Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við gera síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Hröð þróun nanótækni og samþætting hennar inn í hversdagslega notkun getur ógnað umhverfinu.Þó að grænar aðferðir við niðurbrot lífrænna aðskotaefna séu vel þekktar er endurheimt ólífrænna kristallaðra aðskotaefna stórt áhyggjuefni vegna lítillar næmis þeirra fyrir lífumbreytingum og skorts á skilningi á samskiptum efnisyfirborðs við líffræðilega.Hér notum við Nb-undirstaða ólífræn 2D MXenes líkan ásamt einfaldri formbreytugreiningaraðferð til að rekja lífhreinsunarkerfi 2D keramik nanóefna af grænu örþörungunum Raphidocelis subcapitata.Við komumst að því að örþörungar brjóta niður Nb-undirstaða MXenes vegna yfirborðstengdra eðlis-efnafræðilegra milliverkana.Upphaflega voru eins- og fjöllaga MXene nanóflög fest við yfirborð örþörunga sem dró nokkuð úr þörungavexti.Hins vegar, við langvarandi samskipti við yfirborðið, oxuðu örþörungar MXene nanóflög og sundruðu þeim frekar í NbO og Nb2O5.Vegna þess að þessi oxíð eru óeitruð fyrir örþörungafrumur, neyta þau Nb oxíð nanóagna með frásogskerfi sem endurheimtir örþörungana enn frekar eftir 72 klukkustunda vatnsmeðferð.Áhrif næringarefna sem tengjast frásogi endurspeglast einnig í aukningu á rúmmáli frumna, sléttri lögun þeirra og breytingu á vaxtarhraða.Á grundvelli þessara niðurstaðna komumst við að þeirri niðurstöðu að skammtíma- og langtímatilvist Nb-undirstaða MXena í ferskvatnsvistkerfum kunni að hafa aðeins minniháttar umhverfisáhrif.Það er athyglisvert að með því að nota tvívíð nanóefni sem líkankerfi, sýnum við möguleikann á því að fylgjast með formbreytingu jafnvel í fínkornuðum efnum.Á heildina litið svarar þessi rannsókn mikilvægri grundvallarspurningu um ferli sem tengist yfirborðsvíxlverkun sem knýr lífendurbótakerfi tvívíddar nanóefna og gefur grunn fyrir frekari skammtíma- og langtímarannsóknir á umhverfisáhrifum ólífrænna kristallaðra nanóefna.
Nanóefni hafa vakið mikinn áhuga síðan þau fundust og ýmis nanótækni hefur nýlega farið í nútímavæðingarfasa1.Því miður getur samþætting nanóefna í daglegu forriti leitt til losunar fyrir slysni vegna óviðeigandi förgunar, kærulausrar meðhöndlunar eða ófullnægjandi öryggisinnviða.Þess vegna er eðlilegt að gera ráð fyrir að nanóefni, þar með talið tvívíð (2D) nanóefni, geti losnað út í náttúrulegt umhverfi, þar sem hegðun og líffræðileg virkni er ekki enn að fullu skilin.Þess vegna kemur það ekki á óvart að áhyggjur af umhverfiseitrun hafi beinst að getu tvívíddar nanóefna til að skolast út í vatnakerfi2,3,4,5,6.Í þessum vistkerfum geta sum tvívídd nanóefni haft samskipti við ýmsar lífverur á mismunandi hitastigum, þar á meðal örþörunga.
Örþörungar eru frumstæðar lífverur sem finnast náttúrulega í ferskvatns- og sjávarvistkerfum sem framleiða margs konar efnaafurðir með ljóstillífun7.Sem slík eru þau mikilvæg fyrir vatnavistkerfi8,9,10,11,12 en eru einnig viðkvæmar, ódýrar og mikið notaðar vísbendingar um visteiturhrif13,14.Þar sem frumur örþörunga fjölga sér hratt og bregðast fljótt við tilvist ýmissa efnasambanda lofa þær því að þróa umhverfisvænar aðferðir til að meðhöndla vatn sem er mengað af lífrænum efnum15,16.
Þörungafrumur geta fjarlægt ólífrænar jónir úr vatni með lífsog og uppsöfnun17,18.Sumar þörungategundir eins og Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue og Synechococcus sp.Það hefur reynst bera og jafnvel næra eitraðar málmjónir eins og Fe2+, Cu2+, Zn2+ og Mn2+19.Aðrar rannsóknir hafa sýnt að Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ eða Pb2+ jónir takmarka vöxt Scenedesmus með því að breyta frumuformi og eyðileggja grænukorn þeirra20,21.
Grænar aðferðir við niðurbrot lífrænna mengunarefna og til að fjarlægja þungmálmjónir hafa vakið athygli vísindamanna og verkfræðinga um allan heim.Þetta er aðallega vegna þess að þessi aðskotaefni eru auðveldlega unnin í fljótandi fasa.Ólífræn kristallað mengunarefni einkennast hins vegar af lítilli vatnsleysni og lítilli næmi fyrir ýmsum lífumbrotum sem veldur miklum erfiðleikum við úrbætur og hefur lítill árangur náðst á þessu sviði22,23,24,25,26.Þannig er leitin að umhverfisvænum lausnum fyrir viðgerðir á nanóefnum enn flókið og ókannað svæði.Vegna mikillar óvissu varðandi umbreytingaráhrif tvívíddar nanóefna er engin auðveld leið til að finna út mögulegar leiðir til niðurbrots þeirra við minnkun.
Í þessari rannsókn notuðum við græna örþörunga sem virkt vatnskennt lífhreinsunarefni fyrir ólífræn keramikefni, ásamt vöktun á staðnum á niðurbrotsferli MXene sem fulltrúi ólífrænna keramikefna.Hugtakið „MXene“ endurspeglar stoichiometry Mn+1XnTx efnisins, þar sem M er snemmskipti málmur, X er kolefni og/eða köfnunarefni, Tx er yfirborðslok (td -OH, -F, -Cl) og n = 1, 2, 3 eða 427,28.Frá því að Naguib o.fl. uppgötvaði MXenes.Skynfræði, krabbameinsmeðferð og himnusíun 27,29,30.Að auki er hægt að líta á MXenes sem líkan 2D kerfi vegna framúrskarandi kvoðastöðugleika þeirra og mögulegra líffræðilegra samskipta31,32,33,34,35,36.
Þess vegna er aðferðafræðin sem þróuð var í þessari grein og rannsóknartilgátur okkar sýndar á mynd 1. Samkvæmt þessari tilgátu brjóta örþörungar niður Nb-undirstaða MXen í óeitruð efnasambönd vegna yfirborðstengdra eðlis-efnafræðilegra víxlverkana, sem gerir frekari endurheimt þörunganna.Til að prófa þessa tilgátu voru tveir meðlimir úr fjölskyldu snemma níóbíum-undirstaða umbreytingarmálmkarbíða og/eða nítríða (MXenes), þ.e. Nb2CTx og Nb4C3TX, valdir.
Rannsóknaraðferðafræði og gagnreyndar tilgátur um endurheimt MXene með grænum örþörungum Raphidocelis subcapitata.Vinsamlegast athugaðu að þetta er aðeins skýringarmynd af sönnunargefnum forsendum.Umhverfi stöðuvatnsins er mismunandi eftir því hvaða næringarefni er notað og aðstæðum (td dagshringrás og takmarkanir á tiltækum nauðsynlegum næringarefnum).Búið til með BioRender.com.
Þess vegna, með því að nota MXene sem fyrirmyndarkerfi, höfum við opnað dyrnar að rannsóknum á ýmsum líffræðilegum áhrifum sem ekki er hægt að sjá með öðrum hefðbundnum nanóefnum.Sérstaklega sýnum við möguleikann á lífhreinsun tvívíðra nanóefna, eins og MXenes sem byggir á nióbíum, með örþörungum Raphidocelis subcapitata.Örþörungar geta brotið niður Nb-MXen í óeitruðu oxíðin NbO og Nb2O5, sem einnig veita næringarefni í gegnum upptökukerfi níóbíums.Á heildina litið svarar þessi rannsókn mikilvægri grundvallarspurningu um ferlana sem tengjast eðlisefnafræðilegum víxlverkunum á yfirborði sem stjórna aðferðum við lífhreinsun tvívíddar nanóefna.Að auki erum við að þróa einfalda aðferð sem byggir á formbreytum til að fylgjast með fíngerðum breytingum á lögun tvívíddar nanóefna.Þetta hvetur til frekari skammtíma- og langtímarannsókna á ýmsum umhverfisáhrifum ólífrænna kristallaðra nanóefna.Þannig eykur rannsókn okkar skilning á samspili efnisyfirborðs og líffræðilegs efnis.Við erum einnig að leggja grunn að auknum skammtíma- og langtímarannsóknum á hugsanlegum áhrifum þeirra á ferskvatnsvistkerfi, sem nú er auðvelt að sannreyna.
MXenes tákna áhugaverðan flokk efna með einstaka og aðlaðandi eðlis- og efnafræðilega eiginleika og þar af leiðandi mörg möguleg notkun.Þessir eiginleikar eru að miklu leyti háðir stoichiometry þeirra og yfirborðsefnafræði.Þess vegna, í rannsókn okkar, könnuðum við tvær tegundir af Nb-undirstaða stigveldis einlags (SL) MXenes, Nb2CTx og Nb4C3TX, þar sem hægt var að sjá mismunandi líffræðileg áhrif þessara nanóefna.MXen eru framleidd úr upphafsefnum þeirra með vali ofan á og niður á frumeindaþunnum MAX-fasa A-lögum.MAX fasinn er þrískipt keramik sem samanstendur af „tengdum“ kubbum af umbreytingarmálmkarbíðum og þunnum lögum af „A“ frumefnum eins og Al, Si og Sn með MnAXn-1 stoichiometry.Formgerð upphafs MAX fasans kom fram með rafeindasmásjá (SEM) og var í samræmi við fyrri rannsóknir (Sjá viðbótarupplýsingar, SI, mynd S1).Fjöllaga (ML) Nb-MXene fékkst eftir að Al lagið var fjarlægt með 48% HF (flúrsýra).Formgerð ML-Nb2CTx og ML-Nb4C3TX var skoðuð með rafeindasmásjá (SEM) (myndir S1c og S1d í sömu röð) og dæmigerð lagskipt MXene formgerð kom fram, svipað og tvívíddar nanóflögur sem fóru í gegnum ílangar holulíkar raufar.Bæði Nb-MXenin eiga margt sameiginlegt með MXene-fösum sem áður voru tilbúnir með sýruætingu27,38.Eftir að hafa staðfest uppbyggingu MXene lögðum við það í lag með því að blanda tetrabútýlammoníumhýdroxíði (TBAOH) fylgt eftir með þvotti og hljóðgjafa, eftir það fengum við eins lags eða láglaga (SL) 2D Nb-MXene nanóflög.
Við notuðum háupplausn rafeindasmásjár (HRTEM) og X-ray diffraction (XRD) til að prófa skilvirkni ætingar og frekari flögnunar.HRTEM-niðurstöðurnar sem unnar eru með því að nota Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) og Fast Fourier Transform (FFT) eru sýndar á mynd 2. Nb-MXene nanóflögur voru stilltar upp með brúninni til að athuga uppbyggingu lotulagsins og mæla milliplanar fjarlægðir.HRTEM myndir af MXene Nb2CTx og Nb4C3TX nanóflögum sýndu atómfræðilega þunnt lagskipt eðli þeirra (sjá mynd 2a1, a2), eins og áður hefur verið greint frá af Naguib et al.27 og Jastrzębska et al.38.Fyrir tvö samliggjandi Nb2CTx og Nb4C3Tx einlög ákváðum við millilagsfjarlægðir 0,74 og 1,54 nm, í sömu röð (Mynd. 2b1,b2), sem er einnig í samræmi við fyrri niðurstöður okkar38.Þetta var enn frekar staðfest með öfugum hröðum Fourier umbreytingum (mynd 2c1, c2) og hröðu Fourier umbreytingu (mynd 2d1, d2) sem sýna fjarlægðina milli Nb2CTx og Nb4C3Tx einlaganna.Myndin sýnir víxl á ljósum og dökkum böndum sem samsvara níóbínum og kolefnisatómum, sem staðfestir lagskipt eðli hinna rannsökuðu MXena.Það er mikilvægt að hafa í huga að orkudreifandi röntgengeislunarróf (EDX) sem fengust fyrir Nb2CTx og Nb4C3Tx (myndir S2a og S2b) sýndu engar leifar af upprunalega MAX fasanum, þar sem enginn Al toppur fannst.
Einkenni SL Nb2CTx og Nb4C3Tx MXene nanóflaga, þar á meðal (a) rafeindasmásjár í háum upplausn (HRTEM) 2D nanóflögumyndgreining frá hlið og samsvarandi, (b) styrkleikastilling, (c) öfug hröð Fourier umbreyting (IFFT), (d) hröð Fourier umbreyting (FFT), (e) X-ray mynstur.Fyrir SL 2D Nb2CTx eru tölurnar gefnar upp sem (a1, b1, c1, d1, e1).Fyrir SL 2D Nb4C3Tx eru tölurnar gefnar upp sem (a2, b2, c2, d2, e1).
Röntgengeislunarmælingar á SL Nb2CTx og Nb4C3Tx MXenum eru sýndar á myndum.2e1 og e2, í sömu röð.Toppar (002) við 4.31 og 4.32 samsvara áður lýstu lagskiptu MXenunum Nb2CTx og Nb4C3TX38,39,40,41 í sömu röð.XRD niðurstöðurnar gefa einnig til kynna tilvist nokkurra leifa ML mannvirkja og MAX fasa, en aðallega XRD mynstur sem tengjast SL Nb4C3Tx (mynd 2e2).Tilvist smærri agna af MAX fasanum gæti útskýrt sterkari MAX toppinn samanborið við slembistaflaða Nb4C3Tx lögin.
Frekari rannsóknir hafa beinst að grænum örþörungum sem tilheyra tegundinni R. subcapitata.Við völdum örþörunga vegna þess að þeir eru mikilvægir framleiðendur sem taka þátt í helstu fæðuvefjum42.Þeir eru einnig einn af bestu vísbendingunum um eiturhrif vegna hæfninnar til að fjarlægja eitruð efni sem eru flutt í hærra stig fæðukeðjunnar43.Að auki geta rannsóknir á R. subcapitata varpað ljósi á tilfallandi eiturverkanir SL Nb-MXenes á algengar ferskvatnsörverur.Til að sýna þetta fram á tilgátu vísindamanna að hver örvera hafi mismunandi næmi fyrir eitruðum efnasamböndum í umhverfinu.Hjá flestum lífverum hefur lítill styrkur efna ekki áhrif á vöxt þeirra á meðan styrkur yfir ákveðnum mörkum getur hamlað þeim eða jafnvel valdið dauða.Þess vegna, fyrir rannsóknir okkar á yfirborðssamspili milli örþörunga og MXenes og tengdum bata, ákváðum við að prófa skaðlausan og eitraðan styrk Nb-MXenes.Til að gera þetta prófuðum við styrkina 0 (til viðmiðunar), 0,01, 0,1 og 10 mg l-1 MXene og auk þess sýkta örþörunga með mjög háum styrk af MXene (100 mg l-1 MXene), sem getur verið öfgafullt og banvænt..fyrir hvaða líffræðilega umhverfi sem er.
Áhrif SL Nb-MXenes á örþörunga eru sýnd á mynd 3, gefin upp sem hlutfall vaxtarhvetjandi (+) eða hömlunar (-) mælt fyrir 0 mg l-1 sýni.Til samanburðar voru Nb-MAX fasinn og ML Nb-MXenes einnig prófaðir og niðurstöðurnar eru sýndar í SI (sjá mynd S3).Niðurstöðurnar sem fengust staðfestu að SL Nb-MXenes er nánast algjörlega laust við eiturverkanir á bilinu lágstyrkur frá 0,01 til 10 mg/l, eins og sýnt er á mynd 3a,b.Þegar um Nb2CTx var að ræða, sáum við ekki meira en 5% vistfræðilega eituráhrif á tilgreindu bili.
Örvun (+) eða hömlun (-) á vexti örþörunga í nærveru SL (a) Nb2CTx og (b) Nb4C3TX MXene.24, 48 og 72 klst. af milliverkun MXene og örþörunga voru greind. Mikilvæg gögn (t-próf, p < 0,05) voru merkt með stjörnu (*). Mikilvæg gögn (t-próf, p < 0,05) voru merkt með stjörnu (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Mikilvæg gögn (t-próf, p < 0,05) eru merkt með stjörnu (*).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-próf, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Mikilvæg gögn (t-próf, p < 0,05) eru merkt með stjörnu (*).Rauðar örvar gefa til kynna afnám hamlandi örvunar.
Á hinn bóginn reyndist lítill styrkur Nb4C3TX vera aðeins eitraðari, en ekki hærri en 7%.Eins og við var að búast sáum við að MXenes höfðu meiri eituráhrif og hömlun á örþörungavexti við 100 mg L-1.Athyglisvert er að ekkert efnanna sýndi sömu tilhneigingu og tíma háð eiturverkunum/eitrunaráhrifum samanborið við MAX eða ML sýnin (sjá SI fyrir nánari upplýsingar).Þó að fyrir MAX fasa (sjá mynd S3) náðu eiturverkanir u.þ.b. 15–25% og jukust með tímanum, sást öfug þróun fyrir SL Nb2CTx og Nb4C3TX MXene.Hömlun á vexti örþörunga minnkaði með tímanum.Það náði um það bil 17% eftir 24 klukkustundir og lækkaði í minna en 5% eftir 72 klukkustundir (mynd 3a, b, í sömu röð).
Meira um vert, fyrir SL Nb4C3TX náði hömlun örþörungavaxtar um 27% eftir 24 klukkustundir, en eftir 72 klukkustundir minnkaði hún í um 1%.Þess vegna merktum við áhrifin sem sáust sem öfug hömlun á örvun og áhrifin voru sterkari fyrir SL Nb4C3TX MXene.Örvun örþörungavaxtar kom fram fyrr með Nb4C3TX (víxlverkun við 10 mg L-1 í 24 klst) samanborið við SL Nb2CTx MXene.The hömlun-örvun viðsnúning áhrif var einnig vel sýnd í lífmassa tvöföldun hraða ferli (sjá mynd. S4 fyrir frekari upplýsingar).Hingað til hefur aðeins vistfræðileg áhrif Ti3C2TX MXene verið rannsökuð á mismunandi vegu.Hann er ekki eitraður fyrir fósturvísa sebrafiska44 en í meðallagi umhverfiseitrun fyrir örþörungana Desmodesmus quadricauda og Sorghum saccharatum plöntur45.Önnur dæmi um sértæk áhrif eru meiri eituráhrif á krabbameinsfrumulínur en venjulegar frumulínur46,47.Gera má ráð fyrir að prófunarskilyrðin myndu hafa áhrif á breytingar á örþörungavexti sem sjást í nærveru Nb-MXena.Til dæmis er pH um það bil 8 í blaðgrænu stroma ákjósanlegt fyrir skilvirka notkun RuBisCO ensímsins.Þess vegna hafa pH breytingar neikvæð áhrif á hraða ljóstillífunar48,49.Hins vegar sáum við ekki marktækar breytingar á pH meðan á tilrauninni stóð (sjá SI, mynd S5 fyrir nánari upplýsingar).Almennt séð lækkuðu ræktun örþörunga með Nb-MXeni lítillega pH lausnarinnar með tímanum.Hins vegar var þessi lækkun svipuð breytingu á pH hreins miðils.Auk þess var svið breytileika sem fannst svipað því sem mældist fyrir hreinræktun örþörunga (viðmiðunarsýni).Þannig ályktum við að ljóstillífun sé ekki fyrir áhrifum af breytingum á pH með tímanum.
Að auki hafa tilbúnu MXenin yfirborðsendingar (táknað sem Tx).Þetta eru aðallega starfrænir hópar -O, -F og -OH.Hins vegar er yfirborðsefnafræði beintengd aðferðinni við nýmyndun.Vitað er að þessir hópar dreifast af handahófi yfir yfirborðið, sem gerir það erfitt að spá fyrir um áhrif þeirra á eiginleika MXene50.Það má færa rök fyrir því að Tx gæti verið hvatakrafturinn fyrir oxun níóbíns með ljósi.Yfirborðsvirkir hópar veita örugglega marga akkerisstaði fyrir undirliggjandi ljóshvata sína til að mynda heterojunctions51.Hins vegar gaf vaxtarmiðilssamsetningin ekki áhrifaríkan ljóshvata (nákvæma miðilssamsetningu er að finna í SI töflu S6).Að auki eru allar yfirborðsbreytingar einnig mjög mikilvægar, þar sem líffræðilegri virkni MXena getur verið breytt vegna laga eftirvinnslu, oxunar, efnafræðilegra yfirborðsbreytinga á lífrænum og ólífrænum efnasamböndum52,53,54,55,56 eða yfirborðshleðsluverkfræði38.Þess vegna, til að prófa hvort níóbíumoxíð hafi eitthvað með efnisóstöðugleika í miðlinum að gera, gerðum við rannsóknir á zeta (ζ) möguleikum í vaxtarmiðli örþörunga og afjónuðu vatni (til samanburðar).Niðurstöður okkar sýna að SL Nb-MXenes eru nokkuð stöðugar (sjá SI mynd S6 fyrir MAX og ML niðurstöður).Zeta möguleiki SL MXenes er um -10 mV.Í tilviki SR Nb2CTx er gildi ζ nokkru neikvæðara en Nb4C3Tx.Slík breyting á ζ gildi getur bent til þess að yfirborð neikvætt hlaðinna MXene nanóflaga gleypi jákvætt hlaðnar jónir úr ræktunarmiðlinum.Tímamælingar á zeta-getu og leiðni Nb-MXenes í ræktunarmiðli (sjá myndir S7 og S8 í SI fyrir frekari upplýsingar) virðast styðja tilgátu okkar.
Hins vegar sýndu bæði Nb-MXene SL lágmarksbreytingar frá núlli.Þetta sýnir greinilega stöðugleika þeirra í vaxtarmiðli örþörunga.Að auki matum við hvort tilvist grænu örþörunganna okkar hefði áhrif á stöðugleika Nb-MXenes í miðlinum.Niðurstöður zeta-getu og leiðni MXenes eftir samskipti við örþörunga í næringarefnum og ræktun með tímanum er að finna í SI (myndir S9 og S10).Athyglisvert var að við tókum eftir því að tilvist örþörunga virtist koma á stöðugleika í dreifingu beggja MXenanna.Í tilviki Nb2CTx SL minnkaði zeta-getan jafnvel lítillega með tímanum í neikvæðari gildi (-15,8 á móti -19,1 mV eftir 72 klst.Zeta möguleiki SL Nb4C3TX jókst lítillega, en eftir 72 klst. sýndi hann enn meiri stöðugleika en nanóflög án tilvistar örþörunga (-18,1 á móti -9,1 mV).
Við fundum einnig minni leiðni Nb-MXene lausna sem ræktaðar voru í nærveru örþörunga, sem gefur til kynna minna magn jóna í næringarefninu.Sérstaklega er óstöðugleiki MXena í vatni aðallega vegna yfirborðsoxunar57.Þess vegna grunar okkur að grænir örþörungar hafi einhvern veginn hreinsað oxíðin sem mynduðust á yfirborði Nb-MXene og jafnvel komið í veg fyrir að þau kæmu fram (oxun MXene).Þetta má sjá með því að rannsaka tegundir efna sem örþörungar gleypa.
Þó að vistfræðilegar rannsóknir okkar hafi gefið til kynna að örþörungar hafi getað sigrast á eiturverkunum Nb-MXenes með tímanum og óvenjulegri hömlun á örvuðum vexti, var markmið rannsóknarinnar að kanna mögulega verkunarmáta.Þegar lífverur eins og þörungar verða fyrir efnasamböndum eða efnum sem vistkerfi þeirra ekki þekkja geta þær brugðist við á margvíslegan hátt58,59.Ef engin eitruð málmoxíð eru til staðar geta örþörungar nært sig sjálfir og gert þeim kleift að vaxa stöðugt60.Eftir inntöku eitraðra efna geta varnarkerfi verið virkjað, svo sem að breyta lögun eða form.Einnig verður að íhuga möguleika á upptöku58,59.Sérstaklega eru öll merki um varnarkerfi skýr vísbending um eiturhrif prófunarefnasambandsins.Þess vegna, í frekari vinnu okkar, könnuðum við hugsanlega yfirborðsvíxlverkun milli SL Nb-MXene nanóflaga og örþörunga með SEM og hugsanlega frásog Nb-undirstaða MXene með röntgenflúrljómun litrófsgreiningar (XRF).Athugaðu að SEM og XRF greiningar voru aðeins gerðar við hæsta styrk MXene til að takast á við eituráhrif á virkni.
SEM niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 4.Ómeðhöndlaðar örþörungafrumur (sjá mynd 4a, viðmiðunarsýni) sýndu greinilega dæmigerða R. subcapitata formgerð og smjördeigslíka frumuform.Frumur virðast fletjaðar og nokkuð óskipulagðar.Sumar frumur örþörunga skarast og flækjast hver við aðra, en þetta stafaði líklega af undirbúningsferli sýna.Almennt séð höfðu hreinar örþörungafrumur slétt yfirborð og sýndu engar formfræðilegar breytingar.
SEM myndir sem sýna yfirborðsvíxlverkun milli grænna örþörunga og MXene nanóblöð eftir 72 klukkustunda milliverkun við mikla styrk (100 mg L-1).(a) Ómeðhöndlaðir grænir örþörungar eftir samskipti við SL (b) Nb2CTx og (c) Nb4C3TX MXenes.Athugaðu að Nb-MXene nanóflögin eru merkt með rauðum örvum.Til samanburðar er einnig bætt við ljósmyndum úr ljóssmásjá.
Aftur á móti skemmdust örþörungafrumur sem voru aðsogaðar af SL Nb-MXene nanóflögum (sjá mynd 4b, c, rauðar örvar).Þegar um er að ræða Nb2CTx MXene (mynd 4b), hafa örþörungar tilhneigingu til að vaxa með áföstum tvívíðum nanóskala, sem getur breytt formgerð þeirra.Sérstaklega sáum við einnig þessar breytingar í ljóssmásjá (sjá SI mynd S11 fyrir frekari upplýsingar).Þessi formfræðilega umskipti eiga sér trúverðugan grundvöll í lífeðlisfræði örþörunga og getu þeirra til að verjast með því að breyta frumuformi, svo sem aukningu frumurúmmáls61.Þess vegna er mikilvægt að athuga fjölda örþörungafrumna sem eru í raun í snertingu við Nb-MXenes.SEM rannsóknir sýndu að um það bil 52% örþörungafrumna voru útsettar fyrir Nb-MXenes, en 48% þessara örþörungafrumna forðuðust snertingu.Fyrir SL Nb4C3Tx MXene reyna örþörungar að forðast snertingu við MXene og staðsetja sig þannig og vaxa úr tvívíðum nanóskala (mynd 4c).Hins vegar sáum við ekki ígengni nanóskala inn í frumur örþörunga og skemmdir þeirra.
Sjálfsbjargarviðleitni er einnig tímaháð viðbragðshegðun við stíflun ljóstillífunar vegna aðsogs agna á frumuyfirborði og svokallaðra skyggingar (skyggingar) áhrifa62.Það er ljóst að hver hlutur (til dæmis Nb-MXene nanóflögur) sem er á milli örþörunganna og ljósgjafans takmarkar ljósmagnið sem grænukornin gleypa.Við efumst hins vegar ekki um að þetta hefur veruleg áhrif á þær niðurstöður sem fást.Eins og sést af smásjármælingum okkar voru 2D nanóflögin ekki alveg vafin eða fest við yfirborð örþörunganna, jafnvel þegar örþörungafrumurnar voru í snertingu við Nb-MXenes.Þess í stað reyndust nanóflögur snúa að frumum örþörunga án þess að hylja yfirborð þeirra.Slíkt sett af nanóflögum/örþörungum getur ekki marktækt takmarkað magn ljóss sem frásogast af örþörungafrumum.Þar að auki hafa sumar rannsóknir jafnvel sýnt fram á framfarir á ljósgleypni ljóstillífunarlífvera í nærveru tvívíddar nanóefna63,64,65,66.
Þar sem SEM myndir gátu ekki beinlínis staðfest upptöku níóbíns af örþörungafrumum, sneri frekari rannsókn okkar að röntgenflúrljómun (XRF) og röntgenljósrófsgreiningu (XPS) til að skýra þetta mál.Þess vegna bárum við saman styrkleika Nb toppa viðmiðunar örþörungasýna sem höfðu ekki samskipti við MXen, MXene nanóflög sem losnuðu frá yfirborði örþörungafrumna og örþörungafrumur eftir að tengd MXen voru fjarlægð.Vert er að taka fram að ef engin Nb upptaka er, ætti Nb-gildið sem fást af örþörungafrumum að vera núll eftir að meðfylgjandi nanókvarða hefur verið fjarlægður.Þess vegna, ef Nb upptaka á sér stað, ættu bæði XRF og XPS niðurstöður að sýna skýran Nb topp.
Þegar um er að ræða XRF litróf, sýndu örþörungasýni Nb toppa fyrir SL Nb2CTx og Nb4C3Tx MXene eftir samspil við SL Nb2CTx og Nb4C3Tx MXene (sjá mynd 5a, athugaðu einnig að niðurstöður fyrir MAX og ML MXenes eru sýndar í SI, C172 myndum S1).Athyglisvert er að styrkleiki Nb-toppsins er sá sami í báðum tilfellum (rauðar súlur á mynd 5a).Þetta benti til þess að þörungarnir gætu ekki tekið upp meira Nb og hámarksgeta fyrir Nb uppsöfnun náðist í frumunum, þó að tvöfalt meira Nb4C3Tx MXene væri fest við örþörungafrumurnar (bláar súlur á mynd 5a).Athyglisvert er að geta örþörunga til að gleypa málma veltur á styrk málmoxíða í umhverfinu67,68.Shamshada o.fl.67 komust að því að frásogsgeta ferskvatnsþörunga minnkar með hækkandi pH.Raize o.fl.68 bentu á að geta þangs til að gleypa málma væri um 25% meiri fyrir Pb2+ en fyrir Ni2+.
(a) XRF niðurstöður af grunnupptöku Nb af grænum örþörungafrumum sem ræktaðar voru í miklum styrk SL Nb-MXenes (100 mg L-1) í 72 klst.Niðurstöðurnar sýna tilvist α í hreinum örþörungafrumum (viðmiðunarsýni, gráar súlur), tvívídd nanóflög einangruð úr yfirborðs örþörungafrumum (bláar súlur) og örþörungafrumum eftir aðskilnað tvívíddar nanóflaga frá yfirborði (rauðar súlur).Magn frumefnis Nb, (b) prósentu af efnasamsetningu lífrænna hluta örþörunga (C=O og CHx/C–O) og Nb oxíða sem eru til staðar í frumum örþörunga eftir ræktun með SL Nb-MXenum, (c–e) Aðlögun á samsetningu topps XPS SL Nb2CTx litrófs og (fMXh) örfrumna Nb4Txs.
Þess vegna bjuggumst við við að Nb gæti frásogast af þörungafrumum í formi oxíða.Til að prófa þetta gerðum við XPS rannsóknir á MXenes Nb2CTx og Nb4C3TX og þörungafrumum.Niðurstöður samspils örþörunga við Nb-MXenes og MXenes einangruð úr þörungafrumum eru sýndar á myndum.5b.Eins og við var að búast fundum við Nb 3d toppa í örþörungasýnunum eftir að MXene var fjarlægt af yfirborði örþörunganna.Magnbundin ákvörðun C=O, CHx/CO og Nb oxíða var reiknuð út á Nb 3d, O 1s og C 1s litróf sem fengust með Nb2CTx SL (mynd 5c-e) og Nb4C3Tx SL (mynd 5c-e).) fengin úr ræktuðum örþörungum.Mynd 5f–h) MXenes.Tafla S1-3 sýnir upplýsingar um hámarksbreytur og heildarefnafræði sem stafar af passanum.Það er athyglisvert að Nb 3d svæði Nb2CTx SL og Nb4C3Tx SL (mynd 5c, f) samsvara einum Nb2O5 þætti.Hér fundum við enga MXene-tengda toppa í litrófinu, sem gefur til kynna að örþörungafrumur gleypa aðeins oxíðform Nb.Að auki nálguðum við C 1 s litrófið með C–C, CHx/C–O, C=O og –COOH íhlutunum.Við úthlutuðum CHx/C–O og C=O toppunum á lífrænt framlag örþörungafrumna.Þessir lífrænu þættir standa fyrir 36% og 41% af C 1s toppunum í Nb2CTx SL og Nb4C3TX SL, í sömu röð.Við settum síðan O 1s litróf SL Nb2CTx og SL Nb4C3TX með Nb2O5, lífrænum hlutum örþörunga (CHx/CO) og yfirborðsaðsoguðu vatni.
Að lokum sýndu XPS niðurstöðurnar greinilega form Nb, ekki bara tilvist þess.Samkvæmt staðsetningu Nb 3d merkisins og niðurstöðum deconvolution, staðfestum við að Nb frásogast aðeins í formi oxíða en ekki jóna eða MXene sjálft.Að auki sýndu XPS niðurstöður að frumur úr örþörungum hafa meiri getu til að taka upp Nb oxíð úr SL Nb2CTx samanborið við SL Nb4C3TX MXene.
Þó Nb upptökuniðurstöður okkar séu áhrifamiklar og geri okkur kleift að bera kennsl á MXene niðurbrot, þá er engin aðferð í boði til að fylgjast með tengdum formfræðilegum breytingum á 2D nanóflögum.Þess vegna ákváðum við líka að þróa hentuga aðferð sem getur brugðist beint við öllum breytingum sem verða á 2D Nb-MXene nanóflögum og örþörungafrumum.Það er mikilvægt að hafa í huga að við gerum ráð fyrir því að ef samverkandi tegundir gangast undir einhverja umbreytingu, niðurbroti eða sundrun, ætti þetta fljótt að koma fram sem breytingar á lögunarbreytum, svo sem þvermál samsvarandi hringflatar, kringlótt, Feret breidd eða Feret lengd.Þar sem þessar breytur eru hentugar til að lýsa ílengdum ögnum eða tvívíðum nanóflögum mun rakning þeirra með kraftmikilli agnagreiningu gefa okkur verðmætar upplýsingar um formfræðilega umbreytingu SL Nb-MXene nanóflaga við minnkun.
Niðurstöðurnar sem fengust eru sýndar á mynd 6. Til samanburðar prófuðum við einnig upprunalega MAX fasann og ML-MXenes (sjá SI myndir S18 og S19).Kvik greining á lögun agna sýndi að allar lögunarbreytur tveggja Nb-MXene SL breyttust verulega eftir samspil við örþörunga.Eins og sést af samsvarandi hringlaga flatarmálsþvermálsbreytu (mynd 6a, b), bendir minnkuð hámarksstyrkur hluta stórra nanóflaga til þess að þær hafi tilhneigingu til að rotna í smærri brot.Á mynd.6c, d sýnir lækkun á toppum sem tengjast þverstærð flöganna (lenging nanóflaga), sem gefur til kynna umbreytingu 2D nanóflaga í meira agnalíka lögun.Mynd 6e-h sem sýnir breidd og lengd Feret, í sömu röð.Breidd og lengd fretunnar eru aukafæribreytur og því ber að skoða saman.Eftir ræktun á 2D Nb-MXene nanóflögum í viðurvist örþörunga færðust Feret fylgnistoppar þeirra og styrkleiki þeirra minnkaði.Byggt á þessum niðurstöðum ásamt formgerð, XRF og XPS, komumst við að þeirri niðurstöðu að þær breytingar sem sjást eru sterklega tengdar oxun þar sem oxuð MXen verða hrukkóttari og brotna niður í brot og kúlulaga oxíðagnir69,70.
Greining á umbreytingu MXene eftir samskipti við græna örþörunga.Kvikmyndagreining á ögnum tekur tillit til breytu eins og (a, b) þvermál jafngilts hringlaga svæðis, (c, d) kringlótt, (e, f) breidd fretunnar og (g, h) lengd fretunnar.Í þessu skyni voru tvö viðmiðunarsmáþörungasýni greind ásamt frumþörungum SL Nb2CTx og SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx og SL Nb4C3Tx MXenes, niðurbrotnum örþörungum og meðhöndluðum örþörungum SL Nb2CTx og SL Nb4C3Tx MXenes.Rauðu örvarnar sýna umskipti á lögunarbreytum hinna rannsökuðu tvívíðu nanóflaga.
Þar sem greining á formbreytum er mjög áreiðanleg getur hún einnig leitt í ljós formfræðilegar breytingar í frumum örþörunga.Þess vegna greindum við samsvarandi hringlaga svæði þvermál, kringlótt og Feret breidd/lengd hreinna örþörungafrumna og frumna eftir samskipti við 2D Nb nanóflög.Á mynd.6a–h sýna breytingar á lögunarstærðum þörungafrumna, eins og sést af lækkun á hámarksstyrk og tilfærslu hámarks í átt að hærri gildum.Sérstaklega sýndu frumuhringleikabreytur fækkun í lengdum frumum og aukningu á kúlulaga frumum (mynd 6a, b).Að auki jókst Feret frumubreidd um nokkra míkrómetra eftir samskipti við SL Nb2CTx MXene (mynd 6e) samanborið við SL Nb4C3TX MXene (mynd 6f).Okkur grunar að þetta geti verið vegna mikillar upptöku Nb oxíða af örþörungum við samskipti við Nb2CTx SR.Minni stíf festing Nb-flaga við yfirborð þeirra getur leitt til frumuvaxtar með lágmarks skuggaáhrifum.
Athuganir okkar á breytingum á breytum lögunar og stærðar örþörunga bæta við aðrar rannsóknir.Grænir örþörungar geta breytt formgerð sinni til að bregðast við streitu í umhverfinu með því að breyta frumustærð, lögun eða umbrotum61.Til dæmis, breyting á stærð frumna auðveldar upptöku næringarefna71.Minni þörungafrumur sýna minni upptöku næringarefna og skerta vaxtarhraða.Aftur á móti hafa stærri frumur tilhneigingu til að neyta meiri næringarefna, sem síðan eru sett innanfrumu72,73.Machado og Soares komust að því að sveppalyfið triclosan getur aukið frumustærð.Þeir fundu einnig miklar breytingar á lögun þörunganna74.Að auki sýndu Yin et al.9 einnig formfræðilegar breytingar á þörungum eftir útsetningu fyrir minni grafenoxíð nanósamsetningum.Þess vegna er ljóst að breyttar stærðar/lögunarbreytur örþörunganna stafa af nærveru MXene.Þar sem þessi breyting á stærð og lögun er vísbending um breytingar á upptöku næringarefna, teljum við að greining á stærð og lögun breytum með tímanum geti sýnt fram á upptöku níóbíumoxíðs af örþörungum í nærveru Nb-MXenes.
Þar að auki er hægt að oxa MXenes í viðurvist þörunga.Dalai o.fl.75 komust að því að formgerð grænþörunga sem verða fyrir nanó-TiO2 og Al2O376 var ekki einsleit.Þrátt fyrir að athuganir okkar séu svipaðar þessari rannsókn, þá er það aðeins viðeigandi fyrir rannsóknina á áhrifum lífrænnar endurbóta með tilliti til MXene niðurbrotsafurða í nærveru 2D nanóflaga en ekki nanóagna.Þar sem MXen geta brotnað niður í málmoxíð,31,32,77,78, er eðlilegt að gera ráð fyrir að Nb nanóflögin okkar geti einnig myndað Nb oxíð eftir að hafa samskipti við örþörungafrumur.
Til þess að útskýra minnkun 2D-Nb nanóflaga með niðurbrotskerfi sem byggir á oxunarferlinu, gerðum við rannsóknir með háupplausnar rafeindasmásjá (HRTEM) (Mynd 7a,b) og röntgenljósrófsgreiningu (XPS) (Mynd 7).7c-i og töflur S4-5).Báðar aðferðirnar henta til að rannsaka oxun tvívíddar efna og bæta hvor aðra upp.HRTEM er fær um að greina niðurbrot tvívíddar lagskiptra mannvirkja og útliti málmoxíðs nanóagna í kjölfarið, en XPS er viðkvæmt fyrir yfirborðstengi.Í þessu skyni prófuðum við 2D Nb-MXene nanóflög unnin úr frumudreifingum örþörunga, það er lögun þeirra eftir samspil við örþörungafrumur (sjá mynd 7).
HRTEM myndir sem sýna formgerð oxaðra (a) SL Nb2CTx og (b) SL Nb4C3Tx MXenes, XPS greiningarniðurstöður sem sýna (c) samsetningu oxíðafurða eftir minnkun, (d–f) toppsamsvörun íhluta XPS litrófs SL Nb2CTx og (g–i) Nb4C3Tx viðgerðar með grænu microSL.Tx.
HRTEM rannsóknir staðfestu oxun tveggja gerða af Nb-MXene nanóflögum.Þrátt fyrir að nanóflögurnar hafi haldið tvívíða formgerð sinni að einhverju leyti leiddi oxun til þess að margar nanóagnir myndu þekja yfirborð MXene nanóflöganna (sjá mynd 7a,b).XPS greining á c Nb 3d og O 1s merkjum benti til þess að Nb oxíð mynduðust í báðum tilfellum.Eins og sýnt er á mynd 7c, hafa 2D MXene Nb2CTx og Nb4C3TX Nb 3d merki sem gefa til kynna nærveru NbO og Nb2O5 oxíða, en O 1s merki gefa til kynna fjölda O-Nb tengi sem tengjast virkni 2D nanóflaga yfirborðsins.Við tókum eftir því að Nb oxíð framlag er ráðandi miðað við Nb-C og Nb3+-O.
Á mynd.Myndir 7g–i sýna XPS litróf Nb 3d, C 1s og O 1s SL Nb2CTx (sjá myndir 7d–f) og SL Nb4C3TX MXene einangrað úr örþörungafrumum.Upplýsingar um Nb-MXenes hámarksfæribreytur eru í töflum S4–5, í sömu röð.Við greindum fyrst samsetningu Nb 3d.Öfugt við Nb sem frásogast af örþörungafrumum, í MXene einangrað úr örþörungafrumum, fyrir utan Nb2O5, fundust aðrir þættir.Í Nb2CTx SL sáum við framlag Nb3+-O að upphæð 15%, en restin af Nb 3d litrófinu var einkennist af Nb2O5 (85%).Að auki inniheldur SL Nb4C3TX sýnishornið Nb-C (9%) og Nb2O5 (91%) efni.Hér kemur Nb-C frá tveimur innri atómlögum af málmkarbíði í Nb4C3Tx SR.Við kortleggjum síðan C 1s litrófið í fjóra mismunandi þætti, eins og við gerðum í innbyggðu sýnunum.Eins og við var að búast er C 1s litrófið einkennist af grafítískum kolefni, fylgt eftir með framlagi frá lífrænum ögnum (CHx/CO og C=O) úr örþörungafrumum.Að auki, í O 1s litrófinu, sáum við framlag lífrænna forma örþörungafrumna, níóbíumoxíðs og aðsogaðs vatns.
Að auki könnuðum við hvort Nb-MXenes klofning tengist nærveru hvarfgjarnra súrefnistegunda (ROS) í næringarefninu og/eða örþörungafrumum.Í þessu skyni metum við magn staks súrefnis (1O2) í ræktunarmiðlinum og innanfrumu glútaþíons, þíóls sem virkar sem andoxunarefni í örþörungum.Niðurstöðurnar eru sýndar í SI (myndir S20 og S21).Menningar með SL Nb2CTx og Nb4C3TX MXenes einkenndust af minni magni af 1O2 (sjá mynd S20).Þegar um SL Nb2CTx er að ræða er MXene 1O2 minnkað í um 83%.Fyrir örþörungaræktun sem notaði SL lækkaði Nb4C3TX 1O2 enn meira, í 73%.Athyglisvert er að breytingar á 1O2 sýndu sömu tilhneigingu og áður sást hamlandi-örvandi áhrif (sjá mynd 3).Það má halda því fram að ræktun í björtu ljósi geti breytt ljósoxun.Hins vegar sýndu niðurstöður samanburðargreiningarinnar næstum stöðugt magn 1O2 meðan á tilrauninni stóð (mynd S22).Þegar um var að ræða innanfrumu ROS gildi, sáum við einnig sömu lækkandi þróun (sjá mynd S21).Upphaflega var magn ROS í örþörungafrumum sem ræktaðar voru í nærveru Nb2CTx og Nb4C3Tx SL yfir það sem finnast í hreinum örþörungaræktum.Að lokum virtist samt sem áður að örþörungarnir laguðu sig að nærveru beggja Nb-MXena, þar sem ROS gildi lækkuðu í 85% og 91% af magni sem mældist í hreinræktum af örþörungum sáð með SL Nb2CTx og Nb4C3TX, í sömu röð.Þetta gæti bent til þess að örþörungum líði betur með tímanum í nærveru Nb-MXene en í næringarefni einum.
Örþörungar eru fjölbreyttur hópur ljóstillífunarlífvera.Við ljóstillífun umbreyta þeir koltvísýringi í andrúmsloftinu (CO2) í lífrænt kolefni.Afurðir ljóstillífunar eru glúkósa og súrefni79.Okkur grunar að súrefnið sem þannig myndast gegni mikilvægu hlutverki í oxun Nb-MXena.Ein möguleg skýring á þessu er sú að mismunadrifunarbreytan myndast við lágan og háan hlutþrýsting súrefnis utan og innan Nb-MXene nanóflöganna.Þetta þýðir að hvar sem það eru svæði með mismunandi hlutþrýstingi súrefnis mun svæðið með lægsta stigið mynda forskautið 80, 81, 82. Hér stuðla örþörungarnir að myndun frumna með mismunandi loftræstingu á yfirborði MXene flöganna, sem framleiða súrefni vegna ljóstillífunareiginleika þeirra.Fyrir vikið myndast líftæringarafurðir (í þessu tilfelli, níóbíumoxíð).Annar þáttur er að örþörungar geta framleitt lífrænar sýrur sem losna út í vatnið83,84.Þess vegna myndast árásargjarnt umhverfi sem breytir þar með Nb-MXenes.Auk þess geta örþörungar breytt pH umhverfisins í basískt vegna frásogs koltvísýrings sem getur einnig valdið tæringu79.
Meira um vert, dökk/ljós ljósatímabilið sem notað er í rannsókn okkar er mikilvægt til að skilja niðurstöðurnar sem fengust.Þessum þætti er lýst í smáatriðum í Djemai-Zoghlache o.fl.85 Þeir notuðu vísvitandi 12/12 klukkustunda ljósatímabil til að sýna fram á lífrænt tæringu sem tengist líffótrun af völdum rauða örþörunganna Porphyridium purpureum.Þeir sýna að ljóstímabilið tengist þróun möguleikans án líftæringar, sem birtist sem gervitímabilssveiflur um 24:00.Þessar athuganir voru staðfestar af Dowling o.fl.86 Þeir sýndu ljóstillífandi líffilmur af blágrænum bakteríum Anabaena.Uppleyst súrefni myndast undir áhrifum ljóss, sem tengist breytingu eða sveiflum á frjálsri líftæringargetu.Mikilvægi ljóstímabilsins er undirstrikað af þeirri staðreynd að frjáls möguleiki á líftæringu eykst í ljósa fasanum og minnkar í dökka fasanum.Þetta er vegna súrefnis sem myndast af ljóstillífandi örþörungum, sem hefur áhrif á kaþódísk viðbrögð í gegnum hlutaþrýstinginn sem myndast nálægt rafskautunum87.
Að auki var Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) framkvæmd til að komast að því hvort einhverjar breytingar urðu á efnasamsetningu örþörungafrumna eftir samspil við Nb-MXenes.Þessar fengnu niðurstöður eru flóknar og við kynnum þær í SI (myndir S23-S25, þar á meðal niðurstöður MAX stigs og ML MXenes).Í stuttu máli má segja að viðmiðunarróf örþörunga sem fást veita okkur mikilvægar upplýsingar um efnafræðilega eiginleika þessara lífvera.Þessir líklegustu titringar eru staðsettir á tíðnunum 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.einn.1 1 (C–H) og 3280 cm–1 (O–H).Fyrir SL Nb-MXenes fundum við CH-tengi teygjumerki sem er í samræmi við fyrri rannsókn okkar38.Hins vegar sáum við að nokkrir viðbótartoppar sem tengdust C=C og CH tengjum hurfu.Þetta bendir til þess að efnasamsetning örþörunga geti tekið smávægilegum breytingum vegna samskipta við SL Nb-MXenes.
Þegar hugað er að hugsanlegum breytingum á lífefnafræði örþörunga þarf að endurskoða uppsöfnun ólífrænna oxíða eins og níóbíumoxíðs59.Það tekur þátt í upptöku málma af frumuyfirborði, flutningi þeirra inn í umfrymið, tengslum þeirra við innanfrumu karboxýlhópa og uppsöfnun þeirra í fjölfosfósómum örþörunga20,88,89,90.Að auki er sambandinu milli örþörunga og málma viðhaldið af starfhæfum frumum.Af þessum sökum fer frásog einnig eftir yfirborðsefnafræði örþörunga, sem er nokkuð flókið9,91.Almennt, eins og við var að búast, breyttist efnasamsetning græna örþörunga lítillega vegna frásogs Nb oxíðs.
Athyglisvert er að upphafshömlun á örþörungum gekk til baka með tímanum.Eins og við sáum sigruðu örþörungarnir fyrstu umhverfisbreytingarnar og fóru að lokum aftur í eðlilegan vaxtarhraða og jukust jafnvel.Rannsóknir á möguleikum zeta sýna mikinn stöðugleika þegar hann er settur inn í næringarefni.Þannig hélst yfirborðsvíxlverkun milli örþörungafrumna og Nb-MXene nanóflögu í gegnum minnkunartilraunirnar.Í frekari greiningu okkar drögum við saman helstu verkunarmáta sem liggja til grundvallar þessari merku hegðun örþörunga.
SEM athuganir hafa sýnt að örþörungar hafa tilhneigingu til að festast við Nb-MXenes.Með því að nota kraftmikla myndgreiningu, staðfestum við að þessi áhrif leiða til umbreytingar á tvívíðum Nb-MXene nanóflögum í kúlulaga agnir, sem sýnir þannig að niðurbrot nanóflaga tengist oxun þeirra.Til að prófa tilgátu okkar gerðum við röð efnis- og lífefnafræðilegra rannsókna.Eftir prófun oxuðust nanóflögin smám saman og brotnuðu niður í NbO og Nb2O5 vörur, sem ógnuðu ekki grænum örþörungum.Með því að nota FTIR athugun fundum við engar marktækar breytingar á efnasamsetningu örþörunga sem ræktaðir voru í nærveru 2D Nb-MXene nanóflaga.Að teknu tilliti til möguleika á frásogi níóbíumoxíðs af örþörungum, gerðum við röntgenflúrljómunargreiningu.Þessar niðurstöður sýna greinilega að örþörungarnir sem rannsakaðir eru nærast á níóbíumoxíðum (NbO og Nb2O5), sem eru óeitruð fyrir rannsakaða örþörunga.