Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript пешкаш хоҳем кард.
Якбора карусели се слайдро намоиш медиҳад.Тугмаҳои Пешина ва Ояндаро истифода баред, то дар як вақт дар се слайд гузаред ё тугмаҳои слайдерро дар охир истифода баред, то дар як вақт аз се слайд гузаред.
Рушди босуръати нанотехнология ва ҳамгироии он ба барномаҳои ҳамарӯза метавонад ба муҳити зист таҳдид кунад.Гарчанде ки усулҳои сабз барои таназзули ифлоскунандагони органикӣ хуб муқаррар карда шудаанд, барқарорсозии ифлоскунандагони кристаллии ғайриорганикӣ аз сабаби ҳассосияти пасти онҳо ба биотрансформация ва нафаҳмидани таъсири мутақобилаи сатҳи моддӣ бо биологӣ нигаронии ҷиддӣ дорад.Дар ин ҷо, мо модели ғайриорганикии 2D MXenes-ро дар асоси Nb дар якҷоягӣ бо усули оддии таҳлили параметрҳои шакл истифода мебарем, то механизми биоремедиатсияи наноматериалҳои сафолии 2D тавассути микроалгаҳои сабзи Raphidocelis subcapitata пайгирӣ кунем.Мо дарёфтем, ки микроалгаҳо аз сабаби таъсири мутақобилаи физикӣ-химиявии рӯизаминӣ MXenes-ро дар асоси Nb таназзул мекунанд.Дар аввал нанофлакҳои якқабата ва бисёрқабатаи MXene ба сатҳи микроалгаҳо часпонида шуданд, ки нашъунамои алафҳоро то андозае коҳиш дод.Аммо, пас аз таъсири дарозмуддат бо сатҳи, микроалгаҳо нанофилакҳои MXene-ро оксид карданд ва минбаъд онҳоро ба NbO ва Nb2O5 таҷзия карданд.Азбаски ин оксидҳо барои ҳуҷайраҳои микроалгаҳо заҳролуд нестанд, онҳо нанозарраҳои оксиди Nb-ро бо механизми азхудкунӣ истеъмол мекунанд, ки микроалгаҳоро пас аз 72 соати коркарди об боз барқарор мекунад.Таъсири маводи ғизоӣ, ки бо ҷаббида алоқаманд аст, инчунин дар афзоиши ҳаҷми ҳуҷайра, шакли ҳамвор ва тағирёбии суръати афзоиш инъикос меёбад.Дар асоси ин бозёфтҳо, мо ба хулосае омадем, ки мавҷудияти кӯтоҳмуддат ва дарозмуддати MXenes дар асоси Nb дар экосистемаҳои оби тоза метавонад танҳо таъсири ночизи муҳити зистро ба бор орад.Ҷолиби диққат аст, ки бо истифода аз наноматериалҳои дученака ҳамчун системаҳои моделӣ, мо имкони пайгирии тағирёбии шаклро ҳатто дар маводҳои лоғар нишон медиҳем.Дар маҷмӯъ, ин тадқиқот ба як саволи муҳими бунёдӣ дар бораи равандҳои марбут ба сатҳи мутақобила ҷавоб медиҳад, ки механизми биоремедиатсияи наноматериалҳои 2D-ро пеш мебаранд ва барои омӯзиши минбаъдаи кӯтоҳмуддат ва дарозмуддати таъсири экологии наноматериалҳои кристаллии ғайриорганикӣ замина фароҳам меорад.
Наноматериалҳо пас аз кашфи онҳо таваҷҷуҳи зиёд ба вуҷуд овардаанд ва нанотехнологияҳои гуногун ба наздикӣ ба марҳилаи навсозӣ ворид шуданд1.Мутаассифона, ҳамгироии наноматериалҳо ба замимаҳои ҳаррӯза метавонад боиси барориши тасодуфӣ гардад, ки аз партови нодуруст, муносибати беэҳтиётӣ ё инфрасохтори нокифояи бехатарӣ.Аз ин рӯ, чунин тахмин кардан дуруст аст, ки наноматериалҳо, аз ҷумла наноматериалҳои дученака (2D) метавонанд ба муҳити табиӣ, ки рафтор ва фаъолияти биологии онҳо пурра дарк карда нашудаанд, бароварда шаванд.Аз ин рӯ, тааҷҷубовар нест, ки нигарониҳои экотоксикӣ ба қобилияти наноматериалҳои 2D барои шуста шудан ба системаҳои обӣ нигаронида шудаанд2,3,4,5,6.Дар ин экосистемаҳо, баъзе наноматериалҳои 2D метавонанд бо организмҳои гуногун дар сатҳҳои гуногуни трофикӣ, аз ҷумла микроалгаҳо, ҳамкорӣ кунанд.
Микроалгаҳо организмҳои ибтидоӣ мебошанд, ки табиатан дар экосистемаҳои оби ширин ва баҳрӣ мавҷуданд, ки тавассути фотосинтез маҳсулоти гуногуни кимиёвӣ истеҳсол мекунанд7.Ҳамин тариқ, онҳо барои экосистемаҳои обӣ муҳиманд8,9,10,11,12, аммо инчунин нишондиҳандаҳои ҳассос, арзон ва ба таври васеъ истифодашавандаи экотоксикӣ мебошанд13,14.Азбаски ҳуҷайраҳои микроалгаҳо зуд афзоиш меёбанд ва ба мавҷудияти пайвастагиҳои гуногун зуд ҷавоб медиҳанд, онҳо барои таҳияи усулҳои аз ҷиҳати экологӣ тозаи коркарди оби бо моддаҳои органикӣ олудашуда умедбахшанд15,16.
Ҳуҷайраҳои алгаҳо метавонанд ионҳои ғайриорганикиро аз об тавассути биосорбсия ва ҷамъшавӣ хориҷ кунанд17,18.Баъзе намудҳои алгҳо ба монанди Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue ва Synechococcus sp.Муайян шудааст, ки он ионҳои металлии заҳролуд ба монанди Fe2+, Cu2+, Zn2+ ва Mn2+19-ро интиқол медиҳад ва ҳатто ғизо медиҳад.Тадқиқотҳои дигар нишон доданд, ки ионҳои Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ё Pb2+ афзоиши Scenedesmusро тавассути тағир додани морфологияи ҳуҷайраҳо ва нобуд кардани хлоропластҳои онҳо маҳдуд мекунанд20,21.
Усулҳои сабзи таҷзияи моддаҳои ифлоскунандаи органикӣ ва хориҷ кардани ионҳои металлҳои вазнин диққати олимон ва муҳандисони тамоми ҷаҳонро ба худ ҷалб карданд.Ин асосан аз он иборат аст, ки ин ифлоскунандаҳо дар марҳилаи моеъ ба осонӣ коркард карда мешаванд.Аммо ифлоскунандањои кристаллии ѓайриорганикї бо мањлулшавї дар об паст ва њалли паст ба биотрансформацияњои гуногун хосанд, ки дар ислоњот душворињои зиёд ба бор меоранд ва дар ин самт пешравии кам ба даст оварда шудааст22,23,24,25,26.Ҳамин тариқ, ҷустуҷӯи роҳҳои аз ҷиҳати экологӣ тоза барои таъмири наноматериалҳо як соҳаи мураккаб ва омӯхтанашуда боқӣ мемонад.Аз сабаби дараҷаи баланди номуайянӣ дар бораи таъсири биотрансформатсияи наноматериалҳои 2D, роҳи осони дарёфти роҳҳои эҳтимолии таназзули онҳо ҳангоми коҳиш вуҷуд надорад.
Дар ин таҳқиқот, мо микроалгаҳои сабзро ҳамчун агенти фаъоли биоремедиатсияи обӣ барои маводи сафолии ғайриорганикӣ дар якҷоягӣ бо мониторинги in situ раванди таназзули MXene ҳамчун намояндаи маводи сафолии ғайриорганикӣ истифода бурдем.Истилоҳи "MXene" стехиометрияи маводи Mn+1XnTx-ро инъикос мекунад, ки дар он M металли гузариши барвақт, X карбон ва/ё нитроген, Tx терминатори рӯизаминӣ (масалан, -OH, -F, -Cl) ва n = 1, 2, 3 ё 427,28.Аз замони кашфи MXenes аз ҷониби Нагиб ва дигарон.Sensorics, табобати саратон ва филтратсия мембрана 27,29,30.Илова бар ин, MXenes метавонад ҳамчун системаҳои модели 2D аз сабаби устувории аълои коллоидӣ ва мутақобилаи эҳтимолии биологӣ31,32,33,34,35,36 ҳисоб карда шавад.
Аз ин рӯ, методологияи дар ин мақола таҳияшуда ва фарзияҳои тадқиқотии мо дар расми 1 нишон дода шудаанд. Мувофиқи ин гипотеза микроалгаҳо аз сабаби таъсири мутақобилаи физикӣ-химиявии рӯи рӯизаминӣ MXen-ҳои Nb асосёфтаро ба пайвастагиҳои заҳролуд табдил медиҳанд, ки ин имкон медиҳад, ки минбаъд барқарор кардани алгҳо имконпазир гардад.Барои санҷидани ин гипотеза, ду узви оилаи карбидҳои металлии гузариш ва/ё нитридҳои барвақти ниобий (MXenes), аз ҷумла Nb2CTx ва Nb4C3TX интихоб карда шуданд.
Методологияи тадқиқот ва гипотезаҳо дар асоси далелҳо барои барқарорсозии MXene аз ҷониби микроалгаҳои сабз Raphidocelis subcapitata.Лутфан қайд кунед, ки ин танҳо як тасвири схематикии пиндоштҳо дар асоси далелҳост.Муҳити кӯл аз рӯи муҳити ғизоии истифодашаванда ва шароитҳо (масалан, давраи рӯзона ва маҳдудият дар маводи ғизоии зарурии мавҷуда) фарқ мекунад.Бо BioRender.com сохта шудааст.
Аз ин рӯ, бо истифода аз MXene ҳамчун системаи намунавӣ, мо дари омӯзиши эффектҳои гуногуни биологиро кушодем, ки онҳоро бо дигар наноматериалҳои муқаррарӣ мушоҳида кардан мумкин нест.Аз ҷумла, мо имкони биоремедиатсияи наноматериалҳои дученака, ба монанди MXenes дар асоси ниобиумро тавассути микроалгаҳои Raphidocelis subcapitata нишон медиҳем.Микроалгаҳо қодиранд, ки Nb-MXenes-ро ба оксидҳои заҳролудшудаи NbO ва Nb2O5 вайрон кунанд, ки онҳо инчунин тавассути механизми қабули ниобий маводи ғизоӣ медиҳанд.Дар маҷмӯъ, ин тадқиқот ба як саволи муҳими бунёдӣ дар бораи равандҳои марбут ба мутақобилаи физикӣ-химиявии рӯизаминӣ, ки механизмҳои биоремедиатсияи наноматериалҳои дученакаро танзим мекунанд, ҷавоб медиҳад.Илова бар ин, мо як усули оддии ба шакли параметр асосёфтаро барои пайгирии тағироти нозук дар шакли наноматериалҳои 2D таҳия карда истодаем.Ин ба тадқиқоти минбаъдаи кӯтоҳмуддат ва дарозмуддат дар бораи таъсири гуногуни экологии наноматериалҳои кристалии ғайриорганикӣ илҳом мебахшад.Ҳамин тариқ, омӯзиши мо фаҳмиши таъсири мутақобилаи сатҳи моддӣ ва маводи биологиро зиёд мекунад.Мо инчунин барои омӯзиши васеъи кӯтоҳмуддат ва дарозмуддати таъсири эҳтимолии онҳо ба экосистемаҳои оби ширин замина фароҳам меорем, ки ҳоло онҳоро ба осонӣ тафтиш кардан мумкин аст.
MXenes як синфи ҷолиби маводҳоро бо хосиятҳои беназир ва ҷолиби физикӣ ва химиявӣ ва аз ин рӯ барномаҳои зиёди эҳтимолӣ муаррифӣ мекунанд.Ин хосиятҳо асосан аз стехиометрия ва химияи рӯи онҳо вобастаанд.Аз ин рӯ, дар таҳқиқоти мо, мо ду намуди иерархивии якқабатаи (SL) MXenes, Nb2CTx ва Nb4C3TX-ро дар асоси Nb таҳқиқ кардем, зеро таъсири гуногуни биологии ин наноматериалҳо мушоҳида карда мешаванд.MXenes аз маводи ибтидоии худ бо роҳи интихобӣ аз боло ба поён аз қабатҳои атомии борик MAX-марҳилаи A истеҳсол карда мешаванд.Марҳилаи MAX як сафоли семарҳаест, ки аз блокҳои "пайвастшуда" -и карбидҳои металлии гузаранда ва қабатҳои тунуки элементҳои "А" ба монанди Al, Si ва Sn бо стехиометрияи MnAXn-1 иборат аст.Морфологияи марҳилаи ибтидоии MAX тавассути сканеркунии микроскопияи электронӣ (SEM) мушоҳида карда шуд ва бо таҳқиқоти қаблӣ мувофиқ буд (ниг. Маълумоти иловагӣ, SI, Расми S1).Бисёрқабатаи (ML) Nb-MXene пас аз тоза кардани қабати Ал бо 48% HF (кислотаи гидрофторӣ) ба даст оварда шуд.Морфологияи ML-Nb2CTx ва ML-Nb4C3TX тавассути микроскопияи электронии сканерӣ (SEM) тафтиш карда шуд (Рақмҳои S1c ва S1d мутаносибан) ва морфологияи маъмулии қабати MXene мушоҳида шуд, ки ба нанофлакҳои дученакае, ки аз сӯрохиҳои дарозшудаи сӯрохиҳо мегузаранд.Ҳарду Nb-MXenes бо фазаҳои MXene, ки қаблан бо кислотаҳо синтез карда шуда буданд, умумӣ доранд27,38.Пас аз тасдиқи сохтори MXene, мо онро тавассути интеркалатсияи гидроксиди тетрабутиламмоний (TBAOH) ва пас аз шустан ва sonication қабатбандӣ кардем, пас аз он мо нанофлакҳои якқабата ё қабати паст (SL) 2D Nb-MXene ба даст овардем.
Мо микроскопияи электронии интиқоли баландсифат (HRTEM) ва дифраксияи рентгенӣ (XRD) -ро барои санҷиши самаранокии абрешим ва пӯсти минбаъда истифода кардем.Натоиҷи HRTEM, ки бо истифода аз табдили зуди Фурье (IFFT) ва табдили зуд Фурье (FFT) коркард шудаанд, дар расми 2 нишон дода шудаанд. Нанофилакҳои Nb-MXene ба канори боло нигаронида шуда буданд, то сохтори қабати атомиро тафтиш кунанд ва масофаҳои байниҳамаро чен кунанд.Тасвирҳои HRTEM-и нанофлакҳои MXene Nb2CTx ва Nb4C3TX табиати қабати тунуки атомии онҳоро ошкор карданд (ниг. Расми 2a1, a2), тавре ки қаблан Нагиб ва дигарон 27 ва Ҷастржебска ва дигарон 38 гузориш додаанд.Барои ду моноқабати ҳамшафати Nb2CTx ва Nb4C3Tx мо масофаи байниқабатҳои мутаносибан 0,74 ва 1,54 нмро муайян кардем (расми 2b1,b2), ки ин ҳам бо натиҷаҳои қаблии мо мувофиқ аст38.Инро табдили тези баръакси Фурье (расми 2c1, c2) ва табдили зуди Фурье (расми 2d1, d2), ки масофаи байни якқабатҳои Nb2CTx ва Nb4C3Tx-ро нишон медиҳанд, боз тасдиқ карданд.Тасвир ивазшавии бандҳои рӯшноӣ ва торикии ба атомҳои ниобий ва карбон мувофиқро нишон медиҳад, ки табиати қабати MXenes омӯхташударо тасдиқ мекунад.Қайд кардан муҳим аст, ки спектроскопияи энергетикии дисперсивии рентгенӣ (EDX), ки барои Nb2CTx ва Nb4C3Tx гирифта шудааст (Рақмҳои S2a ва S2b) боқимондаи марҳилаи аслии MAX-ро нишон надоданд, зеро қуллаи Al ошкор нашудааст.
Тавсифи нанофилакҳои SL Nb2CTx ва Nb4C3Tx MXene, аз ҷумла (а) микроскопияи электронии баландсифати баланд (HRTEM) тасвири паҳлӯии 2D нанофлейк ва мувофиқ, (б) режими шиддат, (в) табдили зуди Фурье (IFFT), (г) трансформатсияи зуди Фурье (IFFT), (г) трансформатсияҳои зуди MFFT), (NFFT-X-rays) .Барои SL 2D Nb2CTx, рақамҳо ҳамчун (a1, b1, c1, d1, e1) ифода карда мешаванд.Барои SL 2D Nb4C3Tx, рақамҳо ҳамчун (a2, b2, c2, d2, e1) ифода карда мешаванд.
Андозагирии дифраксияи рентгении SL Nb2CTx ва Nb4C3Tx MXenes дар расм нишон дода шудаанд.мутаносибан 2e1 ва e2.Қуллаҳои (002) дар 4.31 ва 4.32 ба қабатҳои қаблан тавсифшуда мутаносибан MXenes Nb2CTx ва Nb4C3TX38,39,40,41 мувофиқат мекунанд.Натиҷаҳои XRD инчунин мавҷудияти баъзе сохторҳои боқимондаи ML ва марҳилаҳои MAX-ро нишон медиҳанд, аммо асосан намунаҳои XRD, ки бо SL Nb4C3Tx алоқаманданд (расми 2e2).Мавҷудияти зарраҳои хурдтари марҳилаи MAX метавонад қуллаи қавитари MAX-ро дар муқоиса бо қабатҳои тасодуфӣ ҷамъшудаи Nb4C3Tx шарҳ диҳад.
Тадқиқоти минбаъда ба микроалгаҳои сабзи мансуб ба намуди R. subcapitata нигаронида шудааст.Мо микроалгаҳоро интихоб кардем, зеро онҳо истеҳсолкунандагони муҳим мебошанд, ки дар шабакаҳои асосии ғизо иштирок мекунанд42.Онҳо инчунин яке аз беҳтарин нишондиҳандаҳои заҳролудшавӣ аз сабаби қобилияти хориҷ кардани моддаҳои заҳролуд мебошанд, ки ба сатҳҳои болоии занҷири ғизо интиқол дода мешаванд43.Илова бар ин, тадқиқот оид ба R. subcapitata метавонад заҳролудшавии тасодуфии SL Nb-MXenes ба микроорганизмҳои оби тозаи маъмулро равшан кунад.Барои нишон додани ин, муҳаққиқон фарзия карданд, ки ҳар як микроб ба пайвастагиҳои заҳролуд дар муҳити атроф ҳассосияти гуногун дорад.Барои аксари организмҳо, консентратсияи ками моддаҳо ба афзоиши онҳо таъсир намерасонад, дар ҳоле ки консентратсияи зиёда аз ҳадди муайян метавонад онҳоро боздорад ё ҳатто боиси марг гардад.Аз ин рӯ, барои омӯзиши мо дар бораи таъсири мутақобилаи сатҳи байни микроалгаҳо ва MXenes ва барқарорсозии алоқаманд, мо тасмим гирифтем, ки консентратсияи безарар ва заҳролудшудаи Nb-MXenes-ро санҷем.Барои ин, мо консентратсияи 0 (ҳамчун истинод), 0,01, 0,1 ва 10 мг l-1 MXene ва микроалгаҳои ба таври илова сироятшуда бо консентратсияи хеле баланди MXene (100 мг l-1 MXene), ки метавонанд шадид ва марговар бошанд, озмоиш кардем..барои ҳама гуна муҳити биологӣ.
Таъсири SL Nb-MXenes ба микроалгаҳо дар расми 3 нишон дода шудааст, ки ҳамчун фоизи пешбурди афзоиш (+) ё ҷилавгирӣ (-) барои намунаҳои 0 мг l-1 чен карда шудааст.Барои муқоиса, марҳилаи Nb-MAX ва ML Nb-MXenes низ санҷида шуданд ва натиҷаҳо дар SI нишон дода шудаанд (ниг. Расми S3).Натиҷаҳои бадастомада тасдиқ карданд, ки SL Nb-MXenes аз заҳролудшавӣ дар доираи консентратсияи пасти аз 0,01 то 10 мг/л, тавре ки дар расми 3а,б нишон дода шудааст, қариб пурра безарар аст.Дар мавриди Nb2CTx, мо дар доираи муқарраршуда на бештар аз 5% экотоксикиро мушоҳида кардем.
Ҳавасмандгардонӣ (+) ё ҷилавгирӣ аз (-) афзоиши микроалгаҳо дар ҳузури SL (a) Nb2CTx ва (б) Nb4C3TX MXene.24, 48 ва 72 соат таъсири мутақобилаи MXene-microalgae таҳлил карда шуд. Маълумоти муҳим (t-test, p <0.05) бо ситорача (*) қайд карда шуд. Маълумоти муҳим (t-test, p <0.05) бо ситорача (*) қайд карда шуд. Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Маълумоти муҳим (t-test, p <0,05) бо ситорача (*) ишора карда мешавад.重要数据（t 检验，p < 0,05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p < 0,05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Маълумоти муҳим (t-test, p < 0,05) бо ситорача (*) ишора шудааст.Тирчаҳои сурх нишон медиҳанд, ки барҳам додани ҳавасмандкунии ингибиторӣ.
Аз тарафи дигар, консентратсияи пасти Nb4C3TX каме заҳролудтар шуд, аммо на бештар аз 7%.Тавре ки интизор мерафт, мо мушоҳида кардем, ки MXenes дар 100 мг L-1 заҳролудшавӣ ва ҷилавгирӣ аз афзоиши микроалгаҳо дошт.Ҷолиб он аст, ки ҳеҷ яке аз маводҳо дар муқоиса бо намунаҳои MAX ё ML тамоюли якхела ва вобастагии вақт аз таъсири токсикӣ/токсикиро нишон надоданд (барои тафсилот ба SI нигаред).Дар ҳоле ки барои марҳилаи MAX (ниг. Расми S3) заҳролудшавӣ тақрибан ба 15-25% расид ва бо мурури замон афзоиш ёфт, тамоюли баръакс барои SL Nb2CTx ва Nb4C3TX MXene мушоҳида шуд.Моҳияти афзоиши микроалгаҳо бо мурури замон коҳиш ёфт.Он пас аз 24 соат тақрибан ба 17% расид ва пас аз 72 соат ба камтар аз 5% коҳиш ёфт (расми 3а, б, мутаносибан).
Муҳимтар аз ҳама, барои SL Nb4C3TX, ҷилавгирӣ аз афзоиши микроалгаҳо пас аз 24 соат тақрибан ба 27% расид, аммо пас аз 72 соат он тақрибан то 1% коҳиш ёфт.Аз ин рӯ, мо таъсири мушоҳидашударо ҳамчун ҷилавгирии баръакси ҳавасмандкунӣ қайд кардем ва таъсир барои SL Nb4C3TX MXene қавитар буд.Ҳавасмандгардонии афзоиши микроалгаҳо қаблан бо Nb4C3TX (муомила дар 10 мг L-1 барои 24 соат) дар муқоиса бо SL Nb2CTx MXene қайд карда шуда буд.Таъсири баръакси ингибиторӣ-стимулятсия инчунин дар каҷи суръати дучандшавии биомасса хуб нишон дода шудааст (барои тафсилот ба расми S4 нигаред).То ба ҳол танҳо экотоксикии Ti3C2TX MXene бо роҳҳои гуногун омӯхта шудааст.Он барои ҷанинҳои зебравӣ заҳролуд нест44, балки ба микроалгаҳои Desmodesmus quadricauda ва Sorghum saccharatum45 ба таври мӯътадил экотоксикӣ аст.Намунаҳои дигари таъсироти мушаххас заҳролудшавии баландтар ба хатҳои ҳуҷайраҳои саратонро нисбат ба хатҳои муқаррарии ҳуҷайраҳо дар бар мегиранд46,47.Фарз кардан мумкин аст, ки шароити озмоиш ба тағирот дар афзоиши микроалгаҳо дар ҳузури Nb-MXenes таъсир мерасонад.Масалан, рН тақрибан 8 дар стромаи хлоропласт барои кори самараноки ферменти RuBisCO оптимал аст.Аз ин рӯ, тағирёбии рН ба суръати фотосинтез таъсири манфӣ мерасонад48,49.Бо вуҷуди ин, мо тағироти назаррасро дар рН ҳангоми таҷриба мушоҳида накардем (барои тафсилот ба SI, расми S5 нигаред).Умуман, фарҳангҳои микроалгаҳо бо Nb-MXenes бо мурури замон рН-и маҳлулро каме паст карданд.Аммо, ин камшавӣ ба тағирёбии рН-и муҳити пок монанд буд.Илова бар ин, диапазони вариантҳои ёфтшуда ба он чизе, ки барои фарҳанги поки микроалгаҳо чен карда шудааст (намунаи назоратӣ) шабеҳ буд.Ҳамин тариқ, мо ба хулосае омадем, ки ба фотосинтез бо тағирёбии рН бо мурури замон таъсир намерасонад.
Илова бар ин, MXenes синтезшуда дорои ақсои рӯизаминӣ мебошанд (ҳамчун Tx ишора мекунанд).Инҳо асосан гурӯҳҳои функсионалии -O, -F ва -OH мебошанд.Аммо, химияи рӯизаминӣ бевосита бо усули синтез алоқаманд аст.Маълум аст, ки ин гурӯҳҳо ба таври тасодуфӣ дар рӯи замин тақсим карда мешаванд, ки пешгӯии таъсири онҳо ба хосиятҳои MXene50-ро душвор мегардонад.Гуфтан мумкин аст, ки Tx метавонад қувваи каталитикии оксидшавии ниобий тавассути рӯшноӣ бошад.Гурӯҳҳои функсионалии рӯизаминӣ воқеан барои фотокатализаторҳои зеризаминии худ маконҳои лангарро фароҳам меоранд, то гетероидҳост51 ташкил кунанд.Аммо, таркиби миёнаравии афзоиш фотокатализатори муассирро таъмин накард (таркиби муфассали миёнаро дар СИ Ҷадвали S6 пайдо кардан мумкин аст).Илова бар ин, ҳама гуна тағир додани сатҳи рӯизаминӣ низ хеле муҳим аст, зеро фаъолияти биологии MXenes метавонад аз ҳисоби коркарди пас аз қабат, оксидшавӣ, тағир додани сатҳи кимиёвии пайвастагиҳои органикӣ ва ғайриорганикӣ52,53,54,55,56 ё муҳандисии заряди рӯизаминӣ38 тағир дода шавад.Аз ин рӯ, барои санҷидани он, ки оё оксиди ниобий ба ноустувории моддӣ дар муҳити атроф ягон иртибот дорад, мо дар бораи потенсиали zeta (ζ) дар муҳити афзоиши микроалгаҳо ва оби деионизатсияшуда (барои муқоиса) тадқиқот гузаронидем.Натиҷаҳои мо нишон медиҳанд, ки SL Nb-MXenes хеле устуворанд (нигаред ба SI расми S6 барои натиҷаҳои MAX ва ML).Потенсиали zeta-и SL MXenes тақрибан -10 мВ аст.Дар мавриди SR Nb2CTx, арзиши ζ нисбат ба Nb4C3Tx каме манфӣтар аст.Чунин тагйирёбии арзиши ζ метавонад нишон диҳад, ки сатҳи нанофлакҳои манфии MXene ионҳои зарядноки мусбатро аз муҳити фарҳангӣ ҷаббида мекунад.Андозагирии муваққатии потенсиали зета ва гузарониши Nb-MXenes дар муҳити фарҳанг (барои тафсилоти бештар ба расмҳои S7 ва S8 дар SI нигаред) ба назар чунин менамояд, ки фарзияи моро дастгирӣ мекунанд.
Аммо, ҳарду Nb-MXene SL тағироти ҳадди ақалро аз сифр нишон доданд.Ин устувории онҳоро дар муҳити афзоиши микроалгаҳо равшан нишон медиҳад.Илова бар ин, мо арзёбӣ кардем, ки оё мавҷудияти микроалгаҳои сабзи мо ба устувории Nb-MXenes дар миёна таъсир мерасонад.Натиҷаҳои потенсиали zeta ва гузаронандагии MXenes пас аз таъсири мутақобила бо микроалгаҳо дар муҳити ғизоӣ ва фарҳанг бо мурури замон дар SI пайдо кардан мумкин аст (Расмҳои S9 ва S10).Ҷолиб он аст, ки мо пай бурдем, ки мавҷудияти микроалгаҳо паҳншавии ҳарду MXenes-ро мӯътадил мекунанд.Дар мавриди Nb2CTx SL, потенсиали zeta бо мурури замон ҳатто каме коҳиш ёфта, ба арзишҳои манфии бештар (-15,8 нисбат ба -19,1 мВ пас аз 72 соати инкубатсия) коҳиш ёфт.Потенсиали zeta-и SL Nb4C3TX каме зиёд шуд, аммо пас аз 72 соат он то ҳол устувории баландтарро нисбат ба нанофилакҳо бидуни мавҷудияти микроалгаҳо нишон дод (-18,1 бар зидди -9,1 мВ).
Мо инчунин ноқилияти пасти маҳлулҳои Nb-MXene-ро дар ҳузури микроалгаҳо инкубатсия кардем, ки миқдори ками ионҳоро дар муҳити ғизоӣ нишон медиҳад.Қобили зикр аст, ки ноустувории MXenes дар об асосан аз оксидшавии сатҳ вобаста аст57.Аз ин рӯ, мо гумон мекунем, ки микроалгаҳои сабз оксидҳои дар сатҳи Nb-MXene ҳосилшударо тоза карда, ҳатто пайдоиши онҳоро пешгирӣ карданд (оксидшавии MXene).Инро бо омух-тани ​​навъхои моддахое, ки микроалгахо азхуд мекунанд, дидан мумкин аст.
Дар ҳоле ки таҳқиқоти экотоксикологии мо нишон доданд, ки микроалгаҳо тавонистанд заҳролудшавии Nb-MXenes бо мурури замон ва монеаи ғайриоддии афзоиши ҳавасмандкуниро бартараф кунанд, ҳадафи таҳқиқоти мо тафтиш кардани механизмҳои имконпазири амал буд.Вақте ки организмҳо ба монанди алгҳо ба пайвастагиҳо ё маводҳои ба экосистемаҳои худ ношинос дучор мешаванд, онҳо метавонанд бо роҳҳои гуногун вокуниш нишон диҳанд58,59.Дар сурати мавҷуд набудани оксидҳои заҳрноки металлӣ, микроалгаҳо метавонанд худашон ғизо гиранд ва ба онҳо имкон медиҳанд, ки пайваста афзоиш диҳанд60.Пас аз ворид кардани моддаҳои заҳролуд, механизмҳои муҳофизатӣ метавонанд фаъол шаванд, ба монанди тағир додани шакл ё шакл.Имконияти ҷаббида низ бояд ба назар гирифта шавад58,59.Қобили зикр аст, ки ҳама гуна аломати механизми муҳофизатӣ нишондиҳандаи равшани заҳролудшавии пайвастагиҳои санҷишӣ мебошад.Аз ин рӯ, дар кори минбаъдаи худ, мо таъсири эҳтимолии сатҳи байни нанофилакҳои SL Nb-MXene ва микроалгаҳоро тавассути SEM ва азхудкунии эҳтимолии MXene дар асоси Nb тавассути спектроскопияи рентгении флуоресцентӣ (XRF) таҳқиқ кардем.Дар хотир доред, ки таҳлилҳои SEM ва XRF танҳо дар консентратсияи баландтарини MXene барои ҳалли масъалаҳои заҳролудшавии фаъолият анҷом дода шуданд.
Натиҷаҳои SEM дар расми 4 нишон дода шудаанд.Ҳуҷайраҳои микроалгаҳои коркарднашуда (ниг. ба расми 4а, намунаи истинод) морфологияи маъмулии R. subcapitata ва шакли ҳуҷайраҳои ба круассан монандро равшан нишон доданд.Ҳуҷайраҳо ҳамвор ва то андозае номуташаккил ба назар мерасанд.Баъзе ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ба ҳам мепайванданд ва бо ҳам печидаанд, аммо ин эҳтимол аз раванди тайёр кардани намуна ба вуҷуд омадааст.Умуман, ҳуҷайраҳои микроалгаҳои пок сатҳи ҳамвор доштанд ва ҳеҷ гуна тағироти морфологиро нишон намедиҳанд.
Тасвирҳои SEM, ки таъсири мутақобилаи сатҳи байни микроалгаҳои сабз ва наношаҳои MXene пас аз 72 соати мутақобила дар консентратсияи шадид (100 мг L-1) нишон медиҳанд.(а) Микроалгаҳои сабзи коркарднашуда пас аз ҳамкорӣ бо SL (б) Nb2CTx ва (в) Nb4C3TX MXenes.Дар хотир доред, ки nanoflakes Nb-MXene бо тирчаҳои сурх нишон дода шудаанд.Барои мукоиса, аксхои микроскопи оптикй низ илова карда мешаванд.
Баръакс, ҳуҷайраҳои микроалгае, ки аз ҷониби нанофилакҳои SL Nb-MXene адсорб карда шудаанд, осеб диданд (ниг. Расми 4b, в, тирҳои сурх).Дар мавриди Nb2CTx MXene (Расми 4б), микроалгаҳо майл доранд, ки бо наношкалаҳои дученакаи замимашуда афзоиш ёбанд, ки метавонанд морфологияи онҳоро тағир диҳанд.Қобили зикр аст, ки мо ин тағйиротро дар зери микроскопияи рӯшноӣ мушоҳида кардем (барои тафсилот ба расми S11 нигаред).Ин гузариши морфологӣ дар физиологияи микроалгаҳо ва қобилияти муҳофизати онҳо тавассути тағир додани морфологияи ҳуҷайра, ба монанди афзоиши ҳаҷми ҳуҷайраҳо, заминаи қобили эътимод дорад61.Аз ин рӯ, тафтиш кардани шумораи ҳуҷайраҳои микроалгаҳо муҳим аст, ки воқеан бо Nb-MXenes тамос доранд.Таҳқиқоти SEM нишон доданд, ки тақрибан 52% ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ба Nb-MXenes дучор шуданд, дар ҳоле ки 48% ин ҳуҷайраҳои микроалгаҳо аз тамос худдорӣ карданд.Барои SL Nb4C3Tx MXene, микроалгаҳо кӯшиш мекунанд, ки аз тамос бо MXene канорагирӣ кунанд ва ба ин васила аз наноченакаҳои дученака локализатсия ва афзоиш ёбад (расми 4c).Бо вуҷуди ин, мо воридшавии наношкалаҳо ба ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ва зарари онҳоро мушоҳида накардем.
Худҳифзкунӣ инчунин як рафтори вокуниш ба вақт вобаста ба баста шудани фотосинтез аз ҳисоби адсорбсияи зарраҳо дар сатҳи ҳуҷайра ва эффекти ба истилоҳ сояафканӣ (соясозӣ) мебошад62.Маълум аст, ки ҳар як объект (масалан, нанофлакҳои Nb-MXene), ки дар байни микроалгаҳо ва манбаи рӯшноӣ ҷойгир аст, миқдори нури аз ҷониби хлоропластҳо ҷаббидашударо маҳдуд мекунад.Вале мо шубха надорем, ки ин ба натичахои ба даст овардашуда таъсири калон мерасонад.Тавре ки мушоҳидаҳои микроскопии мо нишон доданд, нанофлакҳои 2D пурра печонида нашудаанд ё ба сатҳи микроалгаҳо часпида нашудаанд, ҳатто вақте ки ҳуҷайраҳои микроалгаҳо бо Nb-MXenes дар тамос буданд.Ба ҷои ин, нанофилакҳо ба ҳуҷайраҳои микроалгаҳо бе пӯшонидани сатҳи онҳо нигаронида шуданд.Чунин маҷмӯи нанофилакҳо/микроалгаҳо миқдори нури аз ҷониби ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ҷаббидашударо ба таври назаррас маҳдуд карда наметавонанд.Ғайр аз он, баъзе тадқиқотҳо ҳатто беҳбуди азхудкунии нурро аз ҷониби организмҳои фотосинтетикӣ дар ҳузури наноматериалҳои дученака нишон доданд63,64,65,66.
Азбаски тасвирҳои SEM мустақиман қабули ниобийро аз ҷониби ҳуҷайраҳои микроалгаҳо тасдиқ карда натавонистанд, таҳқиқоти минбаъдаи мо барои равшан кардани ин масъала ба таҳлили флуорессенсияи рентгенӣ (XRF) ва спектроскопияи рентгении фотоэлектронӣ (XPS) муроҷиат кард.Аз ин рӯ, мо шиддатнокии қуллаҳои Nb-и намунаҳои микроалгаҳои истинодро, ки бо MXenes мутақобила намекарданд, нанофлакҳои MXene аз сатҳи ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ва ҳуҷайраҳои микроалга пас аз бартараф кардани MXenes замимашуда муқоиса кардем.Қобили зикр аст, ки агар гирифтани Nb вуҷуд надошта бошад, арзиши Nb, ки ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ба даст овардаанд, пас аз хориҷ кардани наношкалаҳои замимашуда бояд сифр бошад.Аз ин рӯ, агар гирифтани Nb рух диҳад, ҳам натиҷаҳои XRF ва ҳам XPS бояд қуллаи равшани Nb нишон диҳанд.
Дар мавриди спектрҳои XRF, намунаҳои микроалгаҳо қуллаҳои Nb-ро барои SL Nb2CTx ва Nb4C3Tx MXene пас аз ҳамкорӣ бо SL Nb2CTx ва Nb4C3Tx MXene нишон доданд (ниг. ба расми 5а, инчунин қайд кунед, ки натиҷаҳо барои MAX ва ML MXenes дар S17, Fig нишон дода шудаанд).Ҷолиб он аст, ки шиддатнокии қуллаи Nb дар ҳарду ҳолат якхела аст (барҳои сурх дар расми 5а).Ин нишон дод, ки алгҳо Nb зиёдтарро азхуд карда наметавонанд ва иқтидори максималии ҷамъшавии Nb дар ҳуҷайраҳо ба даст омад, гарчанде ки ду маротиба зиёдтар Nb4C3Tx MXene ба ҳуҷайраҳои микроалгаҳо пайваст карда шудааст (барҳои кабуд дар расми 5а).Қобилияти микроалгаҳо барои азхудкунии металлҳо аз консентратсияи оксидҳои металлӣ дар муҳити зист вобаста аст67,68.Шамшада ва дигарон 67 муайян карданд, ки қобилияти азхудкунии обҳои оби ширин бо афзоиши рН коҳиш меёбад.Райзе ва дигарон 68 қайд карданд, ки қобилияти азхудкунии алафҳои баҳрӣ барои Pb2+ нисбат ба Ni2+ тақрибан 25% зиёдтар буд.
(а) Натиҷаҳои XRF аз қабули базалии Nb аз ҷониби ҳуҷайраҳои микроалгаҳои сабз дар консентратсияи шадиди SL Nb-MXenes (100 мг L-1) барои 72 соат инкубатсия карда мешаванд.Натиҷаҳо мавҷудияти α-ро дар ҳуҷайраҳои микроалгаҳои пок (намунаи назоратӣ, сутунҳои хокистарӣ), нанофлакҳои 2D ҷудошуда аз ҳуҷайраҳои микроалгаҳои рӯизаминӣ (сутунҳои кабуд) ва ҳуҷайраҳои микроалгаҳо пас аз ҷудо кардани нанофилакҳои 2D аз сатҳи (сутунҳои сурх) нишон медиҳанд.Миқдори элементҳои Nb, (б) фоизи таркиби кимиёвии ҷузъҳои органикии микроалгаҳо (C=O ва CHx/C–O) ва оксидҳои Nb, ки дар ҳуҷайраҳои микроалгаҳо пас аз инкубатсия бо SL Nb-MXenes мавҷуданд, (c-e) Муайян кардани қуллаи таркибии XPS SL Nb2CTx ва ҳуҷайраҳои дохилии Nb2CTx бо ҳуҷайраҳои microSLx3e.
Аз ин рӯ, мо интизор будем, ки Nb метавонад аз ҷониби ҳуҷайраҳои алгал дар шакли оксидҳо ҷаббида шавад.Барои санҷидани ин, мо омӯзиши XPS дар MXenes Nb2CTx ва Nb4C3TX ва ҳуҷайраҳои алгҳо анҷом додем.Натиҷаҳои таъсири мутақобилаи микроалгаҳо бо Nb-MXenes ва MXenes, ки аз ҳуҷайраҳои алг ҷудо карда шудаанд, дар расм нишон дода шудаанд.5б.Тавре интизор мерафт, мо қуллаҳои Nb 3d-ро дар намунаҳои микроалгаҳо пас аз хориҷ кардани MXene аз сатҳи микроалгаҳо ошкор кардем.Муайянкунии миқдории оксидҳои C=O, CHx/CO ва Nb дар асоси спектрҳои Nb 3d, O 1s ва C 1s, ки бо Nb2CTx SL (расми 5c–e) ва Nb4C3Tx SL (расми 5c–e) гирифта шудаанд, ҳисоб карда шуд.) аз микроалгахои инкубацияшуда ба даст оварда шудаанд.Расми 5f–h) MXenes.Ҷадвали S1-3 тафсилоти параметрҳои қулла ва химияи умумиро, ки дар натиҷаи мувофиқат ба вуҷуд омадаанд, нишон медиҳад.Қобили қайд аст, ки минтақаҳои Nb 3d Nb2CTx SL ва Nb4C3Tx SL (расми 5c, f) ба як ҷузъи Nb2O5 мувофиқат мекунанд.Дар ин ҷо, мо дар спектрҳо ягон қуллаҳои марбут ба MXene наёфтаем, ки нишон медиҳад, ки ҳуҷайраҳои микроалгаҳо танҳо шакли оксиди Nb-ро мегиранд.Илова бар ин, мо спектри C1s-ро бо ҷузъҳои C–C, CHx/C–O, C=O ва –COOH наздик кардем.Мо қуллаҳои CHx/C–O ва C=O-ро ба саҳми органикии ҳуҷайраҳои микроалгаҳо таъин кардем.Ин ҷузъҳои органикӣ мутаносибан 36% ва 41% қуллаҳои C 1s дар Nb2CTx SL ва Nb4C3TX SL-ро ташкил медиҳанд.Сипас, мо спектрҳои O 1s SL Nb2CTx ва SL Nb4C3TX-ро бо Nb2O5, ҷузъҳои органикии микроалгаҳо (CHx/CO) ва оби рӯизаминии адсорбшуда насб кардем.
Ниҳоят, натиҷаҳои XPS шакли Nb-ро ба таври возеҳ нишон доданд, на танҳо мавҷудияти он.Мувофиқи мавқеи сигнали Nb 3d ва натиҷаҳои деконволютсия, мо тасдиқ мекунем, ки Nb танҳо дар шакли оксидҳо ҷаббида мешавад, на ионҳо ё худи MXene.Илова бар ин, натиҷаҳои XPS нишон доданд, ки ҳуҷайраҳои микроалгаҳо дар муқоиса бо SL Nb4C3TX MXene қобилияти бештари гирифтани оксидҳои Nb аз SL Nb2CTx доранд.
Гарчанде ки натиҷаҳои гирифтани Nb мо таъсирбахшанд ва ба мо имкон медиҳанд, ки таназзули MXene-ро муайян кунем, ягон усули пайгирии тағироти морфологии алоқаманд дар нанофлакҳои 2D мавҷуд нест.Аз ин рӯ, мо инчунин тасмим гирифтем, ки як усули мувофиқеро таҳия кунем, ки метавонад мустақиман ба ҳама гуна тағирот дар нанофлакҳои 2D Nb-MXene ва ҳуҷайраҳои микроалгаҳо вокуниш нишон диҳад.Бояд қайд кард, ки мо тахмин мезанем, ки агар намудҳои бо ҳам амалкунанда ягон трансформатсия, таҷзия ё дефрагментацияро аз сар гузаронанд, ин бояд зуд ҳамчун тағирёбии параметрҳои шакл, ба монанди диаметри майдони даврии баробар, мудавварӣ, паҳнои Ферет ё дарозии Ферет зоҳир шавад.Азбаски ин параметрҳо барои тавсифи зарраҳои дарозрӯя ё нанофилакҳои дученака мувофиқанд, пайгирии онҳо тавассути таҳлили шакли динамикии зарраҳо ба мо дар бораи табдили морфологии нанофилакҳои SL Nb-MXene ҳангоми редуксия маълумоти арзишманд медиҳад.
Натиҷаҳои ба даст овардашуда дар расми 6 нишон дода шудаанд. Барои муқоиса, мо инчунин марҳилаи аслии MAX ва ML-MXenes-ро санҷидем (нигаред ба SI Рақамҳои S18 ва S19).Таҳлили динамикии шакли зарраҳо нишон дод, ки ҳамаи параметрҳои шакли ду Nb-MXene SL пас аз ҳамкорӣ бо микроалгаҳо ба таври назаррас тағйир ёфтанд.Тавре ки аз параметри диаметри майдони даврии эквивалентӣ (расми 6а, б) нишон дода шудааст, паст шудани шиддатнокии қуллаи фраксияи нанофилакҳои калон нишон медиҳад, ки онҳо майл ба пораҳои хурдтар пӯсида мешаванд.Дар расм.6c, d камшавии қуллаҳоеро, ки бо андозаи transverse-и пораҳо алоқаманданд (дарозии нанофлакҳо) нишон медиҳад, ки табдили нанофилакҳои 2D ба шакли заррамонандро нишон медиҳад.Дар расми 6е-ч мутаносибан васеъ ва дарозии Ферет нишон дода шудааст.Паҳно ва дарозии Ферет параметрҳои иловагӣ мебошанд ва аз ин рӯ бояд якҷоя баррасӣ карда шаванд.Пас аз инкубатсияи нанофлакҳои 2D Nb-MXene дар ҳузури микроалгаҳо, қуллаҳои коррелятсияи Feret тағйир ёфтанд ва шиддатнокии онҳо коҳиш ёфт.Дар асоси ин натиҷаҳо дар якҷоягӣ бо морфология, XRF ва XPS, мо ба хулосае омадем, ки тағиротҳои мушоҳидашуда ба оксидшавӣ сахт алоқаманданд, зеро MXenes оксидшуда бештар чиндор мешаванд ва ба пораҳо ва зарраҳои оксиди сферӣ тақсим мешаванд69,70.
Таҳлили табдили MXene пас аз ҳамкорӣ бо микроалгаҳои сабз.Таҳлили динамикии шакли зарраҳо чунин параметрҳоро ба назар мегирад, ба монанди (а, б) диаметри майдони даврии баробар, (в, г) мудавварӣ, (д, е) паҳнои ферет ва (г, з) дарозии фер.Бо ин мақсад, ду намунаи микроалгаҳои истинодӣ дар якҷоягӣ бо SL Nb2CTx ва SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx ва SL Nb4C3Tx MXenes, микроалгаҳои таназзулшуда ва микроалгаҳои коркардшудаи SL Nb2CTx ва SL Nb4C3Tx MXenes таҳлил карда шуданд.Тирчаҳои сурх гузариши параметрҳои шакли нанофилакҳои дученакаи омӯхташударо нишон медиҳанд.
Азбаски таҳлили параметрҳои шакл хеле боэътимод аст, он инчунин метавонад тағироти морфологиро дар ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ошкор кунад.Аз ин рӯ, мо диаметри майдони даврии эквивалентӣ, мудавварӣ ва паҳнои / дарозии Феретҳои ҳуҷайраҳои микроалгаҳои пок ва ҳуҷайраҳоро пас аз ҳамкорӣ бо нанофлакҳои 2D Nb таҳлил кардем.Дар расм.6а-ч тагйироти параметрхои шакли хучайрахои алгхоро нишон медиханд, ки ин бо кам шудани шиддати авч ва гузаштани максимумхо ба суи киматхои баланд шаходат медихад.Аз чумла, параметрхои мудаввари хучайра камшавии хучайрахои дароз ва зиёд шудани хучайрахои курашаклро нишон доданд (расми 6а, б).Илова бар ин, паҳнои ҳуҷайраи Feret пас аз ҳамкорӣ бо SL Nb2CTx MXene (расми 6e) дар муқоиса бо SL Nb4C3TX MXene (расми 6f) чанд микрометр зиёд шуд.Мо гумон мекунем, ки ин метавонад сабаби азхудкунии қавии оксидҳои Nb аз ҷониби микроалгаҳо ҳангоми ҳамкорӣ бо Nb2CTx SR бошад.Камтар пайваст шудани пораҳои Nb ба сатҳи онҳо метавонад боиси афзоиши ҳуҷайраҳо бо таъсири ҳадди ақали соя гардад.
Мушоҳидаҳои мо дар бораи тағирёбии параметрҳои шакл ва андозаи микроалгаҳо таҳқиқоти дигарро пурра мекунанд.Микроалгаҳои сабз метавонанд морфологияи худро дар посух ба фишори муҳити зист тавассути тағир додани андозаи ҳуҷайра, шакл ё мубодилаи моддаҳо тағйир диҳанд61.Масалан, тагйир додани андозаи ҳуҷайраҳо ҷабби моддаҳои ғизоиро осон мекунад71.Ҳуҷайраҳои хурдтари алафҳои хурдтар азхудкунии маводи ғизоӣ ва суръати афзоиши вайроншударо нишон медиҳанд.Баръакс, ҳуҷайраҳои калонтар майл доранд, ки маводи ғизоии бештарро истеъмол кунанд, ки баъдан дар дохили ҳуҷайра ҷойгир карда мешаванд72,73.Мачадо ва Соарес дарёфтанд, ки фунгисиди триклозан метавонад андозаи ҳуҷайраҳоро зиёд кунад.Онҳо инчунин тағйироти амиқ дар шакли алгҳоро пайдо карданд74.Илова бар ин, Yin et al.9 инчунин тағироти морфологиро дар алафҳо пас аз дучор шудан ба нанокомпозитҳои оксиди графен коҳиш ёфт.Аз ин рӯ, равшан аст, ки параметрҳои тағирёфтаи андоза/шакли микроалгаҳо аз мавҷудияти MXene ба вуҷуд меоянд.Азбаски ин тағирот дар ҳаҷм ва шакл аз тағирот дар истеъмоли маводи ғизоӣ шаҳодат медиҳад, мо боварӣ дорем, ки таҳлили параметрҳои андоза ва шакл бо мурури замон метавонад азхудкунии оксиди ниобийро тавассути микроалгаҳо дар ҳузури Nb-MXenes нишон диҳад.
Ғайр аз он, MXenes метавонад дар ҳузури алгҳо оксид карда шавад.Dalai et al.75 мушоҳида карданд, ки морфологияи алафҳои сабз, ки ба nano-TiO2 ва Al2O376 дучор шудаанд, яксон набуданд.Гарчанде ки мушоҳидаҳои мо ба тадқиқоти мазкур монанданд, он танҳо ба омӯзиши таъсири биоремедиатсия дар робита бо маҳсулоти таназзули MXene дар ҳузури нанофилакҳои 2D, на нанозаррачаҳо дахл дорад.Азбаски MXenes метавонанд ба оксидҳои металлӣ таназзул кунанд, 31,32,77,78 тахмин кардан дуруст аст, ки нанофилакҳои Nb мо пас аз ҳамкорӣ бо ҳуҷайраҳои микроалгаҳо низ оксидҳои Nb-ро ташкил медиҳанд.
Барои шарҳ додани камшавии нанофлакҳои 2D-Nb тавассути механизми таҷзия дар асоси раванди оксидшавӣ, мо бо истифода аз микроскопияи электронии интиқоли баландсифат (HRTEM) (расми 7а, б) ва спектроскопияи рентгении фотоэлектрони (XPS) тадқиқот гузаронидем (расми 7).7c-i ва ҷадвалҳои S4-5).Ҳарду равиш барои омӯзиши оксидшавии маводи 2D мувофиқанд ва ҳамдигарро пурра мекунанд.HRTEM қодир аст таназзули сохторҳои қабати дученака ва пайдоиши минбаъдаи нанозаррачаҳои оксиди металлиро таҳлил кунад, дар ҳоле ки XPS ба пайвандҳои рӯизаминӣ ҳассос аст.Бо ин мақсад, мо нанофлакҳои 2D Nb-MXene, ки аз дисперсияҳои ҳуҷайраҳои микроалгаҳо гирифта шудаанд, яъне шакли онҳоро пас аз таъсири мутақобила бо ҳуҷайраҳои микроалгаҳо озмоиш кардем (ниг. Расми 7).
Тасвирҳои HRTEM, ки морфологияи оксидшуда (a) SL Nb2CTx ва (б) SL Nb4C3Tx MXenes, натиҷаҳои таҳлили XPS, ки (в) таркиби маҳсулоти оксидиро пас аз коҳиш нишон медиҳанд, (d-f) мувофиқати қуллаи ҷузъҳои спектри XPS аз SL Nb2CTx ва (g-4C3Tx бо Nb2CTx ва (g-4C3Tx) таъмир карда шудаанд.
Таҳқиқоти HRTEM оксидшавии ду намуди нанофлакҳои Nb-MXeneро тасдиқ карданд.Гарчанде ки нанофилакҳо то андозае морфологияи дученакаи худро нигоҳ дошта бошанд ҳам, оксидшавӣ боиси пайдо шудани нанозарраҳои зиёде гардид, ки сатҳи нанофлакҳои MXene-ро фаро мегиранд (ниг. Расми 7а,б).Таҳлили XPS сигналҳои c Nb 3d ва O 1s нишон дод, ки оксидҳои Nb дар ҳарду ҳолат ба вуҷуд омадаанд.Тавре ки дар расми 7c нишон дода шудааст, 2D MXene Nb2CTx ва Nb4C3TX дорои сигналҳои Nb 3d мебошанд, ки мавҷудияти оксидҳои NbO ва Nb2O5-ро нишон медиҳанд, дар ҳоле ки сигналҳои O 1s шумораи пайвандҳои O-Nb-ро, ки бо функсионализатсияи сатҳи нанофлейки 2D алоқаманданд, нишон медиҳанд.Мо мушоҳида кардем, ки саҳми оксиди Nb дар муқоиса бо Nb-C ва Nb3+-O бартарӣ дорад.
Дар расм.Рақамҳои 7g–i спектрҳои XPS-и Nb 3d, C 1s ва O 1s SL Nb2CTx (ниг. Расми 7d–f) ва SL Nb4C3TX MXene аз ҳуҷайраҳои микроалга ҷудошударо нишон медиҳанд.Тафсилоти параметрҳои қуллаҳои Nb-MXenes мутаносибан дар ҷадвалҳои S4–5 оварда шудаанд.Мо аввал таркиби Nb 3d-ро таҳлил кардем.Баръакси Nb, ки аз ҷониби ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ҷаббида шудааст, дар MXene аз ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ҷудошуда, ба ғайр аз Nb2O5, ҷузъҳои дигар пайдо шуданд.Дар Nb2CTx SL, мо саҳми Nb3+-O-ро дар ҳаҷми 15% мушоҳида кардем, дар ҳоле ки дар қисми боқимондаи спектри Nb 3d Nb2O5 (85%) бартарӣ дошт.Илова бар ин, намунаи SL Nb4C3TX ҷузъҳои Nb-C (9%) ва Nb2O5 (91%) дорад.Дар ин ҷо Nb-C аз ду қабати атомии дарунии карбиди металлӣ дар Nb4C3Tx SR меояд.Сипас, мо спектрҳои C 1s-ро ба чаҳор ҷузъҳои гуногун, тавре ки дар намунаҳои дохилӣ карда будем, харита мекунем.Тавре ки интизор мерафт, дар спектри C 1s карбонҳои графитӣ бартарӣ доранд ва пас аз он саҳми зарраҳои органикӣ (CHx/CO ва C=O) аз ҳуҷайраҳои микроалгаҳо.Гайр аз ин, дар спектри О 1s мо сахми шаклхои органикии хучайрахои микроалгахо, оксиди ниобий ва оби адсорбшударо мушохида кардем.
Илова бар ин, мо таҳқиқ кардем, ки оё ҷудошавии Nb-MXenes бо мавҷудияти намудҳои реактивии оксиген (ROS) дар муҳити ғизоӣ ва / ё ҳуҷайраҳои микроалгаҳо алоқаманд аст.Бо ин мақсад, мо сатҳи оксигени синглетро (1O2) дар муҳити фарҳангӣ ва глутатиони дохили ҳуҷайра, тиол, ки ҳамчун антиоксидант дар микроалгаҳо амал мекунад, арзёбӣ кардем.Натиҷаҳо дар SI нишон дода шудаанд (Рақмҳои S20 ва S21).Фарҳангҳо бо SL Nb2CTx ва Nb4C3TX MXenes бо миқдори ками 1O2 тавсиф карда шуданд (ниг. Расми S20).Дар мавриди SL Nb2CTx, MXene 1O2 тақрибан ба 83% кам карда мешавад.Барои фарҳангҳои микроалгае, ки SL-ро истифода мебаранд, Nb4C3TX 1O2 боз ҳам бештар, то 73% коҳиш ёфт.Ҷолиб он аст, ки тағирот дар 1O2 ҳамон тамоюлро нишон дод, ки қаблан таъсири ингибиторӣ-стимулаторӣ мушоҳида шудааст (нигаред ба расми 3).Онро метавон баҳс кард, ки инкубатсия дар нури дурахшон метавонад фотооксидшавиро тағир диҳад.Аммо натиљањои тањлили назоратї дар давоми таљриба мизони ќариб доимии 1О2-ро нишон доданд (расми S22).Дар мавриди сатҳҳои ROS дохили ҳуҷайра, мо низ ҳамон тамоюли коҳишро мушоҳида кардем (ниг. Расми S21).Дар аввал, сатҳи ROS дар ҳуҷайраҳои микроалгаҳои дар ҳузури Nb2CTx ва Nb4C3Tx SLs парваришшуда аз сатҳҳое, ки дар фарҳангҳои поки микроалгаҳо мавҷуданд, зиёдтар буданд.Аммо дар ниҳоят, чунин ба назар мерасад, ки микроалгаҳо ба ҳузури ҳарду Nb-MXenes мутобиқ шудаанд, зеро сатҳи ROS мутаносибан то 85% ва 91% сатҳҳое, ки дар фарҳангҳои поки микроалгаҳои бо SL Nb2CTx ва Nb4C3TX эм карда шудаанд, коҳиш ёфтанд.Ин метавонад нишон диҳад, ки микроалгаҳо бо мурури замон дар ҳузури Nb-MXene нисбат ба танҳо дар муҳити ғизоӣ бароҳаттар эҳсос мекунанд.
Микроалгаҳо як гурӯҳи гуногуни организмҳои фотосинтетикӣ мебошанд.Ҳангоми фотосинтез онҳо гази карбонати атмосфераро (СО2) ба карбони органикӣ табдил медиҳанд.Маҳсулоти фотосинтез глюкоза ва оксиген мебошанд79.Мо гумон дорем, ки оксигени ба ин васила ташаккулёфта дар оксидшавии Nb-MXenes нақши муҳим мебозад.Яке аз шарҳҳои эҳтимолии ин ин аст, ки параметри дифференсиалии аэратсия дар фишорҳои паст ва баланди қисман оксиген дар берун ва дар дохили нанофлакҳои Nb-MXene ташаккул меёбад.Ин маънои онро дорад, ки дар ҳар ҷое, ки минтақаҳои фишори парсиалии гуногуни оксиген вуҷуд доранд, майдони дорои сатҳи пасттарин аноди 80, 81, 82-ро ташкил медиҳад. Дар ин ҷо микроалгаҳо дар ташаккули ҳуҷайраҳои дифференсиалии газдор дар сатҳи пораҳои MXene, ки аз ҳисоби хосиятҳои фотосинтезии худ оксиген ҳосил мекунанд, мусоидат мекунанд.Дар натича махсулоти биокоррозия (дар ин маврид оксидхои ниобий) ба вучуд меоянд.Ҷанбаи дигар ин аст, ки микроалгаҳо метавонанд кислотаҳои органикиро ба вуҷуд оранд, ки ба об партофта мешаванд83,84.Аз ин рӯ, муҳити хашмгин ба вуҷуд меояд ва ба ин васила Nb-MXenes-ро тағир медиҳад.Илова бар ин, микроалгаҳо метавонанд аз ҳисоби ҷабби гази карбон рН-и муҳити атрофро ба сілтӣ табдил диҳанд, ки ин ҳам метавонад боиси зангзанӣ гардад79.
Муҳимтар аз ҳама, фосилаи торикӣ/равшание, ки дар омӯзиши мо истифода мешавад, барои фаҳмидани натиҷаҳои бадастомада муҳим аст.Ин ҷиҳат дар Ҷемай-Зоглаче ва дигарон муфассал тасвир шудааст.85 Онҳо дидаву дониста фотопериоди 12/12-соатаро истифода бурданд, то биокоррозияи марбут ба биоифлосшавии микробалғҳои сурхи Porphyridium purpureumро нишон диҳанд.Онҳо нишон медиҳанд, ки фотопериод бо эволютсияи потенсиал бидуни биокоррозия алоқаманд аст ва худро ҳамчун ларзишҳои псевдопериодӣ дар атрофи соати 24:00 зоҳир мекунад.Ин мушоҳидаҳоро Доулинг ва дигарон тасдиқ карданд.86 Онҳо биофилмҳои фотосинтетикии цианобактерияҳои Anabaena-ро намоиш доданд.Оксигени гудохта дар зери таъсири рӯшноӣ ба вуҷуд меояд, ки бо тағир ё тағирёбии потенсиали озоди биокоррозия алоқаманд аст.Ахамияти фотопериод бо он таъкид мешавад, ки потенсиали озоди биокоррозия дар фазаи равшан зиёд мешавад ва дар фазаи торик кам мешавад.Ин ба оксигене, ки микроалгаҳои фотосинтетикӣ тавлид мекунанд, вобаста аст, ки ба реаксияи катодӣ тавассути фишори қисман дар наздикии электродҳо тавлидшуда таъсир мерасонад87.
Илова бар ин, спектроскопияи инфрасурхии Фурье (FTIR) гузаронида шуд, то муайян кунад, ки оё дар таркиби химиявии ҳуҷайраҳои микроалгаҳо пас аз ҳамкорӣ бо Nb-MXenes тағирот ба амал омадааст.Ин натиҷаҳои бадастомада мураккабанд ва мо онҳоро дар SI пешниҳод мекунем (Рақмҳои S23-S25, аз ҷумла натиҷаҳои марҳилаи MAX ва ML MXenes).Хулоса, спектрҳои истинодҳои микроалгаҳо ба мо дар бораи хусусиятҳои химиявии ин организмҳо маълумоти муҳим медиҳанд.Ин ларзишҳои эҳтимолӣ дар басомадҳои 1060 см-1 (СО), 1540 см-1, 1640 см-1 (С=С), 1730 см-1 (С=О), 2850 см-1, 2920 см-1 ҷойгир шудаанд.як.1 1 (C–H) ва 3280 см–1 (O–H).Барои SL Nb-MXenes, мо як имзои дарозкунии CH-ро пайдо кардем, ки бо омӯзиши қаблии мо38 мувофиқ аст.Бо вуҷуди ин, мо мушоҳида кардем, ки баъзе қуллаҳои иловагӣ, ки бо пайвандҳои C = C ва CH алоқаманданд, нопадид шуданд.Ин нишон медиҳад, ки таркиби химиявии микроалгаҳо аз сабаби таъсири мутақобила бо SL Nb-MXenes метавонад тағироти ночиз гузарад.
Ҳангоми баррасии тағйироти эҳтимолӣ дар биохимияи микроалгаҳо, ҷамъшавии оксидҳои ғайриорганикӣ, ба монанди оксиди ниобий, бояд аз нав баррасӣ карда шаванд59.Он дар азхудкунии металлхо аз сатхи хучайра, интиколи онхо ба ситоплазма, алокаи онхо бо гуруххои карбоксилии дохилихучайра ва чамъ шудани онхо дар полифосфосомхои микроалгахо иштирок мекунад20,88,89,90.Илова бар ин, робитаи байни микроалгаҳо ва металлҳо аз ҷониби гурӯҳҳои функсионалии ҳуҷайраҳо нигоҳ дошта мешаванд.Аз ин сабаб, азхудкунӣ инчунин аз химияи сатҳи микроалгаҳо вобаста аст, ки хеле мураккаб аст9,91.Умуман, чи тавре ки дар назар дошта шудааст, таркиби химиявии микроалгахои сабз аз сабаби азхудкунии оксиди Nb каме тагйир ёфт.
Ҷолиб он аст, ки монеъшавии ибтидоии мушоҳидашудаи микроалгаҳо бо мурури замон баргардонида мешуд.Тавре ки мо мушоҳида кардем, микроалгаҳо тағироти ибтидоии муҳити зистро паси сар карданд ва дар ниҳоят ба суръати муқаррарии афзоиш баргаштанд ва ҳатто афзоиш ёфтанд.Таҳқиқот дар бораи потенсиали zeta устувории баландро ҳангоми ворид шудан ба васоити ғизоӣ нишон медиҳанд.Ҳамин тариқ, ҳамкории сатҳи байни ҳуҷайраҳои микроалгаҳо ва нанофлакҳои Nb-MXene дар тӯли таҷрибаҳои коҳиш нигоҳ дошта шуд.Дар таҳлили минбаъдаи худ, мо механизмҳои асосии амалро, ки ин рафтори аҷиби микроалгаҳо доранд, ҷамъбаст мекунем.
Мушоҳидаҳои SEM нишон доданд, ки микроалгаҳо майл ба Nb-MXenes пайваст мешаванд.Бо истифода аз таҳлили динамикии тасвир, мо тасдиқ мекунем, ки ин таъсир ба табдили нанофилакҳои дученакаи Nb-MXene ба заррачаҳои сферикӣ оварда мерасонад ва ба ин васила нишон медиҳад, ки таҷзияи нанофилакҳо бо оксидшавии онҳо алоқаманд аст.Барои санҷидани гипотеза мо як қатор таҳқиқоти моддӣ ва биохимиявӣ гузаронидем.Пас аз озмоиш, нанофлакҳо тадриҷан оксид шуда, ба маҳсулоти NbO ва Nb2O5 таҷзия шуданд, ки ба микроалгаҳои сабз таҳдид намекарданд.Бо истифода аз мушоҳидаҳои FTIR, мо дар таркиби кимиёвии микроалгаҳое, ки дар ҳузури нанофлакҳои 2D Nb-MXene инкубатор шудаанд, тағироти назаррас наёфтем.Имконияти аз микроалгахо азхуд кардани оксиди ниобийро ба назар гирифта, мо тахлили рентгении флуоресцентиро гузарондем.Ин натиҷаҳо равшан нишон медиҳанд, ки микроалгаҳои омӯхташуда бо оксидҳои ниобий (NbO ва Nb2O5) ғизо мегиранд, ки барои микроалгаҳои омӯхташуда заҳролуд нестанд.