Nature.com ஐப் பார்வையிட்டதற்கு நன்றி.வரையறுக்கப்பட்ட CSS ஆதரவுடன் உலாவிப் பதிப்பைப் பயன்படுத்துகிறீர்கள்.சிறந்த அனுபவத்திற்கு, புதுப்பிக்கப்பட்ட உலாவியைப் பயன்படுத்துமாறு பரிந்துரைக்கிறோம் (அல்லது Internet Explorer இல் இணக்கத்தன்மை பயன்முறையை முடக்கவும்).இதற்கிடையில், தொடர்ந்து ஆதரவை உறுதிப்படுத்த, தளத்தை ஸ்டைல்கள் மற்றும் ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இல்லாமல் வழங்குவோம்.
ஒரே நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளின் கொணர்வியைக் காட்டுகிறது.ஒரே நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளை நகர்த்துவதற்கு முந்தைய மற்றும் அடுத்த பொத்தான்களைப் பயன்படுத்தவும் அல்லது ஒரு நேரத்தில் மூன்று ஸ்லைடுகளை நகர்த்த முடிவில் உள்ள ஸ்லைடர் பொத்தான்களைப் பயன்படுத்தவும்.
நானோ தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சி மற்றும் அன்றாட பயன்பாடுகளில் அதன் ஒருங்கிணைப்பு சுற்றுச்சூழலை அச்சுறுத்தும்.கரிம அசுத்தங்களை சிதைப்பதற்கான பச்சை முறைகள் நன்கு நிறுவப்பட்டிருந்தாலும், உயிரியல் மாற்றத்திற்கான குறைந்த உணர்திறன் மற்றும் உயிரியல் பொருட்களுடன் பொருள் மேற்பரப்பு தொடர்புகளை புரிந்து கொள்ளாததால் கனிம படிக அசுத்தங்களை மீட்டெடுப்பது முக்கிய கவலையாக உள்ளது.இங்கே, பச்சை மைக்ரோஅல்கா ராஃபிடோசெலிஸ் சப்கேபிடாட்டா மூலம் 2டி பீங்கான் நானோ பொருட்களின் உயிரியக்க பொறிமுறையைக் கண்டறிய எளிய வடிவ அளவுரு பகுப்பாய்வு முறையுடன் இணைந்து Nb- அடிப்படையிலான கனிம 2D MXenes மாதிரியைப் பயன்படுத்துகிறோம்.மேற்பரப்பு தொடர்பான இயற்பியல்-வேதியியல் தொடர்புகளின் காரணமாக மைக்ரோஅல்காக்கள் Nb-அடிப்படையிலான MXenes ஐ சிதைப்பதைக் கண்டறிந்தோம்.ஆரம்பத்தில், ஒற்றை அடுக்கு மற்றும் பல அடுக்கு MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மைக்ரோஅல்காவின் மேற்பரப்பில் இணைக்கப்பட்டன, இது ஆல்காவின் வளர்ச்சியை ஓரளவு குறைத்தது.இருப்பினும், மேற்பரப்புடன் நீடித்த இடைவினையில், மைக்ரோஅல்கா MXene நானோஃப்ளேக்குகளை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்து மேலும் அவற்றை NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக சிதைத்தது.இந்த ஆக்சைடுகள் நுண்ணுயிர் செல்களுக்கு நச்சுத்தன்மையற்றவை என்பதால், அவை Nb ஆக்சைடு நானோ துகள்களை உறிஞ்சும் பொறிமுறையின் மூலம் உட்கொள்கின்றன, இது 72 மணிநேர நீர் சுத்திகரிப்புக்குப் பிறகு மைக்ரோஅல்காவை மேலும் மீட்டெடுக்கிறது.உறிஞ்சுதலுடன் தொடர்புடைய ஊட்டச்சத்துக்களின் விளைவுகள் செல் அளவு அதிகரிப்பு, அவற்றின் மென்மையான வடிவம் மற்றும் வளர்ச்சி விகிதத்தில் 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 கண்காணிப்பதற்கான சாத்தியத்தை நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த ஆய்வு 2D நானோ பொருட்களின் உயிரியக்க பொறிமுறையை இயக்கும் மேற்பரப்பு தொடர்பு தொடர்பான செயல்முறைகள் பற்றிய முக்கியமான அடிப்படை கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது மற்றும் கனிம படிக நானோ பொருட்களின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கம் பற்றிய குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆய்வுகளுக்கு ஒரு அடிப்படையை வழங்குகிறது.
நானோ பொருட்கள் அவற்றின் கண்டுபிடிப்பிலிருந்து அதிக ஆர்வத்தை உருவாக்கியுள்ளன, மேலும் பல்வேறு நானோ தொழில்நுட்பங்கள் சமீபத்தில் நவீனமயமாக்கல் கட்டத்தில் நுழைந்துள்ளன.துரதிர்ஷ்டவசமாக, அன்றாடப் பயன்பாடுகளில் நானோ பொருட்கள் ஒருங்கிணைக்கப்படுவது முறையற்ற அகற்றல், கவனக்குறைவான கையாளுதல் அல்லது போதிய பாதுகாப்பு உள்கட்டமைப்பு ஆகியவற்றின் காரணமாக தற்செயலான வெளியீடுகளுக்கு வழிவகுக்கும்.எனவே, இரு பரிமாண (2டி) நானோ பொருட்கள் உட்பட நானோ பொருட்கள் இயற்கை சூழலில் வெளியிடப்படலாம், அவற்றின் நடத்தை மற்றும் உயிரியல் செயல்பாடு இன்னும் முழுமையாக புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை என்று கருதுவது நியாயமானது.எனவே, சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மை கவலைகள் 2D நானோ பொருட்களின் நீர்வாழ் அமைப்புகளில் கசியும் திறனை மையமாகக் கொண்டிருப்பதில் ஆச்சரியமில்லை 2,3,4,5,6.இந்த சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில், சில 2டி நானோ பொருட்கள் மைக்ரோஅல்கா உட்பட பல்வேறு ட்ரோபிக் நிலைகளில் பல்வேறு உயிரினங்களுடன் தொடர்பு கொள்ளலாம்.
மைக்ரோஅல்கா என்பது இயற்கையாகவே நன்னீர் மற்றும் கடல் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில் காணப்படும் பழமையான உயிரினங்கள் ஆகும், அவை ஒளிச்சேர்க்கை மூலம் பல்வேறு இரசாயன பொருட்களை உற்பத்தி செய்கின்றன.எனவே, அவை நீர்வாழ் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளுக்கு முக்கியமானவை 8,9,10,11,12 ஆனால் அவை உணர்திறன், மலிவான மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மையின் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறிகாட்டிகளாகும்.மைக்ரோஅல்கா செல்கள் வேகமாகப் பெருகி, பல்வேறு சேர்மங்களின் இருப்புக்கு விரைவாக பதிலளிப்பதால், கரிமப் பொருட்களால் மாசுபட்ட தண்ணீரைச் சுத்திகரிக்கும் சுற்றுச்சூழல் நட்பு முறைகளை உருவாக்குவதற்கு அவை உறுதியளிக்கின்றன.
ஆல்கா செல்கள் பயோசார்ப்ஷன் மற்றும் திரட்சியின் மூலம் நீரிலிருந்து கனிம அயனிகளை அகற்ற முடியும்17,18.குளோரெல்லா, அனாபேனா இன்வார், வெஸ்டியோலோப்சிஸ் ப்ரோலிஃபிகா, ஸ்டிஜியோக்ளோனியம் டெனு மற்றும் சினெகோகோகஸ் எஸ்பி போன்ற சில பாசி இனங்கள்.இது Fe2+, Cu2+, Zn2+ மற்றும் Mn2+19 போன்ற நச்சு உலோக அயனிகளை எடுத்துச் செல்வதாகவும், ஊட்டமளிப்பதாகவும் கண்டறியப்பட்டுள்ளது.மற்ற ஆய்வுகள் Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ அல்லது Pb2+ அயனிகள் செல் உருவ அமைப்பை மாற்றி அவற்றின் குளோரோபிளாஸ்ட்களை அழிப்பதன் மூலம் Scenedesmus இன் வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.
கரிம மாசுபாடுகளின் சிதைவு மற்றும் கன உலோக அயனிகளை அகற்றுவதற்கான பச்சை முறைகள் உலகம் முழுவதும் உள்ள விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியாளர்களின் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன.இந்த அசுத்தங்கள் திரவ கட்டத்தில் எளிதில் செயலாக்கப்படுகின்றன என்பதே இதற்குக் காரணம்.இருப்பினும், கனிம படிக மாசுபாடுகள் குறைந்த நீரில் கரையும் தன்மை மற்றும் பல்வேறு உயிர் உருமாற்றங்களுக்கு குறைந்த உணர்திறன் ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, இது நிவர்த்தி செய்வதில் பெரும் சிரமங்களை ஏற்படுத்துகிறது, மேலும் இந்த பகுதியில் சிறிய முன்னேற்றம் செய்யப்பட்டுள்ளது22,23,24,25,26.எனவே, நானோ பொருட்களின் பழுதுபார்ப்புக்கான சுற்றுச்சூழல் நட்பு தீர்வுகளுக்கான தேடல் ஒரு சிக்கலான மற்றும் ஆராயப்படாத பகுதியாக உள்ளது.2டி நானோ பொருட்களின் உயிர் உருமாற்ற விளைவுகள் தொடர்பான அதிக அளவு நிச்சயமற்ற தன்மை காரணமாக, குறைப்பின் போது அவற்றின் சிதைவின் சாத்தியமான பாதைகளைக் கண்டறிய எளிதான வழி இல்லை.
இந்த ஆய்வில், கனிம பீங்கான் பொருட்களுக்கான செயலில் உள்ள அக்வஸ் பயோரெமிடியேஷன் முகவராக பச்சை மைக்ரோஅல்காவைப் பயன்படுத்தினோம், இது கனிம பீங்கான் பொருட்களின் பிரதிநிதியாக MXene இன் சிதைவு செயல்முறையின் சிட்டு கண்காணிப்புடன் இணைந்து."MXene" என்ற சொல் Mn+1XnTx பொருளின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரியை பிரதிபலிக்கிறது, இதில் M என்பது ஆரம்ப நிலைமாற்ற உலோகம், X என்பது கார்பன் மற்றும்/அல்லது நைட்ரஜன், Tx என்பது ஒரு மேற்பரப்பு முனையமாகும் (எ.கா. -OH, -F, -Cl), மற்றும் n = 1, 2, 3 அல்லது 427.28.நாகுயிப் மற்றும் பலர் MXenes கண்டுபிடித்ததிலிருந்து.சென்சோரிக்ஸ், புற்றுநோய் சிகிச்சை மற்றும் சவ்வு வடிகட்டுதல் 27,29,30.கூடுதலாக, MXenes சிறந்த கூழ் நிலைத்தன்மை மற்றும் சாத்தியமான உயிரியல் தொடர்புகளின் காரணமாக மாதிரி 2D அமைப்புகளாகக் கருதப்படலாம்31,32,33,34,35,36.
எனவே, இந்தக் கட்டுரையில் உருவாக்கப்பட்ட வழிமுறைகள் மற்றும் எங்கள் ஆராய்ச்சி கருதுகோள்கள் படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த கருதுகோளின் படி, நுண்ணுயிரிகள் மேற்பரப்பு தொடர்பான இயற்பியல்-வேதியியல் தொடர்புகளின் காரணமாக Nb-அடிப்படையிலான MXenes ஐ நச்சுத்தன்மையற்ற சேர்மங்களாக சிதைக்கின்றன, இது பாசிகளை மேலும் மீட்டெடுக்க அனுமதிக்கிறது.இந்தக் கருதுகோளைச் சோதிக்க, ஆரம்பகால நியோபியம் அடிப்படையிலான மாற்றம் உலோக கார்பைடுகள் மற்றும்/அல்லது நைட்ரைடுகளின் (MXenes) குடும்பத்தின் இரண்டு உறுப்பினர்கள், அதாவது Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டனர்.
பச்சை நுண்ணுயிரிகளான ராஃபிடோசெலிஸ் சப்கேபிடாட்டா மூலம் MXene மீட்புக்கான ஆராய்ச்சி முறை மற்றும் ஆதார அடிப்படையிலான கருதுகோள்கள்.இது ஆதாரம் 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 மூலம் உருவாக்கப்பட்டது.
எனவே, MXene ஐ ஒரு மாதிரி அமைப்பாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பிற வழக்கமான நானோ பொருட்களுடன் கவனிக்க முடியாத பல்வேறு உயிரியல் விளைவுகள் பற்றிய ஆய்வுக்கான கதவைத் திறந்துள்ளோம்.குறிப்பாக, நுண்ணுயிரிகளான ராபிடோசெலிஸ் சப்கேபிடாட்டா மூலம் நியோபியம்-அடிப்படையிலான MXenes போன்ற இரு பரிமாண நானோ பொருட்களின் உயிரியக்க மாற்றத்தின் சாத்தியத்தை நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம்.நுண்ணுயிரிகள் Nb-MXenes ஐ நச்சு அல்லாத ஆக்சைடுகளான NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக சிதைக்க முடியும், இது நயோபியம் உறிஞ்சும் பொறிமுறையின் மூலம் ஊட்டச்சத்துக்களை வழங்குகிறது.ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த ஆய்வு இரு பரிமாண நானோ பொருட்களின் உயிரியக்கவியல் வழிமுறைகளை நிர்வகிக்கும் மேற்பரப்பு இயற்பியல் வேதியியல் தொடர்புகளுடன் தொடர்புடைய செயல்முறைகள் பற்றிய முக்கியமான அடிப்படை கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது.கூடுதலாக, 2டி நானோ பொருட்களின் வடிவத்தில் நுட்பமான மாற்றங்களைக் கண்காணிப்பதற்கான எளிய வடிவம்-அளவுரு அடிப்படையிலான முறையை நாங்கள் உருவாக்குகிறோம்.இது கனிம படிக நானோ பொருட்களின் பல்வேறு சுற்றுச்சூழல் தாக்கங்கள் பற்றிய குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆராய்ச்சிக்கு மேலும் ஊக்கமளிக்கிறது.எனவே, எங்கள் ஆய்வு பொருள் மேற்பரப்புக்கும் உயிரியல் பொருட்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பு பற்றிய புரிதலை அதிகரிக்கிறது.நன்னீர் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளில் அவற்றின் சாத்தியமான தாக்கங்கள் பற்றிய விரிவாக்கப்பட்ட குறுகிய கால மற்றும் நீண்ட கால ஆய்வுகளுக்கான அடிப்படையையும் நாங்கள் வழங்குகிறோம், அதை இப்போது எளிதாக சரிபார்க்க முடியும்.
MXenes தனித்துவமான மற்றும் கவர்ச்சிகரமான இயற்பியல் மற்றும் இரசாயன பண்புகள் மற்றும் பல சாத்தியமான பயன்பாடுகள் கொண்ட ஒரு சுவாரஸ்யமான வகை பொருட்களை பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகிறது.இந்த பண்புகள் பெரும்பாலும் அவற்றின் ஸ்டோச்சியோமெட்ரி மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியல் சார்ந்தது.எனவே, எங்கள் ஆய்வில், இரண்டு வகையான Nb-அடிப்படையிலான படிநிலை ஒற்றை அடுக்கு (SL) MXenes, Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX ஆகியவற்றை ஆராய்ந்தோம், ஏனெனில் இந்த நானோ பொருட்களின் வெவ்வேறு உயிரியல் விளைவுகளைக் காணலாம்.MXeneகள் அவற்றின் தொடக்கப் பொருட்களிலிருந்து அணு மெல்லிய MAX-கட்ட A-அடுக்குகளின் மேல்-கீழ் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பொறித்தல் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.MAX கட்டம் என்பது "பிணைக்கப்பட்ட" ட்ரான்ஸிஷன் மெட்டல் கார்பைடுகளின் தொகுதிகள் மற்றும் MnAXn-1 ஸ்டோச்சியோமெட்ரியுடன் கூடிய Al, Si மற்றும் Sn போன்ற "A" தனிமங்களின் மெல்லிய அடுக்குகளைக் கொண்ட ஒரு மும்மைப் பீங்கான் ஆகும்.ஆரம்ப MAX கட்டத்தின் உருவவியல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியை (SEM) ஸ்கேன் செய்வதன் மூலம் கவனிக்கப்பட்டது மற்றும் முந்தைய ஆய்வுகளுடன் ஒத்துப்போனது (துணைத் தகவல், SI, படம் S1 ஐப் பார்க்கவும்).48% HF (ஹைட்ரோபுளோரிக் அமிலம்) உடன் அல் அடுக்கை அகற்றிய பிறகு பல அடுக்கு (ML) Nb-MXene பெறப்பட்டது.ML-Nb2CTx மற்றும் ML-Nb4C3TX ஆகியவற்றின் உருவவியல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியை (SEM) ஸ்கேன் செய்வதன் மூலம் ஆய்வு செய்யப்பட்டது (முறையே S1c மற்றும் S1d புள்ளிவிவரங்கள்) மற்றும் ஒரு பொதுவான அடுக்கு MXene உருவவியல் காணப்பட்டது, இது இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகள் நீளமான துளைகள் வழியாக செல்லும்.Nb-MXenes இரண்டும் MXene கட்டங்களுடன் முன்பு அமில எச்சிங் மூலம் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட 27,38 பொதுவானது.MXene இன் கட்டமைப்பை உறுதிப்படுத்திய பிறகு, டெட்ராபியூட்டிலமோனியம் ஹைட்ராக்சைடு (TBAOH) இன் இடைக்கணிப்பு மூலம் அதை அடுக்கி, கழுவுதல் மற்றும் சோனிகேஷன் செய்தோம், அதன் பிறகு நாங்கள் ஒற்றை அடுக்கு அல்லது குறைந்த அடுக்கு (SL) 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளைப் பெற்றோம்.
பொறித்தல் மற்றும் மேலும் உரித்தல் ஆகியவற்றின் செயல்திறனைச் சோதிக்க உயர் தெளிவுத்திறன் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (HRTEM) மற்றும் எக்ஸ்ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (XRD) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தினோம்.இன்வெர்ஸ் ஃபாஸ்ட் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (IFFT) மற்றும் ஃபாஸ்ட் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (FFT) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி செயலாக்கப்பட்ட HRTEM முடிவுகள் படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் அணு அடுக்கின் கட்டமைப்பைச் சரிபார்ப்பதற்கும், இடைப்பட்ட தூரத்தை அளவிடுவதற்கும் விளிம்பில் இருக்கும்.MXene Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX நானோஃப்ளேக்குகளின் HRTEM படங்கள் அவற்றின் அணு மெல்லிய அடுக்குத் தன்மையை வெளிப்படுத்தின (படம். 2a1, a2 ஐப் பார்க்கவும்), Naguib et al.27 மற்றும் Jastrzębska et al.38.இரண்டு அருகிலுள்ள Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx மோனோலேயர்களுக்கு, நாங்கள் முறையே 0.74 மற்றும் 1.54 nm இன் இன்டர்லேயர் தூரங்களைத் தீர்மானித்தோம் (படம். 2b1,b2), இது எங்கள் முந்தைய முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போகிறது38.இது Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx மோனோலேயர்களுக்கு இடையே உள்ள தூரத்தைக் காட்டும் தலைகீழ் வேகமான ஃபோரியர் உருமாற்றம் (படம் 2c1, c2) மற்றும் வேகமான ஃபோரியர் உருமாற்றம் (படம். 2d1, d2) ஆகியவற்றால் மேலும் உறுதிப்படுத்தப்பட்டது.நியோபியம் மற்றும் கார்பன் அணுக்களுடன் தொடர்புடைய ஒளி மற்றும் இருண்ட பட்டைகளின் மாற்றத்தை படம் காட்டுகிறது, இது ஆய்வு செய்யப்பட்ட MXenes இன் அடுக்குத் தன்மையை உறுதிப்படுத்துகிறது.Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx (புள்ளிவிவரங்கள் S2a மற்றும் S2b) ஆகியவற்றிற்காக பெறப்பட்ட ஆற்றல் பரவும் எக்ஸ்ரே ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (EDX) ஸ்பெக்ட்ரா அசல் MAX கட்டத்தில் எஞ்சியிருப்பதைக் காட்டவில்லை, ஏனெனில் அல் உச்சநிலை கண்டறியப்படவில்லை.
SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் சிறப்பியல்பு, இதில் (அ) உயர் தெளிவுத்திறன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (HRTEM) பக்கக் காட்சி 2D நானோஃப்ளேக் இமேஜிங் மற்றும் தொடர்புடைய, (b) தீவிரம் முறை, (c) தலைகீழ் வேகமான ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (IFFT), (d) ஃபாஸ்ட் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம்ஸ் (FFFT)SL 2D Nb2CTxக்கு, எண்கள் (a1, b1, c1, d1, e1) என வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன.SL 2D Nb4C3Txக்கு, எண்கள் (a2, b2, c2, d2, e1) என வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன.
SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXenes இன் எக்ஸ்ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் அளவீடுகள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன.முறையே 2e1 மற்றும் e2.4.31 மற்றும் 4.32 இல் உள்ள சிகரங்கள் (002) முறையே முன்னர் விவரிக்கப்பட்ட அடுக்கு MXenes Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX38,39,40,41 உடன் ஒத்துள்ளது.XRD முடிவுகள் சில எஞ்சிய ML கட்டமைப்புகள் மற்றும் MAX கட்டங்கள் இருப்பதையும் குறிப்பிடுகின்றன, ஆனால் பெரும்பாலும் SL Nb4C3Tx (படம் 2e2) உடன் தொடர்புடைய XRD வடிவங்கள்.MAX கட்டத்தின் சிறிய துகள்களின் இருப்பு, தோராயமாக அடுக்கப்பட்ட Nb4C3Tx அடுக்குகளுடன் ஒப்பிடும்போது வலுவான MAX உச்சத்தை விளக்கக்கூடும்.
மேலும் ஆராய்ச்சி R. subcapitata இனத்தைச் சேர்ந்த பச்சை நுண்பாசிகள் மீது கவனம் செலுத்தியுள்ளது.மைக்ரோஅல்காவை நாங்கள் தேர்ந்தெடுத்தோம், ஏனெனில் அவை முக்கிய உணவு வலைகளில் ஈடுபட்டுள்ள முக்கிய உற்பத்தியாளர்கள்.உணவுச் சங்கிலியின் உயர் மட்டங்களுக்கு கொண்டு செல்லப்படும் நச்சுப் பொருட்களை அகற்றும் திறன் காரணமாக அவை நச்சுத்தன்மையின் சிறந்த குறிகாட்டிகளில் ஒன்றாகும்.கூடுதலாக, R. துணைக் கேபிடேட்டா மீதான ஆராய்ச்சியானது, SL Nb-MXenes இன் தற்செயலான நச்சுத்தன்மையை பொதுவான நன்னீர் நுண்ணுயிரிகளுக்கு வெளிச்சம் போட்டுக் காட்டலாம்.இதை விளக்குவதற்கு, ஒவ்வொரு நுண்ணுயிரியும் சுற்றுச்சூழலில் இருக்கும் நச்சு சேர்மங்களுக்கு வெவ்வேறு உணர்திறனைக் கொண்டிருப்பதாக ஆராய்ச்சியாளர்கள் கருதுகின்றனர்.பெரும்பாலான உயிரினங்களுக்கு, குறைந்த செறிவு பொருட்கள் அவற்றின் வளர்ச்சியை பாதிக்காது, அதே நேரத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்புக்கு மேல் உள்ள செறிவுகள் அவற்றைத் தடுக்கலாம் அல்லது மரணத்தை கூட ஏற்படுத்தும்.எனவே, மைக்ரோஅல்கா மற்றும் MXenes மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய மீட்பு ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான மேற்பரப்பு தொடர்பு பற்றிய எங்கள் ஆய்வுகளுக்காக, Nb-MXenes இன் பாதிப்பில்லாத மற்றும் நச்சு செறிவுகளை சோதிக்க முடிவு செய்தோம்.இதைச் செய்ய, 0 (குறிப்பாக), 0.01, 0.1 மற்றும் 10 mg l-1 MXene செறிவுகள் மற்றும் கூடுதலாக MXene (100 mg l-1 MXene) செறிவுகள் கொண்ட மைக்ரோஅல்காவைச் சோதித்தோம், இது தீவிரமான மற்றும் ஆபத்தானது..எந்த உயிரியல் சூழலுக்கும்.
மைக்ரோஅல்காவில் SL Nb-MXenes இன் விளைவுகள் படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன, இது 0 mg l-1 மாதிரிகளுக்கு அளவிடப்பட்ட வளர்ச்சி ஊக்குவிப்பு (+) அல்லது தடுப்பு (-) சதவீதமாக வெளிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.ஒப்பிடுவதற்கு, Nb-MAX கட்டம் மற்றும் ML Nb-MXenes ஆகியவையும் சோதிக்கப்பட்டன மற்றும் முடிவுகள் SI இல் காட்டப்பட்டுள்ளன (படம் S3 ஐப் பார்க்கவும்).படம் 3a,b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, SL Nb-MXenes 0.01 முதல் 10 mg/l வரையிலான குறைந்த செறிவு வரம்பில் முற்றிலும் நச்சுத்தன்மையற்றது என்பதை பெறப்பட்ட முடிவுகள் உறுதிப்படுத்தின.Nb2CTx விஷயத்தில், குறிப்பிட்ட வரம்பில் 5%க்கு மேல் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மையைக் காணவில்லை.
SL (a) Nb2CTx மற்றும் (b) Nb4C3TX MXene முன்னிலையில் மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சியின் தூண்டுதல் (+) அல்லது தடுப்பு (-).24, 48 மற்றும் 72 மணிநேர MXene-மைக்ரோஅல்கா தொடர்பு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p <0.05) நட்சத்திரக் குறி (*) மூலம் குறிக்கப்பட்டது. குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p <0.05) நட்சத்திரக் குறி (*) மூலம் குறிக்கப்பட்டது. Значимые данные (t-критерий, ப <0,05) குறிப்பிடத்தக்க தரவு (t-test, p <0.05) நட்சத்திரக் குறி (*) மூலம் 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 தரவு (t-test, p <0.05) நட்சத்திரக் குறியீட்டால் (*) குறிக்கப்பட்டுள்ளது.சிவப்பு அம்புகள் தடுப்பு தூண்டுதலை ஒழிப்பதைக் குறிக்கின்றன.
மறுபுறம், Nb4C3TX இன் குறைந்த செறிவுகள் சற்று அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டதாக மாறியது, ஆனால் 7% ஐ விட அதிகமாக இல்லை.எதிர்பார்த்தபடி, MXenes 100mg L-1 இல் அதிக நச்சுத்தன்மை மற்றும் நுண்ணுயிர் வளர்ச்சித் தடுப்பைக் கொண்டிருப்பதைக் கண்டோம்.சுவாரஸ்யமாக, எந்தப் பொருட்களும் MAX அல்லது ML மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது நச்சு/நச்சு விளைவுகளின் அதே போக்கு மற்றும் நேரத்தைச் சார்ந்து இருப்பதைக் காட்டவில்லை (விவரங்களுக்கு SI ஐப் பார்க்கவும்).MAX கட்டத்திற்கு (படம். S3 ஐப் பார்க்கவும்) நச்சுத்தன்மை தோராயமாக 15-25% ஐ அடைந்தது மற்றும் காலப்போக்கில் அதிகரித்தது, SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX MXene ஆகியவற்றிற்கு தலைகீழ் போக்கு காணப்பட்டது.மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சியின் தடுப்பு காலப்போக்கில் குறைந்தது.இது 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு தோராயமாக 17% ஐ எட்டியது மற்றும் 72 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு 5% க்கும் குறைவாகக் குறைந்தது (முறையே படம் 3a, b,).
மிக முக்கியமாக, SL Nb4C3TX க்கு, மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சி தடுப்பு 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு சுமார் 27% ஐ எட்டியது, ஆனால் 72 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு அது சுமார் 1% ஆகக் குறைந்தது.எனவே, கவனிக்கப்பட்ட விளைவை தூண்டுதலின் தலைகீழ் தடுப்பு என்று பெயரிட்டோம், மேலும் விளைவு SL Nb4C3TX MXene க்கு வலுவாக இருந்தது.SL Nb2CTx MXene உடன் ஒப்பிடும்போது மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சியின் தூண்டுதல் Nb4C3TX உடன் (24 மணிநேரத்திற்கு 10 mg L-1 இல் தொடர்பு) முன்னர் குறிப்பிடப்பட்டது.தடுப்பு-தூண்டுதல் தலைகீழ் விளைவு உயிரி இரட்டிப்பு வீத வளைவில் நன்றாகக் காட்டப்பட்டது (விவரங்களுக்கு படம். S4 ஐப் பார்க்கவும்).இதுவரை, Ti3C2TX MXene இன் சுற்றுச்சூழல் நச்சுத்தன்மை மட்டுமே வெவ்வேறு வழிகளில் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது.இது ஜீப்ராஃபிஷ் கருக்களுக்கு நச்சுத்தன்மையற்றது.குறிப்பிட்ட விளைவுகளின் பிற எடுத்துக்காட்டுகளில் சாதாரண செல் கோடுகளை விட புற்றுநோய் செல் கோடுகளுக்கு அதிக நச்சுத்தன்மை உள்ளது46,47.சோதனை நிலைமைகள் Nb-MXenes முன்னிலையில் காணப்பட்ட மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சியில் ஏற்படும் மாற்றங்களை பாதிக்கும் என்று கருதலாம்.எடுத்துக்காட்டாக, குளோரோபிளாஸ்ட் ஸ்ட்ரோமாவில் சுமார் 8 pH ஆனது RuBisCO என்சைமின் திறமையான செயல்பாட்டிற்கு உகந்ததாகும்.எனவே, pH மாற்றங்கள் ஒளிச்சேர்க்கை விகிதத்தை எதிர்மறையாக பாதிக்கின்றன48,49.இருப்பினும், சோதனையின் போது pH இல் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களை நாங்கள் கவனிக்கவில்லை (விவரங்களுக்கு SI, படம் S5 ஐப் பார்க்கவும்).பொதுவாக, Nb-MXenes உடன் நுண்ணுயிரிகளின் கலாச்சாரங்கள் காலப்போக்கில் கரைசலின் pH ஐ சிறிது குறைக்கின்றன.இருப்பினும், இந்த குறைவு ஒரு தூய ஊடகத்தின் pH இன் மாற்றத்தைப் போன்றது.கூடுதலாக, கண்டுபிடிக்கப்பட்ட மாறுபாடுகளின் வரம்பு நுண்ணுயிரிகளின் (கட்டுப்பாட்டு மாதிரி) தூய கலாச்சாரத்திற்காக அளவிடப்பட்டதைப் போன்றது.எனவே, காலப்போக்கில் pH இன் மாற்றங்களால் ஒளிச்சேர்க்கை பாதிக்கப்படாது என்று நாங்கள் முடிவு செய்கிறோம்.
கூடுதலாக, ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட MXenes மேற்பரப்பு முடிவுகளைக் கொண்டுள்ளது (Tx என குறிக்கப்படுகிறது).இவை முக்கியமாக செயல்பாட்டுக் குழுக்கள் -O, -F மற்றும் -OH.இருப்பினும், மேற்பரப்பு வேதியியல் நேரடியாக தொகுப்பு முறையுடன் தொடர்புடையது.இந்த குழுக்கள் தோராயமாக மேற்பரப்பில் விநியோகிக்கப்படுவதாக அறியப்படுகிறது, இது MXene50 இன் பண்புகளில் அவற்றின் விளைவைக் கணிப்பது கடினம்.ஒளியால் நியோபியத்தின் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கான வினையூக்கி சக்தியாக Tx இருக்கலாம் என்று வாதிடலாம்.மேற்பரப்பு செயல்பாட்டுக் குழுக்கள் அவற்றின் அடிப்படை ஒளிச்சேர்க்கையாளர்களுக்கு ஹீட்டோரோஜங்க்ஷன்களை உருவாக்குவதற்கு பல ஆங்கரிங் தளங்களை வழங்குகின்றன.இருப்பினும், வளர்ச்சி நடுத்தர கலவை ஒரு பயனுள்ள ஒளிச்சேர்க்கையை வழங்கவில்லை (விரிவான நடுத்தர கலவையை SI அட்டவணை S6 இல் காணலாம்).கூடுதலாக, எந்தவொரு மேற்பரப்பு மாற்றமும் மிகவும் முக்கியமானது, ஏனெனில் MXenes இன் உயிரியல் செயல்பாடு அடுக்கு பிந்தைய செயலாக்கம், ஆக்ஸிஜனேற்றம், கரிம மற்றும் கனிம சேர்மங்களின் இரசாயன மேற்பரப்பு மாற்றம்52,53,54,55,56 அல்லது மேற்பரப்பு கட்டணம் பொறியியல்38 ஆகியவற்றின் காரணமாக மாற்றப்படலாம்.எனவே, நியோபியம் ஆக்சைடுக்கு ஊடகத்தில் உள்ள பொருள் உறுதியற்ற தன்மையுடன் ஏதேனும் தொடர்பு உள்ளதா என்பதைச் சோதிக்க, மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சி ஊடகம் மற்றும் டீயோனைஸ்டு நீர் (ஒப்பீடு செய்ய) ஆகியவற்றில் ஜீட்டா (ζ) திறன் பற்றிய ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம்.SL Nb-MXenes மிகவும் நிலையானது என்பதை எங்கள் முடிவுகள் காட்டுகின்றன (MAX மற்றும் ML முடிவுகளுக்கு SI படம் S6 ஐப் பார்க்கவும்).SL MXenes இன் ஜீட்டா திறன் சுமார் -10 mV ஆகும்.SR Nb2CTx இன் விஷயத்தில், ζ இன் மதிப்பு Nb4C3Tx ஐ விட சற்றே எதிர்மறையாக உள்ளது.ζ மதிப்பில் இத்தகைய மாற்றம் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் மேற்பரப்பு கலாச்சார ஊடகத்திலிருந்து நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளை உறிஞ்சுகிறது என்பதைக் குறிக்கலாம்.கலாச்சார ஊடகத்தில் Nb-MXenes இன் ஜீட்டா திறன் மற்றும் கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றின் தற்காலிக அளவீடுகள் (மேலும் விவரங்களுக்கு SI இல் உள்ள S7 மற்றும் S8 ஐப் பார்க்கவும்) எங்கள் கருதுகோளை ஆதரிப்பதாகத் தெரிகிறது.
இருப்பினும், Nb-MXene SLகள் இரண்டும் பூஜ்ஜியத்திலிருந்து குறைந்த மாற்றங்களைக் காட்டின.இது மைக்ரோஅல்கா வளர்ச்சி ஊடகத்தில் அவற்றின் நிலைத்தன்மையை தெளிவாக நிரூபிக்கிறது.கூடுதலாக, எங்கள் பச்சை மைக்ரோஅல்காவின் இருப்பு ஊடகத்தில் Nb-MXenes இன் நிலைத்தன்மையை பாதிக்குமா என்பதை மதிப்பீடு செய்தோம்.காலப்போக்கில் ஊட்டச்சத்து ஊடகம் மற்றும் கலாச்சாரத்தில் மைக்ரோஅல்காவுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு MXenes இன் ஜீட்டா திறன் மற்றும் கடத்துத்திறன் முடிவுகளை SI இல் காணலாம் (புள்ளிவிவரங்கள் S9 மற்றும் S10).சுவாரஸ்யமாக, மைக்ரோஅல்காவின் இருப்பு MXenes இரண்டின் சிதறலையும் உறுதிப்படுத்துவதாகத் தோன்றியதை நாங்கள் கவனித்தோம்.Nb2CTx SL ஐப் பொறுத்தவரை, ஜீட்டா திறன் காலப்போக்கில் மேலும் எதிர்மறை மதிப்புகளுக்குச் சற்றுக் குறைந்துள்ளது (-15.8 மற்றும் -19.1 mV 72 மணிநேர அடைகாக்கும் பிறகு).SL Nb4C3TX இன் ஜீட்டா திறன் சற்று அதிகரித்தது, ஆனால் 72 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு மைக்ரோஅல்கா (-18.1 vs. -9.1 mV) இல்லாமல் நானோஃப்ளேக்குகளை விட அதிக நிலைப்புத்தன்மையைக் காட்டியது.
நுண்ணுயிரிகளின் முன்னிலையில் அடைகாக்கப்பட்ட Nb-MXene கரைசல்களின் குறைந்த கடத்துத்திறனையும் நாங்கள் கண்டறிந்தோம், இது ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தில் குறைந்த அளவு அயனிகளைக் குறிக்கிறது.குறிப்பிடத்தக்க வகையில், நீரில் MXenes இன் உறுதியற்ற தன்மை முக்கியமாக மேற்பரப்பு ஆக்சிஜனேற்றத்தின் காரணமாகும்57.எனவே, பச்சை மைக்ரோஅல்காக்கள் Nb-MXene இன் மேற்பரப்பில் உருவான ஆக்சைடுகளை எப்படியாவது அழித்து, அவை ஏற்படுவதைத் தடுத்ததாக நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம் (MXene இன் ஆக்சிஜனேற்றம்).மைக்ரோஅல்காவால் உறிஞ்சப்படும் பொருட்களின் வகைகளைப் படிப்பதன் மூலம் இதைக் காணலாம்.
மைக்ரோஅல்காக்கள் காலப்போக்கில் Nb-MXenes இன் நச்சுத்தன்மையையும் தூண்டப்பட்ட வளர்ச்சியின் அசாதாரணத் தடுப்பையும் கடக்க முடிந்தது என்று எங்கள் சுற்றுச்சூழல் நச்சுயியல் ஆய்வுகள் சுட்டிக்காட்டினாலும், எங்கள் ஆய்வின் நோக்கம் சாத்தியமான செயல்பாட்டு வழிமுறைகளை ஆராய்வதாகும்.ஆல்கா போன்ற உயிரினங்கள் அவற்றின் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளுக்கு அறிமுகமில்லாத கலவைகள் அல்லது பொருட்களுக்கு வெளிப்படும் போது, ​​அவை பல்வேறு வழிகளில் செயல்படலாம்58,59.நச்சு உலோக ஆக்சைடுகள் இல்லாத நிலையில், மைக்ரோஅல்காக்கள் தங்களைத் தாங்களே உணவாகக் கொள்ளலாம், அவை தொடர்ந்து வளர அனுமதிக்கிறது.நச்சுப் பொருட்களை உட்கொண்ட பிறகு, வடிவம் அல்லது வடிவத்தை மாற்றுவது போன்ற பாதுகாப்பு வழிமுறைகள் செயல்படுத்தப்படலாம்.உறிஞ்சப்படுவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளும் கருத்தில் கொள்ளப்பட வேண்டும்58,59.குறிப்பிடத்தக்க வகையில், ஒரு பாதுகாப்பு பொறிமுறையின் எந்த அறிகுறியும் சோதனை கலவையின் நச்சுத்தன்மையின் தெளிவான குறிகாட்டியாகும்.எனவே, எங்கள் அடுத்த வேலையில், SEM ஆல் SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் மைக்ரோஅல்காக்களுக்கு இடையிலான சாத்தியமான மேற்பரப்பு தொடர்பு மற்றும் எக்ஸ்-ரே ஃப்ளோரசன்ஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XRF) மூலம் Nb- அடிப்படையிலான MXene ஐ உறிஞ்சுவது ஆகியவற்றை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம்.SEM மற்றும் XRF பகுப்பாய்வுகள் செயல்பாட்டு நச்சுத்தன்மை சிக்கல்களைத் தீர்க்க MXene இன் அதிக செறிவில் மட்டுமே நிகழ்த்தப்பட்டன என்பதை நினைவில் கொள்க.
SEM முடிவுகள் படம்.4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன.சிகிச்சை அளிக்கப்படாத நுண்ணுயிர் செல்கள் (படம். 4a, குறிப்பு மாதிரியைப் பார்க்கவும்) வழக்கமான R. சப்கேபிடாட்டா உருவவியல் மற்றும் குரோசண்ட் போன்ற செல் வடிவத்தை தெளிவாகக் காட்டியது.செல்கள் தட்டையாகவும், ஓரளவு ஒழுங்கற்றதாகவும் தோன்றும்.சில மைக்ரோஅல்கா செல்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று ஒன்றுடன் ஒன்று சிக்கிக்கொண்டன, ஆனால் இது மாதிரி தயாரிப்பு செயல்முறையால் ஏற்பட்டிருக்கலாம்.பொதுவாக, தூய நுண்ணுயிர் செல்கள் மென்மையான மேற்பரப்பைக் கொண்டிருந்தன மற்றும் எந்த உருவ மாற்றத்தையும் காட்டவில்லை.
தீவிர செறிவில் (100 mg L-1) 72 மணிநேர இடைவினைக்குப் பிறகு பச்சை மைக்ரோஅல்கா மற்றும் MXene நானோஷீட்களுக்கு இடையேயான மேற்பரப்பு தொடர்புகளைக் காட்டும் SEM படங்கள்.(அ) ​​SL (b) Nb2CTx மற்றும் (c) Nb4C3TX MXenes உடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு சிகிச்சையளிக்கப்படாத பச்சை நுண்ணுயிரிகள்.Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகள் சிவப்பு அம்புகளால் குறிக்கப்பட்டுள்ளன என்பதை நினைவில் கொள்க.ஒப்பிடுவதற்கு, ஆப்டிகல் நுண்ணோக்கியில் இருந்து புகைப்படங்களும் சேர்க்கப்படுகின்றன.
இதற்கு நேர்மாறாக, SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளால் உறிஞ்சப்பட்ட மைக்ரோஅல்கா செல்கள் சேதமடைந்தன (படம் 4b, c, சிவப்பு அம்புகளைப் பார்க்கவும்).Nb2CTx MXene (படம். 4b) விஷயத்தில், மைக்ரோஅல்காக்கள் இணைக்கப்பட்ட இரு பரிமாண நானோ அளவீடுகளுடன் வளர முனைகின்றன, அவை அவற்றின் உருவ அமைப்பை மாற்றும்.குறிப்பிடத்தக்க வகையில், ஒளி நுண்ணோக்கியின் கீழ் இந்த மாற்றங்களையும் நாங்கள் கவனித்தோம் (விவரங்களுக்கு SI படம் S11 ஐப் பார்க்கவும்).இந்த உருவ மாற்றமானது நுண்ணுயிரிகளின் உடலியல் மற்றும் செல் தொகுதியை அதிகரிப்பது போன்ற செல் உருவ அமைப்பை மாற்றுவதன் மூலம் தங்களைத் தற்காத்துக் கொள்ளும் திறனில் நம்பத்தகுந்த அடிப்படையைக் கொண்டுள்ளது.எனவே, Nb-MXenes உடன் உண்மையில் தொடர்பில் இருக்கும் மைக்ரோஅல்கா செல்களின் எண்ணிக்கையைச் சரிபார்க்க வேண்டியது அவசியம்.SEM ஆய்வுகள் தோராயமாக 52% மைக்ரோஅல்கா செல்கள் Nb-MXenes க்கு வெளிப்பட்டதாகக் காட்டியது, அதே நேரத்தில் இந்த மைக்ரோஅல்கா செல்களில் 48% தொடர்புகளைத் தவிர்த்தது.SL Nb4C3Tx MXeneக்கு, மைக்ரோஅல்காக்கள் MXene உடனான தொடர்பைத் தவிர்க்க முயல்கின்றன, அதன் மூலம் இரு பரிமாண நானோ அளவுகளில் இருந்து உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்டு வளரும் (படம் 4c).இருப்பினும், மைக்ரோஅல்கா செல்களில் நானோ அளவுகள் ஊடுருவுவதையும் அவற்றின் சேதத்தையும் நாங்கள் கவனிக்கவில்லை.
சுய-பாதுகாப்பு என்பது செல் மேற்பரப்பில் உள்ள துகள்களின் உறிஞ்சுதல் மற்றும் ஷேடிங் (ஷேடிங்) விளைவு என்று அழைக்கப்படுவதால் ஒளிச்சேர்க்கையின் அடைப்புக்கான நேரத்தை சார்ந்த பதில் நடத்தை ஆகும்.மைக்ரோஅல்காவிற்கும் ஒளி மூலத்திற்கும் இடையில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளும் (எடுத்துக்காட்டாக, Nb-MXene நானோஃப்ளேக்ஸ்) குளோரோபிளாஸ்ட்களால் உறிஞ்சப்படும் ஒளியின் அளவைக் கட்டுப்படுத்துகிறது என்பது தெளிவாகிறது.இருப்பினும், இது பெறப்பட்ட முடிவுகளில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது என்பதில் எங்களுக்கு எந்த சந்தேகமும் இல்லை.எங்கள் நுண்ணிய அவதானிப்புகளால் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மைக்ரோஅல்கா செல்கள் Nb-MXenes உடன் தொடர்பு கொண்டிருந்தாலும் கூட, 2D நானோஃப்ளேக்குகள் மைக்ரோஅல்காவின் மேற்பரப்பில் முழுமையாக மூடப்பட்டிருக்கவில்லை அல்லது ஒட்டப்படவில்லை.அதற்கு பதிலாக, நானோஃப்ளேக்குகள் அவற்றின் மேற்பரப்பை மறைக்காமல் மைக்ரோஅல்கா செல்களை நோக்கியதாக மாறியது.இத்தகைய நானோஃப்ளேக்ஸ்/மைக்ரோஅல்காக்கள் மைக்ரோஅல்கா செல்களால் உறிஞ்சப்படும் ஒளியின் அளவைக் கணிசமாகக் கட்டுப்படுத்த முடியாது.மேலும், சில ஆய்வுகள் இரு பரிமாண நானோ பொருட்கள் 63,64,65,66 முன்னிலையில் ஒளிச்சேர்க்கை உயிரினங்களால் ஒளி உறிஞ்சுதலில் முன்னேற்றத்தை நிரூபித்துள்ளன.
மைக்ரோஅல்கா செல்கள் மூலம் நியோபியம் எடுப்பதை SEM படங்களால் நேரடியாக உறுதிப்படுத்த முடியவில்லை என்பதால், இந்த சிக்கலைத் தெளிவுபடுத்த, எங்கள் மேலதிக ஆய்வு X-ray fluorescence (XRF) மற்றும் X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) பகுப்பாய்வுக்கு திரும்பியது.எனவே, MXenes உடன் தொடர்பு கொள்ளாத குறிப்பு மைக்ரோஅல்கா மாதிரிகளின் Nb சிகரங்கள், மைக்ரோஅல்கா செல்களின் மேற்பரப்பில் இருந்து பிரிக்கப்பட்ட MXene நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் இணைக்கப்பட்ட MXenes ஐ அகற்றிய பின் மைக்ரோஅல்கல் செல்கள் ஆகியவற்றின் தீவிரத்தை ஒப்பிட்டுப் பார்த்தோம்.Nb ஏற்றம் இல்லை என்றால், இணைக்கப்பட்ட நானோ அளவுகளை அகற்றிய பின் மைக்ரோஅல்கா செல்கள் மூலம் பெறப்பட்ட Nb மதிப்பு பூஜ்ஜியமாக இருக்க வேண்டும் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.எனவே, Nb ஏற்றம் ஏற்பட்டால், XRF மற்றும் XPS முடிவுகள் இரண்டும் தெளிவான Nb உச்சத்தைக் காட்ட வேண்டும்.
XRF ஸ்பெக்ட்ராவைப் பொறுத்தவரை, மைக்ரோஅல்கா மாதிரிகள் SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene ஆகியவற்றுக்கான Nb சிகரங்களை SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx MXene உடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு காட்டியது (படம் 5a ஐப் பார்க்கவும், MAX மற்றும் ML MXenes க்கான முடிவுகள் S12-C1 இல் படம் 7 SI இல் காட்டப்பட்டுள்ளன என்பதை நினைவில் கொள்ளவும்).சுவாரஸ்யமாக, Nb உச்சத்தின் தீவிரம் இரண்டு நிகழ்வுகளிலும் ஒரே மாதிரியாக உள்ளது (படம் 5a இல் சிவப்பு பட்டைகள்).ஆல்காவால் அதிக Nb ஐ உறிஞ்ச முடியாது என்பதை இது சுட்டிக்காட்டியது, மேலும் Nb திரட்சிக்கான அதிகபட்ச திறன் உயிரணுக்களில் அடையப்பட்டது, இருப்பினும் இரண்டு மடங்கு அதிகமான Nb4C3Tx MXene மைக்ரோஅல்கா செல்களுடன் இணைக்கப்பட்டது (படம் 5a இல் நீல நிற பார்கள்).குறிப்பிடத்தக்க வகையில், உலோகங்களை உறிஞ்சும் மைக்ரோஅல்காவின் திறன் சுற்றுச்சூழலில் உள்ள உலோக ஆக்சைடுகளின் செறிவைச் சார்ந்துள்ளது67,68.Shamshada et al.67 pH அதிகரிப்புடன் நன்னீர் பாசிகளின் உறிஞ்சும் திறன் குறைகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தனர்.Raize et al.68, கடற்பாசி உலோகங்களை உறிஞ்சும் திறன் Ni2+ ஐ விட Pb2+ க்கு 25% அதிகமாக இருந்தது என்று குறிப்பிட்டார்.
(அ) ​​72 மணிநேரத்திற்கு SL Nb-MXenes (100 mg L-1) இன் தீவிர செறிவில் அடைகாக்கப்பட்ட பச்சை நுண்ணுயிர் செல்கள் மூலம் அடிப்படை Nb எடுப்பதன் XRF முடிவுகள்.தூய மைக்ரோஅல்கா செல்கள் (கட்டுப்பாட்டு மாதிரி, சாம்பல் நெடுவரிசைகள்), மேற்பரப்பு மைக்ரோஅல்கா செல்கள் (நீல நெடுவரிசைகள்) ஆகியவற்றிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட 2D நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் மேற்பரப்பில் இருந்து 2D நானோஃப்ளேக்குகளைப் பிரித்த பிறகு மைக்ரோஅல்கா செல்கள் (சிவப்பு நெடுவரிசைகள்) ஆகியவற்றில் α இருப்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன.SL Nb-MXenes உடன் அடைகாத்த பிறகு மைக்ரோஅல்கா செல்களில் இருக்கும் நுண்ணுயிரிகளின் கரிம கூறுகள் (C=O மற்றும் CHx/C-O) மற்றும் Nb ஆக்சைடுகளின் இரசாயன கலவையின் தனிம Nb, (b) சதவீதம், (c-e) MXPS SL Nb2CThgae இன் உள்ளக உச்சத்தை பொருத்துதல்.
எனவே, ஆக்சைடு வடிவில் உள்ள பாசி செல்களால் Nb உறிஞ்சப்படும் என்று நாங்கள் எதிர்பார்த்தோம்.இதைச் சோதிக்க, MXenes Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX மற்றும் ஆல்கா செல்களில் XPS ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம்.ஆல்கா செல்களில் இருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட Nb-MXenes மற்றும் MXenes உடன் நுண்ணுயிர்களின் தொடர்புகளின் முடிவுகள் படம்.5bஎதிர்பார்த்தபடி, மைக்ரோஅல்காவின் மேற்பரப்பில் இருந்து MXene ஐ அகற்றிய பிறகு மைக்ரோஅல்கா மாதிரிகளில் Nb 3d சிகரங்களைக் கண்டறிந்தோம்.C=O, CHx/CO, மற்றும் Nb ஆக்சைடுகளின் அளவு நிர்ணயம் Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) மற்றும் Nb4C3Tx SL (படம் 5c-e) உடன் பெறப்பட்ட Nb 3d, O 1s மற்றும் C 1s ஸ்பெக்ட்ராவின் அடிப்படையில் கணக்கிடப்பட்டது.) அடைகாக்கப்பட்ட மைக்ரோஅல்காவிலிருந்து பெறப்பட்டது.படம் 5f-h) MXenes.அட்டவணை S1-3 உச்ச அளவுருக்கள் மற்றும் பொருத்தத்தின் விளைவாக ஒட்டுமொத்த வேதியியலின் விவரங்களைக் காட்டுகிறது.Nb2CTx SL மற்றும் Nb4C3Tx SL இன் Nb 3d பகுதிகள் (படம் 5c, f) ஒரு Nb2O5 கூறுக்கு ஒத்துள்ளது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.இங்கே, ஸ்பெக்ட்ராவில் MXene தொடர்பான சிகரங்களை நாங்கள் காணவில்லை, மைக்ரோஅல்கா செல்கள் Nb இன் ஆக்சைடு வடிவத்தை மட்டுமே உறிஞ்சுகின்றன என்பதைக் குறிக்கிறது.கூடுதலாக, C-C, CHx/C-O, C=O மற்றும் –COOH கூறுகளுடன் C 1 s ஸ்பெக்ட்ரத்தை தோராயமாக மதிப்பிட்டோம்.மைக்ரோஅல்கா செல்களின் கரிம பங்களிப்பிற்கு CHx/C-O மற்றும் C=O உச்சங்களை நாங்கள் ஒதுக்கினோம்.இந்த கரிம கூறுகள் முறையே Nb2CTx SL மற்றும் Nb4C3TX SL இல் C 1s உச்சங்களில் 36% மற்றும் 41% ஆகும்.SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3TX இன் O 1s ஸ்பெக்ட்ராவை Nb2O5 உடன் பொருத்தினோம், மைக்ரோஅல்காவின் கரிம கூறுகள் (CHx/CO) மற்றும் மேற்பரப்பு உறிஞ்சப்பட்ட நீர்.
இறுதியாக, XPS முடிவுகள் Nb இன் வடிவத்தை தெளிவாகக் குறிப்பிடுகின்றன, அதன் இருப்பை மட்டுமல்ல.Nb 3d சமிக்ஞையின் நிலை மற்றும் டிகான்வல்யூஷனின் முடிவுகளின்படி, Nb ஆனது ஆக்சைடுகளின் வடிவத்தில் மட்டுமே உறிஞ்சப்படுகிறது, அயனிகள் அல்லது MXene அல்ல என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறோம்.கூடுதலாக, எக்ஸ்பிஎஸ் முடிவுகள் SL Nb4C3TX MXene உடன் ஒப்பிடும்போது மைக்ரோஅல்கா செல்கள் SL Nb2CTx இலிருந்து Nb ஆக்சைடுகளை எடுக்கும் அதிக திறனைக் கொண்டுள்ளன என்பதைக் காட்டுகிறது.
எங்களின் Nb எடுக்கும் முடிவுகள் சுவாரஸ்யமாக இருப்பதுடன் MXene சிதைவை அடையாளம் காண அனுமதிக்கும் அதே வேளையில், 2D நானோஃப்ளேக்குகளில் தொடர்புடைய உருவ மாற்றங்களைக் கண்காணிக்க எந்த முறையும் இல்லை.எனவே, 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்ஸ் மற்றும் மைக்ரோஅல்கா செல்களில் ஏற்படும் எந்த மாற்றங்களுக்கும் நேரடியாக பதிலளிக்கக்கூடிய பொருத்தமான முறையை உருவாக்கவும் முடிவு செய்தோம்.ஊடாடும் இனங்கள் ஏதேனும் மாற்றம், சிதைவு அல்லது டிஃப்ராக்மென்டேஷன் ஆகியவற்றிற்கு உட்பட்டால், இது சமமான வட்டப் பகுதியின் விட்டம், வட்டத்தன்மை, ஃபெரெட் அகலம் அல்லது ஃபெரெட் நீளம் போன்ற வடிவ அளவுருக்களில் மாற்றங்களாக விரைவாக வெளிப்படும் என்று நாம் கருதுவது முக்கியம்.இந்த அளவுருக்கள் நீளமான துகள்கள் அல்லது இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகளை விவரிக்க ஏற்றது என்பதால், டைனமிக் துகள் வடிவ பகுப்பாய்வு மூலம் அவற்றின் கண்காணிப்பு, குறைப்பின் போது SL Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் உருவ மாற்றம் பற்றிய மதிப்புமிக்க தகவலை நமக்கு வழங்கும்.
பெறப்பட்ட முடிவுகள் படம் 6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. ஒப்பிடுவதற்கு, அசல் MAX கட்டம் மற்றும் ML-MXenes ஆகியவற்றையும் சோதித்தோம் (SI புள்ளிவிவரங்கள் S18 மற்றும் S19 ஐப் பார்க்கவும்).துகள் வடிவத்தின் மாறும் பகுப்பாய்வு இரண்டு Nb-MXene SL களின் அனைத்து வடிவ அளவுருக்களும் மைக்ரோஅல்காவுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு கணிசமாக மாறியது என்பதைக் காட்டுகிறது.சமமான வட்டப் பகுதி விட்டம் அளவுருவால் காட்டப்பட்டுள்ளபடி (படம். 6a, b), பெரிய நானோஃப்ளேக்குகளின் பின்னத்தின் குறைக்கப்பட்ட உச்ச தீவிரம் அவை சிறிய துண்டுகளாக சிதைவதைக் குறிக்கிறது.அத்திப்பழத்தில்.6c, d ஆனது செதில்களின் குறுக்கு அளவுடன் தொடர்புடைய சிகரங்களின் குறைவைக் காட்டுகிறது (நானோஃப்ளேக்குகளின் நீட்சி), இது 2D நானோஃப்ளேக்குகளை அதிக துகள் போன்ற வடிவமாக மாற்றுவதைக் குறிக்கிறது.படம் 6e-h முறையே ஃபெரெட்டின் அகலம் மற்றும் நீளத்தைக் காட்டுகிறது.ஃபெரெட் அகலம் மற்றும் நீளம் ஆகியவை நிரப்பு அளவுருக்கள் மற்றும் எனவே ஒன்றாகக் கருதப்பட வேண்டும்.மைக்ரோஅல்காவின் முன்னிலையில் 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளை அடைகாத்த பிறகு, அவற்றின் ஃபெரெட் தொடர்பு உச்சங்கள் மாறி அவற்றின் தீவிரம் குறைந்தது.உருவவியல், எக்ஸ்ஆர்எஃப் மற்றும் எக்ஸ்பிஎஸ் ஆகியவற்றுடன் இணைந்து இந்த முடிவுகளின் அடிப்படையில், ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட எம்எக்ஸீன்கள் அதிக சுருக்கம் அடைந்து துண்டுகளாகவும் கோள ஆக்சைடு துகள்களாகவும் உடைவதால் கவனிக்கப்பட்ட மாற்றங்கள் ஆக்சிஜனேற்றத்துடன் வலுவாக தொடர்புடையவை என்று நாங்கள் முடிவு செய்தோம்.
பச்சை மைக்ரோஅல்காவுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு MXene மாற்றத்தின் 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, முதன்மை SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes, சிதைந்த மைக்ரோஅல்கா மற்றும் சிகிச்சையளிக்கப்பட்ட நுண்ணுயிரிகளான SL Nb2CTx மற்றும் SL Nb4C3Tx MXenes ஆகியவற்றுடன் இரண்டு குறிப்பு மைக்ரோஅல்கா மாதிரிகள் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன.சிவப்பு அம்புகள் ஆய்வு செய்யப்பட்ட இரு பரிமாண நானோஃப்ளேக்குகளின் வடிவ அளவுருக்களின் மாற்றங்களைக் காட்டுகின்றன.
வடிவ அளவுரு பகுப்பாய்வு மிகவும் நம்பகமானதாக இருப்பதால், மைக்ரோஅல்கா செல்களில் உருவ மாற்றங்களையும் இது வெளிப்படுத்தலாம்.எனவே, 2D Nb நானோஃப்ளேக்குகளுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு, தூய மைக்ரோஅல்கா செல்கள் மற்றும் செல்களின் சமமான வட்ட பகுதி விட்டம், வட்டத்தன்மை மற்றும் ஃபெரெட் அகலம் / நீளம் ஆகியவற்றை நாங்கள் பகுப்பாய்வு செய்தோம்.அத்திப்பழத்தில்.6a-h ஆனது ஆல்கா செல்களின் வடிவ அளவுருக்களில் மாற்றங்களைக் காட்டுகிறது, இது உச்சக்கட்ட தீவிரத்தின் குறைவு மற்றும் அதிக மதிப்புகளை நோக்கி மாக்சிமாவின் மாற்றம் ஆகியவற்றால் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது.குறிப்பாக, செல் ரவுண்ட்னெஸ் அளவுருக்கள் நீளமான செல்களில் குறைவு மற்றும் கோள செல்கள் அதிகரிப்பு (படம். 6a, b).கூடுதலாக, SL Nb4C3TX MXene (படம் 6f) உடன் ஒப்பிடும்போது SL Nb2CTx MXene (படம் 6e) உடனான தொடர்புக்குப் பிறகு Feret செல் அகலம் பல மைக்ரோமீட்டர்களால் அதிகரித்தது.Nb2CTx SR உடனான தொடர்புகளின் போது மைக்ரோஅல்காவால் Nb ஆக்சைடுகளை வலுவாக எடுத்துக்கொள்வதன் காரணமாக இது இருக்கலாம் என்று நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம்.Nb செதில்களை அவற்றின் மேற்பரப்பில் குறைவாக இறுக்கமாக இணைப்பது, குறைந்தபட்ச நிழல் விளைவுடன் செல் வளர்ச்சியை ஏற்படுத்தும்.
மைக்ரோஅல்காவின் வடிவம் மற்றும் அளவு ஆகியவற்றின் அளவுருக்களில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் பற்றிய எங்கள் அவதானிப்புகள் மற்ற ஆய்வுகளை நிறைவு செய்கின்றன.பச்சை நுண்பாசிகள் செல் அளவு, வடிவம் அல்லது வளர்சிதை மாற்றத்தை மாற்றுவதன் மூலம் சுற்றுச்சூழல் அழுத்தத்திற்கு பதிலளிக்கும் வகையில் அவற்றின் உருவ அமைப்பை மாற்ற முடியும்.எடுத்துக்காட்டாக, உயிரணுக்களின் அளவை மாற்றுவது ஊட்டச்சத்துக்களை உறிஞ்சுவதற்கு உதவுகிறது71.சிறிய ஆல்கா செல்கள் குறைந்த ஊட்டச்சத்து உறிஞ்சுதலையும், வளர்ச்சி விகிதம் குறைவதையும் காட்டுகின்றன.மாறாக, பெரிய செல்கள் அதிக ஊட்டச்சத்துக்களை உட்கொள்ள முனைகின்றன, பின்னர் அவை செல்களுக்குள் 72,73 டெபாசிட் செய்யப்படுகின்றன.மச்சாடோ மற்றும் சோரெஸ் ட்ரைக்ளோசன் என்ற பூஞ்சைக் கொல்லி செல் அளவை அதிகரிக்கக் கூடியது என்று கண்டறிந்தனர்.ஆல்காவின் வடிவத்திலும் ஆழமான மாற்றங்களைக் கண்டறிந்தனர்74.கூடுதலாக, Yin et al.9 குறைக்கப்பட்ட கிராபென் ஆக்சைடு நானோகாம்போசைட்டுகளை வெளிப்படுத்திய பிறகு ஆல்காவில் உருவ மாற்றங்களையும் வெளிப்படுத்தியது.எனவே, மைக்ரோஅல்காவின் மாற்றப்பட்ட அளவு/வடிவ அளவுருக்கள் MXene இருப்பதால் ஏற்படுகின்றன என்பது தெளிவாகிறது.இந்த அளவு மற்றும் வடிவ மாற்றம் ஊட்டச்சத்து உட்கொள்ளலில் ஏற்படும் மாற்றங்களைக் குறிப்பதாக இருப்பதால், காலப்போக்கில் அளவு மற்றும் வடிவ அளவுருக்களின் பகுப்பாய்வு Nb-MXenes முன்னிலையில் நுண்ணுயிர்களால் நியோபியம் ஆக்சைடை எடுத்துக்கொள்வதை நிரூபிக்க முடியும் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம்.
மேலும், MXenes ஆல்காவின் முன்னிலையில் ஆக்ஸிஜனேற்றப்படலாம்.நானோ-TiO2 மற்றும் Al2O376 ஆகியவற்றுக்கு வெளிப்படும் பச்சைப் பாசிகளின் உருவ அமைப்பு சீராக இல்லை என்பதை தலாய் மற்றும் பலர் கவனித்தனர்.எங்கள் அவதானிப்புகள் தற்போதைய ஆய்வைப் போலவே இருந்தாலும், 2D நானோஃப்ளேக்குகள் மற்றும் நானோ துகள்களின் முன்னிலையில் MXene சிதைவு தயாரிப்புகளின் அடிப்படையில் உயிரியல் மறுசீரமைப்பின் விளைவுகள் பற்றிய ஆய்வுக்கு மட்டுமே இது பொருத்தமானது.MXenes உலோக ஆக்சைடுகளாக, 31,32,77,78 சிதைவடையும் என்பதால், நமது Nb நானோஃப்ளேக்குகளும் மைக்ரோஅல்கா செல்களுடன் தொடர்பு கொண்ட பிறகு Nb ஆக்சைடுகளை உருவாக்கலாம் என்று கருதுவது நியாயமானது.
ஆக்சிஜனேற்ற செயல்முறையின் அடிப்படையில் சிதைவு பொறிமுறையின் மூலம் 2D-Nb நானோஃப்ளேக்குகளின் குறைப்பை விளக்குவதற்காக, உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (HRTEM) (படம். 7a,b) மற்றும் எக்ஸ்ரே ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (XPS) (படம் 7) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி ஆய்வுகளை மேற்கொண்டோம்.7c-i மற்றும் அட்டவணைகள் S4-5).இரண்டு அணுகுமுறைகளும் 2D பொருட்களின் ஆக்சிஜனேற்றத்தைப் படிப்பதற்கும் ஒன்றையொன்று பூர்த்தி செய்வதற்கும் ஏற்றது.HRTEM ஆனது 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 சோதித்தோம், அதாவது மைக்ரோஅல்கா செல்களுடன் தொடர்பு கொண்ட 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) குறைத்த பிறகு ஆக்சைடு தயாரிப்புகளின் கலவை, (d-f) SL Nb2CTx மற்றும் பச்சை Nb2CTx மற்றும் (gbSLC3 பழுதுபார்க்கப்பட்ட micro. iTx உடன் XPS ஸ்பெக்ட்ராவின் கூறுகளின் உச்சநிலைப் பொருத்தம்)
HRTEM ஆய்வுகள் இரண்டு வகையான Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் ஆக்சிஜனேற்றத்தை உறுதிப்படுத்தின.நானோஃப்ளேக்குகள் ஓரளவிற்கு இரு பரிமாண உருவ அமைப்பைத் தக்கவைத்துக் கொண்டாலும், ஆக்சிஜனேற்றத்தின் விளைவாக MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் மேற்பரப்பை உள்ளடக்கிய பல நானோ துகள்கள் தோன்றின (படம் 7a,b ஐப் பார்க்கவும்).c Nb 3d மற்றும் O 1s சிக்னல்களின் XPS பகுப்பாய்வு இரண்டு நிகழ்வுகளிலும் Nb ஆக்சைடுகள் உருவாகியிருப்பதைக் குறிக்கிறது.படம் 7c இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 2D MXene Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX Nb 3d சிக்னல்களைக் கொண்டுள்ளன, NbO மற்றும் Nb2O5 ஆக்சைடுகள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது, 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 செலுத்துவதை நாங்கள் கவனித்தோம்.
அத்திப்பழத்தில்.Nb 3d, C 1s, மற்றும் O 1s SL Nb2CTx (படங்கள் 7d-f ஐப் பார்க்கவும்) மற்றும் SL Nb4C3TX MXene ஆகியவற்றின் XPS ஸ்பெக்ட்ராவை 7g-i புள்ளிவிவரங்கள் மைக்ரோஅல்கா செல்களிலிருந்து தனிமைப்படுத்துகின்றன.Nb-MXenes உச்ச அளவுருக்களின் விவரங்கள் முறையே அட்டவணைகள் S4–5 இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன.Nb 3d இன் கலவையை நாங்கள் முதலில் பகுப்பாய்வு செய்தோம்.மைக்ரோஅல்கா செல்களால் உறிஞ்சப்பட்ட Nbக்கு மாறாக, மைக்ரோஅல்கா செல்களிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட்ட MXene இல், Nb2O5 தவிர, பிற கூறுகள் கண்டறியப்பட்டன.Nb2CTx SL இல், Nb3+-O இன் பங்களிப்பை 15% அளவில் கவனித்தோம், அதே நேரத்தில் Nb 3d ஸ்பெக்ட்ரம் முழுவதும் Nb2O5 (85%) ஆதிக்கம் செலுத்தியது.கூடுதலாக, SL Nb4C3TX மாதிரியில் Nb-C (9%) மற்றும் Nb2O5 (91%) கூறுகள் உள்ளன.இங்கே Nb-C ஆனது Nb4C3Tx SR இல் உள்ள உலோக கார்பைட்டின் இரண்டு உள் அணு அடுக்குகளிலிருந்து வருகிறது.நாம் உள்மயமாக்கப்பட்ட மாதிரிகளில் செய்தது போல், C 1s ஸ்பெக்ட்ராவை நான்கு வெவ்வேறு கூறுகளுக்கு வரைபடமாக்குகிறோம்.எதிர்பார்த்தபடி, C 1s ஸ்பெக்ட்ரம் கிராஃபிடிக் கார்பனால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, அதைத் தொடர்ந்து கரிம துகள்கள் (CHx/CO மற்றும் C=O) நுண்ணுயிர் செல்களிலிருந்து பங்களிப்புகள்.கூடுதலாக, O 1s ஸ்பெக்ட்ரமில், மைக்ரோஅல்கா செல்கள், நியோபியம் ஆக்சைடு மற்றும் உறிஞ்சப்பட்ட நீர் ஆகியவற்றின் கரிம வடிவங்களின் பங்களிப்பைக் கவனித்தோம்.
கூடுதலாக, Nb-MXenes பிளவு ஊட்டச்சத்து ஊடகம் மற்றும்/அல்லது மைக்ரோஅல்கா செல்களில் எதிர்வினை ஆக்ஸிஜன் இனங்கள் (ROS) இருப்பதோடு தொடர்புடையதா என்பதை நாங்கள் ஆராய்ந்தோம்.இந்த நோக்கத்திற்காக, கலாச்சார ஊடகத்தில் சிங்கிள்ட் ஆக்சிஜன் (1O2) அளவையும், நுண்ணுயிர்களில் ஆக்ஸிஜனேற்றமாக செயல்படும் தியோல் இன்ட்ராசெல்லுலர் குளுதாதயோனையும் மதிப்பீடு செய்தோம்.முடிவுகள் SI இல் காட்டப்பட்டுள்ளன (புள்ளிவிவரங்கள் S20 மற்றும் S21).SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX MXenes கொண்ட கலாச்சாரங்கள் 1O2 இன் குறைக்கப்பட்ட அளவுகளால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன (படம் S20 ஐப் பார்க்கவும்).SL Nb2CTx விஷயத்தில், MXene 1O2 சுமார் 83% ஆகக் குறைக்கப்படுகிறது.SL ஐப் பயன்படுத்தும் மைக்ரோஅல்கா கலாச்சாரங்களுக்கு, Nb4C3TX 1O2 73% ஆகக் குறைந்துள்ளது.சுவாரஸ்யமாக, 1O2 இல் உள்ள மாற்றங்கள் முன்பு கவனிக்கப்பட்ட தடுப்பு-தூண்டுதல் விளைவு போன்ற அதே போக்கைக் காட்டியது (படம் 3 ஐப் பார்க்கவும்).பிரகாசமான ஒளியில் அடைகாத்தல் ஒளிச்சேர்க்கையை மாற்றும் என்று வாதிடலாம்.இருப்பினும், கட்டுப்பாட்டு பகுப்பாய்வின் முடிவுகள் சோதனையின் போது கிட்டத்தட்ட நிலையான அளவு 1O2 ஐக் காட்டியது (படம். S22).உள்செல்லுலார் ROS நிலைகளின் விஷயத்தில், அதே கீழ்நோக்கிய போக்கையும் நாங்கள் கவனித்தோம் (படம் S21 ஐப் பார்க்கவும்).ஆரம்பத்தில், Nb2CTx மற்றும் Nb4C3Tx SLகள் முன்னிலையில் வளர்க்கப்பட்ட மைக்ரோஅல்கா செல்களில் ROS இன் அளவுகள் நுண்ணுயிர்களின் தூய கலாச்சாரங்களில் காணப்படும் அளவை விட அதிகமாக இருந்தது.இருப்பினும், இறுதியில், SL Nb2CTx மற்றும் Nb4C3TX உடன் தடுப்பூசி போடப்பட்ட மைக்ரோஅல்காவின் தூய கலாச்சாரங்களில் அளவிடப்பட்ட அளவுகளில் ROS அளவுகள் முறையே 85% மற்றும் 91% ஆகக் குறைந்ததால், மைக்ரோஅல்கா Nb-MXenes இரண்டின் இருப்புக்கும் ஏற்றதாகத் தோன்றியது.நுண்ணுயிர் நுண்பாசிகள் ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தை விட Nb-MXene முன்னிலையில் காலப்போக்கில் மிகவும் வசதியாக இருப்பதை இது குறிக்கலாம்.
மைக்ரோஅல்கா என்பது ஒளிச்சேர்க்கை உயிரினங்களின் பல்வேறு குழுவாகும்.ஒளிச்சேர்க்கையின் போது, ​​அவை வளிமண்டல கார்பன் டை ஆக்சைடை (CO2) கரிம கார்பனாக மாற்றுகின்றன.ஒளிச்சேர்க்கையின் தயாரிப்புகள் குளுக்கோஸ் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் 79.இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட ஆக்ஸிஜன் Nb-MXenes இன் ஆக்சிஜனேற்றத்தில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது என்று நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம்.இதற்கான ஒரு சாத்தியமான விளக்கம் என்னவென்றால், Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளுக்கு வெளியேயும் உள்ளேயும் ஆக்ஸிஜனின் குறைந்த மற்றும் அதிக பகுதி அழுத்தங்களில் வேறுபட்ட காற்றோட்ட அளவுரு உருவாகிறது.இதன் பொருள், ஆக்சிஜனின் வெவ்வேறு பகுதியளவு அழுத்தங்கள் உள்ள பகுதிகள் எங்கு உள்ளதோ அங்கெல்லாம் மிகக் குறைந்த அளவிலுள்ள பகுதியானது அனோட் 80, 81, 82 ஐ உருவாக்கும். இங்கு, மைக்ரோஅல்காக்கள் MXene செதில்களின் மேற்பரப்பில் வேறுபட்ட காற்றூட்டப்பட்ட செல்களை உருவாக்க பங்களிக்கின்றன, அவை அவற்றின் ஒளிச்சேர்க்கை பண்புகளால் ஆக்ஸிஜனை உருவாக்குகின்றன.இதன் விளைவாக, உயிர் அரிப்பு பொருட்கள் (இந்த வழக்கில், நியோபியம் ஆக்சைடுகள்) உருவாகின்றன.மற்றொரு அம்சம் என்னவென்றால், மைக்ரோஅல்காக்கள் தண்ணீரில் வெளியிடப்படும் கரிம அமிலங்களை உருவாக்க முடியும்83,84.எனவே, ஒரு ஆக்கிரமிப்பு சூழல் உருவாகிறது, இதன் மூலம் Nb-MXenes ஐ மாற்றுகிறது.கூடுதலாக, மைக்ரோஅல்காக்கள் கார்பன் டை ஆக்சைடை உறிஞ்சுவதன் காரணமாக சுற்றுச்சூழலின் pH ஐ காரமாக மாற்றலாம், இது அரிப்பை ஏற்படுத்தும்.
மிக முக்கியமாக, எங்கள் ஆய்வில் பயன்படுத்தப்படும் இருண்ட / ஒளி ஒளிக்கதிர் காலம் பெறப்பட்ட முடிவுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கு முக்கியமானது.இந்த அம்சம் Djemai-Zoghlache et al இல் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது.[85] சிவப்பு நுண்ணுயிரிகளான போர்பிரிடியம் பர்ப்யூரியம் மூலம் உயிரிழப்புடன் தொடர்புடைய உயிரி அரிப்பைக் காட்ட அவர்கள் வேண்டுமென்றே 12/12 மணிநேர ஒளிக்கதிர் காலத்தைப் பயன்படுத்தினர்.24:00 மணியளவில் சூடோபெரியோடிக் அலைவுகளாகத் தன்னை வெளிப்படுத்திக் கொண்டு, உயிரி அரிப்பு இல்லாத ஆற்றலின் பரிணாம வளர்ச்சியுடன் ஒளிக்கதிர் தொடர்புடையதாக அவை காட்டுகின்றன.இந்த அவதானிப்புகள் டவ்லிங் மற்றும் பலர் உறுதிப்படுத்தினர்.86 அவர்கள் சயனோபாக்டீரியா அனாபீனாவின் ஒளிச்சேர்க்கை உயிரிப்படங்களை நிரூபித்தார்கள்.கரைந்த ஆக்ஸிஜன் ஒளியின் செயல்பாட்டின் கீழ் உருவாகிறது, இது இலவச உயிர் அரிப்பு திறனில் மாற்றம் அல்லது ஏற்ற இறக்கங்களுடன் தொடர்புடையது.ஒளிக்கட்டத்தின் முக்கியத்துவமானது, உயிரி அரிப்புக்கான இலவச சாத்தியம் ஒளி கட்டத்தில் அதிகரிக்கிறது மற்றும் இருண்ட கட்டத்தில் குறைகிறது என்பதன் மூலம் வலியுறுத்தப்படுகிறது.இது ஒளிச்சேர்க்கை நுண்ணுயிரிகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஆக்ஸிஜன் காரணமாகும், இது மின்முனைகளுக்கு அருகில் உருவாக்கப்படும் பகுதி அழுத்தம் மூலம் கத்தோடிக் எதிர்வினையை பாதிக்கிறது.
கூடுதலாக, ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் அகச்சிவப்பு நிறமாலை (FTIR) Nb-MXenes உடனான தொடர்புக்குப் பிறகு மைக்ரோஅல்கா செல்களின் வேதியியல் கலவையில் ஏதேனும் மாற்றங்கள் ஏற்பட்டதா என்பதைக் கண்டறிய செய்யப்பட்டது.இந்த பெறப்பட்ட முடிவுகள் சிக்கலானவை மற்றும் நாங்கள் அவற்றை SI இல் வழங்குகிறோம் (புள்ளிவிவரங்கள் S23-S25, MAX நிலை மற்றும் ML MXenes இன் முடிவுகள் உட்பட).சுருக்கமாக, மைக்ரோஅல்காவின் 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.ஒன்று.1 1 (C-H) மற்றும் 3280 cm-1 (O-H).SL Nb-MXenes க்கு, எங்களின் முந்தைய ஆய்வுக்கு இசைவான CH-பாண்ட் ஸ்ட்ரெச்சிங் கையொப்பத்தைக் கண்டறிந்தோம்38.இருப்பினும், C=C மற்றும் CH பிணைப்புகளுடன் தொடர்புடைய சில கூடுதல் சிகரங்கள் மறைந்துவிட்டதை நாங்கள் கவனித்தோம்.SL Nb-MXenes உடனான தொடர்பு காரணமாக மைக்ரோஅல்காவின் வேதியியல் கலவை சிறிய மாற்றங்களுக்கு உள்ளாகலாம் என்பதை இது குறிக்கிறது.
நுண்ணுயிரிகளின் உயிர் வேதியியலில் சாத்தியமான மாற்றங்களைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, ​​நியோபியம் ஆக்சைடு போன்ற கனிம ஆக்சைடுகளின் திரட்சியை மறுபரிசீலனை செய்ய வேண்டும்.இது செல் மேற்பரப்பால் உலோகங்களை எடுத்துக்கொள்வது, சைட்டோபிளாஸிற்குள் கொண்டு செல்வது, செல்களுக்குள் கார்பாக்சைல் குழுக்களுடன் அவற்றின் தொடர்பு மற்றும் மைக்ரோஅல்கா பாலிபாஸ்போசோம்கள்20,88,89,90 ஆகியவற்றில் அவற்றின் குவிப்பு ஆகியவற்றில் ஈடுபட்டுள்ளது.கூடுதலாக, நுண்ணுயிரிகளுக்கும் உலோகங்களுக்கும் இடையிலான உறவு உயிரணுக்களின் செயல்பாட்டுக் குழுக்களால் பராமரிக்கப்படுகிறது.இந்த காரணத்திற்காக, உறிஞ்சுதல் மைக்ரோஅல்கா மேற்பரப்பு வேதியியலையும் சார்ந்துள்ளது, இது மிகவும் சிக்கலானது9,91.பொதுவாக, எதிர்பார்த்தபடி, Nb ஆக்சைடு உறிஞ்சப்படுவதால் பச்சை நுண்ணுயிரிகளின் வேதியியல் கலவை சிறிது மாறியது.
சுவாரஸ்யமாக, மைக்ரோஅல்காவின் கவனிக்கப்பட்ட ஆரம்ப தடுப்பு காலப்போக்கில் மீளக்கூடியதாக இருந்தது.நாம் கவனித்தபடி, மைக்ரோஅல்கா ஆரம்ப சுற்றுச்சூழல் மாற்றத்தை முறியடித்து, இறுதியில் சாதாரண வளர்ச்சி விகிதங்களுக்குத் திரும்பியது மற்றும் அதிகரித்தது.ஜீட்டா சாத்தியக்கூறு பற்றிய ஆய்வுகள் ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தில் அறிமுகப்படுத்தப்படும் போது உயர் நிலைத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன.இதனால், மைக்ரோஅல்கா செல்கள் மற்றும் Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளுக்கு இடையிலான மேற்பரப்பு தொடர்பு குறைப்பு சோதனைகள் முழுவதும் பராமரிக்கப்பட்டது.எங்கள் மேலதிக பகுப்பாய்வில், மைக்ரோஅல்காவின் இந்த குறிப்பிடத்தக்க நடத்தையின் அடிப்படையிலான செயல்பாட்டின் முக்கிய வழிமுறைகளை நாங்கள் சுருக்கமாகக் கூறுகிறோம்.
மைக்ரோஅல்காக்கள் Nb-MXenes உடன் இணைகின்றன என்பதை SEM அவதானிப்புகள் 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 கருதுகோளை சோதிக்க, நாங்கள் தொடர்ச்சியான பொருள் மற்றும் உயிர்வேதியியல் ஆய்வுகளை நடத்தினோம்.சோதனைக்குப் பிறகு, நானோஃப்ளேக்குகள் படிப்படியாக ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்டு NbO மற்றும் Nb2O5 தயாரிப்புகளாக சிதைந்தன, இது பச்சை நுண்ணுயிரிகளுக்கு அச்சுறுத்தலை ஏற்படுத்தவில்லை.FTIR கண்காணிப்பைப் பயன்படுத்தி, 2D Nb-MXene நானோஃப்ளேக்குகளின் முன்னிலையில் அடைகாக்கப்பட்ட மைக்ரோஅல்காவின் வேதியியல் கலவையில் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்கள் எதுவும் இல்லை.நுண்ணுயிரிகளால் நியோபியம் ஆக்சைடை உறிஞ்சுவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளை கணக்கில் எடுத்துக்கொண்டு, நாங்கள் ஒரு எக்ஸ்ரே ஃப்ளோரசன்ஸ் பகுப்பாய்வு செய்தோம்.ஆய்வு செய்யப்பட்ட நுண்ணுயிரிகளுக்கு நச்சுத்தன்மையற்ற நியோபியம் ஆக்சைடுகளை (NbO மற்றும் Nb2O5) உண்பதை இந்த முடிவுகள் தெளிவாகக் காட்டுகின்றன.