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Le développement rapide des nanotechnologies et leur intégration dans les applications quotidiennes peuvent menacer l'environnement. Si les méthodes vertes de dégradation des contaminants organiques sont bien établies, la récupération des contaminants cristallins inorganiques reste une préoccupation majeure en raison de leur faible sensibilité à la biotransformation et du manque de connaissances sur les interactions entre la surface des matériaux et les milieux biologiques. Dans cette étude, nous utilisons un modèle de MXènes 2D inorganiques à base de niobium, combiné à une méthode simple d'analyse des paramètres de forme, pour retracer le mécanisme de bioremédiation des nanomatériaux céramiques 2D par la microalgue verte Raphidocelis subcapitata. Nous avons constaté que les microalgues dégradent les MXènes à base de niobium grâce à des interactions physico-chimiques de surface. Initialement, des nanofeuillets de MXène mono- et multicouches se fixent à la surface des microalgues, ce qui réduit légèrement leur croissance. Cependant, lors d'une interaction prolongée avec la surface, les microalgues oxydent les nanofeuillets de MXène et les décomposent en NbO et Nb₂O₅. Ces oxydes étant non toxiques pour les cellules de microalgues, ils absorbent les nanoparticules d'oxyde de niobium, ce qui permet la restauration des microalgues après 72 heures de traitement de l'eau. Les effets des nutriments liés à cette absorption se traduisent également par une augmentation du volume cellulaire, une morphologie plus lisse et une modification du taux de croissance. Ces résultats nous permettent de conclure que la présence, à court et à long terme, de MXènes à base de niobium dans les écosystèmes d'eau douce n'aurait que des impacts environnementaux mineurs. Il est à noter que l'utilisation de nanomatériaux bidimensionnels comme modèles démontre la possibilité de suivre la transformation de forme, même dans des matériaux à grains fins. Cette étude apporte ainsi une réponse à une question fondamentale importante concernant les processus d'interaction de surface qui sous-tendent le mécanisme de bioremédiation des nanomatériaux 2D et fournit une base pour de futures études, à court et à long terme, sur l'impact environnemental des nanomatériaux cristallins inorganiques.
Les nanomatériaux suscitent un vif intérêt depuis leur découverte, et diverses nanotechnologies sont récemment entrées dans une phase de modernisation¹. Malheureusement, l'intégration des nanomatériaux dans les applications quotidiennes peut entraîner des rejets accidentels dus à une élimination inappropriée, une manipulation négligente ou des infrastructures de sécurité insuffisantes. Il est donc raisonnable de supposer que des nanomatériaux, y compris des nanomatériaux bidimensionnels (2D), peuvent être rejetés dans l'environnement, et que leur comportement et leur activité biologique ne sont pas encore pleinement compris. Dès lors, les préoccupations en matière d'écotoxicité se sont concentrées sur la capacité des nanomatériaux 2D à se diffuser dans les systèmes aquatiques²,³,⁴,⁵,⁶. Dans ces écosystèmes, certains nanomatériaux 2D peuvent interagir avec divers organismes à différents niveaux trophiques, notamment les microalgues.
Les microalgues sont des organismes primitifs présents naturellement dans les écosystèmes d'eau douce et marins, qui produisent une variété de composés chimiques par photosynthèse⁷. De ce fait, elles sont essentielles aux écosystèmes aquatiques^8,9,10,11,12 et constituent également des indicateurs sensibles, peu coûteux et largement utilisés de l'écotoxicité^13,14. Comme les cellules de microalgues se multiplient rapidement et réagissent promptement à la présence de divers composés, elles sont prometteuses pour le développement de méthodes respectueuses de l'environnement pour le traitement des eaux contaminées par des substances organiques^15,16.
Les cellules d'algues peuvent éliminer les ions inorganiques de l'eau par biosorption et accumulation^17,18. Certaines espèces d'algues, telles que Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue et Synechococcus sp., sont capables de transporter et même de nourrir des ions de métaux toxiques comme Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ et Mn²⁺¹⁹. D'autres études ont montré que les ions Cu²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ ou Pb²⁺ limitent la croissance de Scenedesmus en modifiant la morphologie cellulaire et en détruisant ses chloroplastes^20,21.
Les méthodes vertes de décomposition des polluants organiques et d'élimination des ions de métaux lourds suscitent un vif intérêt chez les scientifiques et les ingénieurs du monde entier. Ceci s'explique principalement par la facilité de traitement de ces contaminants en phase liquide. Cependant, les polluants cristallins inorganiques se caractérisent par une faible solubilité dans l'eau et une faible susceptibilité aux biotransformations, ce qui complexifie leur dépollution et explique le peu de progrès réalisés dans ce domaine^{22,23,24,25,26}. La recherche de solutions respectueuses de l'environnement pour la régénération des nanomatériaux demeure donc un domaine complexe et encore peu exploré. Compte tenu de la grande incertitude qui entoure les effets de la biotransformation des nanomatériaux 2D, il est difficile d'identifier les voies de dégradation possibles lors de leur réduction.
Dans cette étude, nous avons utilisé des microalgues vertes comme agent de bioremédiation aqueuse actif pour les matériaux céramiques inorganiques, en combinant ce procédé avec un suivi in ​​situ de la dégradation du MXène, un matériau céramique inorganique représentatif. Le terme « MXène » fait référence à la stœchiométrie du matériau Mn₁₊₁X_nT_x, où M est un métal de transition précoce, X représente le carbone et/ou l'azote, T_x un groupe terminateur de surface (par exemple, -OH, -F, -Cl), et n = 1, 2, 3 ou 4. Depuis leur découverte par Naguib et al., les MXènes ont été étudiés en sensorique, en thérapie anticancéreuse et en filtration membranaire^27,29,30. De plus, leur excellente stabilité colloïdale et leurs interactions biologiques potentielles en font des systèmes 2D modèles^{31,32,33,34,35,36}.
Par conséquent, la méthodologie développée dans cet article et nos hypothèses de recherche sont présentées dans la figure 1. Selon cette hypothèse, les microalgues dégradent les MXènes à base de niobium en composés non toxiques grâce à des interactions physico-chimiques de surface, ce qui permet leur régénération. Pour tester cette hypothèse, deux membres de la famille des premiers carbures et/ou nitrures de métaux de transition à base de niobium (MXènes), à savoir Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX, ont été sélectionnés.
Méthodologie de recherche et hypothèses fondées sur des données probantes concernant la récupération du MXène par la microalgue verte Raphidocelis subcapitata. Veuillez noter qu'il s'agit d'une représentation schématique des hypothèses. L'environnement lacustre diffère selon le milieu nutritif utilisé et les conditions (par exemple, le cycle diurne et les limitations en nutriments essentiels disponibles). Créé avec BioRender.com.
Par conséquent, l'utilisation des MXènes comme système modèle nous a permis d'explorer divers effets biologiques inobservables avec d'autres nanomatériaux conventionnels. Nous démontrons notamment la possibilité de bioremédiation de nanomatériaux bidimensionnels, tels que les MXènes à base de niobium, par la microalgue *Raphidocelis subcapitata*. Cette microalgue est capable de dégrader les MXènes à base de niobium en oxydes non toxiques, NbO et Nb₂O₅, qui lui fournissent également des nutriments grâce à l'absorption du niobium. Globalement, cette étude apporte une réponse à une question fondamentale importante concernant les processus liés aux interactions physico-chimiques de surface qui régissent les mécanismes de bioremédiation des nanomatériaux bidimensionnels. De plus, nous développons une méthode simple, basée sur les paramètres de forme, pour suivre les variations subtiles de la forme des nanomatériaux 2D. Ceci ouvre la voie à des recherches complémentaires, à court et à long terme, sur les divers impacts environnementaux des nanomatériaux cristallins inorganiques. Ainsi, notre étude contribue à une meilleure compréhension de l'interaction entre la surface du matériau et le milieu biologique. Nous fournissons également les bases d'études à court et à long terme plus approfondies sur leurs impacts potentiels sur les écosystèmes d'eau douce, qui peuvent désormais être facilement vérifiés.
Les MXènes constituent une classe de matériaux intéressante, dotée de propriétés physico-chimiques uniques et remarquables, et présentant ainsi de nombreuses applications potentielles. Ces propriétés dépendent largement de leur stœchiométrie et de leur chimie de surface. C’est pourquoi, dans notre étude, nous avons examiné deux types de MXènes monocouches hiérarchiques à base de niobium (Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX), car différents effets biologiques de ces nanomatériaux pourraient être observés. Les MXènes sont produits à partir de leurs matériaux de départ par gravure sélective descendante de couches A de phase MAX atomiquement minces. La phase MAX est une céramique ternaire composée de blocs liés de carbures de métaux de transition et de fines couches d’éléments A tels que Al, Si et Sn, de stœchiométrie MnAXₙ₋₁. La morphologie de la phase MAX initiale a été observée par microscopie électronique à balayage (MEB) et s’est avérée conforme aux études précédentes (voir les informations supplémentaires, figure S1). Le MXène Nb multicouche (ML) a été obtenu après élimination de la couche d’aluminium par une solution d’acide fluorhydrique à 48 %. La morphologie de ML-Nb₂CTₓ et ML-Nb₄C₃TX a été examinée par microscopie électronique à balayage (MEB) (figures S1c et S1d respectivement). Une morphologie typique de MXène en couches a été observée, semblable à des nanofeuillets bidimensionnels traversant des fentes allongées de type pores. Ces deux Nb-MXènes présentent de nombreuses similitudes avec les phases MXène précédemment synthétisées par attaque acide²⁷,³⁸. Après confirmation de la structure du MXène, nous l'avons structuré en couches par intercalation d'hydroxyde de tétrabutylammonium (TBAOH), suivie d'étapes de lavage et de sonication, ce qui nous a permis d'obtenir des nanofeuillets 2D de Nb-MXène monocouches ou à faible épaisseur (SL).
Nous avons utilisé la microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) et la diffraction des rayons X (DRX) pour évaluer l'efficacité de la gravure et du pelage. Les résultats HRTEM, traités par transformée de Fourier inverse rapide (IFFT) et transformée de Fourier rapide (FFT), sont présentés sur la figure 2. Les nanofeuillets de Nb-MXène ont été orientés par la tranche afin d'examiner la structure de la couche atomique et de mesurer les distances interplanaires. Les images HRTEM des nanofeuillets de MXène Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX ont révélé leur structure atomiquement mince (voir fig. 2a1 et a2), comme précédemment rapporté par Naguib et al.²⁷ et Jastrzębska et al.³⁸. Pour deux monocouches adjacentes de Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX, nous avons déterminé des distances intercouches de 0,74 et 1,54 nm, respectivement (fig. 2b1 et b2), ce qui concorde avec nos résultats antérieurs³⁸. Ceci a été confirmé par la transformée de Fourier inverse rapide (Fig. 2c1, c2) et la transformée de Fourier rapide (Fig. 2d1, d2) montrant la distance entre les monocouches de Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ. L'image révèle une alternance de bandes claires et sombres correspondant aux atomes de niobium et de carbone, ce qui confirme la structure lamellaire des MXènes étudiés. Il est important de noter que les spectres de spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX) obtenus pour Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ (Figures S2a et S2b) ne présentent aucune trace de la phase MAX initiale, aucun pic d'aluminium n'ayant été détecté.
Caractérisation des nanofeuillets de MXène SL Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ, incluant : (a) l’imagerie 2D en vue latérale par microscopie électronique à haute résolution (HRTEM) et le mode d’intensité correspondant ; (b) la transformée de Fourier inverse rapide (IFFT) ; (c) la transformée de Fourier rapide (FFT) ; (d) les diagrammes de diffraction des rayons X des MXènes Nb. Pour les nanofeuillets 2D SL Nb₂CTₓ, les références sont notées (a₁, b₁, c₁, d₁, e₁). Pour les nanofeuillets 2D SL Nb₄C₃Tₓ, les références sont notées (a₂, b₂, c₂, d₂, e₁).
Les mesures de diffraction des rayons X des MXènes SL Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ sont présentées respectivement sur les figures 2e1 et 2e2. Les pics (002) à 4,31° et 4,32° correspondent aux MXènes lamellaires Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ décrits précédemment^38,39,40,41. Les résultats de diffraction des rayons X indiquent également la présence de quelques structures ML résiduelles et de phases MAX, mais la plupart des diagrammes de diffraction sont associés à SL Nb₄C₃Tₓ (figure 2e2). La présence de particules plus petites de la phase MAX pourrait expliquer l'intensité plus élevée du pic MAX par rapport aux couches Nb₄C₃Tₓ empilées de manière aléatoire.
Des recherches complémentaires se sont concentrées sur les microalgues vertes de l'espèce *R. subcapitata*. Nous avons choisi les microalgues car elles jouent un rôle important dans la production trophique et interviennent dans les principaux réseaux alimentaires⁴². Elles constituent également d'excellents indicateurs de toxicité grâce à leur capacité à éliminer les substances toxiques transportées vers les niveaux trophiques supérieurs⁴³. De plus, les recherches sur *R. subcapitata* pourraient éclairer la toxicité accidentelle des SL Nb-MXènes pour les micro-organismes d'eau douce communs. Pour illustrer ce point, les chercheurs ont émis l'hypothèse que chaque micro-organisme présente une sensibilité différente aux composés toxiques présents dans l'environnement. Chez la plupart des organismes, de faibles concentrations de substances n'affectent pas leur croissance, tandis que des concentrations supérieures à un certain seuil peuvent les inhiber, voire entraîner leur mort. Par conséquent, pour nos études sur l'interaction de surface entre les microalgues et les MXènes, ainsi que sur la récupération associée, nous avons décidé de tester les concentrations inoffensives et toxiques de Nb-MXènes. Pour ce faire, nous avons testé des concentrations de 0 (comme référence), 0,01, 0,1 et 10 mg l-1 de MXène et avons également infecté des microalgues avec de très fortes concentrations de MXène (100 mg l-1 de MXène), ce qui peut être extrême et mortel pour tout environnement biologique.
Les effets des SL Nb-MXènes sur les microalgues sont présentés dans la figure 3, exprimés en pourcentage de stimulation (+) ou d'inhibition (-) de la croissance, mesurés pour des échantillons à 0 mg l⁻¹. À titre de comparaison, les phases Nb-MAX et ML Nb-MXènes ont également été testées et les résultats sont présentés dans les informations supplémentaires (voir figure S3). Les résultats obtenus confirment que les SL Nb-MXènes sont quasiment dépourvus de toxicité dans la gamme de faibles concentrations, de 0,01 à 10 mg/l, comme le montrent les figures 3a et 3b. Dans le cas du Nb₂CTx, nous n'avons observé pas plus de 5 % d'écotoxicité dans la gamme spécifiée.
Stimulation (+) ou inhibition (-) de la croissance des microalgues en présence de SL (a) Nb2CTx et (b) Nb4C3TX MXène. L'interaction MXène-microalgues a été analysée pendant 24, 48 et 72 heures. Les données significatives (test t, p < 0,05) ont été marquées d'un astérisque (*). Les données significatives (test t, p < 0,05) ont été marquées d'un astérisque (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Les données significatives (test t, p < 0,05) sont marquées d'un astérisque (*).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 (*). Les données importantes (test t, p < 0,05) sont marquées d'un astérisque (*).Les flèches rouges indiquent la suppression de la stimulation inhibitrice.
En revanche, de faibles concentrations de Nb4C3TX se sont révélées légèrement plus toxiques, sans toutefois dépasser 7 %. Conformément à nos attentes, nous avons observé que les MXènes présentaient une toxicité et une inhibition de la croissance des microalgues plus élevées à 100 mg L⁻¹. Il est intéressant de noter qu'aucun des matériaux n'a présenté la même évolution temporelle des effets toxiques/atotoxiques que les échantillons MAX ou ML (voir les informations supplémentaires). Alors que pour la phase MAX (voir Fig. S3), la toxicité atteignait environ 15 à 25 % et augmentait avec le temps, la tendance inverse a été observée pour les MXènes SL Nb2CTx et Nb4C3TX. L'inhibition de la croissance des microalgues a diminué au fil du temps. Elle a atteint environ 17 % après 24 heures et est tombée à moins de 5 % après 72 heures (Fig. 3a et 3b, respectivement).
Plus important encore, pour le SL Nb4C3TX, l'inhibition de la croissance des microalgues a atteint environ 27 % après 24 heures, mais après 72 heures, elle a diminué à environ 1 %. Par conséquent, nous avons qualifié l'effet observé d'inhibition inverse de la stimulation, et cet effet était plus marqué pour le MXène SL Nb4C3TX. La stimulation de la croissance des microalgues a été observée plus tôt avec le Nb4C3TX (interaction à 10 mg L⁻¹ pendant 24 h) qu'avec le MXène SL Nb2CTx. L'effet d'inversion inhibition-stimulation est également bien visible sur la courbe du taux de doublement de la biomasse (voir Fig. S4 pour plus de détails). À ce jour, seule l'écotoxicité du MXène Ti3C2TX a été étudiée de différentes manières. Il n'est pas toxique pour les embryons de poisson-zèbre⁴⁴ mais modérément écotoxique pour la microalgue Desmodesmus quadricauda et les plantes de Sorghum saccharatum⁴⁵. Parmi les autres exemples d'effets spécifiques, on note une toxicité plus élevée pour les lignées cellulaires cancéreuses que pour les lignées cellulaires normales⁴⁶,⁴⁷. On pourrait supposer que les conditions expérimentales influencent les variations de croissance des microalgues observées en présence de Nb-MXènes. Par exemple, un pH d'environ 8 dans le stroma des chloroplastes est optimal pour le bon fonctionnement de l'enzyme RuBisCO. Par conséquent, les variations de pH affectent négativement le taux de photosynthèse^48,49. Cependant, nous n'avons observé aucune variation significative de pH au cours de l'expérience (voir les informations supplémentaires, figure S5 pour plus de détails). De manière générale, les cultures de microalgues avec des Nb-MXènes ont légèrement diminué le pH de la solution au fil du temps. Toutefois, cette diminution était similaire à celle observée dans un milieu pur. De plus, l'amplitude des variations constatées était comparable à celle mesurée pour une culture pure de microalgues (échantillon témoin). Nous concluons donc que la photosynthèse n'est pas affectée par les variations de pH au cours du temps.
De plus, les MXènes synthétisés présentent des terminaisons de surface (notées Tx). Il s'agit principalement de groupes fonctionnels -O, -F et -OH. Cependant, la chimie de surface est directement liée à la méthode de synthèse. Ces groupes sont connus pour être distribués aléatoirement à la surface, ce qui rend difficile la prédiction de leur effet sur les propriétés du MXène⁵⁰. On peut supposer que Tx pourrait être le catalyseur de l'oxydation du niobium par la lumière. Les groupes fonctionnels de surface offrent en effet de multiples sites d'ancrage pour leurs photocatalyseurs sous-jacents, permettant la formation d'hétérojonctions⁵¹. Toutefois, la composition du milieu de croissance n'a pas permis d'obtenir un photocatalyseur efficace (la composition détaillée du milieu est présentée dans le tableau S6 des informations supplémentaires). Par ailleurs, toute modification de surface est également cruciale, car l'activité biologique des MXènes peut être altérée par un post-traitement des couches, une oxydation, une modification chimique de surface par des composés organiques et inorganiques⁵²,⁵³,⁵⁴,⁵⁵,⁵⁶ ou une ingénierie de la charge de surface³⁸. Afin de déterminer si l'oxyde de niobium est impliqué dans l'instabilité du matériau en milieu de culture, nous avons étudié le potentiel zêta (ζ) dans un milieu de culture de microalgues et dans de l'eau déminéralisée (à titre de comparaison). Nos résultats montrent que les MXènes Nb monocouches (SL) sont relativement stables (voir figure S6 des informations supplémentaires pour les résultats MAX et ML). Le potentiel zêta des MXènes SL est d'environ -10 mV. Dans le cas des MXènes SR Nb₂CTₓ, la valeur de ζ est légèrement plus négative que celle des MXènes Nb₄C₃Tₓ. Cette variation de ζ pourrait indiquer que la surface des nanofeuillets de MXène chargés négativement absorbe des ions chargés positivement provenant du milieu de culture. Les mesures temporelles du potentiel zêta et de la conductivité des MXènes Nb en milieu de culture (voir figures S7 et S8 des informations supplémentaires pour plus de détails) semblent confirmer notre hypothèse.
Cependant, les deux SL de Nb-MXène ont présenté des variations minimes par rapport à zéro. Ceci démontre clairement leur stabilité dans le milieu de culture des microalgues. De plus, nous avons évalué si la présence de nos microalgues vertes affectait la stabilité des Nb-MXènes dans ce milieu. Les résultats du potentiel zêta et de la conductivité des MXènes après interaction avec les microalgues dans les milieux nutritifs et en culture au cours du temps sont présentés dans les informations supplémentaires (figures S9 et S10). Il est intéressant de noter que la présence de microalgues semblait stabiliser la dispersion des deux MXènes. Dans le cas de la SL de Nb₂CTₓ, le potentiel zêta a même légèrement diminué au cours du temps, atteignant des valeurs plus négatives (-15,8 mV contre -19,1 mV après 72 h d'incubation). Le potentiel zêta de la SL de Nb₄C₃TX a légèrement augmenté, mais après 72 h, il restait plus stable que les nanoflocons en l'absence de microalgues (-18,1 mV contre -9,1 mV).
Nous avons également observé une conductivité plus faible des solutions de Nb-MXène incubées en présence de microalgues, indiquant une moindre concentration d'ions dans le milieu nutritif. L'instabilité des MXènes dans l'eau est principalement due à l'oxydation de surface⁵⁷. Par conséquent, nous supposons que les microalgues vertes ont éliminé les oxydes formés à la surface du Nb-MXène, voire empêché leur formation (oxydation du MXène). Ceci est corroboré par l'étude des substances absorbées par les microalgues.
Bien que nos études écotoxicologiques aient indiqué que les microalgues étaient capables de surmonter la toxicité des Nb-MXènes au fil du temps et l'inhibition inhabituelle de leur croissance stimulée, notre étude visait à explorer les mécanismes d'action possibles. Lorsque des organismes tels que les algues sont exposés à des composés ou des matériaux étrangers à leurs écosystèmes, ils peuvent réagir de diverses manières^58,59. En l'absence d'oxydes métalliques toxiques, les microalgues peuvent se nourrir, ce qui leur permet de croître en continu⁶⁰. Après ingestion de substances toxiques, des mécanismes de défense peuvent être activés, comme des changements de forme ou de structure. La possibilité d'absorption doit également être prise en compte^58,59. Notamment, tout signe de mécanisme de défense est un indicateur clair de la toxicité du composé testé. Par conséquent, dans la suite de nos travaux, nous avons étudié l'interaction de surface potentielle entre les nanoflocons de Nb-MXène SL et les microalgues par microscopie électronique à balayage (MEB) et l'absorption possible du MXène à base de Nb par spectroscopie de fluorescence X (XRF). Notez que les analyses SEM et XRF n'ont été réalisées qu'à la concentration la plus élevée de MXène afin d'aborder les problèmes de toxicité liés à l'activité.
Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB) sont présentés sur la figure 4. Les cellules de microalgues non traitées (voir figure 4a, échantillon témoin) présentent clairement la morphologie typique de *R. subcapitata* et une forme cellulaire en croissant. Les cellules apparaissent aplaties et quelque peu désorganisées. Certaines cellules de microalgues se chevauchent et s'enchevêtrent, probablement en raison de la préparation de l'échantillon. De manière générale, les cellules de microalgues pures ont une surface lisse et ne présentent aucune modification morphologique.
Images MEB montrant l'interaction de surface entre des microalgues vertes et des nanofeuilles de MXène après 72 heures d'interaction à une concentration extrême (100 mg L⁻¹). (a) Microalgues vertes non traitées après interaction avec les MXènes SL (b) Nb₂Cₓ et (c) Nb₄C₃Cₓ. Les nanofeuilles de Nb-MXène sont indiquées par des flèches rouges. À titre de comparaison, des photographies obtenues par microscopie optique sont également présentées.
En revanche, les cellules de microalgues adsorbées par les nanoflocons de Nb-MXène SL étaient endommagées (voir Fig. 4b, c, flèches rouges). Dans le cas du Nb₂CTₓ MXène (Fig. 4b), les microalgues ont tendance à croître avec des nanostructures bidimensionnelles fixées, ce qui peut modifier leur morphologie. Notamment, nous avons également observé ces changements en microscopie optique (voir Figure S11 des informations supplémentaires pour plus de détails). Cette transition morphologique trouve une explication plausible dans la physiologie des microalgues et leur capacité à se défendre en modifiant leur morphologie cellulaire, par exemple en augmentant leur volume⁶¹. Il est donc important de vérifier le nombre de cellules de microalgues effectivement en contact avec les Nb-MXènes. Les études MEB ont montré qu'environ 52 % des cellules de microalgues étaient exposées aux Nb-MXènes, tandis que 48 % d'entre elles évitaient tout contact. Dans le cas du MXène SL Nb4C3Tx, les microalgues tentent d'éviter tout contact avec celui-ci, se localisant et se développant ainsi à partir de nanostructures bidimensionnelles (Fig. 4c). Cependant, nous n'avons observé ni pénétration des nanostructures dans les cellules des microalgues, ni dommages à leur égard.
L'autoconservation est également une réponse temporelle au blocage de la photosynthèse dû à l'adsorption de particules à la surface cellulaire et à l'effet d'ombrage⁶². Il est clair que chaque objet (par exemple, des nanoflocons de Nb-MXène) placé entre les microalgues et la source lumineuse limite la quantité de lumière absorbée par les chloroplastes. Cependant, nous sommes convaincus que cela a un impact significatif sur les résultats obtenus. Comme le montrent nos observations microscopiques, les nanoflocons 2D n'enrobaient ni n'adhéraient complètement à la surface des microalgues, même lorsque les cellules étaient en contact avec les Nb-MXènes. Au contraire, les nanoflocons étaient orientés vers les cellules sans toutefois les recouvrir. Un tel système nanoflocons/microalgues ne peut donc pas limiter significativement la quantité de lumière absorbée par les cellules. De plus, certaines études ont même démontré une amélioration de l'absorption de la lumière par les organismes photosynthétiques en présence de nanomatériaux bidimensionnels63,64,65,66.
Comme les images MEB ne permettaient pas de confirmer directement l'absorption du niobium par les cellules de microalgues, nous avons poursuivi notre étude en utilisant la fluorescence X (XRF) et la spectroscopie photoélectronique X (XPS) afin d'élucider ce point. Nous avons ainsi comparé l'intensité des pics de Nb dans des échantillons de microalgues témoins n'ayant pas interagi avec les MXènes, dans des nanofeuillets de MXène détachés de la surface des cellules de microalgues, et dans des cellules de microalgues après élimination des MXènes fixés. Il est important de noter qu'en l'absence d'absorption de Nb, la valeur de Nb mesurée dans les cellules de microalgues devrait être nulle après élimination des nanoparticules. Par conséquent, en cas d'absorption de Nb, les résultats XRF et XPS devraient tous deux révéler un pic de Nb net.
Dans le cas des spectres XRF, les échantillons de microalgues ont présenté des pics de Nb pour les MXènes SL Nb₂CTₓ et Nb₄C₃Tₓ après interaction avec ces derniers (voir Fig. 5a ; les résultats pour les MXènes MAX et ML sont également présentés dans les informations supplémentaires, Fig. S12–C17). Fait intéressant, l'intensité du pic de Nb est identique dans les deux cas (barres rouges sur la Fig. 5a). Ceci indique que les algues ne peuvent plus absorber de Nb et que leur capacité maximale d'accumulation cellulaire est atteinte, même si une quantité deux fois supérieure de MXène Nb₄C₃Tₓ est fixée aux cellules de microalgues (barres bleues sur la Fig. 5a). Il est à noter que la capacité des microalgues à absorber les métaux dépend de la concentration des oxydes métalliques dans leur environnement⁶⁷,⁶⁸. Shamshada et al.⁶⁷ ont constaté que la capacité d'absorption des algues d'eau douce diminue avec l'augmentation du pH. Raize et al.68 ont noté que la capacité des algues à absorber les métaux était environ 25 % plus élevée pour le Pb2+ que pour le Ni2+.
(a) Résultats XRF de l'absorption basale de Nb par des cellules de microalgues vertes incubées à une concentration extrême de SL Nb-MXènes (100 mg L⁻¹) pendant 72 heures. Les résultats montrent la présence de α dans les cellules de microalgues pures (échantillon témoin, colonnes grises), de nanofeuillets 2D isolés de la surface des cellules de microalgues (colonnes bleues) et de cellules de microalgues après séparation des nanofeuillets 2D de la surface (colonnes rouges). La quantité de Nb élémentaire, (b) le pourcentage de la composition chimique des composants organiques des microalgues (C=O et CHₓ/C–O) et des oxydes de Nb présents dans les cellules de microalgues après incubation avec les SL Nb-MXènes, (c–e) l'ajustement du pic de composition des spectres XPS SL Nb₂Cₓ et (fh) le SL Nb₄C₃Tₓ MXène internalisé par les cellules de microalgues.
Par conséquent, nous avons supposé que le niobium (Nb) pouvait être absorbé par les cellules algales sous forme d'oxydes. Pour le vérifier, nous avons réalisé des études XPS sur les MXènes Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX et sur des cellules d'algues. Les résultats de l'interaction des microalgues avec les MXènes contenant du Nb et les MXènes isolés des cellules d'algues sont présentés sur la figure 5b. Comme prévu, nous avons détecté les pics Nb 3d dans les échantillons de microalgues après élimination des MXènes de leur surface. La détermination quantitative des oxydes de C=O, CHₓ/CO et de Nb a été calculée à partir des spectres Nb 3d, O 1s et C 1s obtenus avec les monocouches (SL) de Nb₂CTₓ (figures 5c à 5e) et de Nb₄C₃TX (figures 5c à 5e). Les figures 5f à 5h présentent les spectres XPS des MXènes. Les tableaux S1 à S3 détaillent les paramètres des pics et la chimie globale résultant de l'ajustement. Il est à noter que les régions Nb 3d des SL Nb2CTx et Nb4C3Tx (Fig. 5c, f) correspondent à une composante Nb2O5. Nous n'avons observé aucun pic lié aux MXènes dans les spectres, ce qui indique que les cellules de microalgues absorbent uniquement la forme oxyde du Nb. De plus, nous avons approximé le spectre C 1s avec les composantes C–C, CHx/C–O, C=O et –COOH. Nous avons attribué les pics CHx/C–O et C=O à la contribution organique des cellules de microalgues. Ces composants organiques représentent respectivement 36 % et 41 % des pics C 1s dans les SL Nb2CTx et Nb4C3TX. Nous avons ensuite ajusté les spectres O 1s des SL Nb2CTx et SL Nb4C3TX avec Nb2O5, les composants organiques des microalgues (CHx/CO) et l'eau adsorbée en surface.
Enfin, les résultats XPS ont clairement indiqué la forme du Nb, et non seulement sa présence. D'après la position du signal Nb 3d et les résultats de la déconvolution, nous confirmons que le Nb est absorbé uniquement sous forme d'oxydes et non sous forme d'ions ou de MXène. De plus, les résultats XPS ont montré que les cellules de microalgues ont une plus grande capacité d'absorption des oxydes de Nb provenant du SL Nb₂CTₓ que du MXène SL Nb₄C₃TX.
Bien que nos résultats d'absorption du niobium soient impressionnants et nous permettent d'identifier la dégradation du MXène, aucune méthode ne permet actuellement de suivre les changements morphologiques associés dans les nanofeuillets 2D. C'est pourquoi nous avons également décidé de développer une méthode adaptée, capable de détecter directement tout changement survenant dans les nanofeuillets 2D de Nb-MXène et les cellules de microalgues. Il est important de noter que nous supposons que toute transformation, décomposition ou défragmentation des espèces interagissantes devrait se manifester rapidement par des modifications des paramètres de forme, tels que le diamètre de la surface circulaire équivalente, la rondeur, la largeur de Feret ou la longueur de Feret. Ces paramètres étant adaptés à la description de particules allongées ou de nanofeuillets bidimensionnels, leur suivi par analyse dynamique de la forme des particules nous fournira des informations précieuses sur la transformation morphologique des nanofeuillets SL de Nb-MXène lors de la réduction.
Les résultats obtenus sont présentés sur la figure 6. À titre de comparaison, nous avons également testé la phase MAX originale et les ML-MXènes (voir figures S18 et S19 des informations supplémentaires). L'analyse dynamique de la forme des particules a montré que tous les paramètres de forme des deux SL de Nb-MXène ont été significativement modifiés après interaction avec les microalgues. Comme le montre le paramètre de diamètre de la surface circulaire équivalente (fig. 6a, b), la diminution de l'intensité du pic de la fraction de grandes nanofeuillets indique leur tendance à se fragmenter en particules plus petites. Sur les figures 6c et 6d, on observe une diminution des pics associés à la taille transversale des feuillets (allongement des nanofeuillets), indiquant la transformation des nanofeuillets 2D en une forme plus particulaire. Les figures 6e à 6h présentent respectivement la largeur et la longueur du domaine de Feret. Ces deux paramètres sont complémentaires et doivent donc être considérés conjointement. Après incubation des nanofeuillets 2D de Nb-MXène en présence de microalgues, leurs pics de corrélation de Feret se sont déplacés et leur intensité a diminué. Sur la base de ces résultats combinés à la morphologie, à la XRF et à la XPS, nous avons conclu que les changements observés sont fortement liés à l'oxydation, car les MXènes oxydés deviennent plus ridés et se décomposent en fragments et en particules d'oxyde sphériques69,70.
Analyse de la transformation des MXènes après interaction avec des microalgues vertes. L'analyse dynamique de la forme des particules prend en compte des paramètres tels que (a, b) le diamètre de la surface circulaire équivalente, (c, d) la rondeur, (e, f) la largeur de Feret et (g, h) la longueur de Feret. À cette fin, deux échantillons de microalgues de référence ont été analysés, ainsi que les MXènes SL Nb₂CTₓ et SL Nb₄C₃Tₓ primaires, les MXènes SL Nb₂CTₓ et SL Nb₄C₃Tₓ, des microalgues dégradées et des microalgues traitées avec les MXènes SL Nb₂CTₓ et SL Nb₄C₃Tₓ. Les flèches rouges indiquent les transitions des paramètres de forme des nanoflocons bidimensionnels étudiés.
L'analyse des paramètres de forme étant très fiable, elle permet également de révéler des modifications morphologiques des cellules de microalgues. Nous avons donc analysé le diamètre de la surface circulaire équivalente, la rondeur et le rapport largeur/longueur de Feret de cellules de microalgues pures et de cellules après interaction avec des nanoflocons de Nb bidimensionnels. Les figures 6a à 6h montrent les modifications des paramètres de forme des cellules d'algues, caractérisées par une diminution de l'intensité des pics et un déplacement des maxima vers des valeurs plus élevées. En particulier, les paramètres de rondeur cellulaire indiquent une diminution du nombre de cellules allongées et une augmentation du nombre de cellules sphériques (Fig. 6a, b). De plus, le rapport largeur/longueur de Feret des cellules augmente de plusieurs micromètres après interaction avec le MXène SL Nb₂CTₓ (Fig. 6e) par rapport au MXène SL Nb₄C₃TX (Fig. 6f). Nous supposons que cela pourrait être dû à une forte absorption des oxydes de Nb par les microalgues lors de leur interaction avec le Nb₂CTₓ SR. Une fixation moins rigide des flocons de Nb à leur surface pourrait permettre une croissance cellulaire avec un effet d'ombrage minimal.
Nos observations sur les modifications des paramètres de forme et de taille des microalgues complètent d'autres études. Les microalgues vertes peuvent modifier leur morphologie en réponse au stress environnemental en modulant la taille, la forme ou le métabolisme de leurs cellules⁶¹. Par exemple, une modification de la taille des cellules facilite l'absorption des nutriments⁷¹. Les cellules d'algues plus petites présentent une absorption de nutriments réduite et un taux de croissance ralenti. Inversement, les cellules plus grandes ont tendance à consommer davantage de nutriments, qui sont ensuite stockés à l'intérieur des cellules^72,73. Machado et Soares ont constaté que le fongicide triclosan pouvait augmenter la taille des cellules. Ils ont également observé des modifications importantes de la forme des algues⁷⁴. De plus, Yin et al.⁹ ont également mis en évidence des modifications morphologiques des algues après exposition à des nanocomposites d'oxyde de graphène réduit. Il est donc clair que les modifications des paramètres de taille et de forme des microalgues sont dues à la présence de MXène. Étant donné que ce changement de taille et de forme est révélateur de changements dans l'absorption des nutriments, nous pensons que l'analyse des paramètres de taille et de forme au fil du temps peut démontrer l'absorption d'oxyde de niobium par les microalgues en présence de Nb-MXènes.
De plus, les MXènes peuvent s'oxyder en présence d'algues. Dalai et al.⁷⁵ ont observé que la morphologie des algues vertes exposées aux nanoparticules de TiO₂ et d'Al₂O₃⁷⁶ n'était pas uniforme. Bien que nos observations soient similaires à celles de la présente étude, elles ne concernent que l'étude des effets de la bioremédiation sur les produits de dégradation des MXènes en présence de nanoflocons 2D et non de nanoparticules. Étant donné que les MXènes peuvent se dégrader en oxydes métalliques^31,32,77,78, il est raisonnable de supposer que nos nanoflocons de Nb peuvent également former des oxydes de Nb après interaction avec les cellules de microalgues.
Afin d'expliquer la réduction des nanoflocons 2D-Nb par un mécanisme de décomposition basé sur l'oxydation, nous avons mené des études par microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) (Fig. 7a,b) et par spectroscopie photoélectronique X (XPS) (Fig. 7c-i et tableaux S4-5). Ces deux approches sont adaptées à l'étude de l'oxydation des matériaux 2D et se complètent. La HRTEM permet d'analyser la dégradation des structures bidimensionnelles en couches et l'apparition subséquente de nanoparticules d'oxyde métallique, tandis que la XPS est sensible aux liaisons de surface. À cette fin, nous avons étudié des nanoflocons 2D de Nb-MXène extraits de dispersions de cellules de microalgues, c'est-à-dire leur morphologie après interaction avec ces cellules (voir Fig. 7).
Images HRTEM montrant la morphologie des MXènes oxydés (a) SL Nb2CTx et (b) SL Nb4C3Tx, résultats d'analyse XPS montrant (c) la composition des produits d'oxyde après réduction, (d–f) correspondance des pics des composants des spectres XPS de SL Nb2CTx et (g–i) Nb4C3Tx SL réparé avec des microalgues vertes.
Les études HRTEM ont confirmé l'oxydation de deux types de nanofeuillets de Nb-MXène. Bien que ces nanofeuillets aient conservé, dans une certaine mesure, leur morphologie bidimensionnelle, l'oxydation a entraîné l'apparition de nombreuses nanoparticules recouvrant leur surface (voir Fig. 7a,b). L'analyse XPS des signaux Nb 3d et O 1s a indiqué la formation d'oxydes de niobium dans les deux cas. Comme illustré sur la figure 7c, les MXènes 2D Nb₂CTₓ et Nb₄C₃TX présentent des signaux Nb 3d indiquant la présence des oxydes NbO et Nb₂O₅, tandis que les signaux O 1s indiquent le nombre de liaisons O–Nb associées à la fonctionnalisation de la surface des nanofeuillets 2D. Nous avons constaté que la contribution des oxydes de niobium est prédominante par rapport à celles de Nb-C et Nb³⁺-O.
Les figures 7g à 7i présentent les spectres XPS de Nb 3d, C 1s et O 1s des MXènes SL Nb₂CTₓ (voir figures 7d à 7f) et SL Nb₄C₃TX isolés de cellules de microalgues. Les paramètres des pics des MXènes de niobium sont détaillés dans les tableaux S4 et S5. Nous avons d'abord analysé la composition de Nb 3d. Contrairement au niobium absorbé par les cellules de microalgues, d'autres composants, outre Nb₂O₅, ont été identifiés dans les MXènes isolés de ces cellules. Dans le SL Nb₂CTₓ, nous avons observé une contribution de Nb³⁺-O de 15 %, tandis que le reste du spectre Nb 3d était dominé par Nb₂O₅ (85 %). De plus, l'échantillon SL Nb₄C₃TX contient des composants Nb-C (9 %) et Nb₂O₅ (91 %). Ici, le Nb-C provient des deux couches atomiques internes du carbure métallique Nb₄C₃Tₓ SR. Nous avons ensuite décomposé les spectres C 1s en quatre composantes distinctes, comme nous l'avions fait pour les échantillons internalisés. Conformément aux attentes, le spectre C 1s est dominé par le carbone graphitique, suivi par les contributions des particules organiques (CHₓ/CO et C=O) issues des cellules de microalgues. De plus, dans le spectre O 1s, nous avons observé la contribution des formes organiques des cellules de microalgues, de l'oxyde de niobium et de l'eau adsorbée.
De plus, nous avons examiné si le clivage des Nb-MXènes était associé à la présence d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans le milieu de culture et/ou les cellules de microalgues. À cette fin, nous avons évalué les concentrations d'oxygène singulet (¹O₂) dans le milieu de culture et le glutathion intracellulaire, un thiol agissant comme antioxydant chez les microalgues. Les résultats sont présentés dans les informations supplémentaires (figures S20 et S21). Les cultures avec les MXènes SL Nb₂CTx et Nb₄C₃TX étaient caractérisées par une quantité réduite de ¹O₂ (voir figure S20). Dans le cas du SL Nb₂CTx, la concentration de ¹O₂ du MXène est réduite d'environ 83 %. Pour les cultures de microalgues utilisant le SL, la concentration de ¹O₂ du Nb₄C₃TX a diminué encore davantage, à 73 %. Il est intéressant de noter que les variations de ¹O₂ ont montré la même tendance que l'effet inhibiteur-stimulateur précédemment observé (voir figure 3). On peut supposer qu'une incubation en pleine lumière peut modifier la photo-oxydation. Cependant, les résultats de l'analyse témoin ont montré des niveaux de ¹O₂ quasi constants au cours de l'expérience (Fig. S22). Concernant les niveaux de ROS intracellulaires, nous avons également observé la même tendance à la baisse (voir Fig. S21). Initialement, les niveaux de ROS dans les cellules de microalgues cultivées en présence des SL Nb₂CTx et Nb₄C₃Tx étaient supérieurs à ceux observés dans les cultures pures de microalgues. Finalement, il est apparu que les microalgues s'adaptaient à la présence des deux Nb-MXènes, les niveaux de ROS diminuant respectivement à 85 % et 91 % des niveaux mesurés dans les cultures pures de microalgues inoculées avec les SL Nb₂CTx et Nb₄C₃Tx. Ceci pourrait indiquer que les microalgues se développent plus facilement en présence de Nb-MXènes que dans le milieu nutritif seul.
Les microalgues constituent un groupe diversifié d'organismes photosynthétiques. Lors de la photosynthèse, elles transforment le dioxyde de carbone (CO₂) atmosphérique en carbone organique. Les produits de la photosynthèse sont le glucose et l'oxygène⁷⁹. Nous supposons que l'oxygène ainsi formé joue un rôle crucial dans l'oxydation des Nb-MXènes. Une explication possible est la formation d'un paramètre d'aération différentielle sous des pressions partielles d'oxygène faibles et élevées, respectivement à l'extérieur et à l'intérieur des nanofeuillets de Nb-MXène. Ainsi, là où existent des zones de pressions partielles d'oxygène différentes, la zone à la pression la plus faible formera l'anode⁸⁰,⁸¹,⁸². Dans ce cas, les microalgues contribuent à la création de cellules à aération différentielle à la surface des feuillets de MXène, lesquelles produisent de l'oxygène grâce à leurs propriétés photosynthétiques. Il en résulte la formation de produits de biocorrosion (ici, des oxydes de niobium). Par ailleurs, les microalgues peuvent produire des acides organiques qui sont libérés dans l'eau⁸³,⁸⁴. Un milieu agressif se crée donc, modifiant ainsi les Nb-MXènes. De plus, les microalgues peuvent modifier le pH de l'environnement en le rendant alcalin en raison de l'absorption du dioxyde de carbone, ce qui peut également provoquer de la corrosion79.
Plus important encore, la photopériode d'obscurité/de lumière utilisée dans notre étude est cruciale pour la compréhension des résultats obtenus. Cet aspect est décrit en détail dans Djemai-Zoghlache et al. 85. Ces auteurs ont délibérément utilisé une photopériode de 12/12 heures pour démontrer la biocorrosion associée à la bio-encrassement par la microalgue rouge Porphyridium purpureum. Ils montrent que la photopériode est associée à l'évolution du potentiel en l'absence de biocorrosion, se manifestant par des oscillations pseudo-périodiques autour de minuit. Ces observations ont été confirmées par Dowling et al. 86. Ces derniers ont mis en évidence des biofilms photosynthétiques de la cyanobactérie Anabaena. L'oxygène dissous se forme sous l'action de la lumière, ce qui est associé à une variation ou à des fluctuations du potentiel de biocorrosion libre. L'importance de la photopériode est soulignée par le fait que le potentiel libre de biocorrosion augmente pendant la phase lumineuse et diminue pendant la phase obscure. Ceci est dû à l'oxygène produit par les microalgues photosynthétiques, qui influence la réaction cathodique par le biais de la pression partielle générée près des électrodes87.
De plus, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été utilisée pour déterminer si des modifications de la composition chimique des cellules de microalgues survenaient après interaction avec les Nb-MXènes. Les résultats obtenus, complexes, sont présentés dans les informations supplémentaires (figures S23 à S25, incluant les résultats des MXènes MAX et ML). En résumé, les spectres de référence des microalgues fournissent des informations importantes sur leurs caractéristiques chimiques. Les vibrations les plus probables se situent aux fréquences suivantes : 1060 cm⁻¹ (CO), 1540 cm⁻¹, 1640 cm⁻¹ (C=C), 1730 cm⁻¹ (C=O), 2850 cm⁻¹, 2920 cm⁻¹ (C–H) et 3280 cm⁻¹ (O–H). Pour les Nb-MXènes SL, nous avons observé une signature d’élongation de la liaison CH, en accord avec notre étude précédente³⁸. Nous avons toutefois observé la disparition de certains pics supplémentaires associés aux liaisons C=C et CH. Ceci indique que la composition chimique des microalgues pourrait subir de légères modifications suite à l'interaction avec les SL Nb-MXènes.
Lorsqu'on considère les modifications potentielles de la biochimie des microalgues, l'accumulation d'oxydes inorganiques, tels que l'oxyde de niobium, doit être réexaminée⁵⁹. Cet oxyde intervient dans l'absorption des métaux par la surface cellulaire, leur transport dans le cytoplasme, leur association avec les groupements carboxyles intracellulaires et leur accumulation dans les polyphosphosomes des microalgues^20,88,89,90. De plus, la relation entre les microalgues et les métaux est maintenue par les groupements fonctionnels cellulaires. C'est pourquoi l'absorption dépend également de la chimie de surface des microalgues, qui est relativement complexe^9,91. En général, comme prévu, la composition chimique des microalgues vertes a peu varié suite à l'absorption d'oxyde de niobium.
Il est intéressant de noter que l'inhibition initiale des microalgues observée était réversible au fil du temps. Comme nous l'avons constaté, les microalgues ont surmonté la modification environnementale initiale et ont finalement retrouvé des taux de croissance normaux, voire les ont augmentés. Des études du potentiel zêta ont révélé une grande stabilité lors de leur introduction dans des milieux de culture. Ainsi, l'interaction de surface entre les cellules de microalgues et les nanoflocons de Nb-MXène a été maintenue tout au long des expériences de réduction. Dans la suite de notre analyse, nous résumons les principaux mécanismes d'action sous-jacents à ce comportement remarquable des microalgues.
Les observations au MEB ont montré que les microalgues ont tendance à se fixer aux Nb-MXènes. L'analyse d'images dynamiques a confirmé que cet effet induit la transformation des nanofeuillets bidimensionnels de Nb-MXène en particules plus sphériques, démontrant ainsi que la décomposition des nanofeuillets est liée à leur oxydation. Pour tester notre hypothèse, nous avons mené une série d'études biochimiques et de matériaux. Après les tests, les nanofeuillets se sont progressivement oxydés et décomposés en NbO et Nb₂O₅, produits non toxiques pour les microalgues vertes. L'observation par FTIR n'a révélé aucun changement significatif dans la composition chimique des microalgues incubées en présence de nanofeuillets 2D de Nb-MXène. Compte tenu de la possibilité d'absorption de l'oxyde de niobium par les microalgues, nous avons réalisé une analyse par fluorescence X. Ces résultats montrent clairement que les microalgues étudiées se nourrissent d'oxydes de niobium (NbO et Nb₂O₅), qui sont non toxiques pour elles.