Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).આ દરમિયાન, સતત સમર્થન સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટને રેન્ડર કરીશું.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
નેનો ટેક્નોલોજીનો ઝડપી વિકાસ અને રોજિંદા કાર્યક્રમોમાં તેનું એકીકરણ પર્યાવરણ માટે જોખમી બની શકે છે.જ્યારે કાર્બનિક દૂષકોના અધોગતિ માટેની લીલી પદ્ધતિઓ સારી રીતે સ્થાપિત છે, ત્યારે અકાર્બનિક સ્ફટિકીય દૂષકોની પુનઃપ્રાપ્તિ એ જૈવિક રૂપાંતરણ પ્રત્યે તેમની ઓછી સંવેદનશીલતા અને જૈવિક રાશિઓ સાથે સામગ્રીની સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સમજના અભાવને કારણે મુખ્ય ચિંતાનો વિષય છે.અહીં, અમે લીલા માઇક્રોએલ્ગી રેફિડોસેલિસ સબકેપિટાટા દ્વારા 2D સિરામિક નેનોમેટરીયલ્સની બાયોરેમીડિયેશન મિકેનિઝમને ટ્રેસ કરવા માટે એક સરળ આકાર પેરામીટર વિશ્લેષણ પદ્ધતિ સાથે જોડાયેલા Nb-આધારિત અકાર્બનિક 2D MXenes મોડલનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.અમે શોધી કાઢ્યું છે કે સપાટી સંબંધિત ભૌતિક-રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે માઇક્રોએલ્ગી Nb-આધારિત MXenesને અધોગતિ કરે છે.શરૂઆતમાં, સિંગલ-લેયર અને મલ્ટિલેયર MXene નેનોફ્લેક્સ માઇક્રોએલ્ગીની સપાટી સાથે જોડાયેલા હતા, જેણે શેવાળની ​​વૃદ્ધિમાં થોડો ઘટાડો કર્યો હતો.જો કે, સપાટી સાથે લાંબા સમય સુધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા પર, માઇક્રોએલ્ગીએ MXene નેનોફ્લેક્સનું ઓક્સિડેશન કર્યું અને આગળ તેને NbO અને Nb2O5 માં વિઘટિત કર્યું.કારણ કે આ ઓક્સાઇડ્સ સૂક્ષ્મ શેવાળના કોષો માટે બિન-ઝેરી છે, તેઓ શોષણ પદ્ધતિ દ્વારા Nb ઓક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ કરે છે જે 72 કલાકની પાણીની પ્રક્રિયા પછી માઇક્રોએલ્ગીને પુનઃસ્થાપિત કરે છે.શોષણ સાથે સંકળાયેલા પોષક તત્ત્વોની અસરો કોષની માત્રામાં વધારો, તેમના સરળ આકાર અને વૃદ્ધિ દરમાં ફેરફારમાં પણ પ્રતિબિંબિત થાય છે.આ તારણોના આધારે, અમે તારણ કાઢીએ છીએ કે તાજા પાણીની ઇકોસિસ્ટમ્સમાં Nb-આધારિત MXenesની ટૂંકા અને લાંબા ગાળાની હાજરી માત્ર નાની પર્યાવરણીય અસરોનું કારણ બની શકે છે.તે નોંધનીય છે કે, મોડેલ સિસ્ટમ તરીકે દ્વિ-પરિમાણીય નેનોમટેરિયલ્સનો ઉપયોગ કરીને, અમે સૂક્ષ્મ સામગ્રીમાં પણ આકાર પરિવર્તનને ટ્રેક કરવાની શક્યતા દર્શાવીએ છીએ.એકંદરે, આ અભ્યાસ સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા-સંબંધિત પ્રક્રિયાઓ વિશેના એક મહત્વપૂર્ણ મૂળભૂત પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે જે 2D નેનોમટેરિયલ્સની બાયોરિમેડિયેશન મિકેનિઝમને ચલાવે છે અને અકાર્બનિક સ્ફટિકીય નેનોમેટરિયલ્સની પર્યાવરણીય અસરના વધુ ટૂંકા ગાળાના અને લાંબા ગાળાના અભ્યાસ માટેનો આધાર પૂરો પાડે છે.
નેનોમટીરિયલ્સે તેમની શોધ પછી ઘણો રસ પેદા કર્યો છે, અને વિવિધ નેનો ટેક્નોલોજીઓએ તાજેતરમાં આધુનિકીકરણના તબક્કા1માં પ્રવેશ કર્યો છે.કમનસીબે, રોજિંદા એપ્લિકેશનમાં નેનોમટીરિયલ્સનું સંકલન અયોગ્ય નિકાલ, બેદરકાર હેન્ડલિંગ અથવા અપૂરતી સલામતી માળખાને કારણે આકસ્મિક પ્રકાશન તરફ દોરી શકે છે.તેથી, એવું માનવું વાજબી છે કે દ્વિ-પરિમાણીય (2D) નેનોમટેરિયલ્સ સહિત નેનોમટેરિયલ્સ, કુદરતી વાતાવરણમાં મુક્ત થઈ શકે છે, જેની વર્તણૂક અને જૈવિક પ્રવૃત્તિ હજુ સુધી સંપૂર્ણ રીતે સમજી શકાયું નથી.તેથી, તે આશ્ચર્યજનક નથી કે ઇકોટોક્સિસિટી ચિંતાઓએ 2D નેનોમટેરિયલ્સની જળચર પ્રણાલીઓ 2,3,4,5,6 માં લીચ કરવાની ક્ષમતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે.આ ઇકોસિસ્ટમ્સમાં, કેટલાક 2D નેનોમટેરિયલ્સ વિવિધ ટ્રોફિક સ્તરો પર વિવિધ જીવો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, જેમાં માઇક્રોએલ્ગીનો સમાવેશ થાય છે.
સૂક્ષ્મ શેવાળ એ પ્રાકૃતિક રીતે તાજા પાણી અને દરિયાઈ જીવસૃષ્ટિમાં જોવા મળતા આદિમ જીવો છે જે પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા વિવિધ રાસાયણિક ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન કરે છે.જેમ કે, તે જળચર ઇકોસિસ્ટમ્સ8,9,10,11,12 માટે મહત્વપૂર્ણ છે પરંતુ તે સંવેદનશીલ, સસ્તું અને ઇકોટોક્સિસિટી13,14ના વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સૂચક પણ છે.સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો ઝડપથી ગુણાકાર કરે છે અને વિવિધ સંયોજનોની હાજરીને ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, તેથી તેઓ કાર્બનિક પદાર્થોથી દૂષિત પાણીની સારવાર માટે પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિઓ વિકસાવવા માટે આશાસ્પદ છે 15,16.
શેવાળ કોષો બાયોસોર્પ્શન અને સંચય 17,18 દ્વારા પાણીમાંથી અકાર્બનિક આયનો દૂર કરી શકે છે.કેટલીક શેવાળ પ્રજાતિઓ જેમ કે ક્લોરેલા, એનાબેના ઇનવાર, વેસ્ટિએલોપ્સિસ પ્રોલિફિકા, સ્ટીજિયોક્લોનિયમ ટેન્યુ અને સિનેકોકોકસ એસપી.તે Fe2+, Cu2+, Zn2+ અને Mn2+19 જેવા ઝેરી ધાતુના આયનો વહન કરે છે અને તેનું પોષણ પણ કરે છે.અન્ય અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ અથવા Pb2+ આયનો સેલ મોર્ફોલોજીમાં ફેરફાર કરીને અને તેમના ક્લોરોપ્લાસ્ટ 20,21નો નાશ કરીને સીનેડેસ્મસની વૃદ્ધિને મર્યાદિત કરે છે.
કાર્બનિક પ્રદૂષકોના વિઘટન અને ભારે ધાતુના આયનોને દૂર કરવા માટેની ગ્રીન પદ્ધતિઓએ વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકો અને એન્જિનિયરોનું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે.આ મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે છે કે આ દૂષકોને પ્રવાહી તબક્કામાં સરળતાથી પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.જો કે, અકાર્બનિક સ્ફટિકીય પ્રદૂષકો ઓછી પાણીની દ્રાવ્યતા અને વિવિધ બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન માટે ઓછી સંવેદનશીલતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે ઉપચારમાં મોટી મુશ્કેલીઓનું કારણ બને છે, અને આ વિસ્તારમાં 22,23,24,25,26માં થોડી પ્રગતિ થઈ છે.આમ, નેનોમટેરિયલ્સના સમારકામ માટે પર્યાવરણને અનુકૂળ ઉકેલોની શોધ એક જટિલ અને અન્વેષિત ક્ષેત્ર છે.2D નેનોમટેરિયલ્સની બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન અસરો અંગે ઉચ્ચ ડિગ્રીની અનિશ્ચિતતાને લીધે, ઘટાડા દરમિયાન તેમના અધોગતિના સંભવિત માર્ગો શોધવાનો કોઈ સરળ રસ્તો નથી.
આ અભ્યાસમાં, અમે અકાર્બનિક સિરામિક મટિરિયલ્સ માટે સક્રિય જલીય બાયોરિમેડિયેશન એજન્ટ તરીકે લીલા માઇક્રોએલ્ગીનો ઉપયોગ કર્યો હતો, અકાર્બનિક સિરામિક સામગ્રીના પ્રતિનિધિ તરીકે MXene ની ડિગ્રેડેશન પ્રક્રિયાના સિટુ મોનિટરિંગ સાથે.શબ્દ "MXene" Mn+1XnTx સામગ્રીની સ્ટોઇકોમેટ્રીને પ્રતિબિંબિત કરે છે, જ્યાં M એ પ્રારંભિક સંક્રમણ ધાતુ છે, X એ કાર્બન અને/અથવા નાઇટ્રોજન છે, Tx એ સપાટી ટર્મિનેટર છે (દા.ત., -OH, -F, -Cl), અને n = 1, 2, 3 અથવા 427.28.નાગીબ એટ અલ દ્વારા MXenes ની શોધ થઈ ત્યારથી.સેન્સરિક્સ, કેન્સર થેરાપી અને મેમ્બ્રેન ફિલ્ટરેશન 27,29,30.વધુમાં, MXenesને તેમની ઉત્તમ કોલોઇડલ સ્થિરતા અને સંભવિત જૈવિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ 31,32,33,34,35,36ને કારણે મોડેલ 2D સિસ્ટમ તરીકે ગણી શકાય.
તેથી, આ લેખમાં વિકસિત પદ્ધતિ અને અમારી સંશોધન પૂર્વધારણાઓ આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે. આ પૂર્વધારણા અનુસાર, સપાટી સંબંધિત ભૌતિક-રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે માઇક્રોએલ્ગી Nb-આધારિત MXenes ને બિન-ઝેરી સંયોજનોમાં અધોગતિ કરે છે, જે શેવાળને વધુ પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે.આ પૂર્વધારણાને ચકાસવા માટે, પ્રારંભિક નિઓબિયમ-આધારિત સંક્રમણ મેટલ કાર્બાઇડ અને/અથવા નાઇટ્રાઇડ્સ (MXenes) ના પરિવારના બે સભ્યો, જેમ કે Nb2CTx અને Nb4C3TX, પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.
લીલા માઇક્રોએલ્ગી રેફિડોસેલિસ સબકેપિટાટા દ્વારા MXene પુનઃપ્રાપ્તિ માટે સંશોધન પદ્ધતિ અને પુરાવા-આધારિત પૂર્વધારણાઓ.મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે આ માત્ર પુરાવા-આધારિત ધારણાઓની યોજનાકીય રજૂઆત છે.ઉપયોગમાં લેવાતા પોષક માધ્યમો અને પરિસ્થિતિઓમાં તળાવનું વાતાવરણ અલગ છે (દા.ત., દૈનિક ચક્ર અને ઉપલબ્ધ આવશ્યક પોષક તત્વોમાં મર્યાદાઓ).BioRender.com સાથે બનાવેલ છે.
તેથી, એક મોડેલ સિસ્ટમ તરીકે MXene નો ઉપયોગ કરીને, અમે વિવિધ જૈવિક અસરોના અભ્યાસ માટે દરવાજા ખોલ્યા છે જે અન્ય પરંપરાગત નેનોમટેરિયલ્સ સાથે અવલોકન કરી શકાતા નથી.ખાસ કરીને, અમે માઇક્રોએલ્ગી રેફિડોસેલિસ સબકેપિટાટા દ્વારા નિઓબિયમ-આધારિત MXenes જેવા દ્વિ-પરિમાણીય નેનોમટેરિયલ્સના બાયોરિમેડિયેશનની શક્યતા દર્શાવીએ છીએ.સૂક્ષ્મ શેવાળ Nb-MXenes ને બિન-ઝેરી ઓક્સાઇડ NbO અને Nb2O5 માં અધોગતિ કરવામાં સક્ષમ છે, જે નિઓબિયમ શોષણ પદ્ધતિ દ્વારા પોષક તત્વો પણ પ્રદાન કરે છે.એકંદરે, આ અભ્યાસ સપાટીના ભૌતિક-રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓ વિશેના એક મહત્વપૂર્ણ મૂળભૂત પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે જે દ્વિ-પરિમાણીય નેનોમટેરિયલ્સના બાયોરિમેડિયેશનની પદ્ધતિઓનું સંચાલન કરે છે.વધુમાં, અમે 2D નેનોમટેરિયલ્સના આકારમાં સૂક્ષ્મ ફેરફારોને ટ્રૅક કરવા માટે એક સરળ આકાર-પેરામીટર-આધારિત પદ્ધતિ વિકસાવી રહ્યા છીએ.આ અકાર્બનિક સ્ફટિકીય નેનોમટેરિયલ્સની વિવિધ પર્યાવરણીય અસરોમાં વધુ ટૂંકા ગાળાના અને લાંબા ગાળાના સંશોધનને પ્રેરણા આપે છે.આમ, અમારો અભ્યાસ ભૌતિક સપાટી અને જૈવિક સામગ્રી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સમજમાં વધારો કરે છે.અમે તાજા પાણીની ઇકોસિસ્ટમ પર તેમની સંભવિત અસરોના વિસ્તૃત ટૂંકા ગાળાના અને લાંબા ગાળાના અભ્યાસ માટેનો આધાર પણ પ્રદાન કરી રહ્યા છીએ, જે હવે સરળતાથી ચકાસી શકાય છે.
MXenes અનન્ય અને આકર્ષક ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો અને તેથી ઘણી સંભવિત એપ્લિકેશનો સાથે સામગ્રીના એક રસપ્રદ વર્ગનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.આ ગુણધર્મો મોટે ભાગે તેમની સ્ટોઇકોમેટ્રી અને સપાટીની રસાયણશાસ્ત્ર પર આધારિત છે.તેથી, અમારા અભ્યાસમાં, અમે બે પ્રકારના Nb-આધારિત હાયરાર્કિકલ સિંગલ-લેયર (SL) MXenes, Nb2CTx અને Nb4C3TX ની તપાસ કરી, કારણ કે આ નેનોમટેરિયલ્સની વિવિધ જૈવિક અસરો જોઈ શકાય છે.MXenes તેમની પ્રારંભિક સામગ્રીમાંથી અણુરૂપે પાતળા MAX-તબક્કાના A-સ્તરોના ટોપ-ડાઉન પસંદગીયુક્ત કોતરણી દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.MAX તબક્કો એ ટ્રાન્ઝિશન મેટલ કાર્બાઇડ્સના "બોન્ડેડ" બ્લોક્સ અને MnAXn-1 સ્ટોઇકિયોમેટ્રી સાથે Al, Si અને Sn જેવા "A" તત્વોના પાતળા સ્તરોથી બનેલું ત્રિ-શૂન્ય સિરામિક છે.પ્રારંભિક MAX તબક્કાનું મોર્ફોલોજી ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) સ્કેન કરીને જોવામાં આવ્યું હતું અને તે અગાઉના અભ્યાસો સાથે સુસંગત હતું (જુઓ પૂરક માહિતી, SI, આકૃતિ S1).મલ્ટિલેયર (ML) Nb-MXene 48% HF (હાઈડ્રોફ્લોરિક એસિડ) સાથે Al સ્તરને દૂર કર્યા પછી મેળવવામાં આવ્યું હતું.ML-Nb2CTx અને ML-Nb4C3TX ની મોર્ફોલોજી ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) (અનુક્રમે S1c અને S1d) સ્કેન કરીને તપાસવામાં આવી હતી અને એક લાક્ષણિક સ્તરવાળી MXene મોર્ફોલોજી જોવામાં આવી હતી, જે દ્વિ-પરિમાણીય નેનોફ્લેક્સ જેવા વિસ્તરેલ છિદ્રોમાંથી પસાર થાય છે.બંને Nb-MXenes MXene તબક્કાઓ સાથે ઘણું સામ્ય ધરાવે છે જે અગાઉ એસિડ એચિંગ 27,38 દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.MXene ની રચનાની પુષ્ટિ કર્યા પછી, અમે તેને tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) ના ઇન્ટરકેલેશન દ્વારા લેયર કર્યું અને ત્યારબાદ વોશિંગ અને સોનિકેશન દ્વારા, અમે સિંગલ-લેયર અથવા લો-લેયર (SL) 2D Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ મેળવ્યા.
અમે હાઇ રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી (HRTEM) અને એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD) નો ઉપયોગ એચીંગ અને વધુ પીલીંગની કાર્યક્ષમતા ચકાસવા માટે કર્યો હતો.ઇન્વર્સ ફાસ્ટ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (IFFT) અને ફાસ્ટ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (FFT) નો ઉપયોગ કરીને પ્રક્રિયા કરાયેલ HRTEM પરિણામો આકૃતિ 2 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ પરમાણુ સ્તરનું માળખું તપાસવા અને ઇન્ટરપ્લાનર અંતરને માપવા માટે ધાર પર આધારિત હતા.MXene Nb2CTx અને Nb4C3TX નેનોફ્લેક્સની HRTEM છબીઓએ તેમની અણુ રીતે પાતળી સ્તરવાળી પ્રકૃતિને જાહેર કરી (જુઓ. ફિગ. 2a1, a2), જેમ કે અગાઉ Naguib et al.27 અને Jastrzębska et al.38 દ્વારા જાણ કરવામાં આવી હતી.બે સંલગ્ન Nb2CTx અને Nb4C3Tx મોનોલેયર્સ માટે, અમે અનુક્રમે 0.74 અને 1.54 nm નું ઇન્ટરલેયર અંતર નક્કી કર્યું છે (ફિગ્સ. 2b1,b2), જે અમારા અગાઉના પરિણામો38 સાથે પણ સંમત છે.Nb2CTx અને Nb4C3Tx મોનોલેયર્સ વચ્ચેનું અંતર દર્શાવતા વિપરીત ફાસ્ટ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (ફિગ. 2c1, c2) અને ફાસ્ટ ફૉરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (ફિગ. 2d1, d2) દ્વારા આની પુષ્ટિ થઈ હતી.છબી નિઓબિયમ અને કાર્બન અણુઓને અનુરૂપ પ્રકાશ અને શ્યામ બેન્ડનું ફેરબદલ દર્શાવે છે, જે અભ્યાસ કરેલ MXenes ની સ્તરવાળી પ્રકૃતિની પુષ્ટિ કરે છે.એ નોંધવું અગત્યનું છે કે Nb2CTx અને Nb4C3Tx (ફિગર્સ S2a અને S2b) માટે મેળવેલ એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDX) સ્પેક્ટ્રાએ મૂળ MAX તબક્કાના કોઈ અવશેષો દર્શાવ્યા નથી, કારણ કે કોઈ અલ શિખર મળી આવ્યું નથી.
SL Nb2CTx અને Nb4C3Tx MXene નેનોફ્લેક્સની લાક્ષણિકતા, જેમાં (a) હાઇ રિઝોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (HRTEM) સાઇડ-વ્યુ 2D નેનોફ્લેક ઇમેજિંગ અને અનુરૂપ, (b) ઇન્ટેન્સિટી મોડ, (c) ઇન્વર્સ ફાસ્ટ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (IFFT), (d) ફાસ્ટ ફોરિયર-ટ્રાન્સફોર્મ (XFT-BMX) (XF-BMX) પેટર્નનો સમાવેશ થાય છે.SL 2D Nb2CTx માટે, સંખ્યાઓ (a1, b1, c1, d1, e1) તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.SL 2D Nb4C3Tx માટે, સંખ્યાઓ (a2, b2, c2, d2, e1) તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.
SL Nb2CTx અને Nb4C3Tx MXenes ના એક્સ-રે વિવર્તન માપન ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.2e1 અને e2, અનુક્રમે.4.31 અને 4.32 પરના શિખરો (002) અનુક્રમે અગાઉ વર્ણવેલ સ્તરીય MXenes Nb2CTx અને Nb4C3TX38,39,40,41 ને અનુરૂપ છે.XRD પરિણામો કેટલાક શેષ ML માળખાં અને MAX તબક્કાઓની હાજરી પણ સૂચવે છે, પરંતુ મોટે ભાગે SL Nb4C3Tx (ફિગ. 2e2) સાથે સંકળાયેલ XRD પેટર્ન.MAX તબક્કાના નાના કણોની હાજરી રેન્ડમલી સ્ટૅક્ડ Nb4C3Tx સ્તરોની તુલનામાં મજબૂત MAX ટોચને સમજાવી શકે છે.
વધુ સંશોધનમાં આર. સબકેપિટાટા પ્રજાતિના લીલા સૂક્ષ્મ શેવાળ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યું છે.અમે સૂક્ષ્મ શેવાળને પસંદ કર્યું કારણ કે તેઓ મુખ્ય ખાદ્યપદાર્થો 42 માં સામેલ મહત્વપૂર્ણ ઉત્પાદકો છે.ખાદ્ય શૃંખલાના ઉચ્ચ સ્તરો સુધી લઈ જવામાં આવતા ઝેરી પદાર્થોને દૂર કરવાની ક્ષમતાને કારણે તેઓ ઝેરના શ્રેષ્ઠ સૂચકોમાંના એક પણ છે.વધુમાં, આર. સબકેપિટાટા પર સંશોધન સામાન્ય તાજા પાણીના સુક્ષ્મસજીવો માટે SL Nb-MXenes ની પ્રાસંગિક ઝેરીતા પર પ્રકાશ પાડી શકે છે.આને સમજાવવા માટે, સંશોધકોએ અનુમાન કર્યું કે દરેક જીવાણુ પર્યાવરણમાં હાજર ઝેરી સંયોજનો પ્રત્યે અલગ સંવેદનશીલતા ધરાવે છે.મોટાભાગના સજીવો માટે, પદાર્થોની ઓછી સાંદ્રતા તેમના વિકાસને અસર કરતી નથી, જ્યારે ચોક્કસ મર્યાદાથી વધુ સાંદ્રતા તેમને અટકાવી શકે છે અથવા મૃત્યુનું કારણ પણ બની શકે છે.તેથી, માઇક્રોએલ્ગી અને MXenes અને સંકળાયેલ પુનઃપ્રાપ્તિ વચ્ચેની સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અમારા અભ્યાસ માટે, અમે Nb-MXenesની હાનિકારક અને ઝેરી સાંદ્રતાનું પરીક્ષણ કરવાનું નક્કી કર્યું.આ કરવા માટે, અમે 0 (સંદર્ભ તરીકે), 0.01, 0.1 અને 10 mg l-1 MXene અને વધુમાં MXene (100 mg l-1 MXene) ની ખૂબ ઊંચી સાંદ્રતા સાથે ચેપગ્રસ્ત માઇક્રોએલ્ગીનું પરીક્ષણ કર્યું, જે અત્યંત અને ઘાતક હોઈ શકે છે..કોઈપણ જૈવિક પર્યાવરણ માટે.
સૂક્ષ્મ શેવાળ પર SL Nb-MXenes ની અસરો આકૃતિ 3 માં દર્શાવવામાં આવી છે, જે 0 mg l-1 નમૂનાઓ માટે માપવામાં આવેલ વૃદ્ધિ પ્રોત્સાહન (+) અથવા અવરોધ (-) ની ટકાવારી તરીકે દર્શાવવામાં આવી છે.સરખામણી માટે, Nb-MAX તબક્કો અને ML Nb-MXenesનું પણ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું અને પરિણામો SI માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે (ફિગ. S3 જુઓ).પ્રાપ્ત પરિણામો પુષ્ટિ કરે છે કે SL Nb-MXenes 0.01 થી 10 mg/l ની ઓછી સાંદ્રતાની શ્રેણીમાં લગભગ સંપૂર્ણપણે ઝેરી નથી, જેમ કે ફિગ. 3a,b માં બતાવ્યા પ્રમાણે.Nb2CTx ના કિસ્સામાં, અમે ઉલ્લેખિત શ્રેણીમાં 5% થી વધુ ઇકોટોક્સિસિટીનું અવલોકન કર્યું નથી.
SL (a) Nb2CTx અને (b) Nb4C3TX MXene ની હાજરીમાં સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિનું ઉત્તેજન (+) અથવા અવરોધ (-).24, 48 અને 72 કલાકના MXene-માઈક્રોઆલ્ગી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. નોંધપાત્ર ડેટા (t-ટેસ્ટ, p < 0.05) ને ફૂદડી (*) સાથે ચિહ્નિત કરવામાં આવ્યા હતા. નોંધપાત્ર ડેટા (t-ટેસ્ટ, p < 0.05) ને ફૂદડી (*) સાથે ચિહ્નિત કરવામાં આવ્યા હતા. Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). નોંધપાત્ર ડેટા (t-ટેસ્ટ, p < 0.05) ફૂદડી (*) સાથે ચિહ્નિત થયેલ છે.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-ટેસ્ટ, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). મહત્વપૂર્ણ ડેટા (t-ટેસ્ટ, p < 0.05) ફૂદડી (*) વડે ચિહ્નિત થયેલ છે.લાલ તીરો અવરોધક ઉત્તેજના નાબૂદ સૂચવે છે.
બીજી બાજુ, Nb4C3TX ની ઓછી સાંદ્રતા થોડી વધુ ઝેરી હોવાનું બહાર આવ્યું છે, પરંતુ 7% કરતા વધારે નથી.અપેક્ષા મુજબ, અમે અવલોકન કર્યું કે MXenesમાં 100mg L-1 પર વધુ ઝેરી અને સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિ અવરોધ હતો.રસપ્રદ રીતે, કોઈપણ સામગ્રીએ MAX અથવા ML નમૂનાઓની તુલનામાં એટોક્સિક/ઝેરી અસરોની સમાન વલણ અને સમય અવલંબન દર્શાવ્યું નથી (વિગતો માટે SI જુઓ).જ્યારે MAX તબક્કા માટે (જુઓ. ફિગ. S3) ઝેરીતા આશરે 15-25% સુધી પહોંચી અને સમય સાથે તે વધ્યું, SL Nb2CTx અને Nb4C3TX MXene માટે વિપરીત વલણ જોવા મળ્યું.સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​વૃદ્ધિનું અવરોધ સમય જતાં ઘટ્યું.તે 24 કલાક પછી અંદાજે 17% સુધી પહોંચ્યું અને 72 કલાક પછી ઘટીને 5% કરતા ઓછું થઈ ગયું (અંજીર 3a, b, અનુક્રમે).
વધુ મહત્ત્વની વાત એ છે કે, SL Nb4C3TX માટે, સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિ અવરોધ 24 કલાક પછી લગભગ 27% સુધી પહોંચ્યો, પરંતુ 72 કલાક પછી તે ઘટીને લગભગ 1% થયો.તેથી, અમે અવલોકન કરેલ અસરને ઉત્તેજનાના વ્યસ્ત અવરોધ તરીકે લેબલ કર્યું, અને અસર SL Nb4C3TX MXene માટે વધુ મજબૂત હતી.SL Nb2CTx MXene ની સરખામણીમાં Nb4C3TX (24 કલાક માટે 10 mg L-1 પર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા) સાથે સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિની ઉત્તેજના અગાઉ નોંધવામાં આવી હતી.બાયોમાસ ડબલિંગ રેટ વળાંકમાં અવરોધ-ઉત્તેજના રિવર્સલ અસર પણ સારી રીતે દર્શાવવામાં આવી હતી (વિગતો માટે ફિગ. S4 જુઓ).અત્યાર સુધી, માત્ર Ti3C2TX MXene ની ઇકોટોક્સિસિટીનો જ અલગ અલગ રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.તે ઝેબ્રાફિશ ભ્રૂણ 44 માટે ઝેરી નથી પરંતુ માઇક્રોએલ્ગી ડેસ્મોડેસમસ ક્વાડ્રિકાઉડા અને સોર્ગમ સેકરાટમ પ્લાન્ટ્સ45 માટે સાધારણ ઇકોટોક્સિક છે.વિશિષ્ટ અસરોના અન્ય ઉદાહરણોમાં સામાન્ય કોષ રેખાઓ કરતાં કેન્સરની કોષ રેખાઓમાં વધુ ઝેરીતાનો સમાવેશ થાય છે46,47.એવું માની શકાય છે કે પરીક્ષણની પરિસ્થિતિઓ Nb-MXenes ની હાજરીમાં જોવા મળતા માઇક્રોએલ્ગી વૃદ્ધિમાં થતા ફેરફારોને પ્રભાવિત કરશે.ઉદાહરણ તરીકે, ક્લોરોપ્લાસ્ટ સ્ટ્રોમામાં લગભગ 8 નું pH એ RuBisCO એન્ઝાઇમની કાર્યક્ષમ કામગીરી માટે શ્રેષ્ઠ છે.તેથી, pH ફેરફારો પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને નકારાત્મક અસર કરે છે 48,49.જો કે, અમે પ્રયોગ દરમિયાન પીએચમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો જોયા નથી (વિગતો માટે SI, ફિગ. S5 જુઓ).સામાન્ય રીતે, Nb-MXenes સાથેના સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​સંસ્કૃતિઓએ સમય જતાં દ્રાવણના pHમાં થોડો ઘટાડો કર્યો.જો કે, આ ઘટાડો શુદ્ધ માધ્યમના pH માં ફેરફાર સમાન હતો.વધુમાં, જોવા મળેલી વિવિધતાઓની શ્રેણી સૂક્ષ્મ શેવાળ (નિયંત્રણ નમૂના) ની શુદ્ધ સંસ્કૃતિ માટે માપવામાં આવેલ સમાન હતી.આમ, અમે તારણ કાઢીએ છીએ કે પ્રકાશસંશ્લેષણ સમય જતાં pH માં થતા ફેરફારોથી પ્રભાવિત થતું નથી.
વધુમાં, સંશ્લેષિત MXenes સપાટીના અંત ધરાવે છે (Tx તરીકે સૂચિત).આ મુખ્યત્વે કાર્યકારી જૂથો -O, -F અને -OH છે.જો કે, સપાટીની રસાયણશાસ્ત્ર સીધી રીતે સંશ્લેષણની પદ્ધતિ સાથે સંબંધિત છે.આ જૂથો સપાટી પર અવ્યવસ્થિત રીતે વિતરિત કરવા માટે જાણીતા છે, MXene50 ના ગુણધર્મો પર તેમની અસરની આગાહી કરવી મુશ્કેલ બનાવે છે.એવી દલીલ કરી શકાય છે કે Tx એ પ્રકાશ દ્વારા નિઓબિયમના ઓક્સિડેશન માટે ઉત્પ્રેરક બળ હોઈ શકે છે.સપાટીના કાર્યાત્મક જૂથો ખરેખર તેમના અંતર્ગત ફોટોકેટાલિસ્ટ્સને હેટરોજંક્શન્સ51 બનાવવા માટે બહુવિધ એન્કરિંગ સાઇટ્સ પ્રદાન કરે છે.જો કે, વૃદ્ધિ માધ્યમ રચનાએ અસરકારક ફોટોકેટાલિસ્ટ પ્રદાન કર્યું નથી (વિગતવાર માધ્યમ રચના SI કોષ્ટક S6 માં મળી શકે છે).વધુમાં, કોઈપણ સપાટી ફેરફાર પણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે લેયર પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ, ઓક્સિડેશન, કાર્બનિક અને અકાર્બનિક સંયોજનોના રાસાયણિક સપાટી ફેરફાર52,53,54,55,56 અથવા સપાટી ચાર્જ એન્જિનિયરિંગને કારણે MXenesની જૈવિક પ્રવૃત્તિમાં ફેરફાર થઈ શકે છે.તેથી, નિઓબિયમ ઓક્સાઇડને માધ્યમમાં ભૌતિક અસ્થિરતા સાથે કંઈ લેવાદેવા છે કે કેમ તે ચકાસવા માટે, અમે સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિ માધ્યમ અને ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી (સરખામણી માટે) માં ઝેટા (ζ) સંભવિતતાનો અભ્યાસ હાથ ધર્યો.અમારા પરિણામો દર્શાવે છે કે SL Nb-MXenes એકદમ સ્થિર છે (MAX અને ML પરિણામો માટે SI ફિગ. S6 જુઓ).SL MXenes ની ઝેટા સંભવિતતા લગભગ -10 mV છે.SR Nb2CTx ના કિસ્સામાં, ζ નું મૂલ્ય Nb4C3Tx કરતાં કંઈક વધુ નકારાત્મક છે.ζ મૂલ્યમાં આવો ફેરફાર સૂચવી શકે છે કે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ MXene નેનોફ્લેક્સની સપાટી સંસ્કૃતિ માધ્યમમાંથી હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનોને શોષી લે છે.સાંસ્કૃતિક માધ્યમમાં ઝેટા સંભવિત અને Nb-MXenes ની વાહકતાનું ટેમ્પોરલ માપન (વધુ વિગતો માટે SI માં આંકડા S7 અને S8 જુઓ) અમારી પૂર્વધારણાને સમર્થન આપે છે.
જો કે, બંને Nb-MXene SL એ શૂન્યથી ન્યૂનતમ ફેરફારો દર્શાવ્યા હતા.આ સ્પષ્ટપણે સૂક્ષ્મ શેવાળ વૃદ્ધિ માધ્યમમાં તેમની સ્થિરતા દર્શાવે છે.વધુમાં, અમે મૂલ્યાંકન કર્યું કે શું અમારા લીલા માઇક્રોએલ્ગીની હાજરી માધ્યમમાં Nb-MXenesની સ્થિરતાને અસર કરશે.સમય જતાં પોષક માધ્યમ અને સંસ્કૃતિમાં માઇક્રોએલ્ગી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી ઝેટા સંભવિત અને MXenes ની વાહકતાનાં પરિણામો SI (આંકડા S9 અને S10) માં મળી શકે છે.રસપ્રદ રીતે, અમે નોંધ્યું છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​હાજરી બંને MXenesના વિખેરનને સ્થિર કરતી હોય તેવું લાગે છે.Nb2CTx SL ના કિસ્સામાં, ઝેટા સંભવિત પણ વધુ નકારાત્મક મૂલ્યો (-15.8 વિરુદ્ધ -19.1 mV સેવનના 72 કલાક પછી) સુધી સમય જતાં થોડો ઘટાડો થયો.SL Nb4C3TX ની ઝેટા સંભવિતતામાં થોડો વધારો થયો છે, પરંતુ 72 કલાક પછી પણ તે માઇક્રોએલ્ગી (-18.1 વિ. -9.1 mV) ની હાજરી વિના નેનોફ્લેક્સ કરતાં વધુ સ્થિરતા દર્શાવે છે.
અમને સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​હાજરીમાં ઉકાળેલા Nb-MXene સોલ્યુશનની ઓછી વાહકતા પણ મળી, જે પોષક માધ્યમમાં આયનોની ઓછી માત્રા સૂચવે છે.નોંધપાત્ર રીતે, પાણીમાં MXenes ની અસ્થિરતા મુખ્યત્વે સપાટીના ઓક્સિડેશનને કારણે છે57.તેથી, અમને શંકા છે કે લીલા સૂક્ષ્મ શેવાળ કોઈક રીતે Nb-MXene ની સપાટી પર રચાયેલા ઓક્સાઇડને સાફ કરે છે અને તેમની ઘટના (MXene નું ઓક્સિડેશન) પણ અટકાવે છે.સૂક્ષ્મ શેવાળ દ્વારા શોષાતા પદાર્થોના પ્રકારોનો અભ્યાસ કરીને આ જોઈ શકાય છે.
જ્યારે અમારા ઇકોટોક્સિકોલોજિકલ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળ સમય જતાં Nb-MXenes ની ઝેરી અસર અને ઉત્તેજિત વૃદ્ધિના અસામાન્ય અવરોધને દૂર કરવામાં સક્ષમ હતા, અમારા અભ્યાસનો ઉદ્દેશ્ય ક્રિયાની સંભવિત પદ્ધતિઓની તપાસ કરવાનો હતો.જ્યારે શેવાળ જેવા સજીવો તેમના ઇકોસિસ્ટમથી અજાણ્યા સંયોજનો અથવા સામગ્રીના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તેઓ વિવિધ રીતે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે58,59.ઝેરી ધાતુના ઓક્સાઇડની ગેરહાજરીમાં, સૂક્ષ્મ શેવાળ પોતાને ખવડાવી શકે છે, જે તેમને સતત 60 વધવા દે છે.ઝેરી પદાર્થોના ઇન્જેશન પછી, સંરક્ષણ પદ્ધતિઓ સક્રિય થઈ શકે છે, જેમ કે આકાર અથવા સ્વરૂપ બદલવું.શોષણની શક્યતા પણ 58,59 ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે.નોંધનીય રીતે, સંરક્ષણ મિકેનિઝમના કોઈપણ સંકેત એ પરીક્ષણ સંયોજનની ઝેરીતાનું સ્પષ્ટ સૂચક છે.તેથી, અમારા આગળના કાર્યમાં, અમે SEM દ્વારા SL Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ અને માઇક્રોએલ્ગી વચ્ચેની સંભવિત સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને એક્સ-રે ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XRF) દ્વારા Nb-આધારિત MXene ના સંભવિત શોષણની તપાસ કરી.નોંધ કરો કે SEM અને XRF પૃથ્થકરણો માત્ર MXene ની ઉચ્ચતમ સાંદ્રતા પર કરવામાં આવ્યા હતા જેથી પ્રવૃત્તિની ઝેરી સમસ્યાને સંબોધવામાં આવે.
SEM પરિણામો Fig.4 માં બતાવવામાં આવ્યા છે.સારવાર ન કરાયેલ સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો (જુઓ. ફિગ. 4a, સંદર્ભ નમૂના) સ્પષ્ટપણે લાક્ષણિક આર. સબકેપિટાટા મોર્ફોલોજી અને ક્રોસન્ટ જેવા કોષ આકાર દર્શાવે છે.કોષો ચપટી અને કંઈક અંશે અવ્યવસ્થિત દેખાય છે.કેટલાક સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો એકબીજા સાથે ઓવરલેપ થઈ ગયા અને ફસાઈ ગયા, પરંતુ આ કદાચ નમૂના તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયાને કારણે થયું હતું.સામાન્ય રીતે, શુદ્ધ સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષોની સપાટી સરળ હતી અને તેમાં કોઈ મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો જોવા મળતા નથી.
અત્યંત સાંદ્રતા (100 મિલિગ્રામ L-1) પર 72 કલાકની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી લીલા માઇક્રોએલ્ગી અને MXene નેનોશીટ્સ વચ્ચેની સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દર્શાવતી SEM છબીઓ.(a) SL (b) Nb2CTx અને (c) Nb4C3TX MXenes સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી સારવાર ન કરાયેલ લીલો માઇક્રોએલ્ગી.નોંધ કરો કે Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ લાલ તીરોથી ચિહ્નિત થયેલ છે.સરખામણી માટે, ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપમાંથી ફોટોગ્રાફ્સ પણ ઉમેરવામાં આવે છે.
તેનાથી વિપરિત, SL Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ દ્વારા શોષાયેલા માઇક્રોએલ્ગી કોષોને નુકસાન થયું હતું (જુઓ. ફિગ. 4b, c, લાલ તીરો).Nb2CTx MXene (ફિગ. 4b) ના કિસ્સામાં, સૂક્ષ્મ શેવાળ જોડાયેલ દ્વિ-પરિમાણીય નેનોસ્કેલ્સ સાથે વૃદ્ધિ પામે છે, જે તેમના આકારશાસ્ત્રને બદલી શકે છે.નોંધપાત્ર રીતે, અમે પ્રકાશ માઇક્રોસ્કોપી હેઠળ આ ફેરફારોનું અવલોકન કર્યું (વિગતો માટે SI આકૃતિ S11 જુઓ).આ મોર્ફોલોજિકલ સંક્રમણનો સૂક્ષ્મ શેવાળના શરીરવિજ્ઞાનમાં એક બુદ્ધિગમ્ય આધાર છે અને કોષના આકારશાસ્ત્રમાં ફેરફાર કરીને પોતાનો બચાવ કરવાની તેમની ક્ષમતા, જેમ કે સેલ વોલ્યુમ 61માં વધારો.તેથી, Nb-MXenes સાથે વાસ્તવમાં સંપર્કમાં રહેલા માઇક્રોએલ્ગી કોષોની સંખ્યા તપાસવી મહત્વપૂર્ણ છે.SEM અભ્યાસો દર્શાવે છે કે આશરે 52% માઇક્રોએલ્ગી કોષો Nb-MXenesના સંપર્કમાં આવ્યા હતા, જ્યારે આ સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષોમાંથી 48% સંપર્ક ટાળતા હતા.SL Nb4C3Tx MXene માટે, સૂક્ષ્મ શેવાળ MXene સાથે સંપર્ક ટાળવાનો પ્રયાસ કરે છે, ત્યાંથી દ્વિ-પરિમાણીય નેનોસ્કેલ્સ (ફિગ. 4c) થી સ્થાનિકીકરણ અને વૃદ્ધિ થાય છે.જો કે, અમે માઇક્રોએલ્ગી કોષોમાં નેનોસ્કેલ્સના પ્રવેશ અને તેમના નુકસાનનું અવલોકન કર્યું નથી.
સેલ સપાટી પરના કણોના શોષણ અને કહેવાતા શેડિંગ (શેડિંગ) અસરને કારણે પ્રકાશસંશ્લેષણના અવરોધ માટે સ્વ-સંરક્ષણ એ સમય-આધારિત પ્રતિભાવ વર્તન પણ છે.તે સ્પષ્ટ છે કે દરેક પદાર્થ (ઉદાહરણ તરીકે, Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ) જે સૂક્ષ્મ શેવાળ અને પ્રકાશ સ્ત્રોત વચ્ચે છે તે હરિતકણ દ્વારા શોષાતા પ્રકાશની માત્રાને મર્યાદિત કરે છે.જો કે, અમને કોઈ શંકા નથી કે આ પ્રાપ્ત પરિણામો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે.અમારા માઇક્રોસ્કોપિક અવલોકનો દ્વારા દર્શાવ્યા મુજબ, 2D નેનોફ્લેક્સ સંપૂર્ણપણે વીંટળાયેલા ન હતા અથવા માઇક્રોએલ્ગીની સપાટી પર વળગી ન હતા, જ્યારે માઇક્રોએલ્ગી કોષો Nb-MXenes સાથે સંપર્કમાં હતા ત્યારે પણ.તેના બદલે, નેનોફ્લેક્સ તેમની સપાટીને આવરી લીધા વિના માઇક્રોએલ્ગી કોષો તરફ લક્ષી હોવાનું બહાર આવ્યું.નેનોફ્લેક્સ/સૂક્ષ્મ શેવાળનો આવો સમૂહ સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો દ્વારા શોષાતા પ્રકાશની માત્રાને નોંધપાત્ર રીતે મર્યાદિત કરી શકતો નથી.તદુપરાંત, કેટલાક અભ્યાસોએ દ્વિ-પરિમાણીય નેનો સામગ્રી 63,64,65,66ની હાજરીમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવો દ્વારા પ્રકાશ શોષણમાં સુધારો પણ દર્શાવ્યો છે.
એસઈએમ ઈમેજીસ માઇક્રોએલ્ગી કોષો દ્વારા નિઓબિયમના શોષણની સીધી પુષ્ટિ કરી શકતી ન હોવાથી, અમારો આગળનો અભ્યાસ આ મુદ્દાને સ્પષ્ટ કરવા માટે એક્સ-રે ફ્લોરોસેન્સ (XRF) અને એક્સ-રે ફોટોઈલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS) વિશ્લેષણ તરફ વળ્યો.તેથી, અમે MXenes સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા ન હોય તેવા સંદર્ભ સૂક્ષ્મ શેવાળના નમૂનાઓના Nb શિખરોની તીવ્રતા, માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓની સપાટીથી અલગ પડેલા MXene નેનોફ્લેક્સ અને જોડાયેલ MXenesને દૂર કર્યા પછી માઇક્રોએલ્ગલ કોષોની તીવ્રતાની તુલના કરી.એ નોંધવું યોગ્ય છે કે જો ત્યાં કોઈ Nb શોષણ ન હોય તો, જોડાયેલ નેનોસ્કેલ્સને દૂર કર્યા પછી માઇક્રોએલ્ગી કોષો દ્વારા મેળવેલ Nb મૂલ્ય શૂન્ય હોવું જોઈએ.તેથી, જો Nb ગ્રહણ થાય છે, તો XRF અને XPS બંને પરિણામો સ્પષ્ટ Nb ટોચ દર્શાવે છે.
XRF સ્પેક્ટ્રાના કિસ્સામાં, સૂક્ષ્મ શેવાળના નમૂનાઓએ SL Nb2CTx અને Nb4C3Tx MXene માટે SL Nb2CTx અને Nb4C3Tx MXene સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી Nb શિખરો દર્શાવ્યા હતા (ફિગ. 5a જુઓ, એ પણ નોંધો કે MAX અને ML MXenes માટેના પરિણામો S712-SIgs, MAX અને ML MXenes માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે).રસપ્રદ રીતે, Nb ટોચની તીવ્રતા બંને કિસ્સાઓમાં સમાન છે (ફિગ. 5a માં લાલ પટ્ટીઓ).આ દર્શાવે છે કે શેવાળ વધુ Nb શોષી શકતું નથી, અને કોષોમાં Nb સંચય માટેની મહત્તમ ક્ષમતા પ્રાપ્ત થઈ હતી, જોકે બે ગણા વધુ Nb4C3Tx MXene સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો સાથે જોડાયેલા હતા (ફિગ. 5a માં વાદળી પટ્ટીઓ).નોંધનીય રીતે, ધાતુઓને શોષી લેવાની માઇક્રોએલ્ગીની ક્ષમતા પર્યાવરણમાં ધાતુના ઓક્સાઇડની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે67,68.શમશાદા એટ અલ.67એ શોધી કાઢ્યું કે તાજા પાણીની શેવાળની ​​શોષણ ક્ષમતા વધતા pH સાથે ઘટે છે.Raize et al.68 એ નોંધ્યું છે કે ધાતુઓને શોષી લેવાની સીવીડની ક્ષમતા Ni2+ કરતા Pb2+ માટે લગભગ 25% વધુ હતી.
(a) 72 કલાક માટે SL Nb-MXenes (100 mg L-1) ની અતિશય સાંદ્રતામાં ઉકાળેલા લીલા માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓ દ્વારા બેસલ Nb શોષણના XRF પરિણામો.પરિણામો શુદ્ધ માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓમાં α (નિયંત્રણ નમૂના, ગ્રે કૉલમ), સપાટીના સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો (વાદળી કૉલમ્સ) માંથી અલગ 2D નેનોફ્લેક્સ અને સપાટી (લાલ કૉલમ્સ) પરથી 2D નેનોફ્લેક્સને અલગ કર્યા પછી માઇક્રોએલ્ગી કોષોમાં α ની હાજરી દર્શાવે છે.એલિમેન્ટલ Nb ની માત્રા, (b) SL Nb-MXenes સાથે ઉષ્મા પછી માઇક્રોએલ્ગી કોષોમાં હાજર માઇક્રોએલ્ગી ઓર્ગેનિક ઘટકો (C=O અને CHx/C–O) ની રાસાયણિક રચનાની ટકાવારી અને Nb ઓક્સાઇડ્સ, (c–e) XPS SL Nb2CTmx4 દ્વારા આંતરિક શિખરનું ફિટિંગ અને માઇક્રોએલ્ગી કોષો દ્વારા માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓનું જોડાણ. ગે કોષો.
તેથી, અમે અપેક્ષા રાખીએ છીએ કે Nb ઓક્સાઇડના સ્વરૂપમાં શેવાળ કોષો દ્વારા શોષાય છે.આ ચકાસવા માટે, અમે MXenes Nb2CTx અને Nb4C3TX અને શેવાળ કોષો પર XPS અભ્યાસો કર્યા.શેવાળના કોષોથી અલગ પડેલા Nb-MXenes અને MXenes સાથે માઇક્રોએલ્ગીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામો ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.5 બી.અપેક્ષા મુજબ, અમે માઇક્રોએલ્ગીની સપાટી પરથી MXene દૂર કર્યા પછી સૂક્ષ્મ શેવાળના નમૂનાઓમાં Nb 3d શિખરો શોધી કાઢ્યા.C=O, CHx/CO, અને Nb ઓક્સાઇડના જથ્થાત્મક નિર્ધારણની ગણતરી Nb2CTx SL (Fig. 5c–e) અને Nb4C3Tx SL (ફિગ. 5c–e) સાથે મેળવેલા Nb 3d, O 1s અને C 1s સ્પેક્ટ્રાના આધારે કરવામાં આવી હતી.) ઉકાળેલા સૂક્ષ્મ શેવાળમાંથી મેળવવામાં આવે છે.આકૃતિ 5f–h) MXenes.કોષ્ટક S1-3 પીક પેરામીટર્સની વિગતો અને ફિટને પરિણામે એકંદર રસાયણશાસ્ત્ર દર્શાવે છે.નોંધનીય છે કે Nb2CTx SL અને Nb4C3Tx SL (ફિગ. 5c, f) ના Nb 3d પ્રદેશો એક Nb2O5 ઘટકને અનુરૂપ છે.અહીં, અમને સ્પેક્ટ્રામાં કોઈ MXene-સંબંધિત શિખરો મળ્યા નથી, જે દર્શાવે છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો માત્ર Nb ના ઓક્સાઇડ સ્વરૂપને શોષે છે.વધુમાં, અમે C–C, CHx/C–O, C=O, અને –COOH ઘટકો સાથે C 1 s સ્પેક્ટ્રમનું અનુમાન કર્યું છે.અમે CHx/C–O અને C=O શિખરોને સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષોના કાર્બનિક યોગદાન માટે સોંપ્યા છે.આ કાર્બનિક ઘટકો અનુક્રમે Nb2CTx SL અને Nb4C3TX SL માં C 1s શિખરોના 36% અને 41% હિસ્સો ધરાવે છે.ત્યારબાદ અમે SL Nb2CTx અને SL Nb4C3TX ના O 1s સ્પેક્ટ્રાને Nb2O5, માઇક્રોએલ્ગી (CHx/CO) ના કાર્બનિક ઘટકો અને સપાટી પર શોષાયેલ પાણી સાથે ફીટ કર્યું.
છેલ્લે, XPS પરિણામો સ્પષ્ટપણે Nb નું સ્વરૂપ દર્શાવે છે, માત્ર તેની હાજરી જ નહીં.Nb 3d સિગ્નલની સ્થિતિ અને ડીકોનવોલ્યુશનના પરિણામો અનુસાર, અમે પુષ્ટિ કરીએ છીએ કે Nb માત્ર ઓક્સાઇડના સ્વરૂપમાં જ શોષાય છે અને આયનો અથવા MXene જ નહીં.વધુમાં, XPS પરિણામો દર્શાવે છે કે SL Nb4C3TX MXene ની સરખામણીમાં SL Nb2CTx માંથી સૂક્ષ્મ શેવાળ કોશિકાઓમાં Nb ઓક્સાઇડ લેવાની ક્ષમતા વધારે છે.
જ્યારે અમારા Nb અપટેક પરિણામો પ્રભાવશાળી છે અને અમને MXene ડિગ્રેડેશનને ઓળખવાની મંજૂરી આપે છે, ત્યાં 2D નેનોફ્લેક્સમાં સંકળાયેલ મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારોને ટ્રૅક કરવા માટે કોઈ પદ્ધતિ ઉપલબ્ધ નથી.તેથી, અમે એક યોગ્ય પદ્ધતિ વિકસાવવાનું પણ નક્કી કર્યું જે 2D Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ અને માઇક્રોએલ્ગી કોષોમાં થતા કોઈપણ ફેરફારોને સીધો પ્રતિસાદ આપી શકે.એ નોંધવું અગત્યનું છે કે અમે ધારીએ છીએ કે જો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી પ્રજાતિઓ કોઈપણ રૂપાંતર, વિઘટન અથવા ડિફ્રેગમેન્ટેશનમાંથી પસાર થાય છે, તો તે ઝડપથી આકારના પરિમાણોમાં ફેરફાર તરીકે પ્રગટ થવી જોઈએ, જેમ કે સમાન ગોળાકાર વિસ્તારનો વ્યાસ, ગોળાકારતા, ફેરેટ પહોળાઈ અથવા ફેરેટ લંબાઈ.આ પરિમાણો વિસ્તરેલ કણો અથવા દ્વિ-પરિમાણીય નેનોફ્લેક્સનું વર્ણન કરવા માટે યોગ્ય હોવાથી, ગતિશીલ કણોના આકાર વિશ્લેષણ દ્વારા તેમનું ટ્રેકિંગ અમને ઘટાડો દરમિયાન SL Nb-MXene નેનોફ્લેક્સના મોર્ફોલોજિકલ પરિવર્તન વિશે મૂલ્યવાન માહિતી આપશે.
મેળવેલ પરિણામો આકૃતિ 6 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. સરખામણી માટે, અમે મૂળ MAX તબક્કા અને ML-MXenesનું પણ પરીક્ષણ કર્યું છે (જુઓ SI ફિગર્સ S18 અને S19).કણોના આકારના ગતિશીલ પૃથ્થકરણે દર્શાવ્યું હતું કે બે Nb-MXene SLs ના તમામ આકાર પરિમાણો માઇક્રોએલ્ગી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી નોંધપાત્ર રીતે બદલાયા છે.સમકક્ષ પરિપત્ર વિસ્તાર વ્યાસ પરિમાણ (ફિગ. 6a, b) દ્વારા દર્શાવ્યા મુજબ, મોટા નેનોફ્લેક્સના અપૂર્ણાંકની ઘટાડેલી ટોચની તીવ્રતા સૂચવે છે કે તેઓ નાના ટુકડાઓમાં ક્ષીણ થવાનું વલણ ધરાવે છે.અંજીર પર.6c, d ફ્લેક્સના ટ્રાંસવર્સ કદ (નેનોફ્લેક્સનું વિસ્તરણ) સાથે સંકળાયેલ શિખરોમાં ઘટાડો દર્શાવે છે, જે 2D નેનોફ્લેક્સના વધુ કણો જેવા આકારમાં રૂપાંતર સૂચવે છે.આકૃતિ 6e-h અનુક્રમે ફેરેટની પહોળાઈ અને લંબાઈ દર્શાવે છે.ફેરેટ પહોળાઈ અને લંબાઈ પૂરક પરિમાણો છે અને તેથી એકસાથે વિચારવું જોઈએ.માઇક્રોએલ્ગીની હાજરીમાં 2D Nb-MXene નેનોફ્લેક્સના સેવન પછી, તેમના ફેરેટ સહસંબંધ શિખરો બદલાયા અને તેમની તીવ્રતા ઘટી.મોર્ફોલોજી, XRF અને XPS સાથે સંયોજનમાં આ પરિણામોના આધારે, અમે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે અવલોકન કરાયેલ ફેરફારો ઓક્સિડેશન સાથે મજબૂત રીતે સંબંધિત છે કારણ કે ઓક્સિડાઇઝ્ડ MXenes વધુ કરચલીવાળી બને છે અને ટુકડાઓ અને ગોળાકાર ઓક્સાઇડ કણોમાં તૂટી જાય છે 69,70.
લીલા માઇક્રોએલ્ગી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી MXene પરિવર્તનનું વિશ્લેષણ.ડાયનેમિક પાર્ટિકલ આકારનું વિશ્લેષણ (a, b) સમકક્ષ ગોળાકાર વિસ્તારનો વ્યાસ, (c, d) ગોળાકારતા, (e, f) ફેરેટ પહોળાઈ અને (g, h) ફેરેટ લંબાઈ જેવા પરિમાણોને ધ્યાનમાં લે છે.આ માટે, પ્રાથમિક SL Nb2CTx અને SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx અને SL Nb4C3Tx MXenes, ડિગ્રેડેડ માઇક્રોએલ્ગી, અને ટ્રીટેડ માઇક્રોએલ્ગી SL Nb2CTx અને SL Nb4Cs3Tx MXenes સાથે બે સંદર્ભ સૂક્ષ્મ શેવાળના નમૂનાઓનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.લાલ તીરો અભ્યાસ કરેલ દ્વિ-પરિમાણીય નેનોફ્લેક્સના આકાર પરિમાણોના સંક્રમણો દર્શાવે છે.
આકાર પરિમાણ વિશ્લેષણ ખૂબ જ વિશ્વસનીય હોવાથી, તે સૂક્ષ્મ શેવાળ કોશિકાઓમાં મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો પણ જાહેર કરી શકે છે.તેથી, અમે 2D Nb નેનોફ્લેક્સ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી શુદ્ધ માઇક્રોએલ્ગી કોષો અને કોષોની સમકક્ષ ગોળાકાર વિસ્તાર વ્યાસ, ગોળાકારતા અને ફેરેટ પહોળાઈ/લંબાઈનું વિશ્લેષણ કર્યું.અંજીર પર.6a–h શેવાળ કોશિકાઓના આકારના પરિમાણોમાં ફેરફાર દર્શાવે છે, જેમ કે ટોચની તીવ્રતામાં ઘટાડો અને ઉચ્ચ મૂલ્યો તરફ મેક્સિમાના શિફ્ટ દ્વારા પુરાવા મળે છે.ખાસ કરીને, કોષની ગોળાકારતાના પરિમાણોએ વિસ્તરેલ કોષોમાં ઘટાડો અને ગોળાકાર કોષોમાં વધારો (ફિગ. 6a, b) દર્શાવ્યો હતો.વધુમાં, SL Nb4C3TX MXene (ફિગ. 6f) ની સરખામણીમાં SL Nb2CTx MXene (ફિગ. 6e) સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી ફેરેટ સેલની પહોળાઈ કેટલાક માઇક્રોમીટર્સ દ્વારા વધી છે.અમને શંકા છે કે આ Nb2CTx SR સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર માઇક્રોએલ્ગી દ્વારા Nb ઓક્સાઇડના મજબૂત શોષણને કારણે હોઈ શકે છે.તેમની સપાટી પર Nb ફ્લેક્સનું ઓછું કઠોર જોડાણ ન્યૂનતમ શેડિંગ અસર સાથે સેલ વૃદ્ધિમાં પરિણમી શકે છે.
સૂક્ષ્મ શેવાળના આકાર અને કદના પરિમાણોમાં ફેરફાર અંગેના અમારા અવલોકનો અન્ય અભ્યાસોને પૂરક બનાવે છે.લીલા સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષનું કદ, આકાર અથવા ચયાપચય 61 બદલીને પર્યાવરણીય તાણના પ્રતિભાવમાં તેમની મોર્ફોલોજી બદલી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, કોષોનું કદ બદલવાથી પોષક તત્વોનું શોષણ સરળ બને છે71.નાના શેવાળના કોષો પોષક તત્ત્વોનો ઓછો વપરાશ અને ક્ષતિગ્રસ્ત વૃદ્ધિ દર દર્શાવે છે.તેનાથી વિપરીત, મોટા કોષો વધુ પોષક તત્વોનો વપરાશ કરે છે, જે પછી અંતઃકોશિક રીતે 72,73 જમા થાય છે.મચાડો અને સોરેસને જાણવા મળ્યું કે ફૂગનાશક ટ્રાઇક્લોસન કોષનું કદ વધારી શકે છે.તેઓને શેવાળ74ના આકારમાં પણ ગહન ફેરફારો જોવા મળ્યા.વધુમાં, યીન એટ અલ.9 એ પણ ઘટેલા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ નેનોકોમ્પોઝીટ્સના સંપર્કમાં આવ્યા પછી શેવાળમાં મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો જાહેર કર્યા.તેથી, તે સ્પષ્ટ છે કે માઇક્રોએલ્ગીના બદલાયેલા કદ/આકારના પરિમાણો MXeneની હાજરીને કારણે થાય છે.કારણ કે કદ અને આકારમાં આ ફેરફાર પોષક તત્ત્વોના શોષણમાં ફેરફારનું સૂચક છે, અમે માનીએ છીએ કે સમય જતાં કદ અને આકારના પરિમાણોનું વિશ્લેષણ Nb-MXenes ની હાજરીમાં સૂક્ષ્મ શેવાળ દ્વારા નિયોબિયમ ઓક્સાઇડનું શોષણ દર્શાવે છે.
વધુમાં, MXenes શેવાળની ​​હાજરીમાં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકાય છે.દલાઈ એટ અલ.75એ અવલોકન કર્યું કે નેનો-ટીઓ2 અને અલ્2ઓ376ના સંપર્કમાં આવતા લીલા શેવાળનું મોર્ફોલોજી એકસમાન નથી.જો કે અમારા અવલોકનો હાલના અભ્યાસ જેવા જ છે, તે માત્ર 2D નેનોફ્લેક્સની હાજરીમાં MXene ડિગ્રેડેશન પ્રોડક્ટ્સના સંદર્ભમાં બાયોરેમીડિયેશનની અસરોના અભ્યાસ માટે જ સંબંધિત છે અને નેનોપાર્ટિકલ્સની નહીં.MXenes ધાતુના ઓક્સાઇડમાં અધોગતિ કરી શકે છે, 31,32,77,78 એ માનવું વાજબી છે કે આપણા Nb નેનોફ્લેક્સ પણ માઇક્રોએલ્ગી કોષો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી Nb ઓક્સાઇડ બનાવી શકે છે.
ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા પર આધારિત વિઘટન પદ્ધતિ દ્વારા 2D-Nb નેનોફ્લેક્સના ઘટાડાને સમજાવવા માટે, અમે ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (HRTEM) (ફિગ. 7a,b) અને એક્સ-રે ફોટોઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS) (ફિગ. 7) નો ઉપયોગ કરીને અભ્યાસ હાથ ધર્યા.7c-i અને કોષ્ટકો S4-5).બંને અભિગમો 2D સામગ્રીના ઓક્સિડેશનનો અભ્યાસ કરવા માટે યોગ્ય છે અને એકબીજાના પૂરક છે.એચઆરટીઈએમ દ્વિ-પરિમાણીય સ્તરીય માળખાના અધોગતિ અને મેટલ ઓક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સના અનુગામી દેખાવનું વિશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ છે, જ્યારે XPS સપાટીના બોન્ડ્સ પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે.આ હેતુ માટે, અમે 2D Nb-MXene નેનોફ્લેક્સનું પરીક્ષણ કર્યું જે માઇક્રોએલ્ગી કોષના વિક્ષેપોમાંથી કાઢવામાં આવે છે, એટલે કે, માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પછી તેમનો આકાર (જુઓ. ફિગ. 7).
ઓક્સિડાઇઝ્ડ (a) SL Nb2CTx અને (b) SL Nb4C3Tx MXenes ની મોર્ફોલોજી દર્શાવતી HRTEM છબીઓ, XPS વિશ્લેષણ પરિણામો દર્શાવે છે (c) ઘટાડ્યા પછી ઑક્સાઈડ ઉત્પાદનોની રચના, (d–f) SL Nb2Ctxe અને microSLNb2CTxe લીલી સાથેના XPS સ્પેક્ટ્રાના ઘટકોની ટોચની મેચિંગ.
HRTEM અભ્યાસોએ બે પ્રકારના Nb-MXene નેનોફ્લેક્સના ઓક્સિડેશનની પુષ્ટિ કરી છે.જોકે નેનોફ્લેક્સે તેમની દ્વિ-પરિમાણીય મોર્ફોલોજીને અમુક અંશે જાળવી રાખી હતી, ઓક્સિડેશનને પરિણામે MXene નેનોફ્લેક્સની સપાટીને આવરી લેતા ઘણા નેનોકણો દેખાયા હતા (જુઓ. ફિગ. 7a,b).c Nb 3d અને O 1s સિગ્નલોના XPS પૃથ્થકરણ દર્શાવે છે કે Nb ઓક્સાઇડ બંને કિસ્સાઓમાં રચાયા હતા.આકૃતિ 7c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 2D MXene Nb2CTx અને Nb4C3TX પાસે Nb 3d સિગ્નલો છે જે NbO અને Nb2O5 ઑક્સાઈડ્સની હાજરી દર્શાવે છે, જ્યારે O 1s સંકેતો 2D નેનોફ્લેક સપાટીના કાર્યાત્મકકરણ સાથે સંકળાયેલ O–Nb બોન્ડની સંખ્યા દર્શાવે છે.અમે નોંધ્યું છે કે Nb-C અને Nb3+-O ની સરખામણીમાં Nb ઑક્સાઈડનું યોગદાન પ્રબળ છે.
અંજીર પર.આકૃતિઓ 7g–i એ Nb 3d, C 1s, અને O 1s SL Nb2CTx ના XPS સ્પેક્ટ્રા (અંજીર 7d–f જુઓ) અને SL Nb4C3TX MXene સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષોથી અલગ પાડેલ બતાવે છે.Nb-MXenes પીક પેરામીટર્સની વિગતો અનુક્રમે કોષ્ટકો S4–5 માં આપવામાં આવી છે.અમે પ્રથમ Nb 3d ની રચનાનું વિશ્લેષણ કર્યું.સૂક્ષ્મ શેવાળ કોશિકાઓ દ્વારા શોષાયેલ Nb થી વિપરીત, MXene માં, Nb2O5 સિવાય, અન્ય ઘટકો મળી આવ્યા હતા.Nb2CTx SL માં, અમે Nb3+-O નું યોગદાન 15% નું અવલોકન કર્યું, જ્યારે બાકીના Nb 3d સ્પેક્ટ્રમમાં Nb2O5 (85%)નું વર્ચસ્વ હતું.વધુમાં, SL Nb4C3TX નમૂનામાં Nb-C (9%) અને Nb2O5 (91%) ઘટકો છે.અહીં Nb-C Nb4C3Tx SR માં મેટલ કાર્બાઇડના બે આંતરિક અણુ સ્તરોમાંથી આવે છે.અમે પછી C 1s સ્પેક્ટ્રાને ચાર અલગ-અલગ ઘટકો સાથે મેપ કરીએ છીએ, જેમ કે અમે આંતરિક નમૂનાઓમાં કર્યું હતું.અપેક્ષા મુજબ, C 1s સ્પેક્ટ્રમ ગ્રાફિક કાર્બન દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે, ત્યારબાદ માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓમાંથી કાર્બનિક કણો (CHx/CO અને C=O) નું યોગદાન છે.વધુમાં, O 1s સ્પેક્ટ્રમમાં, અમે સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષો, નિઓબિયમ ઓક્સાઇડ અને શોષિત પાણીના કાર્બનિક સ્વરૂપોના યોગદાનનું અવલોકન કર્યું.
વધુમાં, અમે તપાસ કરી કે શું Nb-MXenes ક્લીવેજ પોષક માધ્યમ અને/અથવા માઇક્રોએલ્ગી કોશિકાઓમાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ની હાજરી સાથે સંકળાયેલ છે.આ માટે, અમે કલ્ચર મિડિયમ અને ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર ગ્લુટાથિઓનમાં સિંગલ ઓક્સિજન (1O2) ના સ્તરોનું મૂલ્યાંકન કર્યું, એક થિઓલ જે માઇક્રોએલ્ગીમાં એન્ટીઑકિસડન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.પરિણામો SI (આંકડા S20 અને S21) માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.SL Nb2CTx અને Nb4C3TX MXenes સાથેની સંસ્કૃતિઓ 1O2 ની ઓછી માત્રા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી (આકૃતિ S20 જુઓ).SL Nb2CTx ના કિસ્સામાં, MXene 1O2 લગભગ 83% સુધી ઘટે છે.SL નો ઉપયોગ કરીને સૂક્ષ્મ શેવાળ સંસ્કૃતિઓ માટે, Nb4C3TX 1O2 વધુ ઘટીને, 73% થઈ ગયો.રસપ્રદ રીતે, 1O2 માં ફેરફારો અગાઉ અવલોકન કરેલ અવરોધક-ઉત્તેજક અસર (ફિગ. 3 જુઓ) સમાન વલણ દર્શાવે છે.એવી દલીલ કરી શકાય છે કે તેજસ્વી પ્રકાશમાં સેવન ફોટોઓક્સિડેશનને બદલી શકે છે.જો કે, નિયંત્રણ વિશ્લેષણના પરિણામોએ પ્રયોગ દરમિયાન 1O2 નું લગભગ સતત સ્તર દર્શાવ્યું હતું (ફિગ. S22).ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર આરઓએસ સ્તરોના કિસ્સામાં, અમે સમાન ડાઉનવર્ડ ટ્રેન્ડ પણ જોયો (જુઓ આકૃતિ S21).શરૂઆતમાં, Nb2CTx અને Nb4C3Tx SL ની હાજરીમાં સંવર્ધિત સૂક્ષ્મ શેવાળ કોષોમાં આરઓએસનું સ્તર સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​શુદ્ધ સંસ્કૃતિઓમાં જોવા મળતા સ્તર કરતાં વધી ગયું હતું.જોકે, આખરે, એવું જણાયું હતું કે સૂક્ષ્મ શેવાળ બંને Nb-MXenes ની હાજરીને અનુકૂલિત થયા હતા, કારણ કે ROS સ્તર ઘટીને 85% અને 91% થઈ ગયું છે, જે અનુક્રમે SL Nb2CTx અને Nb4C3TX સાથે ઇનોક્યુલેટેડ માઇક્રોએલ્ગીની શુદ્ધ સંસ્કૃતિઓમાં માપવામાં આવે છે.આ સૂચવે છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળ એકલા પોષક માધ્યમ કરતાં Nb-MXene ની હાજરીમાં સમય જતાં વધુ આરામદાયક અનુભવે છે.
માઇક્રોએલ્ગી એ પ્રકાશસંશ્લેષણ સજીવોનું વિવિધ જૂથ છે.પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન, તેઓ વાતાવરણીય કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) ને કાર્બનિક કાર્બનમાં રૂપાંતરિત કરે છે.પ્રકાશસંશ્લેષણના ઉત્પાદનો ગ્લુકોઝ અને ઓક્સિજન 79 છે.અમને શંકા છે કે આ રીતે રચાયેલ ઓક્સિજન Nb-MXenes ના ઓક્સિડેશનમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે.આ માટે એક સંભવિત સમજૂતી એ છે કે વિભેદક વાયુમિશ્રણ પરિમાણ Nb-MXene નેનોફ્લેક્સની બહાર અને અંદર ઓક્સિજનના નીચા અને ઉચ્ચ આંશિક દબાણ પર રચાય છે.આનો અર્થ એ છે કે જ્યાં પણ ઓક્સિજનના વિવિધ આંશિક દબાણવાળા વિસ્તારો હોય ત્યાં, સૌથી નીચા સ્તર સાથેનો વિસ્તાર એનોડ 80, 81, 82 ની રચના કરશે. અહીં, માઇક્રોએલ્ગી MXene ફ્લેક્સની સપાટી પર વિભિન્ન રીતે વાયુયુક્ત કોષોના નિર્માણમાં ફાળો આપે છે, જે તેમના પ્રકાશસંશ્લેષણ ગુણધર્મોને કારણે ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરે છે.પરિણામે, બાયોકોરોઝન ઉત્પાદનો (આ કિસ્સામાં, નિઓબિયમ ઓક્સાઇડ) રચાય છે.અન્ય પાસું એ છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળ કાર્બનિક એસિડ ઉત્પન્ન કરી શકે છે જે પાણીમાં છોડવામાં આવે છે83,84.તેથી, એક આક્રમક વાતાવરણ રચાય છે, જેનાથી Nb-MXenes બદલાય છે.વધુમાં, સૂક્ષ્મ શેવાળ કાર્બન ડાયોક્સાઇડના શોષણને કારણે પર્યાવરણના pHને આલ્કલાઇનમાં બદલી શકે છે, જે કાટનું કારણ બની શકે છે79.
વધુ મહત્ત્વની બાબત એ છે કે, અમારા અભ્યાસમાં વપરાતો શ્યામ/પ્રકાશ ફોટોપિરિયડ પ્રાપ્ત પરિણામોને સમજવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.આ પાસાને ડીજેમાઈ-ઝોઘલાચે એટ અલમાં વિગતવાર વર્ણવેલ છે.[૮૫] લાલ સૂક્ષ્મ શેવાળ પોર્ફિરીડિયમ પર્પ્યુરિયમ દ્વારા બાયોફાઉલિંગ સાથે સંકળાયેલ બાયોકોરોઝનને દર્શાવવા માટે તેઓએ જાણીજોઈને 12/12 કલાકના ફોટોપીરિયડનો ઉપયોગ કર્યો હતો.તેઓ દર્શાવે છે કે ફોટોપીરિયડ જૈવ કાટ વિના સંભવિતના ઉત્ક્રાંતિ સાથે સંકળાયેલ છે, જે 24:00 ની આસપાસ સ્યુડોપેરિયોડિક ઓસિલેશન તરીકે પોતાને પ્રગટ કરે છે.આ અવલોકનો ડોલિંગ એટ અલ દ્વારા પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી.[૮૬] તેઓએ સાયનોબેક્ટેરિયા એનાબેનાના પ્રકાશસંશ્લેષણની બાયોફિલ્મ્સનું નિદર્શન કર્યું.ઓગળેલા ઓક્સિજનની રચના પ્રકાશની ક્રિયા હેઠળ થાય છે, જે મુક્ત બાયોકોરોશન સંભવિતમાં ફેરફાર અથવા વધઘટ સાથે સંકળાયેલ છે.ફોટોપીરિયડના મહત્વ પર એ હકીકત દ્વારા ભાર મૂકવામાં આવે છે કે જૈવ કાટની મુક્ત સંભાવના પ્રકાશ તબક્કામાં વધે છે અને અંધારા તબક્કામાં ઘટે છે.આ પ્રકાશસંશ્લેષણ માઇક્રોએલ્ગી દ્વારા ઉત્પાદિત ઓક્સિજનને કારણે છે, જે ઇલેક્ટ્રોડ્સ 87 ની નજીક પેદા થતા આંશિક દબાણ દ્વારા કેથોડિક પ્રતિક્રિયાને પ્રભાવિત કરે છે.
વધુમાં, Nb-MXenes સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા પછી માઇક્રોએલ્ગી કોષોની રાસાયણિક રચનામાં કોઈ ફેરફાર થયો છે કે કેમ તે શોધવા માટે ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (FTIR) કરવામાં આવી હતી.આ પ્રાપ્ત પરિણામો જટિલ છે અને અમે તેમને SI (આંકડા S23-S25, MAX સ્ટેજ અને ML MXenes ના પરિણામો સહિત) માં રજૂ કરીએ છીએ.ટૂંકમાં, સૂક્ષ્મ શેવાળના પ્રાપ્ત સંદર્ભ સ્પેક્ટ્રા અમને આ સજીવોની રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓ વિશે મહત્વપૂર્ણ માહિતી પ્રદાન કરે છે.આ સૌથી વધુ સંભવિત સ્પંદનો 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 ની ફ્રીક્વન્સીઝ પર સ્થિત છે.એક1 1 (C–H) અને 3280 cm–1 (O–H).SL Nb-MXenes માટે, અમને CH-બોન્ડ સ્ટ્રેચિંગ સિગ્નેચર મળ્યું જે અમારા અગાઉના અભ્યાસ38 સાથે સુસંગત છે.જો કે, અમે અવલોકન કર્યું કે C=C અને CH બોન્ડ સાથે સંકળાયેલા કેટલાક વધારાના શિખરો અદૃશ્ય થઈ ગયા છે.આ સૂચવે છે કે SL Nb-MXenes સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે માઇક્રોએલ્ગીની રાસાયણિક રચનામાં નાના ફેરફારો થઈ શકે છે.
સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં સંભવિત ફેરફારોને ધ્યાનમાં લેતી વખતે, અકાર્બનિક ઓક્સાઇડના સંચય, જેમ કે નિઓબિયમ ઓક્સાઇડ, પર પુનર્વિચાર કરવાની જરૂર છે59.તે કોષની સપાટી દ્વારા ધાતુઓના શોષણમાં, સાયટોપ્લાઝમમાં તેમના પરિવહનમાં, અંતઃકોશિક કાર્બોક્સિલ જૂથો સાથેના જોડાણમાં અને માઇક્રોએલ્ગી પોલીફોસ્ફોસોમ 20,88,89,90 માં તેમના સંચયમાં સામેલ છે.વધુમાં, માઇક્રોએલ્ગી અને ધાતુઓ વચ્ચેનો સંબંધ કોષોના કાર્યાત્મક જૂથો દ્વારા જાળવવામાં આવે છે.આ કારણોસર, શોષણ સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​સપાટીના રસાયણશાસ્ત્ર પર પણ આધાર રાખે છે, જે તદ્દન જટિલ છે9,91.સામાન્ય રીતે, અપેક્ષા મુજબ, Nb ઓક્સાઇડના શોષણને કારણે લીલા સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​રાસાયણિક રચનામાં થોડો ફેરફાર થયો.
રસપ્રદ રીતે, સૂક્ષ્મ શેવાળનું અવલોકન કરેલ પ્રારંભિક અવરોધ સમય જતાં ઉલટાવી શકાય તેવું હતું.જેમ આપણે અવલોકન કર્યું છે તેમ, સૂક્ષ્મ શેવાળ પ્રારંભિક પર્યાવરણીય પરિવર્તન પર કાબુ મેળવ્યો અને છેવટે સામાન્ય વૃદ્ધિ દર પર પાછો ફર્યો અને તે પણ વધ્યો.પોષક માધ્યમમાં દાખલ કરવામાં આવે ત્યારે ઝેટા સંભવિતના અભ્યાસો ઉચ્ચ સ્થિરતા દર્શાવે છે.આમ, માઇક્રોએલ્ગી કોષો અને Nb-MXene નેનોફ્લેક્સ વચ્ચેની સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સમગ્ર ઘટાડો પ્રયોગો દરમિયાન જાળવવામાં આવી હતી.અમારા વધુ વિશ્લેષણમાં, અમે સૂક્ષ્મ શેવાળની ​​આ નોંધપાત્ર વર્તણૂક અંતર્ગત ક્રિયાની મુખ્ય પદ્ધતિઓનો સારાંશ આપીએ છીએ.
SEM અવલોકનો દર્શાવે છે કે સૂક્ષ્મ શેવાળ Nb-MXenes સાથે જોડાય છે.ગતિશીલ છબી વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને, અમે પુષ્ટિ કરીએ છીએ કે આ અસર દ્વિ-પરિમાણીય Nb-MXene નેનોફ્લેક્સના વધુ ગોળાકાર કણોમાં રૂપાંતર તરફ દોરી જાય છે, ત્યાં દર્શાવે છે કે નેનોફ્લેક્સનું વિઘટન તેમના ઓક્સિડેશન સાથે સંકળાયેલું છે.અમારી પૂર્વધારણાને ચકાસવા માટે, અમે સામગ્રી અને બાયોકેમિકલ અભ્યાસોની શ્રેણી હાથ ધરી છે.પરીક્ષણ કર્યા પછી, નેનોફ્લેક્સ ધીમે ધીમે ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને NbO અને Nb2O5 ઉત્પાદનોમાં વિઘટિત થયા, જે લીલા સૂક્ષ્મ શેવાળ માટે જોખમ ઊભું કરતું ન હતું.FTIR અવલોકનનો ઉપયોગ કરીને, અમને 2D Nb-MXene નેનોફ્લેક્સની હાજરીમાં ઉકાળવામાં આવેલા માઇક્રોએલ્ગીની રાસાયણિક રચનામાં કોઈ નોંધપાત્ર ફેરફારો જોવા મળ્યા નથી.સૂક્ષ્મ શેવાળ દ્વારા નિઓબિયમ ઓક્સાઇડના શોષણની સંભાવનાને ધ્યાનમાં રાખીને, અમે એક્સ-રે ફ્લોરોસેન્સ વિશ્લેષણ કર્યું.આ પરિણામો સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે અભ્યાસ કરેલ સૂક્ષ્મ શેવાળ નિઓબિયમ ઓક્સાઇડ્સ (NbO અને Nb2O5) પર ખોરાક લે છે, જે અભ્યાસ કરેલ સૂક્ષ્મ શેવાળ માટે બિન-ઝેરી છે.