Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Panjenengan ngginakaken versi browser kanthi dhukungan CSS winates. Kanggo pengalaman paling apik, disaranake panjenengan ngginakaken browser ingkang sampun dianyari (utawi mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kangge njamin dhukungan ingkang terus-terusan, kita badhe nampilaken situs tanpa gaya lan JavaScript.
Nampilake korsel telung slide sekaligus. Gunakake tombol Sadurunge lan Sabanjure kanggo pindhah ing telung slide sekaligus, utawa gunakake tombol slider ing pungkasan kanggo pindhah ing telung slide sekaligus.
Perkembangan nanoteknologi sing cepet lan integrasine menyang aplikasi saben dina bisa ngancam lingkungan. Sanajan metode ijo kanggo degradasi kontaminan organik wis mapan, pemulihan kontaminan kristal anorganik dadi perhatian utama amarga sensitivitas sing kurang kanggo biotransformasi lan kurang pangerten babagan interaksi permukaan materi karo interaksi biologis. Ing kene, kita nggunakake model MXenes 2D anorganik berbasis Nb sing digabungake karo metode analisis parameter bentuk sing prasaja kanggo nglacak mekanisme bioremediasi nanomaterial keramik 2D dening mikroalga ijo Raphidocelis subcapitata. Kita nemokake manawa mikroalga ngrusak MXenes berbasis Nb amarga interaksi fisiko-kimia sing ana gandhengane karo permukaan. Kaping pisanan, nanoflake MXene lapisan tunggal lan multilapis dipasang ing permukaan mikroalga, sing rada nyuda pertumbuhan alga. Nanging, sawise interaksi sing suwe karo permukaan, mikroalga ngoksidasi nanoflake MXene lan luwih lanjut ngurai dadi NbO lan Nb2O5. Amarga oksida-oksida iki ora beracun kanggo sel mikroalga, mula oksida-oksida iki ngonsumsi nanopartikel oksida Nb kanthi mekanisme panyerepan sing luwih mulihake mikroalga sawise 72 jam perawatan banyu. Efek nutrisi sing ana gandhengane karo panyerepan uga katon ing paningkatan volume sel, bentuk sing alus, lan owah-owahan tingkat pertumbuhan. Adhedhasar temuan kasebut, kita nyimpulake manawa anane MXenes berbasis Nb ing ekosistem banyu tawar sajrone jangka pendek lan jangka panjang mung bisa nyebabake dampak lingkungan sing sithik. Perlu dicathet yen, nggunakake nanomaterial rong dimensi minangka sistem model, kita nduduhake kemungkinan nglacak transformasi bentuk sanajan ing bahan sing alus. Sakabèhé, panliten iki njawab pitakonan dhasar sing penting babagan proses sing ana gandhengane karo interaksi permukaan sing ndorong mekanisme bioremediasi nanomaterial 2D lan nyedhiyakake dhasar kanggo panliten jangka pendek lan jangka panjang luwih lanjut babagan dampak lingkungan saka nanomaterial kristal anorganik.
Nanomaterial wis narik kawigaten akeh wiwit ditemokake, lan macem-macem nanoteknologi bubar mlebu fase modernisasi1. Sayange, integrasi nanomaterial menyang aplikasi saben dina bisa nyebabake pelepasan sing ora disengaja amarga pembuangan sing ora bener, penanganan sing sembrono, utawa infrastruktur keamanan sing ora cukup. Mulane, cukup masuk akal kanggo nganggep yen nanomaterial, kalebu nanomaterial rong dimensi (2D), bisa dirilis menyang lingkungan alam, sing prilaku lan aktivitas biologis durung dingerteni kanthi lengkap. Mulane, ora nggumunake yen masalah ekotoksisitas wis fokus ing kemampuan nanomaterial 2D kanggo resapan menyang sistem akuatik2,3,4,5,6. Ing ekosistem kasebut, sawetara nanomaterial 2D bisa sesambungan karo macem-macem organisme ing tingkat trofik sing beda-beda, kalebu mikroalga.
Mikroalga iku organisme primitif sing ditemokake kanthi alami ing ekosistem banyu tawa lan segara sing ngasilake macem-macem produk kimia liwat fotosintesis7. Dadi, dheweke penting banget kanggo ekosistem akuatik8,9,10,11,12 nanging uga minangka indikator ekotoksisitas sing sensitif, murah, lan digunakake sacara wiyar13,14. Amarga sel mikroalga berkembang biak kanthi cepet lan cepet nanggapi anané macem-macem senyawa, dheweke janjeni kanggo pangembangan metode sing ramah lingkungan kanggo nambani banyu sing tercemar karo zat organik15,16.
Sel ganggang bisa mbusak ion anorganik saka banyu liwat biosorpsi lan akumulasi17,18. Sawetara spesies ganggang kayata Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue lan Synechococcus sp. Wis ditemokake nggawa lan malah menehi nutrisi ion logam beracun kayata Fe2+, Cu2+, Zn2+ lan Mn2+19. Panaliten liyane nuduhake yen ion Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ utawa Pb2+ mbatesi pertumbuhan Scenedesmus kanthi ngganti morfologi sel lan ngrusak kloroplas20,21.
Cara ijo kanggo dekomposisi polutan organik lan mbusak ion logam abot wis narik kawigaten para ilmuwan lan insinyur ing saindenging jagad. Iki utamane amarga kasunyatan manawa kontaminan kasebut gampang diproses ing fase cair. Nanging, polutan kristal anorganik ditondoi kanthi kelarutan banyu sing sithik lan kerentanan sing sithik kanggo macem-macem biotransformasi, sing nyebabake kesulitan gedhe ing remediasi, lan kemajuan sing sithik wis digawe ing wilayah iki22,23,24,25,26. Dadi, panelusuran solusi sing ramah lingkungan kanggo ndandani nanomaterial tetep dadi wilayah sing kompleks lan durung dieksplorasi. Amarga tingkat ketidakpastian sing dhuwur babagan efek biotransformasi nanomaterial 2D, ora ana cara sing gampang kanggo nemokake jalur degradasi sing bisa ditindakake sajrone reduksi.
Ing panliten iki, kita nggunakake mikroalga ijo minangka agen bioremediasi banyu aktif kanggo bahan keramik anorganik, digabungake karo pemantauan in situ proses degradasi MXene minangka wakil bahan keramik anorganik. Istilah "MXene" nggambarake stoikiometri bahan Mn+1XnTx, ing ngendi M minangka logam transisi awal, X minangka karbon lan/utawa nitrogen, Tx minangka terminator permukaan (contone, -OH, -F, -Cl), lan n = 1, 2, 3 utawa 427.28. Wiwit ditemokake MXenes dening Naguib et al. Sensorik, terapi kanker lan filtrasi membran 27,29,30. Kajaba iku, MXenes bisa dianggep minangka sistem model 2D amarga stabilitas koloid sing apik banget lan kemungkinan interaksi biologis31,32,33,34,35,36.
Mulane, metodologi sing dikembangake ing artikel iki lan hipotesis riset kita dituduhake ing Gambar 1. Miturut hipotesis iki, mikroalga ngrusak MXena berbasis Nb dadi senyawa non-toksik amarga interaksi fisiko-kimia sing ana gandhengane karo permukaan, sing ngidini pemulihan luwih lanjut saka alga. Kanggo nguji hipotesis iki, rong anggota kulawarga karbida lan/utawa nitrida logam transisi berbasis niobium awal (MXena), yaiku Nb2CTx lan Nb4C3TX, dipilih.
Metodologi riset lan hipotesis adhedhasar bukti kanggo pemulihan MXene dening mikroalga ijo Raphidocelis subcapitata. Elinga yen iki mung minangka gambaran skematis saka asumsi adhedhasar bukti. Lingkungan tlaga beda-beda ing media nutrisi sing digunakake lan kahanane (contone, siklus diurnal lan watesan nutrisi penting sing kasedhiya). Digawe nganggo BioRender.com.
Mulane, kanthi nggunakake MXene minangka sistem model, kita wis mbukak lawang kanggo sinau babagan macem-macem efek biologis sing ora bisa diamati karo nanomaterial konvensional liyane. Utamane, kita nduduhake kemungkinan bioremediasi nanomaterial rong dimensi, kayata MXenes berbasis niobium, dening mikroalga Raphidocelis subcapitata. Mikroalga bisa ngrusak Nb-MXenes dadi oksida non-toksik NbO lan Nb2O5, sing uga nyedhiyakake nutrisi liwat mekanisme serapan niobium. Sakabèhé, panliten iki njawab pitakonan dhasar sing penting babagan proses sing ana gandhengane karo interaksi fisikokimia permukaan sing ngatur mekanisme bioremediasi nanomaterial rong dimensi. Kajaba iku, kita ngembangake metode adhedhasar parameter bentuk sing prasaja kanggo nglacak owah-owahan sing alus ing bentuk nanomaterial 2D. Iki menehi inspirasi riset jangka pendek lan jangka panjang luwih lanjut babagan macem-macem dampak lingkungan saka nanomaterial kristal anorganik. Mangkono, panliten kita nambah pangerten babagan interaksi antarane permukaan materi lan materi biologis. Kita uga nyedhiyakake dhasar kanggo panliten jangka pendek lan jangka panjang sing luwih lengkap babagan kemungkinan dampak kasebut marang ekosistem banyu tawar, sing saiki bisa diverifikasi kanthi gampang.
MXena minangka kelas bahan sing menarik kanthi sifat fisik lan kimia sing unik lan menarik, mula akeh aplikasi potensial. Sifat-sifat kasebut umume gumantung marang stoikiometri lan kimia permukaan. Mulane, ing panliten kita, kita nyelidiki rong jinis MXena lapisan tunggal (SL) hierarkis berbasis Nb, Nb2CTx lan Nb4C3TX, amarga efek biologis sing beda saka nanomaterial iki bisa diamati. MXena diprodhuksi saka bahan wiwitan kanthi etsa selektif saka ndhuwur mudhun saka lapisan A fase MAX sing tipis sacara atom. Fase MAX minangka keramik terner sing kasusun saka blok karbida logam transisi "terikat" lan lapisan tipis unsur "A" kayata Al, Si, lan Sn kanthi stoikiometri MnAXn-1. Morfologi fase MAX awal diamati kanthi mikroskop elektron pindai (SEM) lan konsisten karo panliten sadurunge (Deleng Informasi Tambahan, SI, Gambar S1). Multilayer (ML) Nb-MXena dipikolehi sawise mbusak lapisan Al kanthi 48% HF (asam fluorida). Morfologi ML-Nb2CTx lan ML-Nb4C3TX ditliti nganggo mikroskop elektron pindai (SEM) (Gambar S1c lan S1d) lan morfologi MXene berlapis khas diamati, padha karo nanoflake rong dimensi sing ngliwati celah kaya pori sing dawa. Kaloro Nb-MXenes duwe akeh persamaan karo fase MXene sing sadurunge disintesis kanthi etsa asam27,38. Sawise ngonfirmasi struktur MXene, kita nglapisi kanthi interkalasi tetrabutilammonium hidroksida (TBAOH) banjur dicuci lan sonikasi, sawise iku kita entuk nanoflake Nb-MXene 2D lapisan tunggal utawa lapisan endhek (SL).
Kita nggunakake mikroskop elektron transmisi resolusi dhuwur (HRTEM) lan difraksi sinar-X (XRD) kanggo nguji efisiensi etsa lan peeling luwih lanjut. Asil HRTEM sing diproses nggunakake Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) lan Fast Fourier Transform (FFT) dituduhake ing Gambar 2. Nanoflake Nb-MXene diorientasikake pinggiran munggah kanggo mriksa struktur lapisan atom lan ngukur jarak antarplanar. Gambar HRTEM saka nanoflake MXene Nb2CTx lan Nb4C3TX nuduhake sifat lapisan tipis atom (waca Gambar 2a1, a2), kaya sing dilapurake sadurunge dening Naguib et al.27 lan Jastrzębska et al.38. Kanggo rong lapisan mono Nb2CTx lan Nb4C3Tx sing jejer, kita nemtokake jarak antar lapisan 0,74 lan 1,54 nm, masing-masing (Gambar 2b1,b2), sing uga cocog karo asil sadurunge38. Iki luwih dikonfirmasi dening transformasi Fourier cepet inversi (Gambar 2c1, c2) lan transformasi Fourier cepet (Gambar 2d1, d2) sing nuduhake jarak antarane lapisan tunggal Nb2CTx lan Nb4C3Tx. Gambar kasebut nuduhake owah-owahan pita padhang lan peteng sing cocog karo atom niobium lan karbon, sing ngonfirmasi sifat berlapis saka MXenes sing ditliti. Penting kanggo dicathet yen spektrum spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX) sing dipikolehi kanggo Nb2CTx lan Nb4C3Tx (Gambar S2a lan S2b) ora nuduhake sisa-sisa fase MAX asli, amarga ora ana puncak Al sing dideteksi.
Karakterisasi nanoflake SL Nb2CTx lan Nb4C3Tx MXene, kalebu (a) pencitraan nanoflake 2D tampilan samping mikroskop elektron resolusi dhuwur (HRTEM) lan mode intensitas sing cocog, (b) mode intensitas, (c) transformasi Fourier cepet terbalik (IFFT), (d) transformasi Fourier cepet (FFT), (e) pola sinar-X Nb-MXenes. Kanggo SL 2D Nb2CTx, angka-angka kasebut dinyatakake minangka (a1, b1, c1, d1, e1). Kanggo SL 2D Nb4C3Tx, angka-angka kasebut dinyatakake minangka (a2, b2, c2, d2, e1).
Pangukuran difraksi sinar-X saka SL Nb2CTx lan Nb4C3Tx MXenes dituduhake ing Gambar 2e1 lan e2. Puncak (002) ing 4.31 lan 4.32 cocog karo MXenes berlapis Nb2CTx lan Nb4C3TX38,39,40,41 sing wis diterangake sadurunge. Asil XRD uga nuduhake anané sawetara struktur ML residual lan fase MAX, nanging umume pola XRD sing ana gandhengane karo SL Nb4C3Tx (Gambar 2e2). Anané partikel sing luwih cilik saka fase MAX bisa nerangake puncak MAX sing luwih kuwat dibandhingake karo lapisan Nb4C3Tx sing ditumpuk kanthi acak.
Riset luwih lanjut wis fokus ing mikroalga ijo sing kalebu spesies R. subcapitata. Kita milih mikroalga amarga dheweke minangka produsen penting sing melu jaringan panganan utama42. Dheweke uga minangka salah sawijining indikator keracunan paling apik amarga kemampuan kanggo mbusak zat beracun sing digawa menyang tingkat rantai panganan sing luwih dhuwur43. Kajaba iku, riset babagan R. subcapitata bisa menehi katerangan babagan keracunan insidental SL Nb-MXenes kanggo mikroorganisme banyu tawar umum. Kanggo nggambarake iki, para peneliti nggawe hipotesis manawa saben mikroba duwe sensitivitas sing beda kanggo senyawa beracun sing ana ing lingkungan. Kanggo umume organisme, konsentrasi zat sing sithik ora mengaruhi pertumbuhane, dene konsentrasi ing ndhuwur watesan tartamtu bisa nyegah utawa malah nyebabake pati. Mulane, kanggo panliten babagan interaksi permukaan antarane mikroalga lan MXenes lan pemulihan sing ana gandhengane, kita mutusake kanggo nguji konsentrasi Nb-MXenes sing ora mbebayani lan beracun. Kanggo nindakake iki, kita nguji konsentrasi 0 (minangka referensi), 0,01, 0,1 lan 10 mg l-1 MXene lan uga nginfeksi mikroalga kanthi konsentrasi MXene sing dhuwur banget (100 mg l-1 MXene), sing bisa ekstrem lan mematikan. . kanggo lingkungan biologis apa wae.
Efek SL Nb-MXenes marang mikroalga dituduhake ing Gambar 3, sing dituduhake minangka persentase promosi pertumbuhan (+) utawa inhibisi (-) sing diukur kanggo sampel 0 mg l-1. Kanggo perbandingan, fase Nb-MAX lan ML Nb-MXenes uga diuji lan asil dituduhake ing SI (deleng Gambar S3). Asil sing dipikolehi ngonfirmasi manawa SL Nb-MXenes meh ora ana keracunan ing kisaran konsentrasi rendah saka 0,01 nganti 10 mg/l, kaya sing dituduhake ing Gambar 3a,b. Ing kasus Nb2CTx, kita mirsani ora luwih saka 5% ekotoksisitas ing kisaran sing ditemtokake.
Stimulasi (+) utawa inhibisi (-) pertumbuhan mikroalga nalika ana SL (a) Nb2CTx lan (b) Nb4C3TX MXene. Interaksi MXene-mikroalga sajrone 24, 48 lan 72 jam dianalisis. Data sing signifikan (uji-t, p < 0,05) ditandhani nganggo tanda bintang (*). Data sing signifikan (uji-t, p < 0,05) ditandhani nganggo tanda bintang (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Data sing signifikan (uji-t, p < 0,05) ditandhani nganggo tanda bintang (*).重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Data penting (uji-t, p < 0,05) ditandhani nganggo tanda bintang (*).Panah abang nuduhake penghentian stimulasi inhibitorik.
Ing sisih liya, konsentrasi Nb4C3TX sing sithik jebul rada luwih beracun, nanging ora luwih saka 7%. Kaya sing dikarepake, kita mirsani manawa MXenes duwe toksisitas lan inhibisi pertumbuhan mikroalga sing luwih dhuwur ing 100 mg L-1. Menariknya, ora ana bahan sing nuduhake tren lan katergantungan wektu sing padha saka efek atoksik/toksik dibandhingake karo sampel MAX utawa ML (waca SI kanggo rincian). Nalika kanggo fase MAX (waca Gambar S3) toksisitas tekan kira-kira 15-25% lan tambah suwe, tren kosok baline diamati kanggo SL Nb2CTx lan Nb4C3TX MXene. Inhibisi pertumbuhan mikroalga mudhun suwe-suwe. Tekan kira-kira 17% sawise 24 jam lan mudhun dadi kurang saka 5% sawise 72 jam (Gambar 3a, b, masing-masing).
Sing luwih penting, kanggo SL Nb4C3TX, inhibisi pertumbuhan mikroalga tekan udakara 27% sawise 24 jam, nanging sawise 72 jam mudhun dadi udakara 1%. Mulane, kita menehi label efek sing diamati minangka inhibisi stimulasi terbalik, lan efek kasebut luwih kuat kanggo SL Nb4C3TX MXene. Stimulasi pertumbuhan mikroalga dicathet sadurunge karo Nb4C3TX (interaksi ing 10 mg L-1 sajrone 24 jam) dibandhingake karo SL Nb2CTx MXene. Efek pembalikan stimulasi inhibisi uga dituduhake kanthi apik ing kurva tingkat penggandaan biomassa (waca Gambar S4 kanggo rincian). Nganti saiki, mung ekotoksisitas Ti3C2TX MXene sing wis ditliti kanthi macem-macem cara. Iki ora beracun kanggo embrio iwak zebra44 nanging cukup ekotoksisitas kanggo tanduran mikroalga Desmodesmus quadricauda lan Sorghum saccharatum45. Conto liyane saka efek tartamtu kalebu keracunan sing luwih dhuwur kanggo garis sel kanker tinimbang garis sel normal46,47. Bisa dianggep yen kahanan uji coba bakal mengaruhi owah-owahan ing pertumbuhan mikroalga sing diamati ing ngarsane Nb-MXenes. Contone, pH udakara 8 ing stroma kloroplas optimal kanggo operasi enzim RuBisCO sing efisien. Mulane, owah-owahan pH mengaruhi tingkat fotosintesis kanthi negatif48,49. Nanging, kita ora mirsani owah-owahan pH sing signifikan sajrone eksperimen (waca SI, Gambar S5 kanggo rincian). Umumé, kultur mikroalga nganggo Nb-MXenes rada nyuda pH larutan sajrone wektu. Nanging, penurunan iki padha karo owah-owahan ing pH medium murni. Kajaba iku, kisaran variasi sing ditemokake padha karo sing diukur kanggo kultur mikroalga murni (sampel kontrol). Dadi, kita nyimpulake yen fotosintesis ora kena pengaruh owah-owahan pH sajrone wektu.
Kajaba iku, MXene sing disintesis duwe ujung permukaan (dilambangake minangka Tx). Iki utamane gugus fungsi -O, -F lan -OH. Nanging, kimia permukaan ana hubungane langsung karo metode sintesis. Gugus kasebut dikenal disebarake kanthi acak ing permukaan, saengga angel prédhiksi efek ing sifat MXene50. Bisa dibantah manawa Tx bisa dadi gaya katalitik kanggo oksidasi niobium dening cahya. Gugus fungsi permukaan pancen nyedhiyakake pirang-pirang situs jangkar kanggo fotokatalis sing ndasari kanggo mbentuk heterojunction51. Nanging, komposisi medium pertumbuhan ora nyedhiyakake fotokatalis sing efektif (komposisi medium rinci bisa ditemokake ing Tabel SI S6). Kajaba iku, modifikasi permukaan apa wae uga penting banget, amarga aktivitas biologis MXene bisa diganti amarga pasca-pemrosesan lapisan, oksidasi, modifikasi permukaan kimia senyawa organik lan anorganik52,53,54,55,56 utawa rekayasa muatan permukaan38. Mulane, kanggo nguji apa niobium oksida ana hubungane karo ketidakstabilan materi ing medium, kita nindakake panliten babagan potensial zeta (ζ) ing medium pertumbuhan mikroalga lan banyu deionisasi (kanggo perbandingan). Asil kita nuduhake yen SL Nb-MXenes cukup stabil (waca Gambar SI S6 kanggo asil MAX lan ML). Potensial zeta saka SL MXenes kira-kira -10 mV. Ing kasus SR Nb2CTx, nilai ζ rada luwih negatif tinimbang Nb4C3Tx. Owah-owahan ing nilai ζ kasebut bisa nuduhake yen permukaan nanoflake MXene sing diisi negatif nyerep ion sing diisi positif saka medium kultur. Pangukuran temporal saka potensial zeta lan konduktivitas Nb-MXenes ing medium kultur (waca Gambar S7 lan S8 ing SI kanggo rincian liyane) koyone ndhukung hipotesis kita.
Nanging, kaloro Nb-MXene SL nuduhake owah-owahan minimal saka nol. Iki kanthi jelas nuduhake stabilitas ing medium pertumbuhan mikroalga. Kajaba iku, kita ngevaluasi apa anane mikroalga ijo kita bakal mengaruhi stabilitas Nb-MXenes ing medium kasebut. Asil potensial zeta lan konduktivitas MXenes sawise interaksi karo mikroalga ing media nutrisi lan kultur sajrone wektu bisa ditemokake ing SI (Gambar S9 lan S10). Menariknya, kita weruh manawa anane mikroalga katon nyetabilake dispersi kaloro MXenes. Ing kasus Nb2CTx SL, potensial zeta malah rada mudhun sajrone wektu nganti nilai sing luwih negatif (-15,8 versus -19,1 mV sawise 72 jam inkubasi). Potensi zeta SL Nb4C3TX rada mundhak, nanging sawise 72 jam isih nuduhake stabilitas sing luwih dhuwur tinimbang nanoflake tanpa anane mikroalga (-18,1 vs. -9,1 mV).
Kita uga nemokake konduktivitas larutan Nb-MXene sing luwih murah sing diinkubasi ing ngarsane mikroalga, sing nuduhake jumlah ion sing luwih murah ing medium nutrisi. Khususé, ketidakstabilan MXene ing banyu utamane amarga oksidasi permukaan57. Mulane, kita curiga yen mikroalga ijo bisa ngresiki oksida sing kawangun ing permukaan Nb-MXene lan malah nyegah kedadeyan kasebut (oksidasi MXene). Iki bisa dideleng kanthi nyinaoni jinis zat sing diserep dening mikroalga.
Sanajan panliten ekotoksikologi nuduhake yen mikroalga bisa ngatasi keracunan Nb-MXenes sajrone wektu lan inhibisi pertumbuhan sing ora biasa, tujuane panliten iki yaiku kanggo nyelidiki mekanisme aksi sing bisa ditindakake. Nalika organisme kayata ganggang kena senyawa utawa bahan sing ora dikenal karo ekosistem, dheweke bisa reaksi kanthi macem-macem cara58,59. Tanpa anané oksida logam beracun, mikroalga bisa mangan awake dhewe, saengga bisa terus tuwuh60. Sawise ngonsumsi zat beracun, mekanisme pertahanan bisa diaktifake, kayata ngganti bentuk utawa wujud. Kemungkinan panyerepan uga kudu ditimbang58,59. Khususé, tandha-tandha mekanisme pertahanan minangka indikator sing jelas babagan keracunan senyawa uji. Mulane, ing karya luwih lanjut, kita nyelidiki interaksi permukaan potensial antarane nanoflake SL Nb-MXene lan mikroalga dening SEM lan kemungkinan panyerepan MXene berbasis Nb dening spektroskopi fluoresensi sinar-X (XRF). Elinga yen analisis SEM lan XRF mung ditindakake ing konsentrasi MXene paling dhuwur kanggo ngatasi masalah keracunan aktivitas.
Asil SEM dituduhake ing Gambar 4. Sel mikroalga sing ora diobati (deleng Gambar 4a, conto referensi) kanthi jelas nuduhake morfologi R. subcapitata sing khas lan bentuk sel kaya croissant. Sel katon rata lan rada ora teratur. Sawetara sel mikroalga tumpang tindih lan nyangkut siji lan sijine, nanging iki mbokmenawa disebabake dening proses persiapan sampel. Umumé, sel mikroalga murni duwe permukaan sing alus lan ora nuduhake owah-owahan morfologis.
Gambar SEM sing nuduhake interaksi permukaan antarane mikroalga ijo lan nanosheet MXene sawise 72 jam interaksi ing konsentrasi ekstrem (100 mg L-1). (a) Mikroalga ijo sing ora diobati sawise interaksi karo SL (b) Nb2CTx lan (c) Nb4C3TX MXenes. Elinga yen nanoflake Nb-MXene ditandhani nganggo panah abang. Kanggo perbandingan, foto saka mikroskop optik uga ditambahake.
Kosok baline, sel mikroalga sing diserep dening nanoflake SL Nb-MXene rusak (waca Gambar 4b, c, panah abang). Ing kasus Nb2CTx MXene (Gambar 4b), mikroalga cenderung tuwuh karo skala nano rong dimensi sing nempel, sing bisa ngganti morfologi. Khususé, kita uga mirsani owah-owahan kasebut ing mikroskop cahya (waca Gambar SI S11 kanggo rincian). Transisi morfologis iki nduweni basis sing masuk akal ing fisiologi mikroalga lan kemampuane kanggo mbela awake dhewe kanthi ngganti morfologi sel, kayata nambah volume sel61. Mulane, penting kanggo mriksa jumlah sel mikroalga sing sejatine kontak karo Nb-MXenes. Panliten SEM nuduhake yen kira-kira 52% sel mikroalga kena Nb-MXenes, dene 48% sel mikroalga iki ngindhari kontak. Kanggo SL Nb4C3Tx MXene, mikroalga nyoba ngindhari kontak karo MXene, saengga lokalisasi lan tuwuh saka skala nano rong dimensi (Gambar 4c). Nanging, kita ora ngamati penetrasi nanoscales menyang sel mikroalga lan karusakane.
Pengawetan diri uga minangka prilaku respon sing gumantung wektu kanggo pamblokiran fotosintesis amarga adsorpsi partikel ing permukaan sel lan efek sing diarani shading (bayangan)62. Cetha yen saben obyek (contone, nanoflake Nb-MXene) sing ana ing antarane mikroalga lan sumber cahya mbatesi jumlah cahya sing diserep dening kloroplas. Nanging, kita ora mangu-mangu yen iki duwe pengaruh sing signifikan marang asil sing dipikolehi. Kaya sing dituduhake dening pengamatan mikroskopis kita, nanoflake 2D ora dibungkus utawa nempel kanthi lengkap ing permukaan mikroalga, sanajan sel mikroalga kontak karo Nb-MXenes. Nanging, nanoflake jebul diorientasi menyang sel mikroalga tanpa nutupi permukaane. Set nanoflake/mikroalga kaya ngono ora bisa mbatesi jumlah cahya sing diserep dening sel mikroalga kanthi signifikan. Kajaba iku, sawetara panliten malah nuduhake peningkatan penyerapan cahya dening organisme fotosintetik ing ngarsane nanomaterial rong dimensi63,64,65,66.
Amarga gambar SEM ora bisa langsung ngonfirmasi serapan niobium dening sel mikroalga, panliten luwih lanjut kita nggunakake analisis fluoresensi sinar-X (XRF) lan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) kanggo njlentrehake masalah iki. Mulane, kita mbandhingake intensitas puncak Nb saka sampel mikroalga referensi sing ora berinteraksi karo MXenes, nanoflake MXenes sing dipisahake saka permukaan sel mikroalga, lan sel mikroalga sawise ngilangi MXenes sing nempel. Perlu dicathet yen ora ana serapan Nb, nilai Nb sing dipikolehi dening sel mikroalga kudu nol sawise ngilangi skala nano sing nempel. Mulane, yen serapan Nb kedadeyan, asil XRF lan XPS kudu nuduhake puncak Nb sing jelas.
Ing kasus spektrum XRF, sampel mikroalga nuduhake puncak Nb kanggo SL Nb2CTx lan Nb4C3Tx MXene sawise interaksi karo SL Nb2CTx lan Nb4C3Tx MXene (waca Gambar 5a, uga elinga yen asil kanggo MAX lan ML MXene dituduhake ing SI, Gambar S12-C17). Menariknya, intensitas puncak Nb padha ing loro kasus kasebut (garis abang ing Gambar 5a). Iki nuduhake yen alga ora bisa nyerep luwih akeh Nb, lan kapasitas maksimal kanggo akumulasi Nb digayuh ing sel, sanajan kaping pindho luwih akeh Nb4C3Tx MXene sing dipasang ing sel mikroalga (garis biru ing Gambar 5a). Khususé, kemampuan mikroalga kanggo nyerep logam gumantung saka konsentrasi oksida logam ing lingkungan67,68. Shamshada et al.67 nemokake yen kapasitas penyerapan alga banyu tawar mudhun kanthi tambah pH. Raize et al.68 nyathet yen kemampuan rumput laut kanggo nyerep logam udakara 25% luwih dhuwur kanggo Pb2+ tinimbang Ni2+.
(a) Asil XRF saka serapan Nb basal dening sel mikroalga ijo sing diinkubasi ing konsentrasi ekstrem SL Nb-MXenes (100 mg L-1) sajrone 72 jam. Asil kasebut nuduhake anane α ing sel mikroalga murni (sampel kontrol, kolom abu-abu), nanoflake 2D sing diisolasi saka sel mikroalga permukaan (kolom biru), lan sel mikroalga sawise pamisahan nanoflake 2D saka permukaan (kolom abang). Jumlah unsur Nb, (b) persentase komposisi kimia komponen organik mikroalga (C=O lan CHx/C–O) lan oksida Nb sing ana ing sel mikroalga sawise inkubasi karo SL Nb-MXenes, (c–e) Pas puncak komposisi spektrum XPS SL Nb2CTx lan (fh) SL Nb4C3Tx MXene sing diinternalisasi dening sel mikroalga.
Mulane, kita ngarepake yen Nb bisa diserep dening sel alga ing wangun oksida. Kanggo nguji iki, kita nindakake studi XPS ing MXenes Nb2CTx lan Nb4C3TX lan sel alga. Asil interaksi mikroalga karo Nb-MXenes lan MXenes sing diisolasi saka sel alga dituduhake ing Gambar 5b. Kaya sing dikarepake, kita ndeteksi puncak Nb 3d ing sampel mikroalga sawise mbusak MXenes saka permukaan mikroalga. Penentuan kuantitatif C=O, CHx/CO, lan oksida Nb diitung adhedhasar spektrum Nb 3d, O 1s, lan C 1s sing dipikolehi nganggo Nb2CTx SL (Gambar 5c–e) lan Nb4C3Tx SL (Gambar 5c–e). ) sing dipikolehi saka mikroalga sing diinkubasi. Gambar 5f–h) MXenes. Tabel S1-3 nuduhake rincian parameter puncak lan kimia sakabèhé sing diasilake saka kesesuaian kasebut. Perlu dicathet yen wilayah Nb 3d saka Nb2CTx SL lan Nb4C3Tx SL (Gambar 5c, f) cocog karo siji komponen Nb2O5. Ing kene, kita ora nemokake puncak sing ana gandhengane karo MXene ing spektrum, sing nuduhake yen sel mikroalga mung nyerep bentuk oksida Nb. Kajaba iku, kita ngira-ira spektrum C1s karo komponen C–C, CHx/C–O, C=O, lan –COOH. Kita menehi puncak CHx/C–O lan C=O menyang kontribusi organik sel mikroalga. Komponen organik iki nyumbang 36% lan 41% saka puncak C1s ing Nb2CTx SL lan Nb4C3TX SL. Banjur kita masang spektrum O1s saka SL Nb2CTx lan SL Nb4C3TX karo Nb2O5, komponen organik mikroalga (CHx/CO), lan banyu sing diserap permukaan.
Pungkasanipun, asil XPS kanthi cetha nuduhake wujud Nb, ora mung anane. Miturut posisi sinyal Nb 3d lan asil dekonvolusi, kita ngonfirmasi manawa Nb mung diserep ing wujud oksida lan dudu ion utawa MXene dhewe. Kajaba iku, asil XPS nuduhake manawa sel mikroalga duwe kemampuan sing luwih gedhe kanggo nyerep oksida Nb saka SL Nb2CTx dibandhingake karo SL Nb4C3TX MXene.
Sanajan asil serapan Nb kita apik banget lan ngidini kita ngenali degradasi MXene, ora ana metode sing kasedhiya kanggo nglacak owah-owahan morfologis sing ana gandhengane ing nanoflake 2D. Mulane, kita uga mutusake kanggo ngembangake metode sing cocog sing bisa langsung nanggapi owah-owahan sing kedadeyan ing nanoflake 2D Nb-MXene lan sel mikroalga. Penting kanggo dicathet yen kita nganggep yen spesies sing berinteraksi ngalami transformasi, dekomposisi utawa defragmentasi, iki kudu cepet katon minangka owah-owahan ing parameter bentuk, kayata diameter area bunder sing padha, kebunderan, jembar Feret, utawa dawa Feret. Amarga parameter kasebut cocog kanggo njlentrehake partikel sing dawa utawa nanoflake rong dimensi, pelacakan kanthi analisis bentuk partikel dinamis bakal menehi informasi sing penting babagan transformasi morfologis nanoflake SL Nb-MXene sajrone reduksi.
Asil sing dipikolehi dituduhake ing Gambar 6. Kanggo perbandingan, kita uga nguji fase MAX asli lan ML-MXenes (waca Gambar SI S18 lan S19). Analisis dinamis saka bentuk partikel nuduhake yen kabeh parameter bentuk saka rong Nb-MXene SL owah sacara signifikan sawise interaksi karo mikroalga. Kaya sing dituduhake dening parameter diameter area bunder sing padha (Gambar 6a, b), intensitas puncak sing suda saka fraksi nanoflake gedhe nuduhake yen cenderung bosok dadi fragmen sing luwih cilik. Ing gambar 6c, d nuduhake penurunan puncak sing ana gandhengane karo ukuran transversal serpihan (elongasi nanoflake), sing nuduhake transformasi nanoflake 2D dadi bentuk sing luwih kaya partikel. Gambar 6e-h nuduhake jembar lan dawa Feret. Jembar lan dawa Feret minangka parameter komplementer lan mulane kudu dianggep bebarengan. Sawise inkubasi nanoflake Nb-MXene 2D ing ngarsane mikroalga, puncak korelasi Feret owah lan intensitase mudhun. Adhedhasar asil kasebut digabungake karo morfologi, XRF lan XPS, kita nyimpulake yen owah-owahan sing diamati ana hubungane karo oksidasi amarga MXena sing teroksidasi dadi luwih keriput lan rusak dadi fragmen lan partikel oksida bunder69,70.
Analisis transformasi MXene sawise interaksi karo mikroalga ijo. Analisis bentuk partikel dinamis nganggep parameter kayata (a, b) diameter area bunder sing padha, (c, d) kebulat, (e, f) Jembar feret lan (g, h) Dawane feret. Kanggo tujuan iki, rong sampel mikroalga referensi dianalisis bebarengan karo SL Nb2CTx primer lan SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx lan SL Nb4C3Tx MXenes, mikroalga sing wis terdegradasi, lan mikroalga sing wis diolah SL Nb2CTx lan SL Nb4C3Tx MXenes. Panah abang nuduhake transisi parameter bentuk nanoflake rong dimensi sing disinaoni.
Amarga analisis parameter wujud iku dipercaya banget, analisis iki uga bisa nuduhake owah-owahan morfologis ing sel mikroalga. Mulane, kita nganalisa diameter area bunder sing padha, kebunderan, lan jembar/dawa Feret saka sel lan sel mikroalga murni sawise interaksi karo nanoflake 2D Nb. Ing gambar 6a-h nuduhake owah-owahan ing parameter wujud sel alga, sing dibuktekake kanthi penurunan intensitas puncak lan owah-owahan maksimal menyang nilai sing luwih dhuwur. Utamane, parameter kebunderan sel nuduhake penurunan sel sing dawa lan peningkatan sel bola (Gambar 6a, b). Kajaba iku, jembar sel Feret mundhak pirang-pirang mikrometer sawise interaksi karo SL Nb2CTx MXene (Gambar 6e) dibandhingake karo SL Nb4C3TX MXene (Gambar 6f). Kita curiga yen iki bisa uga amarga penyerapan oksida Nb sing kuwat dening mikroalga nalika interaksi karo Nb2CTx SR. Penempelan serpihan Nb sing kurang kaku ing permukaane bisa nyebabake pertumbuhan sel kanthi efek bayangan minimal.
Pengamatan kita babagan owah-owahan ing parameter bentuk lan ukuran mikroalga nambahi panliten liyane. Mikroalga ijo bisa ngganti morfologi minangka respon kanggo stres lingkungan kanthi ngganti ukuran sel, bentuk utawa metabolisme61. Contone, ngganti ukuran sel nggampangake penyerapan nutrisi71. Sel alga sing luwih cilik nuduhake penyerapan nutrisi sing luwih murah lan tingkat pertumbuhan sing kurang. Kosok baline, sel sing luwih gedhe cenderung ngonsumsi luwih akeh nutrisi, sing banjur disimpen ing njero sel72,73. Machado lan Soares nemokake manawa triklosan fungisida bisa nambah ukuran sel. Dheweke uga nemokake owah-owahan sing jero ing bentuk alga74. Kajaba iku, Yin et al.9 uga nuduhake owah-owahan morfologis ing alga sawise kena nanokomposit oksida graphene sing suda. Mulane, jelas manawa parameter ukuran/bentuk mikroalga sing diganti disebabake dening anané MXene. Amarga owah-owahan ukuran lan bentuk iki nuduhake owah-owahan ing penyerapan nutrisi, kita percaya manawa analisis parameter ukuran lan bentuk sajrone wektu bisa nduduhake penyerapan niobium oksida dening mikroalga ing anané Nb-MXenes.
Kajaba iku, MXenes bisa dioksidasi nalika ana ganggang. Dalai et al.75 ngamati yen morfologi ganggang ijo sing kapapar nano-TiO2 lan Al2O376 ora seragam. Sanajan pengamatan kita padha karo panliten iki, mung relevan kanggo panliten babagan efek bioremediasi babagan produk degradasi MXenes nalika ana nanoflake 2D lan dudu nanopartikel. Amarga MXenes bisa rusak dadi oksida logam,31,32,77,78, mula cukup masuk akal kanggo nganggep yen nanoflake Nb kita uga bisa mbentuk oksida Nb sawise sesambungan karo sel mikroalga.
Kanggo njelasake reduksi nanoflake 2D-Nb liwat mekanisme dekomposisi adhedhasar proses oksidasi, kita nindakake panliten nggunakake mikroskop elektron transmisi resolusi dhuwur (HRTEM) (Gambar 7a, b) lan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (Gambar 7). 7c-i lan tabel S4-5). Kaloro pendekatan kasebut cocog kanggo nyinaoni oksidasi bahan 2D lan saling melengkapi. HRTEM bisa nganalisis degradasi struktur berlapis rong dimensi lan tampilan nanopartikel oksida logam sabanjure, dene XPS sensitif marang ikatan permukaan. Kanggo tujuan iki, kita nguji nanoflake Nb-MXene 2D sing diekstrak saka dispersi sel mikroalga, yaiku, bentuke sawise interaksi karo sel mikroalga (waca Gambar 7).
Gambar HRTEM sing nuduhake morfologi (a) SL Nb2CTx lan (b) SL Nb4C3Tx MXenes sing wis teroksidasi, asil analisis XPS sing nuduhake (c) komposisi produk oksida sawise reduksi, (d–f) pencocokan puncak komponen spektrum XPS SL Nb2CTx lan (g–i) Nb4C3Tx SL sing didandani nganggo mikroalga ijo.
Panliten HRTEM ngonfirmasi oksidasi rong jinis nanoflake Nb-MXene. Sanajan nanoflake njaga morfologi rong dimensi nganti sawetara, oksidasi nyebabake munculé akeh nanopartikel sing nutupi permukaan nanoflake MXene (waca Gambar 7a, b). Analisis XPS saka sinyal c Nb 3d lan O 1s nuduhake yen oksida Nb kawangun ing loro kasus kasebut. Kaya sing dituduhake ing Gambar 7c, 2D MXene Nb2CTx lan Nb4C3TX duwe sinyal Nb 3d sing nuduhake anané oksida NbO lan Nb2O5, dene sinyal O 1s nuduhake jumlah ikatan O-Nb sing ana gandhengane karo fungsionalisasi permukaan nanoflake 2D. Kita weruh yen kontribusi oksida Nb luwih dominan dibandhingake karo Nb-C lan Nb3+-O.
Ing gambar. Gambar 7g–i nuduhake spektrum XPS saka Nb 3d, C 1s, lan O 1s SL Nb2CTx (waca Gambar 7d–f) lan SL Nb4C3TX MXene sing diisolasi saka sel mikroalga. Rincian parameter puncak Nb-MXenes diwenehake ing Tabel S4–5. Kita pisanan nganalisa komposisi Nb 3d. Beda karo Nb sing diserep dening sel mikroalga, ing MXene sing diisolasi saka sel mikroalga, saliyane Nb2O5, komponen liyane ditemokake. Ing Nb2CTx SL, kita mirsani kontribusi Nb3+-O kanthi jumlah 15%, dene spektrum Nb 3d liyane didominasi dening Nb2O5 (85%). Kajaba iku, sampel SL Nb4C3TX ngemot komponen Nb-C (9%) lan Nb2O5 (91%). Ing kene Nb-C asale saka rong lapisan atom njero karbida logam ing Nb4C3Tx SR. Banjur kita memetakan spektrum C1s dadi patang komponen sing beda, kaya sing ditindakake ing sampel internalisasi. Kaya sing dikarepake, spektrum C1s didominasi dening karbon grafit, diikuti dening kontribusi saka partikel organik (CHx/CO lan C=O) saka sel mikroalga. Kajaba iku, ing spektrum O1s, kita mirsani kontribusi saka bentuk organik sel mikroalga, niobium oksida, lan banyu sing diserap.
Kajaba iku, kita nyelidiki apa pamisahan Nb-MXenes ana gandhengane karo anané spesies oksigen reaktif (ROS) ing medium nutrisi lan/utawa sel mikroalga. Kanggo tujuan iki, kita ngevaluasi tingkat oksigen singlet (1O2) ing medium kultur lan glutathione intraseluler, tiol sing tumindak minangka antioksidan ing mikroalga. Asil kasebut dituduhake ing SI (Gambar S20 lan S21). Kultur nganggo SL Nb2CTx lan Nb4C3TX MXenes ditondoi kanthi jumlah 1O2 sing suda (waca Gambar S20). Ing kasus SL Nb2CTx, MXene 1O2 suda dadi udakara 83%. Kanggo kultur mikroalga sing nggunakake SL, Nb4C3TX 1O2 mudhun luwih akeh, dadi 73%. Menariknya, owah-owahan ing 1O2 nuduhake tren sing padha karo efek stimulasi hambat sing diamati sadurunge (waca Gambar 3). Bisa dibantah manawa inkubasi ing cahya padhang bisa ngowahi fotooksidasi. Nanging, asil analisis kontrol nuduhake tingkat 1O2 sing meh tetep sajrone eksperimen (Gambar S22). Ing kasus tingkat ROS intraseluler, kita uga mirsani tren mudhun sing padha (waca Gambar S21). Kaping pisanan, tingkat ROS ing sel mikroalga sing dikultur kanthi anané Nb2CTx lan Nb4C3Tx SL ngluwihi tingkat sing ditemokake ing kultur murni mikroalga. Nanging, pungkasane, katon yen mikroalga kasebut adaptasi karo anané Nb-MXenes, amarga tingkat ROS mudhun dadi 85% lan 91% saka tingkat sing diukur ing kultur murni mikroalga sing diinokulasi karo SL Nb2CTx lan Nb4C3TX. Iki bisa uga nuduhake yen mikroalga rumangsa luwih nyaman suwe-suwe kanthi anané Nb-MXene tinimbang mung ing medium nutrisi.
Mikroalga iku klompok organisme fotosintetik sing maneka warna. Sajrone fotosintesis, dheweke ngowahi karbon dioksida atmosfer (CO2) dadi karbon organik. Produk fotosintesis yaiku glukosa lan oksigen79. Kita ngira yen oksigen sing dibentuk nduweni peran penting ing oksidasi Nb-MXenes. Salah sawijining panjelasan sing bisa ditindakake yaiku parameter aerasi diferensial dibentuk ing tekanan parsial oksigen sing endhek lan dhuwur ing njaba lan ing njero nanoflake Nb-MXene. Iki tegese ing ngendi wae ana area tekanan parsial oksigen sing beda, area kanthi tingkat paling endhek bakal mbentuk anoda 80, 81, 82. Ing kene, mikroalga nyumbang kanggo nggawe sel sing diaerasi kanthi beda ing permukaan serpihan MXene, sing ngasilake oksigen amarga sifat fotosintetik. Akibate, produk biokorosi (ing kasus iki, niobium oksida) dibentuk. Aspek liyane yaiku mikroalga bisa ngasilake asam organik sing dirilis menyang banyu83,84. Mulane, lingkungan agresif dibentuk, saengga ngganti Nb-MXenes. Kajaba iku, mikroalga bisa ngowahi pH lingkungan dadi basa amarga panyerepan karbon dioksida, sing uga bisa nyebabake korosi79.
Sing luwih penting, fotoperiode peteng/padhang sing digunakake ing panliten iki penting banget kanggo mangerteni asil sing dipikolehi. Aspek iki diterangake kanthi rinci ing Djemai-Zoghlache et al. 85 Dheweke sengaja nggunakake fotoperiode 12/12 jam kanggo nduduhake biokorosi sing ana gandhengane karo biofouling dening mikroalga abang Porphyridium purpureum. Dheweke nuduhake yen fotoperiode kasebut ana gandhengane karo evolusi potensial tanpa biokorosi, sing diwujudake minangka osilasi pseudoperiodik sekitar jam 24:00. Pengamatan kasebut dikonfirmasi dening Dowling et al. 86 Dheweke nduduhake biofilm fotosintetik saka cyanobacteria Anabaena. Oksigen sing larut dibentuk ing tumindak cahya, sing ana gandhengane karo owah-owahan utawa fluktuasi ing potensial biokorosi bebas. Pentinge fotoperiode ditekanake dening kasunyatan manawa potensial bebas kanggo biokorosi mundhak ing fase padhang lan mudhun ing fase peteng. Iki amarga oksigen sing diasilake dening mikroalga fotosintetik, sing mengaruhi reaksi katodik liwat tekanan parsial sing diasilake cedhak elektroda87.
Kajaba iku, spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) ditindakake kanggo ngerteni apa ana owah-owahan sing kedadeyan ing komposisi kimia sel mikroalga sawise interaksi karo Nb-MXenes. Asil sing dipikolehi iki kompleks lan kita nampilake ing SI (Gambar S23-S25, kalebu asil tahap MAX lan ML MXenes). Cekakipun, spektrum referensi mikroalga sing dipikolehi menehi informasi penting babagan karakteristik kimia organisme kasebut. Getaran sing paling mungkin iki dumunung ing frekuensi 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. siji. 1 1 (C–H) lan 3280 cm–1 (O–H). Kanggo SL Nb-MXenes, kita nemokake tandha peregangan ikatan CH sing konsisten karo panliten sadurunge38. Nanging, kita mirsani manawa sawetara puncak tambahan sing ana gandhengane karo ikatan C=C lan CH ilang. Iki nuduhake manawa komposisi kimia mikroalga bisa ngalami owah-owahan cilik amarga interaksi karo SL Nb-MXenes.
Nalika nimbang owah-owahan sing bisa kedadeyan ing biokimia mikroalga, akumulasi oksida anorganik, kayata niobium oksida, kudu ditimbang maneh59. Iki melu ing panyerepan logam dening permukaan sel, transportasi menyang sitoplasma, asosiasi karo gugus karboksil intraseluler, lan akumulasi ing polifosfosom mikroalga20,88,89,90. Kajaba iku, hubungan antarane mikroalga lan logam dijaga dening gugus fungsi sel. Amarga alasan iki, panyerepan uga gumantung marang kimia permukaan mikroalga, sing cukup kompleks9,91. Umumé, kaya sing dikarepake, komposisi kimia mikroalga ijo rada owah amarga panyerepan Nb oksida.
Menariknya, inhibisi awal mikroalga sing diamati bisa dibalikke sajrone wektu. Kaya sing diamati, mikroalga ngatasi owah-owahan lingkungan awal lan pungkasane bali menyang tingkat pertumbuhan normal lan malah tambah. Panliten babagan potensial zeta nuduhake stabilitas sing dhuwur nalika dilebokake ing media nutrisi. Mangkono, interaksi permukaan antarane sel mikroalga lan nanoflake Nb-MXene dijaga sajrone eksperimen reduksi. Ing analisis luwih lanjut, kita ngringkes mekanisme aksi utama sing ndasari prilaku mikroalga sing luar biasa iki.
Pengamatan SEM nuduhake yen mikroalga cenderung nempel ing Nb-MXenes. Nggunakake analisis gambar dinamis, kita ngonfirmasi yen efek iki nyebabake transformasi nanoflake Nb-MXene rong dimensi dadi partikel sing luwih bunder, saengga nuduhake yen dekomposisi nanoflake ana gandhengane karo oksidasi. Kanggo nguji hipotesis kita, kita nindakake serangkaian studi materi lan biokimia. Sawise nguji, nanoflake mboko sithik teroksidasi lan dekomposisi dadi produk NbO lan Nb2O5, sing ora ngancam mikroalga ijo. Nggunakake pengamatan FTIR, kita ora nemokake owah-owahan sing signifikan ing komposisi kimia mikroalga sing diinkubasi ing ngarsane nanoflake Nb-MXene 2D. Ngelingi kemungkinan panyerepan niobium oksida dening mikroalga, kita nindakake analisis fluoresensi sinar-X. Asil kasebut kanthi jelas nuduhake yen mikroalga sing ditliti mangan niobium oksida (NbO lan Nb2O5), sing ora beracun kanggo mikroalga sing ditliti.