Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň.Çäkli CSS goldawy bilen brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz.Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň).Şol aralykda, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript bolmazdan hödürläris.
Birbada üç slaýdyň karuselini görkezýär.Bir gezekde üç slaýddan geçmek üçin Öňki we Indiki düwmelerini ulanyň ýa-da bir gezekde üç slaýddan geçmek üçin slaýder düwmelerini ulanyň.
Nanotehnologiýanyň çalt ösmegi we gündelik programmalara goşulmagy daşky gurşawa howp salýar.Organiki hapalaýjy maddalaryň zaýalanmagynyň ýaşyl usullary gowy döredilen hem bolsa, biotransformasiýa duýgurlygynyň pesligi we biologiki maddalar bilen maddy üstüň täsirine düşünmezligi sebäpli organiki däl kristal hapalaýjylaryň dikeldilmegi esasy alada döredýär.Bu ýerde, ýaşyl mikroelga Raphidocelis subcapitata tarapyndan 2D keramiki nanomateriallaryň bioremediasiýa mehanizmini yzarlamak üçin ýönekeý şekilli parametr derňew usuly bilen birleşdirilen Nb esasly organiki 2D MXenes modelini ulanýarys.Mikroalgalaryň Nb esasly MXenesiň ýerüsti bilen baglanyşykly fiziki-himiki täsiri sebäpli peselýändigini gördük.Ilkibaşda mikroelgeleriň ýüzüne bir gatly we köp gatly MXene nanoflaklar birikdirildi, bu suwotularyň ösüşini birneme azaldy.Şeýle-de bolsa, ýer bilen uzak wagtlap täsirleşenden soň, mikroelgalar MXene nanoflaklaryny oksidledi we olary NbO we Nb2O5-e böldi.Bu oksidler mikroelga öýjüklerine zäherli däldigi sebäpli, Nb oksidi nanopartikullaryny siňdiriş mehanizmi bilen iýýärler, 72 sagat suw arassalanylandan soň mikroelgalary hasam dikeldýär.Siňdiriş bilen baglanyşykly iýmit maddalarynyň täsiri öýjükleriň göwrüminiň ýokarlanmagynda, tekiz görnüşinde we ösüş depgininde üýtgeýär.Bu tapyndylara esaslanyp, süýji suw ekosistemalarynda Nb esasly MXenesiň gysga we uzak möhletli bolmagy diňe daşky gurşawa ownuk täsir edip biler diýen netijä gelýäris.Iki ölçegli nanomateriallary model ulgamy hökmünde ulanyp, inçe däneli materiallarda-da şekiliň üýtgemegini yzarlamagyň mümkinçiligini görkezýändigimiz bellärliklidir.Umuman aýdylanda, bu gözleg 2D nanomateriallaryň bioremediasiýa mehanizmini herekete getirýän ýerüsti täsir bilen baglanyşykly prosesler baradaky möhüm düýpli soraga jogap berýär we organiki däl kristal nanomateriallaryň daşky gurşawa ýetirýän täsirini gysga we uzak möhletleýin öwrenmek üçin esas döredýär.
Nanomateriallar açylandan bäri köp gyzyklanma döretdi we dürli nanotehnologiýalar ýakynda modernizasiýa tapgyryna girdi.Gynansagam, nanomateriallaryň gündelik amaly programmalara birleşdirilmegi, nädogry ulanylmagy, biperwaý garalmagy ýa-da howpsuzlyk infrastrukturasynyň ýeterlik däldigi sebäpli tötänleýin çykmagyna sebäp bolup biler.Şol sebäpli, iki ölçegli (2D) nanomateriallary öz içine alýan nanomateriallaryň, özüni alyp barşy we biologiki işjeňligi entek doly düşünilmedik tebigy gurşawa çykyp biljekdigini çaklamak ýerliklidir.Şol sebäpden, ekotoksiklik aladalarynyň 2D nanomateriallaryň suw ulgamlaryna aralaşmak ukybyna gönükdirilendigi geň däldir2,3,4,5,6.Bu ekosistemalarda käbir 2D nanomateriallar dürli trofiki derejelerde, şol sanda mikroelgalarda dürli organizmler bilen täsirleşip biler.
Mikroalgaýlar, fotosintez arkaly dürli himiki önümleri öndürýän süýji suwlarda we deňiz ekosistemalarynda tebigy ýagdaýda tapylan başlangyç organizmlerdir.Şeýle bolansoň, suw ekosistemalary üçin möhümdir 8,9,10,11,12, emma ekotoksiklikiň duýgur, arzan we giňden ulanylýan görkezijileri13,14.Mikroelge öýjükleri çalt köpelýär we dürli birleşmeleriň bardygyna çalt jogap berýändigi sebäpli, organiki maddalar bilen hapalanan suwy bejermegiň ekologiýa taýdan arassa usullaryny ösdürmegi wada berýärler15,16.
Yosun öýjükleri biosorbsiýa we ýygnamak arkaly organiki däl ionlary suwdan aýryp biler17,18.Hlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue we Synechococcus sp ýaly käbir algal görnüşleri.Fe2 +, Cu2 +, Zn2 + we Mn2 + 19 ýaly zäherli metal ionlaryny göterýän we hatda iýmitlendirýän tapyldy.Beýleki gözlegler, Cu2 +, Cd2 +, Ni2 +, Zn2 + ýa-da Pb2 + ionlarynyň öýjük morfologiýasyny üýtgetmek we hloroplastlaryny ýok etmek arkaly Scenedesmusyň ösüşini çäklendirýändigini görkezdi.
Organiki hapalaýjy maddalaryň dargamagy we agyr metal ionlaryny ýok etmegiň ýaşyl usullary dünýädäki alymlaryň we in engineenerleriň ünsüni özüne çekdi.Bu esasan bu hapalaýjy maddalaryň suwuk fazada aňsat işlenmegi bilen baglanyşyklydyr.Şeýle-de bolsa, organiki däl kristal hapalaýjy maddalar, suwuň ergininiň pesligi we dürli biotransformasiýalara pes duýgurlygy bilen häsiýetlendirilýär, bu düzedişde uly kynçylyklary döredýär we bu ugurda öňegidişlik ýok 22,23,24,25,26.Şeýlelik bilen, nanomateriallary bejermek üçin ekologiýa taýdan arassa çözgütleri gözlemek çylşyrymly we öwrenilmedik ýer bolup galýar.2D nanomateriallaryň biotransformasiýa täsiri bilen baglanyşykly ýokary näbellilik sebäpli, peseliş wagtynda olaryň zaýalanmagynyň ýollaryny tapmagyň aňsat usuly ýok.
Bu gözlegde, organiki däl keramiki materiallaryň wekili hökmünde MXene-iň zaýalanma prosesine situ gözegçilik etmek bilen bilelikde organiki däl keramiki materiallar üçin işjeň suwly bioremediasiýa serişdesi hökmünde ýaşyl mikroelgalary ulandyk.“MXene” adalgasy Mn + 1XnTx materialynyň stoiometriýasyny görkezýär, bu ýerde M irki geçiş metal, X uglerod we / ýa-da azot, Tx ýerüsti terminator (meselem, -OH, -F, -Cl) we n = 1, 2, 3 ýa-da 427.28.Naguib we başgalar tarapyndan MXenes açylandan bäri.Sensor, rak bejergisi we membrananyň süzülmesi 27,29,30.Mundan başga-da, ajaýyp kolloid durnuklylygy we mümkin bolan biologiki täsirleri sebäpli MXenes 2D ulgamy hökmünde kabul edilip bilner31,32,33,34,35,36.
Şonuň üçin bu makalada işlenip düzülen usulyýet we gözleg gipotezalarymyz 1-nji suratda görkezilýär. Bu çaklama görä, mikroelgalar Nb esasly MXenleri suwotularyň mundan beýläk-de dikeldilmegine mümkinçilik berýän ýerüsti fiziki-himiki täsirler sebäpli zäherli birleşmelere öwürýär.Bu çaklamany barlamak üçin, niobium esasly geçiş metal karbidler we / ýa-da nitridler (MXenes) maşgalasynyň iki agzasy, ýagny Nb2CTx we Nb4C3TX saýlandy.
Gözleg usulyýeti we ýaşyl mikroelga Raphidocelis subcapitata tarapyndan MXene-ni dikeltmek üçin subutnamalar.Munuň diňe subutnama esaslanýan çaklamalaryň shematiki görnüşidigini ýadyňyzdan çykarmaň.Köl gurşawy ulanylýan ýokumly gurşaw we şertler bilen tapawutlanýar (mysal üçin, gündelik sikl we bar bolan möhüm iýmitleriň çäklendirmeleri).BioRender.com bilen döredildi.
Şonuň üçin MXene nusga ulgamy hökmünde ulanyp, beýleki adaty nanomateriallar bilen synlap bolmaýan dürli biologiki täsirleri öwrenmek üçin gapy açdyk.Hususan-da, mikroelga Raphidocelis subcapitata tarapyndan niobium esasly MXenes ýaly iki ölçegli nanomateriallaryň bioremediasiýa mümkinçiligini görkezýäris.Mikroalgalar Nb-MXenleri zäherli däl oksidler NbO we Nb2O5-e bölüp bilýär, bu hem niobium almak mehanizmi arkaly ýokumly maddalary üpjün edýär.Umuman aýdanyňda, bu gözleg iki ölçegli nanomateriallaryň bioremediasiýa mehanizmlerini dolandyrýan ýerüsti fiziki-himiki täsirler bilen baglanyşykly prosesler baradaky möhüm düýpli soraga jogap berýär.Mundan başga-da, 2D nanomateriallaryň görnüşindäki inçe üýtgeşmeleri yzarlamak üçin ýönekeý şekil-parametr esasly usuly taýýarlaýarys.Bu, organiki däl kristal nanomateriallaryň daşky gurşawa ýetirýän täsiri barada gysga we uzak möhletli gözleglere ylham berýär.Şeýlelik bilen, gözlegimiz material üstü bilen biologiki materialyň özara täsirine düşünmegi artdyrýar.Şeýle hem, süýji suw ekosistemalaryna bolup biljek täsirlerini gysga möhletli we uzak möhletleýin öwrenmek üçin esas döredýäris, indi aňsatlyk bilen barlap bolýar.
MXenes täsin we özüne çekiji fiziki we himiki aýratynlyklary we şonuň üçin köp mümkin bolan amaly materiallaryň gyzykly synpyny görkezýär.Bu häsiýetler esasan olaryň stohiometriýasyna we ýerüsti himiýasyna baglydyr.Şonuň üçin gözlegimizde Nb esasly iýerarhiki bir gatlakly (SL) MXenes, Nb2CTx we Nb4C3TX iki görnüşini gözledik, sebäbi bu nanomateriallaryň dürli biologiki täsiri bolup biler.MXenes başlangyç materiallaryndan atom taýdan inçe MAX-fazaly A-gatlaklaryň ýokarky saýlama görnüşi bilen öndürilýär.MAX tapgyry, metal karbidleriň “birleşdirilen” bloklaryndan we MnAXn-1 stoiometri bilen Al, Si we Sn ýaly “A” elementleriniň inçe gatlaklaryndan ybarat üç taraplaýyn keramika.Başlangyç MAX tapgyrynyň morfologiýasy elektron mikroskopiýa (SEM) skanirlemek arkaly syn edildi we öňki gözleglere laýyk geldi (Goşmaça maglumatlar, SI, S1 surat).Köp gatlakly (ML) Nb-MXene Al gatlagyny 48% HF (gidroflor kislotasy) bilen aýrylandan soň alyndy.ML-Nb2CTx we ML-Nb4C3TX morfologiýasy elektron mikroskopiýa (SEM) (degişlilikde S1c we S1d suratlar) gözden geçirildi we uzyn gözenek ýaly böleklerden geçýän iki ölçegli nanoflaklara meňzeş adaty gatlak MXene morfologiýasy syn edildi.Nb-MXenesiň ikisiniň hem kislotanyň emele gelmegi bilen sintez edilen MXene fazalary bilen köp meňzeşligi 27,38.MXene-iň gurluşyny tassyklandan soň, ony tetrabutylammonium gidroksidiniň (TBAOH) interkalýasiýasy bilen düzdük, soň bolsa ýuwmak we sonikasiýa etdik, şondan soň bir gatlakly ýa-da pes gatlakly (SL) 2D Nb-MXene nanoflaklary aldyk.
Dykylmagyň we hasam gabygyň netijeliligini barlamak üçin ýokary çözgütli elektron mikroskopiýa (HRTEM) we rentgen difraksiýasyny (XRD) ulandyk.“Ters çalt furyer öwrülişigi” (IFFT) we “Fast Furyer Transformasy” (FFT) ulanyp gaýtadan işlenen HRTEM netijeleri 2-nji suratda görkezilýär. Nb-MXene nanoflaklary atom gatlagynyň gurluşyny barlamak we planlanar aralyklary ölçemek üçin gyrada gönükdirildi.MXene Nb2CTx we Nb4C3TX nanoflaklaryň HRTEM şekilleri, Naguib et al.27 we Jastrzębska we al.38 tarapyndan habar berlişi ýaly atom taýdan inçe gatlakly tebigatyny ýüze çykardy (2a1, a2 surata serediň).Iki sany ýanaşyk Nb2CTx we Nb4C3Tx monolaýerleri üçin degişlilikde 0.74 we 1.54 nm aralyk aralyklaryny kesgitledik (2b1, b2 suratlar), bu hem öňki netijelerimize laýyk gelýär38.Muny Nb2CTx bilen Nb4C3Tx monolaýerleriniň arasyndaky aralygy görkezýän çalt Furyer öwrülişigi (2c1, c2) we çalt Furyer öwrülişigi (2d1 surat, d2) tassyklady.Surat, öwrenilen MXenes-iň gatlakly tebigatyny tassyklaýan niob we uglerod atomlaryna gabat gelýän ýagty we garaňky zolaklaryň çalşygyny görkezýär.Nb2CTx we Nb4C3Tx (S2a we S2b suratlar) üçin alnan energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDX) spektriniň asyl MAX fazasynyň galyndysyny görkezmändigini bellemek möhümdir, sebäbi Al pik tapylmady.
SL Nb2CTx we Nb4C3Tx MXene nanoflaklaryň häsiýetnamasy, şol sanda (a) ýokary çözgütli elektron mikroskopiýa (HRTEM) gapdal görnüşli 2D nanoflake şekillendiriş we degişli, (b) intensiwlik rejimi, (c) ters çalt Furyer öwrülişi (IFFT), (d) çalt Furyer öwrülişi (FFT), (e) Nb-MXen.SL 2D Nb2CTx üçin sanlar (a1, b1, c1, d1, e1) görnüşinde aňladylýar.SL 2D Nb4C3Tx üçin sanlar (a2, b2, c2, d2, e1) görnüşinde aňladylýar.
SL Nb2CTx we Nb4C3Tx MXenesiň rentgen difraksiýa ölçegleri Şekillerde görkezilýär.Degişlilikde 2e1 we e2.4.31 we 4.32 aralygyndaky pikler (002) degişlilikde öň beýan edilen gatlak MXenes Nb2CTx we Nb4C3TX38,39,40,41 gabat gelýär.XRD netijeleri käbir galyndy ML gurluşlarynyň we MAX fazalarynyň bardygyny görkezýär, ýöne esasan SL Nb4C3Tx bilen baglanyşykly XRD nagyşlary (2e2-nji surat).MAX fazasynyň kiçi bölejikleriniň bolmagy, tötänleýin tertiplenen Nb4C3Tx gatlaklary bilen deňeşdirilende has güýçli MAX pikini düşündirip biler.
Soňky gözlegler R. subcapitata görnüşlerine degişli ýaşyl mikroelgalara gönükdirildi.Mikroalgaýlary saýladyk, sebäbi olar esasy iýmit weblerine gatnaşýan möhüm önüm öndürijilerdir42.Şeýle hem iýmit zynjyrynyň has ýokary derejesine çykarylýan zäherli maddalary aýyrmak ukyby sebäpli zäherlenmäniň iň gowy görkezijilerinden biridir43.Mundan başga-da, R. subcapitata boýunça geçirilen gözlegler SL Nb-MXenes-iň umumy süýji suw mikroorganizmlerine tötänleýin zäherliligini açyp biler.Muny düşündirmek üçin gözlegçiler her mikrobyň daşky gurşawda bar bolan zäherli birleşmelere başgaça duýgurlygynyň bardygyny çaklaýarlar.Organizmleriň köpüsi üçin maddalaryň pes konsentrasiýasy olaryň ösmegine täsir etmeýär, belli bir çäkden ýokary konsentrasiýa bolsa olary saklap ýa-da ölüme sebäp bolup biler.Şonuň üçin mikroelgeler we MXenes bilen ýerüsti täsirini öwrenmek we şonuň bilen baglanyşykly dikeldiş üçin Nb-MXenesiň zyýansyz we zäherli konsentrasiýalaryny barlamak kararyna geldik.Munuň üçin 0 (salgylanma hökmünde), 0.01, 0,1 we 10 mg l-1 MXene konsentrasiýalaryny we aşa ýokary we öldüriji bolup bilýän MXene (100 mg l-1 MXene) gaty ýokary konsentrasiýasy bilen goşmaça ýokaşan mikroelgalary barladyk..islendik biologiki gurşaw üçin.
SL Nb-MXenesiň mikroelgalara edýän täsiri 3-nji suratda görkezilýär, 0 mg l-1 nusgalary üçin ölçeneniň ösüşi (+) ýa-da inhibisiýa (-) göterimi hökmünde görkezilýär.Deňeşdirmek üçin Nb-MAX fazasy we ML Nb-MXenes hem synagdan geçirildi we netijeler SI-de görkezilýär (S3 surata serediň).Alnan netijeler, SL Nb-MXenes-iň 3a, b suratda görkezilişi ýaly 0.01-den 10 mg / l çenli pes konsentrasiýa aralygynda zäherliligiň ýokdugyny tassyklady.Nb2CTx ýagdaýynda, görkezilen aralykda 5% -den köp ekotoksiklik ýokdugyny gördük.
SL (a) Nb2CTx we (b) Nb4C3TX MXene bar bolan mikroelgeleriň ösmegini höweslendirmek (+) ýa-da inhibisiýa (-).24, 48 we 72 sagat MXene-mikroelga täsirleri seljerildi. Möhüm maglumatlar (t-test, p <0.05) ýyldyzjyk (*) bilen bellendi. Möhüm maglumatlar (t-test, p <0.05) ýyldyzjyk (*) bilen bellendi. Значимые зныные (t-критерий, p <0,05) отмечены звезощой (*). Möhüm maglumatlar (t-test, p <0.05) ýyldyzjyk (*) bilen bellendi.重要 数据 （t ， p <0.05） 用 星 * (*) 标记。重要 数据 （t ， p <0.05） 用 星 * (*) 标记。 Важные чныные (t-synag, p <0,05) отмечены звезощой (*). Möhüm maglumatlar (t-test, p <0.05) ýyldyzjyk (*) bilen bellendi.Gyzyl oklar inhibitor gyjyndyrmanyň ýatyrylandygyny görkezýär.
Beýleki tarapdan, Nb4C3TX pes konsentrasiýalary birneme zäherli bolup çykdy, ýöne 7% -den ýokary däl.Garaşylyşy ýaly, MXenes-iň 100mg L-1 derejesinde has ýokary zäherliligi we mikroelga ösüşiniň inhibisiýasynyň bardygyny gördük.Gyzykly tarapy, materiallaryň hiç birinde MAX ýa-da ML nusgalary bilen deňeşdirilende atoksiki / zäherli täsirleriň birmeňzeş tendensiýasy we wagty baglylygy görkezilmedi (jikme-jiklikler üçin SI serediň).MAX fazasy üçin (S3 surata serediň) zäherlilik takmynan 15-25% -e ýetdi we wagtyň geçmegi bilen köpeldi, SL Nb2CTx we Nb4C3TX MXene üçin ters tendensiýa hasaba alyndy.Mikroelgeleriň ösüşiniň päsgelçiligi wagtyň geçmegi bilen azaldy.24 sagatdan soň takmynan 17% -e ýetdi we 72 sagatdan soň 5% -e çenli peseldi (degişlilikde 3a surat, b).
Has möhümi, SL Nb4C3TX üçin mikroelgalaryň ösüşiniň gadaganlygy 24 sagatdan soň takmynan 27% -e ýetdi, ýöne 72 sagatdan soň takmynan 1% -e çenli azaldy.Şonuň üçin syn edilen effekti gyjyndyrmanyň ters päsgelçiligi diýip belledik we täsir SL Nb4C3TX MXene üçin has güýçli boldy.Mikroalgalaryň ösüşiniň gyjyndyrylmagy SL Nb2CTx MXene bilen deňeşdirilende Nb4C3TX (24 sagada 10 mg L-1 täsir) bilen bellendi.Gadaganlyk-gyjyndyryjy ters täsir biomassanyň iki esse tizliginde-de gowy görkezildi (jikme-jiklikler üçin S4 surata serediň).Şu wagta çenli diňe Ti3C2TX MXene ekotoksikligi dürli usullar bilen öwrenildi.Zebrafiş düwünçeklerine zäherli däl, ýöne “Desmodesmus quadricauda” we “Sorghum saccharatum” ösümlikleri üçin orta ekotoksikdir45.Aýratyn täsirleriň beýleki mysallaryna, adaty öýjük çyzyklaryna garanyňda, düwnük öýjükleriniň has ýokary zäherliligi degişlidir.Synag şertleriniň, Nb-MXenesiň barlygynda görlen mikroelgeleriň ösüşiniň üýtgemegine täsir etjekdigini çaklamak bolar.Mysal üçin, hloroplast stromasyndaky takmynan 8 pH RuBisCO fermentiniň netijeli işlemegi üçin amatlydyr.Şonuň üçin pH üýtgemeleri fotosinteziň tizligine ýaramaz täsir edýär48,49.Şeýle-de bolsa, synag wagtynda pH-de düýpli üýtgeşmeleri görmedik (jikme-jiklikler üçin SI, S5 surata serediň).Umuman aýdanyňda, Nb-MXenes bilen mikroelgeleriň medeniýeti wagtyň geçmegi bilen erginiň pH-sini birneme azaldy.Şeýle-de bolsa, bu peselme arassa gurşawyň pH üýtgemegine meňzeýärdi.Mundan başga-da, tapylan üýtgeýişleriň diapazony mikroelgalaryň arassa medeniýeti (ölçeg nusgasy) üçin ölçenen ýalydy.Şeýlelik bilen, fotosinteziň wagtyň geçmegi bilen pH üýtgemegine täsir etmeýändigi barada netijä gelýäris.
Mundan başga-da, sintez edilen MXenesiň üstki uçlary bar (Tx diýilýär).Bular esasan -O, -F we -OH işleýän toparlar.Şeýle-de bolsa, ýerüsti himiýa sintez usuly bilen gönüden-göni baglanyşyklydyr.Bu toparlaryň tötänleýin paýlanýandygy, MXene50-iň häsiýetlerine täsirini çaklamagy kynlaşdyrýandygy mälimdir.Tx niobyň ýagtylyk bilen okislenmegi üçin katalitik güýç bolup biljekdigini öňe sürmek mümkin.Faceerüsti funksional toparlar, hakykatdanam, esasy fotokatalizatorlar üçin heterojunksiýalary emele getirmek üçin birnäçe labyr saýtlaryny üpjün edýär51.Şeýle-de bolsa, ösüşiň orta düzümi täsirli fotokatalizator bilen üpjün etmedi (jikme-jik orta kompozisiýany SI Tablisa S6-da tapyp bilersiňiz).Mundan başga-da, ýerüsti islendik üýtgetme hem möhümdir, sebäbi MXenes-iň biologiki işjeňligi gatlakdan soňky gaýtadan işlemek, okislenme, organiki we organiki däl birleşmeleriň himiki ýerüsti üýtgemegi sebäpli üýtgedilip bilner52,53,54,55,56 ýa-da ýerüsti zarýad in engineeringenerligi38.Şol sebäpden, niobium oksidiniň maddy durnuksyzlyk bilen baglanyşygynyň bardygyny ýa-da ýokdugyny barlamak üçin, mikroelga ösýän orta we deionizirlenen suwda zeta (ζ) potensialyny öwrendik (deňeşdirmek üçin).Netijelerimiz, SL Nb-MXenesiň gaty durnuklydygyny görkezýär (MAX we ML netijeleri üçin SI surata S6 serediň).SL MXenes-iň iň pes mümkinçiligi takmynan -10 mV.SR Nb2CTx ýagdaýynda the bahasy Nb4C3Tx-den birneme negatiwdir.Ζ bahasynyň şeýle üýtgemegi, otrisatel zarýadlanan MXene nanoflaklarynyň ýüzüniň medeni gurşawdan pololyitel zarýadly ionlary siňdirýändigini görkezip biler.Medeniýet gurşawynda Nb-MXenes-iň zeta potensialyny we geçirijiligini wagtlaýyn ölçemek (has giňişleýin maglumat üçin SI-de S7 we S8 suratlara serediň) biziň çaklamamyzy goldaýan ýaly.
Şeýle-de bolsa, Nb-MXene SL-leriň ikisi hem noldan minimal üýtgeşmeleri görkezdi.Bu, mikroelgalaryň ösüş gurşawynda durnuklylygyny aýdyň görkezýär.Mundan başga-da, ýaşyl mikroelgelerimiziň barlygynyň ortaça Nb-MXenes durnuklylygyna täsir edip biljekdigini kesgitledik.MXenes-iň zeta potensialynyň we geçirijilik ukybynyň iýmitlendiriji mediýada we medeniýetde wagtyň geçmegi bilen täsiri netijesinde SI-de tapylyp bilner (S9 we S10 suratlar).Gyzykly tarapy, mikroelgeleriň bolmagy MXenesiň ikisiniň hem ýaýramagyny durnuklaşdyrýan ýalydy.Nb2CTx SL ýagdaýynda, zeta potensialy wagtyň geçmegi bilen birneme negatiw bahalara çenli azaldy (72 sagat inkubasiýa edilenden soň -19.1 mV -15,8).SL Nb4C3TX-iň zeta potensialy birneme ýokarlandy, ýöne 72 sagatdan soňam mikroelgalar bolmazdan nanoflaklardan has ýokary durnuklylygy görkezdi (-18.1 vs. -9.1 mV).
Şeýle hem, mikroelgalaryň barlygynda inkubirlenen Nb-MXene erginleriniň pes geçirijiligini tapdyk, bu ýokumly maddada az mukdarda ionlary görkezýär.MXenesiň suwdaky durnuksyzlygy esasan ýerüsti okislenme bilen baglanyşyklydyr.Şonuň üçin ýaşyl mikroelgalaryň Nb-MXene ýüzünde emele gelen oksidleri nädip arassalandygyna we olaryň ýüze çykmagynyň öňüni alandygyna şübhelenýäris (MXene okislenmegi).Muny mikroelgalaryň siňdirýän maddalarynyň görnüşlerini öwrenmek arkaly görmek bolýar.
Ekotoksikologiki gözleglerimiz mikroelgeleriň wagtyň geçmegi bilen Nb-MXenesiň zäherliligini we stimulirlenen ösüşiň adaty bolmadyk päsgelçiligini ýeňip geçendigini görkezse-de, gözlegimiziň maksady mümkin hereket mehanizmlerini öwrenmekdi.Yosunlar ýaly organizmler ekosistemalaryna nätanyş birleşmelere ýa-da materiallara duçar bolanda, dürli görnüşde reaksiýa berip bilerler58,59.Zäherli metal oksidleri bolmadyk ýagdaýynda, mikroelgalar yzygiderli iýmitlenmäge mümkinçilik berip, özlerini iýmitlendirip bilerler60.Zäherli maddalar iýilenden soň, görnüşi ýa-da görnüşi üýtgemegi ýaly gorag mehanizmleri işjeňleşdirilip bilner.Siňdirmek mümkinçiligini hem göz öňünde tutmalydyr 58,59.Goranmak mehanizminiň islendik alamaty synag birleşmesiniň zäherliliginiň aýdyň görkezijisidir.Şonuň üçin indiki işimizde SL Nb-MXene nanoflaklar bilen mikroelgalaryň arasynda bolup biläýjek ýerüsti täsirini we rentgen floresan spektroskopiýasy (XRF) arkaly Nb esasly MXene siňdirilmegini gözledik.SEM we XRF derňewleriniň diňe zäherlilik meselelerini çözmek üçin MXene iň ýokary konsentrasiýasynda geçirilendigini ýadyňyzdan çykarmaň.
SEM netijeleri 4-nji suratda görkezilýär.Bejerilmedik mikroelga öýjükleri (4a surata, salgylanma nusgasyna serediň) adaty R. subcapitata morfologiýasyny we krissant görnüşli öýjük görnüşini açyk görkezdi.Öýjükler tekiz we birneme tertipsiz görünýär.Käbir mikroelge öýjükleri biri-birine gabat gelýär we biri-biri bilen baglanyşýar, ýöne munuň nusga taýynlyk prosesi bilen baglanyşykly bolmagy ähtimal.Umuman alanyňda, arassa mikroelga öýjükleri tekiz ýüzüne eýe bolup, morfologiki üýtgemeleri görkezmedi.
Greenaşyl mikroelgeler we MXene nanosheetleriniň arasynda aşa täsirde 72 sagat täsir edenden soň (100 mg L-1) ýerüsti täsirini görkezýän SEM şekilleri.(a) SL (b) Nb2CTx we (c) Nb4C3TX MXenes bilen täsirleşenden soň bejerilmedik ýaşyl mikroelgeler.Nb-MXene nanoflaklarynyň gyzyl oklar bilen bellenendigine üns beriň.Deňeşdirmek üçin optiki mikroskopdan suratlar hem goşulýar.
Munuň tersine, SL Nb-MXene nanoflaklary tarapyndan ýerleşdirilen mikroelge öýjükleri zaýalandy (4b, c, gyzyl oklara serediň).Nb2CTx MXene (4b-nji surat) ýagdaýynda, mikroelgalar morfologiýasyny üýtgedip biljek iki ölçegli nanoskale bilen ösýär.Bellemeli zat, bu üýtgeşmeleri ýeňil mikroskopiýa astynda hem gördük (jikme-jiklikler üçin SI S11 surata serediň).Bu morfologiki geçiş mikroelgeleriň fiziologiýasynda we öýjükleriň göwrümini ýokarlandyrmak ýaly öýjük morfologiýasyny üýtgetmek arkaly özlerini goramak ukybyna esaslanýar.Şonuň üçin aslynda Nb-MXenes bilen aragatnaşykda bolan mikroelga öýjükleriniň sanyny barlamak möhümdir.SEM gözlegleri, mikroelga öýjükleriniň takmynan 52% -iniň Nb-MXenes täsirine sezewar bolandygyny, bu mikroelga öýjükleriniň 48% -iniň aragatnaşykdan gaça durandygyny görkezdi.SL Nb4C3Tx MXene üçin mikroelgalar MXene bilen aragatnaşykdan gaça durmaga synanyşýarlar we şeýlelik bilen iki ölçegli nanoskalelerden lokallaşýarlar we ösýärler (4-nji surat).Şeýle-de bolsa, nanoskaleleriň mikroelge öýjüklerine aralaşmagyny we olaryň zaýalanmagyny görmedik.
Öz-özüňi goramak, öýjügiň üstündäki bölejikleriň adsorbsiýasy we kölegeli (kölegeli) effekti sebäpli fotosinteziň petiklenmegine wagtlaýyn garaşlylykdyr.Mikroalga we ýagtylyk çeşmesiniň arasyndaky her bir obýektiň (mysal üçin, Nb-MXene nanoflaklary) hloroplastlar tarapyndan sorulýan ýagtylygyň mukdaryny çäklendirýändigi düşnüklidir.Şeýle-de bolsa, munuň alnan netijelere ep-esli täsir edýändigine şek ýok.Mikroskopiki gözegçiliklerimizden görnüşi ýaly, 2D nanoflaklar mikroelga öýjükleri Nb-MXenes bilen aragatnaşykda bolanda-da doly örtülmedi ýa-da mikroelgalaryň ýüzüne ýapylmady.Munuň ýerine nanoflaklar mikroelgaý öýjüklerine ýüzüni ýapman ugrukdyryldy.Şeýle nanoflaklar / mikroelgalar toplumy mikroelge öýjükleri tarapyndan sorulýan ýagtylygyň mukdaryny ep-esli çäklendirip bilmez.Mundan başga-da, käbir gözlegler iki ölçegli nanomateriallaryň 63,64,65,66 bolan fotosintetik organizmleriň ýagtylygyň siňdirilişiniň gowulaşandygyny görkezdi.
SEM şekilleri niobiumyň mikroelga öýjükleri tarapyndan alynmagyny gönüden-göni tassyklap bilmeýändigi sebäpli, mundan beýläkki gözlegimiz bu meseläni anyklamak üçin rentgen floresan (XRF) we rentgen fotoelektron spektroskopiýa (XPS) derňewine ýüzlendi.Şol sebäpden, MXenes, mikroelga öýjükleriniň üstünden bölünip aýrylan MXene nanoflaklary we birikdirilen MXenes aýrylandan soň mikroalgal öýjükleri bilen täsir etmeýän Nb pikleriniň intensiwligini deňeşdirdik.Nb ýok bolsa, mikroelga öýjükleri tarapyndan alnan Nb bahasy, birikdirilen nanoskaleler aýrylandan soň nola deň bolmalydygyny bellemelidiris.Şol sebäpden, Nb tutulmagy ýüze çyksa, XRF we XPS netijeleri aýdyň Nb ýokary derejesini görkezmeli.
XRF spektrinde, SL Nb2CTx we Nb4C3Tx MXene bilen täsirleşenden soň, mikroelga nusgalary SL Nb2CTx we Nb4C3Tx MXene üçin Nb iň ýokary derejesini görkezdi (5a surata serediň, MAX we ML MXenes netijeleriniň SI, S12 - C17 suratlarynda görkezilendigini hem belläň).Gyzykly tarapy, Nb depesiniň intensiwligi iki ýagdaýda-da deňdir (5a suratdaky gyzyl çyzyklar).Bu, suwotularyň has köp Nb siňdirip bilmeýändigini we öýjüklerde Nb ýygnamak üçin iň ýokary kuwwatyň gazanylandygyny görkezdi, ýöne mikroelga öýjüklerine iki esse köp Nb4C3Tx MXene birikdirildi (5a suratdaky gök barlar).Mikroalgalaryň metallary siňdirmek ukyby, metal oksidleriniň daşky gurşawdaky konsentrasiýasyna baglydyr 67,68.Şamshada we al.67 süýji suwotularyň siňdiriji kuwwatynyň pH ýokarlanmagy bilen azalýandygyny anykladylar.Raize we al.68 deňiz ösümlikleriniň metallary siňdirmek ukybynyň Pb2 + üçin Ni2 + garanyňda 25% ýokarydygyny belläp geçdi.
(a) SL Nb-MXenesiň (100 mg L-1) aşa konsentrasiýasynda saklanýan ýaşyl mikroelga öýjükleri tarapyndan bazal Nb almagyň XRF netijeleri.Netijeler arassa mikroelga öýjüklerinde α (gözegçilik nusgasy, çal sütünler), ýerüsti mikroelge öýjüklerinden izolirlenen 2D nanoflaklar we 2D nanoflaklar ýerden (gyzyl sütünler) bölünenden soň mikroelga öýjükleriniň bardygyny görkezýär.SL Nb-MXenes bilen inkubasiýa edilenden soň mikroalgaý öýjüklerinde bar bolan mikroalga organiki komponentleriniň (C = O we CHx / C - O) himiki düzüminiň mukdary, (b) göterimi, (c - e) XPS SL Nb2CTx spektriniň we (fh) SL Nb4C3Tx mikroshema öýjükleriniň düzümine laýyk gelýär.
Şonuň üçin Nb-ni algal öýjükleri oksid görnüşinde siňdirip biler diýip garaşýardyk.Muny barlamak üçin MXenes Nb2CTx we Nb4C3TX we suwotularyň öýjüklerinde XPS gözleglerini geçirdik.Mikroalgalaryň Nb-MXenes we suwotularyň öýjüklerinden izolirlenen MXenes bilen özara täsiriniň netijeleri Şekillerde görkezilýär.5b.Garaşylyşy ýaly, mikroelgalaryň ýüzünde MXene aýrylandan soň mikroelga nusgalarynda Nb 3d piklerini tapdyk.C = O, CHx / CO we Nb oksidleriniň mukdar kesgitlemesi Nb2CTx SL (5c - e) we Nb4C3Tx SL (5c - e) bilen alnan Nb 3d, O 1s we C 1s spektrleri esasynda hasaplandy.inkubirlenen mikroelgalardan alnan.Surat 5f - h) MXenes.S1-3-nji tablisada iň ýokary parametrleriň jikme-jiklikleri we laýyklygyň netijesinde umumy himiýa görkezilýär.Nb2CTx SL we Nb4C3Tx SL (5-nji surat, f) Nb 3d sebitleriniň bir Nb2O5 komponentine gabat gelýändigi bellärliklidir.Bu ýerde, mikroelga öýjükleriniň diňe Nb oksid görnüşini siňdirýändigini görkezýän spektrde MXene bilen baglanyşykly pikleri tapmadyk.Mundan başga-da, C 1 s spektrini C - C, CHx / C - O, C = O we –COOH komponentleri bilen takmynan kesgitledik.CHx / C - O we C = O pikleri mikroelge öýjükleriniň organiki goşandyna belledik.Bu organiki komponentler, degişlilikde Nb2CTx SL we Nb4C3TX SL-de C 1s pikleriniň 36% we 41% -ini tutýar.Soňra SL Nb2CTx we SL Nb4C3TX O 1s spektrini Nb2O5, mikroelgeleriň organiki bölekleri (CHx / CO) we ýerüsti adsorbsion suw bilen sazladyk.
Netijede, XPS netijeleri diňe bir barlygyny däl-de, Nb görnüşini açyk görkezdi.Nb 3d signalynyň ýerleşişine we dekonwolýusiýanyň netijelerine görä, Nb-iň diňe ionlar ýa-da MXene däl-de, diňe oksidler görnüşinde siňýändigini tassyklaýarys.Mundan başga-da, XPS netijeleri mikroelga öýjükleriniň SL Nb4C3TX MXene bilen deňeşdirilende SL Nb2CTx-den Nb oksidlerini almak üçin has uly ukybynyň bardygyny görkezdi.
Nb gözleg netijelerimiz täsirli we MXene zaýalanmagyny kesgitlemäge mümkinçilik berýän bolsa-da, 2D nanoflaklarda baglanyşykly morfologiki üýtgemeleri yzarlamak üçin usul ýok.Şol sebäpden, 2D Nb-MXene nanoflaklarynda we mikroelga öýjüklerinde bolup geçýän islendik üýtgeşmelere gönüden-göni jogap berip biljek amatly usuly döretmek kararyna geldik.Özara täsirleşýän görnüşleriň haýsydyr bir üýtgemäni, dargamagy ýa-da bölünmegini başdan geçirýän bolsa, munuň ekwiwalent tegelek meýdanyň diametri, tegelekligi, Feret giňligi ýa-da Feret uzynlygy ýaly şekil parametrleriniň üýtgemegi hökmünde çalt ýüze çykmalydygyny çaklamalydyrys.Bu parametrler uzaldylan bölejikleri ýa-da iki ölçegli nanoflaklary suratlandyrmak üçin amatly bolansoň, dinamiki bölejikleriň şekil analizi arkaly yzarlanmagy, azalma wagtynda SL Nb-MXene nanoflaklarynyň morfologik üýtgemegi barada gymmatly maglumatlary berer.
Alnan netijeler 6-njy suratda görkezilýär. Deňeşdirmek üçin asyl MAX fazasyny we ML-MXenes-i synagdan geçirdik (ser. SI suratlar S18 we S19).Bölejik şekiliniň dinamiki derňewi, iki Nb-MXene SL-iň ähli şekil parametrleriniň mikroelgeler bilen täsirleşenden soň ep-esli üýtgändigini görkezdi.Tegelek meýdanyň diametriniň ekwiwalent parametrinde görkezilişi ýaly (6a surat, b), uly nanoflaklaryň bölekleriniň peselýän iň ýokary intensiwligi olaryň ownuk böleklere çüýremegini görkezýär.Injirde.6c, d bölekleriň transvers ululygy (nanoflaklaryň uzalmagy) bilen baglanyşykly pikleriň azalandygyny görkezýär, bu 2D nanoflaklaryň bölejiklere meňzeş görnüşine öwrülmegini görkezýär.Feretiň giňligini we uzynlygyny görkezýän 6e-h surat.Feret ini we uzynlygy biri-biriniň üstüni ýetirýän parametrlerdir we şonuň üçin bilelikde seredilmelidir.2D Nb-MXene nanoflaklary mikroelgalaryň gatnaşmagynda inkubasiýa edilenden soň, olaryň Feret korrelýasiýa derejeleri üýtgedi we intensiwligi peseldi.Bu netijelere morfologiýa, XRF we XPS bilen utgaşyp, syn edilen üýtgeşmeleriň okislenme bilen berk baglanyşyklydygy barada netijä geldik, sebäbi oksidlenen MXenes has ýygylaşýar we böleklere we sferik oksid bölejiklerine bölünýär69,70.
Greenaşyl mikroelgeler bilen täsir edenden soň MXene öwrülişiginiň derňewi.Dinamiki bölejikleriň şekili derňewi, ekwiwalent tegelek meýdanyň diametri, (c, d) tegelekligi, (e, f) Feret ini we (g, h) Feret uzynlygy ýaly parametrleri göz öňünde tutýar.Bu maksat bilen, esasy SL Nb2CTx we SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx we SL Nb4C3Tx MXenes, mikroelgalaryň peselmegi we mikroelga SL Nb2CTx we SL Nb4C3Tx MXenes bilen bilelikde iki sany mikroelga nusgasy seljerildi.Gyzyl oklar öwrenilen iki ölçegli nanoflaklaryň şekil parametrleriniň geçişini görkezýär.
Formanyň parametrleriniň derňewi gaty ygtybarly bolansoň, mikroelge öýjüklerinde morfologiki üýtgemeleri hem ýüze çykaryp biler.Şol sebäpden, 2D Nb nanoflaklar bilen täsirleşenden soň, arassa mikroelga öýjükleriniň we öýjükleriniň ekwiwalent tegelek meýdanynyň diametri, tegelekligi we Feret ini / uzynlygy analiz etdik.Injirde.6a - h suwotularyň öýjükleriniň şekil parametrleriniň üýtgemegini görkezýär, munuň iň ýokary intensiwliginiň peselmegi we maksimanyň has ýokary bahalara geçmegi şaýatlyk edýär.Hususan-da, öýjükleriň tegelek parametrleri uzyn öýjükleriň azalandygyny we sferiki öýjükleriň köpelendigini görkezdi (6a surat, b).Mundan başga-da, SL Nb4C3TX MXene (6-njy surat) bilen deňeşdirilende SL Nb2CTx MXene (6e surat) bilen täsirleşenden soň, Feret öýjük giňligi birnäçe mikrometr köpeldi.Munuň Nb oksidleriniň Nb2CTx SR bilen täsiri netijesinde mikroelgalaryň güýçli kabul edilmegi bilen baglanyşykly bolup biler diýip çaklaýarys.Nb çybyklarynyň ýüzüne has berk birikdirilmegi, kölegäniň minimal täsiri bilen öýjügiň ösmegine sebäp bolup biler.
Mikroalgalaryň görnüşiniň we ululygynyň parametrleriniň üýtgemegine gözegçiliklerimiz beýleki gözlegleriň üstüni ýetirýär.Greenaşyl mikroelgeler, öýjükleriň ululygyny, görnüşini ýa-da metabolizmasyny üýtgedip, daşky gurşaw stresine jogap hökmünde morfologiýasyny üýtgedip biler61.Mysal üçin, öýjükleriň ululygyny üýtgetmek ýokumly maddalaryň siňmegini aňsatlaşdyrýar71.Ownuk suwotularyň öýjükleri ýokumly maddalaryň pes mukdaryny we ösüş depgininiň peselmegini görkezýär.Munuň tersine, has uly öýjükler has köp iýmit iýmäge ýykgyn edýärler, soň bolsa öýjüklere72,73 goýulýar.Maçado we Soares, fungisid triklosanyň öýjük ululygyny artdyryp biljekdigini anykladylar.Şeýle hem suwotularyň görnüşinde düýpli üýtgeşmeler tapdylar.Mundan başga-da, inin we al.9 grafen oksidi nanokompozitleriniň täsirine sezewar bolandan soň suwotularyň morfologiki üýtgemelerini ýüze çykardy.Şonuň üçin mikroelgalaryň üýtgedilen ululygy / şekil parametrleriniň MXene bolmagy sebäpli ýüze çykýandygy aýdyňdyr.Ululygynyň we görnüşiniň bu üýtgemegi ýokumly iýmitlenişiň üýtgemegini görkezýänligi sebäpli, wagtyň geçmegi bilen ululygyň we şekiliň parametrleriniň seljermesi Nob-MXenesiň barlygynda mikroblar tarapyndan niob oksidiniň ýokaşmagyny görkezip biljekdigine ynanýarys.
Mundan başga-da, MXenes suwotularyň barlygynda okislenip bilner.Dalai we al.75, nano-TiO2 we Al2O376 täsir edýän ýaşyl suwotularyň morfologiýasynyň birmeňzeş däldigini gördi.Gözegçiliklerimiz häzirki gözleg bilen meňzeş bolsa-da, diňe nanopartikller däl-de, 2D nanoflaklaryň barlygynda MXene zaýalanýan önümler babatynda bioremediasiýanyň täsirini öwrenmek bilen baglanyşyklydyr.MXenes metal oksidlere öwrülip bilýändigi sebäpli, 31,32,77,78, Nb nanoflaklarymyzyň mikroelga öýjükleri bilen täsirleşenden soň Nb oksidlerini hem emele getirip biljekdigini çaklamak ýerliklidir.
Okislenme prosesi esasynda dargamak mehanizmi arkaly 2D-Nb nanoflaklaryň azalmagyny düşündirmek üçin ýokary çözgütli elektron mikroskopiýasy (HRTEM) (7a surat, b) we rentgen fotoelektron spektroskopiýasy (XPS) (7-nji surat) ulanyp gözleg geçirdik.7c-i we S4-5 tablisalary).Iki çemeleşme 2D materiallaryň okislenmegini öwrenmek we biri-birini doldurmak üçin amatlydyr.HRTEM iki ölçegli gatlakly gurluşlaryň zaýalanmagyny we metal oksidi nanobölejikleriniň soňraky görnüşini analiz edip bilýär, XPS bolsa ýerüsti baglanyşyklara duýgur.Bu maksat bilen, mikroelga öýjükleriniň ýaýramagyndan alnan 2D Nb-MXene nanoflaklaryny, ýagny mikroelga öýjükleri bilen täsirleşenden soň görnüşini synagdan geçirdik (7-nji surata serediň).
Okislenýän (a) SL Nb2CTx we (b) SL Nb4C3Tx MXenes, morfologiýasyny görkezýän HRTEM şekilleri, (c) azaldylandan soň oksid önümleriniň düzümini görkezýän, (d - f) SL Nb2CTx we (g– i) Nb4C3Tx SL bilen bejerilen XPS derňew netijeleri.
HRTEM gözlegleri, Nb-MXene nanoflaklarynyň iki görnüşiniň okislenmegini tassyklady.Nanoflaklar belli bir derejede iki ölçegli morfologiýasyny saklasa-da, okislenme MXene nanoflaklarynyň üstüni örtýän köp sanly nanobölejikleriň peýda bolmagyna sebäp boldy (7a surat, b).C Nb 3d we O 1s signallarynyň XPS derňewi, iki ýagdaýda-da Nb oksidleriniň emele gelendigini görkezdi.7c-nji suratda görkezilişi ýaly, 2D MXene Nb2CTx we Nb4C3TX, NbO we Nb2O5 oksidleriniň bardygyny görkezýän Nb 3d signallary bar, O 1s signallary bolsa 2D nanoflake ýüzüniň işlemegi bilen baglanyşykly O - Nb baglanyşyklarynyň sanyny görkezýär.Nb oksidiniň goşantynyň Nb-C we Nb3 + -O bilen deňeşdirilende agdyklyk edýändigini gördük.
Injirde.7g - i suratlarda Nb 3d, C 1s we O 1s SL Nb2CTx (7d - f suratlara serediň) we mikroelga öýjüklerinden izolirlenen SL Nb4C3TX MXene XPS spektri görkezilýär.Nb-MXenes pik parametrleriniň jikme-jiklikleri degişlilikde S4–5 tablisalarda berilýär.Ilki bilen Nb 3d-iň düzümini analiz etdik.Mikroalgae öýjükleri tarapyndan siňdirilen Nb-den tapawutlylykda, mikroelga öýjüklerinden izolirlenen MXene-de, Nb2O5-den başga beýleki komponentler tapyldy.Nb2CTx SL-de Nb3 + -O-nyň goşandyny 15% mukdarda synladyk, Nb 3d spektriniň galan böleginde Nb2O5 (85%) agdyklyk etdi.Mundan başga-da, SL Nb4C3TX nusgasynda Nb-C (9%) we Nb2O5 (91%) komponentleri bar.Bu ýerde Nb-C, Nb4C3Tx SR-de metal karbidiň iki içki atom gatlagyndan gelýär.Soňra C 1s spektrini içerki nusgalarda edişimiz ýaly dört dürli komponente karta edýäris.Garaşylyşy ýaly, C 1s spektrinde grafiki uglerod agdyklyk edýär, ondan soň mikroelge öýjüklerinden organiki bölejikleriň (CHx / CO we C = O) goşantlary bolýar.Mundan başga-da, O 1s spektrinde mikroelga öýjükleriniň, niobium oksidiniň we adsorbsirlenen suwuň organiki görnüşleriniň goşandyny gördük.
Mundan başga-da, Nb-MXenes ýarylmagynyň ýokumly orta we / ýa-da mikroelga öýjüklerinde reaktiw kislorod görnüşleriniň (ROS) bolmagy bilen baglanyşyklydygyny ýa-da ýokdugyny anykladyk.Bu maksat bilen, mikroelgalarda antioksidant hökmünde hereket edýän tiol, medeniýede we öýjükli glutationda ýeke kislorodyň (1O2) derejesine baha berdik.Netijeler SI-de görkezilýär (S20 we S21 suratlar).SL Nb2CTx we Nb4C3TX MXenesli medeniýetler 1O2 azalmagy bilen häsiýetlendirildi (S20 surata serediň).SL Nb2CTx ýagdaýynda MXene 1O2 takmynan 83% -e çenli azalýar.SL ulanýan mikroelge medeniýetleri üçin Nb4C3TX 1O2 hasam azaldy we 73% -e çenli azaldy.Gyzykly tarapy, 1O2-de bolup geçen üýtgeşmeler, öň görlen inhibitor-stimulýator täsiri bilen birmeňzeş tendensiýany görkezdi (3-nji surata serediň).Açyk ýagtylykda inkubasiýa fotoksidlenmegi üýtgedip biler diýip jedel edip bolar.Şeýle-de bolsa, gözegçilik derňewiniň netijeleri synag wagtynda hemişe 1O2 derejesini görkezdi (S22-nji surat).Öýjükli ROS derejesi bolan ýagdaýynda-da şol bir peselme tendensiýasyny gördük (S21 surata serediň).Ilki bilen, Nb2CTx we Nb4C3Tx SL-leriň gatnaşmagynda ösdürilip ýetişdirilen mikroelga öýjüklerinde ROS derejesi mikroelgalaryň arassa medeniýetlerinde tapylan derejelerden ýokarydy.Ahyrynda-da bolsa, mikroelgalaryň Nb-MXenesiň ikisine-de uýgunlaşandygy ýüze çykdy, sebäbi ROS derejesi degişlilikde SL Nb2CTx we Nb4C3TX sanjym edilen mikroelgalaryň arassa medeniýetlerinde ölçenen derejeleriň 85% we 91% -e çenli azaldy.Bu, mikroelgalaryň diňe ýokumly serişdelere garanyňda Nb-MXene barlygynda wagtyň geçmegi bilen özlerini has rahat duýýandygyny görkezip biler.
Mikroalgaýlar fotosintetiki organizmleriň dürli toparydyr.Fotosintez wagtynda atmosferadaky kömürturşy gazyny (CO2) organiki ugleroda öwürýärler.Fotosinteziň önümleri glýukoza we kislorod79.Şeýlelik bilen emele gelen kislorodyň Nb-MXenesiň okislenmeginde möhüm rol oýnaýandygyna şübhelenýäris.Munuň mümkin bir düşündirişi, diferensial aerasiýa parametriniň Nb-MXene nanoflaklarynyň daşynda we içinde kislorodyň pes we ýokary bölekleýin basyşlarynda emele gelmegidir.Diýmek, kislorodyň dürli bölekleýin basyşlary bolan ýerlerde iň pes derejeli ýer 80, 81, 82 anodlary emele getirer. Bu ýerde mikroelgalar, fotosintetiki aýratynlyklary sebäpli kislorod öndürýän MXene bölejikleriniň üstünde diferensial gazlandyrylan öýjükleriň döremegine goşant goşýar.Netijede, biokroziýa önümleri (bu ýagdaýda niobium oksidleri) emele gelýär.Anotherene bir tarapy, mikroelgalaryň suwa çykýan organiki kislotalary öndürip biljekdigi83,84.Şonuň üçin Nb-MXenes-i üýtgedip, agressiw gurşaw emele gelýär.Mundan başga-da, mikroelgeler poslama sebäp bolup bilýän kömürturşy gazynyň siňdirilmegi sebäpli daşky gurşawyň pH-ni aşgazana üýtgedip biler.
Has möhümi, gözlegimizde ulanylýan garaňky / ýagty fotoperiod, alnan netijelere düşünmek üçin möhümdir.Bu tarap Djemai-Zoghlache we başgada jikme-jik beýan edilýär.85 Gyzyl mikroelga Porphyridium purpureum tarapyndan biofulýasiýa bilen baglanyşykly biokroziýany görkezmek üçin bilkastlaýyn 12/12 sagatlyk fotoperiod ulandylar.Fotoperiodyň biokroziýa bolmazdan potensialyň ewolýusiýasy bilen baglanyşyklydygyny, 24: 00-da pseudoperiodiki yrgyldamalar hökmünde özüni görkezýändigini görkezýärler.Bu gözegçilikler Dowling we başgalar tarapyndan tassyklandy.86 Anabaenanyň sianobakteriýalarynyň fotosintetik biofilmlerini görkezdiler.Erän kislorod erkin biokroziýa potensialynyň üýtgemegi ýa-da üýtgemegi bilen baglanyşykly ýagtylygyň täsiri astynda emele gelýär.Fotoperiodyň ähmiýeti, biokroziýa üçin erkin potensialyň ýagtylyk fazasynda köpelmegi we garaňky döwürde azalmagy bilen nygtalýar.Bu, fotosintetik mikroelgalaryň öndürýän kislorody, elektrodlaryň golaýynda emele gelen bölekleýin basyş arkaly katod reaksiýasyna täsir edýär.
Mundan başga-da, Nb-MXenes bilen täsirleşenden soň mikroelge öýjükleriniň himiki düzüminde haýsydyr bir üýtgeşmäniň bolandygyny ýa-da ýokdugyny anyklamak üçin “Furyer” infragyzyl spektroskopiýa (FTIR) geçirildi.Alnan netijeler çylşyrymly we olary SI-de hödürleýäris (MA23 tapgyrynyň netijelerini we ML MXenes-i goşmak bilen S23-S25 suratlar).Gysgaça aýdylanda, mikroelgalaryň alnan spektrleri bize bu organizmleriň himiki aýratynlyklary barada möhüm maglumatlary berýär.Bu ähtimal yrgyldylar 1060 sm-1 (CO), 1540 sm-1, 1640 sm-1 (C = C), 1730 sm-1 (C = O), 2850 sm-1, 2920 sm-1 ýygylyklarda ýerleşýär.biri.1 1 (C - H) we 3280 sm - 1 (O - H).SL Nb-MXenes üçin, öňki gözlegimize laýyk gelýän CH-bond uzalýan gol tapdyk38.Şeýle-de bolsa, C = C we CH baglanyşyklary bilen baglanyşykly käbir goşmaça pikleriň ýok bolandygyny gördük.Bu, SL Nb-MXenes bilen täsirleşmek sebäpli mikroelgeleriň himiki düzüminiň ownuk üýtgeşmeleriň bolup biljekdigini görkezýär.
Mikroalgalaryň biohimiýasynda bolup biläýjek üýtgeşmeler göz öňünde tutulanda, niob oksidi ýaly organiki däl oksidleriň toplanmagyna täzeden seredilmeli59.Öýjükleriň üstünden metallaryň alynmagyna, sitoplazma daşalmagyna, öýjükli karboksil toparlary bilen birleşmegine we mikroelga polifosfosomalarynda toplanmagyna 20,88,89,90 gatnaşýar.Mundan başga-da, mikroelgeler bilen metallaryň arasyndaky baglanyşyk öýjükleriň işleýän toparlary tarapyndan saklanýar.Şol sebäpli siňdiriş, gaty çylşyrymly mikroelgeleriň himiýasyna baglydyr9,91.Umuman, garaşylyşy ýaly, ýaşyl mikroelgalaryň himiki düzümi Nb oksidiniň siňdirilmegi sebäpli birneme üýtgedi.
Gyzykly tarapy, mikroelgalaryň ilkibaşdaky gadaganlygy wagtyň geçmegi bilen tersine boldy.Syn edişimiz ýaly, mikroelgeler daşky gurşawyň üýtgemegini ýeňip geçdi we netijede adaty ösüş depginine gaýdyp geldi we hatda ýokarlandy.Zeta potensialyny öwrenmek, ýokumly serişdelere girizilende ýokary durnuklylygy görkezýär.Şeýlelik bilen, azaltmak synaglarynyň dowamynda mikroelge öýjükleri bilen Nb-MXene nanoflaklarynyň arasyndaky ýerüsti täsir saklandy.Geljekki derňewimizde, mikroelgalaryň bu ajaýyp özüni alyp barşynyň esasy hereket mehanizmlerini jemleýäris.
SEM gözegçilikleri mikroelgalaryň Nb-MXenes-e dakylýandygyny görkezdi.Dinamiki şekil derňewini ulanyp, bu täsiriň iki ölçegli Nb-MXene nanoflaklarynyň has sferik bölejiklere öwrülmegine eltýändigini tassyklaýarys, şeýlelik bilen nanoflaklaryň dargamagynyň olaryň okislenmegi bilen baglanyşyklydygyny görkezýäris.Gipotezamyzy barlamak üçin birnäçe material we biohimiki gözlegler geçirdik.Synagdan soň, nanoflaklar ýuwaş-ýuwaşdan oksidlenip, ýaşyl mikroelgalara howp salmaýan NbO we Nb2O5 önümlerine bölünýär.FTIR gözegçiligini ulanyp, 2D Nb-MXene nanoflaklarynyň barlygynda inkubasiýa edilen mikroelgeleriň himiki düzüminde düýpli üýtgeşmeler tapmadyk.Niobium oksidiniň mikroelgalar tarapyndan siňdirilmeginiň mümkinçiligini göz öňünde tutup, rentgen floresan derňewini etdik.Bu netijeler, öwrenilen mikroelgeleriň niobium oksidleri (NbO we Nb2O5) bilen iýmitlenýändigini, öwrenilen mikroelgalara zäherli däldigini görkezýär.