Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি এমন একটি ব্রাউজার সংস্করণ ব্যবহার করছেন যেখানে CSS সাপোর্ট সীমিত। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি আপডেট করা ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড নিষ্ক্রিয় করুন)। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সাপোর্ট নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি রেন্ডার করব।
একসাথে তিনটি স্লাইডের একটি ক্যারোসেল প্রদর্শন করে। একবারে তিনটি স্লাইডের মধ্যে দিয়ে যাওয়ার জন্য আগের এবং পরের বাটনগুলো ব্যবহার করুন, অথবা শেষে থাকা স্লাইডার বাটনগুলো ব্যবহার করে একবারে তিনটি স্লাইডের মধ্যে দিয়ে যান।
ন্যানোপ্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ এবং দৈনন্দিন জীবনে এর সংযোজন পরিবেশের জন্য হুমকি হতে পারে। যদিও জৈব দূষক অপসারণের জন্য পরিবেশবান্ধব পদ্ধতিগুলো সুপ্রতিষ্ঠিত, অজৈব স্ফটিকাকার দূষকগুলোর পুনরুদ্ধার একটি বড় উদ্বেগের বিষয়। এর কারণ হলো, জৈব-রূপান্তরের প্রতি এদের সংবেদনশীলতা কম এবং জৈবিক পৃষ্ঠের সাথে পদার্থের পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে জ্ঞানের অভাব। এখানে, আমরা একটি Nb-ভিত্তিক অজৈব 2D MXenes মডেলের সাথে একটি সরল আকৃতি পরামিতি বিশ্লেষণ পদ্ধতি ব্যবহার করে সবুজ অণুশৈবাল Raphidocelis subcapitata দ্বারা 2D সিরামিক ন্যানোপদার্থের জৈব-প্রতিকার প্রক্রিয়াটি অনুসন্ধান করেছি। আমরা দেখেছি যে অণুশৈবাল পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে Nb-ভিত্তিক MXenes-কে ভেঙে ফেলে। প্রাথমিকভাবে, একক-স্তর এবং বহু-স্তর MXene ন্যানোফ্লেকগুলো অণুশৈবালের পৃষ্ঠে লেগে যায়, যা শৈবালের বৃদ্ধি কিছুটা কমিয়ে দেয়। তবে, পৃষ্ঠের সাথে দীর্ঘক্ষণ মিথস্ক্রিয়ার ফলে অণুশৈবাল MXene ন্যানোফ্লেকগুলোকে জারিত করে এবং পরবর্তীতে সেগুলোকে NbO এবং Nb2O5-এ ভেঙে ফেলে। যেহেতু এই অক্সাইডগুলি মাইক্রোঅ্যালজি কোষের জন্য অ-বিষাক্ত, তাই তারা শোষণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এনবি অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেল গ্রহণ করে, যা ৭২ ঘন্টা জলীয় চিকিৎসার পর মাইক্রোঅ্যালজিকে আরও পুনরুদ্ধার করে। শোষণের সাথে সম্পর্কিত পুষ্টির প্রভাব কোষের আয়তন বৃদ্ধি, তাদের মসৃণ আকৃতি এবং বৃদ্ধির হারের পরিবর্তনেও প্রতিফলিত হয়। এই ফলাফলগুলির উপর ভিত্তি করে, আমরা এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছি যে স্বাদু জলের বাস্তুতন্ত্রে এনবি-ভিত্তিক এমএক্সিন-এর স্বল্প ও দীর্ঘমেয়াদী উপস্থিতি শুধুমাত্র সামান্য পরিবেশগত প্রভাব ফেলতে পারে। এটি উল্লেখযোগ্য যে, দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালকে মডেল সিস্টেম হিসাবে ব্যবহার করে, আমরা এমনকি সূক্ষ্ম-দানাদার পদার্থেরও আকৃতি পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করার সম্ভাবনা প্রদর্শন করেছি। সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণাটি দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈব-প্রতিকার প্রক্রিয়াকে চালিত করে এমন পৃষ্ঠ মিথস্ক্রিয়া-সম্পর্কিত প্রক্রিয়া সম্পর্কে একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক প্রশ্নের উত্তর দেয় এবং অজৈব স্ফটিকাকার ন্যানোম্যাটেরিয়ালের পরিবেশগত প্রভাবের উপর আরও স্বল্প-মেয়াদী এবং দীর্ঘ-মেয়াদী গবেষণার জন্য একটি ভিত্তি প্রদান করে।
আবিষ্কারের পর থেকেই ন্যানোম্যাটেরিয়ালস ব্যাপক আগ্রহের জন্ম দিয়েছে, এবং সম্প্রতি বিভিন্ন ন্যানোপ্রযুক্তি আধুনিকীকরণের পর্যায়ে প্রবেশ করেছে¹। দুর্ভাগ্যবশত, দৈনন্দিন জীবনে ন্যানোম্যাটেরিয়ালসের সংযোজন অনুপযুক্ত নিষ্পত্তি, অসতর্ক পরিচালনা, বা অপর্যাপ্ত সুরক্ষা পরিকাঠামোর কারণে দুর্ঘটনাজনিত নির্গমনের কারণ হতে পারে। অতএব, এটা ধরে নেওয়া যুক্তিসঙ্গত যে দ্বি-মাত্রিক (2D) ন্যানোম্যাটেরিয়ালস সহ অন্যান্য ন্যানোম্যাটেরিয়ালস প্রাকৃতিক পরিবেশে নির্গত হতে পারে, যেগুলোর আচরণ এবং জৈবিক কার্যকলাপ এখনও সম্পূর্ণরূপে বোঝা যায়নি। তাই, এটা আশ্চর্যের কিছু নয় যে পরিবেশগত বিষাক্ততা সংক্রান্ত উদ্বেগগুলো জলজ ব্যবস্থায় 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালসের চুইয়ে পড়ার ক্ষমতার উপর কেন্দ্রীভূত হয়েছে²,³,⁴,⁵,⁶। এই বাস্তুতন্ত্রগুলিতে, কিছু 2D ন্যানোম্যাটেরিয়ালস বিভিন্ন ট্রফিক স্তরের জীবের সাথে, যার মধ্যে মাইক্রোঅ্যালজি অন্তর্ভুক্ত, মিথস্ক্রিয়া করতে পারে।
মাইক্রোঅ্যালজি হলো আদিম জীব যা প্রাকৃতিকভাবে স্বাদু পানি এবং সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে পাওয়া যায় এবং সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে বিভিন্ন ধরণের রাসায়নিক পদার্থ উৎপাদন করে। এই কারণে, এরা জলজ বাস্তুতন্ত্রের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু একই সাথে পরিবেশগত বিষাক্ততার সংবেদনশীল, সস্তা এবং বহুল ব্যবহৃত সূচকও বটে। যেহেতু মাইক্রোঅ্যালজির কোষ দ্রুত বংশবৃদ্ধি করে এবং বিভিন্ন যৌগের উপস্থিতিতে দ্রুত সাড়া দেয়, তাই জৈব পদার্থ দ্বারা দূষিত পানি শোধনের জন্য পরিবেশবান্ধব পদ্ধতি উদ্ভাবনে এরা সম্ভাবনাময়।
শৈবাল কোষ জৈবশোষণ এবং সঞ্চয়নের মাধ্যমে জল থেকে অজৈব আয়ন অপসারণ করতে পারে¹⁷,¹⁸। কিছু শৈবাল প্রজাতি, যেমন ক্লোরেলা, অ্যানাবেনা ইনভার, ওয়েস্টিয়েলোপসিস প্রোলিফিকা, স্টিজিওক্লোনিয়াম টেনিউ এবং সাইনেকোকাস স্প., Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ এবং Mn²⁺-এর মতো বিষাক্ত ধাতব আয়ন বহন করতে এবং এমনকি পুষ্টি জোগাতেও দেখা গেছে¹⁹। অন্যান্য গবেষণায় দেখা গেছে যে Cu²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ বা Pb²⁺ আয়ন কোষের আকার পরিবর্তন করে এবং তাদের ক্লোরোপ্লাস্ট ধ্বংস করে সিনডেস্মাসের বৃদ্ধি সীমিত করে²⁰,²¹।
জৈব দূষকের বিয়োজন এবং ভারী ধাতব আয়ন অপসারণের জন্য পরিবেশবান্ধব পদ্ধতিগুলো বিশ্বজুড়ে বিজ্ঞানী ও প্রকৌশলীদের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে। এর প্রধান কারণ হলো, এই দূষকগুলো তরল দশায় সহজেই প্রক্রিয়াজাত করা যায়। তবে, অজৈব স্ফটিকাকার দূষকগুলোর বৈশিষ্ট্য হলো এদের পানিতে দ্রবণীয়তা কম এবং বিভিন্ন জৈব-রূপান্তরের প্রতি সংবেদনশীলতা কম, যা প্রতিকারের ক্ষেত্রে ব্যাপক অসুবিধা সৃষ্টি করে এবং এই ক্ষেত্রে খুব কম অগ্রগতি হয়েছে²²,²³,²⁴,²⁵,²⁶। সুতরাং, ন্যানোম্যাটেরিয়ালের মেরামতের জন্য পরিবেশবান্ধব সমাধানের অনুসন্ধান একটি জটিল এবং অনাবিষ্কৃত ক্ষেত্র হিসেবে রয়ে গেছে। দ্বি-মাত্রিক (2D) ন্যানোম্যাটেরিয়ালের জৈব-রূপান্তর প্রভাব সম্পর্কে উচ্চ মাত্রার অনিশ্চয়তার কারণে, বিজারণের সময় এদের অবক্ষয়ের সম্ভাব্য পথগুলো খুঁজে বের করার কোনো সহজ উপায় নেই।
এই গবেষণায়, আমরা অজৈব সিরামিক পদার্থের জন্য একটি সক্রিয় জলীয় জৈব প্রতিকারকারী এজেন্ট হিসেবে সবুজ মাইক্রোঅ্যালজি ব্যবহার করেছি এবং এর সাথে অজৈব সিরামিক পদার্থের প্রতিনিধি হিসেবে MXene-এর অবক্ষয় প্রক্রিয়ার ইন সিটু পর্যবেক্ষণ করেছি। “MXene” শব্দটি Mn+1XnTx পদার্থের স্টয়কিওমেট্রিকে প্রতিফলিত করে, যেখানে M হলো একটি আর্লি ট্রানজিশন মেটাল, X হলো কার্বন এবং/অথবা নাইট্রোজেন, Tx হলো একটি সারফেস টার্মিনেটর (যেমন, -OH, -F, -Cl), এবং n = 1, 2, 3 বা 427.28। নাগুইব প্রমুখের দ্বারা MXene আবিষ্কারের পর থেকে সেন্সরিক্স, ক্যান্সার থেরাপি এবং মেমব্রেন ফিলট্রেশন 27,29,30। এছাড়াও, MXene-কে তাদের চমৎকার কলয়েডাল স্থিতিশীলতা এবং সম্ভাব্য জৈবিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে মডেল 2D সিস্টেম হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে31,32,33,34,35,36।
অতএব, এই প্রবন্ধে বিকশিত পদ্ধতি এবং আমাদের গবেষণার অনুমানগুলো চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে। এই অনুমান অনুসারে, অণুশৈবাল পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে Nb-ভিত্তিক MXene-কে অ-বিষাক্ত যৌগে রূপান্তরিত করে, যা শৈবালের পরবর্তী পুনরুদ্ধারের সুযোগ করে দেয়। এই অনুমানটি পরীক্ষা করার জন্য, প্রাথমিক নাইওবিয়াম-ভিত্তিক ট্রানজিশন মেটাল কার্বাইড এবং/অথবা নাইট্রাইড (MXene) পরিবারের দুটি সদস্য, যথা Nb2CTx এবং Nb4C3TX, নির্বাচন করা হয়েছিল।
সবুজ অণুশৈবাল র‍্যাফিডোকেলিস সাবক্যাপিটাটা দ্বারা এমএক্সিন পুনরুদ্ধারের গবেষণা পদ্ধতি এবং প্রমাণ-ভিত্তিক অনুমান। অনুগ্রহ করে মনে রাখবেন যে এটি প্রমাণ-ভিত্তিক অনুমানের একটি পরিকল্পিত উপস্থাপনা মাত্র। ব্যবহৃত পুষ্টি মাধ্যম এবং অবস্থার (যেমন, দিবাচক্র এবং উপলব্ধ অত্যাবশ্যকীয় পুষ্টির সীমাবদ্ধতা) কারণে হ্রদের পরিবেশ ভিন্ন হয়। BioRender.com দিয়ে তৈরি।
অতএব, এমএক্সিনকে একটি মডেল সিস্টেম হিসেবে ব্যবহার করে, আমরা বিভিন্ন জৈবিক প্রভাব অধ্যয়নের দ্বার উন্মোচন করেছি যা অন্যান্য প্রচলিত ন্যানোম্যাটেরিয়ালের ক্ষেত্রে পর্যবেক্ষণ করা যায় না। বিশেষ করে, আমরা মাইক্রোঅ্যালজি র‍্যাফিডোসেলিস সাবক্যাপিটাটা দ্বারা নাইওবিয়াম-ভিত্তিক এমএক্সিনের মতো দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের বায়োরিমিডিয়েশনের সম্ভাবনা প্রদর্শন করেছি। মাইক্রোঅ্যালজি এনবি-এমএক্সিনকে ভেঙে অ-বিষাক্ত অক্সাইড এনবিও এবং এনবি২ও৫-এ পরিণত করতে সক্ষম, যা নাইওবিয়াম গ্রহণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পুষ্টিও সরবরাহ করে। সামগ্রিকভাবে, এই গবেষণাটি পৃষ্ঠের ভৌত-রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কিত একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক প্রশ্নের উত্তর দেয়, যা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের বায়োরিমিডিয়েশনের প্রক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রণ করে। এছাড়াও, আমরা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের আকৃতির সূক্ষ্ম পরিবর্তন ট্র্যাক করার জন্য একটি সহজ আকৃতি-প্যারামিটার-ভিত্তিক পদ্ধতি তৈরি করছি। এটি অজৈব স্ফটিকাকার ন্যানোম্যাটেরিয়ালের বিভিন্ন পরিবেশগত প্রভাব নিয়ে আরও স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী গবেষণার অনুপ্রেরণা জোগায়। সুতরাং, আমাদের গবেষণা পদার্থের পৃষ্ঠ এবং জৈবিক পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে বোঝাপড়া বৃদ্ধি করে। আমরা মিঠা পানির বাস্তুতন্ত্রের উপর তাদের সম্ভাব্য প্রভাব নিয়ে সম্প্রসারিত স্বল্প ও দীর্ঘমেয়াদী গবেষণার ভিত্তিও প্রদান করছি, যা এখন সহজেই যাচাই করা সম্ভব।
এমএক্সিন (MXenes) হলো এক আকর্ষণীয় শ্রেণীর পদার্থ, যার রয়েছে অনন্য ও আকর্ষণীয় ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং ফলস্বরূপ এর বহুবিধ সম্ভাব্য প্রয়োগ। এই বৈশিষ্ট্যগুলো মূলত এদের স্টোইকিওমেট্রি এবং পৃষ্ঠ রসায়নের উপর নির্ভরশীল। তাই, আমাদের গবেষণায় আমরা দুই ধরনের নাইওবিয়াম (Nb)-ভিত্তিক স্তরক্রমিক একক-স্তর (SL) এমএক্সিন, Nb2CTx এবং Nb4C3TX, নিয়ে অনুসন্ধান করেছি, কারণ এই ন্যানোপদার্থগুলোর বিভিন্ন জৈবিক প্রভাব পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হয়েছে। এমএক্সিনগুলো এদের প্রাথমিক উপাদান থেকে পারমাণবিকভাবে পাতলা ম্যাক্স-ফেজ (MAX-phase) A-স্তরগুলোর টপ-ডাউন সিলেক্টিভ এচিং (top-down selective etching) প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তৈরি করা হয়। ম্যাক্স ফেজ হলো একটি টারনারি সিরামিক, যা ট্রানজিশন মেটাল কার্বাইডের "সংযুক্ত" ব্লক এবং MnAXn-1 স্টোইকিওমেট্রিতে Al, Si, এবং Sn-এর মতো "A" মৌলগুলোর পাতলা স্তর দ্বারা গঠিত। প্রাথমিক ম্যাক্স ফেজের গঠন স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল এবং তা পূর্ববর্তী গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল (দেখুন পরিপূরক তথ্য, SI, চিত্র S1)। ৪৮% HF (হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড) দ্বারা Al স্তরটি অপসারণ করার পর বহুস্তরীয় (ML) নাইওবিয়াম-এমএক্সিন পাওয়া গিয়েছিল। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) দ্বারা ML-Nb2CTx এবং ML-Nb4C3TX-এর গঠন পরীক্ষা করা হয়েছিল (যথাক্রমে চিত্র S1c এবং S1d) এবং একটি সাধারণ স্তরযুক্ত MXene গঠন দেখা গেছে, যা দীর্ঘায়িত ছিদ্রের মতো ফাটলের মধ্য দিয়ে যাওয়া দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেকের অনুরূপ। উভয় Nb-MXene-এর সাথে পূর্বে অ্যাসিড এচিং দ্বারা সংশ্লেষিত MXene পর্যায়গুলির অনেক মিল রয়েছে²⁷,³⁸। MXene-এর গঠন নিশ্চিত করার পর, আমরা টেট্রাবিউটাইলঅ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড (TBAOH) ইন্টারক্যালেশনের মাধ্যমে এটিকে স্তরযুক্ত করি এবং তারপরে ধৌতকরণ ও সনিকেশন করি, যার পরে আমরা একক-স্তর বা নিম্ন-স্তর (SL) 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক পেয়েছি।
এচিং এবং পরবর্তী পিলিং-এর কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য আমরা হাই রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) ব্যবহার করেছি। ইনভার্স ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (IFFT) এবং ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (FFT) ব্যবহার করে প্রক্রিয়াকৃত HRTEM ফলাফল চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে। পারমাণবিক স্তরের গঠন পরীক্ষা করতে এবং আন্তঃতলীয় দূরত্ব পরিমাপ করতে Nb-MXene ন্যানোফ্লেকগুলোকে প্রান্ত উপরের দিকে রেখে সাজানো হয়েছিল। MXene Nb2CTx এবং Nb4C3TX ন্যানোফ্লেকের HRTEM চিত্রগুলো তাদের পারমাণবিকভাবে পাতলা স্তরযুক্ত প্রকৃতি প্রকাশ করেছে (চিত্র ২a1, a2 দেখুন), যেমনটি পূর্বে Naguib et al.27 এবং Jastrzębska et al.38 দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছিল। দুটি সংলগ্ন Nb2CTx এবং Nb4C3Tx মনোলেয়ারের জন্য, আমরা যথাক্রমে 0.74 এবং 1.54 nm আন্তঃস্তরীয় দূরত্ব নির্ধারণ করেছি (চিত্র ২b1,b2), যা আমাদের পূর্ববর্তী ফলাফলের সাথেও মিলে যায়38। ইনভার্স ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (চিত্র ২সি১, সি২) এবং ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (চিত্র ২ডি১, ডি২) দ্বারা এটি আরও নিশ্চিত করা হয়েছিল, যা Nb2CTx এবং Nb4C3Tx মনোলেয়ারগুলির মধ্যে দূরত্ব দেখায়। চিত্রটিতে নাইওবিয়াম এবং কার্বন পরমাণুর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ হালকা এবং গাঢ় ব্যান্ডের একটি পর্যায়ক্রম দেখা যায়, যা পরীক্ষিত MXene-গুলির স্তরযুক্ত প্রকৃতিকে নিশ্চিত করে। এটি উল্লেখ করা গুরুত্বপূর্ণ যে Nb2CTx এবং Nb4C3Tx-এর জন্য প্রাপ্ত এনার্জি ডিসপারসিভ এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDX) স্পেকট্রা (চিত্র S2a এবং S2b) মূল MAX ফেজের কোনো অবশিষ্টাংশ দেখায়নি, কারণ কোনো Al পিক সনাক্ত করা যায়নি।
এসএল Nb2CTx এবং Nb4C3Tx এমএক্সিন ন্যানোফ্লেকের বৈশিষ্ট্য নিরূপণ, যার মধ্যে রয়েছে (ক) উচ্চ রেজোলিউশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) সাইড-ভিউ ২ডি ন্যানোফ্লেক ইমেজিং এবং সংশ্লিষ্ট, (খ) ইনটেনসিটি মোড, (গ) ইনভার্স ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (IFFT), (ঘ) ফাস্ট ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম (FFT), (ঙ) Nb-MXenes এক্স-রে প্যাটার্ন। এসএল ২ডি Nb2CTx-এর জন্য, সংখ্যাগুলো (a1, b1, c1, d1, e1) হিসেবে প্রকাশ করা হয়েছে। এসএল ২ডি Nb4C3Tx-এর জন্য, সংখ্যাগুলো (a2, b2, c2, d2, e1) হিসেবে প্রকাশ করা হয়েছে।
SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXenes-এর এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন পরিমাপ যথাক্রমে চিত্র 2e1 এবং e2-তে দেখানো হয়েছে। 4.31 এবং 4.32-তে অবস্থিত (002) পিকগুলি যথাক্রমে পূর্বে বর্ণিত স্তরযুক্ত MXenes Nb2CTx এবং Nb4C3TX38,39,40,41-এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। XRD ফলাফলগুলি কিছু অবশিষ্ট ML কাঠামো এবং MAX ফেজের উপস্থিতিও নির্দেশ করে, তবে বেশিরভাগ XRD প্যাটার্ন SL Nb4C3Tx-এর সাথে সম্পর্কিত (চিত্র 2e2)। এলোমেলোভাবে স্তূপীকৃত Nb4C3Tx স্তরগুলির তুলনায় MAX ফেজের ছোট কণাগুলির উপস্থিতি শক্তিশালী MAX পিকের কারণ ব্যাখ্যা করতে পারে।
পরবর্তী গবেষণা R. subcapitata প্রজাতির সবুজ মাইক্রোঅ্যালগির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। আমরা মাইক্রোঅ্যালগি বেছে নিয়েছি কারণ এরা প্রধান খাদ্য শৃঙ্খলে জড়িত গুরুত্বপূর্ণ উৎপাদক⁴²। খাদ্য শৃঙ্খলের উচ্চ স্তরে বাহিত বিষাক্ত পদার্থ অপসারণ করার ক্ষমতার কারণে এরা বিষাক্ততার অন্যতম সেরা সূচক⁴³। এছাড়াও, R. subcapitata-এর উপর গবেষণা সাধারণ স্বাদু পানির অণুজীবের উপর SL Nb-MXenes-এর আকস্মিক বিষাক্ততার উপর আলোকপাত করতে পারে। এটি ব্যাখ্যা করার জন্য, গবেষকরা অনুমান করেছিলেন যে পরিবেশে উপস্থিত বিষাক্ত যৌগের প্রতি প্রতিটি অণুজীবের সংবেদনশীলতা ভিন্ন। বেশিরভাগ জীবের জন্য, পদার্থের কম ঘনত্ব তাদের বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে না, যখন একটি নির্দিষ্ট সীমার উপরের ঘনত্ব তাদের বাধা দিতে পারে বা এমনকি মৃত্যুর কারণ হতে পারে। অতএব, মাইক্রোঅ্যালগি এবং MXenes-এর মধ্যে পৃষ্ঠীয় মিথস্ক্রিয়া এবং এর সাথে সম্পর্কিত পুনরুদ্ধারের উপর আমাদের গবেষণার জন্য, আমরা Nb-MXenes-এর নিরীহ এবং বিষাক্ত ঘনত্ব পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি। এটি করার জন্য, আমরা ০ (একটি রেফারেন্স হিসাবে), ০.০১, ০.১ এবং ১০ মিলিগ্রাম/লিটার এমএক্সিন-এর ঘনত্ব পরীক্ষা করেছি এবং এর পাশাপাশি মাইক্রোঅ্যালজিকে এমএক্সিন-এর অত্যন্ত উচ্চ ঘনত্ব (১০০ মিলিগ্রাম/লিটার এমএক্সিন) দ্বারা সংক্রমিত করেছি, যা যেকোনো জৈবিক পরিবেশের জন্য চরম এবং প্রাণঘাতী হতে পারে।
মাইক্রোঅ্যালগির উপর SL Nb-MXenes-এর প্রভাব চিত্র ৩-এ দেখানো হয়েছে, যা ০ মিলিগ্রাম/লিটার নমুনার জন্য পরিমাপকৃত বৃদ্ধি (+) বা বাধা (-) এর শতাংশ হিসাবে প্রকাশ করা হয়েছে। তুলনার জন্য, Nb-MAX ফেজ এবং ML Nb-MXenes-ও পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং ফলাফলগুলি SI-তে দেখানো হয়েছে (চিত্র S3 দেখুন)। প্রাপ্ত ফলাফলগুলি নিশ্চিত করেছে যে, চিত্র 3a,b-তে যেমন দেখানো হয়েছে, SL Nb-MXenes ০.০১ থেকে ১০ মিলিগ্রাম/লিটার পর্যন্ত কম ঘনত্বের পরিসরে প্রায় সম্পূর্ণ বিষাক্ততামুক্ত। Nb2CTx-এর ক্ষেত্রে, আমরা নির্দিষ্ট পরিসরে ৫%-এর বেশি পরিবেশগত বিষাক্ততা লক্ষ্য করিনি।
SL (a) Nb2CTx এবং (b) Nb4C3TX MXene-এর উপস্থিতিতে অণুশৈবালের বৃদ্ধির উদ্দীপনা (+) বা বাধা (-)। MXene-অণুশৈবালের মিথস্ক্রিয়ার ২৪, ৪৮ এবং ৭২ ঘণ্টা বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। গুরুত্বপূর্ণ ডেটা (টি-টেস্ট, পি < ০.০৫) একটি তারকাচিহ্ন (*) দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে। গুরুত্বপূর্ণ ডেটা (টি-টেস্ট, পি < ০.০৫) একটি তারকাচিহ্ন (*) দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে। Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*)। তাৎপর্যপূর্ণ ডেটা (টি-টেস্ট, পি < ০.০৫) একটি তারকাচিহ্ন (*) দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে।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-টেস্ট, p < 0,05) отмечены звездочкой (*)। গুরুত্বপূর্ণ ডেটা (টি-টেস্ট, পি < ০.০৫) একটি তারকাচিহ্ন (*) দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে।লাল তীরচিহ্নগুলো প্রতিরোধমূলক উদ্দীপনার বিলুপ্তি নির্দেশ করে।
অন্যদিকে, Nb4C3TX-এর কম ঘনত্ব সামান্য বেশি বিষাক্ত বলে প্রমাণিত হয়েছে, তবে তা ৭%-এর বেশি নয়। প্রত্যাশিতভাবেই, আমরা লক্ষ্য করেছি যে ১০০ মিলিগ্রাম/লিটার ঘনত্বে MXene-গুলোর বিষাক্ততা এবং অণুশৈবালের বৃদ্ধি রোধের ক্ষমতা বেশি ছিল। মজার বিষয় হলো, MAX বা ML নমুনার তুলনায় কোনো উপাদানই অবিষাক্ত/বিষাক্ত প্রভাবের একই প্রবণতা এবং সময়-নির্ভরতা দেখায়নি (বিস্তারিত জানতে SI দেখুন)। যেখানে MAX পর্যায়ের ক্ষেত্রে (চিত্র S3 দেখুন) বিষাক্ততা প্রায় ১৫-২৫%-এ পৌঁছেছিল এবং সময়ের সাথে সাথে বৃদ্ধি পেয়েছিল, সেখানে SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX MXene-এর ক্ষেত্রে বিপরীত প্রবণতা দেখা গেছে। অণুশৈবালের বৃদ্ধি রোধের হার সময়ের সাথে সাথে হ্রাস পেয়েছে। এটি ২৪ ঘণ্টা পর প্রায় ১৭%-এ পৌঁছেছিল এবং ৭২ ঘণ্টা পর ৫%-এরও নিচে নেমে এসেছিল (যথাক্রমে চিত্র 3a, b)।
আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, SL Nb4C3TX-এর ক্ষেত্রে, ২৪ ঘণ্টা পর অণুশৈবালের বৃদ্ধি প্রায় ২৭% বাধাগ্রস্ত হয়েছিল, কিন্তু ৭২ ঘণ্টা পর তা কমে প্রায় ১%-এ নেমে আসে। তাই, আমরা এই পর্যবেক্ষণকৃত প্রভাবকে উদ্দীপনার বিপরীত বাধা হিসেবে চিহ্নিত করেছি, এবং SL Nb4C3TX MXene-এর ক্ষেত্রে এই প্রভাব আরও শক্তিশালী ছিল। SL Nb2CTx MXene-এর তুলনায় Nb4C3TX-এর ক্ষেত্রে অণুশৈবালের বৃদ্ধির উদ্দীপনা আগে লক্ষ্য করা গিয়েছিল (১০ মিলিগ্রাম/লিটার ঘনত্বে ২৪ ঘণ্টা ধরে মিথস্ক্রিয়ার ফলে)। এই বাধা-উদ্দীপনার বিপরীতমুখী প্রভাব বায়োমাস দ্বিগুণ হওয়ার হারের বক্ররেখাতেও স্পষ্টভাবে দেখা গেছে (বিস্তারিত জানতে চিত্র S4 দেখুন)। এখন পর্যন্ত, শুধুমাত্র Ti3C2TX MXene-এর পরিবেশগত বিষাক্ততা বিভিন্ন উপায়ে অধ্যয়ন করা হয়েছে। এটি জেব্রাফিশ ভ্রূণের জন্য বিষাক্ত নয়44 কিন্তু অণুশৈবাল Desmodesmus quadricauda এবং Sorghum saccharatum উদ্ভিদের জন্য মাঝারিভাবে পরিবেশগত বিষাক্ত45। নির্দিষ্ট প্রভাবের অন্যান্য উদাহরণের মধ্যে রয়েছে সাধারণ কোষের তুলনায় ক্যান্সার কোষের প্রতি বেশি বিষাক্ততা৪৬,৪৭। এটা ধরে নেওয়া যেতে পারে যে পরীক্ষার শর্তাবলী Nb-MXenes-এর উপস্থিতিতে মাইক্রোঅ্যালগির বৃদ্ধিতে পরিলক্ষিত পরিবর্তনগুলিকে প্রভাবিত করবে। উদাহরণস্বরূপ, RuBisCO এনজাইমের কার্যকর পরিচালনার জন্য ক্লোরোপ্লাস্ট স্ট্রোমায় প্রায় ৮ পিএইচ সর্বোত্তম। অতএব, পিএইচ পরিবর্তন সালোকসংশ্লেষণের হারকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করে৪৮,৪৯। যাইহোক, আমরা পরীক্ষা চলাকালীন পিএইচ-এর উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন লক্ষ্য করিনি (বিস্তারিত জানার জন্য পরিশিষ্ট, চিত্র S5 দেখুন)। সাধারণভাবে, Nb-MXenes সহ মাইক্রোঅ্যালগির কালচার সময়ের সাথে সাথে দ্রবণের পিএইচ সামান্য কমিয়ে দিয়েছে। তবে, এই হ্রাস একটি বিশুদ্ধ মাধ্যমের পিএইচ পরিবর্তনের মতোই ছিল। এছাড়াও, প্রাপ্ত পরিবর্তনের পরিসরটি মাইক্রোঅ্যালগির একটি বিশুদ্ধ কালচারের (নিয়ন্ত্রণ নমুনা) জন্য পরিমাপ করা পরিসরের অনুরূপ ছিল। সুতরাং, আমরা এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছি যে সময়ের সাথে সাথে পিএইচ পরিবর্তনের দ্বারা সালোকসংশ্লেষণ প্রভাবিত হয় না।
এছাড়াও, সংশ্লেষিত MXene-গুলির পৃষ্ঠে প্রান্তীয় গ্রুপ (Tx হিসাবে চিহ্নিত) থাকে। এগুলি প্রধানত -O, -F এবং -OH কার্যকরী গ্রুপ। তবে, পৃষ্ঠ রসায়ন সরাসরি সংশ্লেষণ পদ্ধতির সাথে সম্পর্কিত। এই গ্রুপগুলি পৃষ্ঠের উপর এলোমেলোভাবে ছড়িয়ে থাকে বলে জানা যায়, যা MXene50-এর বৈশিষ্ট্যের উপর তাদের প্রভাব অনুমান করা কঠিন করে তোলে। যুক্তি দেওয়া যেতে পারে যে আলোর দ্বারা নাইওবিয়ামের জারণের জন্য Tx অনুঘটক শক্তি হতে পারে। পৃষ্ঠের কার্যকরী গ্রুপগুলি প্রকৃতপক্ষে তাদের অন্তর্নিহিত আলোক-অনুঘটকগুলির জন্য হেটেরোজংশন51 গঠনের জন্য একাধিক নোঙর করার স্থান সরবরাহ করে। তবে, বৃদ্ধির মাধ্যমের গঠন একটি কার্যকর আলোক-অনুঘটক সরবরাহ করেনি (বিস্তারিত মাধ্যমের গঠন SI টেবিল S6-এ পাওয়া যাবে)। এছাড়াও, যেকোনো পৃষ্ঠ পরিবর্তনও খুব গুরুত্বপূর্ণ, কারণ স্তর পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণ, জারণ, জৈব এবং অজৈব যৌগের রাসায়নিক পৃষ্ঠ পরিবর্তন52,53,54,55,56 বা পৃষ্ঠ চার্জ ইঞ্জিনিয়ারিং38-এর কারণে MXene-গুলির জৈবিক ক্রিয়াকলাপ পরিবর্তিত হতে পারে। অতএব, মাধ্যমে পদার্থের অস্থিতিশীলতার সাথে নাইওবিয়াম অক্সাইডের কোনো সম্পর্ক আছে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, আমরা মাইক্রোঅ্যালজি বৃদ্ধির মাধ্যম এবং ডিআয়নাইজড জলে (তুলনার জন্য) জেটা (ζ) বিভবের উপর গবেষণা পরিচালনা করেছি। আমাদের ফলাফল দেখায় যে SL Nb-MXenes বেশ স্থিতিশীল (MAX এবং ML ফলাফলের জন্য SI চিত্র S6 দেখুন)। SL MXenes-এর জেটা বিভব প্রায় -10 mV। SR Nb2CTx-এর ক্ষেত্রে, ζ-এর মান Nb4C3Tx-এর তুলনায় কিছুটা বেশি ঋণাত্মক। ζ মানের এই ধরনের পরিবর্তন ইঙ্গিত দিতে পারে যে ঋণাত্মক চার্জযুক্ত MXene ন্যানোফ্লেক্সের পৃষ্ঠ কালচার মাধ্যম থেকে ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন শোষণ করে। কালচার মাধ্যমে Nb-MXenes-এর জেটা বিভব এবং পরিবাহিতার সময়ভিত্তিক পরিমাপ (আরও বিস্তারিত জানার জন্য SI-তে চিত্র S7 এবং S8 দেখুন) আমাদের অনুমানকে সমর্থন করে বলে মনে হয়।
তবে, উভয় Nb-MXene SL-ই শূন্য থেকে সামান্য পরিবর্তন দেখিয়েছে। এটি মাইক্রোঅ্যালজি বৃদ্ধির মাধ্যমে তাদের স্থিতিশীলতা স্পষ্টভাবে প্রমাণ করে। এছাড়াও, আমরা মূল্যায়ন করেছি যে আমাদের সবুজ মাইক্রোঅ্যালজির উপস্থিতি মাধ্যমে Nb-MXene-এর স্থিতিশীলতাকে প্রভাবিত করে কিনা। পুষ্টি মাধ্যমে এবং কালচারে সময়ের সাথে সাথে মাইক্রোঅ্যালজির সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর MXene-এর জেটা পটেনশিয়াল এবং পরিবাহিতার ফলাফল SI-তে (চিত্র S9 এবং S10) পাওয়া যাবে। মজার বিষয় হলো, আমরা লক্ষ্য করেছি যে মাইক্রোঅ্যালজির উপস্থিতি উভয় MXene-এর বিস্তারকে স্থিতিশীল করতে সাহায্য করে। Nb2CTx SL-এর ক্ষেত্রে, জেটা পটেনশিয়াল সময়ের সাথে সাথে সামান্য কমে আরও নেতিবাচক মানে পৌঁছেছে (-৭২ ঘণ্টা ইনকিউবেশনের পর -১৫.৮ বনাম -১৯.১ mV)। SL Nb4C3TX-এর জেটা পটেনশিয়াল সামান্য বৃদ্ধি পেয়েছে, কিন্তু ৭২ ঘণ্টা পরেও এটি মাইক্রোঅ্যালজির উপস্থিতি ছাড়া ন্যানোফ্লেক্সের চেয়ে বেশি স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে (-১৮.১ বনাম -৯.১ mV)।
আমরা আরও দেখেছি যে মাইক্রোঅ্যালগির উপস্থিতিতে ইনকিউবেট করা Nb-MXene দ্রবণের পরিবাহিতা কম ছিল, যা পুষ্টি মাধ্যমে আয়নের পরিমাণ কম থাকার ইঙ্গিত দেয়। উল্লেখ্য, জলে MXene-এর অস্থিতিশীলতার প্রধান কারণ হলো পৃষ্ঠের জারণ⁵⁷। তাই, আমাদের সন্দেহ যে সবুজ মাইক্রোঅ্যালগি কোনোভাবে Nb-MXene-এর পৃষ্ঠে গঠিত অক্সাইডগুলি পরিষ্কার করেছে এবং এমনকি তাদের উৎপত্তি (MXene-এর জারণ) প্রতিরোধ করেছে। মাইক্রোঅ্যালগি দ্বারা শোষিত পদার্থের প্রকারভেদ অধ্যয়ন করে এটি দেখা যেতে পারে।
যদিও আমাদের পরিবেশগত বিষবিদ্যা সংক্রান্ত গবেষণায় দেখা গেছে যে মাইক্রোঅ্যালজি সময়ের সাথে সাথে Nb-MXenes-এর বিষাক্ততা এবং উদ্দীপিত বৃদ্ধির অস্বাভাবিক বাধা কাটিয়ে উঠতে সক্ষম হয়েছে, আমাদের এই গবেষণার উদ্দেশ্য ছিল এর সম্ভাব্য কার্যপ্রণালী অনুসন্ধান করা। যখন শৈবালের মতো জীবেরা তাদের বাস্তুতন্ত্রের জন্য অপরিচিত যৌগ বা পদার্থের সংস্পর্শে আসে, তখন তারা বিভিন্ন উপায়ে প্রতিক্রিয়া দেখাতে পারে⁵⁸,⁵⁹। বিষাক্ত ধাতব অক্সাইডের অনুপস্থিতিতে, মাইক্রোঅ্যালজি নিজেরাই খাদ্য গ্রহণ করতে পারে, যা তাদের ক্রমাগত বৃদ্ধি পেতে সাহায্য করে⁶⁰। বিষাক্ত পদার্থ গ্রহণের পর, প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা সক্রিয় হতে পারে, যেমন আকৃতি বা রূপ পরিবর্তন করা। শোষণের সম্ভাবনাও বিবেচনা করতে হবে⁵⁸,⁵⁹। উল্লেখযোগ্যভাবে, প্রতিরক্ষা ব্যবস্থার যেকোনো লক্ষণই পরীক্ষাধীন যৌগটির বিষাক্ততার একটি স্পষ্ট সূচক। অতএব, আমাদের পরবর্তী গবেষণায়, আমরা SEM ব্যবহার করে SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স এবং মাইক্রোঅ্যালজির মধ্যে সম্ভাব্য পৃষ্ঠীয় মিথস্ক্রিয়া এবং এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (XRF) ব্যবহার করে Nb-ভিত্তিক MXene-এর সম্ভাব্য শোষণ নিয়ে অনুসন্ধান করেছি। উল্লেখ্য যে, কার্যকারিতার বিষাক্ততা সংক্রান্ত সমস্যাগুলো সমাধানের জন্য শুধুমাত্র MXene-এর সর্বোচ্চ ঘনত্বের ক্ষেত্রেই SEM এবং XRF বিশ্লেষণ করা হয়েছিল।
SEM-এর ফলাফল চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে। অপরিশোধিত মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলো (চিত্র ৪ক, রেফারেন্স নমুনা দেখুন) স্পষ্টভাবে R. subcapitata-এর সাধারণ গঠন এবং ক্রোসাঁ-সদৃশ কোষের আকৃতি প্রদর্শন করেছে। কোষগুলো চ্যাপ্টা এবং কিছুটা অসংগঠিত বলে মনে হয়। কিছু মাইক্রোঅ্যালজি কোষ একে অপরের উপর উপরিপাতিত ও জটবদ্ধ ছিল, কিন্তু এটি সম্ভবত নমুনা প্রস্তুতকরণ প্রক্রিয়ার কারণে ঘটেছে। সাধারণভাবে, বিশুদ্ধ মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলোর পৃষ্ঠ মসৃণ ছিল এবং কোনো গঠনগত পরিবর্তন প্রদর্শন করেনি।
চরম ঘনত্বে (১০০ মিলিগ্রাম/লিটার) ৭২ ঘণ্টা মিথস্ক্রিয়ার পর সবুজ অণুশৈবাল এবং এমএক্সিন ন্যানোশিটের মধ্যে পৃষ্ঠীয় মিথস্ক্রিয়া দেখানো এসইএম চিত্র। (ক) এসএল (খ) এনবি২সিটিএক্স এবং (গ) এনবি৪সি৩টিএক্স এমএক্সিনের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর অপরিশোধিত সবুজ অণুশৈবাল। উল্লেখ্য যে, এনবি-এমএক্সিন ন্যানোফ্লেকগুলো লাল তীরচিহ্ন দিয়ে চিহ্নিত করা হয়েছে। তুলনার জন্য, একটি অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ থেকে তোলা ছবিও যুক্ত করা হয়েছে।
এর বিপরীতে, SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স দ্বারা শোষিত মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলো ক্ষতিগ্রস্ত হয়েছিল (চিত্র 4b, c, লাল তীরচিহ্ন দেখুন)। Nb2CTx MXene-এর ক্ষেত্রে (চিত্র 4b), মাইক্রোঅ্যালজিগুলো সংযুক্ত দ্বি-মাত্রিক ন্যানোস্কেলসহ বৃদ্ধি পেতে থাকে, যা তাদের আকার পরিবর্তন করতে পারে। উল্লেখযোগ্যভাবে, আমরা আলোক মাইক্রোস্কোপের নিচেও এই পরিবর্তনগুলো পর্যবেক্ষণ করেছি (বিস্তারিত জানার জন্য SI চিত্র S11 দেখুন)। এই আকারগত পরিবর্তনের একটি সম্ভাব্য ভিত্তি রয়েছে মাইক্রোঅ্যালজির শারীরবৃত্ত এবং কোষের আকার পরিবর্তনের মাধ্যমে আত্মরক্ষার ক্ষমতার মধ্যে, যেমন কোষের আয়তন বৃদ্ধি করা৬১। অতএব, Nb-MXene-এর সংস্পর্শে থাকা মাইক্রোঅ্যালজি কোষের সংখ্যা পরীক্ষা করা গুরুত্বপূর্ণ। SEM গবেষণায় দেখা গেছে যে প্রায় ৫২% মাইক্রোঅ্যালজি কোষ Nb-MXene-এর সংস্পর্শে এসেছিল, যেখানে এই কোষগুলোর মধ্যে ৪৮% সংস্পর্শ এড়িয়ে গিয়েছিল। SL Nb4C3Tx MXene-এর ক্ষেত্রে, অণুশৈবাল MXene-এর সংস্পর্শ এড়ানোর চেষ্টা করে, যার ফলে তারা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোস্কেলে অবস্থান করে এবং বৃদ্ধি লাভ করে (চিত্র ৪গ)। তবে, আমরা অণুশৈবাল কোষের মধ্যে ন্যানোস্কেলের অনুপ্রবেশ এবং সেগুলোর কোনো ক্ষতি পর্যবেক্ষণ করিনি।
কোষের পৃষ্ঠে কণার অধিশোষণ এবং তথাকথিত ছায়া (শেডিং) প্রভাব৬২-এর কারণে সালোকসংশ্লেষণ বাধাগ্রস্ত হওয়ার প্রতি আত্মরক্ষা একটি সময়-নির্ভর প্রতিক্রিয়া আচরণ। এটা স্পষ্ট যে, অণুশৈবাল এবং আলোর উৎসের মধ্যে থাকা প্রতিটি বস্তু (উদাহরণস্বরূপ, Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স) ক্লোরোপ্লাস্ট দ্বারা শোষিত আলোর পরিমাণকে সীমিত করে। তবে, আমাদের কোনো সন্দেহ নেই যে এটি প্রাপ্ত ফলাফলের উপর একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। আমাদের আণুবীক্ষণিক পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে, অণুশৈবাল কোষগুলো Nb-MXene-এর সংস্পর্শে থাকা সত্ত্বেও ২ডি ন্যানোফ্লেক্সগুলো অণুশৈবালের পৃষ্ঠে সম্পূর্ণরূপে আবৃত বা লেগে থাকেনি। পরিবর্তে, ন্যানোফ্লেক্সগুলো তাদের পৃষ্ঠকে আবৃত না করেই অণুশৈবাল কোষের দিকে অভিমুখী হয়েছে। ন্যানোফ্লেক্স/অণুশৈবালের এই ধরনের একটি সেট অণুশৈবাল কোষ দ্বারা শোষিত আলোর পরিমাণকে উল্লেখযোগ্যভাবে সীমিত করতে পারে না। অধিকন্তু, কিছু গবেষণায় দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালের উপস্থিতিতে সালোকসংশ্লেষী জীবের আলো শোষণের উন্নতিও দেখানো হয়েছে63,64,65,66।
যেহেতু SEM চিত্রগুলি সরাসরি মাইক্রোঅ্যালজি কোষ দ্বারা নাইওবিয়ামের শোষণ নিশ্চিত করতে পারেনি, তাই এই বিষয়টি স্পষ্ট করার জন্য আমাদের পরবর্তী গবেষণা এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স (XRF) এবং এক্স-রে ফটোইলেকট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) বিশ্লেষণের দিকে মোড় নেয়। এজন্য, আমরা রেফারেন্স মাইক্রোঅ্যালজি নমুনা, মাইক্রোঅ্যালজি কোষের পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্ন MXene ন্যানোফ্লেক এবং সংযুক্ত MXene অপসারণের পরের মাইক্রোঅ্যালজি কোষের Nb পিকের তীব্রতার তুলনা করেছি। এটি লক্ষণীয় যে, যদি Nb শোষণ না হয়, তবে সংযুক্ত ন্যানোস্কেলগুলি অপসারণের পরে মাইক্রোঅ্যালজি কোষ দ্বারা প্রাপ্ত Nb-এর মান শূন্য হওয়া উচিত। সুতরাং, যদি Nb শোষণ ঘটে, তবে XRF এবং XPS উভয় ফলাফলেই একটি স্পষ্ট Nb পিক দেখা যাবে।
XRF স্পেকট্রার ক্ষেত্রে, SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর মাইক্রোঅ্যালগির নমুনাগুলিতে SL Nb2CTx এবং Nb4C3Tx MXene-এর জন্য Nb পিক দেখা গেছে (চিত্র 5a দেখুন, আরও উল্লেখ্য যে MAX এবং ML MXene-এর ফলাফল SI-তে, চিত্র S12–C17-তে দেখানো হয়েছে)। মজার বিষয় হলো, উভয় ক্ষেত্রেই Nb পিকের তীব্রতা একই (চিত্র 5a-এর লাল বার)। এটি নির্দেশ করে যে শৈবাল আর Nb শোষণ করতে পারেনি, এবং কোষগুলিতে Nb সঞ্চয়ের সর্বোচ্চ ক্ষমতা অর্জিত হয়েছিল, যদিও মাইক্রোঅ্যালগি কোষগুলিতে দ্বিগুণ বেশি Nb4C3Tx MXene সংযুক্ত ছিল (চিত্র 5a-এর নীল বার)। উল্লেখযোগ্যভাবে, মাইক্রোঅ্যালগির ধাতু শোষণের ক্ষমতা পরিবেশে ধাতব অক্সাইডের ঘনত্বের উপর নির্ভর করে67,68। শামশাদা প্রমুখ 67 দেখেছেন যে pH বৃদ্ধির সাথে সাথে স্বাদু পানির শৈবালের শোষণ ক্ষমতা হ্রাস পায়। রাইজ ও অন্যান্যরা⁶⁸ উল্লেখ করেছেন যে, সামুদ্রিক শৈবালের ধাতু শোষণের ক্ষমতা Ni²⁺-এর তুলনায় Pb²⁺-এর ক্ষেত্রে প্রায় ২৫% বেশি ছিল।
(ক) ৭২ ঘন্টা ধরে SL Nb-MXenes-এর চরম ঘনত্বে (100 mg L-1) ইনকিউবেট করা সবুজ মাইক্রোঅ্যালজি কোষ দ্বারা বেসাল Nb গ্রহণের XRF ফলাফল। ফলাফলগুলি বিশুদ্ধ মাইক্রোঅ্যালজি কোষে (কন্ট্রোল নমুনা, ধূসর কলাম), মাইক্রোঅ্যালজি কোষের পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্ন 2D ন্যানোফ্লেকগুলিতে (নীল কলাম), এবং পৃষ্ঠ থেকে 2D ন্যানোফ্লেক পৃথক করার পরের মাইক্রোঅ্যালজি কোষে (লাল কলাম) α-এর উপস্থিতি দেখায়। মৌল Nb-এর পরিমাণ, (খ) SL Nb-MXenes-এর সাথে ইনকিউবেশনের পরে মাইক্রোঅ্যালজি কোষে উপস্থিত মাইক্রোঅ্যালজির জৈব উপাদান (C=O এবং CHx/C–O) এবং Nb অক্সাইডের রাসায়নিক গঠনের শতাংশ, (গ-ঙ) XPS SL Nb2CTx স্পেকট্রার গঠনগত শীর্ষের ফিটিং এবং (চজ) মাইক্রোঅ্যালজি কোষ দ্বারা গৃহীত SL Nb4C3Tx MXene।
অতএব, আমরা আশা করেছিলাম যে Nb অক্সাইড আকারে শৈবাল কোষ দ্বারা শোষিত হতে পারে। এটি পরীক্ষা করার জন্য, আমরা MXenes Nb2CTx এবং Nb4C3TX এবং শৈবাল কোষের উপর XPS অধ্যয়ন পরিচালনা করেছি। মাইক্রোঅ্যালগির সাথে Nb-MXenes এবং শৈবাল কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন MXenes-এর মিথস্ক্রিয়ার ফলাফল চিত্র 5b-তে দেখানো হয়েছে। প্রত্যাশা অনুযায়ী, মাইক্রোঅ্যালগির পৃষ্ঠ থেকে MXene অপসারণের পর আমরা মাইক্রোঅ্যালগির নমুনাগুলিতে Nb 3d পিক সনাক্ত করেছি। Nb2CTx SL (চিত্র 5c–e) এবং Nb4C3Tx SL (চিত্র 5c–e) দিয়ে প্রাপ্ত Nb 3d, O 1s, এবং C 1s স্পেকট্রামের উপর ভিত্তি করে C=O, CHx/CO, এবং Nb অক্সাইডের পরিমাণগত নির্ধারণ গণনা করা হয়েছিল। চিত্র 5f–h) MXenes। সারণি S1-3 ফিট থেকে প্রাপ্ত পিক প্যারামিটার এবং সামগ্রিক রসায়নের বিবরণ দেখায়। এটি উল্লেখযোগ্য যে Nb2CTx SL এবং Nb4C3Tx SL-এর Nb 3d অঞ্চলগুলি (চিত্র 5c, f) একটি Nb2O5 উপাদানের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। এখানে, আমরা বর্ণালীতে কোনও MXene-সম্পর্কিত শিখর খুঁজে পাইনি, যা নির্দেশ করে যে মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলি কেবল Nb-এর অক্সাইড রূপটি শোষণ করে। এছাড়াও, আমরা C 1s বর্ণালীকে C–C, CHx/C–O, C=O, এবং –COOH উপাদানগুলির সাথে আনুমানিক করেছি। আমরা CHx/C–O এবং C=O শিখরগুলিকে মাইক্রোঅ্যালজি কোষের জৈব অবদান হিসাবে চিহ্নিত করেছি। এই জৈব উপাদানগুলি যথাক্রমে Nb2CTx SL এবং Nb4C3TX SL-এর C 1s শিখরগুলির 36% এবং 41% এর জন্য দায়ী। এরপর আমরা SL Nb2CTx এবং SL Nb4C3TX-এর O 1s বর্ণালীকে Nb2O5, মাইক্রোঅ্যালজির জৈব উপাদান (CHx/CO), এবং পৃষ্ঠে শোষিত জলের সাথে ফিট করেছি।
অবশেষে, XPS ফলাফলগুলো Nb-এর শুধু উপস্থিতিই নয়, বরং এর রূপটিও স্পষ্টভাবে নির্দেশ করেছে। Nb 3d সিগন্যালের অবস্থান এবং ডিকনভোলিউশনের ফলাফল অনুসারে, আমরা নিশ্চিত করছি যে Nb শুধুমাত্র অক্সাইড রূপেই শোষিত হয়, আয়ন বা MXene নিজে হিসেবে নয়। এছাড়াও, XPS ফলাফল থেকে দেখা গেছে যে, SL Nb4C3TX MXene-এর তুলনায় SL Nb2CTx থেকে Nb অক্সাইড গ্রহণ করার ক্ষেত্রে মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলোর সক্ষমতা বেশি।
যদিও আমাদের Nb শোষণের ফলাফল চিত্তাকর্ষক এবং MXene-এর অবক্ষয় শনাক্ত করতে সাহায্য করে, 2D ন্যানোফ্লেকগুলিতে এর সাথে সম্পর্কিত আকারগত পরিবর্তনগুলি ট্র্যাক করার জন্য কোনো পদ্ধতি উপলব্ধ নেই। তাই, আমরাও এমন একটি উপযুক্ত পদ্ধতি তৈরি করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি যা 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক এবং মাইক্রোঅ্যালজি কোষে ঘটা যেকোনো পরিবর্তনের প্রতি সরাসরি সাড়া দিতে পারে। এটি উল্লেখ করা গুরুত্বপূর্ণ যে আমরা ধরে নিচ্ছি, যদি মিথস্ক্রিয়াকারী প্রজাতিগুলির কোনো রূপান্তর, বিয়োজন বা বিভাজন ঘটে, তবে তা দ্রুতই আকৃতিগত প্যারামিটার, যেমন সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রের ব্যাস, গোলাকারত্ব, ফেরেট প্রস্থ বা ফেরেট দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনে প্রকাশ পাবে। যেহেতু এই প্যারামিটারগুলি দীর্ঘায়িত কণা বা দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেক বর্ণনা করার জন্য উপযুক্ত, তাই ডায়নামিক পার্টিকেল শেপ অ্যানালাইসিসের মাধ্যমে এদের ট্র্যাক করা আমাদের বিজারণের সময় SL Nb-MXene ন্যানোফ্লেকের আকারগত রূপান্তর সম্পর্কে মূল্যবান তথ্য দেবে।
প্রাপ্ত ফলাফল চিত্র ৬-এ দেখানো হয়েছে। তুলনার জন্য, আমরা মূল MAX ফেজ এবং ML-MXene-গুলোও পরীক্ষা করেছি (দেখুন SI চিত্র S18 এবং S19)। কণার আকৃতির গতিশীল বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে, মাইক্রোঅ্যালগির সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর দুটি Nb-MXene SL-এর সমস্ত আকৃতি পরামিতি উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়েছে। সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রফলের ব্যাস পরামিতি (চিত্র ৬ক, খ) দ্বারা যেমন দেখানো হয়েছে, বড় ন্যানোফ্লেকের ভগ্নাংশের হ্রাসপ্রাপ্ত শীর্ষ তীব্রতা নির্দেশ করে যে, এগুলো ছোট ছোট খণ্ডে ক্ষয়প্রাপ্ত হওয়ার প্রবণতা দেখায়। চিত্র ৬গ, ঘ-তে ফ্লেকের অনুপ্রস্থ আকারের (ন্যানোফ্লেকের প্রসারণ) সাথে সম্পর্কিত শীর্ষগুলোর হ্রাস দেখা যায়, যা ২ডি ন্যানোফ্লেকের আরও বেশি কণার মতো আকৃতিতে রূপান্তর নির্দেশ করে। চিত্র ৬ঙ-জ যথাক্রমে ফেরেটের প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য দেখাচ্ছে। ফেরেটের প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য পরিপূরক পরামিতি এবং তাই এগুলোকে একসাথে বিবেচনা করা উচিত। মাইক্রোঅ্যালগির উপস্থিতিতে ২ডি Nb-MXene ন্যানোফ্লেক ইনকিউবেশনের পর, তাদের ফেরেট কোরিলেশন শীর্ষগুলো স্থানান্তরিত হয়েছে এবং তাদের তীব্রতা হ্রাস পেয়েছে। মরফোলজি, XRF এবং XPS-এর সাথে এই ফলাফলগুলির সমন্বয়ের উপর ভিত্তি করে, আমরা এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছি যে পর্যবেক্ষণকৃত পরিবর্তনগুলি জারণের সাথে দৃঢ়ভাবে সম্পর্কিত, কারণ জারিত MXene-গুলি আরও কুঁচকে যায় এবং খণ্ডাংশ ও গোলাকার অক্সাইড কণায় ভেঙে যায়69,70।
সবুজ মাইক্রোঅ্যালগির সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর MXene-এর রূপান্তরের বিশ্লেষণ। গতিশীল কণার আকৃতি বিশ্লেষণে (ক, খ) সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রের ব্যাস, (গ, ঘ) গোলাকারত্ব, (ঙ, চ) ফেরেট প্রস্থ এবং (ছ, জ) ফেরেট দৈর্ঘ্যের মতো প্যারামিটারগুলো বিবেচনা করা হয়। এই উদ্দেশ্যে, দুটি রেফারেন্স মাইক্রোঅ্যালগির নমুনার সাথে প্রাথমিক SL Nb2CTx ও SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx ও SL Nb4C3Tx MXenes, ক্ষয়প্রাপ্ত মাইক্রোঅ্যালগি এবং প্রক্রিয়াজাত মাইক্রোঅ্যালগি SL Nb2CTx ও SL Nb4C3Tx MXenes-কে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। লাল তীরচিহ্নগুলো পরীক্ষিত দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেকগুলোর আকৃতি প্যারামিটারগুলোর পরিবর্তন নির্দেশ করে।
যেহেতু আকৃতি পরামিতি বিশ্লেষণ অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য, তাই এটি মাইক্রোঅ্যালজি কোষের আকারগত পরিবর্তনও প্রকাশ করতে পারে। এজন্য, আমরা বিশুদ্ধ মাইক্রোঅ্যালজি কোষ এবং 2D Nb ন্যানোফ্লেক্সের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরের কোষগুলোর সমতুল্য বৃত্তাকার ক্ষেত্রের ব্যাস, গোলাকারত্ব এবং ফেরেট প্রস্থ/দৈর্ঘ্য বিশ্লেষণ করেছি। চিত্র ৬ক–জ-তে শৈবাল কোষের আকৃতি পরামিতিগুলোর পরিবর্তন দেখানো হয়েছে, যা শীর্ষ তীব্রতার হ্রাস এবং সর্বোচ্চ মানের উচ্চতর দিকে স্থানান্তরের মাধ্যমে প্রমাণিত হয়। বিশেষ করে, কোষের গোলাকারত্বের পরামিতিগুলো দীর্ঘায়িত কোষে হ্রাস এবং গোলাকার কোষে বৃদ্ধি দেখিয়েছে (চিত্র ৬ক, খ)। এছাড়াও, SL Nb4C3TX MXene (চিত্র ৬চ)-এর তুলনায় SL Nb2CTx MXene (চিত্র ৬ঙ)-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর ফেরেট কোষের প্রস্থ কয়েক মাইক্রোমিটার বৃদ্ধি পেয়েছে। আমরা ধারণা করছি যে, Nb2CTx SR-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার ফলে মাইক্রোঅ্যালজি দ্বারা Nb অক্সাইডের শক্তিশালী শোষণের কারণে এটি হতে পারে। তাদের পৃষ্ঠে Nb ফ্লেক্সের কম দৃঢ় সংযুক্তি ন্যূনতম ছায়া প্রভাব সহ কোষের বৃদ্ধি ঘটাতে পারে।
মাইক্রোঅ্যালগির আকার ও আকৃতির প্যারামিটারগুলির পরিবর্তন সম্পর্কিত আমাদের পর্যবেক্ষণ অন্যান্য গবেষণার পরিপূরক। সবুজ মাইক্রোঅ্যালগি পরিবেশগত চাপের প্রতিক্রিয়ায় কোষের আকার, আকৃতি বা বিপাক পরিবর্তনের মাধ্যমে তাদের রূপ পরিবর্তন করতে পারে৬১। উদাহরণস্বরূপ, কোষের আকার পরিবর্তন পুষ্টি শোষণে সহায়তা করে৭১। ছোট শৈবাল কোষ কম পুষ্টি গ্রহণ করে এবং তাদের বৃদ্ধির হার হ্রাস পায়। বিপরীতে, বড় কোষগুলি বেশি পুষ্টি গ্রহণ করে, যা পরে কোষের অভ্যন্তরে জমা হয়৭২,৭৩। মাচাদো এবং সোয়ারেস দেখেছেন যে ছত্রাকনাশক ট্রাইক্লোসান কোষের আকার বাড়াতে পারে। তারা শৈবালের আকৃতিতেও গভীর পরিবর্তন দেখেছেন৭৪। এছাড়াও, ইয়িন এবং অন্যান্যরা৯ হ্রাসকৃত গ্রাফিন অক্সাইড ন্যানোকম্পোজিটের সংস্পর্শে আসার পর শৈবালের রূপগত পরিবর্তন প্রকাশ করেছেন। অতএব, এটা স্পষ্ট যে মাইক্রোঅ্যালগির পরিবর্তিত আকার/আকৃতির প্যারামিটারগুলি MXene-এর উপস্থিতির কারণে ঘটে। যেহেতু আকার ও আকৃতির এই পরিবর্তন পুষ্টি উপাদান গ্রহণের পরিবর্তনের নির্দেশক, তাই আমরা মনে করি যে সময়ের সাথে সাথে আকার ও আকৃতির পরামিতি বিশ্লেষণের মাধ্যমে Nb-MXenes-এর উপস্থিতিতে অণুশৈবাল দ্বারা নাইওবিয়াম অক্সাইড গ্রহণ প্রদর্শন করা সম্ভব।
তাছাড়া, শৈবালের উপস্থিতিতে এমএক্সিন জারিত হতে পারে। দালাই ও অন্যান্যরা পর্যবেক্ষণ করেছেন যে, ন্যানো-TiO2 এবং Al2O3-এর সংস্পর্শে আসা সবুজ শৈবালের আকার একরূপ ছিল না। যদিও আমাদের পর্যবেক্ষণ বর্তমান গবেষণার অনুরূপ, এটি শুধুমাত্র দ্বি-মাত্রিক ন্যানোফ্লেক্সের উপস্থিতিতে এমএক্সিন অবক্ষয়জাত পণ্যের পরিপ্রেক্ষিতে জৈব প্রতিকারের প্রভাব অধ্যয়নের জন্য প্রাসঙ্গিক, ন্যানো পার্টিকেলের জন্য নয়। যেহেতু এমএক্সিন ধাতব অক্সাইডে অবক্ষয়িত হতে পারে, তাই এটা ধরে নেওয়া যুক্তিসঙ্গত যে আমাদের Nb ন্যানোফ্লেক্সও অণুশৈবাল কোষের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর Nb অক্সাইড গঠন করতে পারে।
জারণ প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে একটি বিয়োজন পদ্ধতির মাধ্যমে 2D-Nb ন্যানোফ্লেক্সের হ্রাস ব্যাখ্যা করার জন্য, আমরা উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HRTEM) (চিত্র 7a,b) এবং এক্স-রে ফটোইলেকট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) (চিত্র 7c-i এবং সারণি S4-5) ব্যবহার করে গবেষণা পরিচালনা করেছি। উভয় পদ্ধতিই 2D পদার্থের জারণ অধ্যয়নের জন্য উপযুক্ত এবং একে অপরের পরিপূরক। HRTEM দ্বি-মাত্রিক স্তরযুক্ত কাঠামোর অবক্ষয় এবং পরবর্তীকালে ধাতব অক্সাইড ন্যানোকণার আবির্ভাব বিশ্লেষণ করতে সক্ষম, অন্যদিকে XPS পৃষ্ঠ বন্ধনের প্রতি সংবেদনশীল। এই উদ্দেশ্যে, আমরা মাইক্রোঅ্যালজি কোষের দ্রবণ থেকে নিষ্কাশিত 2D Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্স পরীক্ষা করেছি, অর্থাৎ, মাইক্রোঅ্যালজি কোষের সাথে মিথস্ক্রিয়ার পরে তাদের আকৃতি (চিত্র 7 দেখুন)।
জারিত (ক) SL Nb2CTx এবং (খ) SL Nb4C3Tx MXenes-এর গঠনবিন্যাস দেখানো HRTEM চিত্র, XPS বিশ্লেষণের ফলাফল যা দেখাচ্ছে (গ) বিজারণের পর অক্সাইড উৎপাদসমূহের গঠন, (ঘ–চ) SL Nb2CTx-এর XPS বর্ণালীর উপাদানগুলোর শীর্ষ-সমন্বয় এবং (ছ–ঝ) সবুজ অণুশৈবাল দ্বারা মেরামতকৃত Nb4C3Tx SL।
HRTEM পরীক্ষায় দুই ধরনের Nb-MXene ন্যানোফ্লেকের জারণ নিশ্চিত হয়েছে। যদিও ন্যানোফ্লেকগুলো তাদের দ্বি-মাত্রিক আকার কিছুটা ধরে রেখেছিল, জারণের ফলে MXene ন্যানোফ্লেকের পৃষ্ঠকে আবৃত করে থাকা অনেক ন্যানোকণার আবির্ভাব ঘটে (চিত্র ৭ক,খ দেখুন)। c Nb 3d এবং O 1s সংকেতের XPS বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে উভয় ক্ষেত্রেই Nb অক্সাইড গঠিত হয়েছে। চিত্র ৭গ-তে যেমন দেখানো হয়েছে, 2D MXene Nb2CTx এবং Nb4C3TX-এর Nb 3d সংকেত NbO এবং Nb2O5 অক্সাইডের উপস্থিতি নির্দেশ করে, অন্যদিকে O 1s সংকেত 2D ন্যানোফ্লেকের পৃষ্ঠের কার্যকারীকরণের সাথে সম্পর্কিত O–Nb বন্ধনের সংখ্যা নির্দেশ করে। আমরা লক্ষ্য করেছি যে Nb-C এবং Nb3+-O-এর তুলনায় Nb অক্সাইডের অবদানই প্রধান।
চিত্র ৭জি–আই-তে মাইক্রোঅ্যালজি কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন এসএল এনবি২সিটিএক্স (চিত্র ৭ডি–এফ দেখুন) এবং এসএল এনবি৪সি৩টিএক্স এমএক্সিন-এর এনবি ৩ডি, সি ১এস, এবং ও ১এস-এর এক্সপিএস স্পেকট্রা দেখানো হয়েছে। এনবি-এমএক্সিন-এর পিক প্যারামিটারের বিস্তারিত বিবরণ যথাক্রমে সারণি এস৪–৫-এ দেওয়া হয়েছে। আমরা প্রথমে এনবি ৩ডি-এর গঠন বিশ্লেষণ করেছি। মাইক্রোঅ্যালজি কোষ দ্বারা শোষিত এনবি-এর বিপরীতে, মাইক্রোঅ্যালজি কোষ থেকে বিচ্ছিন্ন এমএক্সিন-এ এনবি২ও৫ ছাড়াও অন্যান্য উপাদান পাওয়া গেছে। এনবি২সিটিএক্স এসএল-এ, আমরা ১৫% পরিমাণে এনবি৩+-ও-এর অবদান লক্ষ্য করেছি, যেখানে এনবি ৩ডি স্পেকট্রামের বাকি অংশ এনবি২ও৫ (৮৫%) দ্বারা প্রভাবিত ছিল। এছাড়াও, এসএল এনবি৪সি৩টিএক্স নমুনায় এনবি-সি (৯%) এবং এনবি২ও৫ (৯১%) উপাদান রয়েছে। এখানে Nb-C, Nb4C3Tx SR-এর ধাতব কার্বাইডের দুটি অভ্যন্তরীণ পারমাণবিক স্তর থেকে আসে। এরপর আমরা C 1s বর্ণালীকে চারটি ভিন্ন উপাদানে বিন্যস্ত করি, যেমনটি আমরা অভ্যন্তরীণ নমুনাগুলিতে করেছিলাম। প্রত্যাশিতভাবেই, C 1s বর্ণালীতে গ্রাফাইটিক কার্বনের প্রাধান্য দেখা যায়, এবং এর পরেই রয়েছে মাইক্রোঅ্যালজি কোষ থেকে আসা জৈব কণা (CHx/CO এবং C=O)। এছাড়াও, O 1s বর্ণালীতে আমরা মাইক্রোঅ্যালজি কোষের জৈব রূপ, নাইওবিয়াম অক্সাইড এবং শোষিত জলের অবদান লক্ষ্য করেছি।
এছাড়াও, আমরা অনুসন্ধান করেছি যে পুষ্টি মাধ্যম এবং/অথবা মাইক্রোঅ্যালজি কোষে রিঅ্যাক্টিভ অক্সিজেন স্পিসিস (ROS)-এর উপস্থিতির সাথে Nb-MXenes-এর বিভাজন সম্পর্কিত কিনা। এই উদ্দেশ্যে, আমরা কালচার মিডিয়ামে সিঙ্গলেট অক্সিজেন (¹O₂) এবং অন্তঃকোষীয় গ্লুটাথায়নের মাত্রা মূল্যায়ন করেছি, যা মাইক্রোঅ্যালজিতে অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট হিসেবে কাজ করে এমন একটি থায়োল। ফলাফলগুলো সাপ্লিমেন্টারি ইনফরমেশনে (SI) দেখানো হয়েছে (চিত্র S20 এবং S21)। SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX MXenes যুক্ত কালচারগুলোতে ¹O₂-এর পরিমাণ হ্রাস পেয়েছে (চিত্র S20 দেখুন)। SL Nb2CTx-এর ক্ষেত্রে, MXene-এর ¹O₂ প্রায় ৮৩%-এ হ্রাস পেয়েছে। SL ব্যবহার করে মাইক্রোঅ্যালজি কালচারের ক্ষেত্রে, Nb4C3TX-এর ¹O₂ আরও বেশি কমে ৭৩%-এ দাঁড়িয়েছে। মজার বিষয় হলো, ¹O₂-এর পরিবর্তনগুলো পূর্বে পর্যবেক্ষণ করা প্রতিরোধক-উদ্দীপক প্রভাবের মতোই একই প্রবণতা দেখিয়েছে (চিত্র ৩ দেখুন)। এটি যুক্তিযুক্ত যে উজ্জ্বল আলোতে ইনকিউবেশন ফটোঅক্সিডেশনকে পরিবর্তন করতে পারে। তবে, নিয়ন্ত্রণ বিশ্লেষণের ফলাফল পরীক্ষা চলাকালীন 1O2-এর মাত্রা প্রায় স্থির দেখিয়েছে (চিত্র S22)। আন্তঃকোষীয় ROS মাত্রার ক্ষেত্রেও আমরা একই নিম্নমুখী প্রবণতা লক্ষ্য করেছি (চিত্র S21 দেখুন)। প্রাথমিকভাবে, Nb2CTx এবং Nb4C3Tx SL-এর উপস্থিতিতে কালচার করা মাইক্রোঅ্যালজি কোষগুলিতে ROS-এর মাত্রা, মাইক্রোঅ্যালজির বিশুদ্ধ কালচারে প্রাপ্ত মাত্রাকে ছাড়িয়ে গিয়েছিল। তবে, অবশেষে দেখা গেল যে মাইক্রোঅ্যালজি উভয় Nb-MXene-এর উপস্থিতির সাথে নিজেদের মানিয়ে নিয়েছে, কারণ SL Nb2CTx এবং Nb4C3TX দ্বারা ইনোকুলেটেড মাইক্রোঅ্যালজির বিশুদ্ধ কালচারে পরিমাপ করা মাত্রার যথাক্রমে ৮৫% এবং ৯১%-এ ROS-এর মাত্রা হ্রাস পেয়েছে। এটি ইঙ্গিত দিতে পারে যে, শুধুমাত্র পুষ্টি মাধ্যমের তুলনায় Nb-MXene-এর উপস্থিতিতে মাইক্রোঅ্যালজি সময়ের সাথে সাথে আরও স্বাচ্ছন্দ্য বোধ করে।
মাইক্রোঅ্যালজি হলো সালোকসংশ্লেষী জীবের একটি বৈচিত্র্যময় গোষ্ঠী। সালোকসংশ্লেষণের সময়, তারা বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) কে জৈব কার্বনে রূপান্তরিত করে। সালোকসংশ্লেষণের উৎপাদিত পদার্থ হলো গ্লুকোজ এবং অক্সিজেন৭৯। আমরা ধারণা করি যে, এভাবে উৎপন্ন অক্সিজেন Nb-MXene-এর জারণে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এর একটি সম্ভাব্য ব্যাখ্যা হলো, Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের বাইরে এবং ভিতরে অক্সিজেনের কম ও বেশি আংশিক চাপে ডিফারেনশিয়াল এয়ারেশন প্যারামিটার তৈরি হয়। এর মানে হলো, যেখানেই অক্সিজেনের বিভিন্ন আংশিক চাপের অঞ্চল থাকবে, সেখানে সর্বনিম্ন স্তরের অঞ্চলটি অ্যানোড গঠন করবে৮০, ৮১, ৮২। এখানে, মাইক্রোঅ্যালজি MXene ফ্লেক্সের পৃষ্ঠে ডিফারেনশিয়ালি এয়ারেটেড কোষ তৈরিতে অবদান রাখে, যা তাদের সালোকসংশ্লেষী বৈশিষ্ট্যের কারণে অক্সিজেন উৎপাদন করে। ফলস্বরূপ, জৈব-ক্ষয়জাত পদার্থ (এই ক্ষেত্রে, নাইওবিয়াম অক্সাইড) তৈরি হয়। আরেকটি দিক হলো, মাইক্রোঅ্যালজি জৈব অ্যাসিড উৎপাদন করতে পারে যা পানিতে নির্গত হয়৮৩,৮৪। অতএব, একটি প্রতিকূল পরিবেশ তৈরি হয়, যার ফলে Nb-MXenes পরিবর্তিত হয়। এছাড়াও, অণুশৈবাল কার্বন ডাই অক্সাইড শোষণের কারণে পরিবেশের pH ক্ষারীয় করে তুলতে পারে, যা ক্ষয়ও ঘটাতে পারে79।
আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, আমাদের গবেষণায় ব্যবহৃত অন্ধকার/আলোর আলোককাল প্রাপ্ত ফলাফল বোঝার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই দিকটি জেমাই-জোগলাচে এট আল. ৮৫-এ বিশদভাবে বর্ণনা করা হয়েছে। তাঁরা লাল অণুশৈবাল Porphyridium purpureum দ্বারা সৃষ্ট জৈব-দূষণের সাথে সম্পর্কিত জৈব-ক্ষয় প্রদর্শনের জন্য ইচ্ছাকৃতভাবে একটি ১২/১২ ঘণ্টার আলোককাল ব্যবহার করেছিলেন। তাঁরা দেখিয়েছেন যে আলোককালটি জৈব-ক্ষয়বিহীন বিভবের বিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত, যা ২৪:০০-এর আশেপাশে ছদ্ম-পর্যায়ক্রমিক দোলন হিসাবে প্রকাশিত হয়। এই পর্যবেক্ষণগুলি ডাউলিং এট আল. ৮৬ দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছিল। তাঁরা সায়ানোব্যাকটেরিয়া Anabaena-র সালোকসংশ্লেষী জৈব-ফিল্ম প্রদর্শন করেছিলেন। আলোর প্রভাবে দ্রবীভূত অক্সিজেন তৈরি হয়, যা মুক্ত জৈব-ক্ষয় বিভবের পরিবর্তন বা ওঠানামার সাথে সম্পর্কিত। আলোককালের গুরুত্ব এই ঘটনা দ্বারা জোর দেওয়া হয় যে, জৈব-ক্ষয়ের জন্য মুক্ত বিভব আলোক পর্বে বৃদ্ধি পায় এবং অন্ধকার পর্বে হ্রাস পায়। এর কারণ হলো সালোকসংশ্লেষী অণুশৈবাল দ্বারা উৎপাদিত অক্সিজেন, যা ইলেকট্রোডের কাছাকাছি সৃষ্ট আংশিক চাপের মাধ্যমে ক্যাথোডিক বিক্রিয়াকে প্রভাবিত করে87।
এছাড়াও, Nb-MXenes-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার পর মাইক্রোঅ্যালজি কোষের রাসায়নিক গঠনে কোনো পরিবর্তন ঘটেছে কিনা তা খুঁজে বের করার জন্য ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (FTIR) করা হয়েছিল। এই প্রাপ্ত ফলাফলগুলি জটিল এবং আমরা সেগুলি SI-তে (চিত্র S23-S25, যার মধ্যে MAX পর্যায় এবং ML MXenes-এর ফলাফল অন্তর্ভুক্ত) উপস্থাপন করেছি। সংক্ষেপে, মাইক্রোঅ্যালজির প্রাপ্ত রেফারেন্স স্পেকট্রা আমাদের এই জীবগুলির রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে গুরুত্বপূর্ণ তথ্য প্রদান করে। এই সবচেয়ে সম্ভাব্য কম্পনগুলি 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 (C–H) এবং 3280 cm–1 (O–H) ফ্রিকোয়েন্সিতে অবস্থিত। SL Nb-MXenes-এর জন্য, আমরা একটি CH-বন্ধন প্রসারণের বৈশিষ্ট্য পেয়েছি যা আমাদের পূর্ববর্তী গবেষণা38-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তবে, আমরা লক্ষ্য করেছি যে C=C এবং CH বন্ধনীর সাথে সম্পর্কিত কিছু অতিরিক্ত শিখর অদৃশ্য হয়ে গেছে। এটি ইঙ্গিত দেয় যে SL Nb-MXenes-এর সাথে মিথস্ক্রিয়ার কারণে অণুশৈবালের রাসায়নিক গঠনে সামান্য পরিবর্তন ঘটতে পারে।
মাইক্রোঅ্যালগির জৈব রসায়নে সম্ভাব্য পরিবর্তন বিবেচনা করার সময়, নাইওবিয়াম অক্সাইডের মতো অজৈব অক্সাইডের সঞ্চয়নকে পুনরায় বিবেচনা করা প্রয়োজন। এটি কোষের পৃষ্ঠ দ্বারা ধাতু গ্রহণ, সাইটোপ্লাজমে তাদের পরিবহন, আন্তঃকোষীয় কার্বক্সিল গ্রুপের সাথে তাদের সংযুক্তি এবং মাইক্রোঅ্যালগির পলিফসফোসোমে তাদের সঞ্চয়নের সাথে জড়িত। এছাড়াও, মাইক্রোঅ্যালগি এবং ধাতুর মধ্যে সম্পর্ক কোষের কার্যকরী গ্রুপ দ্বারা বজায় থাকে। এই কারণে, শোষণ মাইক্রোঅ্যালগির পৃষ্ঠের রসায়নের উপরও নির্ভর করে, যা বেশ জটিল। সাধারণভাবে, প্রত্যাশিতভাবেই, Nb অক্সাইড শোষণের কারণে সবুজ মাইক্রোঅ্যালগির রাসায়নিক গঠনে সামান্য পরিবর্তন হয়েছে।
মজার ব্যাপার হলো, মাইক্রোঅ্যালগির উপর পরিলক্ষিত প্রাথমিক প্রতিবন্ধকতা সময়ের সাথে সাথে পরিবর্তনযোগ্য ছিল। আমরা যেমনটা পর্যবেক্ষণ করেছি, মাইক্রোঅ্যালগি প্রাথমিক পরিবেশগত পরিবর্তনকে কাটিয়ে ওঠে এবং অবশেষে স্বাভাবিক বৃদ্ধির হারে ফিরে আসে, এমনকি সংখ্যায় বৃদ্ধিও পায়। পুষ্টি মাধ্যমে প্রবেশ করানোর পর জেটা পটেনশিয়ালের গবেষণা উচ্চ স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। সুতরাং, বিজারণ পরীক্ষাগুলো জুড়ে মাইক্রোঅ্যালগি কোষ এবং Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের মধ্যে পৃষ্ঠীয় মিথস্ক্রিয়া বজায় ছিল। আমাদের পরবর্তী বিশ্লেষণে, আমরা মাইক্রোঅ্যালগির এই অসাধারণ আচরণের পেছনের প্রধান কার্যপ্রণালীগুলো সংক্ষেপে তুলে ধরেছি।
SEM পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে মাইক্রোঅ্যালজি Nb-MXene-এর সাথে সংযুক্ত হতে চায়। ডাইনামিক ইমেজ অ্যানালাইসিস ব্যবহার করে আমরা নিশ্চিত করেছি যে এই প্রভাবের ফলে দ্বি-মাত্রিক Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সগুলো আরও গোলাকার কণায় রূপান্তরিত হয়, যা প্রমাণ করে যে ন্যানোফ্লেক্সের পচন তাদের জারণের সাথে সম্পর্কিত। আমাদের অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, আমরা ধারাবাহিক বস্তুগত এবং জৈব-রাসায়নিক গবেষণা পরিচালনা করেছি। পরীক্ষার পর, ন্যানোফ্লেক্সগুলো ধীরে ধীরে জারিত হয়ে NbO এবং Nb2O5 উৎপাদনে পচে যায়, যা সবুজ মাইক্রোঅ্যালজির জন্য কোনো হুমকি সৃষ্টি করেনি। FTIR পর্যবেক্ষণ ব্যবহার করে আমরা দেখেছি যে দ্বি-মাত্রিক Nb-MXene ন্যানোফ্লেক্সের উপস্থিতিতে ইনকিউবেট করা মাইক্রোঅ্যালজির রাসায়নিক গঠনে কোনো উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হয়নি। মাইক্রোঅ্যালজি দ্বারা নাইওবিয়াম অক্সাইড শোষণের সম্ভাবনা বিবেচনা করে, আমরা একটি এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স বিশ্লেষণ করেছি। এই ফলাফলগুলো স্পষ্টভাবে দেখায় যে পরীক্ষিত মাইক্রোঅ্যালজিগুলো নাইওবিয়াম অক্সাইড (NbO এবং Nb2O5) খেয়ে জীবনধারণ করে, যা পরীক্ষিত মাইক্রোঅ্যালজির জন্য অ-বিষাক্ত।