් රැලි වැටී කොටස් සහ ගෝලාකාර ඔක්සයිඩ් අංශු69,70 බවට බිඳී යන බැවින් නිරීක්ෂණය කරන ලද වෙනස්කම් ඔක්සිකරණයට දැඩි ලෙස සම්බන්ධ වන බව අපි නිගමනය කළෙමු.
හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු MXene පරිවර්තනය පිළිබඳ විශ්ලේෂණය.ගතික අංශු හැඩතල විශ්ලේෂණය සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශයේ (a, b) විෂ්කම්භය, (c, d) වටකුරු බව, (e, f) Feret පළල සහ (g, h) Feret දිග වැනි පරාමිතීන් සැලකිල්ලට ගනී.මේ සඳහා, මූලික SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes, ක්ෂය වූ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ ප්‍රතිකාර කළ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes සමඟ විමර්ශන ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පල දෙකක් විශ්ලේෂණය කරන ලදී.රතු ඊතල මගින් අධ්‍යයනය කරන ලද ද්විමාන නැනෝ පියලි වල හැඩයේ පරාමිතීන්ගේ සංක්‍රාන්ති පෙන්වයි.
හැඩ පරාමිති විශ්ලේෂණය ඉතා විශ්වාසදායක බැවින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් ද හෙළි කළ හැකිය.එබැවින්, අපි 2D Nb නැනෝ පියලි සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සහ සෛලවල සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශයේ විෂ්කම්භය, වටකුරු බව සහ ෆෙරෙට් පළල/දිග විශ්ලේෂණය කළෙමු.අත්තික්කා මත.6a-h මගින් ඇල්ගී සෛලවල හැඩ පරාමිතිවල වෙනස්කම් පෙන්වයි, උච්ච තීව්‍රතාවයේ අඩුවීමක් සහ උපරිම අගය ඉහළ අගයන් කරා මාරු වීම මගින් පෙන්නුම් කෙරේ.විශේෂයෙන්, සෛල වටකුරු පරාමිතීන් දිගටි සෛලවල අඩු වීමක් සහ ගෝලාකාර සෛලවල වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කරයි (රූපය 6a, b).මීට අමතරව, SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f) හා සසඳන විට SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු Feret සෛල පළල මයික්‍රොමීටර කිහිපයකින් වැඩි විය.මෙය Nb2CTx SR සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමේදී ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් Nb ඔක්සයිඩ් ප්‍රබල ලෙස අවශෝෂණය වීම නිසා විය හැකි යැයි අපි සැක කරමු.Nb පියලි ඒවායේ මතුපිටට අඩු දෘඪ ලෙස ඇමිණීම අවම සෙවන බලපෑමක් සහිත සෛල වර්ධනයට හේතු විය හැක.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල හැඩයේ සහ ප්‍රමාණයේ පරාමිතීන්හි වෙනස්කම් පිළිබඳ අපගේ නිරීක්ෂණ අනෙකුත් අධ්‍යයනයන්ට අනුපූරක වේ.හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල ප්‍රමාණය, හැඩය හෝ පරිවෘත්තීය වෙනස් කිරීම මගින් පාරිසරික ආතතියට ප්‍රතිචාර වශයෙන් ඔවුන්ගේ රූප විද්‍යාව වෙනස් කළ හැකිය.උදාහරණයක් ලෙස, සෛලවල ප්‍රමාණය වෙනස් කිරීම පෝෂ්‍ය පදාර්ථ අවශෝෂණයට පහසුකම් සපයයි71.කුඩා ඇල්ගී සෛල අඩු පෝෂක අවශෝෂණය සහ දුර්වල වර්ධන වේගය පෙන්නුම් කරයි.ප්‍රතිවිරුද්ධව, විශාල සෛල වැඩි පෝෂ්‍ය පදාර්ථ පරිභෝජනය කිරීමට නැඹුරු වන අතර පසුව ඒවා සෛලීයව 72,73 තැන්පත් වේ.ට්‍රයික්ලෝසන් නම් දිලීර නාශකයට සෛල ප්‍රමාණය වැඩි කළ හැකි බව මචාඩෝ සහ සෝරස් සොයා ගත්හ.ඇල්ගී වල හැඩයේ ගැඹුරු වෙනස්කම් ද ඔවුන් සොයා ගත්හ.මීට අමතරව, Yin et al.9 විසින් අඩු කරන ලද ග්‍රැෆීන් ඔක්සයිඩ් නැනෝකොම්පොසයිට් වලට නිරාවරණය වීමෙන් පසු ඇල්ගී වල රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් ද අනාවරණය කරන ලදී.එබැවින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල වෙනස් වූ ප්‍රමාණය/හැඩ පරාමිතීන් MXene තිබීම නිසා ඇති වන බව පැහැදිලිය.මෙම ප්‍රමාණයේ සහ හැඩයේ වෙනස්වීම පෝෂක අවශෝෂණයේ වෙනස්කම් පෙන්නුම් කරන බැවින්, කාලයත් සමඟ ප්‍රමාණයේ සහ හැඩයේ පරාමිතීන් විශ්ලේෂණය කිරීමෙන් Nb-MXenes ඉදිරියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය කර ගත හැකි බව අපි විශ්වාස කරමු.
එපමණක් නොව, ඇල්ගී හමුවේ MXenes ඔක්සිකරණය විය හැක.Dalai et al.75 නැනෝ-TiO2 සහ Al2O376 වලට නිරාවරණය වන හරිත ඇල්ගී වල රූප විද්‍යාව ඒකාකාරී නොවන බව නිරීක්ෂණය කරන ලදී.අපගේ නිරීක්ෂණ වර්තමාන අධ්‍යයනයට සමාන වුවත්, එය අදාළ වන්නේ නැනෝ අංශු නොව 2D නැනෝ පියලි හමුවේ MXene හායන නිෂ්පාදන අනුව ජෛව ප්‍රතිකර්මයේ බලපෑම් අධ්‍යයනයට පමණි.MXenes ලෝහ ඔක්සයිඩ, 31,32,77,78 බවට පිරිහීමට හැකි බැවින් අපගේ Nb නැනෝ පියලි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසුව Nb ඔක්සයිඩ් ද සෑදිය හැකි යැයි උපකල්පනය කිරීම සාධාරණ ය.
ඔක්සිකරණ ක්‍රියාවලිය මත පදනම් වූ වියෝජන යාන්ත්‍රණයක් හරහා 2D-Nb නැනෝ පියලි අඩු කිරීම පැහැදිලි කිරීම සඳහා, අපි අධි-විභේදන සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (HRTEM) (Fig. 7a,b) සහ X-ray ඡායාරූප ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂය (XPS) (රූපය 7) භාවිතා කර අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු.7c-i සහ වගු S4-5).මෙම ප්‍රවේශ දෙකම 2D ද්‍රව්‍යවල ඔක්සිකරණය අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා සුදුසු වන අතර ඒවා එකිනෙකට අනුපූරක වේ.HRTEM හට ද්විමාන ස්ථර ව්‍යුහයන්ගේ හායනය සහ පසුව ලෝහ ඔක්සයිඩ් නැනෝ අංශු වල පෙනුම විශ්ලේෂණය කිරීමට හැකි වන අතර XPS මතුපිට බන්ධන වලට සංවේදී වේ.මෙම කාර්යය සඳහා, අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල විසරණයෙන් ලබාගත් 2D Nb-MXene නැනෝ පියලි, එනම් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ඒවායේ හැඩය පරීක්ෂා කළෙමු (රූපය 7 බලන්න).
ඔක්සිකරණය වූ (a) SL Nb2CTx සහ (b) SL Nb4C3Tx MXenes වල රූප විද්‍යාව පෙන්වන HRTEM රූප, XPS විශ්ලේෂණ ප්‍රතිඵල පෙන්වන (ඇ) ඔක්සයිඩ් නිෂ්පාදනවල අඩු කිරීමෙන් පසු සංයුතිය, (d-f) SL Nb2CTx හි XPS වර්ණාවලියේ සංරචකවල උපරිම ගැලපීම සහ හරිත Nb2CTx සහ (g4-iT සමඟ අළුත්වැඩියා කරන ලද මයික්‍රෝ
HRTEM අධ්‍යයනයන් මගින් Nb-MXene නැනෝ පියලි වර්ග දෙකක ඔක්සිකරණය තහවුරු විය.නැනෝ පියලි යම් දුරකට ඒවායේ ද්විමාන රූප විද්‍යාව රඳවා තබා ගත්තද, ඔක්සිකරණය හේතුවෙන් MXene නැනෝ පියලිවල මතුපිට ආවරණය වන පරිදි බොහෝ නැනෝ අංශු දිස් විය (රූපය 7a,b බලන්න).c Nb 3d සහ O 1s සංඥා XPS විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ අවස්ථා දෙකේදීම Nb ඔක්සයිඩ් සෑදී ඇති බවයි.රූප සටහන 7c හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 2D MXene Nb2CTx සහ Nb4C3TX හි NbO සහ Nb2O5 ඔක්සයිඩ පවතින බව දැක්වෙන Nb 3d සංඥා ඇති අතර O 1s සංඥා මගින් 2D නැනෝෆ්ලේක් මතුපිට ක්‍රියාකාරීත්වයට සම්බන්ධ O-Nb බන්ධන ගණන දක්වයි.Nb-C සහ Nb3+-O වලට සාපේක්ෂව Nb ඔක්සයිඩ් දායකත්වය ප්‍රමුඛ වන බව අපි දුටුවෙමු.
අත්තික්කා මත.රූප 7g-i මගින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා වූ Nb 3d, C 1s, සහ O 1s SL Nb2CTx (Fig. 7d-f බලන්න) සහ SL Nb4C3TX MXene හි XPS වර්ණාවලිය පෙන්වයි.Nb-MXenes උපරිම පරාමිතීන් පිළිබඳ විස්තර පිළිවෙලින් S4-5 වගු වල දක්වා ඇත.අපි මුලින්ම විශ්ලේෂණය කළේ Nb 3d හි සංයුතියයි.ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් අවශෝෂණය කරන ලද Nb වලට ප්‍රතිවිරුද්ධව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා වූ MXene හි Nb2O5 හැර අනෙකුත් සංරචක හමු විය.Nb2CTx SL හි, අපි Nb3+-O හි දායකත්වය 15% ප්‍රමාණයකින් නිරීක්ෂණය කළ අතර, Nb 3d වර්ණාවලියේ ඉතිරි කොටස Nb2O5 (85%) විසින් ආධිපත්‍යය දැරීය.මීට අමතරව, SL Nb4C3TX සාම්පලයේ Nb-C (9%) සහ Nb2O5 (91%) සංරචක අඩංගු වේ.මෙහි Nb-C පැමිණෙන්නේ Nb4C3Tx SR හි ඇති ලෝහ කාබයිඩ් අභ්‍යන්තර පරමාණු ස්ථර දෙකකින්.අපි පසුව C 1s වර්ණාවලිය විවිධ සංරචක හතරකට සිතියම්ගත කරමු, අපි අභ්‍යන්තර නියැදිවල කළාක් මෙන්.අපේක්ෂා කළ පරිදි, C 1s වර්ණාවලිය ග්‍රැෆිටික් කාබන් මගින් ආධිපත්‍යය දරයි, ඉන් පසුව ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් කාබනික අංශු (CHx/CO සහ C=O) දායක වේ.මීට අමතරව, O 1s වර්ණාවලිය තුළ, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් සහ අවශෝෂණය කරන ලද ජලයෙහි කාබනික ආකාරවල දායකත්වය අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු.
ඊට අමතරව, Nb-MXenes බෙදීම පෝෂක මාධ්‍යයේ සහ/හෝ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල ප්‍රතික්‍රියාශීලී ඔක්සිජන් විශේෂ (ROS) පැවතීම හා සම්බන්ධ වේද යන්න අපි විමර්ශනය කළෙමු.මේ සඳහා, අපි සංස්කෘතික මාධ්‍යයේ තනි ඔක්සිජන් (1O2) මට්ටම් සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල ප්‍රතිඔක්සිකාරකයක් ලෙස ක්‍රියා කරන තයෝල් වන අන්තර් සෛලීය ග්ලූටතයෝන් මට්ටම් තක්සේරු කළෙමු.ප්රතිඵල SI හි පෙන්වා ඇත (රූපය S20 සහ S21).SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX MXenes සහිත සංස්කෘතීන් 1O2 හි අඩු ප්‍රමාණයකින් සංලක්ෂිත විය (රූපය S20 බලන්න).SL Nb2CTx සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, MXene 1O2 83% දක්වා අඩු වේ.SL භාවිතා කරන ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සංස්කෘතීන් සඳහා, Nb4C3TX 1O2 73% දක්වා තවත් අඩු විය.සිත්ගන්නා කරුණ නම්, 1O2 හි වෙනස්කම් කලින් නිරීක්ෂණය කරන ලද නිෂේධන-උත්තේජන ආචරණයට සමාන ප්‍රවණතාවක් පෙන්නුම් කරයි (රූපය 3 බලන්න).දීප්තිමත් ආලෝකයේ ඉන්කියුබේෂන් ඡායාරූප ඔක්සිකරණය වෙනස් කළ හැකි බව තර්ක කළ හැකිය.කෙසේ වෙතත්, පාලන විශ්ලේෂණයේ ප්රතිඵල අත්හදා බැලීමේදී පාහේ නියත මට්ටම් 1O2 පෙන්නුම් කළේය (රූපය S22).අන්තර් සෛලීය ROS මට්ටම් සම්බන්ධයෙන්, අපි ද එම පහතට නැඹුරුව නිරීක්ෂණය කළෙමු (රූපය S21 බලන්න).මුලදී, Nb2CTx සහ Nb4C3Tx SL ඉදිරියේ වගා කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල ROS මට්ටම පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සංස්කෘතීන්හි ඇති මට්ටම් ඉක්මවා ගියේය.කෙසේ වෙතත්, අවසානයේදී, ROS මට්ටම් පිළිවෙලින් SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX සමඟ එන්නත් කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල පිරිසිදු සංස්කෘතීන්හි මනින ලද මට්ටම් වලින් 85% සහ 91% දක්වා අඩු වූ බැවින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-MXenes දෙකෙහිම පැවැත්මට අනුගත වූ බව පෙනී ගියේය.මෙයින් ඇඟවෙන්නේ පෝෂක මාධ්‍යයට වඩා Nb-MXene පවතින විට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කාලයත් සමඟ වඩාත් සුවපහසු වන බවයි.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී යනු විවිධ ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ජීවීන් සමූහයකි.ප්‍රභාසංශ්ලේෂණයේදී ඔවුන් වායුගෝලීය කාබන් ඩයොක්සයිඩ් (CO2) කාබනික කාබන් බවට පරිවර්තනය කරයි.ප්‍රභාසංශ්ලේෂණයේ නිෂ්පාදන වන්නේ ග්ලූකෝස් සහ ඔක්සිජන්79.මෙලෙස සෑදෙන ඔක්සිජන් Nb-MXenes ඔක්සිකරණය කිරීමේදී තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බවට අපි සැක කරමු.මේ සඳහා විය හැකි එක් පැහැදිලි කිරීමක් නම්, Nb-MXene නැනෝ පියලි වලින් පිටත සහ ඇතුළත ඔක්සිජන් හි අඩු සහ ඉහළ අර්ධ පීඩනයකදී අවකල්‍ය වාතන පරාමිතිය සෑදී ඇති බවයි.මෙයින් අදහස් කරන්නේ ඔක්සිජන් වල විවිධ අර්ධ පීඩන ඇති ප්‍රදේශ ඇති සෑම තැනකම අඩුම මට්ටමක් ඇති ප්‍රදේශය ඇනෝඩය 80, 81, 82 සාදනු ඇති බවයි. මෙහිදී ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene පතුරු මතුපිට අවකල්‍ය ලෙස වාතනය කරන ලද සෛල නිර්මාණය කිරීමට දායක වන අතර එය ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ගුණ නිසා ඔක්සිජන් නිපදවයි.ප්රතිඵලයක් වශයෙන්, ජෛව විඛාදන නිෂ්පාදන (මෙම අවස්ථාවේදී, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ්) සෑදී ඇත.තවත් පැත්තක් නම් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට කාබනික අම්ල නිපදවිය හැකි අතර එය ජලයට මුදා හැරේ 83,84.එබැවින්, ආක්රමණශීලී පරිසරයක් සාදනු ලබන අතර, එමගින් Nb-MXenes වෙනස් වේ.මීට අමතරව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට කාබන් ඩයොක්සයිඩ් අවශෝෂණය හේතුවෙන් පරිසරයේ pH අගය ක්ෂාරීය බවට වෙනස් කළ හැකි අතර එය විඛාදනයට ද හේතු විය හැක.
වඩාත් වැදගත් වන්නේ, අපගේ අධ්‍යයනයේ දී භාවිතා කරන ලද අඳුරු/ආලෝක ඡායා කාලසීමාව ලබාගත් ප්‍රතිඵල අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.මෙම අංගය Djemai-Zoglache et al හි විස්තරාත්මකව විස්තර කර ඇත.[85] රතු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Porphyridium purpureum මගින් ජෛව විඛාදනයට සම්බන්ධ ජෛව විඛාදනය ප්‍රදර්ශනය කිරීම සඳහා ඔවුන් හිතාමතාම පැය 12/12 ප්‍රභාකාලයක් භාවිතා කළහ.24:00 පමණ වන විට pseudoperiodic oscillations ලෙස ප්‍රකාශ වන ජෛව විඛාදනයකින් තොරව විභවයේ පරිණාමය සමඟ ප්‍රභාශ්වරය සම්බන්ධ වී ඇති බව ඔවුහු පෙන්වා දෙති.මෙම නිරීක්ෂණ Dowling et al විසින් තහවුරු කරන ලදී.86 ඔවුන් සයනොබැක්ටීරියා Anabaena හි ප්‍රභාසංශ්ලේෂණ ජෛව පටල ප්‍රදර්ශනය කළහ.නිදහස් ජෛව විඛාදන විභවයේ වෙනසක් හෝ උච්චාවචනයන් සමඟ සම්බන්ධ වන ආලෝකයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ විසුරුවා හරින ලද ඔක්සිජන් සෑදී ඇත.ආලෝක අවධියේදී ජෛව විඛාදනයට නිදහස් විභවය වැඩි වන අතර අඳුරු අවධියේදී අඩු වන බව ඡායා කාල පරිච්ඡේදයේ වැදගත්කම අවධාරණය කෙරේ.මෙයට හේතුව ප්‍රභාසංශ්ලේෂණ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නිපදවන ඔක්සිජන් වන අතර එය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අසල ජනනය වන අර්ධ පීඩනය හරහා කැතෝඩික් ප්‍රතික්‍රියාවට බලපායි.
මීට අමතරව, Nb-MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල රසායනික සංයුතියේ කිසියම් වෙනසක් සිදුවී ඇත්දැයි සොයා බැලීම සඳහා ෆූරියර් පරිවර්තන අධෝරක්ත වර්ණාවලීක්ෂය (FTIR) සිදු කරන ලදී.මෙම ලබාගත් ප්‍රතිඵල සංකීර්ණ වන අතර අපි ඒවා SI හි ඉදිරිපත් කරමු (රූප S23-S25, MAX අදියර සහ ML MXenes වල ප්‍රතිඵල ඇතුළුව).කෙටියෙන් කිවහොත්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල ලබාගත් යොමු වර්ණාවලිය මෙම ජීවීන්ගේ රසායනික ලක්ෂණ පිළිබඳ වැදගත් තොරතුරු අපට සපයයි.මෙම වඩාත් සම්භාවි කම්පන 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 සංඛ්‍යාතවල පිහිටයි.එක.1 1 (C-H) සහ 3280 cm-1 (O-H).SL Nb-MXenes සඳහා, අපගේ පෙර අධ්‍යයනයට අනුකූල වන CH-බන්ධන දිගු කිරීමේ අත්සනක් අපට හමු විය38.කෙසේ වෙතත්, C=C සහ CH බන්ධන හා සම්බන්ධ අමතර උච්ච කිහිපයක් අතුරුදහන් වී ඇති බව අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු.SL Nb-MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල රසායනික සංයුතිය සුළු වෙනස්කම් වලට භාජනය විය හැකි බව මෙයින් පෙන්නුම් කෙරේ.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල ජෛව රසායනයේ ඇති විය හැකි වෙනස්කම් සලකා බැලීමේදී, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් වැනි අකාබනික ඔක්සයිඩ සමුච්චය වීම නැවත සලකා බැලිය යුතුය.එය සෛල මතුපිටින් ලෝහ අවශෝෂණය කිරීම, සයිටොප්ලාස්මයට ප්‍රවාහනය කිරීම, අන්තර් සෛලීය කාබොක්සයිල් කාණ්ඩ සමඟ සම්බන්ධ වීම සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පොලිෆොස්පොසෝම 20,88,89,90 හි සමුච්චය කිරීම සඳහා සම්බන්ධ වේ.මීට අමතරව, ක්ෂුද්ර ඇල්ගී සහ ලෝහ අතර සම්බන්ධතාවය සෛලවල ක්රියාකාරී කණ්ඩායම් විසින් පවත්වාගෙන යනු ලැබේ.මෙම හේතුව නිසා, අවශෝෂණය ද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිට රසායන විද්‍යාව මත රඳා පවතී, එය තරමක් සංකීර්ණ වේ.සාමාන්‍යයෙන්, අපේක්ෂා කළ පරිදි, Nb ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය හේතුවෙන් හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල රසායනික සංයුතිය සුළු වශයෙන් වෙනස් විය.
සිත්ගන්නා කරුණ නම්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල නිරීක්ෂණය කරන ලද ආරම්භක නිෂේධනය කාලයත් සමඟ ආපසු හැරවිය හැකි වීමයි.අප නිරීක්ෂණය කළ පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මූලික පාරිසරික වෙනස්වීම් අභිබවා ගොස් අවසානයේ සාමාන්‍ය වර්ධන වේගයට පැමිණ වැඩි විය.සීටා විභවය පිළිබඳ අධ්‍යයනයන් පෝෂක මාධ්‍ය තුළට හඳුන්වා දුන් විට ඉහළ ස්ථායීතාවයක් පෙන්නුම් කරයි.මේ අනුව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සහ Nb-MXene නැනෝ පියලි අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා අඩු කිරීමේ අත්හදා බැලීම් පුරාවටම පවත්වා ගෙන ගියේය.අපගේ වැඩිදුර විශ්ලේෂණයේ දී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල මෙම කැපී පෙනෙන හැසිරීමට යටින් පවතින ක්‍රියාකාරීත්වයේ ප්‍රධාන යාන්ත්‍රණයන් අපි සාරාංශ කරමු.
SEM නිරීක්ෂණ මගින් පෙන්නුම් කර ඇත්තේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-MXenes වෙත සම්බන්ධ වන බවයි.ගතික රූප විශ්ලේෂණය භාවිතා කරමින්, මෙම බලපෑම ද්විමාන Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් වඩාත් ගෝලාකාර අංශු බවට පරිවර්තනය වීමට තුඩු දෙන බව අපි තහවුරු කරමු, එමඟින් නැනෝෆ්ලේක් වියෝජනය ඒවායේ ඔක්සිකරණය සමඟ සම්බන්ධ වී ඇති බව පෙන්නුම් කරයි.අපගේ උපකල්පනය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි ද්රව්යමය හා ජෛව රසායනික අධ්යයන මාලාවක් පවත්වන ලදී.පරීක්ෂා කිරීමෙන් පසුව, නැනෝ පියලි ක්‍රමයෙන් ඔක්සිකරණය වී NbO සහ Nb2O5 නිෂ්පාදන බවට දිරාපත් වූ අතර, එය හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට තර්ජනයක් නොවේ.FTIR නිරීක්‍ෂණය භාවිතයෙන්, 2D Nb-MXene නැනෝ පියලි ඇති ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගීවල රසායනික සංයුතියේ සැලකිය යුතු වෙනසක් අපට හමු නොවීය.ක්ෂුද්ර ඇල්ගී මගින් නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව සැලකිල්ලට ගනිමින්, අපි X-ray ප්රතිදීප්ත විශ්ලේෂණයක් සිදු කළා.මෙම ප්‍රතිඵල පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරන්නේ අධ්‍යයනය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අධ්‍යයනය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට විෂ නොවන නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් (NbO සහ Nb2O5) මත පෝෂණය වන බවයි.