Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። ውስን የCSS ድጋፍ ያለው የአሳሽ ስሪት እየተጠቀሙ ነው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የዘመነ አሳሽ እንዲጠቀሙ እንመክራለን (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳኋኝነት ሁነታን እንዲያሰናክሉ)። እስከዚያው ድረስ፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናቀርባለን።
በአንድ ጊዜ የሶስት ስላይዶችን መዘውር ያሳያል። በአንድ ጊዜ ሶስት ስላይዶችን ለማለፍ የቀዳሚ እና የቀጣይ አዝራሮችን ይጠቀሙ፣ ወይም በአንድ ጊዜ ሶስት ስላይዶችን ለማለፍ በመጨረሻው ላይ ያሉትን የተንሸራታች አዝራሮች ይጠቀሙ።
የናኖቴክኖሎጂ ፈጣን እድገት እና ከዕለታዊ አተገባበር ጋር ያለው ውህደት አካባቢን አደጋ ላይ ሊጥል ይችላል። የኦርጋኒክ ብክለቶችን ለመበላሸት አረንጓዴ ዘዴዎች በሚገባ የተረጋገጡ ቢሆኑም፣ ኦርጋኒክ ያልሆኑ ክሪስታሊን ብክለቶችን መልሶ ማግኘት ለባዮትራንስፎርሜሽን ዝቅተኛ ስሜታዊነት እና ከባዮሎጂካል ጋር ስላለው የቁስ ወለል መስተጋብር ግንዛቤ ባለመኖሩ ምክንያት በጣም አሳሳቢ ጉዳይ ነው። እዚህ፣ የ2D ሴራሚክ ናኖማቴሪያሎች የባዮሬሜዲቴሽን ዘዴን በአረንጓዴ ማይክሮአልጌ ራፊዶሴሊስ ንዑስ ካፒታል ለመከታተል በNb ላይ የተመሠረተ ኦርጋኒክ 2D MXenes ሞዴልን ከቀላል የቅርጽ መለኪያ ትንተና ዘዴ ጋር በማጣመር እንጠቀማለን። ማይክሮአልጌዎች ከገጽታ ጋር በተያያዙ ፊዚኮ-ኬሚካላዊ ግንኙነቶች ምክንያት Nb-ተኮር MXenesን እንደሚያበላሹ አግኝተናል። መጀመሪያ ላይ፣ ነጠላ-ንብርብር እና ባለብዙ-ንብርብር MXene ናኖፍላክስ ከማይክሮአልጌ ወለል ጋር ተያይዘዋል፣ ይህም የአልጌ እድገትን በተወሰነ ደረጃ ቀንሷል። ሆኖም፣ ከገጽታ ጋር ለረጅም ጊዜ ሲገናኙ፣ ማይክሮአልጌዎች MXene ናኖፍላክስን ኦክሳይድ አድርገው ወደ NbO እና Nb2O5 የበለጠ እንዲበሰብሱ አድርጓቸዋል። እነዚህ ኦክሳይድዎች ለማይክሮአልጌ ሴሎች መርዛማ ስላልሆኑ፣ የNb ኦክሳይድ ናኖፓርቲክሎችን በመምጠጥ ዘዴ ይጠቀማሉ፣ ይህም ከ72 ሰዓታት የውሃ ህክምና በኋላ ማይክሮአልጌዎችን የበለጠ ወደነበረበት ይመልሳል። ከመምጠጥ ጋር የተያያዙ ንጥረ ነገሮች ተፅእኖ በሴል መጠን መጨመር፣ ለስላሳ ቅርጻቸው እና በእድገት መጠን ለውጥ ላይም ይንጸባረቃል። በእነዚህ ግኝቶች ላይ በመመስረት፣ በንፁህ ውሃ ሥነ-ምህዳሮች ውስጥ የNb-ተኮር MXenes አጭር እና ረጅም ጊዜ መኖር ጥቃቅን የአካባቢ ተፅእኖዎችን ብቻ ሊያስከትል እንደሚችል ደምድመናል። ባለ ሁለት ገጽታ ናኖማቴሪያሎችን እንደ ሞዴል ስርዓቶች በመጠቀም፣ በጥሩ ሁኔታ በተሰሩ ቁሳቁሶች ውስጥ እንኳን የቅርጽ ለውጥን የመከታተል እድልን እናሳያለን። በአጠቃላይ፣ ይህ ጥናት የ2D ናኖማቴሪያሎች ባዮሬሚዴሽን ዘዴን ስለሚያንቀሳቅሱ የገጽታ መስተጋብር-ተዛማጅ ሂደቶች አስፈላጊ የሆነ መሠረታዊ ጥያቄን ይመልሳል እና ስለ ኦርጋኒክ ክሪስታሊን ናኖማቴሪያሎች የአካባቢ ተጽእኖ ተጨማሪ የአጭር እና የረጅም ጊዜ ጥናቶች መሰረት ይሰጣል።
ናኖማቴሪያሎች ከተገኙት ጀምሮ ብዙ ትኩረትን ፈጥረዋል፣ እና የተለያዩ ናኖቴክኖሎጂዎች በቅርቡ ወደ ዘመናዊነት ምዕራፍ 1 ገብተዋል። በሚያሳዝን ሁኔታ፣ ናኖማቴሪያሎች ከዕለታዊ አፕሊኬሽኖች ጋር መዋሃድ ተገቢ ባልሆነ አወጋገድ፣ በግዴለሽነት አያያዝ ወይም በቂ ያልሆነ የደህንነት መሠረተ ልማት ምክንያት ድንገተኛ ልቀት ሊያስከትል ይችላል። ስለዚህ፣ ባለ ሁለት ገጽታ (2D) ናኖማቴሪያሎች ጨምሮ ናኖማቴሪያሎች ወደ ተፈጥሯዊ አካባቢ ሊለቀቁ እንደሚችሉ መገመት ምክንያታዊ ነው፣ ባህሪያቸው እና ባዮሎጂያዊ እንቅስቃሴያቸው ገና ሙሉ በሙሉ አልተረዱም። ስለዚህ፣ የኢኮቶክሲዝም ስጋቶች ባለ 2D ናኖማቴሪያሎች ወደ የውሃ ስርዓቶች ዘልቀው የመግባት ችሎታ ላይ ማተኮራቸው አያስደንቅም። በእነዚህ ስነ-ምህዳሮች ውስጥ፣ አንዳንድ ባለ 2D ናኖማቴሪያሎች በተለያዩ ትሮፊክ ደረጃዎች ከተለያዩ ፍጥረታት ጋር መስተጋብር ሊፈጥሩ ይችላሉ፣ ማይክሮአልጌዎችን ጨምሮ።
ማይክሮአልጌዎች በንፁህ ውሃ እና በባህር ስነ-ምህዳሮች ውስጥ በተፈጥሮ የሚገኙ ጥንታዊ ህዋሳት ሲሆኑ በፎቶሲንተሲስ አማካኝነት የተለያዩ የኬሚካል ውጤቶችን ያመነጫሉ። በዚህም ምክንያት፣ ለውሃ ውስጥ ለሚኖሩ ስነ-ምህዳሮች ወሳኝ ናቸው8,9,10,11,12 ነገር ግን ስሜታዊ፣ ርካሽ እና በስፋት ጥቅም ላይ የሚውሉ የኢኮ-ቶክሲዝም አመልካቾች ናቸው13,14። ማይክሮአልጌዎች ሴሎች ለተለያዩ ውህዶች በፍጥነት ስለሚባዙ እና በፍጥነት ስለሚመልሱ፣ በኦርጋኒክ ንጥረ ነገሮች የተበከለ ውሃ ለማከም ለአካባቢ ተስማሚ የሆኑ ዘዴዎችን ለማዘጋጀት ተስፋ ሰጪ ናቸው።15,16
የአልጋ ሴሎች ባዮሶርፕሽን እና ክምችት አማካኝነት ኦርጋኒክ ያልሆኑ አየኖችን ከውሃ ውስጥ ማስወገድ ይችላሉ። እንደ ክሎሬላ፣ አናባኤና ኢንቫር፣ ዌስቲሎፕሲስ ፕሮሊፋ፣ ስቲጂዮክሎኒየም ቴኑ እና ሲኔቾኮከስ ስፒ ያሉ አንዳንድ የአልጋ ዝርያዎች። እንደ Fe2+፣ Cu2+፣ Zn2+ እና Mn2+19 ያሉ መርዛማ የብረት አየኖችን እንደሚይዝ እና እንደሚመግብ ተገኝቷል። ሌሎች ጥናቶች እንደሚያሳዩት Cu2+፣ Cd2+፣ Ni2+፣ Zn2+ ወይም Pb2+ አየኖች የሴል ሞርፎሎጂን በመቀየር እና ክሎሮፕላስቶቻቸውን በማጥፋት የScenedesmus እድገትን ይገድባሉ20,21።
የኦርጋኒክ ብክለቶችን መበስበስ እና ከባድ የብረት አየኖችን ለማስወገድ የሚረዱ አረንጓዴ ዘዴዎች በዓለም ዙሪያ ያሉ የሳይንስ ሊቃውንትን እና መሐንዲሶችን ትኩረት ስበዋል። ይህ በዋነኝነት የሚከሰተው እነዚህ ብክለቶች በፈሳሽ ደረጃ በቀላሉ ስለሚቀነባበሩ ነው። ሆኖም ግን፣ ኦርጋኒክ ያልሆኑ ክሪስታላይን ብክለቶች ዝቅተኛ የውሃ መሟሟት እና ለተለያዩ ባዮትራንስፎርሜሽን ዝቅተኛ ተጋላጭነት ተለይተው ይታወቃሉ፣ ይህም በማረም ረገድ ትልቅ ችግር ይፈጥራል፣ እና በዚህ አካባቢ ብዙም እድገት አልተደረገም22,23,24,25,26። ስለዚህ፣ ናኖማቴሪያሎችን ለመጠገን ለአካባቢ ተስማሚ መፍትሄዎችን መፈለግ ውስብስብ እና ያልተመረመረ አካባቢ ሆኖ ቀጥሏል። የ2D ናኖማቴሪያሎች ባዮትራንስፎርሜሽን ተፅእኖዎችን በተመለከተ ባለው ከፍተኛ እርግጠኛ አለመሆን ምክንያት፣ በመቀነስ ወቅት የመበላሸታቸው መንገዶችን ለማወቅ ቀላል መንገድ የለም።
በዚህ ጥናት ውስጥ፣ አረንጓዴ ማይክሮአልጌዎችን ለኢንኦርጋኒክ ሴራሚክ ቁሶች እንደ ንቁ የውሃ ባዮሬሚሽን ወኪል ተጠቅመናል፣ እንዲሁም የኤምኤክስኤን የመበላሸት ሂደትን በቦታው መከታተል እንደ ኢንኦርጋኒክ ሴራሚክ ቁሶች ተወካይ ሆኖ ተዳምሮ። “ኤምኤክስኤን” የሚለው ቃል የኤምኤክስኤን+1XnTx ቁስ ስቶይቺዮሜትሪ ያንፀባርቃል፣ M የመጀመሪያ ሽግግር ብረት፣ X ካርቦን እና/ወይም ናይትሮጅን፣ Tx የገጽታ ተርሚናተር ነው (ለምሳሌ፣ -OH፣ -F፣ -Cl)፣ እና n = 1፣ 2፣ 3 ወይም 427.28። MXenes በናጊብ እና ሌሎች ሴንሰሮች፣ የካንሰር ሕክምና እና የሜምብሬን ማጣሪያ 27,29,30 ከተገኘበት ጊዜ ጀምሮ። በተጨማሪም፣ MXenes እጅግ በጣም ጥሩ በሆነ የኮሎይድ መረጋጋት እና ሊኖሩ በሚችሉ ባዮሎጂያዊ ግንኙነቶች ምክንያት እንደ ሞዴል 2D ስርዓቶች ሊቆጠሩ ይችላሉ።31,32,33,34,35,36።
ስለዚህ፣ በዚህ ጽሑፍ ውስጥ የተዘጋጀው ዘዴ እና የምርምር መላምቶቻችን በስእል 1 ላይ ይታያሉ። በዚህ መላምት መሠረት፣ ማይክሮአልጋዎች ከገጽታ ጋር በተያያዙ ፊዚኮ-ኬሚካላዊ ግንኙነቶች ምክንያት በNb ላይ የተመሰረቱ MXenesን ወደ መርዛማ ያልሆኑ ውህዶች ያፈርሳሉ፣ ይህም አልጌውን የበለጠ ማገገም ያስችላል። ይህንን መላምት ለመፈተሽ፣ የመጀመሪያዎቹ የኒዮቢየም-ተኮር የሽግግር ብረት ካርቦይድ እና/ወይም ናይትሬድስ (MXenes) ቤተሰብ ሁለት አባላት ተመርጠዋል፣ እነሱም Nb2CTx እና Nb4C3TX ናቸው።
በአረንጓዴ ማይክሮአልጌ ራፊዶሴሊስ ንዑስ ካፒታል አማካኝነት ለኤምኤክሲን መልሶ ማግኛ የምርምር ዘዴ እና በማስረጃ ላይ የተመሰረቱ መላምቶች። ይህ በማስረጃ ላይ የተመሰረቱ ግምቶችን የሚያሳይ ንድፍ ብቻ መሆኑን ልብ ይበሉ። የሐይቁ አካባቢ ጥቅም ላይ በሚውለው የንጥረ ነገር መካከለኛ እና ሁኔታዎች (ለምሳሌ፣ የቀን ዑደት እና በሚገኙ አስፈላጊ ንጥረ ነገሮች ላይ ያሉ ገደቦች) ይለያያል። በBioRender.com የተፈጠረ።
ስለዚህ፣ MXeneን እንደ ሞዴል ስርዓት በመጠቀም፣ ከሌሎች ባህላዊ ናኖማቴሪያሎች ጋር ሊታዩ የማይችሉ የተለያዩ ባዮሎጂያዊ ተፅእኖዎችን ለማጥናት በር ከፍተናል። በተለይም፣ እንደ ኒዮቢየም ላይ የተመሰረቱ MXenes ያሉ ባለ ሁለት ገጽታ ናኖማቴሪያሎችን በማይክሮአልጌ ራፊዶሴሊስ ንዑስ ካፒታል ባዮማስተካከል እንደሚቻል እናሳያለን። ማይክሮአልጌዎች Nb-MXenesን ወደ መርዛማ ያልሆኑ ኦክሳይድ NbO እና Nb2O5 ማዋረድ ይችላሉ፣ እነዚህም በኒዮቢየም የመምጠጥ ዘዴ በኩል ንጥረ ነገሮችን ይሰጣሉ። በአጠቃላይ፣ ይህ ጥናት ባለ ሁለት ገጽታ ናኖማቴሪያሎችን ባዮማረም ዘዴዎችን የሚቆጣጠሩትን የገጽታ ፊዚኮኬሚካላዊ መስተጋብሮች ጋር የተያያዙ ሂደቶችን በተመለከተ አስፈላጊ መሠረታዊ ጥያቄን ይመልሳል። በተጨማሪም፣ በ2D ናኖማቴሪያሎች ቅርፅ ላይ ስውር ለውጦችን ለመከታተል ቀላል የቅርጽ መለኪያ ላይ የተመሠረተ ዘዴ እያዘጋጀን ነው። ይህ በኦርጋኒክ ክሪስታሊን ናኖማቴሪያሎች የተለያዩ የአካባቢ ተፅእኖዎች ላይ ተጨማሪ የአጭር ጊዜ እና የረጅም ጊዜ ምርምርን ያነሳሳል። ስለዚህ፣ ጥናታችን በቁሳቁስ ወለል እና በባዮሎጂካል ቁስ መካከል ያለውን መስተጋብር ግንዛቤ ይጨምራል። በተጨማሪም በውሃ ጨዋማ ሥነ-ምህዳሮች ላይ ሊኖራቸው ስለሚችለው ተጽእኖ የአጭር እና የረጅም ጊዜ ጥናቶችን መሠረት እያቀረብን ነው፣ ይህም አሁን በቀላሉ ሊረጋገጥ ይችላል።
MXenes ልዩ እና ማራኪ አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት እና በዚህም ምክንያት ብዙ ሊሆኑ የሚችሉ አፕሊኬሽኖችን ያካተቱ አስደሳች የቁሳቁስ ክፍልን ይወክላሉ። እነዚህ ባህሪያት በአብዛኛው በስቶኪዮሜትሪ እና በገጽታ ኬሚስትሪ ላይ የተመሰረቱ ናቸው። ስለዚህ፣ በጥናታችን፣ ሁለት አይነት Nb-based hierarchical single-layer (SL) MXenes፣ Nb2CTx እና Nb4C3TX መርምረናል፣ ምክንያቱም የእነዚህ ናኖማቴሪያሎች የተለያዩ ባዮሎጂያዊ ተፅእኖዎች ሊታዩ ስለሚችሉ። MXenes የሚመነጩት ከመነሻ ቁሳቁሶቻቸው በአቶሚክ ቀጭን MAX-phase A-layers ከላይ ወደ ታች በምርጫ ኢቺንግ በማድረግ ነው። የMAX ምዕራፍ “የተሳሰሩ” የሽግግር ብረት ካርቦይድ ብሎኮች እና እንደ Al፣ Si እና Sn ያሉ ቀጭን “A” ንጥረ ነገሮች ከMnAXn-1 stoichiometry ጋር የተዋቀረ “የተሳሰሩ” የሴራሚክ ንጣፍ ነው። የመጀመሪያው የMAX ምዕራፍ ሞርፎሎጂ የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) በመቃኘት ታይቷል እና ከቀደምት ጥናቶች ጋር የሚጣጣም ነበር (ተጨማሪ መረጃ፣ SI፣ ምስል S1 ይመልከቱ)። ባለብዙ ሽፋን (ML) Nb-MXene የተገኘው በ48% HF (ሃይድሮፍሎሪክ አሲድ) ያለው የአል ንብርብር ከተወገደ በኋላ ነው። የML-Nb2CTx እና የML-Nb4C3TX ሞርፎሎጂ በኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) (ምስል S1c እና S1d በቅደም ተከተል) ተመርምሯል፣ እና ባለ ሁለት ገጽታ ናኖፍሌክስ በተራዘመ ቀዳዳ መሰል ቀዳዳዎች ውስጥ ከሚያልፉ ጋር ተመሳሳይ የሆነ የተለመደ የMXene ሞርፎሎጂ ታይቷል። ሁለቱም Nb-MXenes ቀደም ሲል በአሲድ መቅረጽ ከተዋሃዱት የMXene ደረጃዎች ጋር ብዙ የሚያመሳስላቸው ነገር አላቸው። የMXeneን አወቃቀር ካረጋገጥን በኋላ፣ ቴትራቡቲላሞኒየም ሃይድሮክሳይድ (TBAOH) በመቀላቀል በማጠብ እና በሶኒኬሽን አደረግነው፣ ከዚያ በኋላ ነጠላ-ንብርብር ወይም ዝቅተኛ-ንብርብር (SL) 2D Nb-MXene ናኖፍሌክስ አግኝተናል።
የመቅረጽ እና ተጨማሪ የመላጥ ቅልጥፍናን ለመፈተሽ ከፍተኛ ጥራት ያለው የትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HRTEM) እና የኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) ተጠቅመናል። የተገላቢጦሽ ፈጣን ፎሪየር ትራንስፎርም (IFFT) እና ፈጣን ፎሪየር ትራንስፎርም (FFT) በመጠቀም የተከናወኑ የHRTEM ውጤቶች በምስል 2 ላይ ይታያሉ። የNb-MXene ናኖፍላክስ የአቶሚክ ንብርብር አወቃቀርን ለመፈተሽ እና የኢንተርፕላነር ርቀቶችን ለመለካት ወደ ላይ ተኮር ነበሩ። የMXene Nb2CTx እና Nb4C3TX ናኖፍላክስ የHRTEM ምስሎች በአቶሚክ ቀጭን የንብርብር ተፈጥሮአቸውን አሳይተዋል (ምስል 2a1፣ a2 ይመልከቱ)፣ ቀደም ሲል በናጊብ እና ሌሎች 27 እና ጃስትርዝስቤስካ እና ሌሎች 38 እንደተዘገበው። ለሁለት ተያያዥ Nb2CTx እና Nb4C3Tx ሞኖላይየሮች፣ በቅደም ተከተል የ0.74 እና የ1.54 nm የኢንተርላይየር ርቀቶችን ወስነናል (ምስል 2b1፣b2)፣ ይህም ከቀደሙት ውጤቶቻችን38 ጋር የሚስማማ ነው። ይህ በተገላቢጦሽ ፈጣን የፉሪየር ትራንስፎርም (ምስል 2c1፣ c2) እና በNb2CTx እና Nb4C3Tx ሞኖላይየሮች መካከል ያለውን ርቀት የሚያሳይ ፈጣን የፉሪየር ትራንስፎርም (ምስል 2d1፣ d2) ተረጋግጧል። ምስሉ ከኒዮቢየም እና ከካርቦን አቶሞች ጋር የሚዛመዱ የብርሃን እና የጨለማ ባንዶች ተለዋጭነትን ያሳያል፣ ይህም የተጠኑትን MXenes የተደራረበ ባህሪ ያረጋግጣል። ለNb2CTx እና Nb4C3Tx የተገኘው የኢነርጂ መበታተን ኤክስሬይ ስፔክትሮስኮፒ (EDX) ስፔክትራ (ምስል S2a እና S2b) የመጀመሪያውን የMAX ምዕራፍ ቀሪ ውጤት እንዳላሳየ ልብ ማለት አስፈላጊ ነው፣ ምክንያቱም ምንም የአል ጫፍ አልተገኘም።
የSL Nb2CTx እና Nb4C3Tx MXene ናኖፍላክስ ባህሪያት፣ የሚከተሉትን ጨምሮ (ሀ) ከፍተኛ ጥራት ያለው የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HRTEM) የጎን እይታ 2D ናኖፍላክ ምስል እና ተጓዳኝ፣ (ለ) የጥንካሬ ሁነታ፣ (ሐ) የተገላቢጦሽ ፈጣን የፎሪየር ትራንስፎርም (IFFT)፣ (መ) ፈጣን የፎሪየር ትራንስፎርም (FFT)፣ (ሠ) የNb-MXenes የኤክስሬይ ቅጦች። ለSL 2D Nb2CTx፣ ቁጥሮቹ እንደሚከተለው ይገለፃሉ (a1፣ b1፣ c1፣ d1፣ e1)። ለSL 2D Nb4C3Tx፣ ቁጥሮቹ እንደሚከተለው ይገለፃሉ (a2፣ b2፣ c2፣ d2፣ e1)።
የSL Nb2CTx እና Nb4C3Tx MXenes የኤክስሬይ ዲፍራክሽን መለኪያዎች በቅደም ተከተል በምስል 2e1 እና e2 ላይ ይታያሉ። በ4.31 እና 4.32 ላይ ያሉት ጫፎች (002) ቀደም ሲል ከተገለጹት የተደራረቡ MXenes Nb2CTx እና Nb4C3TX38,39,40,41 በቅደም ተከተል ጋር ይዛመዳሉ። የXRD ውጤቶቹም አንዳንድ የቀሩ የML አወቃቀሮች እና የMAX ደረጃዎች መኖራቸውን ያመለክታሉ፣ ነገር ግን በአብዛኛው ከSL Nb4C3Tx ጋር የተያያዙ የXRD ቅጦች (ምስል 2e2)። የMAX ምዕራፍ ትናንሽ ቅንጣቶች መኖር በዘፈቀደ ከተደራረቡ Nb4C3Tx ንብርብሮች ጋር ሲነጻጸር ጠንካራውን የMAX ጫፍ ሊያብራራ ይችላል።
ተጨማሪ ምርምር የR. subcapitata ዝርያ በሆኑ አረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች ላይ ያተኮረ ነው። ማይክሮአልጌዎችን የመረጥነው በዋና ዋና የምግብ ድርብ ውስጥ የተሳተፉ አስፈላጊ አምራቾች በመሆናቸው ነው። እንዲሁም ወደ ከፍተኛ የምግብ ሰንሰለት የሚሸጋገሩ መርዛማ ንጥረ ነገሮችን የማስወገድ ችሎታ ስላላቸው የመርዛማነት ምርጥ አመልካቾች ናቸው። በተጨማሪም፣ በR. subcapitata ላይ የተደረገው ጥናት SL Nb-MXenes ለተለመዱት የንፁህ ውሃ ረቂቅ ተሕዋስያን መርዛማነት ላይ ብርሃን ሊፈነጥቅ ይችላል። ይህንን ለማሳየት፣ ተመራማሪዎቹ እያንዳንዱ ማይክሮብል በአካባቢው ውስጥ ለሚገኙ መርዛማ ውህዶች የተለየ ስሜታዊነት እንዳለው ገምተዋል። ለአብዛኞቹ ፍጥረታት፣ ዝቅተኛ የንጥረ ነገሮች ክምችት እድገታቸውን አይጎዳውም፣ ከተወሰነ ገደብ በላይ ያለው ክምችት ግን ሊያግዳቸው ወይም ሞት ሊያስከትል ይችላል። ስለዚህ፣ በማይክሮአልጌ እና MXenes መካከል ስላለው የገጽታ መስተጋብር እና ተያያዥ መልሶ ማግኘታችን ላይ ላደረግነው ጥናት፣ የNb-MXenesን ጉዳት የሌላቸውን እና መርዛማ ክምችቶችን ለመፈተሽ ወስነናል። ይህንን ለማድረግ፣ 0 (እንደ ማጣቀሻ)፣ 0.01፣ 0.1 እና 10 ሚ.ግ. ሊትር-1 ኤምኤክስኢን እና በተጨማሪ የተበከሉ ማይክሮአልጌዎችን (100 ሚ.ግ. ሊትር-1 ኤምኤክስኢን) ሞክረናል፣ ይህም ለማንኛውም ባዮሎጂካል አካባቢ እጅግ በጣም ከባድ እና ገዳይ ሊሆን ይችላል።
የSL Nb-MXenes በማይክሮአልጋ ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ በምስል 3 ላይ ይታያል፣ ይህም ለ0 mg l-1 ናሙናዎች የሚለካ የእድገት ማስተዋወቂያ (+) ወይም መከልከል (-) መቶኛ ተደርጎ ተገልጿል። ለማነፃፀር፣ የNb-MAX ደረጃ እና የML Nb-MXenesም ተፈትነዋል እና ውጤቶቹ በSI ውስጥ ይታያሉ (ምስል S3 ይመልከቱ)። የተገኙት ውጤቶች SL Nb-MXenes ከ0.01 እስከ 10 mg/l ባለው ዝቅተኛ ክምችት ክልል ውስጥ ሙሉ በሙሉ መርዛማነት እንደሌለው አረጋግጠዋል፣ በምስል 3a፣b ላይ እንደሚታየው። በNb2CTx ሁኔታ፣ በተጠቀሰው ክልል ውስጥ ከ5% በላይ ኢኮቶክሲዝም አላየንም።
SL (a) Nb2CTx እና (b) Nb4C3TX MXene ባሉበት ጊዜ የማይክሮአልጋ እድገትን ማነቃቃት (+) ወይም መከልከል (-)። ለ24፣ 48 እና ለ72 ሰዓታት የሚቆይ የMXene-ማይክሮአልጋ መስተጋብር ተተነተነ። ጉልህ የሆነ መረጃ (t-test፣ p < 0.05) በኮከብ ምልክት (*) ምልክት ተደርጎበታል። ጉልህ የሆነ መረጃ (t-test፣ p < 0.05) በኮከብ ምልክት (*) ምልክት ተደርጎበታል። Значимые даные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). ጉልህ የሆነ መረጃ (t-test፣ p < 0.05) በኮከብ ምልክት (*) ምልክት ተደርጎበታል።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 ዳንስ (ቲ-ሙከራ, p <0,05) отмечены звездочкой (*). አስፈላጊ መረጃዎች (t-test፣ p < 0.05) በኮከብ ምልክት (*) ምልክት ተደርጎባቸዋል።ቀይ ቀስቶች የእንቅስቃሴ ማነቃቂያ መወገድን ያመለክታሉ።
በሌላ በኩል፣ ዝቅተኛ የNb4C3TX ክምችት በትንሹ የበለጠ መርዛማ ሆኖ ተገኝቷል፣ ነገር ግን ከ7% አይበልጥም። እንደተጠበቀው፣ MXenes በ100mg L-1 ከፍተኛ መርዛማነት እና ማይክሮአልጋ እድገት መከልከል እንዳላቸው አስተውለናል። የሚገርመው ነገር፣ ከMAX ወይም ML ናሙናዎች ጋር ሲነጻጸር ከቁሳቁሶቹ ውስጥ አንዳቸውም ተመሳሳይ አዝማሚያ እና የጊዜ ጥገኛነት የመርዛማ/መርዛማ ተፅእኖዎች አላሳዩም (ለዝርዝሮች SI ይመልከቱ)። ለMAX ደረጃ (ምስል S3 ይመልከቱ) መርዛማነት በግምት 15-25% ደርሶ በጊዜ ሂደት እየጨመረ ሲሄድ፣ የSL Nb2CTx እና Nb4C3TX MXene የተገላቢጦሽ አዝማሚያ ታይቷል። የማይክሮአልጋ እድገት መከልከል በጊዜ ሂደት ቀንሷል። ከ24 ሰዓታት በኋላ በግምት 17% ደርሷል እና ከ72 ሰዓታት በኋላ ከ5% በታች ቀንሷል (ምስል 3a፣ ለ፣ በቅደም ተከተል)።
ከሁሉም በላይ ደግሞ ለSL Nb4C3TX፣ የማይክሮአልጋ እድገት መከልከል ከ24 ሰዓታት በኋላ ወደ 27% ደርሷል፣ ነገር ግን ከ72 ሰዓታት በኋላ ወደ 1% ቀንሷል። ስለዚህ፣ የታየውን ውጤት የማነቃቂያ መከልከል ተገላቢጦሽ ብሎ ሰየምነው፣ እና ለSL Nb4C3TX MXene ያለው ተጽእኖ የበለጠ ጠንካራ ነበር። የማይክሮአልጋ እድገት ማነቃቂያ ከSL Nb2CTx MXene ጋር ሲነጻጸር ቀደም ሲል በNb4C3TX (በ10 mg L-1 መስተጋብር ለ24 ሰዓታት) ታይቷል። የመከልከል-ማነቃቂያ የመመለሻ ውጤት በባዮማስ ድርብ ፍጥነት ኩርባ ውስጥም በጥሩ ሁኔታ ታይቷል (ለዝርዝሮች ምስል S4ን ይመልከቱ)። እስካሁን ድረስ፣ የTi3C2TX MXene ኢኮቶክሲዝም ብቻ በተለያዩ መንገዶች ጥናት ተደርጎበታል። ለዜብራፊሽ ሽሎች44 መርዛማ አይደለም ነገር ግን ለማይክሮአልጋ ዴስሞዴስመስ ኳድሪካውዳ እና ለማርገም ሳቻራትም ተክሎች45 በመጠኑ ኢኮቶክሲካል ነው። ሌሎች የተወሰኑ ውጤቶች ምሳሌዎች ከመደበኛ የሴል መስመሮች ይልቅ ለካንሰር ሴል መስመሮች ከፍተኛ መርዛማነት ያካትታሉ46,47። የፈተና ሁኔታዎች በNb-MXenes ፊት በሚታየው የማይክሮአልጌ እድገት ላይ በሚደረጉ ለውጦች ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድሩ መገመት ይቻላል። ለምሳሌ፣ በክሎሮፕላስት ስትሮማ ውስጥ 8 የሚያህለው ፒኤች የRuBisCO ኢንዛይም ውጤታማ በሆነ መንገድ እንዲሠራ በጣም ጥሩ ነው። ስለዚህ፣ የፒኤች ለውጦች የፎቶሲንተሲስ መጠንን አሉታዊ በሆነ መልኩ ይጎዳሉ48,49። ሆኖም፣ በሙከራው ወቅት በፒኤች ላይ ጉልህ ለውጦችን አላስተዋልንም (ለዝርዝሮች SI፣ ምስል S5ን ይመልከቱ)። በአጠቃላይ፣ ከNb-MXenes ጋር የሚንቀሳቀሱ የማይክሮአልጌዎች ባህሎች ከጊዜ በኋላ የመፍትሄውን ፒኤች በትንሹ ቀንሰዋል። ሆኖም፣ ይህ ቅነሳ ከንፁህ መካከለኛ ፒኤች ለውጥ ጋር ተመሳሳይ ነበር። በተጨማሪም፣ የተገኙት የልዩነቶች ክልል ለንፁህ የማይክሮአልጌ ባህል (የቁጥጥር ናሙና) ከተለካው ጋር ተመሳሳይ ነበር። ስለዚህ፣ ፎቶሲንተሲስ በጊዜ ሂደት በፒኤች ለውጦች አይጎዳም ብለን ደምድመናል።
በተጨማሪም፣ የተቀናጁ MXenes የገጽታ መጨረሻዎች (Tx ተብለው የሚጠሩ) አሏቸው። እነዚህ በዋናነት ተግባራዊ ቡድኖች -O፣ -F እና -OH ናቸው። ሆኖም፣ የገጽታ ኬሚስትሪ በቀጥታ ከውህደት ዘዴ ጋር የተያያዘ ነው። እነዚህ ቡድኖች በዘፈቀደ ወለል ላይ እንደሚከፋፈሉ ይታወቃል፣ ይህም በMXene50 ባህሪያት ላይ ያላቸውን ተጽእኖ ለመተንበይ አስቸጋሪ ያደርገዋል። Tx በብርሃን ኒዮቢየምን ኦክሳይድ ለማድረግ የካታሊቲክ ኃይል ሊሆን ይችላል ብሎ መከራከር ይቻላል። የገጽታ ተግባራዊ ቡድኖች በእርግጥ ለዋና ፎቶካታሊስቶቻቸው ሄትሮጁንክሽንስ51 እንዲፈጥሩ በርካታ የመልህቅ ቦታዎችን ይሰጣሉ። ሆኖም፣ የእድገት መካከለኛ ቅንብር ውጤታማ የፎቶካታሊስት አላቀረበም (ዝርዝር መካከለኛ ቅንብር በSI ሰንጠረዥ S6 ውስጥ ይገኛል)። በተጨማሪም፣ የMXenes ባዮሎጂያዊ እንቅስቃሴ በንብርብር ድህረ-ሂደት፣ ኦክሲዴሽን፣ የኦርጋኒክ እና ኦርጋኒክ ውህዶች የኬሚካል ወለል ማሻሻያ ምክንያት ሊለወጥ ስለሚችል ማንኛውም የገጽታ ማሻሻያ በጣም አስፈላጊ ነው። ስለዚህ፣ ኒዮቢየም ኦክሳይድ በመካከለኛው ውስጥ ካለው የቁሳዊ አለመረጋጋት ጋር ምንም ግንኙነት እንዳለው ለመፈተሽ፣ በማይክሮአልጌ እድገት መካከለኛ እና በተቀነሰ ውሃ ውስጥ ስላለው የዜታ (ζ) አቅም ጥናት አድርገናል (ለማነፃፀር)። ውጤቶቻችን እንደሚያሳዩት SL Nb-MXenes በጣም የተረጋጉ ናቸው (ለMAX እና ML ውጤቶች SI ምስል S6ን ይመልከቱ)። የSL MXenes የዜታ አቅም -10 mV አካባቢ ነው። በSR Nb2CTx ሁኔታ፣ የζ እሴት ከNb4C3Tx በተወሰነ ደረጃ አሉታዊ ነው። በζ እሴት ላይ እንዲህ ያለ ለውጥ አሉታዊ በሆነ መልኩ የተከሰሱ MXene ናኖፍላክስ ወለል ከባህል መካከለኛ አዎንታዊ የተሞሉ አየኖችን እንደሚስብ ሊያመለክት ይችላል። በባህል መካከለኛ ውስጥ የዜታ አቅም እና የNb-MXenes ጊዜያዊ መለኪያዎች (ለተጨማሪ ዝርዝሮች በSI ውስጥ ያሉትን ምስሎች S7 እና S8 ይመልከቱ) መላምታችንን የሚደግፉ ይመስላል።
ይሁን እንጂ ሁለቱም የNb-MXene SLs ከዜሮ አነስተኛ ለውጦችን አሳይተዋል። ይህ በማይክሮአልጌ የእድገት መካከለኛ ውስጥ ያላቸውን መረጋጋት በግልጽ ያሳያል። በተጨማሪም፣ የአረንጓዴ ማይክሮአልጌዎቻችን መኖር በመካከለኛው ውስጥ የNb-MXenes መረጋጋት ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ገምግመናል። ከጊዜ በኋላ ከማይክሮአልጌዎች ጋር በንጥረ ነገር ሚዲያ እና ባህል ውስጥ ከማይክሮአልጌዎች ጋር ከተገናኙ በኋላ የMXenes የzeta እምቅ አቅም እና ኮንዳክሽን ውጤቶች በSI ውስጥ ይገኛሉ (ምስል S9 እና S10)። የሚገርመው፣ የማይክሮአልጌዎች መኖር የሁለቱንም MXenes ስርጭት የሚያረጋጋ መስሎ እንደታየ አስተውለናል። በNb2CTx SL ሁኔታ፣ የzeta እምቅ ከጊዜ ወደ ጊዜ በትንሹ ወደ ተጨማሪ አሉታዊ እሴቶች (-15.8 ከ -19.1 mV ከ 72 ሰዓታት በኋላ ከተቀነባበረ በኋላ) ቀንሷል። የSL Nb4C3TX የzeta እምቅ አቅም በትንሹ ጨምሯል፣ ነገር ግን ከ72 ሰዓታት በኋላ ማይክሮአልጌዎች ሳይኖሩ ከናኖፍሌክስ የበለጠ መረጋጋት አሳይቷል (-18.1 ከ -9.1 mV)።
እንዲሁም ማይክሮአልጌዎች ባሉበት ወቅት የNb-MXene መፍትሄዎች ዝቅተኛ የመተላለፊያ አቅም (conductivity) አግኝተናል፣ ይህም በንጥረ ነገር መካከለኛ ውስጥ ዝቅተኛ መጠን ያላቸው አዮኖችን ያሳያል። በተለይም በውሃ ውስጥ የMXenes አለመረጋጋት በዋናነት የሚከሰተው በወለል ኦክሳይድ ምክንያት ነው57። ስለዚህ፣ አረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች በNb-MXene ወለል ላይ የተፈጠሩትን ኦክሳይድ በሆነ መንገድ እንዳጸዱ እና መከሰትን እንኳን እንዳስወገዱ እንገምታለን (የMXene ኦክሳይድ)። ይህ በማይክሮአልጌዎች የሚዋጡ የንጥረ ነገሮችን ዓይነቶች በማጥናት ሊታይ ይችላል።
የኢኮቶክሲኮሎጂካል ጥናቶቻችን ማይክሮአልጋዎች በጊዜ ሂደት የNb-MXenes መርዛማነት እና ያልተለመደ የተነቃቃ እድገትን መከልከልን ማሸነፍ እንደቻሉ ቢያመለክቱም፣ የጥናታችን ዓላማ ሊሆኑ የሚችሉ የድርጊት ዘዴዎችን መመርመር ነበር። እንደ አልጌ ያሉ ህዋሳት ለሥነ-ምህዳራቸው ለማያውቋቸው ውህዶች ወይም ቁሳቁሶች ሲጋለጡ፣ በተለያዩ መንገዶች ምላሽ ሊሰጡ ይችላሉ58,59። መርዛማ የብረት ኦክሳይድ በሌለበት፣ ማይክሮአልጋዎች እራሳቸውን መመገብ ይችላሉ፣ ይህም ያለማቋረጥ እንዲያድጉ ያስችላቸዋል60። መርዛማ ንጥረ ነገሮችን ከተመገቡ በኋላ፣ እንደ ቅርፅ ወይም ቅርፅ መለወጥ ያሉ የመከላከያ ዘዴዎች ሊነቃቁ ይችላሉ። የመምጠጥ እድሉም ግምት ውስጥ መግባት አለበት58,59። በተለይም፣ የመከላከያ ዘዴ ማንኛውም ምልክት የሙከራ ውህዱን መርዛማነት ግልጽ አመላካች ነው። ስለዚህ፣ በተጨማሪ ስራችን፣ በSEM በSL Nb-MXene ናኖፍላክስ እና ማይክሮአልጋዎች መካከል ያለውን የገጽታ መስተጋብር እና በኤክስሬይ ፍሎረሰንስ ስፔክትሮስኮፒ (XRF) የNb-based MXeneን የመምጠጥ እድል መርምረናል። የSEM እና XRF ትንታኔዎች የተከናወኑት በከፍተኛው የMXene ክምችት ብቻ ​​እንደሆነ ልብ ይበሉ።
የSEM ውጤቶቹ በምስል 4 ላይ ይታያሉ። ያልታከሙ ማይክሮአልጌ ሴሎች (ምስል 4a፣ የማጣቀሻ ናሙና ይመልከቱ) የተለመዱ የR. ንዑስ ካፒታል ሞርፎሎጂ እና የክሮሳንት መሰል የሴል ቅርፅን በግልጽ አሳይተዋል። ሴሎች ጠፍጣፋ እና በተወሰነ ደረጃ ያልተደራረቡ ሆነው ይታያሉ። አንዳንድ ማይክሮአልጌ ሴሎች እርስ በእርሳቸው ተደራርበው እርስ በእርሳቸው ተጠላልፈዋል፣ ነገር ግን ይህ ምናልባት የናሙና ዝግጅት ሂደት ምክንያት ሊሆን ይችላል። በአጠቃላይ፣ ንፁህ ማይክሮአልጌ ሴሎች ለስላሳ ወለል ነበራቸው እና ምንም አይነት የሞርፎሎጂ ለውጦችን አላሳዩም።
ከፍተኛ ክምችት (100 ሚ.ግ. L-1) ላይ ከተደረገው መስተጋብር በኋላ ለ72 ሰዓታት በአረንጓዴ ማይክሮአልጌ እና በMXene ናኖሼቶች መካከል ያለውን የገጽታ መስተጋብር የሚያሳዩ የSEM ምስሎች። (ሀ) ከSL ጋር ከተገናኙ በኋላ ያልታከሙ አረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች (ለ) Nb2CTx እና (ሐ) Nb4C3TX MXenes። የNb-MXene ናኖፍላክስ በቀይ ቀስቶች ምልክት እንደተደረገባቸው ልብ ይበሉ። ለማነፃፀር፣ ከኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ የተወሰዱ ፎቶግራፎችም ተጨምረዋል።
በአንጻሩ፣ በSL Nb-MXene ናኖፍላክስ የተዋጡ ማይክሮአልጌ ሴሎች ተጎድተዋል (ምስል 4b፣ c፣ ቀይ ቀስቶችን ይመልከቱ)። በNb2CTx MXene (ምስል 4b) ሁኔታ፣ ማይክሮአልጌዎች በተያያዙ ባለ ሁለት-ልኬት ናኖስካሎች ያድጋሉ፣ ይህም ሞርፎሎጂያቸውን ሊለውጥ ይችላል። በተለይም፣ እነዚህን ለውጦች በብርሃን ማይክሮስኮፒ ስር ተመልክተናል (ለዝርዝሮች SI ምስል S11ን ይመልከቱ)። ይህ የሞርፎሎጂ ሽግግር በማይክሮአልጌዎች ፊዚዮሎጂ እና የሴል መጠን 61 በመጨመር እራሳቸውን የመከላከል ችሎታቸው ላይ አሳማኝ መሠረት አለው። ስለዚህ፣ ከNb-MXenes ጋር በትክክል የሚገናኙትን የማይክሮአልጌ ሴሎች ብዛት ማረጋገጥ አስፈላጊ ነው። የSEM ጥናቶች እንደሚያሳዩት በግምት 52% የሚሆኑት የማይክሮአልጌ ሴሎች ለNb-MXenes ተጋልጠዋል፣ ከእነዚህ ማይክሮአልጌዎች 48% የሚሆኑት ግን ንክኪ አስወግደዋል። ለSL Nb4C3Tx MXene፣ ማይክሮአልጋዎች ከMXene ጋር ንክኪን ለማስወገድ ይሞክራሉ፣ በዚህም ምክንያት ከባለ ሁለት ገጽታ ናኖስኬሎች አካባቢያዊ ሆነው እና እያደጉ ይሄዳሉ (ምስል 4ሐ)። ሆኖም፣ ናኖስኬሎች ወደ ማይክሮአልጋ ሴሎች ዘልቀው መግባታቸውን እና ጉዳታቸውን አላስተዋልንም።
ራስን መጠበቅ በሴል ወለል ላይ ባሉ ቅንጣቶች መምጠጥ እና ጥላ (ጥላ) ውጤት62 በሚባለው ምክንያት ለፎቶሲንተሲስ መዘጋት በጊዜ ላይ የተመሰረተ የምላሽ ባህሪ ነው። በማይክሮአልጌ እና በብርሃን ምንጭ መካከል ያለው እያንዳንዱ ነገር (ለምሳሌ፣ Nb-MXene ናኖፍላክስ) በክሎሮፕላስትስ የሚወሰደውን የብርሃን መጠን እንደሚገድብ ግልጽ ነው። ሆኖም፣ ይህ በተገኙት ውጤቶች ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ምንም ጥርጥር የለንም። በማይክሮስኮፒክ ምልከታዎቻችን እንደሚታየው፣ የማይክሮአልጌ ሴሎች ከNb-MXenes ጋር ቢገናኙም እንኳ 2D ናኖፍላክስ ሙሉ በሙሉ ከማይክሮአልጌው ወለል ጋር አልተጣበቁም ወይም አልተጣበቁም። በምትኩ፣ ናኖፍላክስ ንጣፋቸውን ሳይሸፍኑ ወደ ማይክሮአልጌ ሴሎች ያነጣጠሩ ሆነው ታዩ። እንዲህ ዓይነቱ የናኖፍላክስ/ማይክሮአልጌ ስብስብ በማይክሮአልጌ ሴሎች የሚወሰደውን የብርሃን መጠን በእጅጉ ሊገድብ አይችልም። ከዚህም በላይ፣ አንዳንድ ጥናቶች ባለ ሁለት ገጽታ ናኖማቴሪያሎች63,64,65,66 ባሉበት ጊዜ ፎቶሲንተቲክ ህዋሳት በብርሃን መምጠጥ ረገድ መሻሻል አሳይተዋል።
የSEM ምስሎች በማይክሮአልጌ ሴሎች የኒዮቢየምን መሳብ በቀጥታ ማረጋገጥ ስላልቻሉ፣ ተጨማሪ ጥናታችን ይህንን ጉዳይ ለማብራራት ወደ ኤክስሬይ ፍሎረሰንስ (XRF) እና የኤክስሬይ ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ (XPS) ትንተና ዞሯል። ስለዚህ፣ ከኤምኤክስኤኖች ጋር ያልተገናኙ የማጣቀሻ ማይክሮአልጌ ናሙናዎች የNb ጫፎች ጥንካሬ፣ ከማይክሮአልጌ ሴሎች ወለል የተነጠሉ የኤምኤክስኤኖች ናኖፍላክስ እና ከተያያዙ MXenes ከተወገዱ በኋላ የማይክሮአልጌ ሴሎች ጥንካሬን አነጻጽረናል። የNb መወሰድ ከሌለ፣ በማይክሮአልጌ ሴሎች የተገኘው የNb እሴት የተያያዙት ናኖስካሎች ከተወገዱ በኋላ ዜሮ መሆን እንዳለበት ልብ ሊባል ይገባል። ስለዚህ፣ የNb መወሰድ ከተከሰተ፣ ሁለቱም XRF እና XPS ውጤቶች ግልጽ የሆነ የNb ጫፍ ማሳየት አለባቸው።
በXRF ስፔክትራ ሁኔታ፣ የማይክሮአልጌ ናሙናዎች ከSL Nb2CTx እና Nb4C3Tx MXene ጋር ከተገናኙ በኋላ ለSL Nb2CTx እና Nb4C3Tx MXene የNb ጫፎችን አሳይተዋል (ምስል 5aን ይመልከቱ፣ እንዲሁም የMAX እና ML MXenes ውጤቶች በSI፣ ምስል S12–C17 ላይ እንደሚታዩ ልብ ይበሉ)። የሚገርመው፣ የNb ጫፍ ጥንካሬ በሁለቱም ሁኔታዎች ተመሳሳይ ነው (ምስል 5a ላይ ቀይ አሞሌዎች)። ይህ አልጌው ተጨማሪ Nb መምጠጥ እንደማይችል እና በሴሎች ውስጥ የNb ክምችት ከፍተኛው አቅም ተገኝቷል፣ ምንም እንኳን ሁለት እጥፍ ተጨማሪ Nb4C3Tx MXene ከማይክሮአልጌ ሴሎች ጋር ቢጣበቅም (ምስል 5a ላይ ሰማያዊ አሞሌዎች)። በተለይም የማይክሮአልጌዎች ብረቶችን የመምጠጥ ችሎታ በአካባቢው ውስጥ ባለው የብረት ኦክሳይድ ክምችት ላይ የተመሰረተ ነው67,68። ሻምሻዳ እና ሌሎች 67 የንፁህ ውሃ አልጌ የመምጠጥ አቅም እየጨመረ በፒኤች እንደሚቀንስ አረጋግጠዋል። ራይዝ እና ሌሎች 68 የባህር ውስጥ የባህር ውስጥ ዝርያዎች ብረቶችን የመምጠጥ ችሎታ ከኒ2+ ይልቅ ለPb2+ በ25% ከፍ ያለ መሆኑን ጠቁመዋል።
(ሀ) ለ72 ሰዓታት በከፍተኛ የSL Nb-MXenes ክምችት (100 ሚ.ግ L-1) የተተከሉ አረንጓዴ ማይክሮአልጌ ሴሎች የመሠረታዊ Nb መምጠጥ የXRF ውጤቶች። ውጤቶቹ በንጹህ ማይክሮአልጌ ሴሎች (የቁጥጥር ናሙና፣ ግራጫ አምዶች)፣ ከገጽታ ማይክሮአልጌ ሴሎች (ሰማያዊ አምዶች) የተገለሉ 2D ናኖፍሌኮች እና 2D ናኖፍሌኮች ከገጽታ (ቀይ አምዶች) ከተለዩ በኋላ ማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ የሚገኙ የማይክሮአልጌ ኦርጋኒክ ክፍሎች (C=O እና CHx/C–O) እና Nb ኦክሳይድ የኬሚካል ስብጥር መቶኛ መጠን፣ (c–e) በማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ የተከማቸውን የXPS SL Nb2CTx ስፔክትራ እና (fh) SL Nb4C3Tx MXene ውህደት ጫፍ መገጣጠም።
ስለዚህ፣ Nb በአልጋ ሴሎች በኦክሳይድ መልክ ሊዋጥ እንደሚችል ጠብቀን ነበር። ይህንን ለመፈተሽ፣ በMXenes Nb2CTx እና Nb4C3TX እና በአልጋ ሴሎች ላይ የXPS ጥናቶችን አድርገናል። የማይክሮአልጋ ከአልጋ ሴሎች ተለይተው ከNb-MXenes እና MXenes ጋር ያላቸው መስተጋብር ውጤቶች በምስል 5b ላይ ይታያሉ። እንደተጠበቀው፣ MXeneን ከማይክሮአልጋ ወለል ላይ ካስወገዱ በኋላ በማይክሮአልጋ ናሙናዎች ውስጥ የNb 3d ጫፎችን አግኝተናል። የC=O፣ CHx/CO እና Nb ኦክሳይድ መጠናዊ ውሳኔ የተሰላው ከተቀቡ ማይክሮአልጋዎች (ምስል 5c–e) እና Nb4C3Tx SL (ምስል 5c–e) ጋር በተገኘው Nb 3d፣ O1s እና C1s ስፔክትራ ላይ በመመስረት ነው። ምስል 5f–h) MXenes። ሰንጠረዥ S1-3 ከመገጣጠሙ የሚመጣውን የፒክ መለኪያዎች ዝርዝር እና አጠቃላይ ኬሚስትሪ ያሳያል። የNb2CTx SL እና Nb4C3Tx SL (ምስል 5c፣ f) የNb 3d ክልሎች ከአንድ የNb2O5 አካል ጋር እንደሚዛመዱ ልብ ሊባል የሚገባው ነው። እዚህ ላይ፣ በስፔክትራው ውስጥ ምንም አይነት ከMXene ጋር የተያያዙ ጫፎች አላገኘንም፣ ይህም ማይክሮአልጌ ሴሎች የNbን ኦክሳይድ ቅርፅ ብቻ እንደሚወስዱ ያሳያል። በተጨማሪም፣ የC 1 s ስፔክትረምን ከC–C፣ CHx/C–O፣ C=O፣ እና –COOH ክፍሎች ጋር በግምት አቅርበናል። CHx/C–O እና C=O ጫፎቹን ለማይክሮአልጌ ሴሎች ኦርጋኒክ አስተዋጽኦ መድበናል። እነዚህ ኦርጋኒክ ክፍሎች በቅደም ተከተል በNb2CTx SL እና Nb4C3TX SL ውስጥ ካሉት የC 1s ጫፎች 36% እና 41% ይይዛሉ። ከዚያም የSL Nb2CTx እና SL Nb4C3TX የO 1s ስፔክትራ ከNb2O5፣ የማይክሮአልጌ (CHx/CO) ኦርጋኒክ ክፍሎች እና በውሃ ውስጥ ከተዋጠ ውሃ ጋር አስተካክለናል።
በመጨረሻም፣ የXPS ውጤቶቹ የNb ቅርፅን በግልጽ አሳይተዋል፣ መገኘቱን ብቻ አይደለም። በNb 3d ምልክት አቀማመጥ እና በዲኮንቮሉሽን ውጤቶች መሠረት፣ Nb የሚዋጠው በኦክሳይድ መልክ ብቻ እንጂ በአዮኖች ወይም በMXene ራሱ እንዳልሆነ እናረጋግጣለን። በተጨማሪም፣ የXPS ውጤቶች እንደሚያሳዩት ማይክሮአልጌ ሴሎች ከSL Nb4C3TX MXene ጋር ሲነፃፀሩ ከSL Nb2CTx የNb ኦክሳይድን የመውሰድ ከፍተኛ ችሎታ አላቸው።
የNb ቅበላ ውጤቶቻችን አስደናቂ እና የMXene መበላሸትን ለመለየት የሚያስችለን ቢሆንም፣ በ2D ናኖፍላክስ ውስጥ ተያያዥ የሞርፎሎጂ ለውጦችን ለመከታተል የሚያስችል ዘዴ የለም። ስለዚህ፣ በ2D Nb-MXene ናኖፍላክስ እና በማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ ለሚከሰቱ ማናቸውም ለውጦች በቀጥታ ምላሽ የሚሰጥ ተስማሚ ዘዴ ለማዘጋጀት ወስነናል። እርስ በርስ የሚገናኙት ዝርያዎች ማንኛውንም ለውጥ፣ መበስበስ ወይም መበታተን ካጋጠማቸው፣ ይህ እንደ ተመጣጣኝ ክብ ስፋት ዲያሜትር፣ ክብነት፣ የFeret ስፋት ወይም የFeret ርዝመት ባሉ የቅርጽ መለኪያዎች ላይ እንደ ለውጦች በፍጥነት መታየት እንዳለበት እንደምናስብ ልብ ማለት ያስፈልጋል። እነዚህ መለኪያዎች የተራዘሙ ቅንጣቶችን ወይም ባለ ሁለት ገጽታ ናኖፍላክስን ለመግለጽ ተስማሚ ስለሆኑ፣ በተለዋዋጭ ቅንጣት ቅርፅ ትንተና መከታተላቸው በመቀነስ ወቅት የSL Nb-MXene ናኖፍላክስን የሞርፎሎጂ ለውጥ ጠቃሚ መረጃ ይሰጠናል።
የተገኙት ውጤቶች በስእል 6 ላይ ይታያሉ። ለማነፃፀር፣ የመጀመሪያውን የMAX ምዕራፍ እና የML-MXeneዎችን ሞክረናል (SI አሃዞች S18 እና S19ን ይመልከቱ)። የቅንጣት ቅርፅ ተለዋዋጭ ትንተና እንደሚያሳየው የሁለት Nb-MXene SLዎች የቅርጽ መለኪያዎች ከማይክሮአልጌ ጋር ከተገናኙ በኋላ በከፍተኛ ሁኔታ ተለውጠዋል። በተመጣጣኝ ክብ ቅርጽ ያለው ዲያሜትር መለኪያ (ምስል 6a፣ ለ) እንደሚታየው፣ የትላልቅ ናኖፍሌኮች ክፍልፋይ የጫፍ ጥንካሬ መቀነስ ወደ ትናንሽ ቁርጥራጮች የመበስበስ አዝማሚያ እንዳላቸው ያሳያል። በስእል 6c ላይ፣ d ከፍላኮች ተሻጋሪ መጠን (የናኖፍሌኮች ማራዘም) ጋር የተያያዙ ጫፎች መቀነስ ያሳያል፣ ይህም የ2D ናኖፍሌኮችን ወደ ቅንጣት መሰል ቅርፅ መለወጥን ያሳያል። ስእል 6e-h በቅደም ተከተል የፌሬትን ስፋት እና ርዝመት ያሳያል። የፌሬት ስፋት እና ርዝመት ተጓዳኝ መለኪያዎች ናቸው እና ስለዚህ አንድ ላይ መታየት አለባቸው። ማይክሮአልጌዎች ባሉበት የ2D Nb-MXene ናኖፍሌኮች ከተቀቡ በኋላ፣ የፌሬት ትስስራቸው ጫፎች ተለውጠዋል እና መጠናቸው ቀንሷል። በእነዚህ ውጤቶች ላይ ተመስርተን ከሞርፎሎጂ፣ XRF እና XPS ጋር በማጣመር፣ የተስተዋሉት ለውጦች ከኦክሳይድ ጋር በጥብቅ የተያያዙ ናቸው ብለን ደምድመናል ምክንያቱም ኦክሳይድ የተደረገባቸው MXenes የበለጠ እየተሸበሸቡ እና ወደ ቁርጥራጮች እና ሉላዊ ኦክሳይድ ቅንጣቶች ይከፋፈላሉ69,70።
ከአረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች ጋር መስተጋብር ከተፈጠረ በኋላ የMXene ለውጥ ትንተና። ተለዋዋጭ የቅንጣት ቅርፅ ትንተና እንደ (a, b) የእኩል ክብ ስፋት ዲያሜትር፣ (c, d) ክብነት፣ (e, f) የFeret ስፋት እና (g, h) የFeret ርዝመት ያሉ መለኪያዎችን ግምት ውስጥ ያስገባል። ለዚህም፣ ሁለት የማጣቀሻ ማይክሮአልጌ ናሙናዎች ከዋናው SL Nb2CTx እና SL Nb4C3Tx MXenes፣ የተበላሹ ማይክሮአልጌዎች እና የታከሙ ማይክሮአልጌዎች SL Nb2CTx እና SL Nb4C3Tx MXenes ጋር አብረው ተተነተኑ። ቀይ ቀስቶቹ የተጠኑት ባለ ሁለት ገጽታ ናኖፍላክስ የቅርጽ መለኪያዎችን ሽግግሮች ያሳያሉ።
የቅርጽ መለኪያ ትንተና በጣም አስተማማኝ ስለሆነ፣ በማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ የሞርፎሎጂ ለውጦችንም ሊያሳይ ይችላል። ስለዚህ፣ ከ2D Nb ናኖፍላክስ ጋር ከተገናኙ በኋላ የንፁህ ማይክሮአልጌ ሴሎች እና ሴሎች ተመጣጣኝ ክብ ስፋት ዲያሜትር፣ ክብነት እና የፌሬት ስፋት/ርዝመት ተንትነናል። በምስል 6a–h ላይ በአልጌ ሴሎች የቅርጽ መለኪያዎች ላይ ለውጦችን ያሳያሉ፣ ይህም በከፍተኛ ጥንካሬ መቀነስ እና ወደ ከፍተኛ እሴቶች መለዋወጥ ታይቷል። በተለይም፣ የሴል ክብነት መለኪያዎች የተራዘሙ ሴሎች መቀነስ እና የሉላዊ ሴሎች መጨመር አሳይተዋል (ምስል 6a፣ ለ)። በተጨማሪም፣ ከSL Nb2CTx MXene (ምስል 6e) ጋር ከSL Nb4C3TX MXene ጋር ከተገናኙ በኋላ የፌሬት ሴል ስፋት በበርካታ ማይክሮሜትሮች ጨምሯል (ምስል 6f)። ይህ ከNb2CTx SR ጋር ሲገናኙ በማይክሮአልጌዎች የNb ኦክሳይድ ጠንካራ መምጠጥ ምክንያት ሊሆን እንደሚችል እንገምታለን። የNb ፍሌክስ ከገጻቸው ጋር እምብዛም ግትር አለመሆን የሴል እድገትን በትንሹ የጥላ ውጤት ሊያስከትል ይችላል።
የማይክሮአልጌ ቅርፅ እና መጠን መለኪያዎች ላይ የተደረጉ ለውጦችን የምናስተውላቸው ምልከታዎች ሌሎች ጥናቶችን ያሟላሉ። አረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች የሕዋስ መጠንን፣ ቅርፅን ወይም ሜታቦሊዝምን በመቀየር ለአካባቢ ውጥረት ምላሽ ለመስጠት ሞርፎሎጂያቸውን ሊቀይሩ ይችላሉ። ለምሳሌ፣ የሕዋሶችን መጠን መቀየር የንጥረ ነገሮችን መምጠጥ ያመቻቻል71። ትናንሽ የአልጌ ሴሎች ዝቅተኛ የንጥረ ነገር ቅበላ እና የእድገት መጠን ይጎዳሉ። በተቃራኒው፣ ትላልቅ ሴሎች ተጨማሪ ንጥረ ነገሮችን የመመገብ ዝንባሌ አላቸው፣ ከዚያም በሴሉላር ውስጥ ይቀመጣሉ72,73። ማቻዶ እና ሶሬስ ፈንገስ የሚያመነጨው ትሪክሎሳን የሕዋስ መጠንን ሊጨምር እንደሚችል አረጋግጠዋል። እንዲሁም በአልጌው ቅርፅ ላይ ጥልቅ ለውጦችን አግኝተዋል74። በተጨማሪም፣ ዪን እና ሌሎች.9 እንዲሁም ለተቀነሰ የግራፊን ኦክሳይድ ናኖኮምፖዚት ከተጋለጡ በኋላ በአልጌዎች ላይ የሞርፎሎጂ ለውጦችን አሳይተዋል። ስለዚህ፣ የማይክሮአልጌዎች የተለወጠው የመጠን/ቅርጽ መለኪያዎች በኤምኤክስኢን መኖር ምክንያት እንደሆነ ግልጽ ነው። ይህ በመጠን እና ቅርፅ ላይ ያለው ለውጥ በንጥረ ነገር ቅበላ ላይ ለውጦችን የሚያመለክት ስለሆነ፣ የመጠን እና የቅርጽ መለኪያዎች ትንተና በጊዜ ሂደት በኤንቢ-ኤምኤክስኢንስ ፊት በማይክሮአልጌዎች የኒዮቢየም ኦክሳይድን መውሰድ ሊያሳይ እንደሚችል እናምናለን።
ከዚህም በላይ፣ MXenes አልጌዎች ባሉበት ሁኔታ ኦክሳይድ ሊደረግባቸው ይችላል። ዳላይ እና ሌሎች 75 ለናኖ-ቲኦ2 እና ለአል2ኦ376 የተጋለጡ አረንጓዴ አልጌዎች ሞርፎሎጂ አንድ አይነት እንዳልሆነ አስተውለዋል። የእኛ ምልከታዎች ከአሁኑ ጥናት ጋር ተመሳሳይ ቢሆኑም፣ የMXene መበላሸት ውጤቶችን በተመለከተ በ2D ናኖፍሌክስ ፊት እንጂ ናኖፓርቲክሎች ሳይሆኑ ባዮሬሚዴሽን ላይ ስለሚኖረው ተጽእኖ ጥናት ብቻ ነው የሚመለከተው። MXenes ወደ ብረት ኦክሳይድ ሊሸጋገሩ ስለሚችሉ፣ 31,32,77,78 የእኛ Nb ናኖፍሌክስ ከማይክሮአልጌ ሴሎች ጋር ከተገናኙ በኋላ Nb ኦክሳይድ ሊፈጥሩ እንደሚችሉ መገመት ምክንያታዊ ነው።
የ2D-Nb ናኖፍላክስን በኦክሳይድ ሂደት ላይ ተመስርቶ በመበታተን ዘዴ አማካኝነት መቀነስን ለማብራራት፣ ከፍተኛ ጥራት ያለው የትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HRTEM) (ምስል 7a፣b) እና የኤክስሬይ ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ (XPS) (ምስል 7) በመጠቀም ጥናቶችን አካሂደናል። 7c-i እና ሰንጠረዦች S4-5)። ሁለቱም አቀራረቦች የ2D ቁሳቁሶችን ኦክሳይድ ለማጥናት እና እርስ በእርስ ለመደጋገፍ ተስማሚ ናቸው። HRTEM የሁለት-ልኬት ንብርብር መዋቅሮችን መበላሸት እና የብረት ኦክሳይድ ናኖፓርቲክሎችን ቀጣይ ገጽታ መተንተን ይችላል፣ XPS ደግሞ ለገጽታ ትስስር ስሜታዊ ነው። ለዚህ ዓላማ፣ ከማይክሮአልጌ ሴል ስርጭቶች የተወሰዱ 2D Nb-MXene ናኖፍላክስን ሞክረናል፣ ማለትም ከማይክሮአልጌ ሴሎች ጋር ከተገናኙ በኋላ ቅርጻቸውን (ምስል 7 ይመልከቱ)።
የኦክሳይድ የተደረገባቸውን ሞርፎሎጂ የሚያሳዩ የኤችአርቲኤም ምስሎች (ሀ) SL Nb2CTx እና (ለ) SL Nb4C3Tx MXenes፣ የXPS ትንተና ውጤቶች (ሐ) ከተቀነሰ በኋላ የኦክሳይድ ምርቶች ስብጥር፣ (d–f) የSL Nb2CTx የXPS ስፔክትራ ክፍሎች ከፍተኛ ማመሳሰል እና (g–i) Nb4C3Tx SL በአረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች የታደሰ።
የኤችአርቲኤም ጥናቶች የሁለት አይነት የNb-MXene ናኖፍላክስ ኦክሲዴሽን አረጋግጠዋል። ናኖፍላክስ በተወሰነ ደረጃ ባለ ሁለት ገጽታ ሞርፎሎጂያቸውን ቢይዙም፣ ኦክሳይድ የMXene ናኖፍላክስን ገጽ የሚሸፍኑ ብዙ ናኖፓርቲክሎች እንዲታዩ አድርጓል (ምስል 7a፣b ይመልከቱ)። የc Nb 3d እና O1s ምልክቶች XPS ትንተና እንደሚያሳየው የNb ኦክሳይድ በሁለቱም ሁኔታዎች መፈጠራቸውን አሳይቷል። በምስል 7c ላይ እንደሚታየው፣ 2D MXene Nb2CTx እና Nb4C3TX የNbO እና Nb2O5 ኦክሳይድ መኖርን የሚያመለክቱ የNb 3d ምልክቶች አሏቸው፣ የO1s ምልክቶች ደግሞ የ2D ናኖፍላክ ወለል ተግባራዊነት ጋር የተያያዙ የO-Nb ቦንዶችን ብዛት ያመለክታሉ። የNb ኦክሳይድ አስተዋጽኦ ከNb-C እና Nb3+-O ጋር ሲነጻጸር የበላይ መሆኑን አስተውለናል።
በምስል 7g–i ላይ ያሉት ምስሎች የNb 3d፣ C 1s እና O 1s SL Nb2CTx (ምስል 7d–f ይመልከቱ) እና የSL Nb4C3TX MXene ከማይክሮአልጌ ሴሎች የተለዩ የXPS ስፔክትራ ያሳያሉ። የNb-MXenes ጫፍ መለኪያዎች ዝርዝሮች በቅደም ተከተል በሰንጠረዦች S4–5 ውስጥ ቀርበዋል። የNb 3d ቅንብርን በመጀመሪያ ተንትነናል። በማይክሮአልጌ ሴሎች ከተዋጠው Nb በተቃራኒ፣ ከማይክሮአልጌ ሴሎች በተናጠል በMXene ውስጥ፣ ከNb2O5 በስተቀር፣ ሌሎች ክፍሎች ተገኝተዋል። በNb2CTx SL ውስጥ፣ የNb3+-O አስተዋፅዖ በ15% መጠን ተመልክተናል፣ የተቀረው የNb 3d ስፔክትረም ደግሞ በNb2O5 (85%) የበላይነት ነበረው። በተጨማሪም፣ የSL Nb4C3TX ናሙና የNb-C (9%) እና Nb2O5 (91%) ክፍሎችን ይዟል። እዚህ Nb-C የሚመጣው በNb4C3Tx SR ውስጥ ካሉ ሁለት ውስጣዊ የአቶሚክ የብረት ካርቦይድ ንብርብሮች ነው። ከዚያም በውስጣዊ ናሙናዎች እንዳደረግነው ሁሉ የC1s ስፔክትራውን ወደ አራት የተለያዩ ክፍሎች እናስተካክላለን። እንደተጠበቀው፣ የC1s ስፔክትረም በግራፊክ ካርቦን የሚመራ ሲሆን ከዚያም ከማይክሮአልጌ ሴሎች የተገኙ ኦርጋኒክ ቅንጣቶች (CHx/CO እና C=O) አስተዋጽኦዎች ይከተላሉ። በተጨማሪም፣ በO1s ስፔክትረም ውስጥ፣ የማይክሮአልጌ ሴሎች፣ የኒዮቢየም ኦክሳይድ እና የተቀላቀለ ውሃ ኦርጋኒክ ቅርጾችን አስተዋፅዖ ተመልክተናል።
በተጨማሪም፣ የNb-MXenes መቆራረጥ በንጥረ ነገር መካከለኛ እና/ወይም በማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ ከሚከሰቱት ምላሽ ሰጪ የኦክስጅን ዝርያዎች (ROS) መኖር ጋር የተያያዘ መሆኑን መርምረናል። ለዚህም ሲባል፣ በማይክሮአልጌ ውስጥ እንደ አንቲኦክሲደንት ሆኖ የሚያገለግል ቲዮል ባለው የባህል መካከለኛ እና በውስጠኛው ግሉታቲዮን ውስጥ ያለውን የነጠላ ኦክስጅን (1O2) መጠን ገምግመናል። ውጤቶቹ በSI ውስጥ ይታያሉ (ምስል S20 እና S21)። SL Nb2CTx እና Nb4C3TX MXenes ያላቸው ባህሎች በ1O2 መጠን በተቀነሰ መጠን ተለይተው ይታወቃሉ (ምስል S20 ይመልከቱ)። በSL Nb2CTx ሁኔታ፣ MXene 1O2 ወደ 83% ቀንሷል። SLን ለሚጠቀሙ የማይክሮአልጌ ባህሎች፣ Nb4C3TX 1O2 የበለጠ ቀንሷል፣ ወደ 73%። የሚገርመው ነገር፣ በ1O2 ውስጥ የተደረጉ ለውጦች ቀደም ሲል ከታየው የመከላከል-ማነቃቂያ ውጤት ጋር ተመሳሳይ አዝማሚያ አሳይተዋል (ምስል 3 ይመልከቱ)። በደማቅ ብርሃን ውስጥ መከማቸት የፎቶኦክሳይድ ለውጥን ሊለውጥ እንደሚችል መከራከር ይቻላል። ይሁን እንጂ፣ የቁጥጥር ትንተናው ውጤቶች በሙከራው ወቅት የ1O2 መጠንን በቋሚነት አሳይተዋል (ምስል S22)። በሴሉላር ROS ደረጃዎች ረገድም ተመሳሳይ የመውደቅ አዝማሚያ አስተውለናል (ምስል S21ን ይመልከቱ)። መጀመሪያ ላይ፣ በNb2CTx እና Nb4C3Tx SLዎች ፊት በሚበቅሉ ማይክሮአልጌ ሴሎች ውስጥ የROS መጠን በንጹህ ማይክሮአልጌ ባህሎች ውስጥ ከሚገኙት ደረጃዎች በልጧል። በመጨረሻም፣ ሆኖም፣ ማይክሮአልጌዎች ከሁለቱም Nb-MXenes መኖር ጋር መላመድ የጀመሩ ይመስላል፣ ምክንያቱም የROS መጠን በቅደም ተከተል በSL Nb2CTx እና Nb4C3TX በተከተቡ ንፁህ ማይክሮአልጌዎች ውስጥ ከሚለኩት ደረጃዎች ወደ 85% እና 91% ቀንሷል። ይህ ማይክሮአልጌዎች በንጥረ ነገር መካከለኛ ውስጥ ብቻ ሳይሆን በNb-MXene ፊት በጊዜ ሂደት የበለጠ ምቾት እንደሚሰማቸው ሊያመለክት ይችላል።
ማይክሮአልጌዎች የተለያዩ የፎቶሲንተሲስ ተህዋሲያን ቡድን ናቸው። በፎቶሲንተሲስ ወቅት፣ የከባቢ አየር ካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO2) ወደ ኦርጋኒክ ካርቦን ይለውጣሉ። የፎቶሲንተሲስ ውጤቶች ግሉኮስ እና ኦክስጅን79 ናቸው። በዚህም የተፈጠረው ኦክስጅን በNb-MXenes ኦክሳይድ ውስጥ ወሳኝ ሚና እንደሚጫወት እንጠረጥራለን። ለዚህ አንድ ሊሆን የሚችል ማብራሪያ የልዩነት አየር መለኪያ የሚፈጠረው ከንቱ እና ከፍተኛ የኦክስጅን ከንቱ ከንቱ ከንቱ ጫናዎች ውጭ እና በNb-MXene ናኖፍላክስ ውስጥ መሆኑ ነው። ይህ ማለት የተለያዩ የኦክስጅን ከንቱ ጫናዎች ባሉበት ቦታ ሁሉ፣ ዝቅተኛው ደረጃ ያለው ቦታ አኖድ 80፣ 81፣ 82 ይፈጥራል ማለት ነው። እዚህ፣ ማይክሮአልጌዎች በMXene ፍሌክስ ወለል ላይ የተለያዩ አየር ያላቸው ሴሎችን ለመፍጠር አስተዋፅኦ ያደርጋሉ፣ እነዚህም በፎቶሲንተቲክ ባህሪያቸው ምክንያት ኦክስጅን ያመነጫሉ። በዚህም ምክንያት፣ የባዮኮርሮሽን ምርቶች (በዚህ ሁኔታ፣ ኒዮቢየም ኦክሳይድ) ይፈጠራሉ። ሌላው ገጽታ ማይክሮአልጌዎች ወደ ውሃ የሚለቀቁ ኦርጋኒክ አሲዶችን ማምረት ይችላሉ83,84። ስለዚህ፣ ኃይለኛ አካባቢ ይፈጠራል፣ በዚህም Nb-MXenesን ይለውጣል። በተጨማሪም፣ ማይክሮአልጋዎች የካርቦን ዳይኦክሳይድን በመምጠጥ ምክንያት የአካባቢውን ፒኤች ወደ አልካላይን ሊቀይሩ ይችላሉ፣ ይህም ዝገት ሊያስከትልም ይችላል።79.
ከሁሉም በላይ ደግሞ፣ በጥናታችን ውስጥ ጥቅም ላይ የዋለው የጨለማ/ብርሃን ፎቶፔሪዮይድ የተገኙትን ውጤቶች ለመረዳት ወሳኝ ነው። ይህ ገጽታ በድጄማይ-ዞግላቼ እና ሌሎችም በዝርዝር ተገልጧል። 85 በቀይ ማይክሮአልጌ ፖርፊሪዲየም ፑርፑሬም ከባዮፎይሊንግ ጋር የተያያዘውን ባዮፎይሊንግ ለማሳየት ሆን ብለው የ12/12 ሰዓት ፎቶፔሪዮይድ ተጠቅመዋል። ፎቶፔሪዮይድ ያለ ባዮኮርሮሽን እምቅ ዝግመተ ለውጥ ጋር የተቆራኘ መሆኑን ያሳያሉ፣ ይህም እራሱን በ24፡00 አካባቢ እንደ ፕሴዱፔሪዮዲክ ንዝረት ያሳያል። እነዚህ ምልከታዎች በዶውሊንግ እና ሌሎችም ተረጋግጠዋል። 86 የሲያኖባክቴሪያ አናባኤና ፎቶሲንተቲክ ባዮፊልሞችን አሳይተዋል። የተሟጠጠ ኦክስጅን የሚፈጠረው በብርሃን ተግባር ስር ሲሆን ይህም ከነፃ ባዮኮርሮሽን እምቅ ለውጥ ወይም መለዋወጥ ጋር የተያያዘ ነው። የፎቶፔሪዮይድ አስፈላጊነት የሚያጎላው ለባዮኮርሮሽን ነፃ አቅም በብርሃን ደረጃ ላይ ስለሚጨምር እና በጨለማው ደረጃ ላይ ስለሚቀንስ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት ፎቶሲንተቲክ ማይክሮአልጌዎች በሚያመነጩት ኦክስጅን ምክንያት ሲሆን ይህም በኤሌክትሮዶች87 አቅራቢያ በሚፈጠረው ከፊል ግፊት በኩል የካቶዲክ ምላሽን ይነካል።
በተጨማሪም፣ ከNb-MXenes ጋር ከተገናኙ በኋላ በማይክሮአልጌ ሴሎች ኬሚካላዊ ቅንብር ላይ ምንም አይነት ለውጥ ተከስቶ እንደሆነ ለማወቅ የፎሪየር ትራንስፎርም ኢንፍራሬድ ስፔክትሮስኮፒ (FTIR) ተከናውኗል። እነዚህ የተገኙ ውጤቶች ውስብስብ ናቸው እና በSI ውስጥ እናቀርባለን (ምስል S23-S25፣ የMAX ደረጃ እና የML MXenes ውጤቶችን ጨምሮ)። ባጭሩ፣ የተገኘው የማይክሮአልጌ የማጣቀሻ ስፔክትራ ስለእነዚህ ህዋሳት ኬሚካላዊ ባህሪያት አስፈላጊ መረጃዎችን ይሰጡናል። እነዚህ በጣም ሊሆኑ የሚችሉ ንዝረቶች በ1060 ሴ.ሜ-1 (CO)፣ 1540 ሴ.ሜ-1፣ 1640 ሴ.ሜ-1 (C=C)፣ 1730 ሴ.ሜ-1 (C=O)፣ 2850 ሴ.ሜ-1፣ 2920 ሴ.ሜ-1. አንድ. 1 1 (C–H) እና 3280 ሴ.ሜ-1 (O–H) ድግግሞሽ ላይ ይገኛሉ። ለSL Nb-MXenes፣ ከቀደመው ጥናታችን ጋር የሚስማማ የCH-bond stretching ፊርማ አግኝተናል38። ይሁን እንጂ፣ ከC=C እና CH ቦንዶች ጋር የተያያዙ አንዳንድ ተጨማሪ ጫፎች እንደጠፉ አስተውለናል። ይህ የሚያመለክተው የማይክሮአልጌ ኬሚካላዊ ቅንብር ከSL Nb-MXenes ጋር ባለው መስተጋብር ምክንያት ጥቃቅን ለውጦችን ሊያጋጥመው እንደሚችል ነው።
በማይክሮአልጌዎች ባዮኬሚስትሪ ውስጥ ሊከሰቱ የሚችሉ ለውጦችን ሲያስቡ፣ እንደ ኒዮቢየም ኦክሳይድ ያሉ የማይክሮአልጌዎች ክምችት እንደገና መታየት አለበት59። በሴል ወለል በኩል ብረቶች እንዲወሰዱ፣ ወደ ሳይቶፕላዝም እንዲጓዙ፣ ከውስጣዊው ካርቦክሲል ቡድኖች ጋር እንዲገናኙ እና በማይክሮአልጌዎች ፖሊፎስፎሶሞች20,88,89,90 ውስጥ እንዲከማቹ ያደርጋል። በተጨማሪም፣ በማይክሮአልጌዎች እና በብረታ ብረት መካከል ያለው ግንኙነት በተግባራዊ የሴሎች ቡድኖች ይጠበቃል። በዚህ ምክንያት፣ መምጠጥም በጣም ውስብስብ በሆነው በማይክሮአልጌ ወለል ኬሚስትሪ ላይ የተመሰረተ ነው9,91። በአጠቃላይ፣ እንደተጠበቀው፣ የአረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች የኬሚካል ስብጥር በNb ኦክሳይድ መምጠጥ ምክንያት በትንሹ ተለውጧል።
የሚገርመው ነገር፣ የታየው የማይክሮአልጌ የመጀመሪያ መከልከል በጊዜ ሂደት ሊቀለበስ ችሏል። እንደተመለከትነው፣ የማይክሮአልጌ የመጀመሪያውን የአካባቢ ለውጥ አሸንፎ በመጨረሻም ወደ መደበኛ የእድገት መጠን ተመልሷል እና እንዲያውም ጨምሯል። የዜታ እምቅ ኃይል ጥናቶች ወደ ንጥረ ነገሮች ሚዲያ ሲገቡ ከፍተኛ መረጋጋት ያሳያሉ። ስለዚህ፣ በማይክሮአልጌ ሴሎች እና በNb-MXene ናኖፍላክስ መካከል ያለው የገጽታ መስተጋብር በመቀነስ ሙከራዎች ሁሉ ተጠብቆ ቆይቷል። በተጨማሪ ትንታኔያችን፣ የዚህን የማይክሮአልጌ አስደናቂ ባህሪ መሰረት የሚያደርጉትን ዋና ዋና የድርጊት ዘዴዎች ጠቅለል አድርገን እናቀርባለን።
የSEM ምልከታዎች እንደሚያሳዩት ማይክሮአልጌዎች ከNb-MXenes ጋር የመጣበቅ ዝንባሌ አላቸው። ተለዋዋጭ የምስል ትንተናን በመጠቀም፣ ይህ ውጤት ባለ ሁለት ገጽታ Nb-MXene ናኖፍላክስ ወደ ይበልጥ ክብ ቅንጣቶች እንዲለወጥ እንደሚያደርግ እናረጋግጣለን፣ በዚህም የናኖፍላክስ መበስበስ ከኦክሳይድ ጋር የተቆራኘ መሆኑን እናሳያለን። መላምታችንን ለመፈተሽ፣ ተከታታይ የቁሳቁስ እና የባዮኬሚካል ጥናቶችን አካሂደናል። ከሞከርን በኋላ፣ ናኖፍላክስ ቀስ በቀስ ኦክሳይድ ተደርጎ ወደ NbO እና Nb2O5 ምርቶች ተለወጠ፣ ይህም ለአረንጓዴ ማይክሮአልጌዎች ስጋት አላመጣም። የFTIR ምልከታን በመጠቀም፣ በ2D Nb-MXene ናኖፍላክስ ፊት በተቀቀለው ማይክሮአልጌ ኬሚካላዊ ስብጥር ላይ ምንም ጉልህ ለውጦች አላገኘንም። ኒዮቢየም ኦክሳይድ በማይክሮአልጌዎች የመምጠጥ እድልን ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ የኤክስሬይ ፍሎረሰንስ ትንተና አድርገናል። እነዚህ ውጤቶች የተጠኑት ማይክሮአልጌዎች ለተጠኑት ማይክሮአልጌዎች መርዛማ ያልሆኑትን ኒዮቢየም ኦክሳይድ (NbO እና Nb2O5) እንደሚመገቡ በግልጽ ያሳያሉ።