Nature.com ஐப் பார்வையிட்டதற்கு நன்றி. நீங்கள் வரையறுக்கப்பட்ட CSS ஆதரவுடன் கூடிய உலாவி பதிப்பைப் பயன்படுத்துகிறீர்கள். சிறந்த அனுபவத்திற்கு, புதுப்பிக்கப்பட்ட உலாவியைப் பயன்படுத்துமாறு பரிந்துரைக்கிறோம் (அல்லது Internet Explorer இல் இணக்கத்தன்மை பயன்முறையை முடக்கவும்). இதற்கிடையில், தொடர்ச்சியான ஆதரவை உறுதிசெய்ய, ஸ்டைல்கள் மற்றும் ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இல்லாமல் தளத்தை ரெண்டர் செய்வோம்.
ஒரே நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளின் கேரோசலைக் காட்டுகிறது. ஒரே நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளின் வழியாக நகர்த்த முந்தைய மற்றும் அடுத்த பொத்தான்களைப் பயன்படுத்தவும் அல்லது ஒரே நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளின் வழியாக நகர்த்த இறுதியில் உள்ள ஸ்லைடர் பொத்தான்களைப் பயன்படுத்தவும்.
நானோ தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சியும் அன்றாட பயன்பாடுகளில் அதன் ஒருங்கிணைப்பும் சுற்றுச்சூழலுக்கு அச்சுறுத்தலாக இருக்கலாம். கரிம மாசுபடுத்திகளின் சிதைவுக்கான பசுமை முறைகள் நன்கு நிறுவப்பட்டிருந்தாலும், உயிரியல் உருமாற்றத்திற்கான குறைந்த உணர்திறன் மற்றும் உயிரியல் பொருட்களுடனான பொருள் மேற்பரப்பு தொடர்புகளைப் புரிந்து கொள்ளாமை காரணமாக கனிம படிக மாசுபடுத்திகளை மீட்டெடுப்பது பெரும் கவலைக்குரியது. இங்கே, பச்சை நுண்ணுயிரி ஆல்கா ராஃபிடோசெலிஸ் துணை கேபிடேட்டாவால் 2D பீங்கான் நானோ பொருட்களின் உயிரியல் மறுசீரமைப்பு பொறிமுறையைக் கண்டறிய ஒரு எளிய வடிவ அளவுரு பகுப்பாய்வு முறையுடன் இணைந்து Nb-அடிப்படையிலான கனிம 2D MXenes மாதிரியைப் பயன்படுத்துகிறோம். மேற்பரப்பு தொடர்பான இயற்பியல்-வேதியியல் தொடர்புகள் காரணமாக நுண்ணுயிரி ஆல்காக்கள் Nb-அடிப்படையிலான MXenes ஐ சிதைப்பதைக் கண்டறிந்தோம். ஆரம்பத்தில், ஒற்றை அடுக்கு மற்றும் பல அடுக்கு MXene நானோஃப்ளேக்குகள் நுண்ணுயிரி ஆல்காவின் மேற்பரப்பில் இணைக்கப்பட்டன, இது பாசிகளின் வளர்ச்சியை ஓரளவு குறைத்தது. இருப்பினும், மேற்பரப்புடன் நீடித்த தொடர்புக்குப் பிறகு, நுண்ணுயிரி ஆல்காக்கள் MXene நானோஃப்ளேக்குகளை ஆக்ஸிஜனேற்றி, அவற்றை NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக மேலும் சிதைத்தன. இந்த ஆக்சைடுகள் நுண்ணுயிரி செல்களுக்கு நச்சுத்தன்மையற்றவை என்பதால், அவை 72 மணிநேர நீர் சுத்திகரிப்புக்குப் பிறகு நுண்ணுயிரிகளை மேலும் மீட்டெடுக்கும் ஒரு உறிஞ்சுதல் பொறிமுறையின் மூலம் Nb ஆக்சைடு நானோ துகள்களை உட்கொள்கின்றன. உறிஞ்சுதலுடன் தொடர்புடைய ஊட்டச்சத்துக்களின் விளைவுகள் செல் அளவின் அதிகரிப்பு, அவற்றின் மென்மையான வடிவம் மற்றும் வளர்ச்சி விகிதத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் ஆகியவற்றிலும் பிரதிபலிக்கின்றன. இந்த கண்டுபிடிப்புகளின் அடிப்படையில், நன்னீர் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில் Nb-அடிப்படையிலான MXenes இன் குறுகிய மற்றும் நீண்ட கால இருப்பு சிறிய சுற்றுச்சூழல் தாக்கங்களை மட்டுமே ஏற்படுத்தக்கூடும் என்று நாங்கள் முடிவு செய்கிறோம். இரு பரிமாண நானோ பொருட்களை மாதிரி அமைப்புகளாகப் பயன்படுத்தி, நுண்ணிய பொருட்களில் கூட வடிவ மாற்றத்தைக் கண்காணிக்கும் சாத்தியத்தை நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த ஆய்வு 2D நானோ பொருட்களின் உயிரியல் மறுசீரமைப்பு பொறிமுறையை இயக்கும் மேற்பரப்பு தொடர்பு தொடர்பான செயல்முறைகள் பற்றிய ஒரு முக்கியமான அடிப்படை கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது மற்றும் கனிம படிக நானோ பொருட்களின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கம் குறித்த மேலும் குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆய்வுகளுக்கு ஒரு அடிப்படையை வழங்குகிறது.
நானோ பொருட்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து அதிக ஆர்வத்தை உருவாக்கியுள்ளன, மேலும் பல்வேறு நானோ தொழில்நுட்பங்கள் சமீபத்தில் ஒரு நவீனமயமாக்கல் கட்டத்தில் நுழைந்துள்ளன1. துரதிர்ஷ்டவசமாக, அன்றாட பயன்பாடுகளில் நானோ பொருட்களை ஒருங்கிணைப்பது முறையற்ற அகற்றல், கவனக்குறைவான கையாளுதல் அல்லது போதுமான பாதுகாப்பு உள்கட்டமைப்பு இல்லாததால் தற்செயலான வெளியீடுகளுக்கு வழிவகுக்கும். எனவே, இரு பரிமாண (2D) நானோ பொருட்கள் உட்பட நானோ பொருட்கள் இயற்கை சூழலில் வெளியிடப்படலாம் என்று கருதுவது நியாயமானது, அவற்றின் நடத்தை மற்றும் உயிரியல் செயல்பாடு இன்னும் முழுமையாக புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை. எனவே, சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மை கவலைகள் 2D நானோ பொருட்கள் நீர்வாழ் அமைப்புகளில் கசியும் திறனில் கவனம் செலுத்தியதில் ஆச்சரியமில்லை2,3,4,5,6. இந்த சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில், சில 2D நானோ பொருட்கள் நுண்ணுயிரி பாசிகள் உட்பட பல்வேறு டிராபிக் நிலைகளில் பல்வேறு உயிரினங்களுடன் தொடர்பு கொள்ளலாம்.
நுண்ணுயிரி பாசிகள் என்பவை நன்னீர் மற்றும் கடல் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில் இயற்கையாகக் காணப்படும் பழமையான உயிரினங்கள் ஆகும், அவை ஒளிச்சேர்க்கை மூலம் பல்வேறு வேதியியல் பொருட்களை உற்பத்தி செய்கின்றன7. எனவே, அவை நீர்வாழ் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளுக்கு முக்கியமானவை8,9,10,11,12 ஆனால் உணர்திறன், மலிவானவை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மையின் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறிகாட்டிகளாகவும் உள்ளன13,14. நுண்ணுயிரி பாசிகள் விரைவாகப் பெருகி பல்வேறு சேர்மங்களின் இருப்புக்கு விரைவாக பதிலளிப்பதால், கரிமப் பொருட்களால் மாசுபட்ட நீரைச் சுத்திகரிப்பதற்கான சுற்றுச்சூழல் நட்பு முறைகளின் வளர்ச்சிக்கு அவை உறுதியளிக்கின்றன15,16.
ஆல்கா செல்கள் உயிரியல் உறிஞ்சுதல் மற்றும் குவிப்பு மூலம் நீரிலிருந்து கனிம அயனிகளை அகற்ற முடியும்17,18. குளோரெல்லா, அனபீனா இன்வார், வெஸ்டியெல்லோப்சிஸ் ப்ரோலிஃபா, ஸ்டிஜியோக்ளோனியம் டெனு மற்றும் சினெகோகோகஸ் எஸ்பி போன்ற சில பாசி இனங்கள். இது Fe2+, Cu2+, Zn2+ மற்றும் Mn2+19 போன்ற நச்சு உலோக அயனிகளை எடுத்துச் சென்று ஊட்டமளிப்பதாகக் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. பிற ஆய்வுகள் Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ அல்லது Pb2+ அயனிகள் செல் உருவ அமைப்பை மாற்றி அவற்றின் குளோரோபிளாஸ்ட்களை அழிப்பதன் மூலம் சீனெடெஸ்மஸின் வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன என்பதைக் காட்டுகின்றன20,21.
கரிம மாசுபடுத்திகளின் சிதைவு மற்றும் கன உலோக அயனிகளை அகற்றுவதற்கான பசுமை முறைகள் உலகெங்கிலும் உள்ள விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியாளர்களின் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன. இந்த மாசுபடுத்திகள் திரவ கட்டத்தில் எளிதில் செயலாக்கப்படுவதே இதற்கு முக்கிய காரணம். இருப்பினும், கனிம படிக மாசுபடுத்திகள் குறைந்த நீரில் கரைதிறன் மற்றும் பல்வேறு உயிர் உருமாற்றங்களுக்கு குறைந்த உணர்திறன் ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, இது சரிசெய்தலில் பெரும் சிரமங்களை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் இந்த பகுதியில் சிறிய முன்னேற்றம் ஏற்பட்டுள்ளது22,23,24,25,26. இதனால், நானோ பொருட்களை பழுதுபார்ப்பதற்கான சுற்றுச்சூழல் நட்பு தீர்வுகளுக்கான தேடல் ஒரு சிக்கலான மற்றும் ஆராயப்படாத பகுதியாகவே உள்ளது. 2D நானோ பொருட்களின் உயிர் உருமாற்ற விளைவுகள் குறித்த அதிக அளவு நிச்சயமற்ற தன்மை காரணமாக, குறைப்பின் போது அவற்றின் சிதைவின் சாத்தியமான பாதைகளைக் கண்டறிய எளிதான வழி இல்லை.
இந்த ஆய்வில், கனிம பீங்கான் பொருட்களுக்கான செயலில் உள்ள நீர்வாழ் உயிரியல் மீட்சி முகவராக பச்சை நுண்ணுயிரிகளை நாங்கள் பயன்படுத்தினோம், இது கனிம பீங்கான் பொருட்களின் பிரதிநிதியாக MXene இன் சிதைவு செயல்முறையின் இடத்திலேயே கண்காணிப்புடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. "MXene" என்ற சொல் Mn+1XnTx பொருளின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரியை பிரதிபலிக்கிறது, இங்கு M என்பது ஆரம்பகால நிலைமாற்ற உலோகம், X என்பது கார்பன் மற்றும்/அல்லது நைட்ரஜன், Tx என்பது ஒரு மேற்பரப்பு டெர்மினேட்டர் (எ.கா., -OH, -F, -Cl), மற்றும் n = 1, 2, 3 அல்லது 427.28. நாகுயிப் மற்றும் பலர் MXenes ஐ கண்டுபிடித்ததிலிருந்து. சென்சோரிக்ஸ், புற்றுநோய் சிகிச்சை மற்றும் சவ்வு வடிகட்டுதல் 27,29,30. கூடுதலாக, MXenes ஐ அவற்றின் சிறந்த கூழ் நிலைத்தன்மை மற்றும் சாத்தியமான உயிரியல் தொடர்புகள் காரணமாக மாதிரி 2D அமைப்புகளாகக் கருதலாம்31,32,33,34,35,36.
எனவே, இந்தக் கட்டுரையில் உருவாக்கப்பட்ட வழிமுறை மற்றும் எங்கள் ஆராய்ச்சி கருதுகோள்கள் படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்தக் கருதுகோளின்படி, நுண்ணுயிரி பாசிகள் மேற்பரப்பு தொடர்பான இயற்பியல்-வேதியியல் தொடர்புகள் காரணமாக Nb-அடிப்படையிலான MXenes-ஐ நச்சுத்தன்மையற்ற சேர்மங்களாகச் சிதைக்கின்றன, இது பாசியை மேலும் மீட்டெடுக்க அனுமதிக்கிறது. இந்தக் கருதுகோளைச் சோதிக்க, ஆரம்பகால நியோபியம் அடிப்படையிலான மாற்ற உலோக கார்பைடுகள் மற்றும்/அல்லது நைட்ரைடுகள் (MXenes) குடும்பத்தைச் சேர்ந்த இரண்டு உறுப்பினர்கள், அதாவது Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டனர்.
பச்சை நுண்ணுயிரி பாசியான ராஃபிடோசெலிஸ் துணைத் தலைசிறந்த ஆல்காவால் MXene மீட்புக்கான ஆராய்ச்சி முறை மற்றும் சான்றுகள் சார்ந்த கருதுகோள்கள். இது சான்றுகள் சார்ந்த அனுமானங்களின் திட்டவட்டமான பிரதிநிதித்துவம் மட்டுமே என்பதை நினைவில் கொள்ளவும். ஏரி சூழல் பயன்படுத்தப்படும் ஊட்டச்சத்து ஊடகம் மற்றும் நிலைமைகளில் வேறுபடுகிறது (எ.கா., தினசரி சுழற்சி மற்றும் கிடைக்கக்கூடிய அத்தியாவசிய ஊட்டச்சத்துக்களில் வரம்புகள்). BioRender.com உடன் உருவாக்கப்பட்டது.
எனவே, MXene ஐ ஒரு மாதிரி அமைப்பாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பிற வழக்கமான நானோ பொருட்களுடன் கவனிக்க முடியாத பல்வேறு உயிரியல் விளைவுகளைப் பற்றிய ஆய்வுக்கு நாங்கள் கதவைத் திறந்துள்ளோம். குறிப்பாக, நியோபியம் சார்ந்த MXenes போன்ற இரு பரிமாண நானோ பொருட்களின் உயிரியல் மறுசீரமைப்பின் சாத்தியத்தை மைக்ரோஆல்கா ராஃபிடோசெலிஸ் துணை கேபிடேட்டா மூலம் நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம். நுண்ணிய பாசிகள் Nb-MXenes ஐ நச்சுத்தன்மையற்ற ஆக்சைடுகளான NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக சிதைக்க முடிகிறது, அவை நியோபியம் உறிஞ்சும் பொறிமுறையின் மூலம் ஊட்டச்சத்துக்களையும் வழங்குகின்றன. ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த ஆய்வு இரு பரிமாண நானோ பொருட்களின் உயிரியல் மறுசீரமைப்பின் வழிமுறைகளை நிர்வகிக்கும் மேற்பரப்பு இயற்பியல் வேதியியல் தொடர்புகளுடன் தொடர்புடைய செயல்முறைகள் பற்றிய ஒரு முக்கியமான அடிப்படை கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது. கூடுதலாக, 2D நானோ பொருட்களின் வடிவத்தில் நுட்பமான மாற்றங்களைக் கண்காணிப்பதற்கான எளிய வடிவ-அளவுரு அடிப்படையிலான முறையை நாங்கள் உருவாக்கி வருகிறோம். இது கனிம படிக நானோ பொருட்களின் பல்வேறு சுற்றுச்சூழல் தாக்கங்கள் குறித்து மேலும் குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆராய்ச்சியை ஊக்குவிக்கிறது. இதனால், எங்கள் ஆய்வு பொருள் மேற்பரப்புக்கும் உயிரியல் பொருளுக்கும் இடையிலான தொடர்பு பற்றிய புரிதலை அதிகரிக்கிறது. நன்னீர் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில் அவற்றின் சாத்தியமான தாக்கங்கள் குறித்த விரிவாக்கப்பட்ட குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆய்வுகளுக்கான அடிப்படையையும் நாங்கள் வழங்கி வருகிறோம், இப்போது அவற்றை எளிதாக சரிபார்க்க முடியும்.
MXenes தனித்துவமான மற்றும் கவர்ச்சிகரமான இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு சுவாரஸ்யமான வகைப் பொருட்களைக் குறிக்கின்றன, எனவே பல சாத்தியமான பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்த பண்புகள் பெரும்பாலும் அவற்றின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரி மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியலைச் சார்ந்தவை. எனவே, எங்கள் ஆய்வில், இந்த நானோ பொருட்களின் வெவ்வேறு உயிரியல் விளைவுகளைக் காணக்கூடியதாக இருந்ததால், Nb-அடிப்படையிலான படிநிலை ஒற்றை அடுக்கு (SL) MXenes, Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX ஆகியவற்றை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம். அணு ரீதியாக மெல்லிய MAX-கட்ட A-அடுக்குகளை மேலிருந்து கீழ்நோக்கித் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பொறிப்பதன் மூலம் MXenes அவற்றின் தொடக்கப் பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன. MAX கட்டம் என்பது "பிணைக்கப்பட்ட" இடைநிலை உலோக கார்பைடுகள் மற்றும் MnAXn-1 ஸ்டோச்சியோமெட்ரியுடன் Al, Si மற்றும் Sn போன்ற "A" தனிமங்களின் மெல்லிய அடுக்குகளால் ஆன ஒரு மும்மடங்கு பீங்கான் ஆகும். ஆரம்ப MAX கட்டத்தின் உருவவியல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) ஐ ஸ்கேன் செய்வதன் மூலம் காணப்பட்டது மற்றும் முந்தைய ஆய்வுகளுடன் ஒத்துப்போனது (துணைத் தகவல், SI, படம் S1 ஐப் பார்க்கவும்). 48% HF (ஹைட்ரோஃப்ளூரிக் அமிலம்) உடன் Al அடுக்கை அகற்றிய பிறகு பல அடுக்கு (ML) Nb-MXene பெறப்பட்டது. ML-Nb2CTx மற்றும் ML-Nb4C3TX ஆகியவற்றின் உருவவியல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) மூலம் (படங்கள் S1c மற்றும் S1d முறையே) ஆராயப்பட்டது, மேலும் ஒரு பொதுவான அடுக்கு MXene உருவவியல் காணப்பட்டது, இது நீளமான துளை போன்ற பிளவுகள் வழியாக செல்லும் இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகளைப் போன்றது. இரண்டு Nb-MXenes களும் முன்பு அமில பொறிப்பு மூலம் தொகுக்கப்பட்ட MXene கட்டங்களுடன் மிகவும் பொதுவானவை. MXene இன் கட்டமைப்பை உறுதிப்படுத்திய பிறகு, டெட்ராபியூட்டிலமோனியம் ஹைட்ராக்சைடு (TBAOH) இன் இடைக்கணிப்பு மூலம் அதை அடுக்கினோம், அதைத் தொடர்ந்து கழுவுதல் மற்றும் ஒலி நீக்கம் செய்தோம், அதன் பிறகு ஒற்றை அடுக்கு அல்லது குறைந்த அடுக்கு (SL) 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளைப் பெற்றோம்.
பொறித்தல் மற்றும் மேலும் உரித்தல் ஆகியவற்றின் செயல்திறனை சோதிக்க உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (HRTEM) மற்றும் எக்ஸ்-கதிர் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (XRD) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தினோம். தலைகீழ் வேகமான ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (IFFT) மற்றும் வேகமான ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (FFT) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி செயலாக்கப்பட்ட HRTEM முடிவுகள் படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. அணு அடுக்கின் கட்டமைப்பைச் சரிபார்த்து, இடைத்தள தூரங்களை அளவிட Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் விளிம்பு மேல்நோக்கி நோக்கியதாக இருந்தன. MXene Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX நானோஃப்ளேக்குகளின் HRTEM படங்கள் அவற்றின் அணு மெல்லிய அடுக்கு இயல்பை வெளிப்படுத்தின (படம் 2a1, a2 ஐப் பார்க்கவும்), முன்னர் Naguib et al.27 மற்றும் Jastrzębska et al.38 ஆகியோரால் அறிவிக்கப்பட்டது. இரண்டு அருகிலுள்ள Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx மோனோலேயர்களுக்கு, முறையே 0.74 மற்றும் 1.54 nm இன் இடைத்தள தூரங்களை நாங்கள் தீர்மானித்தோம் (படங்கள் 2b1,b2), இது எங்கள் முந்தைய முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போகிறது38. இது Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx ஒற்றை அடுக்குகளுக்கு இடையிலான தூரத்தைக் காட்டும் தலைகீழ் வேக ஃபோரியர் உருமாற்றம் (படம் 2c1, c2) மற்றும் வேகமான ஃபோரியர் உருமாற்றம் (படம் 2d1, d2) ஆகியவற்றால் மேலும் உறுதிப்படுத்தப்பட்டது. படம் நியோபியம் மற்றும் கார்பன் அணுக்களுடன் தொடர்புடைய ஒளி மற்றும் இருண்ட பட்டைகளின் மாற்றீட்டைக் காட்டுகிறது, இது ஆய்வு செய்யப்பட்ட MXenes இன் அடுக்கு தன்மையை உறுதிப்படுத்துகிறது. Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx (படங்கள் S2a மற்றும் S2b) க்காகப் பெறப்பட்ட ஆற்றல் பரவக்கூடிய எக்ஸ்-ரே ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (EDX) நிறமாலை அசல் MAX கட்டத்தின் எந்த எச்சத்தையும் காட்டவில்லை என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும், ஏனெனில் Al உச்சம் கண்டறியப்படவில்லை.
SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் சிறப்பியல்புகள், இதில் (a) உயர் தெளிவுத்திறன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (HRTEM) பக்கவாட்டு பார்வை 2D நானோஃப்ளேக் இமேஜிங் மற்றும் தொடர்புடையவை, (b) தீவிர முறை, (c) தலைகீழ் வேக ஃபோரியர் உருமாற்றம் (IFFT), (d) வேக ஃபோரியர் உருமாற்றம் (FFT), (e) Nb-MXenes எக்ஸ்-ரே வடிவங்கள் ஆகியவை அடங்கும். SL 2D Nb2CTx க்கு, எண்கள் (a1, b1, c1, d1, e1) என வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன. SL 2D Nb4C3Tx க்கு, எண்கள் (a2, b2, c2, d2, e1) என வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன.
SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXenes இன் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்பு விளைவு அளவீடுகள் முறையே படம் 2e1 மற்றும் e2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. 4.31 மற்றும் 4.32 இல் உள்ள சிகரங்கள் (002) முன்னர் விவரிக்கப்பட்ட அடுக்கு MXenes Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX38,39,40,41 உடன் ஒத்திருக்கின்றன. XRD முடிவுகள் சில எஞ்சிய ML கட்டமைப்புகள் மற்றும் MAX கட்டங்களின் இருப்பையும் குறிக்கின்றன, ஆனால் பெரும்பாலும் SL Nb4C3Tx உடன் தொடர்புடைய XRD வடிவங்கள் (படம் 2e2). MAX கட்டத்தின் சிறிய துகள்களின் இருப்பு சீரற்ற முறையில் அடுக்கப்பட்ட Nb4C3Tx அடுக்குகளுடன் ஒப்பிடும்போது வலுவான MAX உச்சத்தை விளக்கக்கூடும்.
மேலும் ஆராய்ச்சி R. subcapitata இனத்தைச் சேர்ந்த பச்சை நுண்ணுயிரிகளில் கவனம் செலுத்தியுள்ளது. முக்கிய உணவு வலைகளில் ஈடுபடும் முக்கியமான உற்பத்தியாளர்கள் என்பதால் நுண்ணுயிரிகளைத் தேர்ந்தெடுத்தோம்42. உணவுச் சங்கிலியின் உயர் மட்டங்களுக்கு கொண்டு செல்லப்படும் நச்சுப் பொருட்களை அகற்றும் திறன் காரணமாக அவை நச்சுத்தன்மையின் சிறந்த குறிகாட்டிகளில் ஒன்றாகும்43. கூடுதலாக, R. subcapitata பற்றிய ஆராய்ச்சி, பொதுவான நன்னீர் நுண்ணுயிரிகளுக்கு SL Nb-MXenes இன் தற்செயலான நச்சுத்தன்மையை வெளிச்சம் போட்டுக் காட்டக்கூடும். இதை விளக்குவதற்கு, ஒவ்வொரு நுண்ணுயிரியும் சுற்றுச்சூழலில் உள்ள நச்சு சேர்மங்களுக்கு வேறுபட்ட உணர்திறனைக் கொண்டுள்ளது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கருதுகின்றனர். பெரும்பாலான உயிரினங்களுக்கு, குறைந்த செறிவுள்ள பொருட்கள் அவற்றின் வளர்ச்சியைப் பாதிக்காது, அதே நேரத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பிற்கு மேல் உள்ள செறிவுகள் அவற்றைத் தடுக்கலாம் அல்லது மரணத்தை கூட ஏற்படுத்தலாம். எனவே, நுண்ணுயிரிகளுக்கும் MXenes க்கும் இடையிலான மேற்பரப்பு தொடர்பு மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய மீட்பு பற்றிய எங்கள் ஆய்வுகளுக்கு, Nb-MXenes இன் பாதிப்பில்லாத மற்றும் நச்சு செறிவுகளை சோதிக்க முடிவு செய்தோம். இதைச் செய்ய, 0 (குறிப்பாக), 0.01, 0.1 மற்றும் 10 மி.கி l-1 MXene செறிவுகளையும், கூடுதலாக MXene (100 மி.கி l-1 MXene) இன் மிக அதிக செறிவுகளைக் கொண்ட பாதிக்கப்பட்ட நுண்ணுயிரி பாசிகளையும் சோதித்தோம், இது எந்த உயிரியல் சூழலுக்கும் தீவிரமானது மற்றும் ஆபத்தானது. .
SL Nb-MXenes நுண்ணுயிரிகளின் மீதான விளைவுகள் படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன, இது 0 mg l-1 மாதிரிகளுக்கு அளவிடப்பட்ட வளர்ச்சி ஊக்குவிப்பு (+) அல்லது தடுப்பு (-) சதவீதமாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. ஒப்பிடுவதற்கு, Nb-MAX கட்டம் மற்றும் ML Nb-MXenes ஆகியவையும் சோதிக்கப்பட்டன, மேலும் முடிவுகள் SI இல் காட்டப்பட்டுள்ளன (படம் S3 ஐப் பார்க்கவும்). படம் 3a,b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 0.01 முதல் 10 mg/l வரையிலான குறைந்த செறிவுகளின் வரம்பில் SL Nb-MXenes கிட்டத்தட்ட முற்றிலும் நச்சுத்தன்மையற்றது என்பதை பெறப்பட்ட முடிவுகள் உறுதிப்படுத்தின. Nb2CTx விஷயத்தில், குறிப்பிட்ட வரம்பில் 5% க்கும் அதிகமான சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மையை நாங்கள் கவனித்தோம்.
SL (a) Nb2CTx மற்றும் (b) Nb4C3TX MXene முன்னிலையில் நுண்ணுயிரிகளின் வளர்ச்சியைத் தூண்டுதல் (+) அல்லது தடுப்பது (-). 24, 48 மற்றும் 72 மணிநேர MXene-நுண்ணுயிரிகளின் தொடர்பு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p < 0.05) ஒரு நட்சத்திரக் குறியால் (*) குறிக்கப்பட்டது. குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p < 0.05) ஒரு நட்சத்திரக் குறியால் (*) குறிக்கப்பட்டது. Значимые данные (t-критерий, ப <0,05) குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p < 0.05) ஒரு நட்சத்திரக் குறியால் (*) குறிக்கப்பட்டுள்ளது.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 dannые (t-test, p <0,05) отмечены звездочкой (*). முக்கியமான தரவுகள் (t-test, p < 0.05) ஒரு நட்சத்திரக் குறியால் (*) குறிக்கப்பட்டுள்ளன.சிவப்பு அம்புகள் தடுப்பு தூண்டுதலை ஒழிப்பதைக் குறிக்கின்றன.
மறுபுறம், Nb4C3TX இன் குறைந்த செறிவுகள் சற்று அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டதாக மாறியது, ஆனால் 7% ஐ விட அதிகமாக இல்லை. எதிர்பார்த்தபடி, 100mg L-1 இல் MXenes அதிக நச்சுத்தன்மை மற்றும் நுண்ணுயிரி வளர்ச்சி தடுப்பைக் கொண்டிருப்பதை நாங்கள் கவனித்தோம். சுவாரஸ்யமாக, MAX அல்லது ML மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது எந்தப் பொருட்களும் நச்சு/நச்சு விளைவுகளின் அதே போக்கையும் நேர சார்பையும் காட்டவில்லை (விவரங்களுக்கு SI ஐப் பார்க்கவும்). MAX கட்டத்திற்கு (படம் S3 ஐப் பார்க்கவும்) நச்சுத்தன்மை தோராயமாக 15-25% ஐ எட்டியது மற்றும் காலப்போக்கில் அதிகரித்தது, SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX MXene க்கு தலைகீழ் போக்கு காணப்பட்டது. நுண்ணுயிரி வளர்ச்சியின் தடுப்பு காலப்போக்கில் குறைந்தது. இது 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு தோராயமாக 17% ஐ எட்டியது மற்றும் 72 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு 5% க்கும் குறைவாகக் குறைந்தது (படம் 3a, b, முறையே).
மிக முக்கியமாக, SL Nb4C3TX-க்கு, நுண்பாசி வளர்ச்சி தடுப்பு 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு சுமார் 27% ஐ எட்டியது, ஆனால் 72 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு அது சுமார் 1% ஆகக் குறைந்தது. எனவே, கவனிக்கப்பட்ட விளைவை தூண்டுதலின் தலைகீழ் தடுப்பு என்று நாங்கள் பெயரிட்டோம், மேலும் விளைவு SL Nb4C3TX MXene-க்கு வலுவாக இருந்தது. நுண்பாசி வளர்ச்சியின் தூண்டுதல் SL Nb2CTx MXene உடன் ஒப்பிடும்போது Nb4C3TX (24 மணிநேரத்திற்கு 10 mg L-1 இல் தொடர்பு) உடன் முன்னர் குறிப்பிடப்பட்டது. தடுப்பு-தூண்டுதல் தலைகீழ் விளைவு உயிரி இரட்டிப்பு விகித வளைவிலும் நன்கு காட்டப்பட்டது (விவரங்களுக்கு படம் S4 ஐப் பார்க்கவும்). இதுவரை, Ti3C2TX MXene இன் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மை மட்டுமே வெவ்வேறு வழிகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. இது ஜீப்ராஃபிஷ் கருக்களுக்கு நச்சுத்தன்மையற்றது44 ஆனால் நுண்பாசி டெஸ்மோடெஸ்மஸ் குவாட்ரிகாடா மற்றும் சோர்கம் சாக்கரேட்டம் தாவரங்களுக்கு மிதமான சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மை45. குறிப்பிட்ட விளைவுகளின் பிற எடுத்துக்காட்டுகளில் சாதாரண செல் கோடுகளை விட புற்றுநோய் செல் கோடுகளுக்கு அதிக நச்சுத்தன்மை அடங்கும்46,47. சோதனை நிலைமைகள் Nb-MXenes முன்னிலையில் காணப்படும் நுண்ணுயிரி வளர்ச்சியில் ஏற்படும் மாற்றங்களை பாதிக்கும் என்று கருதலாம். எடுத்துக்காட்டாக, குளோரோபிளாஸ்ட் ஸ்ட்ரோமாவில் சுமார் 8 pH இருப்பது RuBisCO நொதியின் திறமையான செயல்பாட்டிற்கு உகந்ததாகும். எனவே, pH மாற்றங்கள் ஒளிச்சேர்க்கை விகிதத்தை எதிர்மறையாக பாதிக்கின்றன48,49. இருப்பினும், பரிசோதனையின் போது pH இல் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களை நாங்கள் கவனிக்கவில்லை (விவரங்களுக்கு SI, படம் S5 ஐப் பார்க்கவும்). பொதுவாக, Nb-MXenes உடன் நுண்ணுயிரிகளின் கலாச்சாரங்கள் காலப்போக்கில் கரைசலின் pH ஐ சிறிது குறைத்தன. இருப்பினும், இந்த குறைவு ஒரு தூய ஊடகத்தின் pH இல் ஏற்பட்ட மாற்றத்திற்கு ஒத்ததாக இருந்தது. கூடுதலாக, கண்டறியப்பட்ட மாறுபாடுகளின் வரம்பு நுண்ணுயிரிகளின் தூய கலாச்சாரத்திற்கு அளவிடப்பட்டதைப் போன்றது (கட்டுப்பாட்டு மாதிரி). எனவே, காலப்போக்கில் pH இல் ஏற்படும் மாற்றங்களால் ஒளிச்சேர்க்கை பாதிக்கப்படுவதில்லை என்று நாங்கள் முடிவு செய்கிறோம்.
கூடுதலாக, தொகுக்கப்பட்ட MXenes மேற்பரப்பு முடிவுகளைக் கொண்டுள்ளன (Tx என குறிப்பிடப்படுகின்றன). இவை முக்கியமாக செயல்பாட்டுக் குழுக்கள் -O, -F மற்றும் -OH. இருப்பினும், மேற்பரப்பு வேதியியல் நேரடியாக தொகுப்பு முறையுடன் தொடர்புடையது. இந்த குழுக்கள் மேற்பரப்பில் சீரற்ற முறையில் விநியோகிக்கப்படுவதாக அறியப்படுகிறது, இதனால் MXene50 இன் பண்புகளில் அவற்றின் விளைவை கணிப்பது கடினம். ஒளியால் நியோபியத்தின் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கான வினையூக்க சக்தியாக Tx இருக்கலாம் என்று வாதிடலாம். மேற்பரப்பு செயல்பாட்டுக் குழுக்கள் உண்மையில் அவற்றின் அடிப்படை ஒளிச்சேர்க்கையாளர்களுக்கு ஹீட்டோரோஜங்க்ஷன்களை உருவாக்க பல நங்கூரமிடும் தளங்களை வழங்குகின்றன. இருப்பினும், வளர்ச்சி ஊடக கலவை ஒரு பயனுள்ள ஒளிச்சேர்க்கையாளரை வழங்கவில்லை (விரிவான நடுத்தர கலவையை SI அட்டவணை S6 இல் காணலாம்). கூடுதலாக, எந்தவொரு மேற்பரப்பு மாற்றமும் மிகவும் முக்கியமானது, ஏனெனில் அடுக்கு பிந்தைய செயலாக்கம், ஆக்சிஜனேற்றம், கரிம மற்றும் கனிம சேர்மங்களின் வேதியியல் மேற்பரப்பு மாற்றம் 52,53,54,55,56 அல்லது மேற்பரப்பு சார்ஜ் பொறியியல் 38 காரணமாக MXenes இன் உயிரியல் செயல்பாடு மாற்றப்படலாம். எனவே, நியோபியம் ஆக்சைடு ஊடகத்தில் உள்ள பொருள் உறுதியற்ற தன்மையுடன் ஏதேனும் தொடர்பு உள்ளதா என்பதை சோதிக்க, நுண்ணுயிரி வளர்ச்சி ஊடகம் மற்றும் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட நீரில் (ஒப்பிடுவதற்கு) ஜீட்டா (ζ) ஆற்றலைப் பற்றிய ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம். எங்கள் முடிவுகள் SL Nb-MXenes மிகவும் நிலையானவை என்பதைக் காட்டுகின்றன (MAX மற்றும் ML முடிவுகளுக்கு SI படம் S6 ஐப் பார்க்கவும்). SL MXenes இன் ஜீட்டா ஆற்றல் சுமார் -10 mV ஆகும். SR Nb2CTx விஷயத்தில், ζ இன் மதிப்பு Nb4C3Tx ஐ விட சற்றே எதிர்மறையானது. ζ மதிப்பில் இத்தகைய மாற்றம் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் மேற்பரப்பு கலாச்சார ஊடகத்திலிருந்து நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளை உறிஞ்சுவதைக் குறிக்கலாம். கலாச்சார ஊடகத்தில் Nb-MXenes இன் ஜீட்டா ஆற்றல் மற்றும் கடத்துத்திறனின் தற்காலிக அளவீடுகள் (மேலும் விவரங்களுக்கு SI இல் உள்ள புள்ளிவிவரங்கள் S7 மற்றும் S8 ஐப் பார்க்கவும்) எங்கள் கருதுகோளை ஆதரிப்பதாகத் தெரிகிறது.
இருப்பினும், இரண்டு Nb-MXene SLகளும் பூஜ்ஜியத்திலிருந்து குறைந்தபட்ச மாற்றங்களைக் காட்டின. இது நுண்ணுயிரி வளர்ச்சி ஊடகத்தில் அவற்றின் நிலைத்தன்மையை தெளிவாகக் காட்டுகிறது. கூடுதலாக, எங்கள் பச்சை நுண்ணுயிரிகளின் இருப்பு ஊடகத்தில் Nb-MXenes இன் நிலைத்தன்மையை பாதிக்குமா என்பதை நாங்கள் மதிப்பிட்டோம். காலப்போக்கில் ஊட்டச்சத்து ஊடகம் மற்றும் கலாச்சாரத்தில் நுண்ணுயிரிகளுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு MXenes இன் ஜீட்டா ஆற்றல் மற்றும் கடத்துத்திறனின் முடிவுகளை SI இல் காணலாம் (படங்கள் S9 மற்றும் S10). சுவாரஸ்யமாக, நுண்ணுயிரிகளின் இருப்பு இரண்டு MXenes இன் பரவலை உறுதிப்படுத்துவதாகத் தோன்றியது. Nb2CTx SL ஐப் பொறுத்தவரை, ஜீட்டா ஆற்றல் காலப்போக்கில் சிறிது குறைந்து அதிக எதிர்மறை மதிப்புகளுக்கு (-15.8 vs -19.1 mV) குறைந்தது. SL Nb4C3TX இன் ஜீட்டா ஆற்றல் சற்று அதிகரித்தது, ஆனால் 72 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு அது நுண்ணுயிரிகளின் இருப்பு இல்லாமல் நானோஃப்ளேக்குகளை விட அதிக நிலைத்தன்மையைக் காட்டியது (-18.1 vs. -9.1 mV).
நுண்ணுயிரிகளின் முன்னிலையில் அடைகாக்கப்பட்ட Nb-MXene கரைசல்களின் குறைந்த கடத்துத்திறனையும் நாங்கள் கண்டறிந்தோம், இது ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தில் குறைந்த அளவு அயனிகளைக் குறிக்கிறது. குறிப்பாக, நீரில் MXenes இன் உறுதியற்ற தன்மை முக்கியமாக மேற்பரப்பு ஆக்சிஜனேற்றம் காரணமாகும். எனவே, பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகள் எப்படியோ Nb-MXene இன் மேற்பரப்பில் உருவாகும் ஆக்சைடுகளை அழித்து, அவற்றின் நிகழ்வை (MXene இன் ஆக்சிஜனேற்றம்) தடுத்ததாக நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம். நுண்ணுயிரிகளால் உறிஞ்சப்படும் பொருட்களின் வகைகளைப் படிப்பதன் மூலம் இதைக் காணலாம்.
எங்கள் சுற்றுச்சூழல் நச்சுயியல் ஆய்வுகள், காலப்போக்கில் நுண்ணுயிரிகள் Nb-MXenes இன் நச்சுத்தன்மையையும் தூண்டப்பட்ட வளர்ச்சியை அசாதாரணமாகத் தடுப்பதையும் சமாளிக்க முடிந்தது என்பதைக் குறிப்பிட்டாலும், எங்கள் ஆய்வின் நோக்கம் சாத்தியமான செயல்பாட்டு வழிமுறைகளை ஆராய்வதாகும். ஆல்கா போன்ற உயிரினங்கள் அவற்றின் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளுக்குப் பழக்கமில்லாத சேர்மங்கள் அல்லது பொருட்களுக்கு வெளிப்படும் போது, ​​அவை பல்வேறு வழிகளில் வினைபுரியக்கூடும்58,59. நச்சு உலோக ஆக்சைடுகள் இல்லாத நிலையில், நுண்ணுயிரிகள் தங்களைத் தாங்களே உணவாகக் கொள்ளலாம், அவை தொடர்ந்து வளர அனுமதிக்கின்றன60. நச்சுப் பொருட்களை உட்கொண்ட பிறகு, வடிவம் அல்லது வடிவத்தை மாற்றுவது போன்ற பாதுகாப்பு வழிமுறைகள் செயல்படுத்தப்படலாம். உறிஞ்சுதலின் சாத்தியக்கூறுகளையும் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்58,59. குறிப்பாக, ஒரு பாதுகாப்பு பொறிமுறையின் எந்த அறிகுறியும் சோதனை சேர்மத்தின் நச்சுத்தன்மையின் தெளிவான குறிகாட்டியாகும். எனவே, எங்கள் மேலும் பணியில், SEM மூலம் SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் நுண்ணுயிரி ஆல்காக்களுக்கு இடையிலான சாத்தியமான மேற்பரப்பு தொடர்பு மற்றும் எக்ஸ்-ரே ஃப்ளோரசன்ஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XRF) மூலம் Nb-அடிப்படையிலான MXene இன் சாத்தியமான உறிஞ்சுதலை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம். செயல்பாட்டு நச்சுத்தன்மை சிக்கல்களை நிவர்த்தி செய்வதற்காக SEM மற்றும் XRF பகுப்பாய்வுகள் MXene இன் மிக உயர்ந்த செறிவில் மட்டுமே செய்யப்பட்டன என்பதை நினைவில் கொள்க.
SEM முடிவுகள் படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. சிகிச்சையளிக்கப்படாத நுண்ணுயிரி செல்கள் (படம் 4a, குறிப்பு மாதிரியைப் பார்க்கவும்) வழக்கமான R. சப்கேபிடேட்டா உருவவியல் மற்றும் குரோசண்ட் போன்ற செல் வடிவத்தை தெளிவாகக் காட்டின. செல்கள் தட்டையாகவும் ஓரளவு ஒழுங்கற்றதாகவும் தோன்றுகின்றன. சில நுண்ணுயிரி செல்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று ஒன்றுடன் ஒன்று சிக்கிக் கொண்டன, ஆனால் இது மாதிரி தயாரிப்பு செயல்முறையால் ஏற்பட்டிருக்கலாம். பொதுவாக, தூய நுண்ணுயிரி செல்கள் மென்மையான மேற்பரப்பைக் கொண்டிருந்தன மற்றும் எந்த உருவ மாற்றங்களையும் காட்டவில்லை.
72 மணிநேர தீவிர செறிவில் (100 மி.கி. எல்-1) தொடர்புக்குப் பிறகு பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகள் மற்றும் MXene நானோதாள்களுக்கு இடையிலான மேற்பரப்பு தொடர்புகளைக் காட்டும் SEM படங்கள். (அ) SL (b) Nb2CTx மற்றும் (c) Nb4C3TX MXenes உடனான தொடர்புக்குப் பிறகு சிகிச்சையளிக்கப்படாத பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகள். Nb-MXene நானோசெதில்கள் சிவப்பு அம்புகளால் குறிக்கப்பட்டுள்ளன என்பதை நினைவில் கொள்க. ஒப்பிடுவதற்கு, ஒரு ஆப்டிகல் நுண்ணோக்கியிலிருந்து புகைப்படங்களும் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன.
இதற்கு நேர்மாறாக, SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளால் உறிஞ்சப்பட்ட நுண்பாசி செல்கள் சேதமடைந்தன (படம் 4b, c, சிவப்பு அம்புகளைப் பார்க்கவும்). Nb2CTx MXene (படம் 4b) விஷயத்தில், நுண்பாசிகள் இணைக்கப்பட்ட இரு பரிமாண நானோஸ்கேல்களுடன் வளர முனைகின்றன, அவை அவற்றின் உருவ அமைப்பை மாற்றக்கூடும். குறிப்பாக, ஒளி நுண்ணோக்கியின் கீழ் இந்த மாற்றங்களையும் நாங்கள் கவனித்தோம் (விவரங்களுக்கு SI படம் S11 ஐப் பார்க்கவும்). இந்த உருவவியல் மாற்றம் நுண்பாசிகளின் உடலியல் மற்றும் செல் அளவை அதிகரிப்பது போன்ற செல் உருவ அமைப்பை மாற்றுவதன் மூலம் தங்களைத் தற்காத்துக் கொள்ளும் திறனில் ஒரு நம்பத்தகுந்த அடிப்படையைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, உண்மையில் Nb-MXenes உடன் தொடர்பில் இருக்கும் நுண்பாசி செல்களின் எண்ணிக்கையைச் சரிபார்க்க வேண்டியது அவசியம். SEM ஆய்வுகள் தோராயமாக 52% நுண்பாசி செல்கள் Nb-MXenes க்கு ஆளாகியுள்ளன, அதே நேரத்தில் இந்த நுண்பாசி செல்கள் 48% தொடர்பைத் தவிர்த்தன. SL Nb4C3Tx MXene-ஐப் பொறுத்தவரை, நுண்பாசிகள் MXene உடனான தொடர்பைத் தவிர்க்க முயற்சி செய்கின்றன, இதன் மூலம் இரு பரிமாண நானோ அளவுகோல்களிலிருந்து உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்டு வளர்கின்றன (படம் 4c). இருப்பினும், நுண்பாசி செல்களுக்குள் நானோ அளவுகோல்கள் ஊடுருவுவதையும் அவற்றின் சேதத்தையும் நாங்கள் கவனிக்கவில்லை.
செல் மேற்பரப்பில் உள்ள துகள்களின் உறிஞ்சுதல் மற்றும் நிழல் (நிழல்) விளைவு என்று அழைக்கப்படுவதால் ஏற்படும் ஒளிச்சேர்க்கைத் தடைக்கு சுய-பாதுகாப்பு என்பது நேரத்தைச் சார்ந்த ஒரு எதிர்வினை நடத்தையாகும்62. நுண்ணிய பாசிகள் மற்றும் ஒளி மூலத்திற்கு இடையில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளும் (எடுத்துக்காட்டாக, Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள்) குளோரோபிளாஸ்ட்களால் உறிஞ்சப்படும் ஒளியின் அளவைக் கட்டுப்படுத்துகிறது என்பது தெளிவாகிறது. இருப்பினும், பெறப்பட்ட முடிவுகளில் இது குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது என்பதில் எங்களுக்கு எந்த சந்தேகமும் இல்லை. எங்கள் நுண்ணிய அவதானிப்புகள் காட்டியுள்ளபடி, நுண்ணிய பாசி செல்கள் Nb-MXenes உடன் தொடர்பில் இருந்தபோதும் கூட, 2D நானோஃப்ளேக்குகள் நுண்ணிய பாசிகளின் மேற்பரப்பில் முழுமையாக மூடப்பட்டிருக்கவில்லை அல்லது ஒட்டப்படவில்லை. அதற்கு பதிலாக, நானோஃப்ளேக்குகள் அவற்றின் மேற்பரப்பை மறைக்காமல் நுண்ணிய பாசி செல்களை நோக்கியதாக மாறியது. அத்தகைய நானோஃப்ளேக்குகள்/நுண்ணிய பாசிகளின் தொகுப்பு நுண்ணிய பாசி செல்கள் உறிஞ்சும் ஒளியின் அளவைக் கணிசமாகக் கட்டுப்படுத்த முடியாது. மேலும், சில ஆய்வுகள் இரு பரிமாண நானோ பொருட்களின் முன்னிலையில் ஒளிச்சேர்க்கை உயிரினங்களால் ஒளி உறிஞ்சுதலில் முன்னேற்றத்தைக் காட்டியுள்ளன63,64,65,66.
நுண்பாசி செல்கள் நியோபியத்தை உறிஞ்சுவதை SEM படங்களால் நேரடியாக உறுதிப்படுத்த முடியவில்லை என்பதால், இந்த சிக்கலை தெளிவுபடுத்த எங்கள் மேலும் ஆய்வு எக்ஸ்-கதிர் ஃப்ளோரசன்ஸ் (XRF) மற்றும் எக்ஸ்-கதிர் ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XPS) பகுப்பாய்விற்கு திரும்பியது. எனவே, MXenes, நுண்பாசி செல்களின் மேற்பரப்பில் இருந்து பிரிக்கப்பட்ட MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் இணைக்கப்பட்ட MXenes அகற்றப்பட்ட பிறகு நுண்பாசி செல்கள் ஆகியவற்றுடன் தொடர்பு கொள்ளாத குறிப்பு நுண்பாசி மாதிரிகளின் Nb சிகரங்களின் தீவிரத்தை ஒப்பிட்டுப் பார்த்தோம். Nb உறிஞ்சுதல் இல்லை என்றால், இணைக்கப்பட்ட நானோ அளவுகோல்களை அகற்றிய பிறகு நுண்பாசி செல்கள் பெறும் Nb மதிப்பு பூஜ்ஜியமாக இருக்க வேண்டும் என்பது கவனிக்கத்தக்கது. எனவே, Nb உறிஞ்சுதல் ஏற்பட்டால், XRF மற்றும் XPS முடிவுகள் இரண்டும் தெளிவான Nb உச்சத்தைக் காட்ட வேண்டும்.
XRF நிறமாலையைப் பொறுத்தவரை, SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene உடனான தொடர்புக்குப் பிறகு, நுண்பாசி மாதிரிகள் SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene க்கான Nb உச்சங்களைக் காட்டின (படம் 5a ஐப் பார்க்கவும், MAX மற்றும் ML MXenes க்கான முடிவுகள் SI, Figs S12–C17 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன என்பதையும் நினைவில் கொள்ளவும்). சுவாரஸ்யமாக, Nb உச்சத்தின் தீவிரம் இரண்டு நிகழ்வுகளிலும் ஒரே மாதிரியாக உள்ளது (படம் 5a இல் சிவப்பு பட்டைகள்). இது பாசிகள் அதிக Nb ஐ உறிஞ்ச முடியாது என்பதைக் குறிக்கிறது, மேலும் Nb குவிப்புக்கான அதிகபட்ச திறன் செல்களில் அடையப்பட்டது, இருப்பினும் இரண்டு மடங்கு அதிகமாக Nb4C3Tx MXene நுண்பாசி செல்களுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது (படம் 5a இல் நீல பட்டைகள்). குறிப்பிடத்தக்க வகையில், உலோகங்களை உறிஞ்சும் நுண்பாசிகளின் திறன் சூழலில் உள்ள உலோக ஆக்சைடுகளின் செறிவைப் பொறுத்தது67,68. Shamshada et al.67, அதிகரிக்கும் pH உடன் நன்னீர் பாசிகளின் உறிஞ்சும் திறன் குறைகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தனர். Raize et al.68, கடற்பாசியின் உலோகங்களை உறிஞ்சும் திறன் Ni2+ ஐ விட Pb2+ க்கு சுமார் 25% அதிகமாக இருப்பதாகக் குறிப்பிட்டனர்.
(a) SL Nb-MXenes (100 mg L-1) இன் தீவிர செறிவில் 72 மணி நேரம் அடைகாக்கப்பட்ட பச்சை நுண்பாசி செல்கள் மூலம் அடிப்படை Nb உறிஞ்சுதலின் XRF முடிவுகள். முடிவுகள் தூய நுண்பாசி செல்கள் (கட்டுப்பாட்டு மாதிரி, சாம்பல் நிற நெடுவரிசைகள்), மேற்பரப்பு நுண்பாசி செல்களிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட 2D நானோஃப்ளேக்குகள் (நீல நெடுவரிசைகள்), மற்றும் மேற்பரப்பில் இருந்து 2D நானோஃப்ளேக்குகளைப் பிரித்த பிறகு நுண்பாசி செல்கள் (சிவப்பு நெடுவரிசைகள்) ஆகியவற்றில் α இருப்பதைக் காட்டுகின்றன. தனிம Nb இன் அளவு, (b) SL Nb-MXenes உடன் அடைகாத்த பிறகு நுண்பாசி செல்களில் இருக்கும் நுண்பாசி கரிம கூறுகள் (C=O மற்றும் CHx/C–O) மற்றும் Nb ஆக்சைடுகளின் வேதியியல் கலவையின் சதவீதம், (c–e) நுண்பாசி செல்களால் உள்வாங்கப்பட்ட XPS SL Nb2CTx நிறமாலை மற்றும் (fh) SL Nb4C3Tx MXene ஆகியவற்றின் கலவை உச்சத்தின் பொருத்தம்.
எனவே, Nb ஆக்சைடுகள் வடிவில் உள்ள பாசி செல்கள் மூலம் உறிஞ்சப்படலாம் என்று நாங்கள் எதிர்பார்த்தோம். இதைச் சோதிக்க, MXenes Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX மற்றும் பாசி செல்கள் மீது XPS ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம். ஆல்கா செல்களிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட Nb-MXenes மற்றும் MXenes உடன் நுண்ணுயிரிகளின் தொடர்புகளின் முடிவுகள் படம் 5b இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. எதிர்பார்த்தபடி, நுண்ணுயிரிகளின் மேற்பரப்பில் இருந்து MXene அகற்றப்பட்ட பிறகு நுண்ணுயிரி மாதிரிகளில் Nb 3d சிகரங்களைக் கண்டறிந்தோம். C=O, CHx/CO, மற்றும் Nb ஆக்சைடுகளின் அளவு நிர்ணயம், அடைகாக்கப்பட்ட நுண்ணுயிரிகளிலிருந்து பெறப்பட்ட Nb 3d, O 1s மற்றும் C 1s நிறமாலையின் அடிப்படையில் கணக்கிடப்பட்டது. படம் 5f–h) MXenes. அட்டவணை S1-3, பொருத்தத்தின் விளைவாக ஏற்படும் உச்ச அளவுருக்கள் மற்றும் ஒட்டுமொத்த வேதியியலின் விவரங்களைக் காட்டுகிறது. Nb2CTx SL மற்றும் Nb4C3Tx SL இன் Nb 3d பகுதிகள் (படம் 5c, f) ஒரு Nb2O5 கூறுக்கு ஒத்திருப்பது குறிப்பிடத்தக்கது. இங்கே, நிறமாலையில் MXene தொடர்பான சிகரங்கள் எதுவும் இல்லை, இது நுண்அல்கா செல்கள் Nb இன் ஆக்சைடு வடிவத்தை மட்டுமே உறிஞ்சுகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. கூடுதலாக, C–C, CHx/C–O, C=O, மற்றும் –COOH கூறுகளுடன் C 1s நிறமாலையை தோராயமாக மதிப்பிட்டோம். நுண்அல்கா செல்களின் கரிம பங்களிப்புக்கு CHx/C–O மற்றும் C=O சிகரங்களை ஒதுக்கினோம். இந்த கரிம கூறுகள் முறையே Nb2CTx SL மற்றும் Nb4C3TX SL இல் C 1s சிகரங்களில் 36% மற்றும் 41% ஆகும். பின்னர் SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3TX இன் O 1s நிறமாலையை நுண்அல்காக்களின் (CHx/CO) கரிம கூறுகளான Nb2O5 மற்றும் மேற்பரப்பு உறிஞ்சப்பட்ட தண்ணீருடன் பொருத்தினோம்.
இறுதியாக, XPS முடிவுகள் Nb இன் வடிவத்தை தெளிவாகக் குறிப்பிட்டன, அதன் இருப்பை மட்டுமல்ல. Nb 3d சிக்னலின் நிலை மற்றும் டிகன்வல்யூஷனின் முடிவுகளின்படி, Nb ஆக்சைடுகளின் வடிவத்தில் மட்டுமே உறிஞ்சப்படுகிறது, அயனிகள் அல்லது MXene அல்ல என்பதை நாங்கள் உறுதிப்படுத்துகிறோம். கூடுதலாக, XPS முடிவுகள், SL Nb4C3TX MXene உடன் ஒப்பிடும்போது SL Nb2CTx இலிருந்து Nb ஆக்சைடுகளை உறிஞ்சும் திறனை நுண்ணுயிரி செல்கள் கொண்டுள்ளன என்பதைக் காட்டுகின்றன.
எங்கள் Nb உறிஞ்சுதல் முடிவுகள் சுவாரஸ்யமாக உள்ளன மற்றும் MXene சிதைவை அடையாளம் காண எங்களுக்கு உதவுகின்றன, ஆனால் 2D நானோஃப்ளேக்குகளில் தொடர்புடைய உருவ மாற்றங்களைக் கண்காணிக்க எந்த முறையும் கிடைக்கவில்லை. எனவே, 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் நுண்ணுயிரி செல்களில் ஏற்படும் எந்த மாற்றங்களுக்கும் நேரடியாக பதிலளிக்கக்கூடிய பொருத்தமான முறையை உருவாக்கவும் நாங்கள் முடிவு செய்தோம். ஊடாடும் இனங்கள் ஏதேனும் மாற்றம், சிதைவு அல்லது சிதைவு ஏற்பட்டால், அது சமமான வட்டப் பகுதியின் விட்டம், வட்டத்தன்மை, ஃபெரெட் அகலம் அல்லது ஃபெரெட் நீளம் போன்ற வடிவ அளவுருக்களில் மாற்றங்களாக விரைவாக வெளிப்படும் என்பதை நாங்கள் கருதுகிறோம் என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். இந்த அளவுருக்கள் நீளமான துகள்கள் அல்லது இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகளை விவரிக்க ஏற்றவை என்பதால், டைனமிக் துகள் வடிவ பகுப்பாய்வு மூலம் அவற்றின் கண்காணிப்பு குறைப்பின் போது SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் உருவ மாற்றம் பற்றிய மதிப்புமிக்க தகவல்களை நமக்கு வழங்கும்.
பெறப்பட்ட முடிவுகள் படம் 6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. ஒப்பிடுவதற்கு, அசல் MAX கட்டம் மற்றும் ML-MXenes ஐயும் நாங்கள் சோதித்தோம் (SI படங்கள் S18 மற்றும் S19 ஐப் பார்க்கவும்). துகள் வடிவத்தின் டைனமிக் பகுப்பாய்வு, நுண்ணுயிரிகளுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு இரண்டு Nb-MXene SLகளின் அனைத்து வடிவ அளவுருக்களும் கணிசமாக மாறியதைக் காட்டியது. சமமான வட்டப் பகுதி விட்டம் அளவுருவால் (படம் 6a, b) காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பெரிய நானோஃப்ளேக்குகளின் பின்னத்தின் குறைக்கப்பட்ட உச்ச தீவிரம் அவை சிறிய துண்டுகளாக சிதைவடைய முனைகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது. படம் 6c இல், d என்பது செதில்களின் குறுக்குவெட்டு அளவுடன் (நானோஃப்ளேக்குகளின் நீட்சி) தொடர்புடைய சிகரங்களில் குறைவைக் காட்டுகிறது, இது 2D நானோஃப்ளேக்குகளை துகள் போன்ற வடிவமாக மாற்றுவதைக் குறிக்கிறது. படம் 6e-h முறையே ஃபெரெட்டின் அகலத்தையும் நீளத்தையும் காட்டுகிறது. ஃபெரெட்டின் அகலமும் நீளமும் நிரப்பு அளவுருக்கள் மற்றும் எனவே ஒன்றாகக் கருதப்பட வேண்டும். நுண்ணுயிரிகளின் முன்னிலையில் 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளை அடைகாத்த பிறகு, அவற்றின் ஃபெரெட் தொடர்பு சிகரங்கள் மாறின, அவற்றின் தீவிரம் குறைந்தது. இந்த முடிவுகளின் அடிப்படையில், உருவவியல், XRF மற்றும் XPS ஆகியவற்றுடன் இணைந்து, ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்ட MXenes மேலும் சுருக்கமடைந்து துண்டுகளாகவும் கோள ஆக்சைடு துகள்களாகவும் உடைந்து 69,70 ஆக இருப்பதால், கவனிக்கப்பட்ட மாற்றங்கள் ஆக்ஸிஜனேற்றத்துடன் வலுவாக தொடர்புடையவை என்று நாங்கள் முடிவு செய்தோம்.
பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகளுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு MXene உருமாற்றத்தின் பகுப்பாய்வு. டைனமிக் துகள் வடிவ பகுப்பாய்வு (a, b) சமமான வட்டப் பகுதியின் விட்டம், (c, d) வட்டத்தன்மை, (e, f) ஃபெரெட் அகலம் மற்றும் (g, h) ஃபெரெட் நீளம் போன்ற அளவுருக்களைக் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்கிறது. இந்த நோக்கத்திற்காக, இரண்டு குறிப்பு நுண்ணுயிரி பாசி மாதிரிகள் முதன்மை SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes, சிதைந்த நுண்ணுயிரி பாசிகள் மற்றும் சிகிச்சையளிக்கப்பட்ட நுண்ணுயிரி பாசிகள் SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes ஆகியவற்றுடன் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன. சிவப்பு அம்புகள் ஆய்வு செய்யப்பட்ட இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகளின் வடிவ அளவுருக்களின் மாற்றங்களைக் காட்டுகின்றன.
வடிவ அளவுரு பகுப்பாய்வு மிகவும் நம்பகமானது என்பதால், இது நுண்ணுயிரி செல்களில் உருவவியல் மாற்றங்களையும் வெளிப்படுத்த முடியும். எனவே, 2D Nb நானோஃப்ளேக்குகளுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு தூய நுண்ணுயிரி செல்கள் மற்றும் செல்களின் சமமான வட்டப் பகுதி விட்டம், வட்டத்தன்மை மற்றும் ஃபெரெட் அகலம்/நீளம் ஆகியவற்றை நாங்கள் பகுப்பாய்வு செய்தோம். படம். 6a–h இல், ஆல்கா செல்களின் வடிவ அளவுருக்களில் ஏற்படும் மாற்றங்களைக் காட்டுகிறது, இது உச்ச தீவிரத்தில் குறைவு மற்றும் அதிக மதிப்புகளை நோக்கி அதிகபட்சத்தின் மாற்றத்தால் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. குறிப்பாக, செல் வட்டத்தன்மை அளவுருக்கள் நீளமான செல்களில் குறைவையும் கோள செல்களில் அதிகரிப்பையும் காட்டின (படம். 6a, b). கூடுதலாக, SL Nb4C3TX MXene (படம். 6e) உடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு, ஃபெரெட் செல் அகலம் SL Nb4C3TX MXene (படம். 6f) உடன் ஒப்பிடும்போது பல மைக்ரோமீட்டர்களால் அதிகரித்தது. Nb2CTx SR உடனான தொடர்புகளின் போது நுண்ணுயிரிகளால் Nb ஆக்சைடுகளை வலுவாக உறிஞ்சுவதே இதற்குக் காரணமாக இருக்கலாம் என்று நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம். Nb செதில்களை அவற்றின் மேற்பரப்பில் குறைவாக இறுக்கமாக இணைப்பது குறைந்தபட்ச நிழல் விளைவுடன் செல் வளர்ச்சியை ஏற்படுத்தும்.
நுண்ணுயிரிகளின் வடிவம் மற்றும் அளவின் அளவுருக்களில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் குறித்த எங்கள் அவதானிப்புகள் மற்ற ஆய்வுகளை நிறைவு செய்கின்றன. பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகள், செல் அளவு, வடிவம் அல்லது வளர்சிதை மாற்றத்தை மாற்றுவதன் மூலம் சுற்றுச்சூழல் அழுத்தத்திற்கு பதிலளிக்கும் விதமாக அவற்றின் உருவ அமைப்பை மாற்றலாம்61. எடுத்துக்காட்டாக, செல்களின் அளவை மாற்றுவது ஊட்டச்சத்துக்களை உறிஞ்சுவதை எளிதாக்குகிறது71. சிறிய பாசி செல்கள் குறைந்த ஊட்டச்சத்து உறிஞ்சுதலையும் பலவீனமான வளர்ச்சி விகிதத்தையும் காட்டுகின்றன. மாறாக, பெரிய செல்கள் அதிக ஊட்டச்சத்துக்களை உட்கொள்ள முனைகின்றன, பின்னர் அவை உயிரணுக்களுக்குள் டெபாசிட் செய்யப்படுகின்றன72,73. பூஞ்சைக் கொல்லியான ட்ரைக்ளோசன் செல் அளவை அதிகரிக்க முடியும் என்று மச்சாடோ மற்றும் சோரெஸ் கண்டறிந்தனர். அவர்கள் பாசியின் வடிவத்தில் ஆழமான மாற்றங்களையும் கண்டறிந்தனர்74. கூடுதலாக, குறைக்கப்பட்ட கிராஃபீன் ஆக்சைடு நானோகாம்போசிட்டுகளுக்கு வெளிப்பட்ட பிறகு பாசிகளில் உருவவியல் மாற்றங்களையும் Yin et al.9 வெளிப்படுத்தினர். எனவே, நுண்ணுயிரி பாசிகளின் மாற்றப்பட்ட அளவு/வடிவ அளவுருக்கள் MXene இருப்பதால் ஏற்படுகின்றன என்பது தெளிவாகிறது. அளவு மற்றும் வடிவத்தில் ஏற்படும் இந்த மாற்றம் ஊட்டச்சத்து உறிஞ்சுதலில் ஏற்படும் மாற்றங்களைக் குறிப்பதால், காலப்போக்கில் அளவு மற்றும் வடிவ அளவுருக்களின் பகுப்பாய்வு Nb-MXenes முன்னிலையில் நுண்ணுயிரிகளால் நியோபியம் ஆக்சைடை எடுத்துக்கொள்வதை நிரூபிக்க முடியும் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம்.
மேலும், பாசிகள் முன்னிலையில் MXenes ஆக்ஸிஜனேற்றப்படலாம். நானோ-TiO2 மற்றும் Al2O376 க்கு வெளிப்படும் பச்சை பாசிகளின் உருவவியல் சீரானதாக இல்லை என்று தலாய் மற்றும் பலர் கவனித்தனர். எங்கள் அவதானிப்புகள் தற்போதைய ஆய்வைப் போலவே இருந்தாலும், 2D நானோஃப்ளேக்குகளின் முன்னிலையில் MXene சிதைவு தயாரிப்புகளின் அடிப்படையில் உயிரியல் மீட்பின் விளைவுகள் பற்றிய ஆய்வுக்கு மட்டுமே இது பொருத்தமானது, நானோ துகள்கள் அல்ல. MXenes உலோக ஆக்சைடுகளாக சிதைக்க முடியும் என்பதால், 31,32,77,78 நுண்ணுயிரி ஆல்கா செல்களுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு நமது Nb நானோஃப்ளேக்குகளும் Nb ஆக்சைடுகளை உருவாக்க முடியும் என்று கருதுவது நியாயமானது.
ஆக்ஸிஜனேற்ற செயல்முறையின் அடிப்படையில் ஒரு சிதைவு பொறிமுறையின் மூலம் 2D-Nb நானோஃப்ளேக்குகளின் குறைப்பை விளக்க, உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (HRTEM) (படம் 7a,b) மற்றும் எக்ஸ்-ரே ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XPS) (படம் 7) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம். 7c-i மற்றும் அட்டவணைகள் S4-5). இரண்டு அணுகுமுறைகளும் 2D பொருட்களின் ஆக்சிஜனேற்றத்தைப் படிப்பதற்கு ஏற்றவை மற்றும் ஒன்றையொன்று பூர்த்தி செய்கின்றன. HRTEM இரு பரிமாண அடுக்கு கட்டமைப்புகளின் சிதைவு மற்றும் உலோக ஆக்சைடு நானோ துகள்களின் அடுத்தடுத்த தோற்றத்தை பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும், அதே நேரத்தில் XPS மேற்பரப்பு பிணைப்புகளுக்கு உணர்திறன் கொண்டது. இந்த நோக்கத்திற்காக, மைக்ரோஅல்கா செல் சிதறல்களிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்பட்ட 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளை நாங்கள் சோதித்தோம், அதாவது, மைக்ரோஅல்கா செல்களுடனான தொடர்புக்குப் பிறகு அவற்றின் வடிவம் (படம் 7 ஐப் பார்க்கவும்).
ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்ட (a) SL Nb2CTx மற்றும் (b) SL Nb4C3Tx MXenes ஆகியவற்றின் உருவ அமைப்பைக் காட்டும் HRTEM படங்கள், XPS பகுப்பாய்வு முடிவுகள் (c) குறைப்புக்குப் பிறகு ஆக்சைடு தயாரிப்புகளின் கலவை, (d–f) SL Nb2CTx இன் XPS நிறமாலையின் கூறுகளின் உச்ச பொருத்தம் மற்றும் (g–i) Nb4C3Tx SL பச்சை நுண்ணுயிரிகளால் சரிசெய்யப்பட்டது.
HRTEM ஆய்வுகள் இரண்டு வகையான Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் ஆக்சிஜனேற்றத்தை உறுதிப்படுத்தின. நானோஃப்ளேக்குகள் அவற்றின் இரு பரிமாண உருவ அமைப்பை ஓரளவிற்குத் தக்க வைத்துக் கொண்டாலும், ஆக்சிஜனேற்றம் MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் மேற்பரப்பை உள்ளடக்கிய பல நானோ துகள்களின் தோற்றத்தை ஏற்படுத்தியது (படம் 7a,b ஐப் பார்க்கவும்). c Nb 3d மற்றும் O 1s சமிக்ஞைகளின் XPS பகுப்பாய்வு இரண்டு நிகழ்வுகளிலும் Nb ஆக்சைடுகள் உருவாகியதைக் குறிக்கிறது. படம் 7c இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 2D MXene Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX ஆகியவை NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக்சைடுகளின் இருப்பைக் குறிக்கும் Nb 3d சமிக்ஞைகளைக் கொண்டுள்ளன, அதே நேரத்தில் O 1s சமிக்ஞைகள் 2D நானோஃப்ளேக் மேற்பரப்பின் செயல்பாட்டுடன் தொடர்புடைய O–Nb பிணைப்புகளின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கின்றன. Nb-C மற்றும் Nb3+-O உடன் ஒப்பிடும்போது Nb ஆக்சைடு பங்களிப்பு ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது என்பதை நாங்கள் கவனித்தோம்.
படத்தில். 7g–i படங்கள், Nb 3d, C 1s, மற்றும் O 1s SL Nb2CTx (படங்கள் 7d–f ஐப் பார்க்கவும்) மற்றும் SL Nb4C3TX MXene ஆகியவற்றின் XPS நிறமாலையைக் காட்டுகின்றன. Nb-MXenes உச்ச அளவுருக்களின் விவரங்கள் முறையே அட்டவணைகள் S4–5 இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன. முதலில் Nb 3d இன் கலவையை நாங்கள் பகுப்பாய்வு செய்தோம். நுண்ணுயிரி ஆல்கா செல்களால் உறிஞ்சப்படும் Nb க்கு மாறாக, நுண்ணுயிரி ஆல்கா செல்களிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட MXene இல், Nb2O5 தவிர, பிற கூறுகள் காணப்பட்டன. Nb2CTx SL இல், Nb3+-O இன் பங்களிப்பை 15% அளவில் நாங்கள் கவனித்தோம், அதே நேரத்தில் Nb 3d நிறமாலையின் மீதமுள்ள பகுதி Nb2O5 (85%) ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்தியது. கூடுதலாக, SL Nb4C3TX மாதிரியில் Nb-C (9%) மற்றும் Nb2O5 (91%) கூறுகள் உள்ளன. இங்கே Nb-C, Nb4C3Tx SR இல் உள்ள உலோக கார்பைட்டின் இரண்டு உள் அணு அடுக்குகளிலிருந்து வருகிறது. பின்னர், உள்மயமாக்கப்பட்ட மாதிரிகளில் செய்தது போல், C 1s நிறமாலையை நான்கு வெவ்வேறு கூறுகளுக்கு வரைபடமாக்குகிறோம். எதிர்பார்த்தபடி, C 1s நிறமாலை கிராஃபிடிக் கார்பனால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, அதைத் தொடர்ந்து நுண்ணுயிரி ஆல்கா செல்களிலிருந்து கரிம துகள்களின் (CHx/CO மற்றும் C=O) பங்களிப்புகள் உள்ளன. கூடுதலாக, O 1s நிறமாலையில், நுண்ணுயிரி ஆல்கா செல்கள், நியோபியம் ஆக்சைடு மற்றும் உறிஞ்சப்பட்ட நீர் ஆகியவற்றின் கரிம வடிவங்களின் பங்களிப்பை நாங்கள் கவனித்தோம்.
கூடுதலாக, ஊட்டச்சத்து ஊடகம் மற்றும்/அல்லது நுண்ணுயிரி செல்களில் எதிர்வினை ஆக்ஸிஜன் இனங்கள் (ROS) இருப்பதோடு Nb-MXenes பிளவு தொடர்புடையதா என்பதை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம். இதற்காக, வளர்ப்பு ஊடகத்தில் உள்ள ஒற்றை ஆக்ஸிஜன் (1O2) மற்றும் நுண்ணுயிரிகளில் ஆக்ஸிஜனேற்றியாக செயல்படும் தியோலான இன்ட்ராசெல்லுலர் குளுதாதயோனின் அளவை நாங்கள் மதிப்பிட்டோம். முடிவுகள் SI இல் காட்டப்பட்டுள்ளன (படங்கள் S20 மற்றும் S21). SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX MXenes கொண்ட கலாச்சாரங்கள் 1O2 இன் குறைக்கப்பட்ட அளவுகளால் வகைப்படுத்தப்பட்டன (படம் S20 ஐப் பார்க்கவும்). SL Nb2CTx விஷயத்தில், MXene 1O2 சுமார் 83% ஆகக் குறைக்கப்படுகிறது. SL ஐப் பயன்படுத்தும் நுண்ணுயிரி கலாச்சாரங்களுக்கு, Nb4C3TX 1O2 இன்னும் அதிகமாகக் குறைந்து 73% ஆகக் குறைந்தது. சுவாரஸ்யமாக, 1O2 இல் ஏற்படும் மாற்றங்கள் முன்னர் கவனிக்கப்பட்ட தடுப்பு-தூண்டுதல் விளைவைப் போலவே அதே போக்கைக் காட்டின (படம் 3 ஐப் பார்க்கவும்). பிரகாசமான ஒளியில் அடைகாத்தல் புகைப்பட ஆக்ஸிஜனேற்றத்தை மாற்றும் என்று வாதிடலாம். இருப்பினும், கட்டுப்பாட்டு பகுப்பாய்வின் முடிவுகள் பரிசோதனையின் போது கிட்டத்தட்ட நிலையான 1O2 அளவைக் காட்டின (படம். S22). உள்செல்லுலார் ROS அளவுகளின் விஷயத்தில், அதே கீழ்நோக்கிய போக்கையும் நாங்கள் கவனித்தோம் (படம் S21 ஐப் பார்க்கவும்). ஆரம்பத்தில், Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx SL களின் முன்னிலையில் வளர்க்கப்பட்ட நுண்பாசி செல்களில் ROS இன் அளவுகள் நுண்பாசிகளின் தூய கலாச்சாரங்களில் காணப்படும் அளவை விட அதிகமாக இருந்தன. இருப்பினும், இறுதியில், நுண்பாசிகள் Nb-MXenes இரண்டின் இருப்புக்கும் ஏற்றவாறு மாறின, ஏனெனில் ROS அளவுகள் முறையே SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX உடன் தடுப்பூசி போடப்பட்ட நுண்பாசிகளின் தூய கலாச்சாரங்களில் அளவிடப்பட்ட அளவுகளில் 85% மற்றும் 91% ஆகக் குறைந்தன. ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தில் மட்டும் இருப்பதை விட நுண்பாசிகள் காலப்போக்கில் Nb-MXene முன்னிலையில் மிகவும் வசதியாக உணர்கின்றன என்பதை இது குறிக்கலாம்.
நுண்பாசிகள் ஒளிச்சேர்க்கை உயிரினங்களின் பல்வேறு குழுக்கள். ஒளிச்சேர்க்கையின் போது, ​​அவை வளிமண்டல கார்பன் டை ஆக்சைடை (CO2) கரிம கார்பனாக மாற்றுகின்றன. ஒளிச்சேர்க்கையின் தயாரிப்புகள் குளுக்கோஸ் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் ஆகும்79. இவ்வாறு உருவாகும் ஆக்ஸிஜன் Nb-MXenes இன் ஆக்சிஜனேற்றத்தில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது என்று நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம். இதற்கு ஒரு சாத்தியமான விளக்கம் என்னவென்றால், Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளுக்கு வெளியேயும் உள்ளேயும் ஆக்ஸிஜனின் குறைந்த மற்றும் அதிக பகுதி அழுத்தங்களில் வேறுபட்ட காற்றோட்ட அளவுரு உருவாகிறது. இதன் பொருள் ஆக்ஸிஜனின் வெவ்வேறு பகுதி அழுத்தங்களின் பகுதிகள் எங்கிருந்தாலும், மிகக் குறைந்த அளவைக் கொண்ட பகுதி அனோடை 80, 81, 82 ஐ உருவாக்கும். இங்கே, நுண்பாசிகள் MXene செதில்களின் மேற்பரப்பில் வேறுபட்ட காற்றோட்ட செல்களை உருவாக்க பங்களிக்கின்றன, அவை அவற்றின் ஒளிச்சேர்க்கை பண்புகள் காரணமாக ஆக்ஸிஜனை உருவாக்குகின்றன. இதன் விளைவாக, உயிர் அரிப்பு பொருட்கள் (இந்த விஷயத்தில், நியோபியம் ஆக்சைடுகள்) உருவாகின்றன. மற்றொரு அம்சம் என்னவென்றால், நுண்பாசிகள் நீரில் வெளியிடப்படும் கரிம அமிலங்களை உற்பத்தி செய்ய முடியும்83,84. எனவே, ஒரு ஆக்கிரமிப்பு சூழல் உருவாகிறது, இதன் மூலம் Nb-MXenes ஐ மாற்றுகிறது. கூடுதலாக, நுண்ணுயிரி பாசிகள் கார்பன் டை ஆக்சைடை உறிஞ்சுவதன் காரணமாக சுற்றுச்சூழலின் pH ஐ காரத்தன்மைக்கு மாற்றக்கூடும், இது அரிப்பையும் ஏற்படுத்தும்79.
மிக முக்கியமாக, எங்கள் ஆய்வில் பயன்படுத்தப்படும் இருண்ட/ஒளி ஒளிக்காலம் பெறப்பட்ட முடிவுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கு மிகவும் முக்கியமானது. இந்த அம்சம் Djemai-Zoghlache மற்றும் பலர் இல் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது. 85 சிவப்பு நுண்ணுயிரி பாசி போர்பிரிடியம் பர்ப்யூரியத்தால் உயிரியல் அரிப்புடன் தொடர்புடைய உயிரியல் அரிப்பை நிரூபிக்க அவர்கள் வேண்டுமென்றே 12/12 மணிநேர ஒளிக்காலத்தைப் பயன்படுத்தினர். ஒளிக்காலம் உயிரியல் அரிப்பு இல்லாமல் ஆற்றலின் பரிணாம வளர்ச்சியுடன் தொடர்புடையது என்பதை அவை காட்டுகின்றன, இது 24:00 மணியளவில் போலி கால அலைவுகளாக வெளிப்படுகிறது. இந்த அவதானிப்புகள் டவ்லிங் மற்றும் பலர் உறுதிப்படுத்தின. 86 அவர்கள் சயனோபாக்டீரியா அனபீனாவின் ஒளிச்சேர்க்கை உயிரியல் படலங்களை நிரூபித்தனர். கரைந்த ஆக்ஸிஜன் ஒளியின் செயல்பாட்டின் கீழ் உருவாகிறது, இது இலவச உயிரியல் அரிப்பு திறனில் மாற்றம் அல்லது ஏற்ற இறக்கங்களுடன் தொடர்புடையது. ஒளிக்காலத்தின் முக்கியத்துவம், உயிரியல் அரிப்புக்கான இலவச ஆற்றல் ஒளி கட்டத்தில் அதிகரிக்கிறது மற்றும் இருண்ட கட்டத்தில் குறைகிறது என்பதன் மூலம் வலியுறுத்தப்படுகிறது. இது ஒளிச்சேர்க்கை நுண்ணுயிரிகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஆக்ஸிஜன் காரணமாகும், இது மின்முனைகளுக்கு அருகில் உருவாகும் பகுதி அழுத்தம் மூலம் கத்தோடிக் எதிர்வினையை பாதிக்கிறது87.
கூடுதலாக, Nb-MXenes உடனான தொடர்புக்குப் பிறகு நுண்பாசி செல்களின் வேதியியல் கலவையில் ஏதேனும் மாற்றங்கள் ஏற்பட்டதா என்பதைக் கண்டறிய ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் அகச்சிவப்பு நிறமாலை (FTIR) செய்யப்பட்டது. இந்த பெறப்பட்ட முடிவுகள் சிக்கலானவை மற்றும் நாங்கள் அவற்றை SI இல் வழங்குகிறோம் (படங்கள் S23-S25, MAX நிலை மற்றும் ML MXenes இன் முடிவுகள் உட்பட). சுருக்கமாக, நுண்பாசிகளின் பெறப்பட்ட குறிப்பு நிறமாலை இந்த உயிரினங்களின் வேதியியல் பண்புகள் பற்றிய முக்கியமான தகவல்களை நமக்கு வழங்குகிறது. இந்த மிகவும் சாத்தியமான அதிர்வுகள் 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 அதிர்வெண்களில் அமைந்துள்ளன. 1 1 (C–H) மற்றும் 3280 cm–1 (O–H). SL Nb-MXenes க்கு, எங்கள் முந்தைய ஆய்வுக்கு இசைவான ஒரு CH-பிணைப்பு நீட்சி கையொப்பத்தைக் கண்டறிந்தோம்38. இருப்பினும், C=C மற்றும் CH பிணைப்புகளுடன் தொடர்புடைய சில கூடுதல் சிகரங்கள் மறைந்துவிட்டன என்பதை நாங்கள் கவனித்தோம். இது SL Nb-MXenes உடனான தொடர்பு காரணமாக நுண்ணுயிரிகளின் வேதியியல் கலவை சிறிய மாற்றங்களுக்கு உள்ளாகக்கூடும் என்பதைக் குறிக்கிறது.
நுண்ணுயிரிகளின் உயிர் வேதியியலில் ஏற்படக்கூடிய மாற்றங்களைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, ​​நியோபியம் ஆக்சைடு போன்ற கனிம ஆக்சைடுகளின் திரட்சியை மறுபரிசீலனை செய்ய வேண்டும்59. இது செல் மேற்பரப்பால் உலோகங்களை உறிஞ்சுதல், சைட்டோபிளாஸிற்குள் கொண்டு செல்வது, உள்செல்லுலார் கார்பாக்சைல் குழுக்களுடனான தொடர்பு மற்றும் நுண்ணுயிரி பாலிபாஸ்போசோம்களில் அவற்றின் திரட்சி ஆகியவற்றில் ஈடுபட்டுள்ளது20,88,89,90. கூடுதலாக, நுண்ணுயிரிகளுக்கும் உலோகங்களுக்கும் இடையிலான உறவு செல்களின் செயல்பாட்டுக் குழுக்களால் பராமரிக்கப்படுகிறது. இந்த காரணத்திற்காக, உறிஞ்சுதல் நுண்ணுயிரி மேற்பரப்பு வேதியியலையும் சார்ந்துள்ளது, இது மிகவும் சிக்கலானது9,91. பொதுவாக, எதிர்பார்த்தபடி, Nb ஆக்சைடை உறிஞ்சுவதால் பச்சை நுண்ணுயிரிகளின் வேதியியல் கலவை சற்று மாறியது.
சுவாரஸ்யமாக, நுண்பாசிகளின் ஆரம்பகால தடுப்பு காலப்போக்கில் மீளக்கூடியதாக இருந்தது. நாங்கள் கவனித்தபடி, நுண்பாசிகள் ஆரம்பகால சுற்றுச்சூழல் மாற்றத்தை முறியடித்து இறுதியில் இயல்பான வளர்ச்சி விகிதங்களுக்குத் திரும்பின, மேலும் அதிகரித்தன. ஊட்டச்சத்து ஊடகங்களில் அறிமுகப்படுத்தப்படும்போது ஜீட்டா ஆற்றலின் ஆய்வுகள் அதிக நிலைத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன. இதனால், நுண்பாசி செல்கள் மற்றும் Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளுக்கு இடையிலான மேற்பரப்பு தொடர்பு குறைப்பு சோதனைகள் முழுவதும் பராமரிக்கப்பட்டது. எங்கள் மேலும் பகுப்பாய்வில், நுண்பாசிகளின் இந்த குறிப்பிடத்தக்க நடத்தைக்கு அடிப்படையான செயல்பாட்டின் முக்கிய வழிமுறைகளை நாங்கள் சுருக்கமாகக் கூறுகிறோம்.
SEM அவதானிப்புகள், நுண்ணுயிரி பாசிகள் Nb-MXenes உடன் இணைவதற்கான வாய்ப்புகளைக் காட்டுகின்றன. டைனமிக் பட பகுப்பாய்வைப் பயன்படுத்தி, இந்த விளைவு இரு பரிமாண Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளை அதிக கோளத் துகள்களாக மாற்றுவதற்கு வழிவகுக்கிறது என்பதை நாங்கள் உறுதிப்படுத்துகிறோம், இதன் மூலம் நானோஃப்ளேக்குகளின் சிதைவு அவற்றின் ஆக்சிஜனேற்றத்துடன் தொடர்புடையது என்பதை நிரூபிக்கிறது. எங்கள் கருதுகோளைச் சோதிக்க, நாங்கள் தொடர்ச்சியான பொருள் மற்றும் உயிர்வேதியியல் ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம். சோதனைக்குப் பிறகு, நானோஃப்ளேக்குகள் படிப்படியாக ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்டு NbO மற்றும் Nb2O5 தயாரிப்புகளாக சிதைந்தன, அவை பச்சை நுண்ணுயிரி பாசிகளுக்கு அச்சுறுத்தலை ஏற்படுத்தவில்லை. FTIR கண்காணிப்பைப் பயன்படுத்தி, 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் முன்னிலையில் அடைகாக்கப்பட்ட நுண்ணுயிரி பாசிகளின் வேதியியல் கலவையில் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்கள் எதுவும் இல்லை என்பதைக் கண்டறிந்தோம். நுண்ணுயிரிகளால் நியோபியம் ஆக்சைடை உறிஞ்சும் சாத்தியக்கூறுகளைக் கருத்தில் கொண்டு, நாங்கள் ஒரு எக்ஸ்-ரே ஃப்ளோரசன்ஸ் பகுப்பாய்வை மேற்கொண்டோம். ஆய்வு செய்யப்பட்ட நுண்ணுயிரி பாசிகள் நயோபியம் ஆக்சைடுகளை (NbO மற்றும் Nb2O5) உண்கின்றன என்பதை இந்த முடிவுகள் தெளிவாகக் காட்டுகின்றன, அவை ஆய்வு செய்யப்பட்ட நுண்ணுயிரி பாசிகளுக்கு நச்சுத்தன்மையற்றவை.