Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Anjeun nganggo versi browser kalayan dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngajantenkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Nampilkeun carousel tilu slide sakaligus.Pake tombol Saméméhna jeung Salajengna pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu, atawa make tombol geseran di ahir pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu.
Ngembangkeun gancang nanotéhnologi sareng integrasina kana aplikasi sapopoé tiasa ngancem lingkungan.Sanaos metode héjo pikeun dégradasi kontaminan organik parantos mapan, pamulihan rereged kristalin anorganik janten perhatian utama kusabab sensitipitasna rendah kana biotransformasi sareng kurangna pamahaman interaksi permukaan bahan sareng biologis.Di dieu, kami nganggo modél MXenes 2D anorganik dumasar Nb digabungkeun sareng metode analisis parameter bentuk anu sederhana pikeun ngalacak mékanisme bioremediasi tina bahan nano keramik 2D ku mikroalga héjo Raphidocelis subcapitata.Kami mendakan yén mikroalga nguraikeun MXenes basis Nb kusabab interaksi fisik-kimiawi anu aya hubunganana sareng permukaan.Mimitina, nanoflakes MXene lapisan tunggal sareng multilayer napel dina permukaan mikroalga, anu rada ngirangan kamekaran ganggang.Sanajan kitu, sanggeus interaksi berkepanjangan jeung beungeut cai, microalgae dioksidasi MXene nanoflakes sarta salajengna decomposed kana NbO jeung Nb2O5.Kusabab oksida ieu non-toksik pikeun sél microalgae, aranjeunna meakeun nanopartikel oksida Nb ku mékanisme nyerep nu salajengna restores microalgae sanggeus 72 jam perlakuan cai.Balukar gizi pakait sareng nyerep ogé reflected dina kanaékan volume sél, bentuk lemes maranéhanana sarta parobahan laju tumuwuh.Dumasar kana pamanggihan ieu, urang nyimpulkeun yén ayana jangka pondok sareng jangka panjang MXenes basis Nb dina ékosistem cai tawar ngan ukur tiasa nyababkeun dampak lingkungan leutik.Éta noteworthy yén, ngagunakeun nanomaterials dua diménsi salaku sistem model, urang demonstrate kamungkinan nyukcruk transformasi bentuk sanajan dina bahan halus-grained.Gemblengna, ulikan ieu ngajawab patarosan fundamental penting ngeunaan prosés nu patali interaksi permukaan nyetir mékanisme bioremediation of 2D nanomaterials sarta nyadiakeun dadasar pikeun ulikan jangka pondok tur jangka panjang salajengna ngeunaan dampak lingkungan nanomaterials kristalin anorganik.
Nanomaterials geus dihasilkeun loba dipikaresep saprak kapanggihna maranéhanana, sarta sagala rupa nanotéhnologi anyar geus diasupkeun fase modernisasi1.Hanjakalna, integrasi nanomaterials kana aplikasi sapopoe tiasa nyababkeun kaluaran anu teu kahaja kusabab pembuangan anu teu leres, penanganan anu teu ati-ati, atanapi infrastruktur kaamanan anu teu cekap.Ku alatan éta, éta lumrah mun nganggap yén nanomaterials, kaasup dua diménsi (2D) nanomaterials, bisa dileupaskeun ka lingkungan alam, kabiasaan jeung aktivitas biologis nu teu acan pinuh dipikaharti.Ku alatan éta, teu heran masalah ecotoxicity geus fokus kana kamampuhan 2D nanomaterials mun leach kana sistem akuatik2,3,4,5,6.Dina ékosistem ieu, sababaraha bahan nano 2D tiasa berinteraksi sareng sagala rupa organisme dina tingkat trofik anu béda, kalebet mikroalga.
Mikroalga nyaéta organisme primitif anu kapanggih sacara alami dina ékosistem cai tawar jeung laut anu ngahasilkeun rupa-rupa produk kimia ngaliwatan fotosintésis7.Sapertos kitu, aranjeunna kritis kana ékosistem akuatik8,9,10,11,12 tapi ogé sénsitip, murah sareng seueur dianggo indikator ékotoksikna13,14.Kusabab sél microalgae ngalobaan gancang sarta gancang ngabales ayana rupa sanyawa, aranjeunna ngajangjikeun pikeun ngembangkeun métode ramah lingkungan pikeun ngubaran cai kacemar ku zat organik15,16.
Sél ganggang bisa nyabut ion anorganik tina cai ngaliwatan biosorption sarta akumulasi17,18.Sababaraha spésiés ganggang sapertos Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue sareng Synechococcus sp.Geus kapanggih mawa komo nourish ion logam toksik kayaning Fe2+, Cu2+, Zn2+ jeung Mn2+19.Panaliti séjén nunjukkeun yén ion Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ atawa Pb2+ ngawatesan tumuwuhna Scenedesmus ku cara ngarobah morfologi sél jeung ngancurkeun kloroplasna20,21.
Métode héjo pikeun dékomposisi polutan organik sareng ngaleungitkeun ion logam beurat parantos narik perhatian para ilmuwan sareng insinyur di sakumna dunya.Ieu utamana alatan kanyataan yén kontaminan ieu gampang diolah dina fase cair.Sanajan kitu, polutan kristalin anorganik dicirikeun ku kaleyuran cai lemah sareng karentanan low kana sagala rupa biotransformations, nu ngabalukarkeun kasusah hébat dina remediation, sarta saeutik kamajuan geus dijieun di wewengkon ieu22,23,24,25,26.Ku kituna, milarian solusi ramah lingkungan pikeun perbaikan nanomaterials tetep wewengkon kompléks jeung unexplored.Kusabab tingkat kateupastian anu luhur ngeunaan épék biotransformasi tina nanomaterial 2D, teu aya cara anu gampang pikeun milari jalan anu mungkin tina degradasina nalika réduksi.
Dina ulikan ieu, kami dipaké microalgae héjo salaku agén bioremediation cai aktip pikeun bahan keramik anorganik, digabungkeun jeung ngawas in situ tina prosés degradasi MXene salaku wawakil bahan keramik anorganik.Istilah "MXene" ngagambarkeun stoichiometry tina bahan Mn + 1XnTx, dimana M mangrupa logam transisi mimiti, X nyaéta karbon jeung / atawa nitrogén, Tx mangrupakeun terminator permukaan (misalna, -OH, -F, -Cl), sarta n = 1, 2, 3 atawa 427,28.Kusabab kapanggihna MXenes ku Naguib et al.Sensorik, terapi kanker sareng filtrasi mémbran 27,29,30.Sajaba ti éta, MXenes bisa dianggap salaku model sistem 2D alatan stabilitas koloid maranéhanana alus teuing jeung kamungkinan interaksi biologis31,32,33,34,35,36.
Ku alatan éta, metodologi dimekarkeun dina artikel ieu sarta hipotesis panalungtikan urang ditémbongkeun dina Gambar 1. Numutkeun hipotesa ieu, microalgae nguraikeun MXenes basis Nb kana sanyawa non-toksik alatan interaksi physico-kimiawi nu patali permukaan, anu ngamungkinkeun recovery salajengna tina ganggang.Pikeun nguji hipotésis ieu, dipilih dua anggota kulawarga karbida logam transisi dumasar-niobium awal jeung/atawa nitrida (MXenes), nyaéta Nb2CTx jeung Nb4C3TX.
Métodologi panalungtikan sareng hipotesis dumasar-bukti pikeun pamulihan MXene ku mikroalga héjo Raphidocelis subcapitata.Punten dicatet yén ieu ngan ukur ngagambarkeun skematis tina asumsi dumasar-bukti.Lingkungan danau béda dina médium gizi anu dianggo sareng kaayaan (contona, siklus diurnal sareng watesan dina gizi penting anu sayogi).Dijieun ku BioRender.com.
Ku alatan éta, ku ngagunakeun MXene salaku sistem modél, kami geus dibuka panto ka ulikan rupa épék biologis nu teu bisa dititénan jeung nanomaterials konvensional lianna.Khususna, urang nunjukkeun kamungkinan bioremediasi nanomaterial dua diménsi, sapertos MXenes dumasar-niobium, ku mikroalga Raphidocelis subcapitata.Mikroalga tiasa ngaréduksi Nb-MXenes kana oksida non-toksik NbO sareng Nb2O5, anu ogé nyayogikeun gizi ngaliwatan mékanisme nyerep niobium.Gemblengna, ulikan ieu ngajawab patarosan fundamental penting ngeunaan prosés pakait sareng interaksi physicochemical permukaan nu ngatur mékanisme bioremediation nanomaterials dua diménsi.Salaku tambahan, urang ngembangkeun metode dumasar-parameter saderhana pikeun ngalacak parobahan halus dina bentuk nanomaterial 2D.Ieu mere ilham panalungtikan jangka pondok jeung jangka panjang salajengna kana rupa dampak lingkungan nanomaterials kristalin anorganik.Ku kituna, ulikan urang ngaronjatkeun pamahaman interaksi antara beungeut bahan jeung bahan biologis.Kami ogé nyayogikeun dasar pikeun ngulik jangka pondok sareng jangka panjang ngeunaan kamungkinan dampakna kana ékosistem cai tawar, anu ayeuna tiasa diverifikasi sacara gampang.
MXenes ngagambarkeun kelas metot bahan kalawan sipat fisik jeung kimia unik tur pikaresepeun sahingga loba aplikasi poténsial.Sipat ieu gumantung pisan kana stoikiometri sareng kimia permukaanna.Ku alatan éta, dina ulikan urang, urang nalungtik dua jenis dumasar-Nb hirarki single-layer (SL) MXenes, Nb2CTx na Nb4C3TX, saprak épék biologis béda tina nanomaterials ieu bisa dititénan.MXenes dihasilkeun tina bahan awal ku etsa selektif luhur-handap tina atom ipis MAX-fase A-lapisan.Fase MAX nyaéta keramik terner anu diwangun ku blok "kabeungkeut" karbida logam transisi sareng lapisan ipis unsur "A" sapertos Al, Si, sareng Sn kalayan stoikiometri MnAXn-1.Morfologi fase MAX awal dititénan ku scanning mikroskop éléktron (SEM) sareng konsisten sareng studi saméméhna (Tingali Émbaran Suplemén, SI, Gambar S1).Multilayer (ML) Nb-MXene dicandak saatos ngaleupaskeun lapisan Al kalayan 48% HF (asam hidrofluorat).Morfologi ML-Nb2CTx sareng ML-Nb4C3TX ditalungtik ku scanning mikroskop éléktron (SEM) (Gambar S1c sareng S1d masing-masing) sareng morfologi MXene berlapis anu dititénan, mirip sareng nanoflakes dua diménsi ngaliwatan celah-celah kawas pori anu elongated.Duanana Nb-MXenes boga loba di umum kalawan fase MXene saméméhna disintésis ku asam etching27,38.Saatos confirming struktur MXene, urang layered eta ku intercalation of tetrabutylammonium hidroksida (TBAOH) dituturkeun ku cuci jeung sonication, nu satutasna urang dicandak single-lapisan atawa low-lapisan (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes.
Kami nganggo mikroskop éléktron transmisi resolusi luhur (HRTEM) sareng difraksi sinar-X (XRD) pikeun nguji efisiensi etching sareng peeling salajengna.Hasil HRTEM diolah ngagunakeun Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) jeung Fast Fourier Transform (FFT) dipidangkeun dina Gbr. 2. Nb-MXene nanoflakes anu berorientasi tepi ka mariksa struktur lapisan atom jeung ngukur jarak antarplanar.Gambar HRTEM of MXene Nb2CTx na Nb4C3TX nanoflakes ngungkabkeun sipat lapisan ipis atom maranéhanana (tingali Gbr. 2a1, a2), sakumaha dilaporkeun saméméhna ku Naguib et al.27 jeung Jastrzębska et al.38.Pikeun dua monolayers Nb2CTx na Nb4C3Tx padeukeut, kami ditangtukeun jarak interlayer masing-masing 0,74 na 1,54 nm (Gbr. 2b1, b2), nu ogé satuju jeung hasil urang saméméhna38.Ieu salajengna dikonfirmasi ku transformasi Fourier gancang tibalik (Gbr. 2c1, c2) jeung transformasi Fourier gancang (Gbr. 2d1, d2) némbongkeun jarak antara Nb2CTx na Nb4C3Tx monolayers.Gambar nunjukkeun silih ganti pita cahaya sareng poék anu pakait sareng atom niobium sareng karbon, anu negeskeun sifat lapisan tina MXenes anu ditalungtik.Kadé dicatet yén spéktra dispersive X-ray spéktroskopi (EDX) énergi diala pikeun Nb2CTx na Nb4C3Tx (Angka S2a jeung S2b) némbongkeun euweuh sésa fase MAX aslina, saprak euweuh puncak Al nu dideteksi.
Characterization of SL Nb2CTx na Nb4C3Tx MXene nanoflakes, kaasup (a) resolusi luhur mikroskop éléktron (HRTEM) sisi-view 2D nanoflake Imaging jeung saluyu, (b) mode inténsitas, (c) tibalik gancang Fourier transformasi (IFFT), (d) gancang Fourier transformasi (FFT), (e) X Nb-MXene pola.Pikeun SL 2D Nb2CTx, angka dinyatakeun salaku (a1, b1, c1, d1, e1).Pikeun SL 2D Nb4C3Tx, angka dinyatakeun salaku (a2, b2, c2, d2, e1).
Pangukuran difraksi sinar-X tina SL Nb2CTx sareng Nb4C3Tx MXenes dipidangkeun dina Gbr.2e1 jeung e2, masing-masing.Puncak (002) dina 4,31 jeung 4,32 pakait jeung MXenes Nb2CTx jeung Nb4C3TX38,39,40,41 ditétélakeun saméméhna.Hasil XRD ogé nunjukkeun ayana sababaraha struktur ML residual jeung fase MAX, tapi lolobana pola XRD pakait sareng SL Nb4C3Tx (Gbr. 2e2).Ayana partikel leutik fase MAX bisa ngajelaskeun puncak MAX kuat dibandingkeun lapisan Nb4C3Tx acak tumpuk.
Panalungtikan salajengna museurkeun kana mikroalga héjo milik spésiés R. subcapitata.Urang milih mikroalga sabab produser penting aub dina webs dahareun utama42.Éta ogé mangrupikeun salah sahiji indikator karacunan anu pangsaéna kusabab kamampuan pikeun ngaleungitkeun zat toksik anu dibawa ka tingkat anu langkung luhur tina ranté dahareun43.Salaku tambahan, panalungtikan ngeunaan R. subcapitata tiasa ngajelaskeun karacunan SL Nb-MXenes kana mikroorganisme cai tawar umum.Pikeun ngagambarkeun ieu, panaliti hipotésis yén unggal mikroba gaduh sensitipitas anu béda pikeun sanyawa toksik anu aya di lingkungan.Kanggo sabagéan ageung organisme, konsentrasi zat anu rendah henteu mangaruhan kamekaranana, sedengkeun konsentrasi di luhur wates anu tangtu tiasa ngahambat aranjeunna atanapi malah nyababkeun maotna.Ku alatan éta, pikeun ngulik interaksi permukaan antara mikroalga sareng MXenes sareng pamulihan anu aya hubunganana, kami mutuskeun pikeun nguji konsentrasi anu teu bahaya sareng toksik tina Nb-MXenes.Jang ngalampahkeun ieu, urang nguji konsentrasi 0 (salaku rujukan), 0,01, 0,1 jeung 10 mg l-1 MXene sarta microalgae kainféksi Sajaba kalawan konsentrasi pisan luhur MXene (100 mg l-1 MXene), nu bisa jadi ekstrim jeung bisa nepi ka tiwasna..pikeun lingkungan biologis naon waé.
Balukar tina SL Nb-MXenes on microalgae ditémbongkeun dina Gambar 3, dinyatakeun salaku persentase promosi pertumbuhan (+) atawa inhibisi (-) diukur pikeun 0 mg l-1 sampel.Pikeun babandingan, fase Nb-MAX jeung ML Nb-MXenes ogé diuji sarta hasilna ditémbongkeun dina SI (tingali Gbr. S3).Hasilna diala dikonfirmasi yén SL Nb-MXenes ampir sakabéhna tanpa karacunan dina rentang konsentrasi low ti 0,01 nepi ka 10 mg / l, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 3a, b.Dina kasus Nb2CTx, kami niténan henteu leuwih ti 5% ékotoksisitas dina rentang anu ditangtukeun.
Stimulasi (+) atawa inhibisi (-) tumuwuhna microalgae ku ayana SL (a) Nb2CTx jeung (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 sareng 72 jam interaksi MXene-microalgae dianalisis. Data signifikan (t-test, p <0.05) ditandaan ku tanda bintang (*). Data signifikan (t-test, p <0.05) ditandaan ku tanda bintang (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Data signifikan (t-test, p <0,05) ditandaan ku tanda bintang (*).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 (*). Data penting (t-test, p <0,05) ditandaan ku tanda bintang (*).Panah beureum nunjukkeun abolition stimulasi inhibitory.
Di sisi séjén, konsentrasi low of Nb4C3TX tétéla rada leuwih toksik, tapi teu leuwih luhur ti 7%.Saperti nu diharapkeun, urang katalungtik yén MXenes miboga karacunan luhur sarta inhibisi pertumbuhan microalgae dina 100mg L-1.Narikna, teu aya bahan anu nunjukkeun tren anu sami sareng gumantungna waktos épék toksik / toksik dibandingkeun sareng sampel MAX atanapi ML (tingali SI kanggo detil).Sedengkeun pikeun fase MAX (tingali Gbr. S3) karacunan ngahontal kira 15-25% jeung ngaronjat ku waktu, trend sabalikna ieu observasi pikeun SL Nb2CTx na Nb4C3TX MXene.Inhibisi tumuwuhna microalgae turun kana waktu.Ieu ngahontal kira 17% sanggeus 24 jam na turun ka kirang ti 5% sanggeus 72 jam (Gbr. 3a, b, mungguh).
Anu langkung penting, pikeun SL Nb4C3TX, inhibisi pertumbuhan mikroalga ngahontal sakitar 27% saatos 24 jam, tapi saatos 72 jam turun dugi ka 1%.Ku alatan éta, urang dilabélan pangaruh observasi salaku inhibisi tibalik tina stimulasi, sarta pangaruh éta kuat pikeun SL Nb4C3TX MXene.Stimulasi tumuwuhna microalgae ieu nyatet saméméhna kalawan Nb4C3TX (interaksi dina 10 mg L-1 pikeun 24 h) dibandingkeun kalawan SL Nb2CTx MXene.Pangaruh ngabalikeun inhibisi-stimulasi ogé dipidangkeun dina kurva laju ganda biomassa (tingali Gbr. S4 pikeun detil).Sajauh ieu, ngan ékotoksisitas Ti3C2TX MXene parantos ditaliti ku cara anu béda.Éta henteu toksik pikeun émbrio lauk zebra44 tapi ékotoksik sedeng pikeun mikroalga Desmodesmus quadricauda sareng pepelakan Sorghum saccharatum45.Conto épék spésifik sanésna kalebet karacunan anu langkung luhur pikeun garis sél kanker tibatan garis sél normal46,47.Ieu bisa dianggap yén kaayaan tés bakal mangaruhan parobahan tumuwuhna microalgae observasi ku ayana Nb-MXenes.Contona, pH kira-kira 8 dina stroma kloroplas optimal pikeun operasi éfisién énzim RuBisCO.Ku alatan éta, parobahan pH négatip mangaruhan laju fotosintésis48,49.Najan kitu, urang teu niténan parobahan signifikan dina pH salila percobaan (tingali SI, Gbr. S5 pikeun detil).Sacara umum, kultur mikroalga sareng Nb-MXenes rada ngirangan pH larutan dina waktosna.Nanging, panurunan ieu sami sareng parobihan dina pH medium murni.Sajaba ti éta, rentang variasi kapanggih sarua jeung nu diukur pikeun kultur murni mikroalgae (sampel kontrol).Ku kituna, urang nyimpulkeun yén fotosintésis teu kapangaruhan ku parobahan pH kana waktu.
Sajaba ti éta, MXenes disintésis boga tungtung permukaan (dilambangkeun salaku Tx).Ieu utamana gugus fungsi -O, -F jeung -OH.Sanajan kitu, kimia permukaan langsung patali jeung métode sintésis.Grup ieu dipikanyaho disebarkeun sacara acak dina permukaan, sahingga hésé pikeun ngaduga pangaruhna kana sipat MXene50.Bisa disebutkeun yen Tx bisa jadi gaya katalitik pikeun oksidasi niobium ku cahaya.Grup fungsional permukaan memang nyadiakeun sababaraha situs anchoring pikeun photocatalysts kaayaan maranéhna pikeun ngabentuk heterojunctions51.Sanajan kitu, komposisi sedeng pertumbuhan teu nyadiakeun hiji photocatalyst éféktif (komposisi sedeng lengkep bisa kapanggih dina SI Table S6).Sajaba ti éta, sagala modifikasi permukaan ogé pohara penting, sabab aktivitas biologis MXenes bisa dirobah alatan lapisan pos-processing, oksidasi, modifikasi permukaan kimia sanyawa organik jeung anorganik52,53,54,55,56 atawa rékayasa muatan permukaan38.Ku alatan éta, pikeun nguji naha niobium oksida aya hubunganana sareng instability bahan dina médium, urang ngalaksanakeun studi ngeunaan poténsi zeta (ζ) dina médium pertumbuhan mikroalga sareng cai deionisasi (pikeun babandingan).Hasilna nunjukkeun yén SL Nb-MXenes cukup stabil (tingali SI Gbr. S6 pikeun hasil MAX sareng ML).Potensi zeta of SL MXenes nyaeta ngeunaan -10 mV.Dina kasus SR Nb2CTx, nilai ζ rada langkung négatip tibatan Nb4C3Tx.Parobahan sapertos dina nilai ζ bisa nunjukkeun yén beungeut MXene nanoflakes muatan négatip nyerep ion muatan positif tina medium budaya.Pangukuran temporal poténsi zeta sareng konduktivitas Nb-MXenes dina medium kultur (tingali Gambar S7 sareng S8 dina SI kanggo langkung rinci) sigana ngadukung hipotésis urang.
Sanajan kitu, duanana Nb-MXene SLs némbongkeun parobahan minimal ti enol.Ieu jelas nunjukkeun stabilitas maranéhanana dina medium pertumbuhan microalgae.Salaku tambahan, urang ditaksir naha ayana microalgae héjo urang bakal mangaruhan stabilitas Nb-MXenes dina medium.Hasil tina potensi zeta jeung konduktivitas MXenes sanggeus interaksi jeung microalgae dina media gizi jeung budaya kana waktu bisa kapanggih dina SI (Angka S9 jeung S10).Narikna, urang perhatikeun yén ayana microalgae sigana nyaimbangkeun dispersi duanana MXenes.Dina kasus Nb2CTx SL, poténsi zeta malah rada turun kana waktosna ka nilai anu langkung négatip (-15.8 versus -19.1 mV saatos 72 jam inkubasi).Potensi zeta of SL Nb4C3TX rada ngaronjat, tapi sanggeus 72 h masih némbongkeun stabilitas luhur batan nanoflakes tanpa ayana microalgae (-18,1 vs -9,1 mV).
Urang ogé kapanggih konduktivitas handap solusi Nb-MXene incubated ku ayana microalgae, nunjukkeun jumlah handap ion dina medium gizi.Utamana, instability of MXenes dina cai utamana alatan oksidasi permukaan57.Ku alatan éta, urang nyangka yén microalgae héjo kumaha bae ngabersihan oksida kabentuk dina beungeut Nb-MXene komo nyegah lumangsungna maranéhanana (oksidasi MXene).Ieu tiasa ditingali ku cara ngulik jinis zat anu diserep ku mikroalga.
Sanaos panilitian ékotoksikologis urang nunjukkeun yén mikroalga tiasa ngatasi karacunan Nb-MXenes dina waktosna sareng inhibisi anu teu biasa tina pertumbuhan anu dirangsang, tujuan ulikan urang nyaéta pikeun nalungtik mékanisme tindakan anu mungkin.Nalika organisme sapertos ganggang kakeunaan sanyawa atanapi bahan anu teu biasa kana ékosistemna, aranjeunna tiasa ngaréaksikeun ku sababaraha cara58,59.Dina henteuna oksida logam toksik, microalgae bisa dahar sorangan, sahingga tumuwuh terus60.Saatos asupan zat toksik, mékanisme pertahanan tiasa diaktipkeun, sapertos ngarobih bentuk atanapi wujud.Kamungkinan nyerep ogé kedah dipertimbangkeun58,59.Utamana, naon waé tanda mékanisme pertahanan mangrupikeun indikator anu jelas ngeunaan karacunan sanyawa tés.Ku alatan éta, dina karya salajengna urang, urang nalungtik poténsi interaksi permukaan antara SL Nb-MXene nanoflakes jeung microalgae ku SEM jeung kamungkinan nyerep MXene basis Nb ku X-ray fluoresensi spéktroskopi (XRF).Catet yén analisis SEM sareng XRF ngan ukur dilakukeun dina konsentrasi MXene anu paling luhur pikeun ngatasi masalah karacunan kagiatan.
Hasil SEM ditémbongkeun dina Gbr.4.Sél microalgae untreated (tingali Gbr. 4a, sampel rujukan) jelas némbongkeun R. subcapitata morfologi has jeung bentuk sél croissant-kawas.Sél katémbong rata jeung rada teu teratur.Sababaraha sél microalgae tumpang tindih jeung entangled saling, tapi ieu meureun disababkeun ku prosés persiapan sampel.Sacara umum, sél mikroalga murni miboga permukaan anu mulus sarta henteu némbongkeun parobahan morfologis.
Gambar SEM némbongkeun interaksi permukaan antara microalgae héjo sarta MXene nanosheets sanggeus 72 jam interaksi dina konsentrasi ekstrim (100 mg L-1).(a) Mikroalga héjo anu henteu dirawat saatos interaksi sareng SL (b) Nb2CTx sareng (c) Nb4C3TX MXenes.Catet yén nanoflakes Nb-MXene ditandaan ku panah beureum.Pikeun babandingan, poto tina mikroskop optik ogé ditambahkeun.
Kontras, sél microalgae adsorbed ku nanoflakes SL Nb-MXene ruksak (tingali Gbr. 4b, c, panah beureum).Dina kasus Nb2CTx MXene (Gbr. 4b), microalgae condong tumuwuh kalawan napel nanoscales dua diménsi, nu bisa ngarobah morfologi maranéhanana.Utamana, urang ogé niténan parobahan ieu dina mikroskop cahaya (tingali SI Gambar S11 pikeun detil).Transisi morfologis ieu ngagaduhan dasar anu masuk akal dina fisiologi mikroalga sareng kamampuanna pikeun ngabela diri ku cara ngarobah morfologi sél, sapertos ningkatkeun volume sél61.Kituna, hal anu penting pikeun pariksa jumlah sél microalgae nu sabenerna dina kontak jeung Nb-MXenes.Panaliti SEM nunjukkeun yén kira-kira 52% sél mikroalga kakeunaan Nb-MXenes, sedengkeun 48% sél mikroalga ieu ngahindarkeun kontak.Pikeun SL Nb4C3Tx MXene, microalgae nyoba nyingkahan kontak jeung MXene, kukituna localizing tur tumuwuh tina nanoscales dua diménsi (Gbr. 4c).Najan kitu, urang teu niténan penetrasi nanoscales kana sél microalgae jeung karuksakan maranéhanana.
Ngawétkeun diri ogé mangrupikeun kabiasaan réspon anu gumantung kana waktos ka sumbatan fotosintésis kusabab adsorpsi partikel dina permukaan sél sareng anu disebut éfék shading (shading)62.Éta jelas yén unggal objék (contona, nanoflakes Nb-MXene) anu aya di antara mikroalga sareng sumber cahaya ngabatesan jumlah cahaya anu diserep ku kloroplas.Najan kitu, urang teu ragu yén ieu boga dampak signifikan dina hasil diala.Sapertos anu dipidangkeun ku pengamatan mikroskopis urang, nanoflakes 2D henteu lengkep dibungkus atanapi napel kana permukaan mikroalga, sanaos sél mikroalga aya kontak sareng Nb-MXenes.Gantina, nanoflakes tétéla jadi berorientasi kana sél microalgae tanpa nutupan beungeut maranéhanana.Susunan nanoflakes/mikroalga sapertos kitu teu tiasa sacara signifikan ngawatesan jumlah cahaya anu diserep ku sél mikroalga.Leuwih ti éta, sababaraha studi malah geus nunjukkeun paningkatan dina nyerep cahaya ku organisme fotosintétik ku ayana nanomaterials dua diménsi63,64,65,66.
Kusabab gambar SEM teu bisa langsung ngonfirmasi uptake of niobium ku sél microalgae, ulikan satuluyna urang ngancik kana X-ray fluoresensi (XRF) jeung X-ray photoelectron spéktroskopi (XPS) analisis pikeun netelakeun masalah ieu.Kituna, urang ngabandingkeun inténsitas puncak Nb sampel microalgae rujukan nu teu berinteraksi sareng MXenes, MXene nanoflakes detached tina beungeut sél microalgae, sarta sél microalgae sanggeus ngaleupaskeun MXenes napel.Ieu kudu dicatet yén lamun euweuh uptake Nb, nilai Nb diala ku sél microalgae kudu nol sanggeus ngaleupaskeun nanoscales napel.Ku alatan éta, lamun uptake Nb lumangsung, duanana hasil XRF jeung XPS kudu némbongkeun puncak Nb jelas.
Dina kasus spéktra XRF, sampel microalgae némbongkeun puncak Nb pikeun SL Nb2CTx na Nb4C3Tx MXene sanggeus interaksi jeung SL Nb2CTx na Nb4C3Tx MXene (tingali Gbr. 5a, ogé dicatet yén hasil pikeun MAX na ML MXenes ditémbongkeun dina SI, Gbr S12-C17).Narikna, inténsitas puncak Nb sami dina dua kasus (bar beureum dina Gbr. 5a).Ieu nunjukkeun yén ganggang teu bisa nyerep leuwih Nb, sarta kapasitas maksimum pikeun akumulasi Nb kahontal dina sél, sanajan dua kali leuwih Nb4C3Tx MXene ieu napel sél microalgae (biru bar dina Gbr. 5a).Utamana, kamampuan mikroalga pikeun nyerep logam gumantung kana konsentrasi oksida logam di lingkungan67,68.Shamshada et al.67 kapanggih yén kapasitas nyerep ganggang cai tawar turun kalayan ngaronjatna pH.Raize dkk.68 nyatet yén kamampuh juket laut pikeun nyerep logam kira-kira 25% leuwih luhur pikeun Pb2+ batan pikeun Ni2+.
(a) Hasil XRF tina uptake Nb basal ku sél microalgae héjo incubated dina konsentrasi ekstrim SL Nb-MXenes (100 mg L-1) salila 72 jam.Hasilna nunjukkeun ayana α dina sél mikroalga murni (sampel kontrol, kolom abu), nanoflakes 2D diisolasi tina sél mikroalga permukaan (kolom biru), sareng sél mikroalga saatos pamisahan nanoflake 2D tina permukaan (kolom beureum).Jumlah unsur Nb, (b) perséntase komposisi kimia komponén organik microalgae (C=O jeung CHx/C–O) jeung Nb oksida hadir dina sél microalgae sanggeus inkubasi jeung SL Nb-MXenes, (c–e) Pas tina puncak komposisi XPS SL Nb2CTx spéktra jeung (fh) SLx Nb4CTx spéktra internal SLxe.
Ku alatan éta, urang ngaharepkeun Nb bisa diserep ku sél alga dina bentuk oksida.Pikeun nguji ieu, kami ngalaksanakeun studi XPS dina MXenes Nb2CTx sareng Nb4C3TX sareng sél ganggang.Hasil interaksi mikroalga sareng Nb-MXenes sareng MXenes diisolasi tina sél ganggang dipidangkeun dina Gbr.5b.Saperti nu diharapkeun, urang ngadeteksi puncak Nb 3d dina sampel microalgae sanggeus ngaleupaskeun MXene tina beungeut microalgae.Tekad kuantitatif C=O, CHx/CO, jeung Nb oksida diitung dumasar kana spéktra Nb 3d, O 1s, jeung C 1s diala ku Nb2CTx SL (Gbr. 5c–e) jeung Nb4C3Tx SL (Gbr. 5c–e).) dicandak tina mikroalga inkubasi.Gambar 5f–h) MXenes.Tabél S1-3 nembongkeun detil parameter puncak jeung kimia sakabéh hasilna pas.Éta noteworthy yén wewengkon Nb 3d of Nb2CTx SL na Nb4C3Tx SL (Gbr. 5c, f) pakait jeung hiji komponén Nb2O5.Di dieu, urang kapanggih euweuh puncak patali MXene dina spéktrum, nunjukkeun yén sél microalgae ngan nyerep bentuk oksida Nb.Salaku tambahan, urang ngadeukeutan spéktrum C 1 s sareng komponén C–C, CHx/C–O, C=O, sareng –COOH.Kami ditugaskeun puncak CHx / C-O sareng C = O kana kontribusi organik sél microalgae.Komponén organik ieu 36% sareng 41% tina puncak C 1s dina Nb2CTx SL sareng Nb4C3TX SL, masing-masing.Urang lajeng dipasang spéktra O 1s of SL Nb2CTx na SL Nb4C3TX kalawan Nb2O5, komponén organik microalgae (CHx / CO), sarta permukaan adsorbed cai.
Tungtungna, hasil XPS jelas nunjukkeun bentuk Nb, sanés ngan ukur ayana.Numutkeun posisi sinyal Nb 3d jeung hasil deconvolution nu, urang mastikeun yén Nb kaserep ngan dina bentuk oksida teu ion atawa MXene sorangan.Salaku tambahan, hasil XPS nunjukkeun yén sél mikroalga gaduh kamampuan anu langkung ageung pikeun nyerep oksida Nb tina SL Nb2CTx dibandingkeun sareng SL Nb4C3TX MXene.
Bari hasil uptake Nb kami impressive tur ngamungkinkeun urang pikeun ngaidentipikasi degradasi MXene, euweuh metoda sadia pikeun lagu pakait parobahan morfologis dina nanoflakes 2D.Kituna, urang ogé mutuskeun pikeun ngembangkeun hiji metodeu cocog nu bisa langsung ngabales sagala parobahan lumangsung dina 2D Nb-MXene nanoflakes jeung sél microalgae.Kadé dicatet yén urang nganggap yén lamun spésiés interacting ngalaman sagala transformasi, dékomposisi atawa defragmentation, ieu kudu gancang manifest sorangan salaku parobahan dina parameter bentuk, kayaning diaméter wewengkon sirkular sarimbag, roundness, lebar Feret, atawa panjang Feret.Kusabab parameter ieu cocog pikeun ngajéntrékeun partikel elongated atawa nanoflakes dua diménsi, tracking maranéhanana ku analisis bentuk partikel dinamis bakal masihan kami informasi berharga ngeunaan transformasi morfologis SL Nb-MXene nanoflakes salila réduksi.
Hasilna diala ditémbongkeun dina Gambar 6. Pikeun babandingan, kami ogé diuji fase MAX aslina tur ML-MXenes (tingali SI Angka S18 na S19).Analisis dinamis bentuk partikel némbongkeun yén sakabéh parameter bentuk dua Nb-MXene SLs robah nyata sanggeus interaksi jeung microalgae.Ditémbongkeun saperti ku parameter diaméter aréa sirkular sarua (Gbr. 6a, b), ngurangan inténsitas puncak fraksi nanoflakes badag nunjukkeun yén maranéhna condong buruk kana fragmen leutik.Dina Gbr.6c, d nembongkeun panurunan dina puncak pakait sareng ukuran transverse flakes (elongation of nanoflakes), nunjukkeun transformasi nanoflakes 2D kana bentuk leuwih partikel-kawas.Gambar 6e-h némbongkeun rubak jeung panjang Feret masing-masing.Lebar jeung panjang feret mangrupakeun parameter pelengkap sahingga kudu dianggap babarengan.Saatos inkubasi 2D Nb-MXene nanoflakes ku ayana microalgae, puncak korelasi Feret maranéhanana bergeser sarta inténsitas maranéhanana turun.Dumasar hasil ieu dina kombinasi kalayan morfologi, XRF jeung XPS, urang menyimpulkan yén parobahan observasi téh kuat patali oksidasi sakumaha MXenes dioksidasi jadi leuwih wrinkled sarta ngarecah jadi fragmen jeung partikel oksida buleud69,70.
Analisis transformasi MXene sanggeus interaksi jeung microalgae héjo.Analisis bentuk partikel dinamis tumut kana akun parameter kayaning (a, b) diaméter wewengkon sirkular sarimbag, (c, d) roundness, (e, f) lebar Feret jeung (g, h) panjangna Feret.Pikeun tujuan ieu, dua sampel microalgae rujukan dianalisis babarengan jeung primér SL Nb2CTx na SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx na SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae terdegradasi, sarta dirawat microalgae SL Nb2CTx na SL Nb4C3Tx MXenes.Panah beureum nembongkeun transisi tina parameter bentuk nanoflakes dua diménsi ditalungtik.
Kusabab analisis parameter bentuk dipercaya pisan, éta ogé tiasa nembongkeun parobahan morfologis dina sél mikroalga.Ku alatan éta, urang dianalisis sarimbag aréa sirkular diaméterna, roundness, sarta lebar Feret / panjang sél microalgae murni jeung sél sanggeus interaksi jeung nanoflakes 2D Nb.Dina Gbr.6a–h nembongkeun parobahan dina parameter bentuk sél ganggang, sakumaha dibuktikeun ku panurunan dina inténsitas puncak jeung shift of maxima nuju nilai luhur.Khususna, parameter roundness sél némbongkeun panurunan dina sél elongated sarta paningkatan dina sél buleud (Gbr. 6a, b).Sajaba ti éta, lebar sél Feret ngaronjat ku sababaraha mikrométer sanggeus interaksi jeung SL Nb2CTx MXene (Gbr. 6e) dibandingkeun jeung SL Nb4C3TX MXene (Gbr. 6f).Urang curiga yén ieu bisa jadi alatan uptake kuat Nb oksida ku microalgae kana interaksi jeung Nb2CTx SR.Kurang kaku kantétan serpihan Nb kana permukaanna tiasa nyababkeun kamekaran sél sareng pangaruh shading minimal.
Observasi kami ngeunaan parobahan dina parameter tina bentuk jeung ukuran microalgae ngalengkepan studi séjén.Mikroalga héjo bisa ngarobah morfologi maranéhanana salaku respon kana stress lingkungan ku cara ngarobah ukuran sél, bentuk atawa métabolisme61.Contona, ngarobah ukuran sél ngagampangkeun nyerep gizi71.Sél ganggang leutik némbongkeun uptake gizi handap sarta laju tumuwuh impaired.Sabalikna, sél gedé condong meakeun leuwih gizi, nu lajeng disimpen intracellularly72,73.Machado sareng Soares mendakan yén fungisida triclosan tiasa ningkatkeun ukuran sél.Éta ogé mendakan parobahan anu jero dina bentuk ganggang74.Sajaba ti éta, Yin et al.9 ogé ngungkabkeun parobahan morfologis dina ganggang sanggeus paparan ngurangan graphene oksida nanocomposites.Ku alatan éta, jelas yén ukuran dirobah / parameter bentuk microalgae disababkeun ku ayana MXene.Kusabab parobihan ukuran sareng bentuk ieu nunjukkeun parobihan dina nyerep gizi, kami yakin yén analisa ukuran sareng parameter bentuk dina waktosna tiasa nunjukkeun nyerep niobium oksida ku mikroalga ku ayana Nb-MXenes.
Leuwih ti éta, MXenes bisa dioksidasi ku ayana ganggang.Dalai dkk.75 niténan yén morfologi ganggang héjo anu kakeunaan nano-TiO2 jeung Al2O376 henteu saragam.Sanajan observasi kami sarupa jeung ulikan ayeuna, éta ngan relevan pikeun ulikan ngeunaan épék bioremediation dina watesan produk degradasi MXene ku ayana nanoflakes 2D teu nanopartikel.Kusabab MXenes bisa nguraikeun jadi oksida logam, 31,32,77,78 éta lumrah mun nganggap yén nanoflakes Nb urang ogé bisa ngabentuk oksida Nb sanggeus interacting jeung sél microalgae.
Dina raraga ngajelaskeun réduksi tina nanoflakes 2D-Nb ngaliwatan mékanisme dékomposisi dumasar kana prosés oksidasi, urang ngalaksanakeun studi ngagunakeun-resolusi luhur transmisi éléktron mikroskop (HRTEM) (Gbr. 7a, b) jeung X-ray photoelectron spéktroskopi (XPS) (Gbr. 7).7c-i jeung tabél S4-5).Kadua pendekatan cocog pikeun diajar oksidasi bahan 2D sareng silih ngalengkepan.HRTEM tiasa nganalisis degradasi struktur lapisan dua diménsi sareng penampilan nanopartikel oksida logam, sedengkeun XPS sénsitip kana beungkeut permukaan.Pikeun tujuan ieu, urang diuji 2D Nb-MXene nanoflakes sasari tina dispersions sél microalgae, nyaeta, bentuk maranéhanana sanggeus interaksi jeung sél microalgae (tingali Gbr. 7).
Gambar HRTEM nunjukkeun morfologi dioksidasi (a) SL Nb2CTx sareng (b) SL Nb4C3Tx MXenes, hasil analisa XPS nunjukkeun (c) komposisi produk oksida saatos réduksi, (d-f) cocog puncak komponén spéktra XPS tina SL Nb2CTx sareng (g- i) micro Nb4C3 Tx diréparasi.
Studi HRTEM dikonfirmasi oksidasi dua jenis nanoflakes Nb-MXene.Sanajan nanoflakes nahan morfologi dua diménsi maranéhna pikeun extent sababaraha, oksidasi ngakibatkeun penampilan loba nanopartikel nutupan beungeut MXene nanoflakes (tingali Gbr. 7a, b).Analisis XPS tina sinyal c Nb 3d sareng O 1s nunjukkeun yén oksida Nb kabentuk dina dua kasus.Sapertos dina Gambar 7c, 2D MXene Nb2CTx sareng Nb4C3TX gaduh sinyal Nb 3d anu nunjukkeun ayana oksida NbO sareng Nb2O5, sedengkeun sinyal O 1s nunjukkeun jumlah beungkeut O-Nb anu aya hubunganana sareng fungsionalisasi permukaan nanoflake 2D.Kami perhatikeun yén kontribusi Nb oksida dominan dibandingkeun Nb-C sareng Nb3 + -O.
Dina Gbr.Angka 7g–i nunjukkeun spéktra XPS Nb 3d, C 1s, jeung O 1s SL Nb2CTx (tingali Gbr. 7d–f) jeung SL Nb4C3TX MXene diisolasi tina sél microalgae.Rincian parameter puncak Nb-MXenes disayogikeun dina Tabél S4-5, masing-masing.Urang mimiti nganalisis komposisi Nb 3d.Kontras jeung Nb diserep ku sél microalgae, dina MXene diisolasi tina sél microalgae, sajaba ti Nb2O5, komponén séjén kapanggih.Dina Nb2CTx SL, kami niténan kontribusi Nb3 + -O dina jumlah 15%, sedengkeun sesa spéktrum Nb 3d didominasi ku Nb2O5 (85%).Salaku tambahan, sampel SL Nb4C3TX ngandung komponén Nb-C (9%) sareng Nb2O5 (91%).Di dieu Nb-C asalna tina dua lapisan atom jero karbida logam dina Nb4C3Tx SR.Urang lajeng peta spéktra C 1s kana opat komponén béda, sakumaha urang ngalakukeun dina sampel internalized.Saperti nu diharapkeun, spéktrum C 1s didominasi ku karbon grafit, dituturkeun ku kontribusi ti partikel organik (CHx/CO jeung C=O) ti sél microalgae.Sajaba ti éta, dina spéktrum O 1s, urang observasi kontribusi bentuk organik sél microalgae, niobium oksida, jeung cai adsorbed.
Salaku tambahan, urang nalungtik naha pembelahan Nb-MXenes pakait sareng ayana spésiés oksigén réaktif (ROS) dina médium gizi sareng / atanapi sél mikroalga.Pikeun tujuan ieu, urang ditaksir tingkat oksigén singlet (1O2) dina medium budaya jeung glutathione intrasélular, thiol nu tindakan minangka antioksidan dina microalgae.Hasilna dipidangkeun dina SI (Angka S20 sareng S21).Budaya jeung SL Nb2CTx na Nb4C3TX MXenes dicirikeun ku jumlah ngurangan 1O2 (tingali Gambar S20).Dina kasus SL Nb2CTx, MXene 1O2 diréduksi jadi kira-kira 83%.Pikeun budaya microalgae maké SL, Nb4C3TX 1O2 turun malah leuwih, nepi ka 73%.Narikna, parobahan dina 1O2 némbongkeun trend sarua salaku pangaruh inhibitory-stimulatory saméméhna observasi (tingali Gbr. 3).Bisa disebutkeun yen inkubasi dina lampu caang bisa ngarobah photooxidation.Sanajan kitu, hasil analisis kontrol némbongkeun tingkat ampir konstan 1O2 salila percobaan (Gbr. S22).Dina kasus tingkat ROS intrasélular, urang ogé niténan trend handap sarua (tingali Gambar S21).Mimitina, tingkat ROS dina sél microalgae dibudidaya ku ayana Nb2CTx na Nb4C3Tx SLs ngaleuwihan tingkat kapanggih dina budaya murni microalgae.Antukna, kumaha oge, eta mucunghul yén microalgae diadaptasi kana ayana duanana Nb-MXenes, sakumaha tingkat ROS turun ka 85% jeung 91% tina tingkat diukur dina budaya murni microalgae inoculated kalawan SL Nb2CTx na Nb4C3TX, mungguh.Ieu bisa nunjukkeun yén microalgae ngarasa leuwih nyaman kana waktu ku ayana Nb-MXene ti dina medium gizi nyalira.
Mikroalga nyaéta sakelompok organisme fotosintétik anu rupa-rupa.Salila fotosintésis, aranjeunna ngarobah karbon dioksida atmosfir (CO2) jadi karbon organik.Hasil fotosintésis nyaéta glukosa jeung oksigén79.Urang nyangka yén oksigén sahingga kabentuk maénkeun peran kritis dina oksidasi Nb-MXenes.Salah sahiji katerangan anu mungkin pikeun ieu nyaéta yén parameter aerasi diferensial kabentuk dina tekanan parsial oksigén lemah sareng luhur di luar sareng di jero nanoflakes Nb-MXene.Ieu ngandung harti yén dimana wae aya wewengkon béda tekanan parsial oksigén, wewengkon kalawan tingkat panghandapna bakal ngabentuk anoda 80, 81, 82. Di dieu, microalgae nyumbang kana kreasi sél differentially aerated dina beungeut flakes MXene, nu ngahasilkeun oksigén alatan sipat fotosintétik maranéhanana.Hasilna, produk biocorrosion (dina hal ieu, niobium oksida) kabentuk.Aspék séjén nyaéta mikroalga bisa ngahasilkeun asam organik anu dileupaskeun ka cai83,84.Ku alatan éta, lingkungan agrésif kabentuk, kukituna ngarobah Nb-MXenes.Sajaba ti éta, mikroalga bisa ngarobah pH lingkungan jadi basa alatan nyerep karbon dioksida, nu ogé bisa ngabalukarkeun korosi79.
Anu langkung penting, photoperiod poék / lampu anu dianggo dina pangajaran urang penting pikeun ngartos hasil anu dicandak.Aspék ieu dijelaskeun sacara rinci dina Djemai-Zoghlache et al.85 Aranjeunna ngahaja ngagunakeun période 12/12 jam pikeun nunjukkeun biocorrosion pakait sareng biofouling ku mikroalga beureum Porphyridium purpureum.Éta némbongkeun yén photoperiod pakait jeung évolusi poténsi tanpa biocorrosion, manifesting sorangan salaku osilasi pseudoperiodic sabudeureun 24:00.Observasi ieu dikonfirmasi ku Dowling et al.86 Aranjeunna nunjukkeun biofilm fotosintétik sianobaktéri Anabaena.Oksigén leyur kabentuk dina aksi cahaya, nu pakait jeung parobahan atawa fluctuations dina poténsi biocorrosion bébas.Pentingna photoperiod ditekenkeun ku kanyataan yén poténsi bébas pikeun biocorrosion ningkat dina fase cahaya sareng turun dina fase poék.Ieu alatan oksigén dihasilkeun ku mikroalga fotosintétik, nu mangaruhan réaksi cathodic ngaliwatan tekanan parsial dihasilkeun deukeut éléktroda87.
Sajaba ti éta, Fourier transform spéktroskopi infra red (FTIR) dipigawé pikeun manggihan lamun aya parobahan dina komposisi kimia sél microalgae sanggeus interaksi jeung Nb-MXenes.Hasilna diala ieu rumit sareng kami nampilkeunana dina SI (Angka S23-S25, kalebet hasil tahap MAX sareng ML MXenes).Singketna, spéktra rujukan mikroalga anu diala masihan urang inpormasi penting ngeunaan ciri kimia organisme ieu.Geter anu paling dipikaresep ieu ayana dina frékuénsi 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.hiji.1 1 (C–H) jeung 3280 cm–1 (O–H).Pikeun SL Nb-MXenes, kami mendakan tandatangan peregangan CH-beungkeut anu konsisten sareng ulikan kami saméméhna38.Najan kitu, urang katalungtik yén sababaraha puncak tambahan pakait sareng beungkeut C = C jeung CH ngiles.Ieu nunjukkeun yén komposisi kimia microalgae bisa ngalaman parobahan minor alatan interaksi jeung SL Nb-MXenes.
Nalika nimbang-nimbang kamungkinan parobahan dina biokimia mikroalga, akumulasi oksida anorganik, sapertos niobium oksida, kedah dipertimbangkeun deui59.Ieu aub dina uptake logam ku beungeut sél, angkutan maranéhna kana sitoplasma, pakaitna jeung grup karboksil intrasélular, sarta akumulasi maranéhanana dina microalgae polyphosphosomes20,88,89,90.Salaku tambahan, hubungan antara mikroalga sareng logam dijaga ku gugus fungsi sél.Ku sabab kitu, nyerep ogé gumantung kana kimia permukaan microalgae, nu rada kompleks9,91.Sacara umum, saperti nu diharapkeun, komposisi kimia microalgae héjo rada robah alatan nyerep Nb oksida.
Narikna, inhibisi awal microalgae anu dititénan tiasa malik kana waktosna.Salaku urang observasi, nu microalgae overcame parobahan lingkungan awal sarta ahirna balik deui ka laju tumuwuh normal malah ngaronjat.Studi ngeunaan poténsi zeta nunjukkeun stabilitas anu luhur nalika diwanohkeun kana média gizi.Ku kituna, interaksi permukaan antara sél microalgae jeung nanoflakes Nb-MXene dijaga sapanjang percobaan réduksi.Dina analisa salajengna urang, urang nyimpulkeun mékanisme utama tindakan anu nyababkeun kabiasaan mikroalga anu luar biasa ieu.
observasi SEM geus ditémbongkeun yén microalgae condong ngagantelkeun ka Nb-MXenes.Ngagunakeun analisis gambar dinamis, urang mastikeun yén éfék ieu ngakibatkeun transformasi dua diménsi Nb-MXene nanoflakes kana partikel leuwih buleud, kukituna demonstrating yén dékomposisi nanoflakes pakait sareng oksidasi maranéhanana.Pikeun nguji hipotésis urang, urang ngalaksanakeun runtuyan studi bahan jeung biokimia.Saatos tés, nanoflakes laun-laun dioksidasi sareng terurai janten produk NbO sareng Nb2O5, anu henteu ngancem mikroalga héjo.Ngagunakeun observasi FTIR, urang kapanggih euweuh parobahan signifikan dina komposisi kimia microalgae incubated ku ayana 2D Nb-MXene nanoflakes.Nganggap kamungkinan nyerep niobium oksida ku microalgae, kami ngalaksanakeun analisis fluoresensi sinar-X.Hasil ieu jelas nunjukkeun yén mikroalga anu ditalungtik nyéépkeun oksida niobium (NbO sareng Nb2O5), anu henteu toksik pikeun mikroalga anu ditaliti.