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नैनो तकनीक का तीव्र विकास और रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में इसका एकीकरण पर्यावरण के लिए खतरा बन सकता है। कार्बनिक प्रदूषकों के निम्नीकरण के लिए हरित विधियाँ तो स्थापित हैं, लेकिन अकार्बनिक क्रिस्टलीय प्रदूषकों की पुनर्प्राप्ति एक प्रमुख चिंता का विषय है, क्योंकि ये जैव-परिवर्तन के प्रति कम संवेदनशील होते हैं और जैविक पदार्थों के साथ पदार्थ की सतह की अंतःक्रियाओं की समझ का अभाव है। यहाँ, हम हरे सूक्ष्म शैवाल रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा 2डी सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स के जैव-उपचार तंत्र का पता लगाने के लिए एक सरल आकार पैरामीटर विश्लेषण विधि के साथ संयुक्त Nb-आधारित अकार्बनिक 2डी MXenes मॉडल का उपयोग करते हैं। हमने पाया कि सूक्ष्म शैवाल सतह-संबंधी भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं के कारण Nb-आधारित MXenes का निम्नीकरण करते हैं। प्रारंभ में, एकल-परत और बहुपरत MXene नैनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल की सतह से जुड़े हुए थे, जिससे शैवाल की वृद्धि कुछ हद तक कम हो गई। हालाँकि, सतह के साथ लंबे समय तक अंतःक्रिया करने पर, सूक्ष्म शैवाल ने MXene नैनोफ्लेक्स को ऑक्सीकृत किया और उन्हें आगे NbO और Nb2O5 में विघटित कर दिया। क्योंकि ये ऑक्साइड सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के लिए विषैले नहीं होते, इसलिए वे अवशोषण तंत्र द्वारा Nb ऑक्साइड नैनोकणों का उपभोग करते हैं, जिससे 72 घंटे के जल उपचार के बाद सूक्ष्म शैवाल की स्थिति में सुधार होता है। अवशोषण से जुड़े पोषक तत्वों का प्रभाव कोशिका आयतन में वृद्धि, उनके चिकने आकार और वृद्धि दर में परिवर्तन के रूप में भी परिलक्षित होता है। इन निष्कर्षों के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि ताजे पानी के पारिस्थितिक तंत्र में Nb-आधारित MXenes की अल्पकालिक और दीर्घकालिक उपस्थिति से पर्यावरण पर केवल मामूली प्रभाव पड़ सकते हैं। यह उल्लेखनीय है कि दो-आयामी नैनोमैटेरियल्स को मॉडल सिस्टम के रूप में उपयोग करके, हम यह प्रदर्शित करते हैं कि सूक्ष्म कणों वाले पदार्थों में भी आकार परिवर्तन को ट्रैक करना संभव है। कुल मिलाकर, यह अध्ययन 2D नैनोमैटेरियल्स के जैव उपचार तंत्र को संचालित करने वाली सतह अंतःक्रिया-संबंधी प्रक्रियाओं के बारे में एक महत्वपूर्ण मूलभूत प्रश्न का उत्तर देता है और अकार्बनिक क्रिस्टलीय नैनोमैटेरियल्स के पर्यावरणीय प्रभाव के आगे के अल्पकालिक और दीर्घकालिक अध्ययनों के लिए एक आधार प्रदान करता है।
नैनोमैटेरियल्स ने अपनी खोज के बाद से ही काफी रुचि जगाई है, और विभिन्न नैनोप्रौद्योगिकियाँ हाल ही में आधुनिकीकरण के चरण में प्रवेश कर चुकी हैं।1 दुर्भाग्यवश, नैनोमैटेरियल्स का रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में एकीकरण अनुचित निपटान, लापरवाही से संचालन या अपर्याप्त सुरक्षा बुनियादी ढांचे के कारण आकस्मिक रिसाव का कारण बन सकता है। इसलिए, यह मानना ​​उचित है कि नैनोमैटेरियल्स, जिनमें द्वि-आयामी (2D) नैनोमैटेरियल्स भी शामिल हैं, प्राकृतिक वातावरण में छोड़े जा सकते हैं, जिनके व्यवहार और जैविक गतिविधि को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि पारिस्थितिक विषाक्तता संबंधी चिंताएँ 2D नैनोमैटेरियल्स की जलीय प्रणालियों में रिसने की क्षमता पर केंद्रित हैं।2,3,4,5,6 इन पारिस्थितिक तंत्रों में, कुछ 2D नैनोमैटेरियल्स विभिन्न पोषण स्तरों पर विभिन्न जीवों के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं, जिनमें सूक्ष्म शैवाल भी शामिल हैं।
सूक्ष्म शैवाल ताजे पानी और समुद्री पारिस्थितिक तंत्रों में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आदिम जीव हैं जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से विभिन्न प्रकार के रासायनिक उत्पाद उत्पन्न करते हैं।7 इस प्रकार, वे जलीय पारिस्थितिक तंत्रों के लिए महत्वपूर्ण हैं,8,9,10,11,12, लेकिन साथ ही पारिस्थितिक विषाक्तता के संवेदनशील, सस्ते और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संकेतक भी हैं।13,14 चूंकि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं तेजी से बढ़ती हैं और विभिन्न यौगिकों की उपस्थिति पर तुरंत प्रतिक्रिया करती हैं, इसलिए वे कार्बनिक पदार्थों से दूषित पानी के उपचार के लिए पर्यावरण के अनुकूल विधियों के विकास के लिए आशाजनक हैं।15,16
शैवाल कोशिकाएं जैवअवशोषण और संचय के माध्यम से पानी से अकार्बनिक आयनों को हटा सकती हैं17,18। कुछ शैवाल प्रजातियां जैसे क्लोरेला, एनाबेना इन्वार, वेस्टिएलोप्सिस प्रोलिफिका, स्टिगेओक्लोनियम टेनू और साइनोकोकस एसपी। यह पाया गया है कि यह Fe2+, Cu2+, Zn2+ और Mn2+ जैसे जहरीले धातु आयनों को ले जा सकता है और यहां तक ​​कि उन्हें पोषण भी दे सकता है19। अन्य अध्ययनों से पता चला है कि Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ या Pb2+ आयन कोशिका आकृति विज्ञान को बदलकर और उनके क्लोरोप्लास्ट को नष्ट करके स्केनेडेस्मस की वृद्धि को सीमित करते हैं20,21।
कार्बनिक प्रदूषकों के अपघटन और भारी धातु आयनों को हटाने के लिए पर्यावरण-अनुकूल विधियों ने विश्वभर के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों का ध्यान आकर्षित किया है। इसका मुख्य कारण यह है कि इन प्रदूषकों को तरल अवस्था में आसानी से संसाधित किया जा सकता है। हालांकि, अकार्बनिक क्रिस्टलीय प्रदूषकों की विशेषता कम जल घुलनशीलता और विभिन्न जैव-रूपांतरणों के प्रति कम संवेदनशीलता है, जिससे उपचार में बड़ी कठिनाइयाँ आती हैं और इस क्षेत्र में बहुत कम प्रगति हुई है22,23,24,25,26। इस प्रकार, नैनोमैटेरियल्स के उपचार के लिए पर्यावरण के अनुकूल समाधानों की खोज एक जटिल और अनछुआ क्षेत्र बना हुआ है। 2डी नैनोमैटेरियल्स के जैव-रूपांतरण प्रभावों के संबंध में उच्च स्तर की अनिश्चितता के कारण, अपचयन के दौरान उनके क्षरण के संभावित मार्गों का पता लगाना आसान नहीं है।
इस अध्ययन में, हमने अकार्बनिक सिरेमिक सामग्रियों के लिए एक सक्रिय जलीय जैव उपचार एजेंट के रूप में हरे सूक्ष्म शैवाल का उपयोग किया, साथ ही अकार्बनिक सिरेमिक सामग्रियों के प्रतिनिधि के रूप में एमएक्सईन की गिरावट प्रक्रिया की इन सीटू निगरानी भी की। "एमएक्सईन" शब्द Mn+1XnTx सामग्री के स्टोइकोमेट्री को दर्शाता है, जहाँ M एक प्रारंभिक संक्रमण धातु है, X कार्बन और/या नाइट्रोजन है, Tx एक सतह टर्मिनेटर (जैसे, -OH, -F, -Cl) है, और n = 1, 2, 3 या 427.28 है। नागिब एट अल द्वारा एमएक्सईन की खोज के बाद से, सेंसरिक्स, कैंसर थेरेपी और मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन 27,29,30। इसके अलावा, एमएक्सईन को उनकी उत्कृष्ट कोलाइडल स्थिरता और संभावित जैविक अंतःक्रियाओं के कारण मॉडल 2डी सिस्टम के रूप में माना जा सकता है31,32,33,34,35,36।
अतः, इस लेख में विकसित कार्यप्रणाली और हमारी शोध परिकल्पनाओं को चित्र 1 में दर्शाया गया है। इस परिकल्पना के अनुसार, सूक्ष्म शैवाल सतह-संबंधी भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं के कारण Nb-आधारित MXenes को गैर-विषैले यौगिकों में विघटित कर देते हैं, जिससे शैवाल की पुनः प्राप्ति संभव हो पाती है। इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, प्रारंभिक नायोबियम-आधारित संक्रमण धातु कार्बाइड और/या नाइट्राइड (MXenes) परिवार के दो सदस्यों, अर्थात् Nb2CTx और Nb4C3TX का चयन किया गया।
हरे सूक्ष्म शैवाल रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा एमएक्सईएन पुनर्प्राप्ति के लिए अनुसंधान पद्धति और साक्ष्य-आधारित परिकल्पनाएँ। कृपया ध्यान दें कि यह साक्ष्य-आधारित मान्यताओं का केवल एक योजनाबद्ध निरूपण है। झील का वातावरण उपयोग किए गए पोषक माध्यम और परिस्थितियों (जैसे, दैनिक चक्र और उपलब्ध आवश्यक पोषक तत्वों की सीमाएँ) में भिन्न होता है। BioRender.com द्वारा निर्मित।
इसलिए, एमएक्सईएन को एक मॉडल प्रणाली के रूप में उपयोग करके, हमने विभिन्न जैविक प्रभावों के अध्ययन का द्वार खोल दिया है जिन्हें अन्य पारंपरिक नैनोमटेरियल्स के साथ नहीं देखा जा सकता है। विशेष रूप से, हम सूक्ष्म शैवाल रैफिडोसेलिस सबकैपिटाटा द्वारा नायोबियम-आधारित एमएक्सईएन जैसे द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स के जैव उपचार की संभावना प्रदर्शित करते हैं। सूक्ष्म शैवाल Nb-एमएक्सईएन को गैर-विषाक्त ऑक्साइड NbO और Nb2O5 में विघटित करने में सक्षम हैं, जो नायोबियम अवशोषण तंत्र के माध्यम से पोषक तत्व भी प्रदान करते हैं। कुल मिलाकर, यह अध्ययन द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स के जैव उपचार की क्रियाविधि को नियंत्रित करने वाली सतह भौतिक-रासायनिक अंतःक्रियाओं से संबंधित प्रक्रियाओं के बारे में एक महत्वपूर्ण मूलभूत प्रश्न का उत्तर देता है। इसके अतिरिक्त, हम द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स के आकार में सूक्ष्म परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए एक सरल आकार-पैरामीटर-आधारित विधि विकसित कर रहे हैं। यह अकार्बनिक क्रिस्टलीय नैनोमटेरियल्स के विभिन्न पर्यावरणीय प्रभावों पर आगे के अल्पकालिक और दीर्घकालिक शोध को प्रेरित करता है। इस प्रकार, हमारा अध्ययन भौतिक सतह और जैविक सामग्री के बीच परस्पर क्रिया की समझ को बढ़ाता है। साथ ही, हम मीठे पानी के पारिस्थितिक तंत्रों पर उनके संभावित प्रभावों के विस्तारित अल्पकालिक और दीर्घकालिक अध्ययनों के लिए आधार प्रदान कर रहे हैं, जिनकी अब आसानी से पुष्टि की जा सकती है।
MXenes एक दिलचस्प श्रेणी के पदार्थ हैं जिनमें अद्वितीय और आकर्षक भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, और इसलिए इनके अनेक संभावित अनुप्रयोग हैं। ये गुण मुख्यतः इनकी संधारण संरचना और सतह रसायन पर निर्भर करते हैं। अतः, हमारे अध्ययन में, हमने Nb-आधारित दो प्रकार के पदानुक्रमित एकल-परत (SL) MXenes, Nb2CTx और Nb4C3TX का अध्ययन किया, क्योंकि इन नैनो पदार्थों के विभिन्न जैविक प्रभाव देखे जा सकते हैं। MXenes का निर्माण उनके प्रारंभिक पदार्थों से परमाणु रूप से पतली MAX-चरण A-परतों के शीर्ष-नीचे चयनात्मक नक़्क़ाशी द्वारा किया जाता है। MAX चरण एक त्रिगुणीय सिरेमिक है जो संक्रमण धातु कार्बाइड के "बंधित" ब्लॉकों और Al, Si, और Sn जैसे "A" तत्वों की पतली परतों से बना होता है, जिसमें MnAXn-1 संधारण संरचना होती है। प्रारंभिक MAX चरण की आकृति का अवलोकन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा किया गया और यह पिछले अध्ययनों के अनुरूप था (पूरक जानकारी, SI, चित्र S1 देखें)। 48% HF (हाइड्रोफ्लोरिक एसिड) से एल्युमिनियम परत को हटाने के बाद मल्टीलेयर (ML) Nb-MXene प्राप्त हुआ। ML-Nb2CTx और ML-Nb4C3TX की आकृति का स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा अध्ययन किया गया (चित्र S1c और S1d क्रमशः) और एक विशिष्ट स्तरित MXene आकृति देखी गई, जो कि दो-आयामी नैनोफ्लेक्स के समान थी जो लंबे छिद्र जैसी दरारों से गुजर रही थी। दोनों Nb-MXenes में एसिड एचिंग27,38 द्वारा पहले संश्लेषित MXene चरणों के साथ बहुत कुछ समानता है। MXene की संरचना की पुष्टि करने के बाद, हमने इसे टेट्राब्यूटाइलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (TBAOH) के अंतर्संयोजन द्वारा स्तरित किया, जिसके बाद धुलाई और सोनिकेशन किया गया, जिसके बाद हमें एकल-परत या निम्न-परत (SL) 2D Nb-MXene नैनोफ्लेक्स प्राप्त हुए।
हमने एचिंग और आगे पीलिंग की दक्षता का परीक्षण करने के लिए उच्च रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एचआरटीईएम) और एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) का उपयोग किया। इनवर्स फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (आईएफएफटी) और फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी) का उपयोग करके संसाधित एचआरटीईएम परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं। परमाणु परत की संरचना की जांच करने और अंतरतलीय दूरियों को मापने के लिए एनबी-एमएक्सीन नैनोफ्लेक्स को किनारे ऊपर की ओर उन्मुख किया गया था। एमएक्सीन एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स नैनोफ्लेक्स की एचआरटीईएम छवियों ने उनकी परमाणु रूप से पतली परतदार प्रकृति को प्रकट किया (चित्र 2ए1, ए2 देखें), जैसा कि पहले नागिब एट अल.27 और जस्त्रज़ेब्स्का एट अल.38 द्वारा रिपोर्ट किया गया था। दो आसन्न एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स मोनोलेयर्स के लिए, हमने क्रमशः 0.74 और 1.54 एनएम की अंतरपरत दूरियां निर्धारित कीं (चित्र 2बी1, बी2), जो हमारे पिछले परिणामों38 से भी मेल खाती हैं। एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स मोनोलेयर्स के बीच की दूरी दर्शाने वाले इनवर्स फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (चित्र 2c1, c2) और फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (चित्र 2d1, d2) द्वारा इसकी पुष्टि की गई। चित्र में नायोबियम और कार्बन परमाणुओं के अनुरूप प्रकाश और गहरे बैंड का एकांतरण दिखाई देता है, जो अध्ययन किए गए एमएक्सईन्स की परतदार प्रकृति की पुष्टि करता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एनबी2सीटीएक्स और एनबी4सी3टीएक्स के लिए प्राप्त ऊर्जा विसरणीय एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएक्स) स्पेक्ट्रा (चित्र S2a और S2b) में मूल एमएक्स चरण का कोई अवशेष नहीं दिखा, क्योंकि कोई एल पीक नहीं पाया गया।
SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene नैनोफ्लेक्स का लक्षण वर्णन, जिसमें शामिल हैं: (a) उच्च रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) द्वारा साइड-व्यू 2D नैनोफ्लेक इमेजिंग और संबंधित, (b) तीव्रता मोड, (c) इनवर्स फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (IFFT), (d) फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (FFT), (e) Nb-MXenes एक्स-रे पैटर्न। SL 2D Nb2CTx के लिए, संख्याओं को (a1, b1, c1, d1, e1) के रूप में दर्शाया गया है। SL 2D Nb4C3Tx के लिए, संख्याओं को (a2, b2, c2, d2, e1) के रूप में दर्शाया गया है।
SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXenes के एक्स-रे विवर्तन माप क्रमशः चित्र 2e1 और e2 में दर्शाए गए हैं। 4.31 और 4.32 पर स्थित (002) शिखर क्रमशः पहले वर्णित स्तरित MXenes Nb2CTx और Nb4C3TX38,39,40,41 के अनुरूप हैं। XRD परिणाम कुछ अवशिष्ट ML संरचनाओं और MAX चरणों की उपस्थिति भी दर्शाते हैं, लेकिन अधिकतर XRD पैटर्न SL Nb4C3Tx से संबंधित हैं (चित्र 2e2)। MAX चरण के छोटे कणों की उपस्थिति, यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित Nb4C3Tx परतों की तुलना में अधिक मजबूत MAX शिखर की व्याख्या कर सकती है।
आगे के शोध में R. subcapitata प्रजाति के हरे सूक्ष्म शैवाल पर ध्यान केंद्रित किया गया है। हमने सूक्ष्म शैवाल को इसलिए चुना क्योंकि वे प्रमुख खाद्य श्रृंखलाओं में शामिल महत्वपूर्ण उत्पादक हैं42। खाद्य श्रृंखला के उच्च स्तरों तक पहुँचने वाले विषैले पदार्थों को हटाने की क्षमता के कारण वे विषाक्तता के सर्वोत्तम संकेतकों में से एक हैं43। इसके अतिरिक्त, R. subcapitata पर शोध से सामान्य मीठे पानी के सूक्ष्मजीवों पर SL Nb-MXenes की आकस्मिक विषाक्तता पर प्रकाश पड़ सकता है। इसे स्पष्ट करने के लिए, शोधकर्ताओं ने परिकल्पना की कि प्रत्येक सूक्ष्मजीव की पर्यावरण में मौजूद विषैले यौगिकों के प्रति संवेदनशीलता भिन्न होती है। अधिकांश जीवों के लिए, पदार्थों की कम सांद्रता उनके विकास को प्रभावित नहीं करती है, जबकि एक निश्चित सीमा से अधिक सांद्रता उन्हें बाधित कर सकती है या उनकी मृत्यु का कारण भी बन सकती है। इसलिए, सूक्ष्म शैवाल और MXenes के बीच सतही अंतःक्रिया और उससे संबंधित पुनर्प्राप्ति के हमारे अध्ययनों के लिए, हमने Nb-MXenes की हानिरहित और विषैली सांद्रता का परीक्षण करने का निर्णय लिया। इसके लिए, हमने 0 (संदर्भ के रूप में), 0.01, 0.1 और 10 मिलीग्राम/लीटर एमएक्सईन की सांद्रता का परीक्षण किया और इसके अतिरिक्त सूक्ष्म शैवाल को एमएक्सईन की बहुत उच्च सांद्रता (100 मिलीग्राम/लीटर एमएक्सईन) से संक्रमित किया, जो किसी भी जैविक वातावरण के लिए अत्यधिक और घातक हो सकती है।
चित्र 3 में सूक्ष्म शैवाल पर SL Nb-MXenes के प्रभाव दर्शाए गए हैं, जिन्हें 0 mg l-1 के नमूनों के लिए मापी गई वृद्धि संवर्धन (+) या अवरोधन (-) के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया गया है। तुलना के लिए, Nb-MAX चरण और ML Nb-MXenes का भी परीक्षण किया गया और परिणाम SI में दर्शाए गए हैं (चित्र S3 देखें)। प्राप्त परिणामों से पुष्टि हुई कि SL Nb-MXenes 0.01 से 10 mg/l की कम सांद्रता सीमा में लगभग पूरी तरह से विषाक्तता रहित है, जैसा कि चित्र 3a,b में दिखाया गया है। Nb2CTx के मामले में, हमने निर्दिष्ट सीमा में 5% से अधिक पारिस्थितिक विषाक्तता नहीं देखी।
SL (a) Nb2CTx और (b) Nb4C3TX MXene की उपस्थिति में सूक्ष्म शैवाल की वृद्धि का उद्दीपन (+) या अवरोधन (-)। MXene-सूक्ष्म शैवाल की परस्पर क्रिया के 24, 48 और 72 घंटों का विश्लेषण किया गया। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी < 0.05) को तारांकित (*) चिह्न से चिह्नित किया गया है। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी < 0.05) को तारांकित (*) चिह्न से चिह्नित किया गया है। Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी < 0.05) को तारांकित (*) चिह्न से चिह्नित किया गया है।त्रुटि दर (*) त्रुटि।त्रुटि दर (*) त्रुटि। Важные данные (टी-टेस्ट, पी <0,05) отмечены звездочкой (*)। महत्वपूर्ण डेटा (टी-टेस्ट, पी < 0.05) को तारांकित (*) चिह्न से चिह्नित किया गया है।लाल तीर निरोधात्मक उत्तेजना के उन्मूलन को दर्शाते हैं।
दूसरी ओर, Nb4C3TX की कम सांद्रता थोड़ी अधिक विषैली पाई गई, लेकिन 7% से अधिक नहीं। जैसा कि अपेक्षित था, हमने देखा कि 100mg L-1 पर MXenes में अधिक विषाक्तता और सूक्ष्म शैवाल वृद्धि अवरोध था। दिलचस्प बात यह है कि किसी भी पदार्थ ने MAX या ML नमूनों की तुलना में विषैले/अविषाक्त प्रभावों का समान रुझान और समय निर्भरता नहीं दिखाई (विवरण के लिए SI देखें)। जबकि MAX चरण के लिए (चित्र S3 देखें) विषाक्तता लगभग 15-25% तक पहुँच गई और समय के साथ बढ़ी, SL Nb2CTx और Nb4C3TX MXene के लिए विपरीत रुझान देखा गया। सूक्ष्म शैवाल वृद्धि का अवरोध समय के साथ कम होता गया। यह 24 घंटे के बाद लगभग 17% तक पहुँच गया और 72 घंटे के बाद 5% से कम हो गया (चित्र 3a, b, क्रमशः)।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि SL Nb4C3TX के लिए, सूक्ष्म शैवाल की वृद्धि में अवरोध 24 घंटे के बाद लगभग 27% तक पहुँच गया, लेकिन 72 घंटे के बाद यह घटकर लगभग 1% रह गया। इसलिए, हमने देखे गए प्रभाव को उत्तेजना के व्युत्क्रम अवरोध के रूप में नाम दिया, और SL Nb4C3TX MXene के लिए यह प्रभाव अधिक मजबूत था। SL Nb2CTx MXene की तुलना में Nb4C3TX (24 घंटे के लिए 10 mg L-1 पर अंतःक्रिया) के साथ सूक्ष्म शैवाल की वृद्धि की उत्तेजना पहले देखी गई। अवरोध-उत्तेजना उत्क्रमण प्रभाव को बायोमास दोगुना होने की दर वक्र में भी स्पष्ट रूप से दर्शाया गया है (विवरण के लिए चित्र S4 देखें)। अब तक, केवल Ti3C2TX MXene की पारिस्थितिक विषाक्तता का ही विभिन्न तरीकों से अध्ययन किया गया है। यह ज़ेब्राफ़िश भ्रूणों के लिए विषाक्त नहीं है44, लेकिन सूक्ष्म शैवाल Desmodesmus quadricauda और Sorghum saccharatum पौधों के लिए मध्यम रूप से पारिस्थितिक विषाक्त है45। विशिष्ट प्रभावों के अन्य उदाहरणों में सामान्य कोशिका रेखाओं की तुलना में कैंसर कोशिका रेखाओं के प्रति अधिक विषाक्तता शामिल है46,47। यह माना जा सकता है कि परीक्षण की स्थितियाँ Nb-MXenes की उपस्थिति में देखे गए सूक्ष्म शैवाल की वृद्धि में परिवर्तन को प्रभावित करेंगी। उदाहरण के लिए, क्लोरोप्लास्ट स्ट्रोमा में लगभग 8 का pH, RuBisCO एंजाइम के कुशल संचालन के लिए इष्टतम होता है। इसलिए, pH में परिवर्तन प्रकाश संश्लेषण की दर को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं48,49। हालांकि, हमने प्रयोग के दौरान pH में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं देखा (विवरण के लिए SI, चित्र S5 देखें)। सामान्य तौर पर, Nb-MXenes युक्त सूक्ष्म शैवाल की संस्कृतियों ने समय के साथ विलयन के pH को थोड़ा कम कर दिया। हालांकि, यह कमी एक शुद्ध माध्यम के pH में परिवर्तन के समान थी। इसके अलावा, पाई गई भिन्नताओं की सीमा सूक्ष्म शैवाल की शुद्ध संस्कृति (नियंत्रण नमूना) के लिए मापी गई सीमा के समान थी। इस प्रकार, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि प्रकाश संश्लेषण समय के साथ pH में परिवर्तन से प्रभावित नहीं होता है।
इसके अतिरिक्त, संश्लेषित MXenes में सतही अंत (Tx के रूप में दर्शाए गए) होते हैं। ये मुख्य रूप से कार्यात्मक समूह -O, -F और -OH होते हैं। हालांकि, सतह रसायन विज्ञान सीधे संश्लेषण विधि से संबंधित है। ये समूह सतह पर अनियमित रूप से वितरित होते हैं, जिससे MXene50 के गुणों पर उनके प्रभाव का अनुमान लगाना मुश्किल हो जाता है। यह तर्क दिया जा सकता है कि Tx प्रकाश द्वारा नाइओबियम के ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक बल हो सकता है। सतही कार्यात्मक समूह वास्तव में अपने अंतर्निहित फोटोकैटलिस्ट के लिए कई एंकरिंग साइट प्रदान करते हैं ताकि हेटरोजंक्शन51 बन सकें। हालांकि, वृद्धि माध्यम की संरचना ने एक प्रभावी फोटोकैटलिस्ट प्रदान नहीं किया (विस्तृत माध्यम संरचना SI तालिका S6 में पाई जा सकती है)। इसके अतिरिक्त, कोई भी सतह संशोधन भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि MXenes की जैविक गतिविधि परत पोस्ट-प्रोसेसिंग, ऑक्सीकरण, कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के रासायनिक सतह संशोधन52,53,54,55,56 या सतह चार्ज इंजीनियरिंग38 के कारण बदल सकती है। इसलिए, यह जांचने के लिए कि क्या नायोबियम ऑक्साइड का माध्यम में पदार्थ की अस्थिरता से कोई संबंध है, हमने सूक्ष्म शैवाल वृद्धि माध्यम और विआयनीकृत जल (तुलना के लिए) में ज़ेटा (ζ) विभव का अध्ययन किया। हमारे परिणाम दर्शाते हैं कि SL Nb-MXenes काफी स्थिर हैं (MAX और ML परिणामों के लिए SI चित्र S6 देखें)। SL MXenes का ज़ेटा विभव लगभग -10 mV है। SR Nb2CTx के मामले में, ζ का मान Nb4C3Tx की तुलना में कुछ अधिक ऋणात्मक है। ζ मान में यह परिवर्तन संकेत दे सकता है कि ऋणात्मक आवेशित MXene नैनोफ्लेक्स की सतह संवर्धन माध्यम से धनात्मक आवेशित आयनों को अवशोषित करती है। संवर्धन माध्यम में Nb-MXenes के ज़ेटा विभव और चालकता के समय-आधारित मापन (अधिक विवरण के लिए SI में चित्र S7 और S8 देखें) हमारी परिकल्पना का समर्थन करते प्रतीत होते हैं।
हालांकि, दोनों Nb-MXene SLs में शून्य से न्यूनतम परिवर्तन देखा गया। यह स्पष्ट रूप से सूक्ष्म शैवाल वृद्धि माध्यम में उनकी स्थिरता को दर्शाता है। इसके अतिरिक्त, हमने यह आकलन किया कि क्या हमारे हरे सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति माध्यम में Nb-MXenes की स्थिरता को प्रभावित करेगी। पोषक माध्यम और संवर्धन में सूक्ष्म शैवाल के साथ परस्पर क्रिया के बाद MXenes के ज़ेटा पोटेंशियल और चालकता के परिणाम SI (आकृतियाँ S9 और S10) में देखे जा सकते हैं। दिलचस्प बात यह है कि हमने पाया कि सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति दोनों MXenes के फैलाव को स्थिर करती प्रतीत होती है। Nb2CTx SL के मामले में, ज़ेटा पोटेंशियल समय के साथ थोड़ा कम होकर अधिक ऋणात्मक मानों तक पहुँच गया (-15.8 बनाम -19.1 mV 72 घंटे के ऊष्मायन के बाद)। SL Nb4C3TX का ज़ेटा पोटेंशियल थोड़ा बढ़ा, लेकिन 72 घंटे के बाद भी इसने सूक्ष्म शैवाल की अनुपस्थिति वाले नैनोफ्लेक्स की तुलना में अधिक स्थिरता दिखाई (-18.1 बनाम -9.1 mV)।
हमने सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति में इनक्यूबेट किए गए Nb-MXene विलयनों की कम चालकता भी पाई, जो पोषक माध्यम में आयनों की कम मात्रा को इंगित करती है। विशेष रूप से, पानी में MXenes की अस्थिरता मुख्य रूप से सतही ऑक्सीकरण57 के कारण होती है। इसलिए, हमें संदेह है कि हरे सूक्ष्म शैवाल ने किसी प्रकार Nb-MXene की सतह पर बने ऑक्साइड को साफ कर दिया और यहां तक ​​कि उनके बनने (MXene के ऑक्सीकरण) को भी रोक दिया। सूक्ष्म शैवाल द्वारा अवशोषित पदार्थों के प्रकारों का अध्ययन करके इसे देखा जा सकता है।
हमारे पारिस्थितिक विष विज्ञान संबंधी अध्ययनों से संकेत मिला कि सूक्ष्म शैवाल समय के साथ Nb-MXenes की विषाक्तता और उत्तेजित वृद्धि के असामान्य अवरोध को दूर करने में सक्षम थे, लेकिन हमारे अध्ययन का उद्देश्य क्रियाविधि के संभावित तंत्रों की जांच करना था। जब शैवाल जैसे जीव अपने पारिस्थितिकी तंत्र के लिए अपरिचित यौगिकों या पदार्थों के संपर्क में आते हैं, तो वे कई तरह से प्रतिक्रिया कर सकते हैं58,59। विषैले धातु ऑक्साइड की अनुपस्थिति में, सूक्ष्म शैवाल स्वयं को पोषित कर सकते हैं, जिससे वे निरंतर बढ़ते रहते हैं60। विषैले पदार्थों के अंतर्ग्रहण के बाद, रक्षा तंत्र सक्रिय हो सकते हैं, जैसे कि आकार या रूप में परिवर्तन। अवशोषण की संभावना पर भी विचार किया जाना चाहिए58,59। विशेष रूप से, किसी भी रक्षा तंत्र का संकेत परीक्षण यौगिक की विषाक्तता का स्पष्ट सूचक होता है। इसलिए, अपने आगे के कार्य में, हमने SEM द्वारा SL Nb-MXene नैनोफ्लेक्स और सूक्ष्म शैवाल के बीच संभावित सतह अंतःक्रिया और एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी (XRF) द्वारा Nb-आधारित MXene के संभावित अवशोषण की जांच की। ध्यान दें कि गतिविधि विषाक्तता संबंधी मुद्दों को संबोधित करने के लिए एसईएम और एक्सआरएफ विश्लेषण केवल एमएक्सईन की उच्चतम सांद्रता पर ही किए गए थे।
एसईएम के परिणाम चित्र 4 में दिखाए गए हैं। अनुपचारित सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं (चित्र 4a, संदर्भ नमूना देखें) में स्पष्ट रूप से आर. सबकैपिटाटा की विशिष्ट आकृति और क्रोइसैन्ट जैसी कोशिका आकृति दिखाई देती है। कोशिकाएँ चपटी और कुछ हद तक अव्यवस्थित प्रतीत होती हैं। कुछ सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएँ एक दूसरे पर चढ़ी हुई और उलझी हुई थीं, लेकिन यह संभवतः नमूना तैयार करने की प्रक्रिया के कारण हुआ था। सामान्य तौर पर, शुद्ध सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की सतह चिकनी थी और उनमें कोई आकारिकीय परिवर्तन नहीं दिखा।
एसईएम छवियां 72 घंटे की परस्पर क्रिया के बाद हरे सूक्ष्म शैवाल और एमएक्सईन नैनोशीट्स के बीच सतही अंतःक्रिया को दर्शाती हैं, जो अत्यधिक सांद्रता (100 मिलीग्राम एल-1) पर ली गई हैं। (क) एसएल के साथ अंतःक्रिया के बाद अनुपचारित हरे सूक्ष्म शैवाल (ख) एनबी2सीटीएक्स और (ग) एनबी4सी3टीएक्स एमएक्सईन। ध्यान दें कि एनबी-एमएक्सईन नैनोफ्लेक्स को लाल तीरों से चिह्नित किया गया है। तुलना के लिए, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से ली गई तस्वीरें भी शामिल की गई हैं।
इसके विपरीत, SL Nb-MXene नैनोफ्लेक्स द्वारा अवशोषित सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं क्षतिग्रस्त हो गईं (चित्र 4b, c, लाल तीर देखें)। Nb2CTx MXene (चित्र 4b) के मामले में, सूक्ष्म शैवाल दो-आयामी नैनोस्केल से जुड़े हुए बढ़ने लगते हैं, जिससे उनकी आकृति बदल सकती है। विशेष रूप से, हमने प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के तहत भी इन परिवर्तनों को देखा (विवरण के लिए SI चित्र S11 देखें)। इस आकृतिगत परिवर्तन का सूक्ष्म शैवाल की शरीरक्रिया और कोशिका आकृति को बदलकर, जैसे कि कोशिका आयतन को बढ़ाकर, स्वयं की रक्षा करने की उनकी क्षमता में एक संभावित आधार है।61 इसलिए, यह जांचना महत्वपूर्ण है कि वास्तव में कितनी सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं Nb-MXenes के संपर्क में हैं। SEM अध्ययनों से पता चला कि लगभग 52% सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं Nb-MXenes के संपर्क में थीं, जबकि इनमें से 48% सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं संपर्क से बची रहीं। SL Nb4C3Tx MXene के मामले में, सूक्ष्म शैवाल MXene के संपर्क से बचने की कोशिश करते हैं, जिससे वे दो-आयामी नैनोस्केल पर केंद्रित होकर बढ़ते हैं (चित्र 4c)। हालांकि, हमने सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में नैनोस्केल के प्रवेश और उनकी क्षति का अवलोकन नहीं किया।
आत्म-संरक्षण, कोशिका सतह पर कणों के अधिशोषण और तथाकथित छायांकन (शेडिंग) प्रभाव62 के कारण प्रकाश संश्लेषण में अवरोध के प्रति समय-निर्भर प्रतिक्रिया व्यवहार भी है। यह स्पष्ट है कि सूक्ष्म शैवाल और प्रकाश स्रोत के बीच मौजूद प्रत्येक वस्तु (उदाहरण के लिए, Nb-MXene नैनोफ्लेक्स) क्लोरोप्लास्ट द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा को सीमित करती है। हालांकि, हमें इसमें कोई संदेह नहीं है कि इसका प्राप्त परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। हमारे सूक्ष्मदर्शी प्रेक्षणों से पता चलता है कि 2D नैनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल की सतह पर पूरी तरह से लिपटे या चिपके नहीं थे, तब भी जब सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएं Nb-MXenes के संपर्क में थीं। इसके बजाय, नैनोफ्लेक्स सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की सतह को ढके बिना उनकी ओर उन्मुख पाए गए। नैनोफ्लेक्स/सूक्ष्म शैवाल का ऐसा समूह सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा को महत्वपूर्ण रूप से सीमित नहीं कर सकता है। इसके अलावा, कुछ अध्ययनों ने दो-आयामी नैनोमैटेरियल्स63,64,65,66 की उपस्थिति में प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा प्रकाश अवशोषण में सुधार भी प्रदर्शित किया है।
चूंकि SEM छवियों से सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं द्वारा नायोबियम के अवशोषण की प्रत्यक्ष पुष्टि नहीं हो सकी, इसलिए हमने इस मुद्दे को स्पष्ट करने के लिए एक्स-रे प्रतिदीप्ति (XRF) और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषण का सहारा लिया। अतः, हमने संदर्भ सूक्ष्म शैवाल नमूनों (जिनका MXenes के साथ कोई संपर्क नहीं था), सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की सतह से अलग हुए MXene नैनोफ्लेक्स और MXenes के जुड़ने के बाद सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के Nb पीक की तीव्रता की तुलना की। यह ध्यान देने योग्य है कि यदि Nb का अवशोषण नहीं होता है, तो जुड़े हुए नैनोस्केल्स को हटाने के बाद सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं द्वारा प्राप्त Nb मान शून्य होना चाहिए। इसलिए, यदि Nb का अवशोषण होता है, तो XRF और XPS दोनों परिणामों में एक स्पष्ट Nb पीक दिखाई देना चाहिए।
XRF स्पेक्ट्रा के मामले में, सूक्ष्म शैवाल के नमूनों ने SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene के साथ परस्पर क्रिया के बाद SL Nb2CTx और Nb4C3Tx MXene के लिए Nb शिखर दिखाए (चित्र 5a देखें, यह भी ध्यान दें कि MAX और ML MXenes के परिणाम SI, चित्र S12–C17 में दिखाए गए हैं)। दिलचस्प बात यह है कि दोनों मामलों में Nb शिखर की तीव्रता समान है (चित्र 5a में लाल बार)। इससे संकेत मिलता है कि शैवाल अधिक Nb अवशोषित नहीं कर सका, और Nb संचय की अधिकतम क्षमता कोशिकाओं में प्राप्त हो गई, हालांकि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं से दो गुना अधिक Nb4C3Tx MXene जुड़ा हुआ था (चित्र 5a में नीले बार)। गौरतलब है कि सूक्ष्म शैवाल की धातुओं को अवशोषित करने की क्षमता पर्यावरण में धातु ऑक्साइड की सांद्रता पर निर्भर करती है67,68। शमशादा एट अल.67 ने पाया कि ताजे पानी के शैवाल की अवशोषक क्षमता pH बढ़ने के साथ घटती है। राइज़ एट अल.68 ने नोट किया कि समुद्री शैवाल की धातुओं को अवशोषित करने की क्षमता Pb2+ के लिए Ni2+ की तुलना में लगभग 25% अधिक थी।
(a) 72 घंटों के लिए SL Nb-MXenes (100 mg L-1) की अत्यधिक सांद्रता पर इनक्यूबेट किए गए हरे माइक्रोएल्गी कोशिकाओं द्वारा बेसल Nb अपटेक के XRF परिणाम। परिणाम शुद्ध माइक्रोएल्गी कोशिकाओं (नियंत्रण नमूना, ग्रे कॉलम), सतह माइक्रोएल्गी कोशिकाओं से पृथक किए गए 2D नैनोफ्लेक्स (नीले कॉलम), और सतह से 2D नैनोफ्लेक्स को अलग करने के बाद माइक्रोएल्गी कोशिकाओं (लाल कॉलम) में α की उपस्थिति दर्शाते हैं। (b) SL Nb-MXenes के साथ इनक्यूबेशन के बाद माइक्रोएल्गी कोशिकाओं में मौजूद मौलिक Nb की मात्रा, (c-e) XPS SL Nb2CTx स्पेक्ट्रा के संरचनात्मक शिखर का फिटिंग और (fh) माइक्रोएल्गी कोशिकाओं द्वारा आंतरिक रूप से ग्रहण किया गया SL Nb4C3Tx MXene।
इसलिए, हमें उम्मीद थी कि Nb को शैवाल कोशिकाओं द्वारा ऑक्साइड के रूप में अवशोषित किया जा सकता है। इसका परीक्षण करने के लिए, हमने MXenes Nb2CTx और Nb4C3TX तथा शैवाल कोशिकाओं पर XPS अध्ययन किया। सूक्ष्म शैवाल की Nb-MXenes के साथ और शैवाल कोशिकाओं से पृथक किए गए MXenes के साथ परस्पर क्रिया के परिणाम चित्र 5b में दर्शाए गए हैं। जैसा कि अपेक्षित था, सूक्ष्म शैवाल की सतह से MXene को हटाने के बाद हमने सूक्ष्म शैवाल के नमूनों में Nb 3d पीक का पता लगाया। C=O, CHx/CO, और Nb ऑक्साइड का मात्रात्मक निर्धारण Nb2CTx SL (चित्र 5c–e) और Nb4C3Tx SL (चित्र 5c–e) से प्राप्त Nb 3d, O 1s, और C 1s स्पेक्ट्रा के आधार पर किया गया। (चित्र 5f–h) MXenes। तालिका S1-3 में फिट से प्राप्त शिखर मापदंडों और समग्र रसायन विज्ञान का विवरण दिया गया है। यह उल्लेखनीय है कि Nb2CTx SL और Nb4C3Tx SL (चित्र 5c, f) के Nb 3d क्षेत्र एक Nb2O5 घटक के अनुरूप हैं। यहाँ, हमें स्पेक्ट्रा में कोई MXene-संबंधित शिखर नहीं मिला, जो दर्शाता है कि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाएँ केवल Nb के ऑक्साइड रूप को अवशोषित करती हैं। इसके अतिरिक्त, हमने C 1s स्पेक्ट्रम को C–C, CHx/C–O, C=O और –COOH घटकों के साथ अनुमानित किया। हमने CHx/C–O और C=O शिखरों को सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के कार्बनिक योगदान के लिए निर्दिष्ट किया। ये कार्बनिक घटक Nb2CTx SL और Nb4C3TX SL में C 1s शिखरों का क्रमशः 36% और 41% हिस्सा बनाते हैं। इसके बाद हमने SL Nb2CTx और SL Nb4C3TX के O 1s स्पेक्ट्रा को Nb2O5, सूक्ष्म शैवाल के कार्बनिक घटकों (CHx/CO) और सतह पर अधिशोषित पानी के साथ फिट किया।
अंततः, XPS परिणामों ने Nb की उपस्थिति ही नहीं, बल्कि उसके स्वरूप को भी स्पष्ट रूप से दर्शाया। Nb 3D सिग्नल की स्थिति और विखंडन के परिणामों के आधार पर, हम पुष्टि करते हैं कि Nb केवल ऑक्साइड के रूप में अवशोषित होता है, न कि आयनों या MXene के रूप में। इसके अतिरिक्त, XPS परिणामों से पता चला कि सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में SL Nb2CTx की तुलना में SL Nb4C3TX MXene से Nb ऑक्साइड को अवशोषित करने की अधिक क्षमता होती है।
हालांकि हमारे Nb अवशोषण के परिणाम प्रभावशाली हैं और हमें MXene के अपघटन की पहचान करने में सक्षम बनाते हैं, लेकिन 2D नैनोफ्लेक्स में संबंधित आकारिकीय परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए कोई विधि उपलब्ध नहीं है। इसलिए, हमने एक ऐसी उपयुक्त विधि विकसित करने का निर्णय लिया जो 2D Nb-MXene नैनोफ्लेक्स और सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में होने वाले किसी भी परिवर्तन पर सीधे प्रतिक्रिया दे सके। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि हम यह मानकर चल रहे हैं कि यदि परस्पर क्रिया करने वाली प्रजातियों में कोई रूपांतरण, अपघटन या विखंडन होता है, तो यह समतुल्य वृत्ताकार क्षेत्र के व्यास, गोलाई, फेरेट चौड़ाई या फेरेट लंबाई जैसे आकार मापदंडों में परिवर्तन के रूप में शीघ्र ही प्रकट होना चाहिए। चूंकि ये मापदंड लंबे कणों या द्वि-आयामी नैनोफ्लेक्स का वर्णन करने के लिए उपयुक्त हैं, इसलिए गतिशील कण आकार विश्लेषण द्वारा इनका पता लगाने से हमें अपचयन के दौरान SL Nb-MXene नैनोफ्लेक्स के आकारिकीय रूपांतरण के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्राप्त होगी।
प्राप्त परिणाम चित्र 6 में दर्शाए गए हैं। तुलना के लिए, हमने मूल MAX चरण और ML-MXenes का भी परीक्षण किया (SI चित्र S18 और S19 देखें)। कण के आकार के गतिशील विश्लेषण से पता चला कि सूक्ष्म शैवाल के साथ परस्पर क्रिया के बाद दो Nb-MXene SLs के सभी आकार मापदंडों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए। जैसा कि समतुल्य वृत्ताकार क्षेत्रफल व्यास मापदंड (चित्र 6a, b) द्वारा दर्शाया गया है, बड़े नैनोफ्लेक्स के अंश की घटी हुई शिखर तीव्रता इंगित करती है कि वे छोटे टुकड़ों में विघटित होने लगते हैं। चित्र 6c, d में फ्लेक्स के अनुप्रस्थ आकार (नैनोफ्लेक्स का विस्तार) से संबंधित चोटियों में कमी दिखाई गई है, जो 2D नैनोफ्लेक्स के अधिक कण-समान आकार में परिवर्तन को इंगित करती है। चित्र 6e-h क्रमशः फेरेट की चौड़ाई और लंबाई दर्शाते हैं। फेरेट की चौड़ाई और लंबाई पूरक मापदंड हैं और इसलिए इन्हें एक साथ माना जाना चाहिए। सूक्ष्म शैवाल की उपस्थिति में 2D Nb-MXene नैनोफ्लेक्स के ऊष्मायन के बाद, उनके फेरेट सहसंबंध शिखर स्थानांतरित हो गए और उनकी तीव्रता कम हो गई। इन परिणामों के आधार पर, आकृति विज्ञान, एक्सआरएफ और एक्सपीएस के संयोजन में, हमने निष्कर्ष निकाला कि देखे गए परिवर्तन ऑक्सीकरण से दृढ़ता से संबंधित हैं क्योंकि ऑक्सीकृत एमएक्सईएन अधिक झुर्रीदार हो जाते हैं और टुकड़ों और गोलाकार ऑक्साइड कणों में टूट जाते हैं69,70।
हरे सूक्ष्म शैवाल के साथ परस्पर क्रिया के बाद एमएक्सईन रूपांतरण का विश्लेषण। गतिशील कण आकार विश्लेषण में (a, b) समतुल्य वृत्ताकार क्षेत्र का व्यास, (c, d) गोलाई, (e, f) फेरेट चौड़ाई और (g, h) फेरेट लंबाई जैसे मापदंडों को ध्यान में रखा गया है। इसके लिए, दो संदर्भ सूक्ष्म शैवाल नमूनों का विश्लेषण प्राथमिक SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx एमएक्सईन, SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx एमएक्सईन, विघटित सूक्ष्म शैवाल और उपचारित सूक्ष्म शैवाल SL Nb2CTx और SL Nb4C3Tx एमएक्सईन के साथ किया गया। लाल तीर अध्ययन किए गए द्वि-आयामी नैनोफ्लेक्स के आकार मापदंडों के संक्रमण को दर्शाते हैं।
आकार पैरामीटर विश्लेषण अत्यंत विश्वसनीय होने के कारण, यह सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में होने वाले आकारिकीय परिवर्तनों को भी प्रकट कर सकता है। अतः, हमने शुद्ध सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं और 2D Nb नैनोफ्लेक्स के साथ अंतःक्रिया करने के बाद की कोशिकाओं के समतुल्य वृत्ताकार क्षेत्रफल व्यास, गोलाई और फेरेट चौड़ाई/लंबाई का विश्लेषण किया। चित्र 6a–h में शैवाल कोशिकाओं के आकार पैरामीटरों में परिवर्तन दर्शाए गए हैं, जो शिखर तीव्रता में कमी और अधिकतम मानों के उच्चतर मानों की ओर स्थानांतरण से स्पष्ट होता है। विशेष रूप से, कोशिका गोलाई पैरामीटरों में लम्बी कोशिकाओं में कमी और गोलाकार कोशिकाओं में वृद्धि देखी गई (चित्र 6a, b)। इसके अतिरिक्त, SL Nb2CTx MXene (चित्र 6e) के साथ अंतःक्रिया करने के बाद फेरेट कोशिका चौड़ाई SL Nb4C3TX MXene (चित्र 6f) की तुलना में कई माइक्रोमीटर बढ़ गई। हमारा मानना ​​है कि यह Nb2CTx SR के साथ अंतःक्रिया करने पर सूक्ष्म शैवाल द्वारा Nb ऑक्साइड के प्रबल अवशोषण के कारण हो सकता है। Nb फ्लेक्स का उनकी सतह से कम कठोर जुड़ाव न्यूनतम छायांकन प्रभाव के साथ कोशिका वृद्धि का कारण बन सकता है।
सूक्ष्म शैवाल के आकार और आकृति के मापदंडों में परिवर्तन के हमारे अवलोकन अन्य अध्ययनों के पूरक हैं। हरे सूक्ष्म शैवाल पर्यावरणीय तनाव के जवाब में कोशिका के आकार, आकृति या चयापचय को बदलकर अपनी आकृति विज्ञान को बदल सकते हैं।61 उदाहरण के लिए, कोशिकाओं के आकार में परिवर्तन पोषक तत्वों के अवशोषण को सुगम बनाता है।71 छोटी शैवाल कोशिकाएं कम पोषक तत्व ग्रहण करती हैं और उनकी वृद्धि दर कम हो जाती है। इसके विपरीत, बड़ी कोशिकाएं अधिक पोषक तत्वों का उपभोग करती हैं, जो बाद में कोशिका के भीतर जमा हो जाते हैं।72,73 मचाडो और सोरेस ने पाया कि फफूंदनाशक ट्राइक्लोसन कोशिका का आकार बढ़ा सकता है। उन्होंने शैवाल की आकृति में भी महत्वपूर्ण परिवर्तन पाए।74 इसके अतिरिक्त, यिन एट अल.9 ने भी कम किए गए ग्राफीन ऑक्साइड नैनोकम्पोजिट के संपर्क में आने के बाद शैवाल में रूपात्मक परिवर्तनों का खुलासा किया। इसलिए, यह स्पष्ट है कि सूक्ष्म शैवाल के परिवर्तित आकार/आकृति मापदंड एमएक्सईन की उपस्थिति के कारण होते हैं। चूंकि आकार और आकृति में यह परिवर्तन पोषक तत्वों के अवशोषण में बदलाव का संकेत देता है, इसलिए हमारा मानना ​​है कि समय के साथ आकार और आकृति मापदंडों का विश्लेषण Nb-MXenes की उपस्थिति में सूक्ष्म शैवाल द्वारा नाइओबियम ऑक्साइड के अवशोषण को प्रदर्शित कर सकता है।
इसके अलावा, शैवाल की उपस्थिति में एमएक्सईन का ऑक्सीकरण हो सकता है। दलाई एट अल.75 ने देखा कि नैनो-TiO2 और Al2O376 के संपर्क में आने वाले हरे शैवाल की आकृति एकसमान नहीं थी। हालांकि हमारे अवलोकन वर्तमान अध्ययन के समान हैं, लेकिन यह केवल 2D नैनोफ्लेक्स की उपस्थिति में एमएक्सईन अपघटन उत्पादों के संदर्भ में जैव उपचार के प्रभावों के अध्ययन से संबंधित है, न कि नैनोकणों से। चूंकि एमएक्सईन धातु ऑक्साइड में विघटित हो सकते हैं,31,32,77,78 इसलिए यह मानना ​​उचित है कि हमारे Nb नैनोफ्लेक्स भी सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के साथ परस्पर क्रिया करने के बाद Nb ऑक्साइड बना सकते हैं।
ऑक्सीकरण प्रक्रिया पर आधारित अपघटन तंत्र के माध्यम से 2D-Nb नैनोफ्लेक्स के अपचयन की व्याख्या करने के लिए, हमने उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (HRTEM) (चित्र 7a,b) और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) (चित्र 7c-i और सारणी S4-5) का उपयोग करके अध्ययन किया। दोनों दृष्टिकोण 2D सामग्रियों के ऑक्सीकरण के अध्ययन के लिए उपयुक्त हैं और एक दूसरे के पूरक हैं। HRTEM द्वि-आयामी परतदार संरचनाओं के क्षरण और उसके बाद धातु ऑक्साइड नैनोकणों की उपस्थिति का विश्लेषण करने में सक्षम है, जबकि XPS सतह बंधों के प्रति संवेदनशील है। इस उद्देश्य के लिए, हमने सूक्ष्म शैवाल कोशिका फैलाव से निकाले गए 2D Nb-MXene नैनोफ्लेक्स का परीक्षण किया, अर्थात् सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के साथ परस्पर क्रिया के बाद उनका आकार (चित्र 7 देखें)।
ऑक्सीकृत (a) SL Nb2CTx और (b) SL Nb4C3Tx MXenes की आकृति विज्ञान को दर्शाने वाली HRTEM छवियां, XPS विश्लेषण के परिणाम (c) अपचयन के बाद ऑक्साइड उत्पादों की संरचना, (d–f) SL Nb2CTx और (g–i) हरे सूक्ष्म शैवाल से मरम्मत किए गए Nb4C3Tx SL के XPS स्पेक्ट्रा के घटकों का पीक मिलान दर्शाते हैं।
एचआरटीईएम अध्ययनों ने दो प्रकार के एनबी-एमएक्सीन नैनोफ्लेक्स के ऑक्सीकरण की पुष्टि की। यद्यपि नैनोफ्लेक्स ने अपनी द्वि-आयामी आकृति को कुछ हद तक बनाए रखा, ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप एमएक्सीन नैनोफ्लेक्स की सतह को ढकने वाले कई नैनोकणों का निर्माण हुआ (चित्र 7ए,बी देखें)। c Nb 3d और O 1s संकेतों के XPS विश्लेषण से संकेत मिलता है कि दोनों मामलों में एनबी ऑक्साइड का निर्माण हुआ था। जैसा कि चित्र 7सी में दिखाया गया है, 2डी एमएक्सीन Nb2CTx और Nb4C3TX में Nb 3d संकेत NbO और Nb2O5 ऑक्साइड की उपस्थिति दर्शाते हैं, जबकि O 1s संकेत 2डी नैनोफ्लेक सतह के कार्यात्मककरण से जुड़े O-Nb बंधों की संख्या को दर्शाते हैं। हमने पाया कि Nb ऑक्साइड का योगदान Nb-C और Nb3+-O की तुलना में अधिक है।
चित्र 7g–i में सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं से पृथक किए गए SL Nb2CTx (चित्र 7d–f देखें) और SL Nb4C3TX MXene के Nb 3d, C 1s और O 1s के XPS स्पेक्ट्रा दर्शाए गए हैं। Nb-MXenes के शिखर मापदंडों का विवरण क्रमशः सारणी S4–5 में दिया गया है। हमने सर्वप्रथम Nb 3d की संरचना का विश्लेषण किया। सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं द्वारा अवशोषित Nb के विपरीत, सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं से पृथक किए गए MXene में, Nb2O5 के अतिरिक्त, अन्य घटक भी पाए गए। Nb2CTx SL में, हमने Nb3+-O का योगदान 15% पाया, जबकि शेष Nb 3d स्पेक्ट्रम में Nb2O5 (85%) की प्रधानता थी। इसके अतिरिक्त, SL Nb4C3TX नमूने में Nb-C (9%) और Nb2O5 (91%) घटक मौजूद हैं। यहां Nb-C, Nb4C3Tx SR में धातु कार्बाइड की दो आंतरिक परमाणु परतों से प्राप्त होता है। फिर हम C 1s स्पेक्ट्रा को चार अलग-अलग घटकों में विभाजित करते हैं, जैसा कि हमने आंतरिक नमूनों में किया था। उम्मीद के मुताबिक, C 1s स्पेक्ट्रम में ग्रेफाइट कार्बन का प्रभुत्व है, जिसके बाद सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं से कार्बनिक कणों (CHx/CO और C=O) का योगदान है। इसके अतिरिक्त, O 1s स्पेक्ट्रम में, हमने सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं के कार्बनिक रूपों, नायोबियम ऑक्साइड और अधिशोषित जल का योगदान देखा।
इसके अतिरिक्त, हमने यह भी जांच की कि क्या Nb-MXenes का विखंडन पोषक माध्यम और/या सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (ROS) की उपस्थिति से जुड़ा है। इसके लिए, हमने संवर्धन माध्यम और अंतःकोशिकीय ग्लूटाथियोन, जो सूक्ष्म शैवाल में एंटीऑक्सीडेंट के रूप में कार्य करने वाला एक थायोल है, में एकल ऑक्सीजन (1O2) के स्तर का आकलन किया। परिणाम SI (चित्र S20 और S21) में दर्शाए गए हैं। SL Nb2CTx और Nb4C3TX MXenes वाले संवर्धनों में 1O2 की मात्रा कम पाई गई (चित्र S20 देखें)। SL Nb2CTx के मामले में, MXene 1O2 लगभग 83% तक कम हो गया। SL, Nb4C3TX का उपयोग करने वाले सूक्ष्म शैवाल संवर्धनों में 1O2 और भी कम होकर 73% हो गया। दिलचस्प बात यह है कि 1O2 में परिवर्तन ने पहले देखे गए निरोधात्मक-उत्तेजक प्रभाव के समान प्रवृत्ति दिखाई (चित्र 3 देखें)। यह तर्क दिया जा सकता है कि तेज रोशनी में इनक्यूबेशन से फोटोऑक्सीडेशन में बदलाव आ सकता है। हालांकि, नियंत्रण विश्लेषण के परिणामों से प्रयोग के दौरान 1O2 का स्तर लगभग स्थिर रहा (चित्र S22)। इंट्रासेलुलर ROS स्तरों के मामले में भी हमने यही गिरावट देखी (चित्र S21 देखें)। शुरुआत में, Nb2CTx और Nb4C3Tx SLs की उपस्थिति में संवर्धित सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं में ROS का स्तर सूक्ष्म शैवाल के शुद्ध संवर्धनों में पाए जाने वाले स्तरों से अधिक था। हालांकि, अंततः ऐसा प्रतीत हुआ कि सूक्ष्म शैवाल दोनों Nb-MXenes की उपस्थिति के अनुकूल हो गए, क्योंकि ROS का स्तर SL Nb2CTx और Nb4C3TX से युक्त सूक्ष्म शैवाल के शुद्ध संवर्धनों में मापे गए स्तरों के क्रमशः 85% और 91% तक कम हो गया। इससे यह संकेत मिलता है कि सूक्ष्म शैवाल समय के साथ पोषक माध्यम की तुलना में Nb-MXene की उपस्थिति में अधिक सहज महसूस करते हैं।
सूक्ष्म शैवाल प्रकाश संश्लेषक जीवों का एक विविध समूह है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान, वे वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को कार्बनिक कार्बन में परिवर्तित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद ग्लूकोज और ऑक्सीजन79 हैं। हमारा मानना ​​है कि इस प्रकार निर्मित ऑक्सीजन Nb-MXenes के ऑक्सीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसका एक संभावित स्पष्टीकरण यह है कि Nb-MXene नैनोफ्लेक्स के बाहर और अंदर ऑक्सीजन के निम्न और उच्च आंशिक दाब पर विभेदक वातन पैरामीटर बनता है। इसका अर्थ यह है कि जहां भी ऑक्सीजन के विभिन्न आंशिक दाब वाले क्षेत्र होते हैं, वहां सबसे कम स्तर वाला क्षेत्र एनोड 80, 81, 82 का निर्माण करेगा। यहां, सूक्ष्म शैवाल MXene फ्लेक्स की सतह पर विभेदक रूप से वातित कोशिकाओं के निर्माण में योगदान करते हैं, जो अपने प्रकाश संश्लेषक गुणों के कारण ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं। परिणामस्वरूप, जैव संक्षारण उत्पाद (इस मामले में, नाइओबियम ऑक्साइड) बनते हैं। एक अन्य पहलू यह है कि सूक्ष्म शैवाल कार्बनिक अम्ल उत्पन्न कर सकते हैं जो पानी में छोड़े जाते हैं83,84। इसलिए, एक आक्रामक वातावरण बनता है, जिससे Nb-MXenes में परिवर्तन होता है। इसके अलावा, सूक्ष्म शैवाल कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण के कारण वातावरण के पीएच को क्षारीय में बदल सकते हैं, जो संक्षारण का कारण भी बन सकता है।79
इससे भी अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि हमारे अध्ययन में प्रयुक्त अंधकार/प्रकाश प्रकाश अवधि प्राप्त परिणामों को समझने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। इस पहलू का विस्तृत वर्णन जेमाई-ज़ोग्लैचे एट अल. 85 में किया गया है। उन्होंने जानबूझकर 12/12 घंटे की प्रकाश अवधि का उपयोग लाल सूक्ष्म शैवाल पोर्फिरिडियम परप्यूरम द्वारा जैवभराव से जुड़े जैवक्षरण को प्रदर्शित करने के लिए किया। उन्होंने दिखाया कि प्रकाश अवधि जैवक्षरण के बिना विभव के विकास से जुड़ी है, जो लगभग 24:00 बजे छद्म-आवधिक दोलनों के रूप में प्रकट होती है। इन प्रेक्षणों की पुष्टि डॉलिंग एट अल. 86 ने की। उन्होंने सायनोबैक्टीरिया एनाबेना के प्रकाश संश्लेषक जैवफिल्मों का प्रदर्शन किया। प्रकाश की क्रिया के अंतर्गत घुलित ऑक्सीजन का निर्माण होता है, जो मुक्त जैवक्षरण विभव में परिवर्तन या उतार-चढ़ाव से जुड़ा होता है। प्रकाश अवधि का महत्व इस तथ्य से रेखांकित होता है कि जैवक्षरण के लिए मुक्त विभव प्रकाश चरण में बढ़ता है और अंधकार चरण में घटता है। यह प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्म शैवाल द्वारा उत्पादित ऑक्सीजन के कारण होता है, जो इलेक्ट्रोड के पास उत्पन्न आंशिक दबाव के माध्यम से कैथोडिक प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है87।
इसके अतिरिक्त, Nb-MXenes के साथ अंतःक्रिया के बाद सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं की रासायनिक संरचना में किसी भी परिवर्तन का पता लगाने के लिए फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) का प्रयोग किया गया। प्राप्त परिणाम जटिल हैं और हम इन्हें SI (आकृतियाँ S23-S25, जिनमें MAX चरण और ML MXenes के परिणाम शामिल हैं) में प्रस्तुत करते हैं। संक्षेप में, सूक्ष्म शैवाल के प्राप्त संदर्भ स्पेक्ट्रा हमें इन जीवों की रासायनिक विशेषताओं के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं। ये सबसे संभावित कंपन 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) और 3280 cm⁻¹ (O–H) आवृत्तियों पर स्थित हैं। SL Nb-MXenes के लिए, हमें एक CH-बॉन्ड स्ट्रेचिंग सिग्नेचर मिला जो हमारे पिछले अध्ययन³⁸ के अनुरूप है। हालांकि, हमने देखा कि C=C और CH बंधों से जुड़े कुछ अतिरिक्त शिखर गायब हो गए। यह दर्शाता है कि SL Nb-MXenes के साथ परस्पर क्रिया के कारण सूक्ष्म शैवाल की रासायनिक संरचना में मामूली परिवर्तन हो सकते हैं।
सूक्ष्म शैवाल की जैव रसायन में संभावित परिवर्तनों पर विचार करते समय, नायोबियम ऑक्साइड जैसे अकार्बनिक ऑक्साइड के संचय पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता है।59 यह कोशिका सतह द्वारा धातुओं के अवशोषण, उनके कोशिका द्रव्य में परिवहन, अंतःकोशिकीय कार्बोक्सिल समूहों के साथ उनके जुड़ाव और सूक्ष्म शैवाल पॉलीफॉस्फोम में उनके संचय में शामिल है।20,88,89,90 इसके अतिरिक्त, सूक्ष्म शैवाल और धातुओं के बीच संबंध कोशिकाओं के कार्यात्मक समूहों द्वारा बनाए रखा जाता है। इस कारण से, अवशोषण सूक्ष्म शैवाल की सतह रसायन पर भी निर्भर करता है, जो काफी जटिल है।9,91 सामान्य तौर पर, जैसा कि अपेक्षित था, Nb ऑक्साइड के अवशोषण के कारण हरे सूक्ष्म शैवाल की रासायनिक संरचना में मामूली परिवर्तन हुआ।
दिलचस्प बात यह है कि सूक्ष्म शैवाल में देखी गई प्रारंभिक रुकावट समय के साथ उलट गई। जैसा कि हमने देखा, सूक्ष्म शैवाल ने प्रारंभिक पर्यावरणीय परिवर्तन को पार कर लिया और अंततः सामान्य वृद्धि दर पर लौट आए और यहां तक ​​कि उनकी वृद्धि भी बढ़ गई। ज़ेटा पोटेंशियल के अध्ययन से पोषक माध्यम में प्रवेश करने पर उच्च स्थिरता दिखाई देती है। इस प्रकार, अपचयन प्रयोगों के दौरान सूक्ष्म शैवाल कोशिकाओं और Nb-MXene नैनोफ्लेक्स के बीच सतही अंतःक्रिया बनी रही। अपने आगे के विश्लेषण में, हम सूक्ष्म शैवाल के इस उल्लेखनीय व्यवहार के अंतर्निहित मुख्य क्रियाविधियों का सारांश प्रस्तुत करते हैं।
SEM अवलोकनों से पता चला है कि सूक्ष्म शैवाल Nb-MXenes से जुड़ने की प्रवृत्ति रखते हैं। गतिशील छवि विश्लेषण का उपयोग करके, हमने पुष्टि की कि इस प्रभाव के कारण द्वि-आयामी Nb-MXene नैनोफ्लेक्स अधिक गोलाकार कणों में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे यह सिद्ध होता है कि नैनोफ्लेक्स का अपघटन उनके ऑक्सीकरण से जुड़ा है। अपनी परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, हमने कई भौतिक और जैव रासायनिक अध्ययन किए। परीक्षण के बाद, नैनोफ्लेक्स धीरे-धीरे ऑक्सीकृत होकर NbO और Nb2O5 उत्पादों में विघटित हो गए, जो हरे सूक्ष्म शैवाल के लिए कोई खतरा नहीं थे। FTIR अवलोकन का उपयोग करके, हमने 2D Nb-MXene नैनोफ्लेक्स की उपस्थिति में इनक्यूबेट किए गए सूक्ष्म शैवाल की रासायनिक संरचना में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं पाया। सूक्ष्म शैवाल द्वारा नायोबियम ऑक्साइड के अवशोषण की संभावना को ध्यान में रखते हुए, हमने एक्स-रे प्रतिदीप्ति विश्लेषण किया। ये परिणाम स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि अध्ययन किए गए सूक्ष्म शैवाल नायोबियम ऑक्साइड (NbO और Nb2O5) का सेवन करते हैं, जो अध्ययन किए गए सूक्ष्म शैवाल के लिए विषैले नहीं हैं।