Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Uporabljate različico brskalnika z omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo uporabo posodobljenega brskalnika (ali onemogočanje načina združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Prikaže vrtiljak treh diapozitivov hkrati. Za premikanje med tremi diapozitivi hkrati uporabite gumba Prejšnji in Naslednji ali pa drsnike na koncu za premikanje med tremi diapozitivi hkrati.
Hiter razvoj nanotehnologije in njena integracija v vsakdanje aplikacije lahko ogrozi okolje. Medtem ko so zelene metode za razgradnjo organskih onesnaževalcev dobro uveljavljene, je pridobivanje anorganskih kristalnih onesnaževalcev zelo zaskrbljujoče zaradi njihove nizke občutljivosti na biotransformacijo in pomanjkanja razumevanja interakcij med površino materiala in biološkimi onesnaževalci. Tukaj uporabljamo anorganski 2D model MXenov na osnovi Nb v kombinaciji s preprosto metodo analize parametrov oblike, da bi sledili mehanizmu bioremediacije 2D keramičnih nanomaterialov s strani zelenih mikroalg Raphidocelis subcapitata. Ugotovili smo, da mikroalge razgrajujejo MXene na osnovi Nb zaradi fizikalno-kemijskih interakcij, povezanih s površino. Sprva so bili na površino mikroalg pritrjeni enoslojni in večslojni nanokosmiči MXene, kar je nekoliko zmanjšalo rast alg. Vendar pa so mikroalge po dolgotrajni interakciji s površino oksidirale nanokosmiče MXene in jih nadalje razgradile na NbO in Nb2O5. Ker ti oksidi niso strupeni za celice mikroalg, porabljajo nanodelce Nb oksida z absorpcijskim mehanizmom, ki po 72 urah čiščenja vode mikroalge dodatno obnovi. Učinki hranil, povezanih z absorpcijo, se odražajo tudi v povečanju volumna celic, njihovi gladki obliki in spremembi hitrosti rasti. Na podlagi teh ugotovitev sklepamo, da lahko kratkotrajna in dolgoročna prisotnost MXenov na osnovi Nb v sladkovodnih ekosistemih povzroči le manjše vplive na okolje. Omeniti velja, da z uporabo dvodimenzionalnih nanomaterialov kot modelnih sistemov dokazujemo možnost sledenja transformaciji oblike tudi v drobnozrnatih materialih. Na splošno ta študija odgovarja na pomembno temeljno vprašanje o procesih, povezanih s površinsko interakcijo, ki poganjajo mehanizem bioremediacije 2D nanomaterialov, in zagotavlja osnovo za nadaljnje kratkoročne in dolgoročne študije vpliva anorganskih kristalnih nanomaterialov na okolje.
Nanomateriali so od svojega odkritja vzbudili veliko zanimanja, različne nanotehnologije pa so pred kratkim vstopile v fazo modernizacije1. Žal lahko vključevanje nanomaterialov v vsakodnevno uporabo povzroči nenamerne izpuste zaradi nepravilnega odstranjevanja, malomarnega ravnanja ali neustrezne varnostne infrastrukture. Zato je smiselno domnevati, da se nanomateriali, vključno z dvodimenzionalnimi (2D) nanomateriali, lahko sprostijo v naravno okolje, katerega vedenje in biološka aktivnost še nista v celoti razumljena. Zato ni presenetljivo, da so se pomisleki glede ekotoksičnosti osredotočili na sposobnost 2D nanomaterialov, da se izlužijo v vodne sisteme2,3,4,5,6. V teh ekosistemih lahko nekateri 2D nanomateriali interagirajo z različnimi organizmi na različnih trofičnih ravneh, vključno z mikroalgami.
Mikroalge so primitivni organizmi, ki jih naravno najdemo v sladkovodnih in morskih ekosistemih in s fotosintezo proizvajajo različne kemične produkte7. Kot take so ključne za vodne ekosisteme8,9,10,11,12, hkrati pa so občutljivi, poceni in široko uporabljeni indikatorji ekotoksičnosti13,14. Ker se celice mikroalg hitro množijo in hitro odzivajo na prisotnost različnih spojin, so obetavne za razvoj okolju prijaznih metod za čiščenje vode, onesnažene z organskimi snovmi15,16.
Celice alg lahko iz vode odstranijo anorganske ione z biosorpcijo in akumulacijo17,18. Nekatere vrste alg, kot so Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue in Synechococcus sp., prenašajo in celo hranijo strupene kovinske ione, kot so Fe2+, Cu2+, Zn2+ in Mn2+19. Druge študije so pokazale, da ioni Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ali Pb2+ omejujejo rast alge *Scenedesmus* s spreminjanjem morfologije celic in uničevanjem njihovih kloroplastov20,21.
Zelene metode za razgradnjo organskih onesnaževal in odstranjevanje ionov težkih kovin so pritegnile pozornost znanstvenikov in inženirjev po vsem svetu. To je predvsem posledica dejstva, da se ti onesnaževalci zlahka predelujejo v tekoči fazi. Vendar pa so anorganska kristalna onesnaževala značilna po nizki topnosti v vodi in nizki dovzetnosti za različne biotransformacije, kar povzroča velike težave pri sanaciji, in na tem področju je bil dosežen le majhen napredek22,23,24,25,26. Zato iskanje okolju prijaznih rešitev za popravilo nanomaterialov ostaja kompleksno in neraziskano področje. Zaradi visoke stopnje negotovosti glede učinkov biotransformacije 2D nanomaterialov ni preprostega načina za ugotavljanje možnih poti njihove razgradnje med redukcijo.
V tej študiji smo uporabili zelene mikroalge kot aktivno vodno bioremediacijsko sredstvo za anorganske keramične materiale, skupaj z in situ spremljanjem procesa razgradnje MXena kot predstavnika anorganskih keramičnih materialov. Izraz »MXen« odraža stehiometrijo materiala Mn+1XnTx, kjer je M zgodnja prehodna kovina, X je ogljik in/ali dušik, Tx je površinski terminator (npr. -OH, -F, -Cl) in n = 1, 2, 3 ali 427,28. Od odkritja MXenov s strani Naguiba in sodelavcev. Senzorika, terapija raka in membranska filtracija 27,29,30. Poleg tega lahko MXene zaradi njihove odlične koloidne stabilnosti in možnih bioloških interakcij štejemo za modelne 2D sisteme 31,32,33,34,35,36.
Zato sta metodologija, razvita v tem članku, in naše raziskovalne hipoteze prikazani na sliki 1. V skladu s to hipotezo mikroalge razgrajujejo MXene na osnovi Nb v nestrupene spojine zaradi površinsko povezanih fizikalno-kemijskih interakcij, kar omogoča nadaljnjo regeneracijo alg. Za preizkus te hipoteze sta bila izbrana dva člana družine zgodnjih niobijevih prehodnih kovinskih karbidov in/ali nitridov (MXenov), in sicer Nb2CTx in Nb4C3TX.
Metodologija raziskovanja in hipoteze, ki temeljijo na dokazih, za pridobivanje MXene z zelenimi mikroalgami Raphidocelis subcapitata. Upoštevajte, da je to le shematski prikaz predpostavk, ki temeljijo na dokazih. Jezersko okolje se razlikuje po uporabljenem hranilnem mediju in pogojih (npr. dnevni cikel in omejitve razpoložljivih esencialnih hranil). Ustvarjeno z BioRender.com.
Zato smo z uporabo MXene kot modelnega sistema odprli vrata za preučevanje različnih bioloških učinkov, ki jih ni mogoče opaziti pri drugih konvencionalnih nanomaterialih. Predvsem dokazujemo možnost bioremediacije dvodimenzionalnih nanomaterialov, kot so MXeni na osnovi niobija, z mikroalgami Raphidocelis subcapitata. Mikroalge so sposobne razgraditi Nb-MXene v netoksične okside NbO in Nb2O5, ki prav tako zagotavljata hranila prek mehanizma privzema niobija. Na splošno ta študija odgovarja na pomembno temeljno vprašanje o procesih, povezanih s površinskimi fizikalno-kemijskimi interakcijami, ki urejajo mehanizme bioremediacije dvodimenzionalnih nanomaterialov. Poleg tega razvijamo preprosto metodo, ki temelji na parametrih oblike, za sledenje subtilnim spremembam oblike 2D nanomaterialov. To navdihuje nadaljnje kratkoročne in dolgoročne raziskave različnih vplivov anorganskih kristalnih nanomaterialov na okolje. Tako naša študija povečuje razumevanje interakcije med površino materiala in biološkim materialom. Prav tako zagotavljamo osnovo za razširjene kratkoročne in dolgoročne študije njihovih morebitnih vplivov na sladkovodne ekosisteme, ki jih je zdaj mogoče enostavno preveriti.
MXeni predstavljajo zanimiv razred materialov z edinstvenimi in privlačnimi fizikalnimi in kemičnimi lastnostmi ter zato številnimi potencialnimi aplikacijami. Te lastnosti so v veliki meri odvisne od njihove stehiometrije in površinske kemije. Zato smo v naši študiji raziskali dve vrsti hierarhičnih enoslojnih (SL) MXenov na osnovi Nb, Nb2CTx in Nb4C3TX, saj je bilo mogoče opaziti različne biološke učinke teh nanomaterialov. MXeni se proizvajajo iz njihovih začetnih materialov z od zgoraj navzdol selektivnim jedkanjem atomsko tankih plasti A-faze MAX. Faza MAX je ternarna keramika, sestavljena iz "vezanih" blokov karbidov prehodnih kovin in tankih plasti elementov "A", kot so Al, Si in Sn, s stehiometrijo MnAXn-1. Morfologijo začetne faze MAX smo opazovali z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM) in smo jo lahko ujemali s prejšnjimi študijami (glej dodatne informacije, SI, slika S1). Večslojni (ML) Nb-MXen smo dobili po odstranitvi plasti Al s 48 % HF (fluorovodikova kislina). Morfologijo ML-Nb2CTx in ML-Nb4C3TX smo pregledali z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM) (sliki S1c in S1d) in opazili tipično plastovito morfologijo MXena, podobno dvodimenzionalnim nanokosmičem, ki prehajajo skozi podolgovate reže, podobne poram. Oba Nb-MXena imata veliko skupnega s fazami MXena, ki so bile predhodno sintetizirane s kislinskim jedkanjem27,38. Po potrditvi strukture MXena smo ga nanesli na plasti z interkalacijo tetrabutilamonijevega hidroksida (TBAOH), ki mu je sledilo pranje in sonikacija, nakar smo dobili enoslojne ali nizkoslojne (SL) 2D Nb-MXene nanokosmiče.
Za testiranje učinkovitosti jedkanja in nadaljnjega luščenja smo uporabili visokoločljivostno transmisijsko elektronsko mikroskopijo (HRTEM) in rentgensko difrakcijo (XRD). Rezultati HRTEM, obdelani z inverzno hitro Fourierovo transformacijo (IFFT) in hitro Fourierovo transformacijo (FFT), so prikazani na sliki 2. Nanokosmiči Nb-MXene so bili orientirani z robom navzgor, da bi preverili strukturo atomske plasti in izmerili medravninske razdalje. HRTEM slike nanokosmičev MXene Nb2CTx in Nb4C3TX so pokazale njihovo atomsko tanko plastovito naravo (glej sliko 2a1, a2), kot sta že poročala Naguib et al.27 in Jastrzębska et al.38. Za dva sosednja monosloja Nb2CTx in Nb4C3Tx smo določili medplastne razdalje 0,74 oziroma 1,54 nm (sliki 2b1, b2), kar se ujema tudi z našimi prejšnjimi rezultati38. To je bilo dodatno potrjeno z inverzno hitro Fourierovo transformacijo (slika 2c1, c2) in hitro Fourierovo transformacijo (slika 2d1, d2), ki prikazujeta razdaljo med monoslojema Nb2CTx in Nb4C3Tx. Slika prikazuje izmenjavanje svetlih in temnih pasov, ki ustrezajo atomoma niobija in ogljika, kar potrjuje plastovito naravo preučevanih MXenov. Pomembno je omeniti, da spektri energijsko disperzijske rentgenske spektroskopije (EDX), dobljeni za Nb2CTx in Nb4C3Tx (sliki S2a in S2b), niso pokazali ostankov prvotne faze MAX, saj ni bil zaznan noben vrh Al.
Karakterizacija nanokosmičev SL Nb2CTx in Nb4C3Tx MXene, vključno z (a) stranskim 2D slikanjem nanokosmičev z visokoločljivostno elektronsko mikroskopijo (HRTEM) in ustreznim, (b) načinom intenzivnosti, (c) inverzno hitro Fourierjevo transformacijo (IFFT), (d) hitro Fourierjevo transformacijo (FFT), (e) rentgenskimi vzorci Nb-MXene. Za SL 2D Nb2CTx so števila izražena kot (a1, b1, c1, d1, e1). Za SL 2D Nb4C3Tx so števila izražena kot (a2, b2, c2, d2, e1).
Meritve rentgenske difrakcije SL Nb2CTx in Nb4C3Tx MXenov so prikazane na slikah 2e1 oziroma e2. Vrhovi (002) pri 4,31 in 4,32 ustrezajo prej opisanim plastovitim MXenom Nb2CTx oziroma Nb4C3TX38,39,40,41. Rezultati XRD kažejo tudi na prisotnost nekaterih preostalih ML struktur in MAX faz, večinoma pa na rentgenske difrakcijske vzorce, povezane s SL Nb4C3Tx (slika 2e2). Prisotnost manjših delcev MAX faze lahko pojasni močnejši vrh MAX v primerjavi z naključno zloženimi plastmi Nb4C3Tx.
Nadaljnje raziskave so se osredotočile na zelene mikroalge, ki pripadajo vrsti R. subcapitata. Mikroalge smo izbrali, ker so pomembni proizvajalci, vključeni v glavne prehranjevalne verige42. So tudi eden najboljših indikatorjev toksičnosti zaradi sposobnosti odstranjevanja strupenih snovi, ki se prenašajo na višje ravni prehranjevalne verige43. Poleg tega bi lahko raziskave R. subcapitata osvetlile naključno toksičnost SL Nb-MXenov za običajne sladkovodne mikroorganizme. Da bi to ponazorili, so raziskovalci postavili hipotezo, da ima vsak mikrob drugačno občutljivost na strupene spojine, prisotne v okolju. Za večino organizmov nizke koncentracije snovi ne vplivajo na njihovo rast, medtem ko jih koncentracije nad določeno mejo lahko zavirajo ali celo povzročijo smrt. Zato smo se za naše študije površinske interakcije med mikroalgami in MXeni ter s tem povezanega obnavljanja odločili, da preizkusimo neškodljive in strupene koncentracije Nb-MXenov. V ta namen smo testirali koncentracije 0 (kot referenca), 0,01, 0,1 in 10 mg l-1 MXene ter dodatno okužili mikroalge z zelo visokimi koncentracijami MXene (100 mg l-1 MXene), ki so lahko ekstremne in smrtonosne za katero koli biološko okolje.
Učinki SL Nb-MXenes na mikroalge so prikazani na sliki 3, izraženi kot odstotek spodbujanja rasti (+) ali zaviranja (-), izmerjen za vzorce 0 mg l-1. Za primerjavo sta bili testirani tudi faza Nb-MAX in ML Nb-MXenes, rezultati pa so prikazani v SI (glej sliko S3). Pridobljeni rezultati so potrdili, da je SL Nb-MXenes skoraj popolnoma brez toksičnosti v območju nizkih koncentracij od 0,01 do 10 mg/l, kot je prikazano na sliki 3a,b. V primeru Nb2CTx smo v določenem območju opazili največ 5 % ekotoksičnosti.
Stimulacija (+) ali inhibicija (-) rasti mikroalg v prisotnosti SL (a) Nb2CTx in (b) Nb4C3TX MXene. Analizirali smo 24, 48 in 72 ur interakcije MXene-mikroalge. Pomembni podatki (t-test, p < 0,05) so bili označeni z zvezdico (*). Pomembni podatki (t-test, p < 0,05) so bili označeni z zvezdico (*). Značilni podatki (t-kriterij, p < 0,05) označeni z zvezdico (*). Pomembni podatki (t-test, p < 0,05) so označeni z zvezdico (*).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。 Važni podatki (t-test, p < 0,05) označenы z zvezdico (*). Pomembni podatki (t-test, p < 0,05) so označeni z zvezdico (*).Rdeče puščice označujejo odpravo inhibitorne stimulacije.
Po drugi strani pa so se nizke koncentracije Nb4C3TX izkazale za nekoliko bolj toksične, vendar ne višje od 7 %. Kot smo pričakovali, smo opazili, da imajo MXene večjo toksičnost in zaviranje rasti mikroalg pri 100 mg L-1. Zanimivo je, da noben od materialov ni pokazal enakega trenda in časovne odvisnosti atoksičnih/toksičnih učinkov v primerjavi z vzorci MAX ali ML (za podrobnosti glejte SI). Medtem ko je toksičnost za fazo MAX (glej sliko S3) dosegla približno 15–25 % in se sčasoma povečevala, je bil pri SL Nb2CTx in Nb4C3TX MXene opažen obraten trend. Zaviranje rasti mikroalg se je sčasoma zmanjševalo. Po 24 urah je doseglo približno 17 % in po 72 urah padlo na manj kot 5 % (slika 3a oziroma b).
Še pomembneje je, da je pri SL Nb4C3TX inhibicija rasti mikroalg po 24 urah dosegla približno 27 %, po 72 urah pa se je zmanjšala na približno 1 %. Zato smo opaženi učinek označili kot inverzno inhibicijo stimulacije, učinek pa je bil močnejši pri SL Nb4C3TX MXene. Stimulacijo rasti mikroalg smo prej opazili pri Nb4C3TX (interakcija pri 10 mg L-1 24 ur) v primerjavi s SL Nb2CTx MXene. Učinek obrata inhibicije in stimulacije je bil dobro prikazan tudi na krivulji hitrosti podvojitve biomase (za podrobnosti glejte sliko S4). Do sedaj je bila na različne načine proučevana le ekotoksičnost Ti3C2TX MXene. Ni strupen za zarodke cebric44, je pa zmerno ekotoksičen za rastline mikroalg Desmodesmus quadricauda in Sorghum saccharatum45. Drugi primeri specifičnih učinkov vključujejo večjo toksičnost za rakave celične linije kot za normalne celične linije46,47. Lahko bi domnevali, da bodo testni pogoji vplivali na spremembe v rasti mikroalg, opažene v prisotnosti Nb-MXenov. Na primer, pH približno 8 v stromi kloroplasta je optimalen za učinkovito delovanje encima RuBisCO. Zato spremembe pH negativno vplivajo na hitrost fotosinteze48,49. Vendar med poskusom nismo opazili pomembnih sprememb pH (za podrobnosti glejte SI, slika S5). Na splošno so kulture mikroalg z Nb-MXeni sčasoma nekoliko znižale pH raztopine. Vendar je bilo to znižanje podobno spremembi pH čistega medija. Poleg tega je bil razpon ugotovljenih variacij podoben tistemu, izmerjenemu za čisto kulturo mikroalg (kontrolni vzorec). Zato sklepamo, da na fotosintezo ne vplivajo spremembe pH skozi čas.
Poleg tega imajo sintetizirani MXeni površinske konce (označene kot Tx). To so predvsem funkcionalne skupine -O, -F in -OH. Vendar pa je površinska kemija neposredno povezana z metodo sinteze. Znano je, da so te skupine naključno porazdeljene po površini, zaradi česar je težko napovedati njihov vpliv na lastnosti MXena50. Lahko bi trdili, da bi Tx lahko bil katalitična sila za oksidacijo niobija s svetlobo. Površinske funkcionalne skupine dejansko zagotavljajo več sidrnih mest za svoje osnovne fotokatalizatorje, da tvorijo heterospoje51. Vendar sestava rastnega medija ni zagotovila učinkovitega fotokatalizatorja (podrobno sestavo medija najdete v tabeli SI S6). Poleg tega je zelo pomembna tudi vsaka modifikacija površine, saj se lahko biološka aktivnost MXenov spremeni zaradi naknadne obdelave plasti, oksidacije, kemične modifikacije površine organskih in anorganskih spojin52,53,54,55,56 ali inženiringa površinskega naboja38. Da bi preverili, ali ima niobijev oksid kakršno koli zvezo z nestabilnostjo materiala v gojišču, smo izvedli študije zeta (ζ) potenciala v rastnem mediju mikroalg in deionizirani vodi (za primerjavo). Naši rezultati kažejo, da so SL Nb-MXeni dokaj stabilni (glejte sliko S6 v dodatnem besedilu za rezultate MAX in ML). Zeta potencial SL MXenov je približno -10 mV. V primeru SR Nb2CTx je vrednost ζ nekoliko bolj negativna kot pri Nb4C3Tx. Takšna sprememba vrednosti ζ lahko kaže, da površina negativno nabitih nanokosmičev MXena absorbira pozitivno nabite ione iz gojišča. Časovne meritve zeta potenciala in prevodnosti Nb-MXenov v gojišču (za več podrobnosti glejte sliki S7 in S8 v dodatnem besedilu) očitno podpirajo našo hipotezo.
Vendar sta oba Nb-MXene SL pokazala minimalne spremembe od nič. To jasno kaže na njuno stabilnost v gojišču za rast mikroalg. Poleg tega smo ocenili, ali bi prisotnost naših zelenih mikroalg vplivala na stabilnost Nb-MXenov v gojišču. Rezultate zeta potenciala in prevodnosti MXenov po interakciji z mikroalgami v hranilnih medijih in kulturi skozi čas najdete v SI (sliki S9 in S10). Zanimivo je, da smo opazili, da je prisotnost mikroalg očitno stabilizirala disperzijo obeh MXenov. V primeru Nb2CTx SL se je zeta potencial sčasoma celo nekoliko zmanjšal na bolj negativne vrednosti (-15,8 v primerjavi z -19,1 mV po 72 urah inkubacije). Zeta potencial SL Nb4C3TX se je nekoliko povečal, vendar je po 72 urah še vedno pokazal večjo stabilnost kot nanokosmiči brez prisotnosti mikroalg (-18,1 v primerjavi z -9,1 mV).
Ugotovili smo tudi nižjo prevodnost raztopin Nb-MXene, inkubiranih v prisotnosti mikroalg, kar kaže na manjšo količino ionov v hranilnem mediju. Omeniti velja, da je nestabilnost MXenov v vodi predvsem posledica površinske oksidacije57. Zato sumimo, da so zelene mikroalge nekako odstranile okside, ki so nastali na površini Nb-MXene, in celo preprečile njihov pojav (oksidacijo MXene). To je mogoče videti s preučevanjem vrst snovi, ki jih absorbirajo mikroalge.
Čeprav so naše ekotoksikološke študije pokazale, da so mikroalge sčasoma sposobne premagati toksičnost Nb-MXenov in nenavadno zaviranje stimulirane rasti, je bil cilj naše študije raziskati možne mehanizme delovanja. Ko so organizmi, kot so alge, izpostavljeni spojinam ali materialom, ki jih njihovi ekosistemi ne poznajo, se lahko odzovejo na različne načine58,59. V odsotnosti strupenih kovinskih oksidov se mikroalge lahko same hranijo, kar jim omogoča neprekinjeno rast60. Po zaužitju strupenih snovi se lahko aktivirajo obrambni mehanizmi, kot je spreminjanje oblike. Upoštevati je treba tudi možnost absorpcije58,59. Omeniti velja, da je vsak znak obrambnega mehanizma jasen pokazatelj toksičnosti testne spojine. Zato smo v našem nadaljnjem delu raziskali potencialno površinsko interakcijo med nanokosmiči SL Nb-MXena in mikroalgami s SEM ter možno absorpcijo MXena na osnovi Nb z rentgensko fluorescenčno spektroskopijo (XRF). Upoštevajte, da so bile analize SEM in XRF izvedene le pri najvišji koncentraciji MXena, da bi obravnavali vprašanja toksičnosti aktivnosti.
Rezultati SEM so prikazani na sliki 4. Neobdelane celice mikroalg (glej sliko 4a, referenčni vzorec) so jasno kazale tipično morfologijo R. subcapitata in obliko celic, podobno rogljičku. Celice so videti sploščene in nekoliko neorganizirane. Nekatere celice mikroalg so se prekrivale in prepletale med seboj, vendar je to verjetno posledica postopka priprave vzorca. Na splošno so imele čiste celice mikroalg gladko površino in niso kazale nobenih morfoloških sprememb.
SEM slike, ki prikazujejo površinsko interakcijo med zelenimi mikroalgami in nanolisti MXene po 72 urah interakcije pri ekstremni koncentraciji (100 mg L-1). (a) Neobdelane zelene mikroalge po interakciji s SL (b) Nb2CTx in (c) Nb4C3TX MXene. Upoštevajte, da so nanokosmiči Nb-MXene označeni z rdečimi puščicami. Za primerjavo so dodane tudi fotografije iz optičnega mikroskopa.
V nasprotju s tem so bile celice mikroalg, adsorbirane z nanokosmiči SL Nb-MXene, poškodovane (glej sliko 4b, c, rdeče puščice). V primeru Nb2CTx MXene (slika 4b) mikroalge rastejo s pritrjenimi dvodimenzionalnimi nanosklicami, kar lahko spremeni njihovo morfologijo. Omeniti velja, da smo te spremembe opazovali tudi pod svetlobno mikroskopijo (za podrobnosti glej sliko SI S11). Ta morfološki prehod ima verjetno podlago v fiziologiji mikroalg in njihovi sposobnosti, da se branijo s spreminjanjem celične morfologije, kot je povečanje celičnega volumna61. Zato je pomembno preveriti število celic mikroalg, ki so dejansko v stiku z Nb-MXeni. Študije SEM so pokazale, da je bilo približno 52 % celic mikroalg izpostavljenih Nb-MXenom, medtem ko se je 48 % teh celic mikroalg stiku izognilo. Pri SL Nb4C3Tx MXene se mikroalge poskušajo izogniti stiku z MXenom, s čimer se lokalizirajo in rastejo iz dvodimenzionalnih nanosklic (slika 4c). Vendar nismo opazili prodiranja nanodelcev v celice mikroalg in njihove poškodbe.
Samoohranitev je tudi časovno odvisen odziv na blokado fotosinteze zaradi adsorpcije delcev na površini celic in tako imenovanega učinka senčenja (senčenja)62. Jasno je, da vsak predmet (na primer nanokosmiči Nb-MXene), ki se nahaja med mikroalgami in virom svetlobe, omejuje količino svetlobe, ki jo absorbirajo kloroplasti. Vendar ne dvomimo, da ima to pomemben vpliv na pridobljene rezultate. Kot so pokazala naša mikroskopska opazovanja, dvodimenzionalni nanokosmiči niso bili popolnoma oviti ali prilepljeni na površino mikroalg, niti ko so bile celice mikroalg v stiku z Nb-MXeni. Namesto tega so se nanokosmiči izkazali za usmerjene proti celicam mikroalg, ne da bi prekrivali njihovo površino. Takšen niz nanokosmičev/mikroalg ne more bistveno omejiti količine svetlobe, ki jo absorbirajo celice mikroalg. Poleg tega so nekatere študije celo pokazale izboljšanje absorpcije svetlobe s strani fotosintetskih organizmov v prisotnosti dvodimenzionalnih nanomaterialov63,64,65,66.
Ker SEM slike niso mogle neposredno potrditi privzema niobija s strani celic mikroalg, smo se v naši nadaljnji študiji osredotočili na analizo z rentgensko fluorescenco (XRF) in rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS), da bi razjasnili to vprašanje. Zato smo primerjali intenzivnost vrhov Nb referenčnih vzorcev mikroalg, ki niso interagirali z MXeni, nanokosmiči MXena, ki so se odlepili od površine celic mikroalg, in celicami mikroalg po odstranitvi pritrjenih MXenov. Omeniti velja, da če ni privzema Nb, mora biti vrednost Nb, ki jo dobijo celice mikroalg, po odstranitvi pritrjenih nanodelcev nič. Če torej pride do privzema Nb, bi morali tako rezultati XRF kot XPS pokazati jasen vrh Nb.
V primeru XRF spektrov so vzorci mikroalg pokazali vrhove Nb za SL Nb2CTx in Nb4C3Tx MXene po interakciji s SL Nb2CTx in Nb4C3Tx MXene (glej sliko 5a, upoštevajte tudi, da so rezultati za MAX in ML MXene prikazani v SI, slike S12–C17). Zanimivo je, da je intenzivnost vrha Nb v obeh primerih enaka (rdeči stolpci na sliki 5a). To je kazalo, da alge niso mogle absorbirati več Nb in da je bila v celicah dosežena največja zmogljivost kopičenja Nb, čeprav je bilo na celice mikroalg vezanih dvakrat več Nb4C3Tx MXene (modri stolpci na sliki 5a). Omeniti velja, da je sposobnost mikroalg za absorpcijo kovin odvisna od koncentracije kovinskih oksidov v okolju67,68. Shamshada in sod.67 so ugotovili, da se absorpcijska zmogljivost sladkovodnih alg zmanjšuje z naraščajočim pH. Raize in sod.68 so ugotovili, da je sposobnost morskih alg za absorpcijo kovin približno 25 % večja za Pb2+ kot za Ni2+.
(a) Rezultati XRF bazalnega privzema Nb s strani zelenih celic mikroalg, inkubiranih pri ekstremni koncentraciji SL Nb-MXenov (100 mg L-1) 72 ur. Rezultati kažejo prisotnost α v čistih celicah mikroalg (kontrolni vzorec, sivi stolpci), 2D nanokosmičih, izoliranih iz površinskih celic mikroalg (modri stolpci), in celicah mikroalg po ločitvi 2D nanokosmičev s površine (rdeči stolpci). Količina elementarnega Nb, (b) odstotek kemične sestave organskih komponent mikroalg (C=O in CHx/C–O) in Nb oksidov, prisotnih v celicah mikroalg po inkubaciji s SL Nb-MXeni, (c–e) Prilagajanje kompozicijskega vrha XPS SL Nb2CTx spektrov in (fh) SL Nb4C3Tx MXena, internaliziranega s celicami mikroalg.
Zato smo pričakovali, da lahko algine celice absorbirajo Nb v obliki oksidov. Da bi to preverili, smo izvedli XPS študije na MXenih Nb2CTx in Nb4C3TX ter algah. Rezultati interakcije mikroalg z Nb-MXeni in MXeni, izoliranimi iz alganih celic, so prikazani na sliki 5b. Kot smo pričakovali, smo po odstranitvi MXena s površine mikroalg v vzorcih mikroalg zaznali vrhove Nb 3d. Kvantitativna določitev oksidov C=O, CHx/CO in Nb je bila izračunana na podlagi spektrov Nb 3d, O 1s in C 1s, pridobljenih z Nb2CTx SL (slika 5c–e) in Nb4C3Tx SL (slika 5c–e). ), pridobljenih iz inkubiranih mikroalg. Slika 5f–h) MXeni. Tabela S1-3 prikazuje podrobnosti parametrov vrhov in splošno kemijo, ki izhajajo iz prilagajanja. Omeniti velja, da 3d območja Nb v Nb2CTx SL in Nb4C3Tx SL (slika 5c, f) ustrezajo eni komponenti Nb2O5. Tukaj v spektrih nismo našli vrhov, povezanih z MXene, kar kaže na to, da celice mikroalg absorbirajo samo oksidno obliko Nb. Poleg tega smo spekter C1s aproksimirali s komponentami C–C, CHx/C–O, C=O in –COOH. Vrhove CHx/C–O in C=O smo pripisali organskemu prispevku celic mikroalg. Te organske komponente predstavljajo 36 % oziroma 41 % vrhov C1s v Nb2CTx SL in Nb4C3TX SL. Nato smo spektre O1s v SL Nb2CTx in SL Nb4C3TX prilagodili Nb2O5, organskim komponentam mikroalg (CHx/CO) in površinsko adsorbirani vodi.
Končno so rezultati XPS jasno pokazali obliko Nb, ne le njegove prisotnosti. Glede na položaj signala Nb 3d in rezultate dekonvolucije potrjujemo, da se Nb absorbira le v obliki oksidov in ne ionov ali samega MXena. Poleg tega so rezultati XPS pokazali, da imajo celice mikroalg večjo sposobnost privzema Nb oksidov iz SL Nb2CTx v primerjavi s SL Nb4C3TX MXenom.
Čeprav so naši rezultati privzema Nb impresivni in nam omogočajo prepoznavanje razgradnje MXene, ni na voljo metode za sledenje povezanim morfološkim spremembam v 2D nanokosmičih. Zato smo se odločili razviti tudi primerno metodo, ki se lahko neposredno odzove na kakršne koli spremembe, ki se pojavijo v 2D nanokosmičih Nb-MXene in celicah mikroalg. Pomembno je omeniti, da predpostavljamo, da če se medsebojno delujoče vrste preobrazijo, razgradijo ali defragmentirajo, se to hitro pokaže kot spremembe parametrov oblike, kot so premer ekvivalentne krožne površine, okroglost, Feretova širina ali Feretova dolžina. Ker so ti parametri primerni za opis podolgovatih delcev ali dvodimenzionalnih nanokosmičev, nam bo njihovo sledenje z dinamično analizo oblike delcev dalo dragocene informacije o morfološki transformaciji SL nanokosmičev Nb-MXene med redukcijo.
Dobljeni rezultati so prikazani na sliki 6. Za primerjavo smo testirali tudi originalno fazo MAX in ML-MXene (glej sliki SI S18 in S19). Dinamična analiza oblike delcev je pokazala, da so se vsi parametri oblike dveh Nb-MXene SL bistveno spremenili po interakciji z mikroalgami. Kot kaže parameter ekvivalentnega krožnega premera površine (slika 6a, b), zmanjšana intenzivnost vrhov deleža velikih nanokosmičev kaže, da se nagibajo k razpadu na manjše fragmente. Na sliki 6c in d je prikazano zmanjšanje vrhov, povezanih s prečno velikostjo kosmičev (podolgitev nanokosmičev), kar kaže na preoblikovanje 2D nanokosmičev v bolj delcem podobno obliko. Slika 6e-h prikazuje širino in dolžino Fereta. Širina in dolžina Fereta sta komplementarna parametra in ju je zato treba obravnavati skupaj. Po inkubaciji 2D Nb-MXene nanokosmičev v prisotnosti mikroalg so se njihovi Feretovi korelacijski vrhovi premaknili, njihova intenzivnost pa se je zmanjšala. Na podlagi teh rezultatov v kombinaciji z morfologijo, XRF in XPS smo zaključili, da so opažene spremembe močno povezane z oksidacijo, saj oksidirani MXeni postanejo bolj nagubani in razpadejo na fragmente in sferične oksidne delce69,70.
Analiza transformacije MXene po interakciji z zelenimi mikroalgami. Dinamična analiza oblike delcev upošteva parametre, kot so (a, b) premer ekvivalentne krožne površine, (c, d) okroglost, (e, f) širina Fereta in (g, h) dolžina Fereta. V ta namen sta bila analizirana dva referenčna vzorca mikroalg skupaj s primarnimi MXeni SL Nb2CTx in SL Nb4C3Tx, MXeni SL Nb2CTx in SL Nb4C3Tx, razgrajenimi mikroalgami ter obdelanimi MXeni mikroalg SL Nb2CTx in SL Nb4C3Tx. Rdeče puščice prikazujejo prehode parametrov oblike preučevanih dvodimenzionalnih nanokosmičev.
Ker je analiza parametrov oblike zelo zanesljiva, lahko razkrije tudi morfološke spremembe v celicah mikroalg. Zato smo analizirali ekvivalentni premer krožne površine, okroglost in Feretovo širino/dolžino čistih celic mikroalg in celic po interakciji z 2D Nb nanokosmiči. Na slikah 6a–h so prikazane spremembe parametrov oblike celic alg, kar se kaže v zmanjšanju intenzivnosti vrhov in premiku maksimumov proti višjim vrednostim. Zlasti parametri okroglosti celic so pokazali zmanjšanje podolgovatih celic in povečanje sferičnih celic (slika 6a, b). Poleg tega se je širina Feretovih celic po interakciji s SL Nb2CTx MXene (slika 6e) povečala za več mikrometrov v primerjavi s SL Nb4C3TX MXene (slika 6f). Sumimo, da je to lahko posledica močnega privzema Nb oksidov s strani mikroalg ob interakciji z Nb2CTx SR. Manj toga pritrditev Nb kosmičev na njihovo površino lahko povzroči rast celic z minimalnim učinkom senčenja.
Naša opažanja sprememb parametrov oblike in velikosti mikroalg dopolnjujejo druge študije. Zelene mikroalge lahko spremenijo svojo morfologijo kot odziv na okoljski stres s spreminjanjem velikosti, oblike ali presnove celic61. Spreminjanje velikosti celic na primer olajša absorpcijo hranil71. Manjše celice alg kažejo nižji privzem hranil in slabšo stopnjo rasti. Nasprotno pa večje celice običajno porabijo več hranil, ki se nato odlagajo znotrajcelično72,73. Machado in Soares sta ugotovila, da lahko fungicid triklosan poveča velikost celic. Ugotovila sta tudi velike spremembe v obliki alg74. Poleg tega sta Yin in sod.9 odkrila tudi morfološke spremembe alg po izpostavljenosti reduciranim nanokompozitom grafenovega oksida. Zato je jasno, da spremenjene parametre velikosti/oblike mikroalg povzroča prisotnost MXena. Ker ta sprememba velikosti in oblike kaže na spremembe v privzemu hranil, menimo, da lahko analiza parametrov velikosti in oblike skozi čas dokaže privzem niobijevega oksida s strani mikroalg v prisotnosti Nb-MXenov.
Poleg tega se MXeni lahko oksidirajo v prisotnosti alg. Dalai in sod.75 so opazili, da morfologija zelenih alg, izpostavljenih nano-TiO2 in Al2O376, ni bila enotna. Čeprav so naša opažanja podobna tej študiji, so pomembna le za preučevanje učinkov bioremediacije v smislu produktov razgradnje MXenov v prisotnosti 2D nanokosmičev in ne nanodelcev. Ker se MXeni lahko razgradijo v kovinske okside,31,32,77,78 je smiselno domnevati, da lahko tudi naši nanokosmiči Nb po interakciji z mikroalgami tvorijo okside Nb.
Da bi pojasnili redukcijo 2D-Nb nanokosmičev z mehanizmom razgradnje, ki temelji na procesu oksidacije, smo izvedli študije z uporabo visokoločljivostne transmisijske elektronske mikroskopije (HRTEM) (slika 7a,b) in rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) (slika 7). 7c-i in preglednice S4-5). Oba pristopa sta primerna za preučevanje oksidacije 2D materialov in se medsebojno dopolnjujeta. HRTEM lahko analizira razgradnjo dvodimenzionalnih plastnih struktur in posledično pojav nanodelcev kovinskih oksidov, medtem ko je XPS občutljiv na površinske vezi. V ta namen smo testirali 2D Nb-MXene nanokosmiče, ekstrahirane iz disperzij celic mikroalg, torej njihovo obliko po interakciji s celicami mikroalg (glej sliko 7).
HRTEM slike, ki prikazujejo morfologijo oksidiranih (a) SL Nb2CTx in (b) SL Nb4C3Tx MXenov, rezultati XPS analize, ki prikazujejo (c) sestavo oksidnih produktov po redukciji, (d–f) ujemanje vrhov komponent XPS spektrov SL Nb2CTx in (g–i) Nb4C3Tx SL, popravljenih z zelenimi mikroalgami.
Študije HRTEM so potrdile oksidacijo dveh vrst nanokosmičev Nb-MXene. Čeprav so nanokosmiči do neke mere ohranili svojo dvodimenzionalno morfologijo, je oksidacija povzročila pojav številnih nanodelcev, ki prekrivajo površino nanokosmičev MXene (glej sliko 7a,b). XPS analiza signalov c-Nb3d in O1s je pokazala, da so v obeh primerih nastali oksidi Nb. Kot je prikazano na sliki 7c, imata 2D MXene Nb2CTx in Nb4C3TX signale Nb3d, ki kažejo na prisotnost oksidov NbO in Nb2O5, medtem ko signali O1s kažejo na število vezi O–Nb, povezanih s funkcionalizacijo površine 2D nanokosmičev. Opazili smo, da je prispevek oksida Nb dominanten v primerjavi z Nb-C in Nb3+-O.
Na sliki 7g–i so prikazani XPS spektri Nb 3d, C 1s in O 1s SL Nb2CTx (glej sliki 7d–f) in SL Nb4C3TX MXene, izoliranega iz celic mikroalg. Podrobnosti o parametrih vrhov Nb-MXenes so navedene v tabelah S4–5. Najprej smo analizirali sestavo Nb 3d. Za razliko od Nb, ki ga absorbirajo celice mikroalg, smo v MXene, izoliranem iz celic mikroalg, poleg Nb2O5 našli tudi druge komponente. V Nb2CTx SL smo opazili prispevek Nb3+-O v količini 15 %, medtem ko je v preostalem delu spektra Nb 3d prevladoval Nb2O5 (85 %). Poleg tega vzorec SL Nb4C3TX vsebuje komponente Nb-C (9 %) in Nb2O5 (91 %). Tukaj Nb-C prihaja iz dveh notranjih atomskih plasti kovinskega karbida v Nb4C3Tx SR. Nato smo preslikali spektre C 1s na štiri različne komponente, tako kot smo to storili v internaliziranih vzorcih. Kot smo pričakovali, v spektru C 1s prevladuje grafitni ogljik, sledijo pa mu prispevki organskih delcev (CHx/CO in C=O) iz celic mikroalg. Poleg tega smo v spektru O 1s opazili prispevek organskih oblik celic mikroalg, niobijevega oksida in adsorbirane vode.
Poleg tega smo raziskali, ali je cepitev Nb-MXenov povezana s prisotnostjo reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) v hranilnem mediju in/ali celicah mikroalg. V ta namen smo ocenili ravni singletnega kisika (1O2) v gojišču in znotrajceličnega glutationa, tiola, ki deluje kot antioksidant v mikroalgah. Rezultati so prikazani v SI (sliki S20 in S21). Kulture z MXeni SL Nb2CTx in Nb4C3TX so bile značilne po zmanjšani količini 1O2 (glej sliko S20). V primeru SL Nb2CTx se je MXen 1O2 zmanjšal na približno 83 %. Pri kulturah mikroalg z uporabo SL se je Nb4C3TX 1O2 še bolj zmanjšal, na 73 %. Zanimivo je, da so spremembe 1O2 pokazale enak trend kot prej opaženi inhibitorno-stimulativni učinek (glej sliko 3). Lahko trdimo, da lahko inkubacija pri močni svetlobi spremeni fotooksidacijo. Vendar pa so rezultati kontrolne analize med poskusom pokazali skoraj konstantne ravni 1O2 (slika S22). Tudi pri znotrajceličnih ravneh ROS smo opazili enak trend zniževanja (glej sliko S21). Sprva so ravni ROS v celicah mikroalg, gojenih v prisotnosti SL Nb2CTx in Nb4C3Tx, presegle ravni, ugotovljene v čistih kulturah mikroalg. Sčasoma pa se je izkazalo, da so se mikroalge prilagodile prisotnosti obeh Nb-MXenov, saj so se ravni ROS znižale na 85 % oziroma 91 % ravni, izmerjenih v čistih kulturah mikroalg, inokuliranih s SL Nb2CTx oziroma Nb4C3TX. To lahko kaže, da se mikroalge sčasoma počutijo udobneje v prisotnosti Nb-MXena kot samo v hranilnem mediju.
Mikroalge so raznolika skupina fotosintetskih organizmov. Med fotosintezo pretvarjajo atmosferski ogljikov dioksid (CO2) v organski ogljik. Produkta fotosinteze sta glukoza in kisik79. Domnevamo, da tako nastali kisik igra ključno vlogo pri oksidaciji Nb-MXenov. Ena možna razlaga za to je, da se diferencialni parameter prezračevanja oblikuje pri nizkih in visokih parcialnih tlakih kisika zunaj in znotraj nanokosmičev Nb-MXene. To pomeni, da bo povsod, kjer so območja z različnimi parcialnimi tlaki kisika, območje z najnižjo ravnjo tvorilo anodo 80, 81, 82. Tukaj mikroalge prispevajo k ustvarjanju diferencialno prezračenih celic na površini kosmičev MXene, ki zaradi svojih fotosintetskih lastnosti proizvajajo kisik. Posledično nastajajo produkti biokorozije (v tem primeru niobijevi oksidi). Drug vidik je, da lahko mikroalge proizvajajo organske kisline, ki se sproščajo v vodo83,84. Zato nastane agresivno okolje, ki spremeni Nb-MXene. Poleg tega lahko mikroalge zaradi absorpcije ogljikovega dioksida spremenijo pH okolja v alkalnega, kar lahko povzroči tudi korozijo79.
Še pomembneje je, da je fotoperioda teme/svetlobe, uporabljena v naši študiji, ključnega pomena za razumevanje dobljenih rezultatov. Ta vidik je podrobno opisan v Djemai-Zoghlache et al.85 Namerno so uporabili 12/12-urno fotoperiodo, da bi prikazali biokorozijo, povezano z biološkim obraščanjem rdečih mikroalg Porphyridium purpureum. Pokazali so, da je fotoperioda povezana z razvojem potenciala brez biokorozije, ki se kaže kot psevdoperiodična nihanja okoli 24:00. Ta opažanja so potrdili Dowling et al.86 Prikazali so fotosintetske biofilme cianobakterij Anabaena. Raztopljeni kisik nastaja pod delovanjem svetlobe, kar je povezano s spremembo ali nihanji proste biokorozijske potencialne moči. Pomen fotoperiode poudarja dejstvo, da se prosti potencial za biokorozijo v svetli fazi poveča in v temni fazi zmanjša. To je posledica kisika, ki ga proizvajajo fotosintetske mikroalge in ki vpliva na katodno reakcijo preko delnega tlaka, ki nastane v bližini elektrod87.
Poleg tega je bila izvedena Fourierjeva transformacijska infrardeča spektroskopija (FTIR), da bi ugotovili, ali je prišlo do kakršnih koli sprememb v kemični sestavi celic mikroalg po interakciji z Nb-MXeni. Ti dobljeni rezultati so kompleksni in jih predstavljamo v SI (sliki S23-S25, vključno z rezultati stopnje MAX in ML MXeni). Skratka, pridobljeni referenčni spektri mikroalg nam zagotavljajo pomembne informacije o kemijskih značilnostih teh organizmov. Te najverjetnejše vibracije se nahajajo pri frekvencah 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 (C–H) in 3280 cm–1 (O–H). Pri SL Nb-MXenih smo ugotovili podpis raztezanja CH-vezi, ki je skladen z našo prejšnjo študijo38. Vendar smo opazili, da so nekateri dodatni vrhovi, povezani z vezmi C=C in CH, izginili. To kaže, da se lahko kemična sestava mikroalg zaradi interakcije s SL Nb-MXeni manjše spremeni.
Pri obravnavi možnih sprememb v biokemiji mikroalg je treba ponovno pretehtati kopičenje anorganskih oksidov, kot je niobijev oksid59. Sodeluje pri absorpciji kovin na celični površini, njihovem transportu v citoplazmo, njihovi povezavi z znotrajceličnimi karboksilnimi skupinami in njihovem kopičenju v polifosfosomih mikroalg20,88,89,90. Poleg tega odnos med mikroalgami in kovinami vzdržujejo funkcionalne skupine celic. Zaradi tega je absorpcija odvisna tudi od kemije površine mikroalg, ki je precej kompleksna9,91. Na splošno se je, kot je bilo pričakovano, kemična sestava zelenih mikroalg zaradi absorpcije Nb oksida nekoliko spremenila.
Zanimivo je, da je bila opažena začetna inhibicija mikroalg sčasoma reverzibilna. Kot smo opazili, so mikroalge premagale začetno spremembo okolja in se sčasoma vrnile k normalni stopnji rasti ter se celo povečale. Študije zeta potenciala kažejo visoko stabilnost pri vnosu v hranilne medije. Tako se je površinska interakcija med celicami mikroalg in nanokosmiči Nb-MXene ohranila skozi vse poskuse redukcije. V naši nadaljnji analizi povzemamo glavne mehanizme delovanja, ki so podlaga za to izjemno vedenje mikroalg.
Opazovanja SEM so pokazala, da se mikroalge nagibajo k vezavi na Nb-MXene. Z dinamično analizo slik potrjujemo, da ta učinek vodi do transformacije dvodimenzionalnih nanokosmičev Nb-MXene v bolj sferične delce, s čimer dokazujemo, da je razgradnja nanokosmičev povezana z njihovo oksidacijo. Da bi preizkusili našo hipotezo, smo izvedli vrsto materialnih in biokemijskih študij. Po testiranju so se nanokosmiči postopoma oksidirali in razgradili na produkte NbO in Nb2O5, ki niso predstavljali nevarnosti za zelene mikroalge. Z opazovanjem FTIR nismo ugotovili pomembnih sprememb v kemični sestavi mikroalg, inkubiranih v prisotnosti 2D nanokosmičev Nb-MXene. Ob upoštevanju možnosti absorpcije niobijevega oksida s strani mikroalg smo izvedli rentgensko fluorescenčno analizo. Ti rezultati jasno kažejo, da se preučevane mikroalge hranijo z niobijevimi oksidi (NbO in Nb2O5), ki niso strupeni za preučevane mikroalge.