Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, vykreslíme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Zobrazuje karusel troch snímok naraz.Pomocou tlačidiel Predchádzajúci a Ďalší sa môžete pohybovať po troch snímkach naraz alebo pomocou posúvacích tlačidiel na konci môžete prechádzať tromi snímkami naraz.
Rýchly rozvoj nanotechnológií a ich integrácia do každodenných aplikácií môže ohroziť životné prostredie.Zatiaľ čo zelené metódy na degradáciu organických kontaminantov sú dobre zavedené, regenerácia anorganických kryštalických kontaminantov je hlavným problémom kvôli ich nízkej citlivosti na biotransformáciu a nedostatočnému pochopeniu interakcií povrchu materiálu s biologickými.Tu používame anorganický model 2D MXenes založený na Nb v kombinácii s jednoduchou metódou analýzy parametrov tvaru na sledovanie bioremediačného mechanizmu 2D keramických nanomateriálov zelenými mikroriasami Raphidocelis subcapitata.Zistili sme, že mikroriasy degradujú MXény na báze Nb v dôsledku fyzikálno-chemických interakcií súvisiacich s povrchom.Spočiatku boli na povrch mikrorias pripevnené jednovrstvové a viacvrstvové nanovločky MXene, čo trochu znížilo rast rias.Po dlhšej interakcii s povrchom však mikroriasy oxidovali nanovločky MXene a ďalej ich rozložili na NbO a Nb2O5.Pretože tieto oxidy sú pre bunky mikrorias netoxické, spotrebúvajú nanočastice oxidu Nb absorpčným mechanizmom, ktorý ďalej obnovuje mikroriasy po 72 hodinách úpravy vody.Účinky živín spojené s absorpciou sa prejavujú aj zväčšením objemu buniek, ich hladkým tvarom a zmenou rýchlosti rastu.Na základe týchto zistení sme dospeli k záveru, že krátkodobá a dlhodobá prítomnosť MXénov na báze Nb v sladkovodných ekosystémoch môže spôsobiť len malé environmentálne vplyvy.Je pozoruhodné, že pomocou dvojrozmerných nanomateriálov ako modelových systémov demonštrujeme možnosť sledovania transformácie tvaru aj v jemnozrnných materiáloch.Celkovo táto štúdia odpovedá na dôležitú základnú otázku o procesoch súvisiacich s povrchovou interakciou, ktoré riadia bioremediačný mechanizmus 2D nanomateriálov, a poskytuje základ pre ďalšie krátkodobé a dlhodobé štúdie vplyvu anorganických kryštalických nanomateriálov na životné prostredie.
Nanomateriály od svojho objavu vyvolali veľký záujem a rôzne nanotechnológie nedávno vstúpili do fázy modernizácie1.Bohužiaľ, integrácia nanomateriálov do každodenných aplikácií môže viesť k náhodnému uvoľneniu v dôsledku nesprávnej likvidácie, neopatrnej manipulácie alebo nedostatočnej bezpečnostnej infraštruktúry.Preto je rozumné predpokladať, že nanomateriály vrátane dvojrozmerných (2D) nanomateriálov sa môžu uvoľňovať do prírodného prostredia, ktorých správanie a biologická aktivita ešte nie sú úplne pochopené.Preto nie je prekvapujúce, že obavy z ekotoxicity sa zamerali na schopnosť 2D nanomateriálov vylúhovať sa do vodných systémov2,3,4,5,6.V týchto ekosystémoch môžu niektoré 2D nanomateriály interagovať s rôznymi organizmami na rôznych trofických úrovniach vrátane mikrorias.
Mikroriasy sú primitívne organizmy prirodzene sa vyskytujúce v sladkovodných a morských ekosystémoch, ktoré prostredníctvom fotosyntézy produkujú rôzne chemické produkty7.Ako také sú kritické pre vodné ekosystémy8,9,10,11,12, ale sú tiež citlivými, lacnými a široko používanými indikátormi ekotoxicity13,14.Keďže bunky mikrorias sa rýchlo množia a rýchlo reagujú na prítomnosť rôznych zlúčenín, sú sľubné pre vývoj ekologických metód úpravy vody kontaminovanej organickými látkami15,16.
Bunky rias môžu odstraňovať anorganické ióny z vody biosorpciou a akumuláciou17,18.Niektoré druhy rias ako Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue a Synechococcus sp.Zistilo sa, že prenáša a dokonca vyživuje toxické kovové ióny ako Fe2+, Cu2+, Zn2+ a Mn2+19.Iné štúdie ukázali, že ióny Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ alebo Pb2+ obmedzujú rast Scenedesmus zmenou morfológie buniek a zničením ich chloroplastov20,21.
Zelené metódy rozkladu organických znečisťujúcich látok a odstraňovanie iónov ťažkých kovov pritiahli pozornosť vedcov a inžinierov po celom svete.Je to spôsobené najmä tým, že tieto kontaminanty sa ľahko spracovávajú v kvapalnej fáze.Anorganické kryštalické polutanty sa však vyznačujú nízkou rozpustnosťou vo vode a nízkou náchylnosťou k rôznym biotransformáciám, čo spôsobuje veľké ťažkosti pri sanácii a v tejto oblasti sa dosiahol len malý pokrok22,23,24,25,26.Hľadanie ekologických riešení na opravu nanomateriálov tak zostáva zložitou a neprebádanou oblasťou.Vzhľadom na vysoký stupeň neistoty ohľadom biotransformačných účinkov 2D nanomateriálov neexistuje jednoduchý spôsob, ako zistiť možné cesty ich degradácie počas redukcie.
V tejto štúdii sme použili zelené mikroriasy ako aktívne vodné bioremediačné činidlo pre anorganické keramické materiály v kombinácii s in situ monitorovaním degradačného procesu MXene ako zástupcu anorganických keramických materiálov.Termín „MXén“ odráža stechiometriu materiálu Mn+1XnTx, kde M je skorý prechodný kov, X je uhlík a/alebo dusík, Tx je povrchový terminátor (napr. -OH, -F, -Cl) a n = 1, 2, 3 alebo 427,28.Od objavu MXenes Naguibom a kol.Senzorika, liečba rakoviny a membránová filtrácia 27,29,30.Okrem toho možno MXeny považovať za modelové 2D systémy vďaka ich vynikajúcej koloidnej stabilite a možným biologickým interakciám31, 32, 33, 34, 35, 36.
Preto metodika vyvinutá v tomto článku a naše výskumné hypotézy sú znázornené na obrázku 1. Podľa tejto hypotézy mikroriasy degradujú MXény na báze Nb na netoxické zlúčeniny v dôsledku fyzikálno-chemických interakcií súvisiacich s povrchom, čo umožňuje ďalšiu obnovu rias.Na testovanie tejto hypotézy boli vybraní dvaja členovia rodiny skorých karbidov a/alebo nitridov prechodných kovov na báze nióbu (MXény), konkrétne Nb2CTx a Nb4C3TX.
Metodológia výskumu a hypotézy založené na dôkazoch pre obnovu MXene zelenými mikroriasami Raphidocelis subcapitata.Upozorňujeme, že toto je len schematické znázornenie predpokladov založených na dôkazoch.Prostredie jazera sa líši v použitom živnom médiu a podmienkach (napr. denný cyklus a obmedzenia dostupných základných živín).Vytvorené pomocou BioRender.com.
Použitím MXene ako modelového systému sme preto otvorili dvere štúdiu rôznych biologických efektov, ktoré nie je možné pozorovať pri iných konvenčných nanomateriáloch.Predovšetkým demonštrujeme možnosť bioremediácie dvojrozmerných nanomateriálov, ako sú MXenes na báze nióbu, pomocou mikrorias Raphidocelis subcapitata.Mikroriasy sú schopné degradovať Nb-MXény na netoxické oxidy NbO a Nb2O5, ktoré tiež poskytujú živiny prostredníctvom mechanizmu príjmu nióbu.Celkovo táto štúdia odpovedá na dôležitú základnú otázku o procesoch spojených s povrchovými fyzikálno-chemickými interakciami, ktoré riadia mechanizmy bioremediácie dvojrozmerných nanomateriálov.Okrem toho vyvíjame jednoduchú metódu založenú na parametroch tvaru na sledovanie jemných zmien v tvare 2D nanomateriálov.To inšpiruje ďalší krátkodobý a dlhodobý výskum rôznych environmentálnych vplyvov anorganických kryštalických nanomateriálov.Naša štúdia teda zvyšuje pochopenie interakcie medzi povrchom materiálu a biologickým materiálom.Poskytujeme tiež základ pre rozšírené krátkodobé a dlhodobé štúdie ich možných vplyvov na sladkovodné ekosystémy, ktoré je teraz možné ľahko overiť.
MXeny predstavujú zaujímavú triedu materiálov s jedinečnými a atraktívnymi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, a teda s mnohými potenciálnymi aplikáciami.Tieto vlastnosti sú do značnej miery závislé od ich stechiometrie a povrchovej chémie.Preto sme v našej štúdii skúmali dva typy hierarchických jednovrstvových (SL) MXenes na báze Nb, Nb2CTx a Nb4C3TX, pretože bolo možné pozorovať rôzne biologické účinky týchto nanomateriálov.MXény sa vyrábajú zo svojich východiskových materiálov selektívnym leptaním atómovo tenkých vrstiev MAX fázy A zhora nadol.Fáza MAX je ternárna keramika zložená z „spojených“ blokov karbidov prechodných kovov a tenkých vrstiev prvkov „A“, ako sú Al, Si a Sn so stechiometriou MnAXn-1.Morfológia počiatočnej fázy MAX bola pozorovaná skenovacou elektrónovou mikroskopiou (SEM) a bola v súlade s predchádzajúcimi štúdiami (pozri doplnkové informácie, SI, obrázok S1).Viacvrstvový (ML) Nb-MXén sa získal po odstránení Al vrstvy pomocou 48 % HF (kyselina fluorovodíková).Morfológia ML-Nb2CTx a ML-Nb4C3TX sa skúmala skenovacou elektrónovou mikroskopiou (SEM) (obrázky S1c a S1d) a pozorovala sa typická vrstvená morfológia MXene, podobná dvojrozmerným nanovločkám prechádzajúcim cez predĺžené pórovité štrbiny.Oba Nb-MXény majú veľa spoločného s fázami MXénu, ktoré boli predtým syntetizované leptaním kyselinou27,38.Po potvrdení štruktúry MXénu sme ho navrstvili interkaláciou tetrabutylamóniumhydroxidu (TBAOH) s následným premytím a sonikáciou, po ktorej sme získali jednovrstvové alebo nízkovrstvové (SL) 2D Nb-MXénové nano vločky.
Na testovanie účinnosti leptania a ďalšieho odlupovania sme použili transmisnú elektrónovú mikroskopiu s vysokým rozlíšením (HRTEM) a röntgenovú difrakciu (XRD).Výsledky HRTEM spracované pomocou inverznej rýchlej Fourierovej transformácie (IFFT) a rýchlej Fourierovej transformácie (FFT) sú znázornené na obr. 2. Nanovločky Nb-MXén boli orientované okrajom nahor, aby sa skontrolovala štruktúra atómovej vrstvy a zmerali sa medziplanárne vzdialenosti.HRTEM snímky nanovločiek MXene Nb2CTx a Nb4C3TX odhalili ich atómovú tenkovrstvovú povahu (pozri obr. 2a1, a2), ako už predtým uviedli Naguib et al.27 a Jastrzębska et al.38.Pre dve susedné monovrstvy Nb2CTx a Nb4C3Tx sme určili medzivrstvové vzdialenosti 0,74 a 1,54 nm (obr. 2b1, b2), čo tiež súhlasí s našimi predchádzajúcimi výsledkami38.Toto bolo ďalej potvrdené inverznou rýchlou Fourierovou transformáciou (obr. 2c1, c2) a rýchlou Fourierovou transformáciou (obr. 2d1, d2), ktoré ukazujú vzdialenosť medzi monovrstvami Nb2CTx a Nb4C3Tx.Obrázok ukazuje striedanie svetlých a tmavých pásov zodpovedajúcich atómom nióbu a uhlíka, čo potvrdzuje vrstvený charakter študovaných MXénov.Je dôležité poznamenať, že spektrá energeticky disperznej röntgenovej spektroskopie (EDX) získané pre Nb2CTx a Nb4C3Tx (obrázky S2a a S2b) neukázali žiadny zvyšok pôvodnej fázy MAX, pretože nebol zistený žiadny vrchol Al.
Charakterizácia nanovločiek SL Nb2CTx a Nb4C3Tx MXene, vrátane (a) elektrónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením (HRTEM), bočného zobrazenia 2D nanovločiek a zodpovedajúceho, (b) režimu intenzity, (c) inverznej rýchlej Fourierovej transformácie (IFFT), (d) rýchlej Fourierovej transformácie (FFT), (e) röntgenových vzorov Nb-MXenes.Pre SL 2D Nb2CTx sú čísla vyjadrené ako (a1, b1, c1, d1, e1).Pre SL 2D Nb4C3Tx sú čísla vyjadrené ako (a2, b2, c2, d2, e1).
Merania rôntgenovej difrakcie SL Nb2CTx a Nb4C3Tx MXenes sú znázornené na obr.2el a e2.Píky (002) pri 4,31 a 4,32 zodpovedajú skôr opísaným vrstveným MXenes Nb2CTx a Nb4C3TX38,39,40,41, v tomto poradí.Výsledky XRD tiež naznačujú prítomnosť niektorých zvyškových štruktúr ML a fáz MAX, ale väčšinou obrazcov XRD spojených s SL Nb4C3Tx (obr. 2e2).Prítomnosť menších častíc fázy MAX môže vysvetliť silnejší vrchol MAX v porovnaní s náhodne naskladanými vrstvami Nb4C3Tx.
Ďalší výskum sa zameral na zelené mikroriasy patriace k druhu R. subcapitata.Vybrali sme si mikroriasy, pretože sú dôležitými producentmi zapojených do hlavných potravinových sietí42.Sú tiež jedným z najlepších indikátorov toxicity vďaka schopnosti odstraňovať toxické látky, ktoré sa prenášajú na vyššie úrovne potravinového reťazca43.Okrem toho výskum R. subcapitata môže objasniť náhodnú toxicitu SL Nb-MXénov pre bežné sladkovodné mikroorganizmy.Na ilustráciu toho vedci predpokladali, že každý mikrób má inú citlivosť na toxické zlúčeniny prítomné v životnom prostredí.U väčšiny organizmov nízke koncentrácie látok neovplyvňujú ich rast, zatiaľ čo koncentrácie nad určitým limitom ich môžu brzdiť alebo dokonca spôsobiť smrť.Preto sme sa pre naše štúdie povrchovej interakcie medzi mikroriasami a MXénmi a súvisiaceho zotavenia rozhodli otestovať neškodné a toxické koncentrácie Nb-MXénov.Na tento účel sme testovali koncentrácie 0 (ako referenčné), 0,01, 0,1 a 10 mg l-1 MXén a dodatočne infikované mikroriasy veľmi vysokými koncentráciami MXénu (100 mg l-1 MXénu), ktoré môžu byť extrémne a smrteľné..pre akékoľvek biologické prostredie.
Účinky SL Nb-MXenes na mikroriasy sú znázornené na obrázku 3, vyjadrené ako percento podpory rastu (+) alebo inhibície (-) namerané pre vzorky 0 mg l-1.Pre porovnanie bola testovaná aj fáza Nb-MAX a ML Nb-MXény a výsledky sú uvedené v SI (pozri obr. S3).Získané výsledky potvrdili, že SL Nb-MXény sú takmer úplne bez toxicity v rozsahu nízkych koncentrácií od 0,01 do 10 mg/l, ako je znázornené na obr. 3a,b.V prípade Nb2CTx sme v špecifikovanom rozsahu nepozorovali viac ako 5 % ekotoxicitu.
Stimulácia (+) alebo inhibícia (-) rastu mikrorias v prítomnosti SL (a) Nb2CTx a (b) Nb4C3TX MXene.Analyzovalo sa 24, 48 a 72 hodín interakcie MXene-mikroriasy. Významné údaje (t-test, p < 0,05) boli označené hviezdičkou (*). Významné údaje (t-test, p < 0,05) boli označené hviezdičkou (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Významné údaje (t-test, p < 0,05) sú označené hviezdičkou (*).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 (*). Dôležité údaje (t-test, p < 0,05) sú označené hviezdičkou (*).Červené šípky označujú zrušenie inhibičnej stimulácie.
Na druhej strane, nízke koncentrácie Nb4C3TX sa ukázali byť o niečo toxickejšie, ale nie vyššie ako 7 %.Ako sa očakávalo, pozorovali sme, že MXenes mali vyššiu toxicitu a inhibíciu rastu mikrorias pri 100 mg L-1.Je zaujímavé, že žiadny z materiálov nevykazoval rovnaký trend a časovú závislosť atoxických/toxických účinkov v porovnaní so vzorkami MAX alebo ML (podrobnosti nájdete v SI).Zatiaľ čo vo fáze MAX (pozri obr. S3) dosahovala toxicita približne 15–25 % a časom sa zvyšovala, pri SL Nb2CTx a Nb4C3TX MXene sa pozoroval opačný trend.Inhibícia rastu mikrorias sa časom znižovala.Po 24 hodinách dosiahla približne 17 % a po 72 hodinách klesla na menej ako 5 % (obr. 3a, resp. b).
Dôležitejšie je, že v prípade SL Nb4C3TX dosiahla inhibícia rastu mikrorias asi 27 % po 24 hodinách, ale po 72 hodinách sa znížila na asi 1 %.Preto sme pozorovaný účinok označili ako inverznú inhibíciu stimulácie a účinok bol silnejší pre SL Nb4C3TX MXene.Stimulácia rastu mikrorias bola zaznamenaná skôr s Nb4C3TX (interakcia pri 10 mg L-1 počas 24 hodín) v porovnaní s SL Nb2CTx MXene.Inhibične-stimulačný reverzný účinok bol tiež dobre znázornený na krivke rýchlosti zdvojnásobenia biomasy (podrobnosti pozri na obr. S4).Doteraz sa rôznymi spôsobmi skúmala iba ekotoxicita Ti3C2TX MXene.Nie je toxický pre embryá zebričiek44, ale stredne ekotoxický pre rastliny mikrorias Desmodesmus quadricauda a Sorghum saccharatum45.Ďalšie príklady špecifických účinkov zahŕňajú vyššiu toxicitu pre rakovinové bunkové línie ako pre normálne bunkové línie46,47.Dalo by sa predpokladať, že testovacie podmienky ovplyvnia zmeny v raste mikrorias pozorované v prítomnosti Nb-MXénov.Napríklad pH okolo 8 v stróme chloroplastu je optimálne pre účinnú činnosť enzýmu RuBisCO.Preto zmeny pH negatívne ovplyvňujú rýchlosť fotosyntézy48,49.Počas experimentu sme však nezaznamenali významné zmeny pH (podrobnosti pozri SI, obr. S5).Vo všeobecnosti kultúry mikrorias s Nb-MXénmi v priebehu času mierne znížili pH roztoku.Tento pokles bol však podobný zmene pH čistého média.Okrem toho rozsah zistených variácií bol podobný tomu, ktorý bol nameraný pre čistú kultúru mikrorias (kontrolná vzorka).Dospeli sme teda k záveru, že fotosyntéza nie je ovplyvnená zmenami pH v priebehu času.
Okrem toho majú syntetizované MXeny povrchové zakončenia (označené ako Tx).Ide najmä o funkčné skupiny -O, -F a -OH.Povrchová chémia však priamo súvisí so spôsobom syntézy.Je známe, že tieto skupiny sú náhodne rozmiestnené po povrchu, čo sťažuje predpovedanie ich vplyvu na vlastnosti MXene50.Dá sa tvrdiť, že Tx by mohla byť katalytická sila na oxidáciu nióbu svetlom.Povrchové funkčné skupiny skutočne poskytujú viacero kotviacich miest pre ich základné fotokatalyzátory na vytvorenie heteroprechodov51.Zloženie rastového média však neposkytlo účinný fotokatalyzátor (podrobné zloženie média možno nájsť v tabuľke SI S6).Okrem toho je veľmi dôležitá aj akákoľvek povrchová modifikácia, pretože biologická aktivita MXénov môže byť zmenená následným spracovaním vrstiev, oxidáciou, chemickou povrchovou modifikáciou organických a anorganických zlúčenín52,53,54,55,56 alebo povrchovým nábojovým inžinierstvom38.Preto, aby sme otestovali, či oxid niób má niečo spoločné s materiálovou nestabilitou v médiu, vykonali sme štúdie zeta (ζ) potenciálu v rastovom médiu mikrorias a deionizovanej vode (na porovnanie).Naše výsledky ukazujú, že SL Nb-MXény sú pomerne stabilné (pozri SI obr. S6 pre výsledky MAX a ML).Zeta potenciál SL MXenes je asi -10 mV.V prípade SR Nb2CTx je hodnota ζ o niečo negatívnejšia ako hodnota Nb4C3Tx.Takáto zmena hodnoty ζ môže naznačovať, že povrch negatívne nabitých nanovločiek MXene absorbuje kladne nabité ióny z kultivačného média.Zdá sa, že dočasné merania zeta potenciálu a vodivosti Nb-MXénov v kultivačnom médiu (ďalšie podrobnosti nájdete na obrázkoch S7 a S8 v SI) podporujú našu hypotézu.
Obidva Nb-MXene SL však vykazovali minimálne zmeny od nuly.To jasne demonštruje ich stabilitu v rastovom médiu mikrorias.Okrem toho sme hodnotili, či prítomnosť našich zelených mikrorias ovplyvní stabilitu Nb-MXénov v médiu.Výsledky zeta potenciálu a vodivosti MXénov po interakcii s mikroriasami v živných médiách a kultúre v priebehu času možno nájsť v SI (obrázky S9 a S10).Je zaujímavé, že sme si všimli, že prítomnosť mikrorias zrejme stabilizovala disperziu oboch MXenov.V prípade Nb2CTx SL sa zeta potenciál časom dokonca mierne znížil na negatívnejšie hodnoty (-15,8 oproti -19,1 mV po 72 hodinách inkubácie).Zeta potenciál SL Nb4C3TX sa mierne zvýšil, ale po 72 hodinách stále vykazoval vyššiu stabilitu ako nanovločky bez prítomnosti mikrorias (-18,1 vs. -9,1 mV).
Zistili sme tiež nižšiu vodivosť roztokov Nb-MXén inkubovaných v prítomnosti mikrorias, čo naznačuje nižšie množstvo iónov v živnom médiu.Najmä nestabilita MXénov vo vode je spôsobená hlavne povrchovou oxidáciou57.Preto máme podozrenie, že zelené mikroriasy nejakým spôsobom vyčistili oxidy vytvorené na povrchu Nb-MXénu a dokonca zabránili ich výskytu (oxidácii MXénu).To možno vidieť štúdiom typov látok absorbovaných mikroriasami.
Zatiaľ čo naše ekotoxikologické štúdie ukázali, že mikroriasy boli schopné prekonať toxicitu Nb-MXénov v priebehu času a nezvyčajnú inhibíciu stimulovaného rastu, cieľom našej štúdie bolo preskúmať možné mechanizmy účinku.Keď sú organizmy, ako sú riasy, vystavené zlúčeninám alebo materiálom neznámym pre ich ekosystémy, môžu reagovať rôznymi spôsobmi58,59.V neprítomnosti toxických oxidov kovov sa môžu mikroriasy živiť, čo im umožňuje nepretržitý rast60.Po požití toxických látok sa môžu aktivovať obranné mechanizmy, ako je zmena tvaru alebo formy.Musí sa zvážiť aj možnosť absorpcie58,59.Je pozoruhodné, že akýkoľvek znak obranného mechanizmu je jasným indikátorom toxicity testovanej zlúčeniny.Preto sme v našej ďalšej práci skúmali potenciálnu povrchovú interakciu medzi nanovločkami SL Nb-MXén a mikroriasami pomocou SEM a možnú absorpciu MXénu na báze Nb pomocou röntgenovej fluorescenčnej spektroskopie (XRF).Všimnite si, že analýzy SEM a XRF sa uskutočňovali iba pri najvyššej koncentrácii MXene na riešenie problémov toxicity aktivity.
Výsledky SEM sú znázornené na obr.Neošetrené bunky mikrorias (pozri obr. 4a, referenčná vzorka) jasne vykazovali typickú morfológiu R. subcapitata a tvar buniek podobný croissantu.Bunky sa zdajú byť sploštené a trochu dezorganizované.Niektoré bunky mikrorias sa navzájom prekrývali a zapletali, ale to bolo pravdepodobne spôsobené procesom prípravy vzorky.Vo všeobecnosti mali čisté bunky mikrorias hladký povrch a nevykazovali žiadne morfologické zmeny.
SEM snímky ukazujúce povrchovú interakciu medzi zelenými mikroriasami a nanovrstvami MXene po 72 hodinách interakcie pri extrémnej koncentrácii (100 mg L-1).(a) Neošetrené zelené mikroriasy po interakcii s SL (b) Nb2CTx a (c) Nb4C3TX MXenes.Všimnite si, že nanovločky Nb-MXene sú označené červenými šípkami.Pre porovnanie sú pridané aj fotografie z optického mikroskopu.
Naproti tomu bunky mikrorias adsorbované nanovločkami SL Nb-MXene boli poškodené (pozri obr. 4b, c, červené šípky).V prípade Nb2CTx MXene (obr. 4b) majú mikroriasy tendenciu rásť s pripojenými dvojrozmernými nanoškálami, ktoré môžu meniť ich morfológiu.Tieto zmeny sme pozorovali najmä pod svetelnou mikroskopiou (podrobnosti nájdete na obrázku SI S11).Tento morfologický prechod má pravdepodobný základ vo fyziológii mikrorias a ich schopnosti brániť sa zmenou morfológie buniek, ako je zvýšenie objemu buniek61.Preto je dôležité kontrolovať počet buniek mikrorias, ktoré sú skutočne v kontakte s Nb-MXenmi.Štúdie SEM ukázali, že približne 52 % buniek mikrorias bolo vystavených Nb-MXénom, zatiaľ čo 48 % týchto buniek mikrorias sa vyhýbalo kontaktu.Pre SL Nb4C3Tx MXene sa mikroriasy snažia vyhnúť kontaktu s MXene, čím sa lokalizujú a rastú z dvojrozmerných nanoškál (obr. 4c).Prenikanie nanošupienok do buniek mikrorias a ich poškodenie sme však nepozorovali.
Sebakonzervácia je tiež časovo závislá odozva na zablokovanie fotosyntézy v dôsledku adsorpcie častíc na povrchu bunky a takzvaný tieňovací (tieniaci) efekt62.Je jasné, že každý objekt (napríklad nanovločky Nb-MXén), ktorý sa nachádza medzi mikroriasami a zdrojom svetla, obmedzuje množstvo svetla absorbovaného chloroplastmi.Nepochybujeme však o tom, že to má významný vplyv na dosiahnuté výsledky.Ako ukázali naše mikroskopické pozorovania, 2D nanovločky neboli úplne zabalené alebo priľnuté k povrchu mikrorias, aj keď boli bunky mikrorias v kontakte s Nb-MXenes.Namiesto toho sa ukázalo, že nanovločky sú orientované na bunky mikrorias bez toho, aby pokrývali ich povrch.Takáto sada nanovločiek/mikrorias nemôže výrazne obmedziť množstvo svetla absorbovaného bunkami mikrorias.Okrem toho niektoré štúdie dokonca preukázali zlepšenie absorpcie svetla fotosyntetickými organizmami v prítomnosti dvojrozmerných nanomateriálov63, 64, 65, 66.
Pretože obrázky SEM nemohli priamo potvrdiť príjem nióbu bunkami mikrorias, naša ďalšia štúdia sa obrátila na analýzu röntgenovej fluorescencie (XRF) a röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS), aby sa tento problém objasnil.Preto sme porovnali intenzitu vrcholov Nb referenčných vzoriek mikrorias, ktoré neinteragovali s MXen, nanovločiek MXene oddelených od povrchu buniek mikrorias a buniek mikrorias po odstránení pripojených MXenes.Stojí za zmienku, že ak nedochádza k absorpcii Nb, hodnota Nb získaná bunkami mikrorias by mala byť po odstránení pripojených nanošupienok nulová.Preto, ak dôjde k absorpcii Nb, výsledky XRF aj XPS by mali vykazovať jasný vrchol Nb.
V prípade XRF spektier vzorky mikrorias vykazovali vrcholy Nb pre SL Nb2CTx a Nb4C3Tx MXene po interakcii s SL Nb2CTx a Nb4C3Tx MXene (pozri obr. 5a, všimnite si tiež, že výsledky pre MAX a ML MXene sú uvedené v SI, obrázky S12–C17).Je zaujímavé, že intenzita píku Nb je v oboch prípadoch rovnaká (červené stĺpce na obr. 5a).To naznačovalo, že riasy nemohli absorbovať viac Nb a maximálna kapacita pre akumuláciu Nb bola dosiahnutá v bunkách, hoci k bunkám mikrorias bolo pripojených dvakrát viac Nb4C3Tx MXene (modré stĺpce na obr. 5a).Schopnosť mikrorias absorbovať kovy závisí najmä od koncentrácie oxidov kovov v prostredí67,68.Shamshada et al.67 zistili, že absorpčná kapacita sladkovodných rias klesá so zvyšujúcim sa pH.Raize et al.68 poznamenali, že schopnosť morských rias absorbovať kovy bola asi o 25 % vyššia pre Pb2+ ako pre Ni2+.
(a) Výsledky XRF bazálneho vychytávania Nb bunkami zelených mikrorias inkubovaných pri extrémnej koncentrácii SL Nb-MXénov (100 mg L-1) počas 72 hodín.Výsledky ukazujú prítomnosť α v čistých bunkách mikrorias (kontrolná vzorka, sivé stĺpce), 2D nanovločkách izolovaných z buniek povrchových mikrorias (modré stĺpce) a bunkách mikrorias po oddelení 2D nanovločiek od povrchu (červené stĺpce).Množstvo elementárneho Nb, (b) percento chemického zloženia organických zložiek mikrorias (C=O a CHx/C–O) a oxidov Nb prítomných v bunkách mikrorias po inkubácii s SL Nb-MXenes, (c–e) Fitting kompozičného vrcholu spektier XPS SL Nb2CTx a (fh) SLxTx Tx microalgae3 interné bunky SL MXaleneC
Preto sme očakávali, že Nb môže byť absorbovaný bunkami rias vo forme oxidov.Aby sme to otestovali, vykonali sme štúdie XPS na MXenes Nb2CTx a Nb4C3TX a bunkách rias.Výsledky interakcie mikrorias s Nb-MXenmi a MXenmi izolovanými z buniek rias sú znázornené na obr.5b.Ako sa očakávalo, detegovali sme vrcholy Nb 3d vo vzorkách mikrorias po odstránení MXenu z povrchu mikrorias.Kvantitatívne stanovenie oxidov C=O, CHx/CO a Nb bolo vypočítané na základe spektier Nb 3d, O 1s a C1s získaných s Nb2CTx SL (obr. 5c–e) a Nb4C3Tx SL (obr. 5c–e).) získané z inkubovaných mikrorias.Obrázok 5f–h) MXenes.Tabuľka S1-3 ukazuje podrobnosti o parametroch píkov a celkovej chémii vyplývajúcej z prispôsobenia.Je pozoruhodné, že oblasti Nb 3d Nb2CTx SL a Nb4C3Tx SL (obr. 5c, f) zodpovedajú jednej zložke Nb2O5.Tu sme v spektrách nenašli žiadne píky súvisiace s MXene, čo naznačuje, že bunky mikrorias absorbujú iba oxidovú formu Nb.Okrem toho sme aproximovali spektrum C1 s zložkami C–C, CHx/C–O, C=O a –COOH.Píky CHx / C – O a C = O sme priradili organickému príspevku buniek mikrorias.Tieto organické zložky predstavujú 36 % a 41 % vrcholov C1s v Nb2CTx SL a Nb4C3TX SL, v danom poradí.Potom sme upravili spektrá O 1s SL Nb2CTx a SL Nb4C3TX s Nb2O5, organickými zložkami mikrorias (CHx/CO) a povrchovou adsorbovanou vodou.
Nakoniec výsledky XPS jasne naznačili formu Nb, nielen jeho prítomnosť.Podľa polohy signálu Nb 3d a výsledkov dekonvolúcie potvrdzujeme, že Nb sa absorbuje iba vo forme oxidov a nie iónov alebo samotného MXénu.Okrem toho výsledky XPS ukázali, že bunky mikrorias majú väčšiu schopnosť absorbovať oxidy Nb z SL Nb2CTx v porovnaní s SL Nb4C3TX MXene.
Zatiaľ čo naše výsledky absorpcie Nb sú pôsobivé a umožňujú nám identifikovať degradáciu MXene, nie je k dispozícii žiadna metóda na sledovanie súvisiacich morfologických zmien v 2D nanovločkách.Preto sme sa tiež rozhodli vyvinúť vhodnú metódu, ktorá dokáže priamo reagovať na akékoľvek zmeny vyskytujúce sa v 2D Nb-MXene nanovločkách a bunkách mikrorias.Je dôležité poznamenať, že predpokladáme, že ak interagujúce druhy prejdú akoukoľvek transformáciou, rozkladom alebo defragmentáciou, malo by sa to rýchlo prejaviť zmenami tvarových parametrov, ako je priemer ekvivalentnej kruhovej plochy, guľatosť, šírka Feret alebo dĺžka Feret.Keďže tieto parametre sú vhodné na popis predĺžených častíc alebo dvojrozmerných nanovločiek, ich sledovanie dynamickou analýzou tvaru častíc nám poskytne cenné informácie o morfologickej transformácii nanovločiek SL Nb-MXén počas redukcie.
Získané výsledky sú znázornené na obrázku 6. Na porovnanie sme testovali aj pôvodnú fázu MAX a ML-MXenes (pozri SI obrázky S18 a S19).Dynamická analýza tvaru častíc ukázala, že všetky tvarové parametre dvoch Nb-MXene SL sa výrazne zmenili po interakcii s mikroriasami.Ako ukazuje parameter ekvivalentného priemeru kruhovej plochy (obr. 6a, b), znížená maximálna intenzita frakcie veľkých nanovločiek naznačuje, že majú tendenciu rozpadať sa na menšie fragmenty.Na obr.6c, d ukazuje pokles píkov spojených s priečnou veľkosťou vločiek (predĺženie nanovločiek), čo naznačuje transformáciu 2D nanovločiek na tvar podobný časticiam.Obrázok 6e-h znázorňujúci šírku a dĺžku Ferety.Šírka a dĺžka fretiek sú doplnkové parametre, a preto by sa mali posudzovať spoločne.Po inkubácii 2D nanovločiek Nb-MXén v prítomnosti mikrorias sa ich korelačné vrcholy Feret posunuli a ich intenzita sa znížila.Na základe týchto výsledkov v kombinácii s morfológiou, XRF a XPS sme dospeli k záveru, že pozorované zmeny silne súvisia s oxidáciou, pretože oxidované MXény sú viac vráskavé a rozpadajú sa na fragmenty a sférické častice oxidu69,70.
Analýza transformácie MXene po interakcii so zelenými mikroriasami.Dynamická analýza tvaru častíc berie do úvahy také parametre ako (a, b) priemer ekvivalentnej kruhovej plochy, (c, d) kruhovitosť, (e, f) šírka fretky a (g, h) dĺžka fretky.Na tento účel sa analyzovali dve referenčné vzorky mikrorias spolu s primárnymi SL Nb2CTx a SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx a SL Nb4C3Tx MXenes, degradovanými mikroriasami a ošetrenými mikroriasami SL Nb2CTx a SL Nb4C3Tx MXenes.Červené šípky znázorňujú prechody tvarových parametrov študovaných dvojrozmerných nanovločiek.
Keďže analýza tvarových parametrov je veľmi spoľahlivá, dokáže odhaliť aj morfologické zmeny v bunkách mikrorias.Preto sme analyzovali ekvivalentný priemer kruhovej plochy, guľatosť a Feretovu šírku / dĺžku čistých buniek mikrorias a buniek po interakcii s 2D Nb nanovločkami.Na obr.6a–h ukazujú zmeny v parametroch tvaru buniek rias, o čom svedčí zníženie maximálnej intenzity a posun maxím smerom k vyšším hodnotám.Najmä parametre zaoblenia buniek ukázali pokles predĺžených buniek a nárast sférických buniek (obr. 6a, b).Okrem toho sa šírka Feretových buniek zvýšila o niekoľko mikrometrov po interakcii s SL Nb2CTx MXene (obr. 6e) v porovnaní s SL Nb4C3TX MXene (obr. 6f).Máme podozrenie, že to môže byť spôsobené silným vychytávaním oxidov Nb mikroriasami po interakcii s Nb2CTx SR.Menej pevné prichytenie vločiek Nb k ich povrchu môže viesť k rastu buniek s minimálnym efektom tieňovania.
Naše pozorovania zmien parametrov tvaru a veľkosti mikrorias dopĺňajú ďalšie štúdie.Zelené mikroriasy môžu zmeniť svoju morfológiu v reakcii na environmentálny stres zmenou veľkosti buniek, tvaru alebo metabolizmu61.Napríklad zmena veľkosti buniek uľahčuje vstrebávanie živín71.Menšie bunky rias vykazujú nižší príjem živín a zhoršenú rýchlosť rastu.Naopak, väčšie bunky majú tendenciu spotrebovať viac živín, ktoré sa potom ukladajú intracelulárne72,73.Machado a Soares zistili, že fungicíd triclosan môže zväčšiť veľkosť buniek.Zistili tiež hlboké zmeny v tvare rias74.Okrem toho Yin et al.9 tiež odhalili morfologické zmeny v riasach po vystavení redukovaným nanokompozitom oxidu grafénu.Preto je jasné, že zmenené parametre veľkosti/tvaru mikrorias sú spôsobené prítomnosťou MXene.Pretože táto zmena veľkosti a tvaru svedčí o zmenách príjmu živín, veríme, že analýza parametrov veľkosti a tvaru v priebehu času môže preukázať príjem oxidu nióbu mikroriasami v prítomnosti Nb-MXénov.
Okrem toho môžu byť MXény oxidované v prítomnosti rias.Dalai et al.75 pozorovali, že morfológia zelených rias vystavených nano-TiO2 a Al2O376 nebola jednotná.Aj keď sú naše pozorovania podobné tejto štúdii, sú relevantné iba pre štúdium účinkov bioremediácie, pokiaľ ide o produkty degradácie MXene v prítomnosti 2D nanovločiek a nie nanočastíc.Keďže MXény sa môžu degradovať na oxidy kovov, 31, 32, 77, 78 je rozumné predpokladať, že naše nanovločky Nb môžu tiež vytvárať oxidy Nb po interakcii s bunkami mikrorias.
Aby sme vysvetlili redukciu 2D-Nb nanovločiek prostredníctvom mechanizmu rozkladu založeného na oxidačnom procese, uskutočnili sme štúdie s použitím transmisnej elektrónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením (HRTEM) (obr. 7a,b) a röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS) (obr. 7).7c-i a tabuľky S4-5).Oba prístupy sú vhodné na štúdium oxidácie 2D materiálov a navzájom sa dopĺňajú.HRTEM dokáže analyzovať degradáciu dvojrozmerných vrstvených štruktúr a následný výskyt nanočastíc oxidov kovov, zatiaľ čo XPS je citlivý na povrchové väzby.Na tento účel sme testovali 2D Nb-MXén nanovločky extrahované z disperzií buniek mikrorias, teda ich tvar po interakcii s bunkami mikrorias (pozri obr. 7).
HRTEM snímky znázorňujúce morfológiu oxidovaných (a) SL Nb2CTx a (b) SL Nb4C3Tx MXénov, výsledky XPS analýzy ukazujúce (c) zloženie oxidových produktov po redukcii, (d–f) zhodu vrcholov komponentov XPS spektier SL Nb2CTx a (g–i) Nb4C3Tx opravené mikroriasami SL.
Štúdie HRTEM potvrdili oxidáciu dvoch typov nanovločiek Nb-MXén.Aj keď si nanovločky do určitej miery zachovali svoju dvojrozmernú morfológiu, oxidácia viedla k objaveniu sa mnohých nanočastíc pokrývajúcich povrch nanovločiek MXene (pozri obr. 7a,b).XPS analýza signálov cNb 3d a O1s ukázala, že v oboch prípadoch sa vytvorili oxidy Nb.Ako je znázornené na obrázku 7c, 2D MXene Nb2CTx a Nb4C3TX majú signály Nb 3d indikujúce prítomnosť oxidov NbO a Nb2O5, zatiaľ čo signály O 1s označujú počet väzieb O–Nb spojených s funkcionalizáciou povrchu 2D nano vločiek.Všimli sme si, že príspevok oxidu Nb je dominantný v porovnaní s Nb-C a Nb3+-O.
Na obr.Obrázky 7g–i ukazujú XPS spektrá Nb 3d, C1s a O1s SL Nb2CTx (pozri obr. 7d–f) a SL Nb4C3TX MXene izolované z buniek mikrorias.Podrobnosti o vrcholových parametroch Nb-MXenes sú uvedené v tabuľkách S4–5.Najprv sme analyzovali zloženie Nb 3d.Na rozdiel od Nb absorbovaného bunkami mikrorias sa v MXene izolovanom z buniek mikrorias okrem Nb2O5 našli aj iné zložky.V Nb2CTx SL sme zaznamenali príspevok Nb3+-O vo výške 15 %, zatiaľ čo vo zvyšku Nb 3d spektra dominoval Nb2O5 (85 %).Okrem toho vzorka SL Nb4C3TX obsahuje zložky Nb-C (9 %) a Nb2O5 (91 %).Tu Nb-C pochádza z dvoch vnútorných atómových vrstiev karbidu kovu v Nb4C3Tx SR.Potom mapujeme spektrá C1s na štyri rôzne zložky, ako sme to urobili v internalizovaných vzorkách.Ako sa očakávalo, v spektre C1s dominuje grafitický uhlík, po ktorom nasledujú príspevky organických častíc (CHx/CO a C=O) z buniek mikrorias.Okrem toho sme v spektre O 1s pozorovali príspevok organických foriem buniek mikrorias, oxidu nióbu a adsorbovanej vody.
Okrem toho sme skúmali, či je štiepenie Nb-MXenes spojené s prítomnosťou reaktívnych foriem kyslíka (ROS) v živnom médiu a / alebo bunkách mikrorias.Za týmto účelom sme hodnotili hladiny singletového kyslíka (1O2) v kultivačnom médiu a intracelulárneho glutatiónu, tiolu, ktorý pôsobí ako antioxidant v mikroriasach.Výsledky sú uvedené v SI (obrázky S20 a S21).Kultúry s SL Nb2CTx a Nb4C3TX MXenes boli charakterizované zníženým množstvom 102 (pozri obrázok S20).V prípade SL Nb2CTx je MXene 1O2 znížený na približne 83 %.Pre kultúry mikrorias s použitím SL sa Nb4C3TX 1O2 znížil ešte viac, na 73 %.Je zaujímavé, že zmeny v 1O2 vykazovali rovnaký trend ako predtým pozorovaný inhibično-stimulačný účinok (pozri obr. 3).Možno tvrdiť, že inkubácia v jasnom svetle môže zmeniť fotooxidáciu.Výsledky kontrolnej analýzy však ukázali počas experimentu takmer konštantné hladiny 1O2 (obr. S22).V prípade intracelulárnych hladín ROS sme tiež pozorovali rovnaký klesajúci trend (pozri obrázok S21).Spočiatku hladiny ROS v bunkách mikrorias kultivovaných v prítomnosti Nb2CTx a Nb4C3Tx SL prekročili hladiny zistené v čistých kultúrach mikrorias.Nakoniec sa však ukázalo, že mikroriasy sa prispôsobili prítomnosti oboch Nb-MXénov, pretože hladiny ROS klesli na 85 % a 91 % hladín nameraných v čistých kultúrach mikrorias naočkovaných SL Nb2CTx a Nb4C3TX.To môže naznačovať, že mikroriasy sa v priebehu času cítia pohodlnejšie v prítomnosti Nb-MXénu ako v samotnom živnom médiu.
Mikroriasy sú rôznorodou skupinou fotosyntetických organizmov.Počas fotosyntézy premieňajú atmosférický oxid uhličitý (CO2) na organický uhlík.Produktmi fotosyntézy sú glukóza a kyslík79.Máme podozrenie, že takto vytvorený kyslík hrá rozhodujúcu úlohu pri oxidácii Nb-MXénov.Jedným z možných vysvetlení je to, že parameter diferenciálneho prevzdušňovania sa vytvára pri nízkych a vysokých parciálnych tlakoch kyslíka mimo a vo vnútri nanovločiek Nb-MXén.To znamená, že všade tam, kde sú oblasti s rôznymi parciálnymi tlakmi kyslíka, bude oblasť s najnižšou úrovňou tvoriť anódu 80, 81, 82. Tu sa mikroriasy podieľajú na tvorbe rozdielne prevzdušnených buniek na povrchu vločiek MXene, ktoré vďaka svojim fotosyntetickým vlastnostiam produkujú kyslík.V dôsledku toho vznikajú produkty biokorózie (v tomto prípade oxidy nióbu).Ďalším aspektom je, že mikroriasy môžu produkovať organické kyseliny, ktoré sa uvoľňujú do vody83,84.Preto sa vytvára agresívne prostredie, čím sa menia Nb-MXeny.Okrem toho môžu mikroriasy v dôsledku absorpcie oxidu uhličitého zmeniť pH prostredia na zásadité, čo môže spôsobiť aj koróziu79.
Ešte dôležitejšie je, že fotoperióda tma / svetlo použitá v našej štúdii je rozhodujúca pre pochopenie získaných výsledkov.Tento aspekt je podrobne opísaný v Djemai-Zoghlache et al.85 Zámerne použili 12/12 hodinovú fotoperiódu na preukázanie biokorózie spojenej s biologickým znečistením červenou mikroriasou Porphyridium purpureum.Ukazujú, že fotoperióda je spojená s vývojom potenciálu bez biokorózie, ktorá sa prejavuje ako pseudoperiodické oscilácie okolo 24:00.Tieto pozorovania potvrdili Dowling a kol.86 Preukázali fotosyntetické biofilmy cyanobaktérií Anabaena.Rozpustený kyslík vzniká pôsobením svetla, čo je spojené so zmenou alebo kolísaním voľného biokorózneho potenciálu.Význam fotoperiódy je zdôraznený tým, že voľný potenciál pre biokoróziu sa zvyšuje vo svetlej fáze a klesá v tmavej fáze.Je to spôsobené kyslíkom produkovaným fotosyntetickými mikroriasami, ktorý ovplyvňuje katódovú reakciu prostredníctvom parciálneho tlaku generovaného v blízkosti elektród87.
Okrem toho sa uskutočnila infračervená spektroskopia s Fourierovou transformáciou (FTIR), aby sa zistilo, či nastali nejaké zmeny v chemickom zložení buniek mikrorias po interakcii s Nb-MXenes.Tieto získané výsledky sú komplexné a uvádzame ich v SI (obrázky S23-S25 vrátane výsledkov štádia MAX a ML MXenes).Stručne povedané, získané referenčné spektrá mikrorias nám poskytujú dôležité informácie o chemických vlastnostiach týchto organizmov.Tieto najpravdepodobnejšie vibrácie sa nachádzajú pri frekvenciách 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.jeden.1 1 (C-H) a 3280 cm-1 (O-H).Pre SL Nb-MXenes sme našli podpis naťahovania CH-väzby, ktorý je v súlade s našou predchádzajúcou štúdiou38.Pozorovali sme však, že niektoré ďalšie píky spojené s väzbami C=C a CH zmizli.To naznačuje, že chemické zloženie mikrorias môže podstúpiť menšie zmeny v dôsledku interakcie s SL Nb-MXenes.
Pri zvažovaní možných zmien v biochémii mikrorias je potrebné prehodnotiť akumuláciu anorganických oxidov, ako je oxid nióbový59.Podieľa sa na vychytávaní kovov povrchom bunky, ich transporte do cytoplazmy, ich asociácii s intracelulárnymi karboxylovými skupinami a ich akumulácii v polyfosfozómoch mikrorias20,88,89,90.Okrem toho je vzťah medzi mikroriasami a kovmi udržiavaný funkčnými skupinami buniek.Z tohto dôvodu absorpcia závisí aj od povrchovej chémie mikrorias, ktorá je pomerne zložitá9,91.Vo všeobecnosti sa podľa očakávania mierne zmenilo chemické zloženie zelených mikrorias v dôsledku absorpcie oxidu Nb.
Je zaujímavé, že pozorovaná počiatočná inhibícia mikrorias bola v priebehu času reverzibilná.Ako sme pozorovali, mikroriasy prekonali počiatočnú zmenu prostredia a nakoniec sa vrátili k normálnej rýchlosti rastu a dokonca sa zvýšili.Štúdie zeta potenciálu vykazujú vysokú stabilitu pri zavedení do živných médií.Povrchová interakcia medzi bunkami mikrorias a nanovločkami Nb-MXene sa teda udržala počas redukčných experimentov.V našej ďalšej analýze sumarizujeme hlavné mechanizmy pôsobenia, ktoré sú základom tohto pozoruhodného správania mikrorias.
Pozorovania SEM ukázali, že mikroriasy majú tendenciu sa pripájať k Nb-MXénom.Pomocou dynamickej analýzy obrazu potvrdzujeme, že tento efekt vedie k transformácii dvojrozmerných nanovločiek Nb-MXén na sférickejšie častice, čím demonštrujeme, že rozklad nanovločiek je spojený s ich oxidáciou.Na overenie našej hypotézy sme vykonali sériu materiálových a biochemických štúdií.Po testovaní nanovločky postupne oxidovali a rozložili sa na produkty NbO a Nb2O5, ktoré nepredstavovali hrozbu pre zelené mikroriasy.Pomocou pozorovania FTIR sme nezistili žiadne významné zmeny v chemickom zložení mikrorias inkubovaných v prítomnosti 2D nanovločiek Nb-MXén.S prihliadnutím na možnosť absorpcie oxidu nióbu mikroriasami sme vykonali röntgenovú fluorescenčnú analýzu.Tieto výsledky jasne ukazujú, že študované mikroriasy sa živia oxidmi nióbu (NbO a Nb2O5), ktoré sú pre študované mikroriasy netoxické.