Gràcies per visitar Nature.com. Esteu utilitzant una versió del navegador amb compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir la compatibilitat continuada, renderem el lloc web sense estils ni JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositives alhora. Feu servir els botons Anterior i Següent per moure's per tres diapositives alhora o feu servir els botons lliscants del final per moure's per tres diapositives alhora.
El ràpid desenvolupament de la nanotecnologia i la seva integració en aplicacions quotidianes poden amenaçar el medi ambient. Tot i que els mètodes ecològics per a la degradació de contaminants orgànics estan ben establerts, la recuperació de contaminants cristal·lins inorgànics és una gran preocupació a causa de la seva baixa sensibilitat a la biotransformació i la manca de comprensió de les interaccions de la superfície del material amb els biològics. Aquí, utilitzem un model de MXenes 2D inorgànics basat en Nb combinat amb un mètode simple d'anàlisi de paràmetres de forma per rastrejar el mecanisme de biorremediació de nanomaterials ceràmics 2D per la microalga verda Raphidocelis subcapitata. Vam descobrir que les microalgues degraden els MXenes basats en Nb a causa d'interaccions fisicoquímiques relacionades amb la superfície. Inicialment, els nanoescala de MXene d'una i diverses capes s'adherien a la superfície de les microalgues, cosa que reduïa una mica el creixement d'algues. Tanmateix, després d'una interacció prolongada amb la superfície, les microalgues oxidaven els nanoescala de MXene i els descomponien encara més en NbO i Nb2O5. Com que aquests òxids no són tòxics per a les cèl·lules de les microalgues, consumeixen nanopartícules d'òxid de Nb mitjançant un mecanisme d'absorció que restaura encara més les microalgues després de 72 hores de tractament de l'aigua. Els efectes dels nutrients associats amb l'absorció també es reflecteixen en l'augment del volum cel·lular, la seva forma suau i el canvi en la taxa de creixement. Basant-nos en aquestes troballes, concloem que la presència a curt i llarg termini de MXens basats en Nb en ecosistemes d'aigua dolça pot causar només impactes ambientals menors. Cal destacar que, utilitzant nanomaterials bidimensionals com a sistemes model, demostrem la possibilitat de rastrejar la transformació de la forma fins i tot en materials de gra fi. En general, aquest estudi respon a una pregunta fonamental important sobre els processos relacionats amb la interacció superficial que impulsen el mecanisme de biorremediació dels nanomaterials 2D i proporciona una base per a futurs estudis a curt i llarg termini de l'impacte ambiental dels nanomaterials cristal·lins inorgànics.
Els nanomaterials han generat molt interès des del seu descobriment, i diverses nanotecnologies han entrat recentment en una fase de modernització1. Malauradament, la integració de nanomaterials en aplicacions quotidianes pot provocar alliberaments accidentals a causa d'una eliminació inadequada, una manipulació descuidada o una infraestructura de seguretat inadequada. Per tant, és raonable suposar que els nanomaterials, inclosos els nanomaterials bidimensionals (2D), es poden alliberar al medi natural, el comportament i l'activitat biològica dels quals encara no es coneixen completament. Per tant, no és sorprenent que les preocupacions sobre l'ecotoxicitat s'hagin centrat en la capacitat dels nanomaterials 2D per filtrar-se als sistemes aquàtics2,3,4,5,6. En aquests ecosistemes, alguns nanomaterials 2D poden interactuar amb diversos organismes a diferents nivells tròfics, incloses les microalgues.
Les microalgues són organismes primitius que es troben de manera natural en ecosistemes d'aigua dolça i marins que produeixen una varietat de productes químics a través de la fotosíntesi7. Com a tals, són crítiques per als ecosistemes aquàtics8,9,10,11,12, però també són indicadors d'ecotoxicitat sensibles, econòmics i àmpliament utilitzats13,14. Com que les cèl·lules de les microalgues es multipliquen ràpidament i responen ràpidament a la presència de diversos compostos, són prometedores per al desenvolupament de mètodes respectuosos amb el medi ambient per tractar l'aigua contaminada amb substàncies orgàniques15,16.
Les cèl·lules d'algues poden eliminar ions inorgànics de l'aigua mitjançant la biosorció i l'acumulació17,18. Algunes espècies d'algues com ara Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue i Synechococcus sp. S'ha descobert que transporta i fins i tot nodreix ions metàl·lics tòxics com ara Fe2+, Cu2+, Zn2+ i Mn2+19. Altres estudis han demostrat que els ions Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ o Pb2+ limiten el creixement de Scenedesmus alterant la morfologia cel·lular i destruint els seus cloroplasts20,21.
Els mètodes ecològics per a la descomposició de contaminants orgànics i l'eliminació d'ions de metalls pesants han atret l'atenció de científics i enginyers d'arreu del món. Això es deu principalment al fet que aquests contaminants es processen fàcilment en fase líquida. Tanmateix, els contaminants cristal·lins inorgànics es caracteritzen per una baixa solubilitat en aigua i una baixa susceptibilitat a diverses biotransformacions, cosa que causa grans dificultats en la remediació, i s'han fet pocs progressos en aquest àmbit22,23,24,25,26. Per tant, la cerca de solucions respectuoses amb el medi ambient per a la reparació de nanomaterials continua sent una àrea complexa i inexplorada. A causa de l'alt grau d'incertesa pel que fa als efectes de biotransformació dels nanomaterials 2D, no hi ha una manera fàcil d'esbrinar les possibles vies de la seva degradació durant la reducció.
En aquest estudi, hem utilitzat microalgues verdes com a agent de biorremediació aquós actiu per a materials ceràmics inorgànics, combinat amb el seguiment in situ del procés de degradació del MXene com a representant dels materials ceràmics inorgànics. El terme "MXene" reflecteix l'estequiometria del material Mn+1XnTx, on M és un metall de transició primerenc, X és carboni i/o nitrogen, Tx és un terminador superficial (per exemple, -OH, -F, -Cl) i n = 1, 2, 3 o 427,28. Des del descobriment dels MXenes per Naguib et al. Sensorics, cancer therapy and membrane filtration 27,29,30. A més, els MXenes es poden considerar com a sistemes 2D model a causa de la seva excel·lent estabilitat col·loïdal i les possibles interaccions biològiques31,32,33,34,35,36.
Per tant, la metodologia desenvolupada en aquest article i les nostres hipòtesis de recerca es mostren a la Figura 1. Segons aquesta hipòtesi, les microalgues degraden els MXens basats en Nb en compostos no tòxics a causa d'interaccions fisicoquímiques relacionades amb la superfície, cosa que permet una major recuperació de les algues. Per provar aquesta hipòtesi, es van seleccionar dos membres de la família de carburs i/o nitrids de metalls de transició (MXens) basats en niobi primerencs, concretament Nb2CTx i Nb4C3TX.
Metodologia de recerca i hipòtesis basades en l'evidència per a la recuperació de MXene per part de la microalga verda Raphidocelis subcapitata. Tingueu en compte que això només és una representació esquemàtica de suposicions basades en l'evidència. L'entorn del llac difereix en el medi nutritiu utilitzat i les condicions (per exemple, el cicle diürn i les limitacions dels nutrients essencials disponibles). Creat amb BioRender.com.
Per tant, utilitzant MXene com a sistema model, hem obert la porta a l'estudi de diversos efectes biològics que no es poden observar amb altres nanomaterials convencionals. En particular, demostrem la possibilitat de biorremediació de nanomaterials bidimensionals, com ara els MXenes basats en niobi, per part de les microalgues Raphidocelis subcapitata. Les microalgues són capaces de degradar els Nb-MXenes en els òxids no tòxics NbO i Nb2O5, que també proporcionen nutrients a través del mecanisme d'absorció de niobi. En general, aquest estudi respon a una pregunta fonamental important sobre els processos associats amb les interaccions fisicoquímiques superficials que governen els mecanismes de biorremediació de nanomaterials bidimensionals. A més, estem desenvolupant un mètode senzill basat en paràmetres de forma per rastrejar canvis subtils en la forma dels nanomaterials 2D. Això inspira més investigacions a curt i llarg termini sobre els diversos impactes ambientals dels nanomaterials cristal·lins inorgànics. Així, el nostre estudi augmenta la comprensió de la interacció entre la superfície del material i el material biològic. També estem proporcionant la base per a estudis ampliats a curt i llarg termini sobre els seus possibles impactes en els ecosistemes d'aigua dolça, que ara es poden verificar fàcilment.
Els MXenes representen una classe interessant de materials amb propietats físiques i químiques úniques i atractives i, per tant, moltes aplicacions potencials. Aquestes propietats depenen en gran mesura de la seva estequiometria i química superficial. Per tant, en el nostre estudi, vam investigar dos tipus de MXenes jeràrquics d'una sola capa (SL) basats en Nb, Nb2CTx i Nb4C3TX, ja que es van poder observar diferents efectes biològics d'aquests nanomaterials. Els MXenes es produeixen a partir dels seus materials de partida mitjançant el gravat selectiu de dalt a baix de capes A de fase MAX atòmicament primes. La fase MAX és una ceràmica ternària composta per blocs "units" de carburs metàl·lics de transició i capes primes d'elements "A" com ara Al, Si i Sn amb estequiometria MnAXn-1. La morfologia de la fase MAX inicial es va observar mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i va ser coherent amb estudis anteriors (vegeu la informació suplementària, SI, figura S1). El Nb-MXene multicapa (ML) es va obtenir després de treure la capa d'Al amb un 48% d'HF (àcid fluorhídric). La morfologia de ML-Nb2CTx i ML-Nb4C3TX es va examinar mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) (figures S1c i S1d respectivament) i es va observar una morfologia típica de MXene en capes, similar a nanoescales bidimensionals que passen a través d'escletxes allargades semblants a porus. Tots dos Nb-MXene tenen molt en comú amb les fases de MXene sintetitzades prèviament per gravat àcid27,38. Després de confirmar l'estructura de l'MXene, la vam superposar a capes mitjançant intercalació d'hidròxid de tetrabutilamoni (TBAOH) seguit de rentat i sonicació, després de la qual cosa vam obtenir nanoescales de Nb-MXene 2D d'una sola capa o de capa baixa (SL).
Vam utilitzar microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució (HRTEM) i difracció de raigs X (XRD) per provar l'eficiència del gravat i el pelat posterior. Els resultats de HRTEM processats mitjançant la Transformada Inversa de Fourier Ràpida (IFFT) i la Transformada Ràpida de Fourier (FFT) es mostren a la figura 2. Els nanoescales de Nb-MXene es van orientar cap amunt per comprovar l'estructura de la capa atòmica i mesurar les distàncies interplanars. Les imatges HRTEM dels nanoescales de MXene Nb2CTx i Nb4C3TX van revelar la seva naturalesa de capes atòmicament primes (vegeu la figura 2a1, a2), tal com van informar anteriorment Naguib et al.27 i Jastrzębska et al.38. Per a dues monocapes adjacents de Nb2CTx i Nb4C3Tx, vam determinar distàncies intercapes de 0,74 i 1,54 nm, respectivament (figures 2b1, b2), la qual cosa també coincideix amb els nostres resultats anteriors38. Això es va confirmar encara més amb la transformada inversa de Fourier ràpida (Fig. 2c1, c2) i la transformada ràpida de Fourier (Fig. 2d1, d2) que mostren la distància entre les monocapes de Nb2CTx i Nb4C3Tx. La imatge mostra una alternança de bandes clares i fosques corresponents a àtoms de niobi i carboni, cosa que confirma la naturalesa en capes dels MXenes estudiats. És important tenir en compte que els espectres d'espectroscòpia de raigs X per dispersió d'energia (EDX) obtinguts per a Nb2CTx i Nb4C3Tx (Figures S2a i S2b) no van mostrar cap resta de la fase MAX original, ja que no es va detectar cap pic d'Al.
Caracterització de nanoescales MXene de Nb2CTx i Nb4C3Tx de SL, incloent-hi (a) imatges de nanoescales 2D de vista lateral per microscòpia electrònica d'alta resolució (HRTEM) i corresponents, (b) mode d'intensitat, (c) transformada ràpida inversa de Fourier (IFFT), (d) transformada ràpida de Fourier (FFT), (e) patrons de raigs X de Nb-MXenes. Per a Nb2CTx 2D de SL, els nombres s'expressen com a (a1, b1, c1, d1, e1). Per a Nb4C3Tx 2D de SL, els nombres s'expressen com a (a2, b2, c2, d2, e1).
Les mesures de difracció de raigs X dels MXenes SL Nb2CTx i Nb4C3Tx es mostren a les figures 2e1 i e2, respectivament. Els pics (002) a 4.31 i 4.32 corresponen als MXenes en capes Nb2CTx i Nb4C3TX38,39,40,41 descrits anteriorment, respectivament. Els resultats de XRD també indiquen la presència d'algunes estructures ML residuals i fases MAX, però principalment patrons de XRD associats amb SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2). La presència de partícules més petites de la fase MAX pot explicar el pic MAX més fort en comparació amb les capes de Nb4C3Tx apilades aleatòriament.
La investigació posterior s'ha centrat en les microalgues verdes que pertanyen a l'espècie R. subcapitata. Vam triar les microalgues perquè són productores importants que participen en les principals xarxes tròfiques42. També són un dels millors indicadors de toxicitat a causa de la capacitat d'eliminar substàncies tòxiques que es transporten a nivells superiors de la cadena alimentària43. A més, la investigació sobre R. subcapitata pot aclarir la toxicitat incidental dels SL Nb-MXens per als microorganismes comuns d'aigua dolça. Per il·lustrar-ho, els investigadors van plantejar la hipòtesi que cada microbi té una sensibilitat diferent als compostos tòxics presents al medi ambient. Per a la majoria dels organismes, les baixes concentracions de substàncies no afecten el seu creixement, mentre que les concentracions per sobre d'un cert límit poden inhibir-los o fins i tot causar la mort. Per tant, per als nostres estudis de la interacció superficial entre les microalgues i els MXens i la recuperació associada, vam decidir provar les concentracions inofensives i tòxiques de Nb-MXens. Per fer-ho, vam provar concentracions de 0 (com a referència), 0,01, 0,1 i 10 mg l-1 MXene i, a més, vam infectar microalgues amb concentracions molt altes de MXene (100 mg l-1 MXene), que poden ser extremes i letals per a qualsevol entorn biològic.
Els efectes dels Nb-MXenes SL sobre les microalgues es mostren a la Figura 3, expressats com el percentatge de promoció del creixement (+) o inhibició (-) mesurat per a mostres de 0 mg l-1. A tall de comparació, també es van provar la fase Nb-MAX i els Nb-MXenes ML i els resultats es mostren en SI (vegeu la Fig. S3). Els resultats obtinguts van confirmar que els Nb-MXenes SL estan gairebé completament desproveïts de toxicitat en el rang de baixes concentracions de 0,01 a 10 mg/l, com es mostra a la Fig. 3a,b. En el cas de Nb2CTx, no vam observar més del 5% d'ecotoxicitat en el rang especificat.
Estimulació (+) o inhibició (-) del creixement de microalgues en presència de SL (a) Nb2CTx i (b) Nb4C3TX MXene. Es van analitzar 24, 48 i 72 hores d'interacció MXene-microalgues. Les dades significatives (prova t, p < 0,05) es van marcar amb un asterisc (*). Les dades significatives (prova t, p < 0,05) es van marcar amb un asterisc (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Les dades significatives (prova t, p < 0,05) estan marcades amb un asterisc (*).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 (prova t, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Les dades importants (prova t, p < 0,05) estan marcades amb un asterisc (*).Les fletxes vermelles indiquen l'abolició de l'estimulació inhibitòria.
D'altra banda, les baixes concentracions de Nb4C3TX van resultar ser lleugerament més tòxiques, però no superiors al 7%. Com s'esperava, vam observar que els MXenes tenien una toxicitat i una inhibició del creixement de microalgues més elevades a 100 mg L-1. Curiosament, cap dels materials va mostrar la mateixa tendència ni dependència temporal dels efectes atòxics/tòxics en comparació amb les mostres MAX o ML (vegeu SI per a més detalls). Mentre que per a la fase MAX (vegeu la Fig. S3) la toxicitat va assolir aproximadament el 15-25% i va augmentar amb el temps, es va observar la tendència inversa per a SL Nb2CTx i Nb4C3TX MXene. La inhibició del creixement de microalgues va disminuir amb el temps. Va assolir aproximadament el 17% després de 24 hores i va baixar a menys del 5% després de 72 hores (Fig. 3a, b, respectivament).
Més important encara, per a SL Nb4C3TX, la inhibició del creixement de microalgues va arribar a aproximadament el 27% després de 24 hores, però després de 72 hores va disminuir a aproximadament l'1%. Per tant, vam etiquetar l'efecte observat com a inhibició inversa de l'estimulació, i l'efecte va ser més fort per a SL Nb4C3TX MXene. L'estimulació del creixement de microalgues es va observar anteriorment amb Nb4C3TX (interacció a 10 mg L-1 durant 24 h) en comparació amb SL Nb2CTx MXene. L'efecte d'inversió de la inhibició-estimulació també es va mostrar bé a la corba de taxa de duplicació de la biomassa (vegeu la Fig. S4 per a més detalls). Fins ara, només s'ha estudiat l'ecotoxicitat de Ti3C2TX MXene de diferents maneres. No és tòxic per als embrions de peix zebra44, però moderadament ecotòxic per a les plantes de microalgues Desmodesmus quadricauda i Sorghum saccharatum45. Altres exemples d'efectes específics inclouen una major toxicitat per a les línies cel·lulars canceroses que per a les línies cel·lulars normals46,47. Es podria suposar que les condicions de prova influirien en els canvis en el creixement de microalgues observats en presència de Nb-MXenes. Per exemple, un pH d'aproximadament 8 a l'estroma del cloroplast és òptim per al funcionament eficient de l'enzim RuBisCO. Per tant, els canvis de pH afecten negativament la taxa de fotosíntesi48,49. Tanmateix, no vam observar canvis significatius en el pH durant l'experiment (vegeu SI, Fig. S5 per a més detalls). En general, els cultius de microalgues amb Nb-MXenes van reduir lleugerament el pH de la solució al llarg del temps. Tanmateix, aquesta disminució va ser similar a un canvi en el pH d'un medi pur. A més, el rang de variacions trobades va ser similar al mesurat per a un cultiu pur de microalgues (mostra de control). Per tant, concloem que la fotosíntesi no es veu afectada pels canvis en el pH al llarg del temps.
A més, els MXenes sintetitzats tenen terminacions superficials (denotades com a Tx). Aquests són principalment grups funcionals -O, -F i -OH. Tanmateix, la química superficial està directament relacionada amb el mètode de síntesi. Se sap que aquests grups es distribueixen aleatòriament per la superfície, cosa que dificulta la predicció del seu efecte sobre les propietats de l'MXene50. Es pot argumentar que Tx podria ser la força catalítica per a l'oxidació del niobi per la llum. Els grups funcionals superficials proporcionen múltiples llocs d'ancoratge per als seus fotocatalitzadors subjacents per formar heterounions51. Tanmateix, la composició del medi de creixement no va proporcionar un fotocatalitzador eficaç (la composició detallada del medi es pot trobar a la Taula S6 de la SI). A més, qualsevol modificació superficial també és molt important, ja que l'activitat biològica dels MXenes es pot alterar a causa del postprocessament de capes, l'oxidació, la modificació química de la superfície de compostos orgànics i inorgànics52,53,54,55,56 o l'enginyeria de càrrega superficial38. Per tant, per comprovar si l'òxid de niobi té alguna cosa a veure amb la inestabilitat del material en el medi, vam dur a terme estudis del potencial zeta (ζ) en un medi de creixement de microalgues i aigua desionitzada (per comparar). Els nostres resultats mostren que els Nb-MXenes SL són bastant estables (vegeu la figura S6 de la SI per als resultats MAX i ML). El potencial zeta dels MXenes SL és d'uns -10 mV. En el cas de Nb2CTx SR, el valor de ζ és una mica més negatiu que el de Nb4C3Tx. Aquest canvi en el valor ζ pot indicar que la superfície dels nanoescales de MXene carregades negativament absorbeix ions carregats positivament del medi de cultiu. Les mesures temporals del potencial zeta i la conductivitat dels Nb-MXenes en el medi de cultiu (vegeu les figures S7 i S8 de la SI per a més detalls) semblen donar suport a la nostra hipòtesi.
No obstant això, ambdós SL de Nb-MXene van mostrar canvis mínims des de zero. Això demostra clarament la seva estabilitat en el medi de creixement de microalgues. A més, vam avaluar si la presència de les nostres microalgues verdes afectaria l'estabilitat dels Nb-MXenes en el medi. Els resultats del potencial zeta i la conductivitat dels MXenes després de la interacció amb microalgues en medis nutritius i cultiu al llarg del temps es poden trobar a SI (Figures S9 i S10). Curiosament, vam observar que la presència de microalgues semblava estabilitzar la dispersió d'ambdós MXenes. En el cas de Nb2CTx SL, el potencial zeta va disminuir lleugerament amb el temps fins a valors més negatius (-15,8 versus -19,1 mV després de 72 h d'incubació). El potencial zeta de SL Nb4C3TX va augmentar lleugerament, però després de 72 h encara mostrava una estabilitat més alta que els nanoescala sense presència de microalgues (-18,1 versus -9,1 mV).
També vam trobar una menor conductivitat de les solucions de Nb-MXene incubades en presència de microalgues, cosa que indica una menor quantitat d'ions en el medi nutritiu. Cal destacar que la inestabilitat dels MXene a l'aigua es deu principalment a l'oxidació superficial57. Per tant, sospitem que les microalgues verdes d'alguna manera van eliminar els òxids formats a la superfície del Nb-MXene i fins i tot van impedir la seva aparició (oxidació del MXene). Això es pot veure estudiant els tipus de substàncies absorbides per les microalgues.
Tot i que els nostres estudis ecotoxicològics van indicar que les microalgues van ser capaces de superar la toxicitat dels Nb-MXenes amb el temps i la inhibició inusual del creixement estimulat, l'objectiu del nostre estudi va ser investigar els possibles mecanismes d'acció. Quan els organismes com les algues s'exposen a compostos o materials desconeguts per als seus ecosistemes, poden reaccionar de diverses maneres58,59. En absència d'òxids metàl·lics tòxics, les microalgues poden alimentar-se per si mateixes, cosa que els permet créixer contínuament60. Després de la ingestió de substàncies tòxiques, es poden activar mecanismes de defensa, com ara canviar de forma. També s'ha de tenir en compte la possibilitat d'absorció58,59. Cal destacar que qualsevol signe d'un mecanisme de defensa és un indicador clar de la toxicitat del compost de prova. Per tant, en el nostre treball posterior, vam investigar la possible interacció superficial entre els nanoescales de SL Nb-MXene i les microalgues mitjançant SEM i la possible absorció de MXene basat en Nb mitjançant espectroscòpia de fluorescència de raigs X (XRF). Cal tenir en compte que les anàlisis SEM i XRF només es van realitzar a la concentració més alta de MXene per abordar els problemes de toxicitat per activitat.
Els resultats del SEM es mostren a la figura 4. Les cèl·lules de microalgues no tractades (vegeu la figura 4a, mostra de referència) van mostrar clarament una morfologia típica de R. subcapitata i una forma cel·lular semblant a la d'un croissant. Les cèl·lules semblen aplanades i una mica desorganitzades. Algunes cèl·lules de microalgues se superposaven i s'entrellaçaven entre si, però això probablement va ser causat pel procés de preparació de la mostra. En general, les cèl·lules de microalgues pures tenien una superfície llisa i no van mostrar cap canvi morfològic.
Imatges SEM que mostren la interacció superficial entre microalgues verdes i nanocapes de MXene després de 72 hores d'interacció a concentració extrema (100 mg L-1). (a) Microalgues verdes sense tractar després de la interacció amb MXenes SL (b) Nb2CTx i (c) Nb4C3TX. Cal tenir en compte que els nanoescales de Nb-MXene estan marcats amb fletxes vermelles. A efectes de comparació, també s'hi afegeixen fotografies d'un microscopi òptic.
En canvi, les cèl·lules de microalgues adsorbides per nanoescales de SL Nb-MXene van resultar danyades (vegeu la figura 4b, c, fletxes vermelles). En el cas del Nb2CTx MXene (figura 4b), les microalgues tendeixen a créixer amb nanoescales bidimensionals adherides, cosa que pot canviar la seva morfologia. Cal destacar que també vam observar aquests canvis sota microscòpia òptica (vegeu la figura S11 de la imatge superior per a més detalls). Aquesta transició morfològica té una base plausible en la fisiologia de les microalgues i la seva capacitat per defensar-se canviant la morfologia cel·lular, com ara augmentar el volum cel·lular61. Per tant, és important comprovar el nombre de cèl·lules de microalgues que realment estan en contacte amb els Nb-MXenes. Els estudis SEM van mostrar que aproximadament el 52% de les cèl·lules de microalgues estaven exposades als Nb-MXenes, mentre que el 48% d'aquestes cèl·lules de microalgues evitaven el contacte. Per al MXene SL Nb4C3Tx, les microalgues intenten evitar el contacte amb el MXene, localitzant-se i creixent així a partir de nanoescales bidimensionals (Fig. 4c). Tanmateix, no vam observar la penetració de nanoescales a les cèl·lules de les microalgues ni el seu dany.
L'autoconservació també és un comportament de resposta dependent del temps al bloqueig de la fotosíntesi a causa de l'adsorció de partícules a la superfície cel·lular i l'anomenat efecte d'ombrejat (shading)62. És evident que cada objecte (per exemple, nanoescales de Nb-MXene) que es troba entre les microalgues i la font de llum limita la quantitat de llum absorbida pels cloroplasts. Tanmateix, no tenim cap dubte que això té un impacte significatiu en els resultats obtinguts. Com demostren les nostres observacions microscòpiques, les nanoescales 2D no estaven completament embolicades ni adherides a la superfície de les microalgues, fins i tot quan les cèl·lules de les microalgues estaven en contacte amb els Nb-MXenes. En canvi, les nanoescales van resultar estar orientades a les cèl·lules de les microalgues sense cobrir-ne la superfície. Aquest conjunt de nanoescales/microalgues no pot limitar significativament la quantitat de llum absorbida per les cèl·lules de les microalgues. A més, alguns estudis fins i tot han demostrat una millora en l'absorció de llum per organismes fotosintètics en presència de nanomaterials bidimensionals63,64,65,66.
Com que les imatges SEM no van poder confirmar directament l'absorció de niobi per part de les cèl·lules de microalgues, el nostre estudi posterior es va centrar en l'anàlisi de fluorescència de raigs X (XRF) i espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS) per aclarir aquest problema. Per tant, vam comparar la intensitat dels pics de Nb de mostres de microalgues de referència que no van interactuar amb MXenes, nanoescales de MXene separades de la superfície de les cèl·lules de microalgues i cèl·lules de microalgues després de l'eliminació dels MXenes adherits. Cal destacar que si no hi ha absorció de Nb, el valor de Nb obtingut per les cèl·lules de microalgues hauria de ser zero després de l'eliminació de les nanoescales adherides. Per tant, si es produeix absorció de Nb, els resultats tant de XRF com de XPS haurien de mostrar un pic de Nb clar.
En el cas dels espectres de XRF, les mostres de microalgues van mostrar pics de Nb per a SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene després de la interacció amb SL Nb2CTx i Nb4C3Tx MXene (vegeu la Fig. 5a, cal tenir en compte també que els resultats per als MAX i ML MXene es mostren a SI, Figs S12-C17). Curiosament, la intensitat del pic de Nb és la mateixa en ambdós casos (barres vermelles a la Fig. 5a). Això indicava que les algues no podien absorbir més Nb, i que la capacitat màxima d'acumulació de Nb es va aconseguir a les cèl·lules, tot i que es va adherir el doble de Nb4C3Tx MXene a les cèl·lules de les microalgues (barres blaves a la Fig. 5a). Cal destacar que la capacitat de les microalgues per absorbir metalls depèn de la concentració d'òxids metàl·lics a l'entorn67,68. Shamshada et al.67 van trobar que la capacitat d'absorció de les algues d'aigua dolça disminueix amb l'augment del pH. Raize et al.68 van observar que la capacitat de les algues per absorbir metalls era aproximadament un 25% més alta per al Pb2+ que per al Ni2+.
(a) Resultats de XRF de l'absorció basal de Nb per cèl·lules de microalgues verdes incubades a una concentració extrema de Nb-MXenes SL (100 mg L-1) durant 72 hores. Els resultats mostren la presència d'α en cèl·lules de microalgues pures (mostra de control, columnes grises), nanoescales 2D aïllades de cèl·lules de microalgues superficials (columnes blaves) i cèl·lules de microalgues després de la separació dels nanoescales 2D de la superfície (columnes vermelles). La quantitat de Nb elemental, (b) percentatge de composició química dels components orgànics de les microalgues (C=O i CHx/C–O) i òxids de Nb presents a les cèl·lules de microalgues després de la incubació amb Nb-MXenes SL, (c–e) Ajust del pic composicional dels espectres XPS SL Nb2CTx i (fh) MXene SL Nb4C3Tx internalitzat per les cèl·lules de microalgues.
Per tant, esperàvem que el Nb pogués ser absorbit per les cèl·lules d'algues en forma d'òxids. Per provar-ho, vam realitzar estudis XPS en MXenes Nb2CTx i Nb4C3TX i cèl·lules d'algues. Els resultats de la interacció de les microalgues amb els Nb-MXenes i els MXenes aïllats de les cèl·lules d'algues es mostren a les figures 5b. Com s'esperava, vam detectar pics de Nb 3d a les mostres de microalgues després de l'eliminació del MXene de la superfície de les microalgues. La determinació quantitativa dels òxids de C=O, CHx/CO i Nb es va calcular a partir dels espectres de Nb 3d, O 1s i C 1s obtinguts amb Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) i Nb4C3Tx SL (Fig. 5c-e). ) obtinguts de microalgues incubades. Figura 5f-h) MXenes. La taula S1-3 mostra els detalls dels paràmetres dels pics i la química general resultant de l'ajust. Cal destacar que les regions Nb 3d de Nb2CTx SL i Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) corresponen a un component de Nb2O5. Aquí, no vam trobar pics relacionats amb MXene en els espectres, cosa que indica que les cèl·lules de microalgues només absorbeixen la forma d'òxid de Nb. A més, vam aproximar l'espectre C 1 s amb els components C–C, CHx/C–O, C=O i –COOH. Vam assignar els pics CHx/C–O i C=O a la contribució orgànica de les cèl·lules de microalgues. Aquests components orgànics representen el 36% i el 41% dels pics C 1s en Nb2CTx SL i Nb4C3TX SL, respectivament. A continuació, vam ajustar els espectres O 1s de SL Nb2CTx i SL Nb4C3TX amb Nb2O5, components orgànics de microalgues (CHx/CO) i aigua adsorbida a la superfície.
Finalment, els resultats de l'XPS van indicar clarament la forma del Nb, no només la seva presència. Segons la posició del senyal Nb 3d i els resultats de la deconvolució, confirmem que el Nb només s'absorbeix en forma d'òxids i no d'ions o del propi MXene. A més, els resultats de l'XPS van mostrar que les cèl·lules de les microalgues tenen una major capacitat per absorbir òxids de Nb del Nb2CTx de SL en comparació amb el Nb4C3TX del MXene de SL.
Tot i que els nostres resultats d'absorció de Nb són impressionants i ens permeten identificar la degradació de l'MXene, no hi ha cap mètode disponible per rastrejar els canvis morfològics associats en nanoescales 2D. Per tant, també vam decidir desenvolupar un mètode adequat que pugui respondre directament a qualsevol canvi que es produeixi en nanoescales 2D de Nb-MXene i cèl·lules de microalgues. És important tenir en compte que suposem que si les espècies que interactuen experimenten alguna transformació, descomposició o desfragmentació, això s'hauria de manifestar ràpidament com a canvis en els paràmetres de forma, com ara el diàmetre de l'àrea circular equivalent, la rodonesa, l'amplada de Feret o la longitud de Feret. Com que aquests paràmetres són adequats per descriure partícules allargades o nanoescales bidimensionals, el seu seguiment mitjançant l'anàlisi dinàmica de la forma de les partícules ens proporcionarà informació valuosa sobre la transformació morfològica dels nanoescales de Nb-MXene SL durant la reducció.
Els resultats obtinguts es mostren a la Figura 6. A tall de comparació, també vam provar la fase MAX original i els ML-MXenes (vegeu les Figures SI S18 i S19). L'anàlisi dinàmica de la forma de les partícules va mostrar que tots els paràmetres de forma de dos SL de Nb-MXene van canviar significativament després de la interacció amb les microalgues. Com es mostra pel paràmetre de diàmetre d'àrea circular equivalent (Fig. 6a, b), la intensitat màxima reduïda de la fracció de nanoescales grans indica que tendeixen a desintegrar-se en fragments més petits. A la figura 6c, d mostra una disminució dels pics associats amb la mida transversal de les escates (allargament de les escates), cosa que indica la transformació de les escates 2D en una forma més semblant a la de les partícules. La figura 6e-h mostra l'amplada i la longitud del Feret, respectivament. L'amplada i la longitud del Feret són paràmetres complementaris i, per tant, s'han de considerar junts. Després de la incubació de les escates 2D de Nb-MXene en presència de microalgues, els seus pics de correlació de Feret van canviar i la seva intensitat va disminuir. Basant-nos en aquests resultats, en combinació amb la morfologia, la XRF i la XPS, vam concloure que els canvis observats estan fortament relacionats amb l'oxidació, ja que els MXenes oxidats s'arrugaran més i es descomponen en fragments i partícules d'òxid esfèriques69,70.
Anàlisi de la transformació de MXene després de la interacció amb microalgues verdes. L'anàlisi dinàmica de la forma de les partícules té en compte paràmetres com ara (a, b) el diàmetre de l'àrea circular equivalent, (c, d) la rodonesa, (e, f) l'amplada de Feret i (g, h) la longitud de Feret. Amb aquesta finalitat, es van analitzar dues mostres de microalgues de referència juntament amb MXenes SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx primaris, MXenes SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx, microalgues degradades i MXenes SL Nb2CTx i SL Nb4C3Tx de microalgues tractades. Les fletxes vermelles mostren les transicions dels paràmetres de forma dels nanoescala bidimensionals estudiats.
Com que l'anàlisi dels paràmetres de forma és molt fiable, també pot revelar canvis morfològics en les cèl·lules de les microalgues. Per tant, vam analitzar el diàmetre de l'àrea circular equivalent, la rodonesa i l'amplada/longitud de Feret de cèl·lules de microalgues pures i cèl·lules després de la interacció amb nanoescales de Nb 2D. A la figura 6a-h es mostren els canvis en els paràmetres de forma de les cèl·lules d'algues, com ho demostra una disminució de la intensitat màxima i un desplaçament dels màxims cap a valors més alts. En particular, els paràmetres de rodonesa cel·lular van mostrar una disminució de les cèl·lules allargades i un augment de les cèl·lules esfèriques (Fig. 6a, b). A més, l'amplada de les cèl·lules de Feret va augmentar diversos micròmetres després de la interacció amb SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) en comparació amb SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f). Sospitem que això pot ser degut a la forta absorció d'òxids de Nb per part de les microalgues després de la interacció amb Nb2CTx SR. Una adherència menys rígida de les escates de Nb a la seva superfície pot provocar un creixement cel·lular amb un efecte d'ombrejat mínim.
Les nostres observacions dels canvis en els paràmetres de la forma i la mida de les microalgues complementen altres estudis. Les microalgues verdes poden canviar la seva morfologia en resposta a l'estrès ambiental canviant la mida, la forma o el metabolisme de les cèl·lules61. Per exemple, canviar la mida de les cèl·lules facilita l'absorció de nutrients71. Les cèl·lules d'algues més petites mostren una menor absorció de nutrients i una taxa de creixement deteriorada. Per contra, les cèl·lules més grans tendeixen a consumir més nutrients, que després es dipositen intracel·lularment72,73. Machado i Soares van descobrir que el fungicida triclosan pot augmentar la mida de les cèl·lules. També van trobar canvis profunds en la forma de les algues74. A més, Yin et al.9 també van revelar canvis morfològics en les algues després de l'exposició a nanocompostos d'òxid de grafè reduït. Per tant, és clar que els paràmetres de mida/forma alterats de les microalgues són causats per la presència de MXene. Com que aquest canvi de mida i forma és indicatiu de canvis en l'absorció de nutrients, creiem que l'anàlisi dels paràmetres de mida i forma al llarg del temps pot demostrar l'absorció d'òxid de niobi per part de les microalgues en presència de Nb-MXenes.
A més, els MXenes es poden oxidar en presència d'algues. Dalai et al.75 van observar que la morfologia de les algues verdes exposades a nano-TiO2 i Al2O376 no era uniforme. Tot i que les nostres observacions són similars a les del present estudi, només són rellevants per a l'estudi dels efectes de la biorremediació en termes de productes de degradació de l'MXene en presència de nanoescales 2D i no de nanopartícules. Com que els MXenes es poden degradar en òxids metàl·lics,31,32,77,78 és raonable suposar que els nostres nanoescales de Nb també poden formar òxids de Nb després d'interactuar amb cèl·lules de microalgues.
Per tal d'explicar la reducció de nanoescales de Nb 2D mitjançant un mecanisme de descomposició basat en el procés d'oxidació, vam dur a terme estudis mitjançant microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució (HRTEM) (Fig. 7a, b) i espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) (Fig. 7). 7c-i i taules S4-5). Ambdós enfocaments són adequats per estudiar l'oxidació de materials 2D i es complementen mútuament. HRTEM és capaç d'analitzar la degradació d'estructures en capes bidimensionals i l'aparició posterior de nanopartícules d'òxid metàl·lic, mentre que XPS és sensible als enllaços superficials. Per a aquest propòsit, vam provar nanoescales de Nb-MXene 2D extretes de dispersions de cèl·lules de microalgues, és a dir, la seva forma després de la interacció amb cèl·lules de microalgues (vegeu la Fig. 7).
Imatges HRTEM que mostren la morfologia dels MXens oxidats (a) de Nb2CTx de SL i (b) de Nb4C3Tx de SL, resultats de l'anàlisi XPS que mostren (c) la composició dels productes d'òxid després de la reducció, (d-f) coincidència de pics dels components dels espectres XPS de Nb2CTx de SL i (g-i) de Nb4C3Tx de SL reparats amb microalgues verdes.
Els estudis HRTEM van confirmar l'oxidació de dos tipus de nanoescales de Nb-MXene. Tot i que les nanoescales van conservar la seva morfologia bidimensional fins a cert punt, l'oxidació va provocar l'aparició de moltes nanopartícules que cobrien la superfície de les nanoescales de MXene (vegeu la figura 7a, b). L'anàlisi XPS dels senyals c Nb 3d i O 1s va indicar que es van formar òxids de Nb en ambdós casos. Com es mostra a la figura 7c, els 2D MXene Nb2CTx i Nb4C3TX tenen senyals de Nb 3d que indiquen la presència d'òxids de NbO i Nb2O5, mentre que els senyals O 1s indiquen el nombre d'enllaços O-Nb associats amb la funcionalització de la superfície de les nanoescales 2D. Vam observar que la contribució de l'òxid de Nb és dominant en comparació amb el Nb-C i el Nb3+-O.
A la figura 7g-i es mostren els espectres XPS de Nb 3d, C 1s i O 1s SL Nb2CTx (vegeu les figures 7d-f) i SL Nb4C3TX MXene aïllat de cèl·lules de microalgues. Els detalls dels paràmetres dels pics de Nb-MXene es proporcionen a les taules S4-5, respectivament. Primer vam analitzar la composició de Nb 3d. A diferència del Nb absorbit per les cèl·lules de microalgues, en el MXene aïllat de cèl·lules de microalgues, a part de Nb2O5, es van trobar altres components. A l'SL Nb2CTx, vam observar la contribució de Nb3+-O en una quantitat del 15%, mentre que la resta de l'espectre de Nb 3d estava dominat per Nb2O5 (85%). A més, la mostra SL Nb4C3TX conté components Nb-C (9%) i Nb2O5 (91%). Aquí, el Nb-C prové de dues capes atòmiques internes de carbur metàl·lic en Nb4C3Tx SR. A continuació, mapem els espectres de C 1s a quatre components diferents, tal com vam fer a les mostres internalitzades. Com s'esperava, l'espectre de C 1s està dominat pel carboni grafític, seguit de les contribucions de partícules orgàniques (CHx/CO i C=O) de cèl·lules de microalgues. A més, a l'espectre d'O 1s, vam observar la contribució de formes orgàniques de cèl·lules de microalgues, òxid de niobi i aigua adsorbida.
A més, vam investigar si l'escissió dels Nb-MXenes està associada amb la presència d'espècies reactives d'oxigen (ROS) en el medi nutritiu i/o en les cèl·lules de microalgues. Amb aquesta finalitat, vam avaluar els nivells d'oxigen singlet (1O2) en el medi de cultiu i el glutatió intracel·lular, un tiol que actua com a antioxidant en les microalgues. Els resultats es mostren a les figures SI (figures S20 i S21). Els cultius amb MXenes Nb2CTx i Nb4C3TX SL es van caracteritzar per una quantitat reduïda d'1O2 (vegeu la figura S20). En el cas de Nb2CTx SL, l'MXen 1O2 es redueix a aproximadament un 83%. Per als cultius de microalgues que utilitzen SL, l'Nb4C3TX 1O2 va disminuir encara més, fins al 73%. Curiosament, els canvis en 1O2 van mostrar la mateixa tendència que l'efecte inhibidor-estimulador observat anteriorment (vegeu la figura 3). Es pot argumentar que la incubació en llum brillant pot alterar la fotooxidació. Tanmateix, els resultats de l'anàlisi de control van mostrar nivells gairebé constants d'1O2 durant l'experiment (Fig. S22). En el cas dels nivells de ROS intracel·lulars, també vam observar la mateixa tendència a la baixa (vegeu la Figura S21). Inicialment, els nivells de ROS en cèl·lules de microalgues cultivades en presència de SL de Nb2CTx i Nb4C3Tx van superar els nivells trobats en cultius purs de microalgues. Finalment, però, va semblar que les microalgues es van adaptar a la presència d'ambdós Nb-MXens, ja que els nivells de ROS van disminuir fins al 85% i el 91% dels nivells mesurats en cultius purs de microalgues inoculades amb SL de Nb2CTx i Nb4C3TX, respectivament. Això pot indicar que les microalgues se senten més còmodes amb el temps en presència de Nb-MXene que en medi nutritiu sol.
Les microalgues són un grup divers d'organismes fotosintètics. Durant la fotosíntesi, converteixen el diòxid de carboni atmosfèric (CO2) en carboni orgànic. Els productes de la fotosíntesi són glucosa i oxigen79. Sospitem que l'oxigen així format juga un paper crític en l'oxidació dels Nb-MXenes. Una possible explicació per a això és que el paràmetre d'aireació diferencial es forma a pressions parcials d'oxigen baixes i altes a l'exterior i a l'interior dels nanoflocs de Nb-MXene. Això significa que allà on hi ha zones de diferents pressions parcials d'oxigen, la zona amb el nivell més baix formarà l'ànode 80, 81, 82. Aquí, les microalgues contribueixen a la creació de cèl·lules diferencialment airejades a la superfície dels flocs de MXene, que produeixen oxigen a causa de les seves propietats fotosintètiques. Com a resultat, es formen productes de biocorrosió (en aquest cas, òxids de niobi). Un altre aspecte és que les microalgues poden produir àcids orgànics que s'alliberen a l'aigua83,84. Per tant, es forma un ambient agressiu, canviant així els Nb-MXenes. A més, les microalgues poden canviar el pH de l'ambient a alcalí a causa de l'absorció de diòxid de carboni, cosa que també pot causar corrosió79.
Més important encara, el fotoperíode fosc/clar utilitzat en el nostre estudi és crític per entendre els resultats obtinguts. Aquest aspecte es descriu detalladament a Djemai-Zoghlache et al. 85 Van utilitzar deliberadament un fotoperíode de 12/12 hores per demostrar la biocorrosió associada amb la bioincrustació per la microalga vermella Porphyridium purpureum. Mostren que el fotoperíode s'associa amb l'evolució del potencial sense biocorrosió, manifestant-se com a oscil·lacions pseudoperiòdiques al voltant de les 24:00. Aquestes observacions van ser confirmades per Dowling et al. 86 Van demostrar biofilms fotosintètics de cianobacteris Anabaena. L'oxigen dissolt es forma sota l'acció de la llum, que s'associa amb un canvi o fluctuacions en el potencial de biocorrosió lliure. La importància del fotoperíode es veu emfatitzada pel fet que el potencial lliure per a la biocorrosió augmenta en la fase lluminosa i disminueix en la fase fosca. Això es deu a l'oxigen produït per les microalgues fotosintètiques, que influeix en la reacció catòdica a través de la pressió parcial generada prop dels elèctrodes87.
A més, es va realitzar una espectroscòpia d'infrarojos per transformada de Fourier (FTIR) per esbrinar si es produïen canvis en la composició química de les cèl·lules de microalgues després de la interacció amb els Nb-MXenes. Els resultats obtinguts són complexos i els presentem en SI (Figures S23-S25, incloent-hi els resultats de l'etapa MAX i els MXenes ML). En resum, els espectres de referència obtinguts de microalgues ens proporcionen informació important sobre les característiques químiques d'aquests organismes. Aquestes vibracions més probables es troben a freqüències de 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.11 (C–H) i 3280 cm–1 (O–H). Per als Nb-MXenes SL, vam trobar una signatura d'estirament d'enllaç CH que és coherent amb el nostre estudi anterior38. No obstant això, vam observar que alguns pics addicionals associats amb els enllaços C=C i CH van desaparèixer. Això indica que la composició química de les microalgues pot patir canvis menors a causa de la interacció amb els Nb-MXens SL.
A l'hora de considerar possibles canvis en la bioquímica de les microalgues, cal reconsiderar l'acumulació d'òxids inorgànics, com l'òxid de niobi,59. Està implicat en l'absorció de metalls per la superfície cel·lular, el seu transport al citoplasma, la seva associació amb grups carboxil intracel·lulars i la seva acumulació en polifosfosomes de microalgues20,88,89,90. A més, la relació entre les microalgues i els metalls es manté mitjançant grups funcionals de les cèl·lules. Per aquest motiu, l'absorció també depèn de la química de la superfície de les microalgues, que és força complexa9,91. En general, com s'esperava, la composició química de les microalgues verdes va canviar lleugerament a causa de l'absorció d'òxid de Nb.
Curiosament, la inhibició inicial observada de les microalgues va ser reversible amb el temps. Com vam observar, les microalgues van superar el canvi ambiental inicial i finalment van tornar a les taxes de creixement normals i fins i tot van augmentar. Els estudis del potencial zeta mostren una alta estabilitat quan s'introdueixen en medis nutritius. Així, la interacció superficial entre les cèl·lules de les microalgues i els nanoescales de Nb-MXene es va mantenir durant tots els experiments de reducció. En la nostra anàlisi posterior, resumim els principals mecanismes d'acció subjacents a aquest comportament remarcable de les microalgues.
Les observacions SEM han demostrat que les microalgues tendeixen a unir-se als Nb-MXenes. Mitjançant l'anàlisi dinàmica d'imatges, confirmem que aquest efecte condueix a la transformació de nanoescales de Nb-MXene bidimensionals en partícules més esfèriques, demostrant així que la descomposició dels nanoescales està associada amb la seva oxidació. Per provar la nostra hipòtesi, vam dur a terme una sèrie d'estudis de materials i bioquímics. Després de les proves, els nanoescales es van oxidar i descompondre gradualment en productes NbO i Nb2O5, que no van representar una amenaça per a les microalgues verdes. Mitjançant l'observació FTIR, no vam trobar canvis significatius en la composició química de les microalgues incubades en presència de nanoescales de Nb-MXene 2D. Tenint en compte la possibilitat d'absorció d'òxid de niobi per part de les microalgues, vam realitzar una anàlisi de fluorescència de raigs X. Aquests resultats mostren clarament que les microalgues estudiades s'alimenten d'òxids de niobi (NbO i Nb2O5), que no són tòxics per a les microalgues estudiades.