Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα αποδώσουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Εμφανίζει ένα καρουζέλ τριών διαφανειών ταυτόχρονα.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά Προηγούμενο και Επόμενο για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά ή χρησιμοποιήστε τα κουμπιά ρυθμιστικού στο τέλος για να μετακινηθείτε σε τρεις διαφάνειες κάθε φορά.
Η ταχεία ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας και η ενσωμάτωσή της σε καθημερινές εφαρμογές μπορεί να απειλήσει το περιβάλλον.Ενώ οι πράσινες μέθοδοι για την αποικοδόμηση οργανικών ρύπων είναι καλά καθιερωμένες, η ανάκτηση ανόργανων κρυσταλλικών μολυσματικών ουσιών προκαλεί μεγάλη ανησυχία λόγω της χαμηλής ευαισθησίας τους στον βιομετασχηματισμό και της έλλειψης κατανόησης των αλληλεπιδράσεων της επιφάνειας του υλικού με τους βιολογικούς.Εδώ, χρησιμοποιούμε ένα ανόργανο μοντέλο 2D MXenes που βασίζεται σε Nb σε συνδυασμό με μια απλή μέθοδο ανάλυσης παραμέτρων σχήματος για να εντοπίσουμε τον μηχανισμό βιοαποκατάστασης δισδιάστατων κεραμικών νανοϋλικών από το πράσινο μικροφύκη Raphidocelis subcapitata.Βρήκαμε ότι τα μικροφύκη αποικοδομούν τα MXenes που βασίζονται σε Nb λόγω φυσικοχημικών αλληλεπιδράσεων που σχετίζονται με την επιφάνεια.Αρχικά, μονοστρωματικές και πολυστρωματικές νανονιφάδες MXene προσαρτήθηκαν στην επιφάνεια των μικροφυκών, γεγονός που μείωσε κάπως την ανάπτυξη των φυκών.Ωστόσο, μετά από παρατεταμένη αλληλεπίδραση με την επιφάνεια, τα μικροφύκη οξειδώνουν τις νανονιφάδες MXene και τις αποσυνθέτουν περαιτέρω σε NbO και Nb2O5.Επειδή αυτά τα οξείδια είναι μη τοξικά για τα κύτταρα μικροφυκών, καταναλώνουν νανοσωματίδια οξειδίου Nb μέσω ενός μηχανισμού απορρόφησης που αποκαθιστά περαιτέρω τα μικροφύκη μετά από 72 ώρες επεξεργασίας νερού.Οι επιδράσεις των θρεπτικών συστατικών που σχετίζονται με την απορρόφηση αντανακλώνται επίσης στην αύξηση του όγκου των κυττάρων, στο λείο σχήμα τους και στην αλλαγή του ρυθμού ανάπτυξης.Με βάση αυτά τα ευρήματα, συμπεραίνουμε ότι η βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη παρουσία MXenes με βάση το Nb σε οικοσυστήματα γλυκού νερού μπορεί να προκαλέσει μόνο μικρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις.Αξίζει να σημειωθεί ότι, χρησιμοποιώντας δισδιάστατα νανοϋλικά ως συστήματα μοντέλων, επιδεικνύουμε τη δυνατότητα παρακολούθησης του μετασχηματισμού σχήματος ακόμη και σε λεπτόκοκκα υλικά.Συνολικά, αυτή η μελέτη απαντά σε ένα σημαντικό θεμελιώδες ερώτημα σχετικά με τις διαδικασίες που σχετίζονται με την επιφανειακή αλληλεπίδραση που οδηγούν τον μηχανισμό βιοαποκατάστασης των 2D νανοϋλικών και παρέχει τη βάση για περαιτέρω βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες μελέτες των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των ανόργανων κρυσταλλικών νανοϋλικών.
Τα νανοϋλικά έχουν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον από την ανακάλυψή τους, και διάφορες νανοτεχνολογίες έχουν εισέλθει πρόσφατα σε μια φάση εκσυγχρονισμού1.Δυστυχώς, η ενσωμάτωση νανοϋλικών σε καθημερινές εφαρμογές μπορεί να οδηγήσει σε τυχαίες απελευθερώσεις λόγω ακατάλληλης απόρριψης, απρόσεκτου χειρισμού ή ανεπαρκούς υποδομής ασφάλειας.Επομένως, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι τα νανοϋλικά, συμπεριλαμβανομένων των δισδιάστατων (2D) νανοϋλικών, μπορούν να απελευθερωθούν στο φυσικό περιβάλλον, η συμπεριφορά και η βιολογική δραστηριότητα του οποίου δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές.Ως εκ τούτου, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι οι ανησυχίες για την οικοτοξικότητα έχουν επικεντρωθεί στην ικανότητα των 2D νανοϋλικών να διαχέονται σε υδάτινα συστήματα2,3,4,5,6.Σε αυτά τα οικοσυστήματα, ορισμένα δισδιάστατα νανοϋλικά μπορούν να αλληλεπιδράσουν με διάφορους οργανισμούς σε διαφορετικά τροφικά επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων των μικροφυκών.
Τα μικροφύκη είναι πρωτόγονοι οργανισμοί που βρίσκονται φυσικά σε γλυκά νερά και θαλάσσια οικοσυστήματα που παράγουν μια ποικιλία χημικών προϊόντων μέσω της φωτοσύνθεσης7.Ως εκ τούτου, είναι κρίσιμα για τα υδάτινα οικοσυστήματα8,9,10,11,12 αλλά είναι επίσης ευαίσθητοι, φθηνοί και ευρέως χρησιμοποιούμενοι δείκτες οικοτοξικότητας13,14.Δεδομένου ότι τα κύτταρα μικροφυκών πολλαπλασιάζονται γρήγορα και ανταποκρίνονται γρήγορα στην παρουσία διαφόρων ενώσεων, είναι πολλά υποσχόμενα για την ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων για την επεξεργασία του νερού που έχει μολυνθεί με οργανικές ουσίες15,16.
Τα κύτταρα των φυκών μπορούν να αφαιρέσουν ανόργανα ιόντα από το νερό μέσω βιοπροσρόφησης και συσσώρευσης17,18.Ορισμένα είδη φυκιών όπως η Chlorella, η Anabaena invar, η Westiellopsis prolifica, η Stigeoclonium tenue και η Synechococcus sp.Έχει βρεθεί ότι μεταφέρει και ακόμη και θρέφει τοξικά μεταλλικά ιόντα όπως Fe2+, Cu2+, Zn2+ και Mn2+19.Άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι τα ιόντα Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ ή Pb2+ περιορίζουν την ανάπτυξη του Scenedesmus αλλάζοντας τη μορφολογία των κυττάρων και καταστρέφοντας τους χλωροπλάστες τους20,21.
Οι πράσινες μέθοδοι για την αποσύνθεση οργανικών ρύπων και την αφαίρεση ιόντων βαρέων μετάλλων έχουν προσελκύσει την προσοχή επιστημόνων και μηχανικών σε όλο τον κόσμο.Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι αυτές οι προσμείξεις επεξεργάζονται εύκολα στην υγρή φάση.Ωστόσο, οι ανόργανοι κρυσταλλικοί ρύποι χαρακτηρίζονται από χαμηλή υδατοδιαλυτότητα και χαμηλή ευαισθησία σε διάφορους βιομετασχηματισμούς, γεγονός που προκαλεί μεγάλες δυσκολίες στην αποκατάσταση και μικρή πρόοδος έχει σημειωθεί σε αυτόν τον τομέα22,23,24,25,26.Έτσι, η αναζήτηση φιλικών προς το περιβάλλον λύσεων για την επισκευή νανοϋλικών παραμένει μια σύνθετη και ανεξερεύνητη περιοχή.Λόγω του υψηλού βαθμού αβεβαιότητας σχετικά με τα αποτελέσματα βιομετασχηματισμού των 2D νανοϋλικών, δεν υπάρχει εύκολος τρόπος να ανακαλύψουμε τις πιθανές οδούς αποδόμησής τους κατά τη μείωση.
Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε πράσινα μικροφύκη ως ενεργό υδατικό παράγοντα βιοαποκατάστασης για ανόργανα κεραμικά υλικά, σε συνδυασμό με επί τόπου παρακολούθηση της διαδικασίας αποδόμησης του MXene ως αντιπροσωπευτικό των ανόργανων κεραμικών υλικών.Ο όρος "MXene" αντανακλά τη στοιχειομετρία του υλικού Mn+1XnTx, όπου το M είναι ένα πρώιμο μέταλλο μετάπτωσης, το X είναι άνθρακας και/ή άζωτο, το Tx είναι ένας τερματιστής επιφάνειας (π.χ. -OH, -F, -Cl) και n = 1, 2, 3 ή 427,28.Από την ανακάλυψη του MXenes από τους Naguib et al.Αισθητήρια, θεραπεία καρκίνου και διήθηση μεμβράνης 27,29,30.Επιπλέον, τα MXenes μπορούν να θεωρηθούν ως μοντέλα δισδιάστατων συστημάτων λόγω της εξαιρετικής κολλοειδούς σταθερότητάς τους και των πιθανών βιολογικών αλληλεπιδράσεων31,32,33,34,35,36.
Επομένως, η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε σε αυτό το άρθρο και οι υποθέσεις της έρευνάς μας φαίνονται στο Σχήμα 1. Σύμφωνα με αυτήν την υπόθεση, τα μικροφύκη αποικοδομούν τα MXenes που βασίζονται σε Nb σε μη τοξικές ενώσεις λόγω φυσικοχημικών αλληλεπιδράσεων που σχετίζονται με την επιφάνεια, γεγονός που επιτρέπει την περαιτέρω ανάκτηση των φυκών.Για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση, επιλέχθηκαν δύο μέλη της οικογένειας των πρώιμων καρβιδίων και/ή νιτριδίων μετάλλων μετάπτωσης με βάση το νιόβιο (MXenes), δηλαδή τα Nb2CTx και Nb4C3TX.
Μεθοδολογία έρευνας και υποθέσεις βασισμένες σε στοιχεία για την ανάκτηση MXene από πράσινα μικροφύκη Raphidocelis subcapitata.Σημειώστε ότι αυτό είναι απλώς μια σχηματική αναπαράσταση υποθέσεων που βασίζονται σε στοιχεία.Το περιβάλλον της λίμνης διαφέρει ως προς το θρεπτικό μέσο που χρησιμοποιείται και τις συνθήκες (π.χ. ημερήσιος κύκλος και περιορισμοί στα διαθέσιμα βασικά θρεπτικά συστατικά).Δημιουργήθηκε με το BioRender.com.
Ως εκ τούτου, χρησιμοποιώντας το MXene ως μοντέλο συστήματος, έχουμε ανοίξει την πόρτα στη μελέτη διαφόρων βιολογικών επιδράσεων που δεν μπορούν να παρατηρηθούν με άλλα συμβατικά νανοϋλικά.Συγκεκριμένα, καταδεικνύουμε τη δυνατότητα βιοαποκατάστασης δισδιάστατων νανοϋλικών, όπως τα MXenes με βάση το νιόβιο, από τα μικροφύκη Raphidocelis subcapitata.Τα μικροφύκη είναι σε θέση να αποικοδομούν τα Nb-MXenes στα μη τοξικά οξείδια NbO και Nb2O5, τα οποία παρέχουν επίσης θρεπτικά συστατικά μέσω του μηχανισμού πρόσληψης νιοβίου.Συνολικά, αυτή η μελέτη απαντά σε ένα σημαντικό θεμελιώδες ερώτημα σχετικά με τις διαδικασίες που σχετίζονται με τις επιφανειακές φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις που διέπουν τους μηχανισμούς βιοαποκατάστασης δισδιάστατων νανοϋλικών.Επιπλέον, αναπτύσσουμε μια απλή μέθοδο που βασίζεται σε παραμέτρους σχήματος για την παρακολούθηση ανεπαίσθητων αλλαγών στο σχήμα των 2D νανοϋλικών.Αυτό εμπνέει περαιτέρω βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη έρευνα σχετικά με τις διάφορες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των ανόργανων κρυσταλλικών νανοϋλικών.Έτσι, η μελέτη μας αυξάνει την κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της επιφάνειας του υλικού και του βιολογικού υλικού.Παρέχουμε επίσης τη βάση για εκτεταμένες βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες μελέτες των πιθανών επιπτώσεών τους στα οικοσυστήματα του γλυκού νερού, οι οποίες μπορούν πλέον να επαληθευτούν εύκολα.
Τα MXene αντιπροσωπεύουν μια ενδιαφέρουσα κατηγορία υλικών με μοναδικές και ελκυστικές φυσικές και χημικές ιδιότητες και επομένως πολλές πιθανές εφαρμογές.Αυτές οι ιδιότητες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη στοιχειομετρία και τη χημεία της επιφάνειας τους.Ως εκ τούτου, στη μελέτη μας, διερευνήσαμε δύο τύπους ιεραρχικών μονοστρωματικών MXenes (SL) βασισμένων σε Nb, Nb2CTx και Nb4C3TX, καθώς μπορούσαν να παρατηρηθούν διαφορετικές βιολογικές επιδράσεις αυτών των νανοϋλικών.Τα ΜΞένια παράγονται από τις πρώτες ύλες τους με επιλεκτική χάραξη από πάνω προς τα κάτω ατομικά λεπτών στρωμάτων Α φάσης MAX.Η φάση MAX είναι ένα τριμερές κεραμικό που αποτελείται από «συνδεδεμένα» μπλοκ καρβιδίων μετάλλων μετάπτωσης και λεπτές στρώσεις στοιχείων «Α» όπως Al, Si και Sn με στοιχειομετρία MnAXn-1.Η μορφολογία της αρχικής φάσης MAX παρατηρήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και ήταν σύμφωνη με προηγούμενες μελέτες (Βλ. Συμπληρωματικές Πληροφορίες, SI, Εικόνα S1).Πολυστρωματικό (ML) Nb-MXene ελήφθη μετά την απομάκρυνση της στιβάδας Al με 48% HF (υδροφθορικό οξύ).Η μορφολογία των ML-Nb2CTx και ML-Nb4C3TX εξετάστηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) (Εικόνες S1c και S1d αντίστοιχα) και παρατηρήθηκε μια τυπική μορφολογία MXene σε στρώματα, παρόμοια με τις δισδιάστατες νανονιφάδες που περνούν μέσα από επιμήκεις φωτισμένους πόρους.Και τα δύο Nb-MXenes έχουν πολλά κοινά με τις φάσεις MXene που είχαν προηγουμένως συντεθεί με όξινη χάραξη27,38.Αφού επιβεβαιώσαμε τη δομή του MXene, το στρώσαμε με παρεμβολή υδροξειδίου τετραβουτυλαμμωνίου (TBAOH) που ακολουθείται από πλύση και επεξεργασία με υπερήχους, μετά την οποία λάβαμε νανονιφάδες μονής ή χαμηλής στρώσης (SL) 2D Nb-MXene.
Χρησιμοποιήσαμε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής ανάλυσης (HRTEM) και περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) για να ελέγξουμε την αποτελεσματικότητα της χάραξης και της περαιτέρω απολέπισης.Τα αποτελέσματα HRTEM που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας τον Αντίστροφο Γρήγορο Μετασχηματισμό Φουριέ (IFFT) και τον Γρήγορο Μετασχηματισμό Φουριέ (FFT) φαίνονται στο Σχήμα 2. Οι νανονιφάδες Nb-MXene προσανατολίστηκαν προς τα πάνω για να ελέγξουν τη δομή του ατομικού στρώματος και να μετρήσουν τις διαεπίπεδες αποστάσεις.Οι εικόνες HRTEM των νανονιφάδων MXene Nb2CTx και Nb4C3TX αποκάλυψαν τη φύση τους με ατομική λεπτή στιβάδα (βλ. Εικ. 2a1, a2), όπως αναφέρθηκε προηγουμένως από τους Naguib et al.27 και Jastrzębska et al.38.Για δύο γειτονικές μονοστιβάδες Nb2CTx και Nb4C3Tx, προσδιορίσαμε αποστάσεις μεταξύ στρωμάτων 0,74 και 1,54 nm, αντίστοιχα (Εικ. 2b1,b2), κάτι που συμφωνεί επίσης με τα προηγούμενα αποτελέσματά μας38.Αυτό επιβεβαιώθηκε περαιτέρω από τον αντίστροφο γρήγορο μετασχηματισμό Fourier (Εικ. 2c1, c2) και τον γρήγορο μετασχηματισμό Fourier (Εικ. 2d1, d2) που δείχνει την απόσταση μεταξύ των μονοστιβάδων Nb2CTx και Nb4C3Tx.Η εικόνα δείχνει μια εναλλαγή φωτεινών και σκοτεινών ζωνών που αντιστοιχούν σε άτομα νιοβίου και άνθρακα, γεγονός που επιβεβαιώνει τη στρωματοποιημένη φύση των MXenes που μελετήθηκαν.Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα φάσματα φασματοσκοπίας ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDX) που ελήφθησαν για τα Nb2CTx και Nb4C3Tx (Εικόνες S2a και S2b) δεν έδειξαν κανένα υπόλοιπο της αρχικής φάσης MAX, καθώς δεν ανιχνεύθηκε κορυφή Al.
Χαρακτηρισμός των νανονιφάδων SL Nb2CTx και Nb4C3Tx MXene, συμπεριλαμβανομένου (α) ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης (HRTEM) πλάγιας όψης 2D νανονιφάδας απεικόνισης και αντίστοιχων, (β) λειτουργίας έντασης, (γ) αντίστροφου γρήγορου μετασχηματισμού Fourier (IFFT), (δ) ταχέων μετασχηματισμών Fourier (FFT).Για το SL 2D Nb2CTx, οι αριθμοί εκφράζονται ως (a1, b1, c1, d1, e1).Για το SL 2D Nb4C3Tx, οι αριθμοί εκφράζονται ως (a2, b2, c2, d2, e1).
Οι μετρήσεις περίθλασης ακτίνων Χ των SL Nb2CTx και Nb4C3Tx MXenes φαίνονται στα Σχ.2e1 και e2, αντίστοιχα.Οι κορυφές (002) στα 4,31 και 4,32 αντιστοιχούν στα προηγουμένως περιγραφέντα στρωματοποιημένα MXenes Nb2CTx και Nb4C3TX38,39,40,41 αντίστοιχα.Τα αποτελέσματα XRD υποδεικνύουν επίσης την παρουσία ορισμένων υπολειπόμενων δομών ML και φάσεων MAX, αλλά κυρίως μοτίβων XRD που σχετίζονται με το SL Nb4C3Tx (Εικ. 2e2).Η παρουσία μικρότερων σωματιδίων της φάσης MAX μπορεί να εξηγήσει την ισχυρότερη κορυφή MAX σε σύγκριση με τα τυχαία στοιβαγμένα στρώματα Nb4C3Tx.
Περαιτέρω έρευνα επικεντρώθηκε στα πράσινα μικροφύκη που ανήκουν στο είδος R. subcapitata.Επιλέξαμε τα μικροφύκη επειδή είναι σημαντικοί παραγωγοί που συμμετέχουν σε μεγάλους τροφικούς ιστούς42.Αποτελούν επίσης έναν από τους καλύτερους δείκτες τοξικότητας λόγω της ικανότητας απομάκρυνσης τοξικών ουσιών που μεταφέρονται σε υψηλότερα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας43.Επιπλέον, η έρευνα για το R. subcapitata μπορεί να ρίξει φως στην τυχαία τοξικότητα των SL Nb-MXenes σε κοινούς μικροοργανισμούς του γλυκού νερού.Για να το καταδείξουν αυτό, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι κάθε μικρόβιο έχει διαφορετική ευαισθησία στις τοξικές ενώσεις που υπάρχουν στο περιβάλλον.Για τους περισσότερους οργανισμούς, οι χαμηλές συγκεντρώσεις ουσιών δεν επηρεάζουν την ανάπτυξή τους, ενώ συγκεντρώσεις πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο μπορεί να τις αναστείλουν ή και να προκαλέσουν θάνατο.Ως εκ τούτου, για τις μελέτες μας σχετικά με την επιφανειακή αλληλεπίδραση μεταξύ μικροφυκών και MXenes και τη σχετική ανάκτηση, αποφασίσαμε να δοκιμάσουμε τις αβλαβείς και τοξικές συγκεντρώσεις των Nb-MXenes.Για να γίνει αυτό, δοκιμάσαμε συγκεντρώσεις 0 (ως αναφορά), 0,01, 0,1 και 10 mg l-1 MXene και επιπλέον μολύναμε μικροφύκη με πολύ υψηλές συγκεντρώσεις MXene (100 mg l-1 MXene), οι οποίες μπορεί να είναι ακραίες και θανατηφόρες..για οποιοδήποτε βιολογικό περιβάλλον.
Οι επιδράσεις των SL Nb-MXenes στα μικροφύκια φαίνονται στο Σχήμα 3, εκφρασμένες ως το ποσοστό της προαγωγής της ανάπτυξης (+) ή της αναστολής (-) που μετρήθηκε για δείγματα 0 mg l-1.Για σύγκριση, η φάση Nb-MAX και τα ML Nb-MXenes δοκιμάστηκαν επίσης και τα αποτελέσματα φαίνονται στο SI (βλ. Εικ. S3).Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν επιβεβαίωσαν ότι τα SL Nb-MXenes στερούνται σχεδόν εντελώς τοξικότητας στην περιοχή χαμηλών συγκεντρώσεων από 0,01 έως 10 mg/l, όπως φαίνεται στο Σχ. 3a,b.Στην περίπτωση του Nb2CTx, δεν παρατηρήσαμε περισσότερο από 5% οικοτοξικότητα στο καθορισμένο εύρος.
Διέγερση (+) ή αναστολή (-) της ανάπτυξης μικροφυκών παρουσία SL (α) Nb2CTx και (β) Nb4C3TX MXene.Αναλύθηκαν 24, 48 και 72 ώρες αλληλεπίδρασης MXene-μικροφυκών. Σημαντικά δεδομένα (t-test, p <0,05) σημειώθηκαν με αστερίσκο (*). Σημαντικά δεδομένα (t-test, p <0,05) σημειώθηκαν με αστερίσκο (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены ѕвездочкой (*). Τα σημαντικά δεδομένα (t-test, p < 0,05) σημειώνονται με αστερίσκο (*).重要数据（t 检验，p < 0,05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p < 0,05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Σημαντικά δεδομένα (t-test, p < 0,05) σημειώνονται με αστερίσκο (*).Τα κόκκινα βέλη δείχνουν την κατάργηση της ανασταλτικής διέγερσης.
Από την άλλη πλευρά, οι χαμηλές συγκεντρώσεις Nb4C3TX αποδείχθηκαν ελαφρώς πιο τοξικές, αλλά όχι υψηλότερες από 7%.Όπως αναμενόταν, παρατηρήσαμε ότι τα MXenes είχαν υψηλότερη τοξικότητα και αναστολή ανάπτυξης μικροφυκών στα 100 mg L-1.Είναι ενδιαφέρον ότι κανένα από τα υλικά δεν έδειξε την ίδια τάση και χρονική εξάρτηση των τοξικών/τοξικών επιδράσεων σε σύγκριση με τα δείγματα MAX ή ML (βλ. SI για λεπτομέρειες).Ενώ για τη φάση MAX (βλ. Εικ. S3) η τοξικότητα έφτασε περίπου το 15–25% και αυξήθηκε με την πάροδο του χρόνου, η αντίστροφη τάση παρατηρήθηκε για τα SL Nb2CTx και Nb4C3TX MXene.Η αναστολή της ανάπτυξης των μικροφυκών μειώθηκε με την πάροδο του χρόνου.Έφτασε περίπου στο 17% μετά από 24 ώρες και έπεσε σε λιγότερο από 5% μετά από 72 ώρες (Εικ. 3a, b, αντίστοιχα).
Το πιο σημαντικό είναι ότι για το SL Nb4C3TX, η αναστολή της ανάπτυξης των μικροφυκών έφτασε περίπου το 27% μετά από 24 ώρες, αλλά μετά από 72 ώρες μειώθηκε σε περίπου 1%.Επομένως, χαρακτηρίσαμε το παρατηρούμενο αποτέλεσμα ως αντίστροφη αναστολή της διέγερσης και το αποτέλεσμα ήταν ισχυρότερο για το SL Nb4C3TX MXene.Η διέγερση της ανάπτυξης μικροφυκών σημειώθηκε νωρίτερα με το Nb4C3TX (αλληλεπίδραση στα 10 mg L-1 για 24 ώρες) σε σύγκριση με το SL Nb2CTx MXene.Το αποτέλεσμα αναστροφής αναστολής-διέγερσης φάνηκε επίσης καλά στην καμπύλη ρυθμού διπλασιασμού της βιομάζας (βλ. Εικ. S4 για λεπτομέρειες).Μέχρι στιγμής, μόνο η οικοτοξικότητα του Ti3C2TX MXene έχει μελετηθεί με διαφορετικούς τρόπους.Δεν είναι τοξικό για τα έμβρυα zebrafish44 αλλά μετρίως οικοτοξικό για τα μικροφύκη Desmodesmus quadricauda και τα φυτά Sorghum saccharatum45.Άλλα παραδείγματα ειδικών επιδράσεων περιλαμβάνουν υψηλότερη τοξικότητα στις καρκινικές κυτταρικές σειρές από ό,τι στις φυσιολογικές κυτταρικές σειρές46,47.Θα μπορούσε να υποτεθεί ότι οι συνθήκες δοκιμής θα επηρέαζαν τις αλλαγές στην ανάπτυξη των μικροφυκών που παρατηρήθηκαν παρουσία Nb-MXenes.Για παράδειγμα, ένα pH περίπου 8 στο στρώμα του χλωροπλάστη είναι το βέλτιστο για την αποτελεσματική λειτουργία του ενζύμου RuBisCO.Επομένως, οι αλλαγές του pH επηρεάζουν αρνητικά τον ρυθμό της φωτοσύνθεσης48,49.Ωστόσο, δεν παρατηρήσαμε σημαντικές αλλαγές στο pH κατά τη διάρκεια του πειράματος (βλ. SI, Εικ. S5 για λεπτομέρειες).Γενικά, οι καλλιέργειες μικροφυκών με Nb-MXene μείωσαν ελαφρώς το pH του διαλύματος με την πάροδο του χρόνου.Ωστόσο, αυτή η μείωση ήταν παρόμοια με μια αλλαγή στο pH ενός καθαρού μέσου.Επιπλέον, το εύρος των παραλλαγών που βρέθηκαν ήταν παρόμοιο με αυτό που μετρήθηκε για μια καθαρή καλλιέργεια μικροφυκών (δείγμα ελέγχου).Έτσι, συμπεραίνουμε ότι η φωτοσύνθεση δεν επηρεάζεται από αλλαγές στο pH με την πάροδο του χρόνου.
Επιπλέον, τα συντιθέμενα ΜΧένια έχουν επιφανειακές απολήξεις (που συμβολίζονται ως Tx).Αυτές είναι κυρίως λειτουργικές ομάδες -O, -F και -OH.Ωστόσο, η χημεία της επιφάνειας σχετίζεται άμεσα με τη μέθοδο της σύνθεσης.Αυτές οι ομάδες είναι γνωστό ότι κατανέμονται τυχαία στην επιφάνεια, καθιστώντας δύσκολη την πρόβλεψη της επίδρασής τους στις ιδιότητες του MXene50.Μπορεί να υποστηριχθεί ότι το Tx θα μπορούσε να είναι η καταλυτική δύναμη για την οξείδωση του νιοβίου από το φως.Οι επιφανειακές λειτουργικές ομάδες παρέχουν πράγματι πολλαπλές θέσεις αγκύρωσης για τους υποκείμενους φωτοκαταλύτες τους για να σχηματίσουν ετεροσυνδέσεις51.Ωστόσο, η σύνθεση του μέσου ανάπτυξης δεν παρείχε αποτελεσματικό φωτοκαταλύτη (λεπτομερής σύνθεση του μέσου μπορεί να βρεθεί στον Πίνακα SI S6).Επιπλέον, οποιαδήποτε επιφανειακή τροποποίηση είναι επίσης πολύ σημαντική, καθώς η βιολογική δραστηριότητα των MXenes μπορεί να αλλοιωθεί λόγω της μετα-επεξεργασίας του στρώματος, της οξείδωσης, της χημικής επιφανειακής τροποποίησης οργανικών και ανόργανων ενώσεων52,53,54,55,56 ή της μηχανικής επιφανειακών φορτίων38.Επομένως, για να ελέγξουμε εάν το οξείδιο του νιοβίου έχει κάποια σχέση με την αστάθεια του υλικού στο μέσο, ​​πραγματοποιήσαμε μελέτες του δυναμικού ζήτα (ζ) σε μέσο ανάπτυξης μικροφυκών και απιονισμένο νερό (για σύγκριση).Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα SL Nb-MXenes είναι αρκετά σταθερά (βλ. SI Εικ. S6 για τα αποτελέσματα MAX και ML).Το δυναμικό ζήτα των SL MXenes είναι περίπου -10 mV.Στην περίπτωση του SR Nb2CTx, η τιμή του ζ είναι κάπως πιο αρνητική από αυτή του Nb4C3Tx.Μια τέτοια αλλαγή στην τιμή ζ μπορεί να υποδεικνύει ότι η επιφάνεια των αρνητικά φορτισμένων νανονιφάδων MXene απορροφά θετικά φορτισμένα ιόντα από το μέσο καλλιέργειας.Οι χρονικές μετρήσεις του δυναμικού ζήτα και της αγωγιμότητας των Nb-MXenes στο μέσο καλλιέργειας (βλ. Σχήματα S7 και S8 στο SI για περισσότερες λεπτομέρειες) φαίνεται να υποστηρίζουν την υπόθεσή μας.
Ωστόσο, και οι δύο Nb-MXene SL παρουσίασαν ελάχιστες αλλαγές από το μηδέν.Αυτό δείχνει ξεκάθαρα τη σταθερότητά τους στο μέσο ανάπτυξης μικροφυκών.Επιπλέον, αξιολογήσαμε εάν η παρουσία των πράσινων μικροφυκών μας θα επηρέαζε τη σταθερότητα των Nb-MXenes στο μέσο.Τα αποτελέσματα του δυναμικού ζήτα και της αγωγιμότητας των MXenes μετά από αλληλεπίδραση με μικροφύκη σε θρεπτικά μέσα και καλλιέργεια με την πάροδο του χρόνου μπορούν να βρεθούν στο SI (Εικόνες S9 και S10).Είναι ενδιαφέρον ότι παρατηρήσαμε ότι η παρουσία μικροφυκών φάνηκε να σταθεροποιεί τη διασπορά και των δύο MXenes.Στην περίπτωση του Nb2CTx SL, το δυναμικό ζήτα μειώθηκε ακόμη και ελαφρώς με την πάροδο του χρόνου σε πιο αρνητικές τιμές (-15,8 έναντι -19,1 mV μετά από 72 ώρες επώασης).Το δυναμικό ζήτα του SL Nb4C3TX αυξήθηκε ελαφρώς, αλλά μετά από 72 ώρες εξακολουθούσε να παρουσιάζει υψηλότερη σταθερότητα από τις νανονιφάδες χωρίς την παρουσία μικροφυκών (-18,1 έναντι -9,1 mV).
Βρήκαμε επίσης χαμηλότερη αγωγιμότητα διαλυμάτων Nb-MXene που επωάστηκαν παρουσία μικροφυκών, υποδεικνύοντας μικρότερη ποσότητα ιόντων στο θρεπτικό μέσο.Σημειωτέον, η αστάθεια των ΜΞενίων στο νερό οφείλεται κυρίως στην επιφανειακή οξείδωση57.Επομένως, υποψιαζόμαστε ότι τα πράσινα μικροφύκη με κάποιο τρόπο καθαρίζουν τα οξείδια που σχηματίζονται στην επιφάνεια του Nb-MXene και ακόμη και εμπόδισαν την εμφάνισή τους (οξείδωση MXene).Αυτό μπορεί να φανεί μελετώντας τους τύπους ουσιών που απορροφώνται από τα μικροφύκη.
Ενώ οι οικοτοξικολογικές μελέτες μας έδειξαν ότι τα μικροφύκη μπόρεσαν να ξεπεράσουν την τοξικότητα των Nb-MXenes με την πάροδο του χρόνου και την ασυνήθιστη αναστολή της διεγερμένης ανάπτυξης, ο στόχος της μελέτης μας ήταν να διερευνήσει πιθανούς μηχανισμούς δράσης.Όταν οργανισμοί όπως τα φύκια εκτίθενται σε ενώσεις ή υλικά άγνωστα στα οικοσυστήματα τους, μπορεί να αντιδράσουν με διάφορους τρόπους58,59.Ελλείψει τοξικών οξειδίων μετάλλων, τα μικροφύκη μπορούν να τραφούν, επιτρέποντάς τους να αναπτύσσονται συνεχώς60.Μετά την κατάποση τοξικών ουσιών, μπορεί να ενεργοποιηθούν αμυντικοί μηχανισμοί, όπως αλλαγή σχήματος ή μορφής.Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η πιθανότητα απορρόφησης58,59.Σημειωτέον, οποιοδήποτε σημάδι αμυντικού μηχανισμού αποτελεί σαφή ένδειξη της τοξικότητας της υπό δοκιμή ένωσης.Ως εκ τούτου, στην περαιτέρω εργασία μας, διερευνήσαμε την πιθανή επιφανειακή αλληλεπίδραση μεταξύ νανονιφάδων SL Nb-MXene και μικροφυκών από το SEM και την πιθανή απορρόφηση MXene με βάση το Nb με φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ (XRF).Σημειώστε ότι οι αναλύσεις SEM και XRF πραγματοποιήθηκαν μόνο στην υψηλότερη συγκέντρωση MXene για την αντιμετώπιση ζητημάτων τοξικότητας δραστηριότητας.
Τα αποτελέσματα SEM φαίνονται στο Σχ.4.Μη επεξεργασμένα κύτταρα μικροφυκών (βλ. Εικ. 4α, δείγμα αναφοράς) έδειξαν ξεκάθαρα τυπική μορφολογία R. subcapitata και σχήμα κυττάρου που μοιάζει με κρουασάν.Τα κύτταρα φαίνονται πεπλατυσμένα και κάπως αποδιοργανωμένα.Ορισμένα κύτταρα μικροφυκών επικαλύπτονταν και μπλέκονταν μεταξύ τους, αλλά αυτό πιθανότατα προκλήθηκε από τη διαδικασία προετοιμασίας του δείγματος.Γενικά, τα καθαρά κύτταρα μικροφυκών είχαν λεία επιφάνεια και δεν παρουσίασαν μορφολογικές αλλαγές.
Εικόνες SEM που δείχνουν την επιφανειακή αλληλεπίδραση μεταξύ πράσινων μικροφυκών και νανοφύλλων MXene μετά από 72 ώρες αλληλεπίδρασης σε ακραία συγκέντρωση (100 mg L-1).(α) Μη επεξεργασμένα πράσινα μικροφύκια μετά από αλληλεπίδραση με SL (β) Nb2CTx και (γ) Nb4C3TX MXenes.Σημειώστε ότι οι νανονιφάδες Nb-MXene επισημαίνονται με κόκκινα βέλη.Για σύγκριση, προστίθενται και φωτογραφίες από οπτικό μικροσκόπιο.
Αντίθετα, κύτταρα μικροφυκών που προσροφήθηκαν από νανονιφάδες SL Nb-MXene υπέστησαν βλάβη (βλ. Εικ. 4b, c, κόκκινα βέλη).Στην περίπτωση του Nb2CTx MXene (Εικ. 4β), τα μικροφύκη τείνουν να αναπτύσσονται με προσαρτημένες δισδιάστατες νανοκλίμακες, οι οποίες μπορούν να αλλάξουν τη μορφολογία τους.Σημειωτέον, παρατηρήσαμε επίσης αυτές τις αλλαγές κάτω από μικροσκοπία φωτός (βλ. SI Εικόνα S11 για λεπτομέρειες).Αυτή η μορφολογική μετάβαση έχει μια εύλογη βάση στη φυσιολογία των μικροφυκών και στην ικανότητά τους να αμύνονται αλλάζοντας τη μορφολογία των κυττάρων, όπως η αύξηση του όγκου των κυττάρων61.Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να ελέγξετε τον αριθμό των κυττάρων μικροφυκών που βρίσκονται στην πραγματικότητα σε επαφή με τα Nb-MXenes.Οι μελέτες SEM έδειξαν ότι περίπου το 52% των κυττάρων μικροφυκών εκτέθηκαν σε Nb-MXenes, ενώ το 48% αυτών των κυττάρων μικροφυκών απέφυγε την επαφή.Για το SL Nb4C3Tx MXene, τα μικροφύκη προσπαθούν να αποφύγουν την επαφή με το MXene, με αποτέλεσμα να εντοπίζονται και να αναπτύσσονται από δισδιάστατες νανοκλίμακες (Εικ. 4γ).Ωστόσο, δεν παρατηρήσαμε τη διείσδυση νανοκλιμάκων σε κύτταρα μικροφυκών και τη βλάβη τους.
Η αυτοσυντήρηση είναι επίσης μια συμπεριφορά απόκρισης που εξαρτάται από το χρόνο στην απόφραξη της φωτοσύνθεσης λόγω της προσρόφησης σωματιδίων στην επιφάνεια του κυττάρου και του λεγόμενου φαινομένου σκίασης (σκίασης)62.Είναι σαφές ότι κάθε αντικείμενο (για παράδειγμα, νανονιφάδες Nb-MXene) που βρίσκεται μεταξύ των μικροφυκών και της πηγής φωτός περιορίζει την ποσότητα φωτός που απορροφάται από τους χλωροπλάστες.Ωστόσο, δεν έχουμε καμία αμφιβολία ότι αυτό έχει σημαντικό αντίκτυπο στα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν.Όπως φάνηκε από τις μικροσκοπικές μας παρατηρήσεις, οι 2D νανονιφάδες δεν τυλίχτηκαν ή προσκολλήθηκαν πλήρως στην επιφάνεια των μικροφυκών, ακόμη και όταν τα κύτταρα των μικροφυκών ήταν σε επαφή με τα Nb-MXenes.Αντίθετα, οι νανονιφάδες αποδείχθηκε ότι προσανατολίζονται σε κύτταρα μικροφυκών χωρίς να καλύπτουν την επιφάνειά τους.Ένα τέτοιο σύνολο νανονιφάδων/μικροφυκών δεν μπορεί να περιορίσει σημαντικά την ποσότητα φωτός που απορροφάται από τα κύτταρα μικροφυκών.Επιπλέον, ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ακόμη και βελτίωση στην απορρόφηση φωτός από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς παρουσία δισδιάστατων νανοϋλικών63,64,65,66.
Δεδομένου ότι οι εικόνες SEM δεν μπορούσαν να επιβεβαιώσουν άμεσα την πρόσληψη νιοβίου από κύτταρα μικροφυκών, η περαιτέρω μελέτη μας στράφηκε στην ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) και φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) για να διευκρινιστεί αυτό το ζήτημα.Επομένως, συγκρίναμε την ένταση των κορυφών Nb των δειγμάτων μικροφυκών αναφοράς που δεν αλληλεπιδρούν με MXenes, νανονιφάδες MXene που αποσπάστηκαν από την επιφάνεια κυττάρων μικροφυκών και κύτταρα μικροφυκών μετά την απομάκρυνση των συνδεδεμένων MXenes.Αξίζει να σημειωθεί ότι εάν δεν υπάρχει πρόσληψη Nb, η τιμή Nb που λαμβάνεται από τα κύτταρα μικροφυκών θα πρέπει να είναι μηδενική μετά την αφαίρεση των προσκολλημένων νανοκλιμάκων.Επομένως, εάν συμβεί πρόσληψη Nb, τόσο τα αποτελέσματα XRF όσο και XPS θα πρέπει να δείχνουν μια καθαρή κορυφή Nb.
Στην περίπτωση των φασμάτων XRF, τα δείγματα μικροφυκών έδειξαν κορυφές Nb για SL Nb2CTx και Nb4C3Tx MXene μετά από αλληλεπίδραση με SL Nb2CTx και Nb4C3Tx MXene (βλ. Εικ. 5α, σημειώστε επίσης ότι τα αποτελέσματα για τα MAX και ML MXenes φαίνονται στο SS71, ).Είναι ενδιαφέρον ότι η ένταση της κορυφής Nb είναι η ίδια και στις δύο περιπτώσεις (κόκκινες ράβδοι στο Σχ. 5α).Αυτό έδειξε ότι τα φύκια δεν μπορούσαν να απορροφήσουν περισσότερο Nb και η μέγιστη ικανότητα για συσσώρευση Nb επιτεύχθηκε στα κύτταρα, αν και δύο φορές περισσότερο Nb4C3Tx MXene προσαρτήθηκε στα κύτταρα μικροφυκών (μπλε ράβδοι στο Σχ. 5α).Συγκεκριμένα, η ικανότητα των μικροφυκών να απορροφούν μέταλλα εξαρτάται από τη συγκέντρωση των οξειδίων μετάλλων στο περιβάλλον67,68.Οι Shamshada et al.67 βρήκαν ότι η απορροφητική ικανότητα των φυκών του γλυκού νερού μειώνεται με την αύξηση του pH.Οι Raize et al.68 παρατήρησαν ότι η ικανότητα των φυκιών να απορροφούν μέταλλα ήταν περίπου 25% υψηλότερη για το Pb2+ από ότι για το Ni2+.
(α) Αποτελέσματα XRF της βασικής πρόσληψης Nb από κύτταρα πράσινων μικροφυκών που επωάστηκαν σε ακραία συγκέντρωση SL Nb-MXenes (100 mg L-1) για 72 ώρες.Τα αποτελέσματα δείχνουν την παρουσία α σε καθαρά κύτταρα μικροφυκών (δείγμα ελέγχου, γκρι στήλες), 2D νανονιφάδες που απομονώθηκαν από κύτταρα μικροφυκών επιφάνειας (μπλε στήλες) και κύτταρα μικροφυκών μετά από διαχωρισμό των 2D νανονιφάδων από την επιφάνεια (κόκκινες στήλες).Η ποσότητα του στοιχειακού Nb, (β) το ποσοστό της χημικής σύστασης των οργανικών συστατικών μικροφυκών (C=O και CHx/C–O) και τα οξείδια Nb που υπάρχουν σε κύτταρα μικροφυκών μετά από επώαση με SL Nb-MXenes, (γ–ε) Προσαρμογή της σύνθετης κορυφής των XPS SL Nb2CTx φάσματα Nb2CTx με μικροσυστήματα MSLGeee (Nb2CTx) που έχουν εσωτερικοποιηθεί από MSLXTh.
Ως εκ τούτου, περιμέναμε ότι το Nb θα μπορούσε να απορροφηθεί από τα κύτταρα των φυκών με τη μορφή οξειδίων.Για να το ελέγξουμε αυτό, πραγματοποιήσαμε μελέτες XPS σε MXenes Nb2CTx και Nb4C3TX και σε κύτταρα φυκιών.Τα αποτελέσματα της αλληλεπίδρασης μικροφυκών με Nb-MXenes και MXenes που απομονώθηκαν από κύτταρα φυκιών φαίνονται στα Σχ.5β.Όπως ήταν αναμενόμενο, εντοπίσαμε κορυφές Nb 3d στα δείγματα μικροφυκών μετά την αφαίρεση του MXene από την επιφάνεια των μικροφυκών.Ο ποσοτικός προσδιορισμός των οξειδίων C=O, CHx/CO και Nb υπολογίστηκε με βάση τα φάσματα Nb 3d, O 1s και C 1s που ελήφθησαν με Nb2CTx SL (Εικ. 5c–e) και Nb4C3Tx SL (Εικ. 5c–e).) που λαμβάνεται από επωασμένα μικροφύκη.Εικόνα 5f–h) MXenes.Ο Πίνακας S1-3 δείχνει τις λεπτομέρειες των παραμέτρων κορυφής και τη συνολική χημεία που προκύπτει από την προσαρμογή.Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περιοχές Nb 3d των Nb2CTx SL και Nb4C3Tx SL (Εικ. 5c, f) αντιστοιχούν σε ένα στοιχείο Nb2O5.Εδώ, δεν βρήκαμε κορυφές που να σχετίζονται με το MXene στα φάσματα, υποδεικνύοντας ότι τα κύτταρα μικροφυκών απορροφούν μόνο τη μορφή οξειδίου του Nb.Επιπλέον, προσεγγίσαμε το φάσμα C 1 s με τα συστατικά C–C, CHx/C–O, C=O και –COOH.Εκχωρήσαμε τις κορυφές CHx/C–O και C=O στην οργανική συμβολή των κυττάρων μικροφυκών.Αυτά τα οργανικά συστατικά αντιπροσωπεύουν το 36% και το 41% ​​των κορυφών C 1s σε Nb2CTx SL και Nb4C3TX SL, αντίστοιχα.Στη συνέχεια προσαρμόσαμε τα φάσματα O 1s των SL Nb2CTx και SL Nb4C3TX με Nb2O5, οργανικά συστατικά μικροφυκών (CHx/CO) και επιφανειακά προσροφημένο νερό.
Τέλος, τα αποτελέσματα XPS έδειξαν ξεκάθαρα τη μορφή του Nb, όχι μόνο την παρουσία του.Σύμφωνα με τη θέση του σήματος Nb 3d και τα αποτελέσματα της αποσυνέλιξης, επιβεβαιώνουμε ότι το Nb απορροφάται μόνο με τη μορφή οξειδίων και όχι ιόντων ή το ίδιο το MXene.Επιπλέον, τα αποτελέσματα XPS έδειξαν ότι τα κύτταρα μικροφυκών έχουν μεγαλύτερη ικανότητα να προσλαμβάνουν οξείδια Nb από το SL Nb2CTx σε σύγκριση με το SL Nb4C3TX MXene.
Ενώ τα αποτελέσματα πρόσληψης Nb είναι εντυπωσιακά και μας επιτρέπουν να προσδιορίσουμε την υποβάθμιση του MXene, δεν υπάρχει διαθέσιμη μέθοδος για την παρακολούθηση των σχετικών μορφολογικών αλλαγών σε 2D νανονιφάδες.Ως εκ τούτου, αποφασίσαμε επίσης να αναπτύξουμε μια κατάλληλη μέθοδο που μπορεί να ανταποκριθεί άμεσα σε τυχόν αλλαγές που συμβαίνουν σε νανονιφάδες 2D Nb-MXene και κύτταρα μικροφυκών.Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι υποθέτουμε ότι εάν τα αλληλεπιδρώντα είδη υποστούν μετασχηματισμό, αποσύνθεση ή ανασυγκρότηση, αυτό θα πρέπει να εκδηλωθεί γρήγορα ως αλλαγές στις παραμέτρους σχήματος, όπως η διάμετρος της ισοδύναμης κυκλικής περιοχής, η στρογγυλότητα, το πλάτος Feret ή το μήκος Feret.Δεδομένου ότι αυτές οι παράμετροι είναι κατάλληλες για την περιγραφή επιμήκων σωματιδίων ή δισδιάστατων νανονιφάδων, η παρακολούθηση τους με ανάλυση δυναμικού σχήματος σωματιδίων θα μας δώσει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τον μορφολογικό μετασχηματισμό των νανονιφάδων SL Nb-MXene κατά τη διάρκεια της αναγωγής.
Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν φαίνονται στο Σχήμα 6. Για σύγκριση, δοκιμάσαμε επίσης την αρχική φάση MAX και τα ML-MXenes (βλ. Σχήματα SI S18 και S19).Η δυναμική ανάλυση του σχήματος των σωματιδίων έδειξε ότι όλες οι παράμετροι σχήματος δύο Nb-MXene SL άλλαξαν σημαντικά μετά την αλληλεπίδραση με τα μικροφύκη.Όπως φαίνεται από την παράμετρο διαμέτρου ισοδύναμης κυκλικής περιοχής (Εικ. 6a, b), η μειωμένη ένταση κορυφής του κλάσματος των μεγάλων νανονιφάδων υποδηλώνει ότι τείνουν να αποσυντίθενται σε μικρότερα θραύσματα.Στο σχ.Το 6c, d δείχνει μια μείωση στις κορυφές που σχετίζονται με το εγκάρσιο μέγεθος των νιφάδων (επιμήκυνση των νανονιφάδων), υποδεικνύοντας τον μετασχηματισμό των 2D νανονιφάδων σε σχήμα που μοιάζει περισσότερο με σωματίδια.Το Σχήμα 6e-h δείχνει το πλάτος και το μήκος του Feret, αντίστοιχα.Το πλάτος και το μήκος των φερτών είναι συμπληρωματικές παράμετροι και ως εκ τούτου θα πρέπει να εξετάζονται μαζί.Μετά την επώαση των νανονιφάδων 2D Nb-MXene παρουσία μικροφυκών, οι κορυφές συσχέτισης Feret μετατοπίστηκαν και η έντασή τους μειώθηκε.Με βάση αυτά τα αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη μορφολογία, το XRF και το XPS, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι οι παρατηρούμενες αλλαγές σχετίζονται έντονα με την οξείδωση καθώς τα οξειδωμένα MXenes γίνονται πιο ζαρωμένα και διασπώνται σε θραύσματα και σφαιρικά σωματίδια οξειδίου69,70.
Ανάλυση μετασχηματισμού MXene μετά από αλληλεπίδραση με πράσινα μικροφύκη.Η ανάλυση δυναμικού σχήματος σωματιδίων λαμβάνει υπόψη παραμέτρους όπως (a, b) η διάμετρος της ισοδύναμης κυκλικής περιοχής, (c, d) η στρογγυλότητα, (e, f) το πλάτος του Feret και (g, η) το μήκος Feret.Για το σκοπό αυτό, αναλύθηκαν δύο δείγματα μικροφυκών αναφοράς μαζί με πρωτεύοντα SL Nb2CTx και SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx και SL Nb4C3Tx MXenes, αποικοδομημένα μικροφύκη και μικροφύκη που έχουν υποστεί επεξεργασία SL Nb2CTx και SL Nb4C3Tx MXen.Τα κόκκινα βέλη δείχνουν τις μεταβάσεις των παραμέτρων σχήματος των μελετημένων δισδιάστατων νανονιφάδων.
Δεδομένου ότι η ανάλυση παραμέτρων σχήματος είναι πολύ αξιόπιστη, μπορεί επίσης να αποκαλύψει μορφολογικές αλλαγές στα κύτταρα μικροφυκών.Επομένως, αναλύσαμε την ισοδύναμη κυκλική διάμετρο, τη στρογγυλότητα και το πλάτος/μήκος Feret των καθαρών κυττάρων και κυττάρων μικροφυκών μετά από αλληλεπίδραση με νανονιφάδες 2D Nb.Στο σχ.Τα 6a–h δείχνουν αλλαγές στις παραμέτρους σχήματος των κυττάρων φυκιών, όπως αποδεικνύεται από τη μείωση της έντασης κορυφής και τη μετατόπιση των μεγίστων προς υψηλότερες τιμές.Συγκεκριμένα, οι παράμετροι στρογγυλότητας κυττάρου έδειξαν μείωση στα επιμήκη κύτταρα και αύξηση στα σφαιρικά κύτταρα (Εικ. 6a, b).Επιπλέον, το πλάτος των κυττάρων Feret αυξήθηκε κατά αρκετά μικρόμετρα μετά την αλληλεπίδραση με το SL Nb2CTx MXene (Εικ. 6e) σε σύγκριση με το SL Nb4C3TX MXene (Εικ. 6f).Υποψιαζόμαστε ότι αυτό μπορεί να οφείλεται στην ισχυρή πρόσληψη οξειδίων Nb από τα μικροφύκη κατά την αλληλεπίδραση με το Nb2CTx SR.Λιγότερο άκαμπτη προσκόλληση νιφάδων Nb στην επιφάνειά τους μπορεί να οδηγήσει σε ανάπτυξη κυττάρων με ελάχιστη επίδραση σκίασης.
Οι παρατηρήσεις μας για τις αλλαγές στις παραμέτρους του σχήματος και του μεγέθους των μικροφυκών συμπληρώνουν άλλες μελέτες.Τα πράσινα μικροφύκη μπορούν να αλλάξουν τη μορφολογία τους ως απάντηση στο περιβαλλοντικό στρες αλλάζοντας το μέγεθος, το σχήμα ή τον μεταβολισμό των κυττάρων61.Για παράδειγμα, η αλλαγή του μεγέθους των κυττάρων διευκολύνει την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών71.Τα μικρότερα κύτταρα φυκιών παρουσιάζουν χαμηλότερη πρόσληψη θρεπτικών συστατικών και μειωμένο ρυθμό ανάπτυξης.Αντίθετα, τα μεγαλύτερα κύτταρα τείνουν να καταναλώνουν περισσότερα θρεπτικά συστατικά, τα οποία στη συνέχεια εναποτίθενται ενδοκυτταρικά72,73.Οι Machado και Soares διαπίστωσαν ότι το μυκητοκτόνο triclosan μπορεί να αυξήσει το μέγεθος των κυττάρων.Βρήκαν επίσης βαθιές αλλαγές στο σχήμα των φυκιών74.Επιπλέον, οι Yin et al.9 αποκάλυψαν επίσης μορφολογικές αλλαγές στα φύκια μετά από έκθεση σε νανοσύνθετα υλικά μειωμένου οξειδίου του γραφενίου.Επομένως, είναι σαφές ότι οι τροποποιημένες παράμετροι μεγέθους/σχήματος των μικροφυκών προκαλούνται από την παρουσία MXene.Δεδομένου ότι αυτή η αλλαγή στο μέγεθος και το σχήμα είναι ενδεικτική των αλλαγών στην πρόσληψη θρεπτικών συστατικών, πιστεύουμε ότι η ανάλυση των παραμέτρων μεγέθους και σχήματος με την πάροδο του χρόνου μπορεί να καταδείξει την πρόσληψη οξειδίου του νιοβίου από τα μικροφύκη παρουσία Nb-MXenes.
Επιπλέον, τα MXenes μπορούν να οξειδωθούν παρουσία φυκιών.Οι Dalai et al.75 παρατήρησαν ότι η μορφολογία των πράσινων φυκών που εκτέθηκαν σε νανο-TiO2 και Al2O376 δεν ήταν ομοιόμορφη.Αν και οι παρατηρήσεις μας είναι παρόμοιες με την παρούσα μελέτη, είναι σχετικές μόνο με τη μελέτη των επιπτώσεων της βιοαποκατάστασης όσον αφορά τα προϊόντα αποδόμησης MXene παρουσία δισδιάστατων νανονιφάδων και όχι νανοσωματιδίων.Δεδομένου ότι τα MXenes μπορούν να αποικοδομηθούν σε οξείδια μετάλλων,31,32,77,78 είναι λογικό να υποθέσουμε ότι οι νανονιφάδες Nb μπορούν επίσης να σχηματίσουν οξείδια Nb μετά την αλληλεπίδραση με κύτταρα μικροφυκών.
Για να εξηγήσουμε τη μείωση των νανονιφάδων 2D-Nb μέσω ενός μηχανισμού αποσύνθεσης που βασίζεται στη διαδικασία οξείδωσης, πραγματοποιήσαμε μελέτες χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης υψηλής ανάλυσης (HRTEM) (Εικ. 7a,b) και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) (Εικ. 7).7c-i και πίνακες S4-5).Και οι δύο προσεγγίσεις είναι κατάλληλες για τη μελέτη της οξείδωσης δισδιάστατων υλικών και αλληλοσυμπληρώνονται.Το HRTEM είναι σε θέση να αναλύσει την αποικοδόμηση δισδιάστατων στρωμάτων δομών και την επακόλουθη εμφάνιση νανοσωματιδίων μεταλλικού οξειδίου, ενώ το XPS είναι ευαίσθητο στους επιφανειακούς δεσμούς.Για το σκοπό αυτό, δοκιμάσαμε νανονιφάδες 2D Nb-MXene που εξήχθησαν από διασπορές κυττάρων μικροφυκών, δηλαδή το σχήμα τους μετά από αλληλεπίδραση με κύτταρα μικροφυκών (βλ. Εικ. 7).
Εικόνες HRTEM που δείχνουν τη μορφολογία των οξειδωμένων (a) SL Nb2CTx και (β) SL Nb4C3Tx MXenes, αποτελέσματα ανάλυσης XPS που δείχνουν (γ) τη σύνθεση των προϊόντων οξειδίου μετά από αναγωγή, (d–f) ταύτιση αιχμής των συστατικών των φασμάτων XPS του SL Nb2CTx και (g–3C με επισκευή microSLx.
Μελέτες HRTEM επιβεβαίωσαν την οξείδωση δύο τύπων νανονιφάδων Nb-MXene.Αν και οι νανονιφάδες διατήρησαν τη δισδιάστατη μορφολογία τους σε κάποιο βαθμό, η οξείδωση είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση πολλών νανοσωματιδίων που κάλυπταν την επιφάνεια των νανονιφάδων MXene (βλ. Εικ. 7a,b).Η ανάλυση XPS των σημάτων c Nb 3d και O 1s έδειξε ότι σχηματίστηκαν οξείδια Nb και στις δύο περιπτώσεις.Όπως φαίνεται στο σχήμα 7c, τα 2D MXene Nb2CTx και Nb4C3TX έχουν σήματα Nb 3d που υποδεικνύουν την παρουσία οξειδίων NbO και Nb2O5, ενώ τα σήματα O 1s υποδεικνύουν τον αριθμό των δεσμών O-Nb που σχετίζονται με τη λειτουργικότητα της επιφάνειας της δισδιάστατης νανονιφάδας.Παρατηρήσαμε ότι η συμβολή του οξειδίου Nb είναι κυρίαρχη σε σύγκριση με τα Nb-C και Nb3+-O.
Στο σχ.Τα σχήματα 7g–i δείχνουν τα φάσματα XPS των Nb 3d, C 1s και O 1s SL Nb2CTx (βλ. Εικ. 7d–f) και SL Nb4C3TX MXene που απομονώθηκαν από κύτταρα μικροφυκών.Λεπτομέρειες για τις παραμέτρους κορυφής Nb-MXenes παρέχονται στους Πίνακες S4–5, αντίστοιχα.Αρχικά αναλύσαμε τη σύνθεση του Nb 3d.Σε αντίθεση με το Nb που απορροφάται από τα κύτταρα μικροφυκών, στο MXene που απομονώθηκε από κύτταρα μικροφυκών, εκτός από το Nb2O5, βρέθηκαν και άλλα συστατικά.Στο Nb2CTx SL, παρατηρήσαμε τη συμβολή του Nb3+-O σε ποσοστό 15%, ενώ στο υπόλοιπο φάσμα Nb 3d κυριαρχούσε το Nb2O5 (85%).Επιπλέον, το δείγμα SL Nb4C3TX περιέχει συστατικά Nb-C (9%) και Nb2O5 (91%).Εδώ το Nb-C προέρχεται από δύο εσωτερικά ατομικά στρώματα καρβιδίου μετάλλου στο Nb4C3Tx SR.Στη συνέχεια, χαρτογραφούμε τα φάσματα C 1s σε τέσσερα διαφορετικά στοιχεία, όπως κάναμε στα εσωτερικευμένα δείγματα.Όπως αναμενόταν, το φάσμα C 1s κυριαρχείται από γραφιτικό άνθρακα, ακολουθούμενο από συνεισφορές από οργανικά σωματίδια (CHx/CO και C=O) από κύτταρα μικροφυκών.Επιπλέον, στο φάσμα O 1s, παρατηρήσαμε τη συμβολή των οργανικών μορφών κυττάρων μικροφυκών, του οξειδίου του νιοβίου και του προσροφημένου νερού.
Επιπλέον, διερευνήσαμε εάν η διάσπαση Nb-MXenes σχετίζεται με την παρουσία αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) στο θρεπτικό μέσο και/ή στα κύτταρα μικροφυκών.Για το σκοπό αυτό, αξιολογήσαμε τα επίπεδα του απλού οξυγόνου (1O2) στο μέσο καλλιέργειας και την ενδοκυτταρική γλουταθειόνη, μια θειόλη που δρα ως αντιοξειδωτικό στα μικροφύκη.Τα αποτελέσματα φαίνονται στο SI (Σχήματα S20 και S21).Καλλιέργειες με SL Nb2CTx και Nb4C3TX MXenes χαρακτηρίστηκαν από μειωμένη ποσότητα 1O2 (βλ. Εικόνα S20).Στην περίπτωση του SL Nb2CTx, το MXene 1O2 μειώνεται σε περίπου 83%.Για καλλιέργειες μικροφυκών με χρήση SL, το Nb4C3TX 1O2 μειώθηκε ακόμη περισσότερο, στο 73%.Είναι ενδιαφέρον ότι οι αλλαγές στο 1O2 έδειξαν την ίδια τάση με το ανασταλτικό-διεγερτικό αποτέλεσμα που παρατηρήθηκε προηγουμένως (βλ. Εικ. 3).Μπορεί να υποστηριχθεί ότι η επώαση σε έντονο φως μπορεί να αλλάξει τη φωτοοξείδωση.Ωστόσο, τα αποτελέσματα της ανάλυσης ελέγχου έδειξαν σχεδόν σταθερά επίπεδα 1O2 κατά τη διάρκεια του πειράματος (Εικ. S22).Στην περίπτωση των ενδοκυτταρικών επιπέδων ROS, παρατηρήσαμε επίσης την ίδια πτωτική τάση (βλ. Εικόνα S21).Αρχικά, τα επίπεδα ROS σε κύτταρα μικροφυκών που καλλιεργήθηκαν παρουσία Nb2CTx και Nb4C3Tx SL ξεπέρασαν τα επίπεδα που βρέθηκαν σε καθαρές καλλιέργειες μικροφυκών.Τελικά, ωστόσο, φάνηκε ότι τα μικροφύκη προσαρμόστηκαν στην παρουσία και των δύο Nb-MXenes, καθώς τα επίπεδα ROS μειώθηκαν στο 85% και 91% των επιπέδων που μετρήθηκαν σε καθαρές καλλιέργειες μικροφυκών εμβολιασμένων με SL Nb2CTx και Nb4C3TX, αντίστοιχα.Αυτό μπορεί να υποδεικνύει ότι τα μικροφύκη αισθάνονται πιο άνετα με την πάροδο του χρόνου παρουσία Nb-MXene παρά μόνο σε θρεπτικό μέσο.
Τα μικροφύκη είναι μια διαφορετική ομάδα φωτοσυνθετικών οργανισμών.Κατά τη φωτοσύνθεση, μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας (CO2) σε οργανικό άνθρακα.Τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης είναι η γλυκόζη και το οξυγόνο79.Υποπτευόμαστε ότι το οξυγόνο που σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο παίζει κρίσιμο ρόλο στην οξείδωση των Nb-MXenes.Μια πιθανή εξήγηση για αυτό είναι ότι η παράμετρος διαφορικού αερισμού σχηματίζεται σε χαμηλές και υψηλές μερικές πιέσεις οξυγόνου έξω και μέσα στις νανονιφάδες Nb-MXene.Αυτό σημαίνει ότι όπου υπάρχουν περιοχές με διαφορετικές μερικές πιέσεις οξυγόνου, η περιοχή με το χαμηλότερο επίπεδο θα σχηματίσει την άνοδο 80, 81, 82. Εδώ, τα μικροφύκη συμβάλλουν στη δημιουργία διαφορικά αεριζόμενων κυττάρων στην επιφάνεια των νιφάδων MXene, τα οποία παράγουν οξυγόνο λόγω των φωτοσυνθετικών τους ιδιοτήτων.Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται προϊόντα βιοδιάβρωσης (στην περίπτωση αυτή, οξείδια νιοβίου).Μια άλλη πτυχή είναι ότι τα μικροφύκη μπορούν να παράγουν οργανικά οξέα που απελευθερώνονται στο νερό83,84.Επομένως, σχηματίζεται ένα επιθετικό περιβάλλον, αλλάζοντας έτσι τα Nb-MXenes.Επιπλέον, τα μικροφύκη μπορούν να αλλάξουν το pH του περιβάλλοντος σε αλκαλικό λόγω της απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο μπορεί επίσης να προκαλέσει διάβρωση79.
Το πιο σημαντικό, η φωτοπερίοδος σκότους/φωτός που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη μας είναι κρίσιμη για την κατανόηση των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται.Αυτή η πτυχή περιγράφεται λεπτομερώς στους Djemai-Zoghlache et al.85 Χρησιμοποίησαν σκόπιμα μια φωτοπερίοδο 12/12 ωρών για να αποδείξουν τη βιοδιάβρωση που σχετίζεται με τη βιορρύπανση από τα κόκκινα μικροφύκη Porphyridium purpureum.Δείχνουν ότι η φωτοπερίοδος σχετίζεται με την εξέλιξη του δυναμικού χωρίς βιοδιάβρωση, που εκδηλώνεται ως ψευδοπεριοδικές ταλαντώσεις γύρω στις 24:00.Αυτές οι παρατηρήσεις επιβεβαιώθηκαν από τους Dowling et al.86 Έδειξαν φωτοσυνθετικά βιοφίλμ των κυανοβακτηρίων Anabaena.Το διαλυμένο οξυγόνο σχηματίζεται υπό τη δράση του φωτός, το οποίο σχετίζεται με μια αλλαγή ή διακυμάνσεις στο ελεύθερο δυναμικό βιοδιάβρωσης.Η σημασία της φωτοπεριόδου υπογραμμίζεται από το γεγονός ότι το ελεύθερο δυναμικό για βιοδιάβρωση αυξάνεται στην φωτεινή φάση και μειώνεται στη σκοτεινή φάση.Αυτό οφείλεται στο οξυγόνο που παράγεται από τα φωτοσυνθετικά μικροφύκη, το οποίο επηρεάζει την καθοδική αντίδραση μέσω της μερικής πίεσης που παράγεται κοντά στα ηλεκτρόδια87.
Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR) για να διαπιστωθεί εάν συνέβησαν αλλαγές στη χημική σύνθεση των κυττάρων μικροφυκών μετά από αλληλεπίδραση με Nb-MXenes.Αυτά τα ληφθέντα αποτελέσματα είναι πολύπλοκα και τα παρουσιάζουμε στο SI (Εικόνες S23-S25, συμπεριλαμβανομένων των αποτελεσμάτων του σταδίου MAX και ML MXenes).Εν ολίγοις, τα λαμβανόμενα φάσματα αναφοράς των μικροφυκών μας παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για τα χημικά χαρακτηριστικά αυτών των οργανισμών.Αυτές οι πιο πιθανές δονήσεις εντοπίζονται σε συχνότητες 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.ένας.1 1 (C–H) και 3280 cm–1 (O–H).Για το SL Nb-MXenes, βρήκαμε μια υπογραφή τάνυσης δεσμού CH που είναι σύμφωνη με την προηγούμενη μελέτη μας38.Ωστόσο, παρατηρήσαμε ότι ορισμένες επιπλέον κορυφές που σχετίζονται με δεσμούς C=C και CH εξαφανίστηκαν.Αυτό υποδεικνύει ότι η χημική σύνθεση των μικροφυκών μπορεί να υποστεί μικρές αλλαγές λόγω αλληλεπίδρασης με τα SL Nb-MXenes.
Όταν εξετάζονται πιθανές αλλαγές στη βιοχημεία των μικροφυκών, η συσσώρευση ανόργανων οξειδίων, όπως το οξείδιο του νιοβίου, πρέπει να επανεξεταστεί59.Συμμετέχει στην πρόσληψη μετάλλων από την επιφάνεια του κυττάρου, τη μεταφορά τους στο κυτταρόπλασμα, τη συσχέτισή τους με ενδοκυτταρικές καρβοξυλικές ομάδες και τη συσσώρευσή τους σε πολυφωσφωσώματα μικροφυκών20,88,89,90.Επιπλέον, η σχέση μεταξύ μικροφυκών και μετάλλων διατηρείται από λειτουργικές ομάδες κυττάρων.Για το λόγο αυτό, η απορρόφηση εξαρτάται επίσης από τη χημεία της επιφάνειας των μικροφυκών, η οποία είναι αρκετά περίπλοκη9,91.Γενικά, όπως ήταν αναμενόμενο, η χημική σύνθεση των πράσινων μικροφυκών άλλαξε ελαφρά λόγω της απορρόφησης του οξειδίου του Nb.
Είναι ενδιαφέρον ότι η παρατηρούμενη αρχική αναστολή των μικροφυκών ήταν αναστρέψιμη με την πάροδο του χρόνου.Όπως παρατηρήσαμε, τα μικροφύκη ξεπέρασαν την αρχική περιβαλλοντική αλλαγή και τελικά επέστρεψαν στους κανονικούς ρυθμούς ανάπτυξης και μάλιστα αυξήθηκαν.Οι μελέτες του δυναμικού ζήτα δείχνουν υψηλή σταθερότητα όταν εισάγονται σε θρεπτικά μέσα.Έτσι, η επιφανειακή αλληλεπίδραση μεταξύ των κυττάρων μικροφυκών και των νανονιφάδων Nb-MXene διατηρήθηκε καθ' όλη τη διάρκεια των πειραμάτων αναγωγής.Στην περαιτέρω ανάλυσή μας, συνοψίζουμε τους κύριους μηχανισμούς δράσης στους οποίους βασίζεται αυτή η αξιοσημείωτη συμπεριφορά των μικροφυκών.
Οι παρατηρήσεις SEM έχουν δείξει ότι τα μικροφύκη τείνουν να προσκολλώνται στα Nb-MXenes.Χρησιμοποιώντας δυναμική ανάλυση εικόνας, επιβεβαιώνουμε ότι αυτό το φαινόμενο οδηγεί στον μετασχηματισμό των δισδιάστατων νανονιφάδων Nb-MXene σε πιο σφαιρικά σωματίδια, αποδεικνύοντας έτσι ότι η αποσύνθεση των νανονιφάδων σχετίζεται με την οξείδωσή τους.Για να ελέγξουμε την υπόθεσή μας, πραγματοποιήσαμε μια σειρά υλικών και βιοχημικών μελετών.Μετά τη δοκιμή, οι νανονιφάδες οξειδώθηκαν σταδιακά και αποσυντέθηκαν σε προϊόντα NbO και Nb2O5, τα οποία δεν αποτελούσαν απειλή για τα πράσινα μικροφύκη.Χρησιμοποιώντας την παρατήρηση FTIR, δεν βρήκαμε σημαντικές αλλαγές στη χημική σύνθεση των μικροφυκών που επωάστηκαν παρουσία νανονιφάδων 2D Nb-MXene.Λαμβάνοντας υπόψη την πιθανότητα απορρόφησης οξειδίου του νιοβίου από μικροφύκη, πραγματοποιήσαμε ανάλυση φθορισμού ακτίνων Χ.Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ξεκάθαρα ότι τα μικροφύκη που μελετήθηκαν τρέφονται με οξείδια νιοβίου (NbO και Nb2O5), τα οποία είναι μη τοξικά για τα μελετώμενα μικροφύκη.