Mèsi paske ou te vizite Nature.com. W ap itilize yon vèsyon navigatè ki gen sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou ou itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral rann sit la san estil ak JavaScript.
Montre yon karousel twa diapozitiv alafwa. Sèvi ak bouton Presedan ak Pwochen yo pou deplase nan twa diapozitiv alafwa, oubyen sèvi ak bouton kurseur yo nan fen an pou deplase nan twa diapozitiv alafwa.
Devlopman rapid nanoteknoloji a ak entegrasyon li nan aplikasyon chak jou yo ka menase anviwònman an. Pandan ke metòd vèt pou degradasyon kontaminan òganik yo byen etabli, rekiperasyon kontaminan kristalin inòganik yo se yon gwo enkyetid akòz sansiblite ki ba yo a biotransfòmasyon ak mank konpreyansyon sou entèraksyon sifas materyèl yo ak sa yo ki byolojik yo. La a, nou itilize yon modèl MXenes 2D inòganik ki baze sou Nb konbine avèk yon metòd analiz paramèt fòm senp pou trase mekanis byoremedyasyon nanomateryèl seramik 2D pa mikwoalg vèt Raphidocelis subcapitata a. Nou te jwenn ke mikwoalg degrade MXenes ki baze sou Nb akòz entèraksyon fizikochimik ki gen rapò ak sifas la. Okòmansman, nanoflokon MXen yon sèl kouch ak plizyè kouch yo te tache ak sifas mikwoalg yo, sa ki te yon ti jan diminye kwasans alg yo. Sepandan, apre yon entèraksyon pwolonje ak sifas la, mikwoalg yo te okside nanoflokon MXen yo epi dekonpoze yo plis an NbO ak Nb2O5. Paske oksid sa yo pa toksik pou selil mikwoalg yo, yo konsome nanopartikil oksid Nb yo grasa yon mekanis absòpsyon ki retabli mikwoalg yo plis apre 72 èdtan tretman dlo. Efè eleman nitritif ki asosye ak absòpsyon yo reflete tou nan ogmantasyon volim selilè a, fòm lis yo ak chanjman nan to kwasans lan. Baze sou rezilta sa yo, nou konkli ke prezans MXen ki baze sou Nb a kout ak long tèm nan ekosistèm dlo dous yo ka lakòz sèlman enpak anviwònman minè. Li enpòtan pou note ke, lè nou itilize nanomateryèl bidimensyonèl kòm sistèm modèl, nou demontre posibilite pou swiv transfòmasyon fòm menm nan materyèl ki gen grenn amann. An jeneral, etid sa a reponn yon kesyon fondamantal enpòtan sou pwosesis ki gen rapò ak entèraksyon sifas ki kondwi mekanis byoremedyasyon nanomateryèl 2D yo epi li bay yon baz pou plis etid kout ak long tèm sou enpak anviwònman an nanomateryèl kristalin inòganik yo.
Depi yo te dekouvri nanomateryèl yo, yo te suscite anpil enterè nan plizyè domèn nanoteknoloji, epi dènyèman, plizyè nanoteknoloji antre nan yon faz modènizasyon1. Malerezman, entegrasyon nanomateryèl nan aplikasyon chak jou yo ka lakòz lage aksidantèl akoz move eliminasyon, move manyen, oswa enfrastrikti sekirite ki pa adekwa. Se poutèt sa, li rezonab pou sipoze ke nanomateryèl yo, tankou nanomateryèl bidimensyonèl (2D), ka lage nan anviwònman natirèl la, epi yo poko byen konprann konpòtman ak aktivite byolojik yo. Se poutèt sa, li pa etonan ke enkyetid ekotoksisite yo te konsantre sou kapasite nanomateryèl 2D yo pou yo penetre nan sistèm akwatik yo2,3,4,5,6. Nan ekosistèm sa yo, gen kèk nanomateryèl 2D ki ka kominike avèk divès òganis nan diferan nivo trofik, tankou mikwoalg.
Mikwoalg yo se òganis primitif yo jwenn natirèlman nan ekosistèm dlo dous ak maren ki pwodui yon varyete pwodui chimik atravè fotosentèz7. Kidonk, yo enpòtan pou ekosistèm akwatik8,9,10,11,12 men yo tou endikatè ekotoksisite ki sansib, ki pa chè epi ki lajman itilize13,14. Piske selil mikwoalg yo miltipliye rapidman epi yo reyaji byen vit nan prezans divès konpoze, yo pwomèt pou devlopman metòd ki respekte anviwònman an pou trete dlo ki kontamine ak sibstans òganik15,16.
Selil alg yo ka retire iyon inòganik nan dlo atravè byosòpsyon ak akimilasyon17,18. Gen kèk espès alg tankou Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue ak Synechococcus sp. Yo te jwenn ke li pote e menm nouri iyon metal toksik tankou Fe2+, Cu2+, Zn2+ ak Mn2+19. Lòt etid yo montre ke iyon Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ oswa Pb2+ limite kwasans Scenedesmus lè yo chanje mòfoloji selilè epi detwi kloroplas yo20,21.
Metòd vèt pou dekonpozisyon polyan òganik yo ak eliminasyon iyon metal lou yo te atire atansyon syantis ak enjenyè atravè lemond. Sa a se sitou akòz lefèt ke kontaminan sa yo fasil pou trete nan faz likid la. Sepandan, polyan kristalin inòganik yo karakterize pa yon solubilite ki ba nan dlo ak yon sansiblite ki ba a divès biotransfòmasyon, sa ki lakòz gwo difikilte nan remèd, epi yo pa fè anpil pwogrè nan domèn sa a22,23,24,25,26. Kidonk, rechèch pou solisyon ki respekte anviwònman an pou reparasyon nanomateryèl yo rete yon domèn konplèks ak ki poko eksplore. Akòz gwo degre ensètitid konsènan efè biotransfòmasyon nanomateryèl 2D yo, pa gen okenn fason fasil pou chèche konnen chemen posib degradasyon yo pandan rediksyon.
Nan etid sa a, nou te itilize mikwoalg vèt kòm yon ajan byoremedyasyon akeuz aktif pou materyèl seramik inòganik, konbine avèk siveyans in situ nan pwosesis degradasyon MXene kòm yon reprezantan materyèl seramik inòganik. Tèm "MXene" nan reflete stokiyometri materyèl Mn+1XnTx la, kote M se yon metal tranzisyon bonè, X se kabòn ak/oswa azòt, Tx se yon terminateur sifas (pa egzanp, -OH, -F, -Cl), epi n = 1, 2, 3 oswa 427.28. Depi dekouvèt MXene yo pa Naguib et al. Sensorics, cancer therapy and membrane filtration 27,29,30. Anplis de sa, MXene yo ka konsidere kòm sistèm modèl 2D akòz ekselan estabilite koloidal yo ak posib entèraksyon byolojik31,32,33,34,35,36.
Se poutèt sa, metodoloji ki devlope nan atik sa a ak ipotèz rechèch nou yo montre nan Figi 1. Dapre ipotèz sa a, mikwoalg yo degrade MXen ki baze sou Nb an konpoze ki pa toksik akòz entèraksyon fiziko-chimik ki gen rapò ak sifas la, sa ki pèmèt plis rekiperasyon alg la. Pou teste ipotèz sa a, yo te chwazi de manm nan fanmi kabid metal tranzisyon ki baze sou niobyòm byen bonè ak/oswa nitrid (MXen), sètadi Nb2CTx ak Nb4C3TX.
Metodoloji rechèch ak ipotèz ki baze sou prèv pou rekiperasyon MXene pa mikwoalg vèt Raphidocelis subcapitata. Tanpri sonje ke sa a se jis yon reprezantasyon eskematik nan sipozisyon ki baze sou prèv. Anviwònman lak la diferan nan mwayen eleman nitritif yo itilize a ak kondisyon yo (pa egzanp, sik dièn ak limitasyon nan eleman nitritif esansyèl ki disponib yo). Kreye avèk BioRender.com.
Se poutèt sa, lè nou itilize MXene kòm yon sistèm modèl, nou louvri pòt pou etid divès efè byolojik ke nou pa ka obsève ak lòt nanomateryèl konvansyonèl yo. An patikilye, nou demontre posiblite byoremedyasyon nanomateryèl bidimensyonèl, tankou MXene ki baze sou niobyòm, pa mikwoalg Raphidocelis subcapitata. Mikwoalg yo kapab degrade Nb-MXene an oksid ki pa toksik NbO ak Nb2O5, ki bay eleman nitritif tou atravè mekanis absòpsyon niobyòm nan. An jeneral, etid sa a reponn yon kesyon fondamantal enpòtan sou pwosesis ki asosye ak entèraksyon fizikochimik sifas ki gouvène mekanis byoremedyasyon nanomateryèl bidimensyonèl yo. Anplis de sa, nou ap devlope yon metòd senp ki baze sou paramèt fòm pou swiv chanjman sibtil nan fòm nanomateryèl 2D yo. Sa enspire plis rechèch a kout tèm ak a long tèm sou divès enpak anviwònman nanomateryèl kristalin inòganik yo. Kidonk, etid nou an ogmante konpreyansyon sou entèraksyon ki genyen ant sifas materyèl la ak materyèl byolojik la. N ap bay baz tou pou etid elaji a kout tèm ak alontèm sou enpak posib yo sou ekosistèm dlo dous yo, ki kounye a ka fasil pou verifye.
MXèn yo reprezante yon klas materyèl enteresan ak pwopriyete fizik ak chimik inik ak atiran e pakonsekan anpil aplikasyon potansyèl. Pwopriyete sa yo depann anpil de stokiyometri ak chimi sifas yo. Se poutèt sa, nan etid nou an, nou te envestige de kalite MXèn yerarchize yon sèl kouch (SL) ki baze sou Nb, Nb2CTx ak Nb4C3TX, piske nou te ka obsève diferan efè byolojik nanomateryèl sa yo. MXèn yo pwodui apati materyèl depa yo pa grave selektif anwo-anba nan kouch A faz MAX atomikman mens. Faz MAX la se yon seramik tenè ki konpoze de blòk "kole" nan kabid metal tranzisyon ak kouch mens nan eleman "A" tankou Al, Si, ak Sn ak stokiyometri MnAXn-1. Mòfoloji faz MAX inisyal la te obsève pa mikwoskòp elektwonik optik (SEM) e li te konsistan avèk etid anvan yo (Gade Enfòmasyon Siplemantè, SI, Figi S1). Yo te jwenn Nb-MXèn miltikouch (ML) apre yo te retire kouch Al la ak 48% HF (asid fluoridrik). Yo te egzamine mòfoloji ML-Nb2CTx ak ML-Nb4C3TX la lè yo te itilize mikwoskòp elektwonik optik (SEM) (Figi S1c ak S1d respektivman) epi yo te obsève yon mòfoloji MXene tipik an kouch, menm jan ak nanoflokon bidimensyonèl ki pase nan fant ki gen fòm pò long. Toulede Nb-MXene yo gen anpil bagay an komen ak faz MXene yo te sentetize deja pa grave asid27,38. Apre nou te fin konfime estrikti MXene nan, nou te mete l an kouch pa entèkalasyon idroksid tetrabutilammonium (TBAOH) ki te swiv pa lave ak sonikasyon, apre sa nou te jwenn nanoflokon Nb-MXene 2D yon sèl kouch oswa yon kouch ba (SL).
Nou te itilize mikwoskòp elektwonik transmisyon wo rezolisyon (HRTEM) ak difraksyon reyon X (XRD) pou teste efikasite grave ak plis retire kouch. Rezilta HRTEM yo ki te trete lè l sèvi avèk Transfòme Fourier Rapid Envès (IFFT) ak Transfòme Fourier Rapid (FFT) yo montre nan Fig. 2. Nanoflokon Nb-MXene yo te oryante kwen anlè pou tcheke estrikti kouch atomik la epi mezire distans entèplanè yo. Imaj HRTEM nanoflokon MXene Nb2CTx ak Nb4C3TX yo te revele nati kouch mens atomik yo (gade Fig. 2a1, a2), jan Naguib et al.27 ak Jastrzębska et al.38 te rapòte deja. Pou de monokouch Nb2CTx ak Nb4C3Tx adjasan, nou te detèmine distans entèkouch 0.74 ak 1.54 nm, respektivman (Fig. 2b1,b2), ki dakò tou ak rezilta anvan nou yo38. Sa te konfime plis toujou pa transfòmasyon rapid Fourier envès la (Fig. 2c1, c2) ak transfòmasyon rapid Fourier la (Fig. 2d1, d2) ki montre distans ki genyen ant monokouch Nb2CTx ak Nb4C3Tx yo. Imaj la montre yon altènasyon bann klè ak bann nwa ki koresponn ak atòm niobyòm ak kabòn, ki konfime nati an kouch MXen yo etidye yo. Li enpòtan pou note ke spèk espektroskopi reyon X dispèsyon enèji (EDX) yo te jwenn pou Nb2CTx ak Nb4C3Tx (Figi S2a ak S2b) pa t montre okenn rès faz MAX orijinal la, piske yo pa t detekte okenn pik Al.
Karakterizasyon nanoflokon SL Nb2CTx ak Nb4C3Tx MXene, ki gen ladan (a) imaj nanoflokon 2D mikwoskòp elektwonik rezolisyon wo (HRTEM) ak korespondan, (b) mòd entansite, (c) transfòme Fourier rapid envès (IFFT), (d) transfòme Fourier rapid (FFT), (e) modèl reyon X Nb-MXene yo. Pou SL 2D Nb2CTx, nimewo yo eksprime kòm (a1, b1, c1, d1, e1). Pou SL 2D Nb4C3Tx, nimewo yo eksprime kòm (a2, b2, c2, d2, e1).
Mezi difraksyon reyon X MXen SL Nb2CTx ak Nb4C3Tx yo montre nan Fig. 2e1 ak e2, respektivman. Pik (002) nan 4.31 ak 4.32 koresponn ak MXen kouch Nb2CTx ak Nb4C3TX38,39,40,41 ki te dekri deja yo respektivman. Rezilta XRD yo endike tou prezans kèk estrikti ML rezidyèl ak faz MAX, men sitou modèl XRD ki asosye avèk SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2). Prezans patikil ki pi piti nan faz MAX la ka eksplike pik MAX ki pi fò a konpare ak kouch Nb4C3Tx ki anpile owaza yo.
Plis rechèch te konsantre sou mikwoalg vèt ki fè pati espès R. subcapitata a. Nou te chwazi mikwoalg paske yo se pwodiktè enpòtan ki enplike nan gwo rezo alimantè yo42. Yo se youn nan pi bon endikatè toksisite tou akòz kapasite yo pou retire sibstans toksik ki pote nan nivo ki pi wo nan chèn alimantè a43. Anplis de sa, rechèch sou R. subcapitata ka mete limyè sou toksisite aksidantèl SL Nb-MXenes yo pou mikwo-òganis dlo dous komen yo. Pou ilistre sa, chèchè yo te fè ipotèz ke chak mikwòb gen yon sansiblite diferan pou konpoze toksik ki prezan nan anviwònman an. Pou pifò òganis, konsantrasyon sibstans ki ba pa afekte kwasans yo, alòske konsantrasyon ki pi wo pase yon sèten limit ka anpeche yo oswa menm lakòz lanmò. Se poutèt sa, pou etid nou yo sou entèraksyon sifas ant mikwoalg ak MXenes yo ak rekiperasyon ki asosye a, nou te deside teste konsantrasyon Nb-MXenes yo ki pa danjere ak toksik. Pou fè sa, nou te teste konsantrasyon 0 (kòm referans), 0.01, 0.1 ak 10 mg l-1 MXene epi anplis de sa, nou te enfekte mikwoalg ak konsantrasyon MXene ki wo anpil (100 mg l-1 MXene), ki ka ekstrèm e letal pou nenpòt anviwònman byolojik.
Efè SL Nb-MXenes yo sou mikwoalg yo montre nan Figi 3, eksprime kòm pousantaj pwomosyon kwasans (+) oswa inibisyon (-) mezire pou echantiyon 0 mg l-1. Pou konparezon, yo te teste faz Nb-MAX la ak ML Nb-MXenes yo tou epi rezilta yo montre nan SI (gade Fig. S3). Rezilta yo jwenn yo konfime ke SL Nb-MXenes prèske konplètman san toksisite nan seri konsantrasyon ki ba soti nan 0.01 a 10 mg/l, jan yo montre nan Fig. 3a,b. Nan ka Nb2CTx la, nou pa obsève plis pase 5% ekotoksisite nan seri espesifye a.
Stimilasyon (+) oubyen inibisyon (-) kwasans mikwoalg an prezans SL (a) Nb2CTx ak (b) Nb4C3TX MXene. Yo te analize entèraksyon MXene-mikwoalg pandan 24, 48 ak 72 èdtan. Done enpòtan yo (tès-t, p < 0.05) te make ak yon asterisk (*). Done enpòtan yo (tès-t, p < 0.05) te make ak yon asterisk (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Done enpòtan yo (tès-t, p < 0.05) make ak yon asterisk (*).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-tès, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Done enpòtan yo (tès-t, p < 0.05) make ak yon asterisk (*).Flèch wouj yo endike abolisyon estimilasyon inibitè a.
Yon lòt bò, konsantrasyon Nb4C3TX ki ba yo te tounen yon ti kras pi toksik, men pa plis pase 7%. Jan nou te espere a, nou te obsève ke MXenes yo te gen pi gwo toksisite ak anpèchman kwasans mikwoalg nan 100mg L-1. Sa ki enteresan, okenn nan materyèl yo pa t montre menm tandans ak depandans tan pou efè atoksik/toksik konpare ak echantiyon MAX oswa ML yo (gade SI pou plis detay). Pandan ke pou faz MAX la (gade Fig. S3) toksisite a te rive apeprè 15-25% epi li te ogmante avèk tan, tandans envès la te obsève pou SL Nb2CTx ak Nb4C3TX MXene. Anpèchman kwasans mikwoalg la te diminye avèk tan. Li te rive apeprè 17% apre 24 èdtan epi li te desann a mwens pase 5% apre 72 èdtan (Fig. 3a, b, respektivman).
Pi enpòtan toujou, pou SL Nb4C3TX, anpèchman kwasans mikwoalg la te rive nan anviwon 27% apre 24 èdtan, men apre 72 èdtan li te diminye a anviwon 1%. Se poutèt sa, nou te make efè obsève a kòm anpèchman envès estimilasyon, epi efè a te pi fò pou SL Nb4C3TX MXene. Yo te note estimilasyon kwasans mikwoalg la pi bonè ak Nb4C3TX (entèraksyon a 10 mg L-1 pandan 24 èdtan) konpare ak SL Nb2CTx MXene. Yo te byen montre efè ranvèsman anpèchman-estimilasyon an tou nan koub to doubleman byomas la (gade Fig. S4 pou plis detay). Jiskaprezan, se sèlman ekotoksisite Ti3C2TX MXene ki te etidye nan diferan fason. Li pa toksik pou anbriyon pwason zebra44 men li modere ekotoksik pou mikwoalg plant Desmodesmus quadricauda ak Sorghum saccharatum45. Lòt egzanp efè espesifik yo enkli pi gwo toksisite pou liy selil kansè pase pou liy selil nòmal46,47. Nou te ka sipoze ke kondisyon tès yo ta enfliyanse chanjman nan kwasans mikwoalg yo obsève an prezans Nb-MXenes. Pa egzanp, yon pH anviwon 8 nan estwòm kloroplas la se optimal pou fonksyònman efikas anzim RuBisCO a. Se poutèt sa, chanjman pH yo afekte vitès fotosentèz la negativman48,49. Sepandan, nou pa t obsève chanjman siyifikatif nan pH pandan eksperyans lan (gade SI, Fig. S5 pou plis detay). An jeneral, kilti mikwoalg ak Nb-MXenes yo te diminye pH solisyon an yon ti kras sou tan. Sepandan, diminisyon sa a te sanble ak yon chanjman nan pH yon medyòm pi. Anplis de sa, seri varyasyon yo te jwenn yo te sanble ak sa yo mezire pou yon kilti mikwoalg pi (echantiyon kontwòl). Kidonk, nou konkli ke fotosentèz pa afekte pa chanjman nan pH sou tan.
Anplis de sa, MXen sentetize yo gen bout sifas (yo deziyen kòm Tx). Sa yo se sitou gwoup fonksyonèl -O, -F ak -OH. Sepandan, chimi sifas la dirèkteman gen rapò ak metòd sentèz la. Gwoup sa yo li te ye pou yo distribye owaza sou sifas la, sa ki fè li difisil pou predi efè yo sou pwopriyete MXen50. Nou ka diskite ke Tx ta ka fòs katalitik pou oksidasyon niobyòm pa limyè. Gwoup fonksyonèl sifas yo bay plizyè sit ankraj pou fotokatalizè kache yo pou fòme eterojonksyon51. Sepandan, konpozisyon mwayen kwasans lan pa t bay yon fotokatalizè efikas (ou ka jwenn konpozisyon mwayen detaye nan Tablo SI S6). Anplis de sa, nenpòt modifikasyon sifas trè enpòtan tou, paske aktivite byolojik MXen yo ka chanje akòz pòs-pwosesis kouch, oksidasyon, modifikasyon chimik sifas konpoze òganik ak inòganik52,53,54,55,56 oswa jeni chaj sifas38. Se poutèt sa, pou nou teste si oksid niobyòm gen rapò ak enstabilite materyèl nan medyòm nan, nou te fè etid sou potansyèl zeta (ζ) nan medyòm kwasans mikwoalg ak dlo deyonize (pou konparezon). Rezilta nou yo montre ke SL Nb-MXenes yo san patipri estab (gade SI Fig. S6 pou rezilta MAX ak ML). Potansyèl zeta SL MXenes yo se anviwon -10 mV. Nan ka SR Nb2CTx, valè ζ la yon ti jan pi negatif pase sa Nb4C3Tx. Yon chanjman konsa nan valè ζ la ka endike ke sifas nanoflokon MXenes ki chaje negatif absòbe iyon ki chaje pozitivman nan medyòm kilti a. Mezi tanporèl potansyèl zeta ak konduktivite Nb-MXenes yo nan medyòm kilti a (gade Figi S7 ak S8 nan SI pou plis detay) sanble sipòte ipotèz nou an.
Sepandan, tou de Nb-MXene SL yo te montre chanjman minimòm apati zewo. Sa demontre klèman estabilite yo nan mwayen kwasans mikwoalg la. Anplis de sa, nou te evalye si prezans mikwoalg vèt nou an ta afekte estabilite Nb-MXenes yo nan mwayen an. Rezilta potansyèl zeta ak konduktivite MXenes yo apre entèraksyon ak mikwoalg nan mwayen eleman nitritif ak kilti sou tan ka jwenn nan SI (Figi S9 ak S10). Sa ki enteresan, nou remake ke prezans mikwoalg yo te sanble estabilize dispèsyon tou de MXenes yo. Nan ka Nb2CTx SL la, potansyèl zeta a te menm diminye yon ti kras sou tan rive nan valè ki pi negatif (-15.8 kont -19.1 mV apre 72 èdtan enkubasyon). Potansyèl zeta SL Nb4C3TX la te ogmante yon ti kras, men apre 72 èdtan li toujou montre pi gwo estabilite pase nanoflokon san prezans mikwoalg (-18.1 kont -9.1 mV).
Nou te jwenn tou yon konduktivite ki pi ba nan solisyon Nb-MXene yo ki enkube an prezans mikwoalg, sa ki endike yon kantite iyon ki pi ba nan milye eleman nitritif la. Li enpòtan pou note ke enstabilite MXene yo nan dlo a sitou akòz oksidasyon sifas57. Se poutèt sa, nou sispèk ke mikwoalg vèt yo te yon jan kanmenm netwaye oksid ki te fòme sou sifas Nb-MXene nan e menm anpeche yo parèt (oksidasyon MXene). Nou ka wè sa lè nou etidye kalite sibstans mikwoalg yo absòbe.
Malgre ke etid ekotoksikolojik nou yo te endike ke mikwoalg yo te kapab simonte toksisite Nb-MXenes yo sou tan ak anpèchman etranj kwasans stimulé a, objektif etid nou an sete pou envestige posib mekanis aksyon yo. Lè òganis tankou alg yo ekspoze a konpoze oswa materyèl ki pa abitye ak ekosistèm yo, yo ka reyaji nan plizyè fason58,59. Nan absans oksid metal toksik, mikwoalg yo ka nouri tèt yo, sa ki pèmèt yo grandi kontinyèlman60. Apre enjèstyon sibstans toksik, mekanis defans yo ka aktive, tankou chanje fòm oswa aparans. Posibilite absòpsyon an dwe konsidere tou58,59. Li enpòtan pou note ke nenpòt siy yon mekanis defans se yon endikatè klè sou toksisite konpoze tès la. Se poutèt sa, nan travay nou an ki vin apre a, nou te envestige potansyèl entèraksyon sifas ant nanoflokon SL Nb-MXene ak mikwoalg pa SEM ak posib absòpsyon MXene ki baze sou Nb pa spektroskopi fliyoresans reyon X (XRF). Remake byen ke analiz SEM ak XRF yo te fèt sèlman nan pi gwo konsantrasyon MXene pou adrese pwoblèm toksisite aktivite.
Rezilta SEM yo montre nan Fig.4. Selil mikwoalg ki pa trete yo (gade Fig. 4a, echantiyon referans) te montre klèman yon mòfoloji tipik R. subcapitata ak yon fòm selil ki sanble ak kwasan. Selil yo parèt aplati e yon ti jan dezòganize. Gen kèk selil mikwoalg ki te sipèpoze epi ki te mele youn ak lòt, men sa te pwobableman koze pa pwosesis preparasyon echantiyon an. An jeneral, selil mikwoalg pi yo te gen yon sifas lis e yo pa t montre okenn chanjman mòfolojik.
Imaj SEM ki montre entèraksyon sifas ant mikwoalg vèt ak fèy nano MXene apre 72 èdtan entèraksyon nan konsantrasyon ekstrèm (100 mg L-1). (a) Mikwoalg vèt ki pa trete apre entèraksyon ak SL (b) Nb2CTx ak (c) Nb4C3TX MXene yo. Remake byen ke nanoflokon Nb-MXene yo make ak flèch wouj. Pou konparezon, foto ki soti nan yon mikwoskòp optik yo te ajoute tou.
Okontrè, selil mikwoalg ki te adsorbe pa nanoflokon SL Nb-MXene yo te domaje (gade Fig. 4b, c, flèch wouj). Nan ka Nb2CTx MXene (Fig. 4b), mikwoalg yo gen tandans grandi ak nanoechèl bidimensyonèl tache, sa ki ka chanje mòfoloji yo. Li enpòtan pou note ke nou te obsève chanjman sa yo tou anba mikwoskòp optik (gade Figi SI S11 pou plis detay). Tranzisyon mòfolojik sa a gen yon baz ki posib nan fizyoloji mikwoalg yo ak kapasite yo pou defann tèt yo lè yo chanje mòfoloji selilè, tankou ogmante volim selilè61. Se poutèt sa, li enpòtan pou tcheke kantite selil mikwoalg ki aktyèlman an kontak ak Nb-MXene yo. Etid SEM yo te montre ke apeprè 52% nan selil mikwoalg yo te ekspoze a Nb-MXene yo, pandan ke 48% nan selil mikwoalg sa yo te evite kontak. Pou SL Nb4C3Tx MXene, mikwoalg yo eseye evite kontak ak MXene, kidonk lokalize epi grandi soti nan nanoechèl bidimensyonèl (Fig. 4c). Sepandan, nou pa t obsève pénétration nanoechèl yo nan selil mikwoalg yo ak domaj yo.
Oto-prezèvasyon se tou yon konpòtman repons ki depann de tan an fas ak blokaj fotosentèz akòz adsorpsyon patikil sou sifas selil la ak sa yo rele efè lonbraj (shading)62. Li klè ke chak objè (pa egzanp, nanoflokon Nb-MXene) ki ant mikwoalg yo ak sous limyè a limite kantite limyè klowoplas yo absòbe. Sepandan, nou pa gen dout ke sa gen yon enpak siyifikatif sou rezilta yo jwenn. Jan obsèvasyon mikwoskopik nou yo montre, nanoflokon 2D yo pa t konplètman vlope oswa kole sou sifas mikwoalg yo, menm lè selil mikwoalg yo te an kontak ak Nb-MXene yo. Okontrè, nanoflokon yo te oryante sou selil mikwoalg yo san yo pa kouvri sifas yo. Yon seri nanoflokon/mikwoalg konsa pa ka limite kantite limyè selil mikwoalg yo absòbe anpil. Anplis, gen kèk etid ki menm demontre yon amelyorasyon nan absòpsyon limyè pa òganis fotosentetik yo an prezans nanomateryèl bidimansyonèl63,64,65,66.
Piske imaj SEM yo pa t kapab konfime dirèkteman absòpsyon niobyòm pa selil mikwoalg yo, etid nou an te tounen nan analiz fliyoresans reyon X (XRF) ak spektroskopi fotoelèktron reyon X (XPS) pou klarifye pwoblèm sa a. Se poutèt sa, nou te konpare entansite pik Nb echantiyon mikwoalg referans ki pa t kominike avèk MXen yo, nanoflokon MXen ki detache de sifas selil mikwoalg yo, ak selil mikwoalg apre yo fin retire MXen ki tache yo. Li enpòtan pou note ke si pa gen okenn absòpsyon Nb, valè Nb selil mikwoalg yo jwenn nan ta dwe zewo apre yo fin retire nanoechèl ki tache yo. Se poutèt sa, si absòpsyon Nb rive, rezilta XRF ak XPS yo ta dwe montre yon pik Nb klè.
Nan ka spèk XRF yo, echantiyon mikwoalg yo te montre pik Nb pou SL Nb2CTx ak Nb4C3Tx MXene apre entèraksyon avèk SL Nb2CTx ak Nb4C3Tx MXene (gade Fig. 5a, note tou ke rezilta yo pou MAX ak ML MXene yo montre nan SI, Fig S12–C17). Sa ki enteresan, entansite pik Nb a se menm nan tou de ka yo (ba wouj nan Fig. 5a). Sa endike ke alg la pa t kapab absòbe plis Nb, epi kapasite maksimòm pou akimilasyon Nb te atenn nan selil yo, byenke de fwa plis Nb4C3Tx MXene te tache ak selil mikwoalg yo (ba ble nan Fig. 5a). Li enpòtan pou note ke kapasite mikwoalg yo pou absòbe metal yo depann de konsantrasyon oksid metal yo nan anviwònman an67,68. Shamshada et al.67 te jwenn ke kapasite absòpsyon alg dlo dous la diminye lè pH la ogmante. Raize et al.68 te note ke kapasite alg yo pou absòbe metal te anviwon 25% pi wo pou Pb2+ pase pou Ni2+.
(a) Rezilta XRF pou absòpsyon bazal Nb pa selil mikwoalg vèt yo ki enkube nan yon konsantrasyon ekstrèm SL Nb-MXenes (100 mg L-1) pandan 72 èdtan. Rezilta yo montre prezans α nan selil mikwoalg pi (echantiyon kontwòl, kolòn gri), nanoflokon 2D izole nan selil mikwoalg sifas yo (kolòn ble), ak selil mikwoalg apre separasyon nanoflokon 2D yo nan sifas la (kolòn wouj). Kantite Nb elemantè, (b) pousantaj konpozisyon chimik konpozan òganik mikwoalg yo (C=O ak CHx/C–O) ak oksid Nb ki prezan nan selil mikwoalg apre enkubasyon ak SL Nb-MXenes, (c–e) Ajisteman pik konpozisyonèl spèk XPS SL Nb2CTx ak (fh) SL Nb4C3Tx MXene entènalize pa selil mikwoalg yo.
Se poutèt sa, nou te espere ke selil alg yo te kapab absòbe Nb sou fòm oksid. Pou teste sa, nou te fè etid XPS sou MXenes Nb2CTx ak Nb4C3TX ak selil alg. Rezilta entèraksyon mikwoalg ak Nb-MXenes ak MXenes izole nan selil alg yo montre nan Fig. 5b. Jan nou te espere a, nou te detekte pik Nb 3d nan echantiyon mikwoalg yo apre yo te fin retire MXen nan sifas mikwoalg la. Detèminasyon kantitatif C=O, CHx/CO, ak oksid Nb yo te kalkile baze sou spèk Nb 3d, O 1s, ak C 1s yo te jwenn ak Nb2CTx SL (Fig. 5c–e) ak Nb4C3Tx SL (Fig. 5c–e). ) yo te jwenn nan mikwoalg enkube yo. Figi 5f–h) MXenes. Tablo S1-3 montre detay paramèt pik yo ak chimi jeneral ki soti nan ajisteman an. Li enpòtan pou note ke rejyon Nb 3d nan Nb2CTx SL ak Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) koresponn ak yon sèl konpozan Nb2O5. La a, nou pa jwenn okenn pik ki gen rapò ak MXene nan spectre yo, sa ki endike ke selil mikwoalg yo absòbe sèlman fòm oksid Nb la. Anplis de sa, nou te apwoksime spectre C 1 s la ak konpozan C–C, CHx/C–O, C=O, ak –COOH yo. Nou te asiyen pik CHx/C–O ak C=O yo kòm kontribisyon òganik selil mikwoalg yo. Konpozan òganik sa yo reprezante 36% ak 41% nan pik C 1s yo nan Nb2CTx SL ak Nb4C3TX SL, respektivman. Apre sa, nou te ajiste spectre O 1s SL Nb2CTx ak SL Nb4C3TX yo ak Nb2O5, konpozan òganik mikwoalg yo (CHx/CO), ak dlo ki te absòbe sou sifas la.
Finalman, rezilta XPS yo te endike klèman fòm Nb a, pa sèlman prezans li. Selon pozisyon siyal Nb 3d a ak rezilta dekonvolisyon an, nou konfime ke Nb absòbe sèlman sou fòm oksid epi non pa sou fòm iyon oswa MXene li menm. Anplis de sa, rezilta XPS yo te montre ke selil mikwoalg yo gen yon pi gwo kapasite pou absòbe oksid Nb nan SL Nb2CTx konpare ak SL Nb4C3TX MXene.
Malgre rezilta absòpsyon Nb nou yo enpresyonan epi pèmèt nou idantifye degradasyon MXene, pa gen okenn metòd disponib pou swiv chanjman mòfolojik ki asosye yo nan nanoflokon 2D yo. Se poutèt sa, nou te deside tou devlope yon metòd apwopriye ki ka reponn dirèkteman a nenpòt chanjman ki rive nan nanoflokon 2D Nb-MXene ak selil mikwoalg yo. Li enpòtan pou note ke nou sipoze ke si espès ki entèraji yo sibi nenpòt transfòmasyon, dekonpozisyon oswa defragmantasyon, sa ta dwe manifeste tèt li byen vit kòm chanjman nan paramèt fòm yo, tankou dyamèt zòn sikilè ekivalan an, awondi, lajè Feret, oswa longè Feret. Piske paramèt sa yo apwopriye pou dekri patikil long oswa nanoflokon bidimensyonèl, swiv yo pa analiz fòm patikil dinamik pral ban nou enfòmasyon enpòtan sou transfòmasyon mòfolojik nanoflokon SL Nb-MXene yo pandan rediksyon.
Rezilta yo jwenn yo montre nan Figi 6. Pou konparezon, nou te teste tou faz MAX orijinal la ak ML-MXenes yo (gade Figi SI S18 ak S19). Analiz dinamik fòm patikil la te montre ke tout paramèt fòm de SL Nb-MXene yo te chanje anpil apre entèraksyon ak mikwoalg yo. Jan paramèt dyamèt zòn sikilè ekivalan an montre (Fig. 6a, b), entansite pik ki redwi nan fraksyon gwo nanoflokon yo endike ke yo gen tandans dekonpoze an fragman ki pi piti. Nan fig. 6c, d montre yon diminisyon nan pik ki asosye ak gwosè transvèsal flokon yo (elongasyon nanoflokon yo), ki endike transfòmasyon nanoflokon 2D yo nan yon fòm ki pi sanble ak patikil. Figi 6e-h ki montre lajè ak longè Feret la, respektivman. Lajè ak longè Feret la se paramèt konplemantè e pakonsekan yo ta dwe konsidere ansanm. Apre enkubasyon nanoflokon 2D Nb-MXene yo an prezans mikwoalg, pik korelasyon Feret yo te deplase e entansite yo te diminye. Baze sou rezilta sa yo an konbinezon avèk mòfoloji, XRF ak XPS, nou konkli ke chanjman obsève yo gen yon gwo rapò ak oksidasyon pandan MXen oksidize yo vin pi ride epi kraze an fragman ak patikil oksid esferik69,70.
Analiz transfòmasyon MXene apre entèraksyon ak mikwoalg vèt yo. Analiz fòm patikil dinamik la pran an kont paramèt tankou (a, b) dyamèt sifas sikilè ekivalan an, (c, d) awondi, (e, f) lajè Feret ak (g, h) longè Feret. Pou sa, yo te analize de echantiyon mikwoalg referans ansanm ak MXen SL Nb2CTx ak SL Nb4C3Tx prensipal yo, MXen SL Nb2CTx ak SL Nb4C3Tx yo, mikwoalg degrade, ak mikwoalg SL Nb2CTx ak SL Nb4C3Tx MXen trete yo. Flèch wouj yo montre tranzisyon paramèt fòm nanoflokon bidimansyonèl yo etidye a.
Piske analiz paramèt fòm yo trè fyab, li kapab revele tou chanjman mòfolojik nan selil mikwoalg yo. Se poutèt sa, nou te analize dyamèt zòn sikilè ekivalan an, awondi, ak lajè/longè Feret selil mikwoalg pi yo ak selil yo apre entèraksyon ak nanoflokon Nb 2D yo. Sou fig. 6a-h yo montre chanjman nan paramèt fòm selil alg yo, jan sa pwouve pa yon diminisyon nan entansite pik la ak yon deplasman maksimòm yo nan direksyon valè ki pi wo yo. An patikilye, paramèt awondi selil yo te montre yon diminisyon nan selil long ak yon ogmantasyon nan selil esferik yo (Fig. 6a, b). Anplis de sa, lajè selil Feret la ogmante pa plizyè mikwomèt apre entèraksyon ak SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) konpare ak SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f). Nou sispèk ke sa ka akòz gwo absòpsyon oksid Nb pa mikwoalg yo lè yo entèraksyon ak Nb2CTx SR. Mwens atachman rijid flokon Nb yo sou sifas yo ka lakòz kwasans selilè ak yon efè lonbraj minimòm.
Obsèvasyon nou yo sou chanjman nan paramèt fòm ak gwosè mikwoalg yo konplete lòt etid yo. Mikwoalg vèt yo ka chanje mòfoloji yo an repons a estrès anviwònman an lè yo chanje gwosè selil, fòm oswa metabolis61. Pa egzanp, chanje gwosè selil yo fasilite absòpsyon eleman nitritif yo71. Selil alg ki pi piti yo montre yon pi ba absòpsyon eleman nitritif ak yon to kwasans ki diminye. Okontrè, selil ki pi gwo yo gen tandans konsome plis eleman nitritif, ki Lè sa a, depoze entraselulè72,73. Machado ak Soares te jwenn ke fonjisid triklozan an ka ogmante gwosè selil la. Yo te jwenn tou gwo chanjman nan fòm alg la74. Anplis de sa, Yin et al.9 te revele tou chanjman mòfolojik nan alg apre ekspozisyon a nanokonpozit oksid grafèn redwi. Se poutèt sa, li klè ke paramèt gwosè/fòm mikwoalg yo ki chanje yo koze pa prezans MXene. Piske chanjman sa a nan gwosè ak fòm endike chanjman nan absòpsyon eleman nitritif yo, nou kwè ke analiz paramèt gwosè ak fòm sou tan ka demontre absòpsyon oksid niobyòm pa mikwoalg an prezans Nb-MXene.
Anplis, MXen yo ka okside an prezans alg. Dalai et al.75 te obsève ke mòfoloji alg vèt ki ekspoze a nano-TiO2 ak Al2O376 pa t inifòm. Malgre ke obsèvasyon nou yo sanble ak etid sa a, li sèlman enpòtan pou etid efè byoremedyasyon an tèm de pwodwi degradasyon MXen an prezans nanoflokon 2D epi non pa nanopartikil. Piske MXen yo ka degrade an oksid metal,31,32,77,78 li rezonab pou sipoze ke nanoflokon Nb nou yo kapab fòme oksid Nb tou apre yo fin kominike avèk selil mikwoalg yo.
Pou nou te kapab eksplike rediksyon nanoflokon 2D-Nb yo atravè yon mekanis dekonpozisyon ki baze sou pwosesis oksidasyon an, nou te fè etid lè l sèvi avèk mikwoskòp elektwonik transmisyon wo rezolisyon (HRTEM) (Fig. 7a,b) ak spektroskopi fotoelektwon reyon X (XPS) (Fig. 7). 7c-i ak tablo S4-5). Toulede apwòch yo apwopriye pou etidye oksidasyon materyèl 2D epi yo konplete youn lòt. HRTEM kapab analize degradasyon estrikti kouch bidimensyonèl ak aparans nanopartikil oksid metal ki vin apre a, alòske XPS sansib a lyezon sifas yo. Pou rezon sa a, nou te teste nanoflokon 2D Nb-MXene yo ekstrè nan dispèsyon selil mikwoalg, sa vle di, fòm yo apre entèraksyon ak selil mikwoalg yo (gade Fig. 7).
Imaj HRTEM ki montre mòfoloji (a) SL Nb2CTx ak (b) SL Nb4C3Tx MXenes oksidize yo, rezilta analiz XPS ki montre (c) konpozisyon pwodwi oksid yo apre rediksyon, (d-f) matche pik konpozan spectre XPS SL Nb2CTx ak (g-i) Nb4C3Tx SL repare ak mikwoalg vèt.
Etid HRTEM yo te konfime oksidasyon de kalite nanoflokon Nb-MXene. Malgre ke nanoflokon yo te kenbe mòfoloji bidimensyonèl yo nan yon sèten mezi, oksidasyon an te lakòz aparans anpil nanopartikil ki kouvri sifas nanoflokon MXene yo (gade Fig. 7a,b). Analiz XPS siyal c Nb 3d ak O 1s yo te endike ke oksid Nb te fòme nan tou de ka yo. Jan yo montre nan Figi 7c, 2D MXene Nb2CTx ak Nb4C3TX gen siyal Nb 3d ki endike prezans oksid NbO ak Nb2O5, pandan ke siyal O 1s yo endike kantite lyezon O-Nb ki asosye ak fonksyonalizasyon sifas nanoflokon 2D a. Nou remake ke kontribisyon oksid Nb a dominan konpare ak Nb-C ak Nb3+-O.
Nan fig. 7g–i yo montre spèk XPS Nb 3d, C 1s, ak O 1s SL Nb2CTx (gade Fig. 7d–f) ak SL Nb4C3TX MXene izole nan selil mikwoalg. Detay sou paramèt pik Nb-MXene yo bay nan Tablo S4–5, respektivman. Nou te premye analize konpozisyon Nb 3d la. Kontrèman ak Nb ki absòbe pa selil mikwoalg yo, nan MXene izole nan selil mikwoalg yo, apa de Nb2O5, nou te jwenn lòt konpozan. Nan Nb2CTx SL la, nou te obsève kontribisyon Nb3+-O nan kantite 15%, alòske rès spèk Nb 3d la te domine pa Nb2O5 (85%). Anplis de sa, echantiyon SL Nb4C3TX la gen konpozan Nb-C (9%) ak Nb2O5 (91%). Isit la, Nb-C soti nan de kouch atomik entèn nan karbi metal nan Nb4C3Tx SR. Apre sa, nou trase spectre C 1s yo sou kat konpozan diferan, jan nou te fè nan echantiyon entènal yo. Jan nou te espere a, spectre C 1s la domine pa kabòn grafit, ki te swiv pa kontribisyon patikil òganik (CHx/CO ak C=O) ki soti nan selil mikwoalg. Anplis de sa, nan spectre O 1s la, nou obsève kontribisyon fòm òganik selil mikwoalg yo, oksid niobyòm, ak dlo adsorbe.
Anplis de sa, nou te envestige si klivaj Nb-MXenes yo asosye avèk prezans espès oksijèn reyaktif (ROS) nan mwayen eleman nitritif la ak/oswa selil mikwoalg yo. Pou rezon sa a, nou te evalye nivo oksijèn singlet (1O2) nan mwayen kilti a ak glutatyon entraselulè, yon tyòl ki aji kòm yon antioksidan nan mikwoalg yo. Rezilta yo montre nan SI (Figi S20 ak S21). Kilti ak SL Nb2CTx ak Nb4C3TX MXenes yo te karakterize pa yon kantite 1O2 redwi (gade Figi S20). Nan ka SL Nb2CTx, MXen 1O2 redwi a apeprè 83%. Pou kilti mikwoalg ki itilize SL, Nb4C3TX 1O2 diminye plis toujou, a 73%. Sa ki enteresan, chanjman nan 1O2 te montre menm tandans ak efè inibitwa-estimilatwa ki te obsève deja a (gade Fig. 3). Nou ka diskite ke enkubasyon nan limyè klere ka modifye fotooksidasyon an. Sepandan, rezilta analiz kontwòl la te montre nivo 1O2 prèske konstan pandan eksperyans lan (Fig. S22). Nan ka nivo ROS entraselulè yo, nou te obsève menm tandans desandan an tou (gade Figi S21). Okòmansman, nivo ROS nan selil mikwoalg ki te kiltive an prezans Nb2CTx ak Nb4C3Tx SL yo te depase nivo yo te jwenn nan kilti pi mikwoalg yo. Sepandan, finalman, li te parèt ke mikwoalg yo te adapte ak prezans tou de Nb-MXen yo, paske nivo ROS yo te diminye a 85% ak 91% nan nivo yo mezire nan kilti pi mikwoalg ki te inokile ak SL Nb2CTx ak Nb4C3TX, respektivman. Sa ka endike ke mikwoalg yo santi yo pi alèz sou tan an prezans Nb-MXene pase nan mwayen eleman nitritif sèlman.
Mikwoalg yo se yon gwoup divès òganis fotosentetik. Pandan fotosentèz, yo konvèti diyoksid kabòn atmosferik (CO2) an kabòn òganik. Pwodwi fotosentèz yo se glikoz ak oksijèn79. Nou sispèk ke oksijèn ki fòme konsa jwe yon wòl enpòtan nan oksidasyon Nb-MXen yo. Yon eksplikasyon posib pou sa a se ke paramèt aere diferansyèl la fòme nan presyon pasyèl oksijèn ki ba ak wo deyò ak andedan nanoflokon Nb-MXen yo. Sa vle di ke tout kote gen zòn ki gen diferan presyon pasyèl oksijèn, zòn ki gen nivo ki pi ba a pral fòme anod 80, 81, 82. La, mikwoalg yo kontribye nan kreyasyon selil ki gen aere diferansyèl sou sifas flokon MXen yo, ki pwodui oksijèn akòz pwopriyete fotosentetik yo. Kòm rezilta, pwodwi byokorozyon (nan ka sa a, oksid niobyòm) fòme. Yon lòt aspè se ke mikwoalg ka pwodui asid òganik ki lage nan dlo a83,84. Se poutèt sa, yon anviwònman agresif fòme, kidonk chanje Nb-MXen yo. Anplis de sa, mikwoalg ka chanje pH anviwònman an an alkalin akòz absòpsyon diyoksid kabòn, ki kapab lakòz tou korozyon79.
Pi enpòtan toujou, fotoperyòd fènwa/klere ki te itilize nan etid nou an enpòtan anpil pou konprann rezilta yo jwenn yo. Aspè sa a dekri an detay nan Djemai-Zoghlache et al. 85 Yo te itilize yon fotoperyòd 12/12 èdtan pou demontre biokorozyon ki asosye avèk biofouling pa mikwoalg wouj Porphyridium purpureum nan. Yo montre ke fotoperyòd la asosye avèk evolisyon potansyèl la san biokorozyon, ki manifeste tèt li kòm osilasyon pseudoperiodik alantou minwi. Dowling et al. te konfime obsèvasyon sa yo. 86 Yo te demontre biofilm fotosentetik syanobakteri Anabaena. Oksijèn ki fonn fòme anba aksyon limyè, ki asosye avèk yon chanjman oswa fluktuasyon nan potansyèl biokorozyon lib la. Enpòtans fotoperyòd la mete aksan sou lefèt ke potansyèl lib pou biokorozyon an ogmante nan faz limyè a epi li diminye nan faz fènwa a. Sa a se akòz oksijèn ki pwodui pa mikwoalg fotosentetik yo, ki enfliyanse reyaksyon katodik la atravè presyon pasyèl ki pwodui toupre elektwòd yo87.
Anplis de sa, yo te fè spektroskopi enfrawouj transfòme Fourier (FTIR) pou chèche konnen si te gen nenpòt chanjman ki te fèt nan konpozisyon chimik selil mikwoalg yo apre entèraksyon ak Nb-MXenes yo. Rezilta sa yo jwenn yo konplèks epi nou prezante yo nan SI (Figi S23-S25, ki gen ladan rezilta etap MAX ak ML MXenes yo). An brèf, spèk referans mikwoalg yo jwenn yo ban nou enfòmasyon enpòtan sou karakteristik chimik òganis sa yo. Vibrasyon ki pi pwobab sa yo sitiye nan frekans 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.11 (C–H) ak 3280 cm–1 (O–H). Pou SL Nb-MXenes yo, nou te jwenn yon siyati etannman lyezon CH ki konsistan avèk etid anvan nou an38. Sepandan, nou obsève ke kèk lòt pik ki asosye avèk lyezon C=C ak CH yo te disparèt. Sa endike ke konpozisyon chimik mikwoalg yo ka sibi ti chanjman akòz entèraksyon avèk SL Nb-MXenes yo.
Lè n ap konsidere posib chanjman nan byochimik mikwoalg yo, li nesesè pou rekonsidere akimilasyon oksid inòganik yo, tankou oksid niobyòm59. Li enplike nan absòpsyon metal pa sifas selil la, transpò yo nan sitoplas la, asosyasyon yo ak gwoup karboksil entraselulè yo, ak akimilasyon yo nan polifosfozòm mikwoalg20,88,89,90. Anplis de sa, relasyon ki genyen ant mikwoalg ak metal yo kenbe pa gwoup fonksyonèl selil yo. Pou rezon sa a, absòpsyon an depann tou de chimi sifas mikwoalg la, ki se byen konplèks9,91. An jeneral, jan yo te espere a, konpozisyon chimik mikwoalg vèt la te chanje yon ti kras akòz absòpsyon oksid Nb la.
Sa ki enteresan, premye anpèchman mikwoalg yo te obsève a te revèsib sou tan. Jan nou te obsève a, mikwoalg yo te simonte chanjman anviwònman inisyal la epi finalman yo te retounen nan to kwasans nòmal e menm ogmante. Etid sou potansyèl zeta a montre yon gwo estabilite lè yo te entwodui yo nan yon medya eleman nitritif. Kidonk, entèraksyon sifas ant selil mikwoalg yo ak nanoflokon Nb-MXene yo te mentni pandan tout eksperyans rediksyon yo. Nan analiz plis nou an, nou rezime prensipal mekanis aksyon ki kache dèyè konpòtman remakab mikwoalg sa a.
Obsèvasyon SEM yo montre ke mikwoalg yo gen tandans tache ak Nb-MXenes yo. Lè nou itilize analiz imaj dinamik, nou konfime ke efè sa a mennen nan transfòmasyon nanoflokon Nb-MXenes bidimensyonèl yo an patikil ki pi esferik, kidonk demontre ke dekonpozisyon nanoflokon yo asosye avèk oksidasyon yo. Pou teste ipotèz nou an, nou te fè yon seri etid materyèl ak byochimik. Apre tès la, nanoflokon yo te piti piti okside epi dekonpoze an pwodwi NbO ak Nb2O5, ki pa t poze yon menas pou mikwoalg vèt yo. Lè nou itilize obsèvasyon FTIR, nou pa jwenn okenn chanjman siyifikatif nan konpozisyon chimik mikwoalg yo ki te enkube an prezans nanoflokon Nb-MXenes 2D yo. Lè nou pran an kont posibilite pou mikwoalg yo absòbe oksid niobyòm, nou te fè yon analiz fliyoresans reyon X. Rezilta sa yo montre aklè ke mikwoalg yo etidye yo manje oksid niobyòm (NbO ak Nb2O5), ki pa toksik pou mikwoalg yo etidye yo.