Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Mampiasa dikan-tranonkala misy fanohanana CSS voafetra ianao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hanafoana ny Compatibility Mode ao amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript izahay.
Mampiseho andian-tsary misy sary telo indray miaraka. Ampiasao ny bokotra "Previous" sy "Next" mba hifindrana amin'ny sary telo indray mandeha, na ampiasao ny bokotra "slider" eo amin'ny farany mba hifindrana amin'ny sary telo indray mandeha.
Mety handrahona ny tontolo iainana ny fivoarana haingana amin'ny nanoteknolojia sy ny fampidirana azy amin'ny fampiharana andavanandro. Na dia efa voaporofo aza ny fomba maitso ho an'ny fanimbana ny loto organika, ny famerenana amin'ny laoniny ny loto kristaly tsy organika dia tena mampanahy noho ny tsy fahatsapany ny fiovan'ny biolojika sy ny tsy fahatakarana ny fifandraisan'ny ety ambonin'ny fitaovana amin'ny biolojika. Eto izahay dia mampiasa modely MXenes 2D tsy organika miorina amin'ny Nb miaraka amin'ny fomba famakafakana endrika tsotra mba hanarahana ny mekanisma bioremediation amin'ny nanomaterials seramika 2D ataon'ny microalgae maitso Raphidocelis subcapitata. Hitanay fa manimba ny MXenes miorina amin'ny Nb ny microalgae noho ny fifandraisana ara-batana-simika mifandraika amin'ny ety ambonin'ny tany. Tamin'ny voalohany, ny nanoflakes MXene tokana sy maro sosona dia napetaka tamin'ny ety ambonin'ny microalgae, izay nampihena kely ny fitomboan'ny ahidrano. Na izany aza, rehefa ela ny fifandraisana tamin'ny ety ambonin'ny tany, ny microalgae dia nanimba ny nanoflakes MXene ary nanapotika azy ireo ho NbO sy Nb2O5. Satria tsy misy poizina ho an'ny sela microalgae ireo oksida ireo, dia mandany ny nanoparticles Nb oxide amin'ny alàlan'ny mekanisma fidiran'ny microalgae izay mamerina amin'ny laoniny ny microalgae rehefa afaka 72 ora amin'ny fitsaboana rano. Ny vokatry ny otrikaina mifandraika amin'ny fidiran'ny otrikaina dia hita taratra ihany koa amin'ny fitomboan'ny haben'ny sela, ny endriny malefaka ary ny fiovan'ny tahan'ny fitomboana. Mifototra amin'ireo zavatra hita ireo, dia manatsoaka hevitra izahay fa ny fisian'ny MXenes miorina amin'ny Nb amin'ny fotoana fohy sy maharitra ao amin'ny tontolo iainana rano madio dia mety hiteraka fiantraikany kely amin'ny tontolo iainana. Tsara homarihina fa, amin'ny fampiasana nanomaterials roa refy ho rafitra modely, dia asehonay ny mety hanarahana ny fiovan'ny endrika na dia amin'ny fitaovana madinika aza. Amin'ny ankapobeny, ity fanadihadiana ity dia mamaly fanontaniana fototra manan-danja momba ny dingana mifandraika amin'ny fifandraisana amin'ny ety ambonin'ny tany izay mitarika ny mekanisma bioremediation amin'ny nanomaterials 2D ary manome fototra ho an'ny fanadihadiana fohy sy maharitra momba ny fiantraikan'ny nanomaterials kristaly tsy organika amin'ny tontolo iainana.
Nahaliana olona maro ny akora nano hatramin'ny nahitana azy ireo, ary vao haingana no niditra tamin'ny dingana fanavaozana ny teknolojia nano1. Indrisy anefa fa ny fampidirana ireo akora nano amin'ny fampiharana andavanandro dia mety hiteraka fivoahana tsy nahy noho ny fanariana tsy mety, ny fikirakirana tsy amim-pitandremana, na ny fotodrafitrasa fiarovana tsy ampy. Noho izany, azo eritreretina fa ny akora nano, anisan'izany ny akora nano roa refy (2D), dia azo avoaka any amin'ny tontolo voajanahary, izay mbola tsy takatra tanteraka ny fitondran-tenany sy ny asany biolojika. Noho izany, tsy mahagaga raha nifantoka tamin'ny fahafahan'ny akora nano 2D miditra any amin'ny rafitra anaty rano ny ahiahy momba ny poizina amin'ny tontolo iainana2,3,4,5,6. Ao amin'ireo tontolo iainana ireo, ny akora nano 2D sasany dia afaka mifandray amin'ny zavamananaina isan-karazany amin'ny ambaratonga trofika samihafa, anisan'izany ny microalgae.
Zavamananaina voalohany hita voajanahary ao amin'ny tontolo iainana rano madio sy an-dranomasina ny mikrôalga izay mamokatra vokatra simika isan-karazany amin'ny alàlan'ny fotosintezy7. Noho izany, tena ilaina amin'ny tontolo iainana an-drano izy ireo8,9,10,11,12 saingy mari-pamantarana mora tohina, tsy lafo ary ampiasaina betsaka ihany koa amin'ny poizina amin'ny tontolo iainana13,14. Koa satria mitombo haingana sy mamaly haingana ny fisian'ny akora isan-karazany ny sela mikrôalga, dia mampanantena izy ireo amin'ny fampivoarana fomba fitsaboana sariaka amin'ny tontolo iainana amin'ny rano voaloto amin'ny akora organika15,16.
Afaka manala ireo iôna tsy organika ao anaty rano amin'ny alalan'ny biosorption sy ny fanangonan-karena ny selan'ny ahidrano17,18. Ny karazana ahidrano sasany toy ny Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue ary Synechococcus sp. Hita fa mitondra ary mamelona ireo iôna metaly misy poizina toy ny Fe2+, Cu2+, Zn2+ ary Mn2+19 izy io. Ny fanadihadiana hafa dia naneho fa ny iôna Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ na Pb2+ dia mametra ny fitomboan'ny Scenedesmus amin'ny alàlan'ny fanovana ny endriky ny sela sy ny fandringanana ny kloroplastany20,21.
Nahasarika ny sain'ny mpahay siansa sy injeniera manerana izao tontolo izao ny fomba maitso ho an'ny faharavan'ny loto organika sy ny fanesorana ny iôna metaly mavesatra. Izany dia vokatry ny hoe mora karakaraina ao anaty rano ireo loto ireo. Na izany aza, ny loto kristaly tsy organika dia miavaka amin'ny tsy fahafahany levona anaty rano sy ny tsy fahazakana fiovana biolojika isan-karazany, izay miteraka fahasarotana lehibe amin'ny fanarenana, ary mbola misy fandrosoana kely amin'ity sehatra ity22,23,24,25,26. Noho izany, ny fikarohana vahaolana sariaka amin'ny tontolo iainana ho an'ny fanamboarana ny nanomaterials dia mbola sehatra sarotra sy tsy voadinika. Noho ny tsy fahazoana antoka momba ny fiantraikan'ny fiovan'ny biolojika amin'ny nanomaterials 2D, dia tsy misy fomba mora hahitana ny lalan'ny fahasimbany mandritra ny fampihenana.
Ato amin'ity fandalinana ity, nampiasa ahidrano maitso izahay ho toy ny akora bioremediation mavitrika amin'ny rano ho an'ny fitaovana seramika tsy organika, miaraka amin'ny fanaraha-maso mivantana ny fizotran'ny fahasimban'ny MXene ho solontenan'ny fitaovana seramika tsy organika. Ny teny hoe "MXene" dia maneho ny stoichiometry amin'ny fitaovana Mn+1XnTx, izay M dia metaly tetezamita voalohany, X dia karbônina sy/na azota, Tx dia mpamaritra ambonin'ny tany (ohatra, -OH, -F, -Cl), ary n = 1, 2, 3 na 427.28. Hatramin'ny nahitana ny MXenes nataon'i Naguib et al. Sensorics, fitsaboana homamiadana ary sivana membrane 27,29,30. Ho fanampin'izany, ny MXenes dia azo heverina ho rafitra modely 2D noho ny fahamarinan-toerana colloidal tsara dia tsara sy ny fifandraisana biolojika mety hitranga31,32,33,34,35,36.
Noho izany, ny fomba fiasa novolavolaina ato amin'ity lahatsoratra ity sy ny petra-kevitray momba ny fikarohana dia aseho amin'ny Sary 1. Araka ity petra-kevitra ity, ny ahidrano bitika dia manimba ny MXenes miorina amin'ny Nb ho lasa singa tsy misy poizina noho ny fifandraisana ara-batana sy simika mifandraika amin'ny ety ambonin'ny tany, izay ahafahana mamerina amin'ny laoniny ny ahidrano. Mba hitsapana ity petra-kevitra ity, dia mpikambana roa ao amin'ny fianakavian'ny karbida sy/na nitrida metaly tetezamita miorina amin'ny niobium (MXenes) voalohany, dia ny Nb2CTx sy Nb4C3TX, no nofantenana.
Fomba fikarohana sy petra-kevitra mifototra amin'ny porofo ho an'ny famerenana amin'ny laoniny ny MXene amin'ny alàlan'ny ahidrano maitso Raphidocelis subcapitata. Mariho fa fanehoana an-tsary fotsiny ihany ity momba ny petra-kevitra mifototra amin'ny porofo. Samy hafa ny tontolo iainana ao amin'ny farihy amin'ny alàlan'ny otrikaina ampiasaina sy ny fepetra (ohatra, ny tsingerina isan'andro sy ny fetran'ny otrikaina ilaina azo ampiasaina). Noforonina tamin'ny BioRender.com.
Noho izany, amin'ny fampiasana ny MXene ho toy ny rafitra modely, dia nanokatra varavarana ho an'ny fandalinana ireo fiantraikany biolojika isan-karazany izay tsy hita maso amin'ny nanomaterials mahazatra hafa izahay. Indrindra indrindra, asehonay ny mety hisian'ny bioremediation amin'ny nanomaterials roa refy, toy ny MXenes miorina amin'ny niobium, amin'ny alàlan'ny microalgae Raphidocelis subcapitata. Ny microalgae dia afaka manimba ny Nb-MXenes ho lasa oksida tsy misy poizina NbO sy Nb2O5, izay manome otrikaina ihany koa amin'ny alàlan'ny mekanisma fandraisana niobium. Amin'ny ankapobeny, ity fandalinana ity dia mamaly fanontaniana fototra manan-danja momba ny dingana mifandraika amin'ny fifandraisana ara-batana sy simika ety ambonin'ny tany izay mifehy ny mekanisma bioremediation amin'ny nanomaterials roa refy. Ho fanampin'izany, dia mamolavola fomba tsotra mifototra amin'ny endrika sy ny masontsivana izahay mba hanarahana ireo fiovana madinika amin'ny endriky ny nanomaterials 2D. Izany dia manome aingam-panahy bebe kokoa amin'ny fikarohana fohy sy maharitra momba ny fiantraikan'ny nanomaterials kristaly tsy organika amin'ny tontolo iainana. Noho izany, ny fandalinanay dia mampitombo ny fahatakarana ny fifandraisana misy eo amin'ny ety ambonin'ny tany sy ny fitaovana biolojika. Manome fototra ho an'ny fanadihadiana mivelatra amin'ny fotoana fohy sy maharitra momba ny mety ho fiantraikan'izany eo amin'ny tontolo iainana an-dranomamy ihany koa izahay, izay azo hamarinina mora foana ankehitriny.
Ny MXenes dia maneho kilasy fitaovana mahaliana manana toetra ara-batana sy simika miavaka sy manintona ary noho izany dia maro ny fampiharana azo atao. Ireo toetra ireo dia miankina betsaka amin'ny stoikiometria sy ny simia ambonin'ny tany. Noho izany, tao amin'ny fanadihadianay, dia nanadihady karazana MXenes tokana sosona (SL) miorina amin'ny Nb roa izahay, Nb2CTx sy Nb4C3TX, satria azo jerena ny fiantraikany biolojika samihafa amin'ireo nanomaterials ireo. Ny MXenes dia vokarina avy amin'ny fitaovana voalohany amin'ny alàlan'ny fanesorana avy any ambony midina ny sosona A MAX-phase manify atomika. Ny dingana MAX dia seramika ternary izay ahitana sakana "mifamatotra" amin'ny karbida metaly tetezamita sy sosona manify amin'ny singa "A" toy ny Al, Si, ary Sn miaraka amin'ny stoikiometria MnAXn-1. Ny morphology amin'ny dingana MAX voalohany dia nojerena tamin'ny alàlan'ny mikroskopia elektronika scanning (SEM) ary mifanaraka amin'ny fanadihadiana teo aloha (Jereo ny Fampahalalana Fanampiny, SI, Sary S1). Ny Nb-MXene sosona maro (ML) dia azo rehefa nesorina ny sosona Al tamin'ny 48% HF (asidra hydrofluoric). Nodinihina tamin'ny alalan'ny mikroskopia elektrôna scanning (SEM) (Sary S1c sy S1d) ny endriky ny ML-Nb2CTx sy ML-Nb4C3TX ary hita fa misy endrika MXene misy sosona mahazatra, mitovy amin'ny nanoflakes roa refy mandalo amin'ny lavaka lava toy ny mason-koditra. Samy mitovy amin'ny dingana MXene izay novokarina tamin'ny alalan'ny asidra teo aloha ny Nb-MXenes roa tonta27,38. Rehefa avy nanamarina ny firafitry ny MXene, dia nopetahanay sosona izany tamin'ny alalan'ny fampidirana tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) arahin'ny fanasana sy ny sonication, ary avy eo dia nahazo nanoflakes Nb-MXene 2D misy sosona tokana na sosona ambany (SL) izahay.
Nampiasa mikroskopia elektrôna fandefasana avo lenta (HRTEM) sy difraksiona taratra X (XRD) izahay mba hitsapana ny fahombiazan'ny fanesorana sy ny fanesorana bebe kokoa. Ny valin'ny HRTEM nokarakaraina tamin'ny fampiasana ny Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) sy ny Fast Fourier Transform (FFT) dia aseho amin'ny Sary 2. Ny nanoflakes Nb-MXene dia natsangana niakatra mba hijerena ny rafitry ny sosona atomika sy handrefesana ny elanelana interplanar. Ny sary HRTEM an'ny nanoflakes MXene Nb2CTx sy Nb4C3TX dia naneho ny toetrany manify amin'ny sosona atomika (jereo ny Sary 2a1, a2), araka ny notaterin'i Naguib et al.27 sy Jastrzębska et al.38 teo aloha. Ho an'ny monolayers Nb2CTx sy Nb4C3Tx roa mifanila, dia namaritra ny elanelana interlayer 0.74 sy 1.54 nm izahay (Sary 2b1,b2), izay mifanaraka amin'ny valiny teo aloha ihany koa38. Nohamafisin'ny inverse fast Fourier transform (Sary 2c1, c2) sy ny fast Fourier transform (Sary 2d1, d2) izay mampiseho ny elanelana misy eo amin'ny monolayers Nb2CTx sy Nb4C3Tx izany. Ny sary dia mampiseho fifandimbiasan'ny tarika mazava sy maizina mifanaraka amin'ny atôma niobium sy karbônina, izay manamafy ny toetra misy sosona amin'ny MXenes nodinihina. Zava-dehibe ny manamarika fa ny spectra X-ray spectroscopy (EDX) azo avy amin'ny Nb2CTx sy Nb4C3Tx (Sary S2a sy S2b) dia tsy naneho sisa tavela tamin'ny dingana MAX tany am-boalohany, satria tsy nisy tampon'ny Al hita.
Famaritana ny endriky ny nanoflakes SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene, anisan'izany ny (a) sary nanoflake 2D amin'ny alalan'ny mikroskopia elektrôna avo lenta (HRTEM) sy ny mifandraika amin'izany, (b) fomba fanamafisana, (c) fiovan'ny Fourier haingana mivadika (IFFT), (d) fiovan'ny Fourier haingana (FFT), (e) lamina X-ray Nb-MXenes. Ho an'ny SL 2D Nb2CTx, ny isa dia aseho amin'ny (a1, b1, c1, d1, e1). Ho an'ny SL 2D Nb4C3Tx, ny isa dia aseho amin'ny (a2, b2, c2, d2, e1).
Aseho amin'ny Sary 2e1 sy e2 ny fandrefesana ny difraksion'ny taratra X an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXenes. Ny tendrony (002) amin'ny 4.31 sy 4.32 dia mifanandrify amin'ireo MXenes misy sosona voalaza teo aloha Nb2CTx sy Nb4C3TX38,39,40,41. Ny valin'ny XRD koa dia manondro ny fisian'ny rafitra ML sisa tavela sy ny dingana MAX, fa ny ankamaroany dia lamina XRD mifandraika amin'ny SL Nb4C3Tx (Sary 2e2). Ny fisian'ny poti-javatra kely kokoa amin'ny dingana MAX dia mety hanazava ny tendrony MAX matanjaka kokoa raha oharina amin'ireo sosona Nb4C3Tx miangona kisendrasendra.
Nifantoka tamin'ny ahidrano maitso an'ny karazana R. subcapitata ny fikarohana fanampiny. Nisafidy ahidrano izahay satria mpamokatra manan-danja izy ireo izay tafiditra amin'ny tambajotran-tsakafo lehibe42. Iray amin'ireo famantarana tsara indrindra ny poizina ihany koa izy ireo noho ny fahafahana manala ireo akora misy poizina izay entina any amin'ny ambaratonga ambony kokoa amin'ny rojo sakafo43. Ho fanampin'izany, ny fikarohana momba ny R. subcapitata dia mety hanazava ny poizina ateraky ny SL Nb-MXenes amin'ny zavamananaina bitika mahazatra ao anaty rano madio. Mba hanazavana izany, dia nieritreritra ireo mpikaroka fa ny mikrôba tsirairay dia manana fahatsapana samihafa amin'ny akora misy poizina hita ao amin'ny tontolo iainana. Ho an'ny ankamaroan'ny zavamananaina, ny fifantohana ambany amin'ny akora dia tsy misy fiantraikany amin'ny fitomboany, raha ny fifantohana mihoatra ny fetra sasany kosa dia mety hanakana azy ireo na hiteraka fahafatesana mihitsy aza. Noho izany, ho an'ny fandalinanay ny fifandraisana misy eo amin'ny ahidrano sy ny MXenes ary ny fanarenana mifandraika amin'izany, dia nanapa-kevitra ny hitsapa ny fifantohana tsy mampidi-doza sy misy poizina amin'ny Nb-MXenes izahay. Mba hanaovana izany, dia notsapainay ny fifantohana 0 (ho toy ny referansa), 0.01, 0.1 ary 10 mg l-1 MXene ary ankoatra izany dia nosedrainay ireo ahidrano bitika izay misy fifantohana MXene avo dia avo (100 mg l-1 MXene), izay mety ho tafahoatra sy mahafaty. . ho an'ny tontolo iainana biolojika rehetra.
Aseho amin'ny Sary 3 ny fiantraikan'ny SL Nb-MXenes amin'ny microalgae, izay aseho amin'ny isan-jaton'ny fampiroboroboana ny fitomboana (+) na ny fanakanana (-) refesina ho an'ny santionany 0 mg l-1. Ho fampitahana, nosedraina ihany koa ny dingana Nb-MAX sy ny ML Nb-MXenes ary aseho amin'ny SI ny valiny (jereo ny Sary S3). Ny valiny azo dia nanamafy fa ny SL Nb-MXenes dia saika tsy misy poizina mihitsy amin'ny fifantohana ambany manomboka amin'ny 0.01 ka hatramin'ny 10 mg/l, araka ny aseho amin'ny Sary 3a,b. Raha ny amin'ny Nb2CTx, dia tsy nahita poizina mihoatra ny 5% izahay tao anatin'ny elanelana voafaritra.
Fandrisihana (+) na fanakanana (-) ny fitomboan'ny ahidrano madinika eo anatrehan'ny SL (a) Nb2CTx sy (b) Nb4C3TX MXene. Nodinihina nandritra ny 24, 48 ary 72 ora ny fifandraisan'ny MXene sy ny ahidrano madinika. Nasiana marika kintana (*) ny angon-drakitra manan-danja (t-test, p < 0.05). Nasiana marika kintana (*) ny angon-drakitra manan-danja (t-test, p < 0.05). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Ny angon-drakitra manan-danja (t-test, p < 0.05) dia asiana kintana (*).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 (*). Voamarika amin'ny kintana (*) ireo angon-drakitra manan-danja (t-test, p < 0.05).Ny zana-tsipìka mena dia manondro ny fanafoanana ny fanentanana manakana.
Etsy ankilany, ny fifantohana ambany amin'ny Nb4C3TX dia hita fa somary misy poizina kokoa, saingy tsy mihoatra ny 7%. Araka ny nantenaina, dia hitanay fa ny MXenes dia manana poizina ambony kokoa sy fanakanana ny fitomboan'ny microalgae amin'ny 100 mg L-1. Mahaliana fa tsy nisy tamin'ireo fitaovana ireo naneho fironana sy fiankinan-doha mitovy amin'ny fotoana amin'ny vokatra apoizina/poizina raha oharina amin'ny santionany MAX na ML (jereo ny SI raha mila fanazavana fanampiny). Raha toa ka nahatratra 15–25% teo ho eo ny poizina ho an'ny dingana MAX (jereo ny Sary S3) ary nitombo rehefa mandeha ny fotoana, ny fironana mifanohitra amin'izany kosa dia hita ho an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3TX MXene. Nihena rehefa mandeha ny fotoana ny fanakanana ny fitomboan'ny microalgae. Nahatratra 17% teo ho eo izany rehefa afaka 24 ora ary nihena ho latsaky ny 5% rehefa afaka 72 ora (Sary 3a, b).
Ny tena zava-dehibe kokoa, ho an'ny SL Nb4C3TX, ny fanakanana ny fitomboan'ny microalgae dia nahatratra 27% teo ho eo taorian'ny 24 ora, saingy rehefa afaka 72 ora dia nihena ho 1% teo ho eo izany. Noho izany, dia nomenay anarana hoe fanakanana mivadika ny fanentanana ny vokatra hita, ary matanjaka kokoa ny vokatra ho an'ny SL Nb4C3TX MXene. Ny fanentanana ny fitomboan'ny microalgae dia voamarika teo aloha tamin'ny Nb4C3TX (fifandraisana amin'ny 10 mg L-1 mandritra ny 24 ora) raha oharina amin'ny SL Nb2CTx MXene. Ny fiantraikan'ny fanakanana-fanentanana mivadika dia naseho tsara ihany koa tao amin'ny fiolahana tahan'ny biomass avo roa heny (jereo ny Sary S4 raha mila fanazavana fanampiny). Hatreto, ny ecotoxicity an'ny Ti3C2TX MXene ihany no nodinihina tamin'ny fomba samihafa. Tsy misy poizina ho an'ny embryon zebrafish44 fa somary misy poizina ho an'ny ecotoxicity ho an'ny zavamaniry microalgae Desmodesmus quadricauda sy Sorghum saccharatum45. Ny ohatra hafa amin'ny vokatra manokana dia ahitana ny poizina ambony kokoa amin'ny sela homamiadana noho ny amin'ny sela ara-dalàna46,47. Azo heverina fa hisy fiantraikany amin'ny fiovan'ny fitomboan'ny microalgae hita eo anatrehan'ny Nb-MXenes ny fepetra fitsapana. Ohatra, ny pH eo amin'ny 8 eo ho eo ao amin'ny stroma chloroplast dia tsara indrindra ho an'ny fiasan'ny anzima RuBisCO mahomby. Noho izany, ny fiovan'ny pH dia misy fiantraikany ratsy amin'ny tahan'ny photosynthesis48,49. Na izany aza, tsy nahita fiovana lehibe teo amin'ny pH izahay nandritra ny fanandramana (jereo ny SI, Sary S5 raha mila fanazavana fanampiny). Amin'ny ankapobeny, ny kolontsaina microalgae miaraka amin'ny Nb-MXenes dia nampihena kely ny pH an'ny vahaolana rehefa mandeha ny fotoana. Na izany aza, io fihenana io dia mitovy amin'ny fiovan'ny pH amin'ny tontolo madio. Ankoatra izany, ny isan-karazany ny fiovaovana hita dia mitovy amin'ny refesina ho an'ny kolontsaina microalgae madio (santionany fanaraha-maso). Noho izany, dia manatsoaka hevitra izahay fa ny photosynthesis dia tsy voakasiky ny fiovan'ny pH rehefa mandeha ny fotoana.
Ankoatra izany, ireo MXenes voafintina dia manana tendrony ambonin'ny tany (aseho ho Tx). Ireo dia vondrona miasa indrindra -O, -F ary -OH. Na izany aza, ny simia ambonin'ny tany dia mifandray mivantana amin'ny fomba fanaovana synthesis. Fantatra fa miparitaka tsy nahy eny ambonin'ny tany ireo vondrona ireo, ka mahatonga azy ireo ho sarotra ny maminavina ny fiantraikany amin'ny toetran'ny MXene50. Azo lazaina fa ny Tx dia mety ho hery catalytic ho an'ny oxidation ny niobium amin'ny alàlan'ny hazavana. Ny vondrona miasa ambonin'ny tany dia manome toerana maro ho an'ny photocatalysts fototra mba hamorona heterojunctions51. Na izany aza, ny firafitry ny medium fitomboana dia tsy nanome photocatalyst mahomby (ny firafitry ny medium amin'ny antsipiriany dia hita ao amin'ny SI Tabilao S6). Ankoatra izany, ny fanovana ny ambonin'ny tany dia tena zava-dehibe ihany koa, satria ny asa biolojikan'ny MXenes dia mety hiova noho ny fanodinana sosona, ny oxidation, ny fanovana simika ny ambonin'ny tany amin'ny singa organika sy tsy organika52,53,54,55,56 na ny injenieran'ny fiampangana ambonin'ny tany38. Noho izany, mba hitsapana raha misy ifandraisany amin'ny tsy fahamarinan-toerana ao amin'ny fitaovana ny niobium oxide, dia nanao fanadihadiana momba ny mety ho zeta (ζ) ao amin'ny fitaovana fitomboan'ny microalgae sy ny rano deionized izahay (ho fampitahana). Ny valin'ny fikarohanay dia mampiseho fa marin-toerana tsara ny SL Nb-MXenes (jereo ny Sary SI S6 ho an'ny valin'ny MAX sy ML). Ny mety ho zeta an'ny SL MXenes dia eo amin'ny -10 mV eo ho eo. Raha ny SR Nb2CTx, ny sandan'ny ζ dia somary ratsy kokoa noho ny an'ny Nb4C3Tx. Ny fiovana toy izany eo amin'ny sandan'ny ζ dia mety manondro fa ny velaran'ny nanoflakes MXene misy fiampangana ratsy dia mandray ionina misy fiampangana tsara avy amin'ny fitaovana fambolena. Ny fandrefesana ara-potoana ny mety ho zeta sy ny conductivity an'ny Nb-MXenes ao amin'ny fitaovana fambolena (jereo ny Sary S7 sy S8 ao amin'ny SI raha mila fanazavana fanampiny) dia toa manohana ny petra-kevitray.
Na izany aza, ireo Nb-MXene SL roa ireo dia naneho fiovana kely dia kely avy amin'ny aotra. Mampiseho mazava tsara ny fahamarinan'izy ireo ao amin'ny tontolo fitomboan'ny microalgae izany. Ankoatra izany, dia nodinihinay raha toa ka hisy fiantraikany amin'ny fahamarinan'ny Nb-MXenes ao amin'ny tontolo ny fisian'ny microalgae maitso. Ny vokatry ny zeta potential sy ny conductivity an'ny MXenes taorian'ny fifandraisana tamin'ny microalgae tao amin'ny media otrikaina sy ny kolontsaina rehefa mandeha ny fotoana dia hita ao amin'ny SI (Sary S9 sy S10). Mahaliana fa tsikaritray fa toa nanamafy ny fiparitahan'ny MXenes roa ny fisian'ny microalgae. Raha ny amin'ny Nb2CTx SL, dia nihena kely mihitsy aza ny zeta potential rehefa mandeha ny fotoana ka nahatratra sanda ratsy kokoa (-15.8 mifanohitra amin'ny -19.1 mV rehefa afaka 72 ora incubation). Nitombo kely ny zeta potential an'ny SL Nb4C3TX, saingy rehefa afaka 72 ora dia mbola naneho fahamarinan-toerana ambony kokoa noho ny nanoflakes tsy misy microalgae (-18.1 mifanohitra amin'ny -9.1 mV).
Nahita conductivity ambany kokoa tamin'ny vahaolana Nb-MXene notehirizina teo anatrehan'ny microalgae ihany koa izahay, izay midika fa ambany kokoa ny habetsahan'ny ion ao amin'ny tontolo otrikaina. Tsara homarihina fa ny tsy fahamarinan'ny MXenes ao anaty rano dia vokatry ny oksidasiona ety ambonin'ny rano57. Noho izany, miahiahy izahay fa ny microalgae maitso dia nanadio ny oksida niforona teo amin'ny velaran'ny Nb-MXene ary nisoroka ny fisehoan'izy ireo mihitsy aza (oksidasionan'ny MXene). Hita izany amin'ny fandalinana ny karazana akora voarain'ny microalgae.
Na dia nanondro aza ny fanadihadiana momba ny ekolojika nataonay fa afaka nandresy ny poizina ateraky ny Nb-MXenes ny microalgae rehefa mandeha ny fotoana sy ny fanakanana tsy mahazatra ny fitomboana nokendrena, ny tanjon'ny fanadihadianay dia ny handinika ny mety ho fomba fiasany. Rehefa tratran'ny akora na fitaovana tsy mahazatra ny tontolo iainany ny zavamananaina toy ny ahidrano, dia mety hihetsika amin'ny fomba isan-karazany izy ireo58,59. Raha tsy misy oksida metaly misy poizina, dia afaka mamahana tena ny microalgae, ka mamela azy ireo hitombo tsy an-kijanona60. Rehefa avy nihinana akora misy poizina, dia mety hiasa ny mekanisma fiarovana, toy ny fiovan'ny endrika na ny endriny. Tsy maintsy dinihina ihany koa ny mety hisian'ny fidiran'ny akora 58,59. Tsara homarihina fa ny famantarana rehetra momba ny mekanisma fiarovana dia famantarana mazava ny poizina ateraky ny akora fitsapana. Noho izany, tamin'ny asanay fanampiny, dia nodinihinay ny mety ho fifandraisan'ny velarana eo amin'ny nanoflakes SL Nb-MXene sy ny microalgae amin'ny alàlan'ny SEM ary ny mety ho fidiran'ny MXene miorina amin'ny Nb amin'ny alàlan'ny spectroscopy fluorescence X-ray (XRF). Mariho fa ny fanadihadiana SEM sy XRF dia natao tamin'ny fifantohana MXene avo indrindra ihany mba handaminana ny olana momba ny poizina ateraky ny asa.
Aseho amin'ny Sary 4 ny valin'ny SEM. Ny sela microalgae tsy voatsabo (jereo ny Sary 4a, santionany fanondroana) dia naneho mazava tsara ny endriky ny R. subcapitata mahazatra sy ny endriky ny sela toy ny croissant. Toa fisaka sy tsy milamina ny sela. Misy sela microalgae mifanindry sy mifamatopatotra, saingy mety ho vokatry ny fizotran'ny fanomanana ny santionany izany. Amin'ny ankapobeny, ny sela microalgae madio dia nanana velarana malama ary tsy naneho fiovana ara-morfolojika.
Sary SEM mampiseho ny fifandraisan'ny velarana eo amin'ny ahidrano maitso sy ny takelaka nano MXene aorian'ny 72 ora fifandraisana amin'ny fifantohana tafahoatra (100 mg L-1). (a) Ahidrano maitso tsy voatsabo taorian'ny fifandraisana tamin'ny SL (b) Nb2CTx sy (c) Nb4C3TX MXenes. Mariho fa ny nanoflakes Nb-MXene dia asiana zana-tsipìka mena. Ho fampitahana, dia ampiana ihany koa ny sary avy amin'ny mikroskopia optika.
Mifanohitra amin'izany kosa, simba ireo sela microalgae voarain'ny nanoflakes SL Nb-MXene (jereo ny Sary 4b, c, zana-tsipìka mena). Raha ny amin'ny Nb2CTx MXene (Sary 4b), ny microalgae dia mirona hitombo miaraka amin'ny nanoscales roa refy mifamatotra, izay afaka manova ny endriny. Tsara homarihina fa nahita ireo fiovana ireo tamin'ny alalan'ny mikroskopia hazavana ihany koa izahay (jereo ny Sary SI S11 raha mila fanazavana fanampiny). Ity fiovana morfolojika ity dia manana fototra azo inoana amin'ny fiziolojian'ny microalgae sy ny fahafahany miaro tena amin'ny alàlan'ny fanovana ny endriky ny sela, toy ny fampitomboana ny haben'ny sela61. Noho izany, zava-dehibe ny manamarina ny isan'ny sela microalgae izay tena mifandray amin'ny Nb-MXenes. Ny fanadihadiana SEM dia naneho fa eo amin'ny 52% eo ho eo amin'ny sela microalgae no tratran'ny Nb-MXenes, raha 48% amin'ireo sela microalgae ireo no nisoroka ny fifandraisana. Ho an'ny SL Nb4C3Tx MXene, ny microalgae dia miezaka misoroka ny fifandraisana amin'ny MXene, ka izany no toerana misy azy ireo sy mitombo avy amin'ny nanoscales roa refy (Sary 4c). Na izany aza, tsy nahita ny fidiran'ny nanoscales tao amin'ny sela microalgae sy ny fahasimbany izahay.
Ny fiarovana tena dia fihetsika miankina amin'ny fotoana ihany koa amin'ny fanakanana ny fotosintezy vokatry ny fidiran'ny poti-javatra eo amin'ny velaran'ny sela sy ny antsoina hoe fiantraikan'ny aloka (shading)62. Mazava fa ny zavatra tsirairay (ohatra, ny nanoflakes Nb-MXene) izay eo anelanelan'ny microalgae sy ny loharanon'ny hazavana dia mametra ny habetsaky ny hazavana voarain'ny kloroplasta. Na izany aza, tsy isalasalanay fa misy fiantraikany lehibe amin'ny vokatra azo izany. Araka ny asehon'ny fandinihanay mikroskopika, ny nanoflakes 2D dia tsy nofonosina tanteraka na niraikitra tamin'ny velaran'ny microalgae, na dia nifandray tamin'ny Nb-MXenes aza ny sela microalgae. Hita fa nifantoka tamin'ny sela microalgae ny nanoflakes nefa tsy nanarona ny velarany. Ny andiana nanoflakes/microalgae toy izany dia tsy afaka mametra be loatra ny habetsaky ny hazavana voarain'ny sela microalgae. Ankoatra izany, ny fanadihadiana sasany dia naneho fanatsarana ny fidiran'ny hazavana amin'ny alalan'ny zavamananaina photosynthetic eo anatrehan'ny nanomaterials roa refy63,64,65,66.
Koa satria tsy afaka nanamarina mivantana ny fidiran'ny sela microalgae niobium ny sary SEM, dia nitodika tany amin'ny famakafakana ny taratra X-ray fluorescence (XRF) sy ny famakafakana ny taratra X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ny fanadihadianay fanampiny mba hanazavana ity olana ity. Noho izany, dia nampitahainay ny hamafin'ny tendron'ny Nb amin'ny santionan'ny microalgae referansa izay tsy mifandray amin'ny MXenes, ny nanoflakes MXene misaraka amin'ny velaran'ny sela microalgae, ary ny sela microalgal taorian'ny fanesorana ny MXenes miraikitra. Tsara homarihina fa raha tsy misy fidiran'ny Nb, dia tokony ho aotra ny sandan'ny Nb azon'ny sela microalgae aorian'ny fanesorana ny nanoscales miraikitra. Noho izany, raha mitranga ny fidiran'ny Nb, dia tokony hampiseho tendron'ny Nb mazava ny valin'ny XRF sy XPS.
Raha ny amin'ny spektra XRF, ny santionan'ny ahidrano bitika dia naneho tampon'ny Nb ho an'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene taorian'ny fifandraisana tamin'ny SL Nb2CTx sy Nb4C3Tx MXene (jereo ny Sary 5a, mariho ihany koa fa ny valin'ny MAX sy ML MXenes dia aseho amin'ny SI, Sary S12–C17). Mahaliana fa mitovy ny hamafin'ny tampon'ny Nb amin'ireo tranga roa ireo (tsipika mena amin'ny Sary 5a). Izany dia manondro fa tsy afaka mandray Nb bebe kokoa ny ahidrano, ary tratra ny fahafahana ambony indrindra amin'ny fanangonana Nb ao amin'ny sela, na dia avo roa heny aza ny Nb4C3Tx MXene mifamatotra amin'ny sela ahidrano bitika (tsipika manga amin'ny Sary 5a). Tsara homarihina fa ny fahafahan'ny ahidrano bitika mandray metaly dia miankina amin'ny fifantohan'ny oksida metaly ao amin'ny tontolo iainana67,68. Shamshada et al.67 dia nahita fa mihena ny fahafahan'ny ahidrano rano madio mandray rehefa mitombo ny pH. Nomarihin'i Raize et al.68 fa ny fahafahan'ny ahidrano mandray metaly dia ambony 25% eo ho eo ho an'ny Pb2+ noho ny an'ny Ni2+.
(a) Vokatra XRF momba ny fidiran'ny Nb fototra avy amin'ny sela microalgae maitso notehirizina tamin'ny fifantohana tafahoatra amin'ny SL Nb-MXenes (100 mg L-1) mandritra ny 72 ora. Ny valiny dia mampiseho ny fisian'ny α ao amin'ny sela microalgae madio (santionany fanaraha-maso, tsanganana volondavenona), nanoflakes 2D nalaina avy amin'ny sela microalgae ambonin'ny tany (tsanganana manga), ary sela microalgae taorian'ny fisarahana ny nanoflakes 2D avy amin'ny ambonin'ny tany (tsanganana mena). Ny habetsaky ny Nb singa, (b) isan-jaton'ny firafitra simika amin'ny singa organika microalgae (C=O sy CHx/C–O) ary oksida Nb misy ao amin'ny sela microalgae aorian'ny incubation amin'ny SL Nb-MXenes, (c–e) Fampifanarahana ny tampon'ny firafitry ny spectra XPS SL Nb2CTx sy (fh) SL Nb4C3Tx MXene tafiditra ao anatin'ny sela microalgae.
Noho izany, nanantena izahay fa ny Nb dia azo raisin'ny sela ahidrano amin'ny endrika oksida. Mba hitsapana izany, dia nanao fanadihadiana XPS tamin'ny MXenes Nb2CTx sy Nb4C3TX ary sela ahidrano izahay. Ny vokatry ny fifandraisan'ny microalgae amin'ny Nb-MXenes sy MXenes nalaina avy amin'ny sela ahidrano dia aseho amin'ny Sary 5b. Araka ny nantenaina, dia nahita tendrony Nb 3d tao amin'ny santionan'ny microalgae izahay taorian'ny nanesorana ny MXene tamin'ny velaran'ny microalgae. Ny famaritana ara-kajy ny C=O, CHx/CO, ary Nb oxides dia nokajiana mifototra amin'ny spectra Nb 3d, O 1s, ary C 1s azo tamin'ny Nb2CTx SL (Sary 5c–e) sy Nb4C3Tx SL (Sary 5c–e). ) azo avy amin'ny microalgae novolena. Sary 5f–h) MXenes. Ny Tabilao S1-3 dia mampiseho ny antsipirian'ny masontsivana tendrony sy ny simia ankapobeny vokatry ny fitoviana. Tsara homarihina fa ny faritra Nb 3d an'ny Nb2CTx SL sy Nb4C3Tx SL (Sary 5c, f) dia mifanitsy amin'ny singa Nb2O5 iray. Eto, tsy nahita tendrony mifandraika amin'ny MXene tao amin'ny spectra izahay, izay midika fa ny sela microalgae dia mandray ny endrika oksidan'ny Nb ihany. Ho fanampin'izany, dia nohadihadianay ny spectra C1s miaraka amin'ny singa C–C, CHx/C–O, C=O, ary –COOH. Nomenay ny tendrony CHx/C–O sy C=O ho an'ny fandraisana anjara organika amin'ny sela microalgae. Ireo singa organika ireo dia mitentina 36% sy 41% amin'ny tendrony C1s ao amin'ny Nb2CTx SL sy Nb4C3TX SL. Avy eo dia nampifanarahinay tamin'ny Nb2O5, singa organika amin'ny microalgae (CHx/CO), ary rano miraikitra amin'ny ety ambonin'ny tany ny spectra O1s an'ny SL Nb2CTx sy SL Nb4C3TX.
Farany, ny valin'ny XPS dia naneho mazava tsara ny endriky ny Nb, fa tsy ny fisiany fotsiny. Araka ny toerana misy ny famantarana Nb 3d sy ny vokatry ny deconvolution, dia manamafy izahay fa ny Nb dia voatsindrona amin'ny endrika oksida ihany fa tsy amin'ny ion na MXene mihitsy. Fanampin'izany, ny valin'ny XPS dia naneho fa ny sela microalgae dia manana fahafahana lehibe kokoa handray ny oksida Nb avy amin'ny SL Nb2CTx raha oharina amin'ny SL Nb4C3TX MXene.
Na dia mahavariana aza ny vokatra azo avy amin'ny fidiran'ny Nb ary ahafahanay mamantatra ny fahasimban'ny MXene, dia tsy misy fomba azo ampiasaina hanaraha-maso ny fiovana ara-morfolojika mifandraika amin'izany ao amin'ny nanoflakes 2D. Noho izany, nanapa-kevitra ihany koa izahay ny hamolavola fomba mety izay afaka mamaly mivantana izay fiovana mitranga ao amin'ny nanoflakes 2D Nb-MXene sy ny sela microalgae. Zava-dehibe ny manamarika fa mihevitra izahay fa raha toa ka mandalo fiovana, fahasimbana na defragmentation ireo karazana mifanerasera, dia tokony hiseho haingana amin'ny maha-fiovan'ny endrika izany, toy ny savaivon'ny faritra boribory mitovy, ny faribolana, ny sakany Feret, na ny halavan'ny Feret. Koa satria ireo paramètre ireo dia mety amin'ny famaritana ireo poti-javatra lava na nanoflakes roa refy, ny fanaraha-maso azy ireo amin'ny alàlan'ny famakafakana ny endriky ny poti-javatra mavitrika dia hanome antsika fampahalalana sarobidy momba ny fiovana ara-morfolojikan'ny nanoflakes SL Nb-MXene mandritra ny fampihenana.
Aseho amin'ny Sary 6 ny valiny azo. Ho fampitahana, notsapainay ihany koa ny dingana MAX tany am-boalohany sy ny ML-MXenes (jereo ny Sary SI S18 sy S19). Ny fanadihadiana dinamika momba ny endriky ny poti-javatra dia naneho fa niova be ny endriky ny masontsivana rehetra amin'ny Nb-MXene SL roa taorian'ny fifandraisana tamin'ny microalgae. Araka ny asehon'ny masontsivana mitovy amin'ny savaivony boribory (Sary 6a, b), ny fihenan'ny hamafin'ny tendrony amin'ny ampahany amin'ny nanoflakes lehibe dia manondro fa mirona ho simba ho sombintsombiny kely kokoa izy ireo. Ao amin'ny sary 6c, ny d dia mampiseho fihenan'ny tendrony mifandraika amin'ny haben'ny transverse amin'ny poti-javatra (elanelan'ny nanoflakes), izay manondro ny fiovan'ny nanoflakes 2D ho endrika mitovy amin'ny poti-javatra. Ny sary 6e-h dia mampiseho ny sakany sy ny halavan'ny Feret. Ny sakany sy ny halavan'ny Feret dia masontsivana mifameno ary noho izany dia tokony hodinihina miaraka. Rehefa avy nambolena ny nanoflakes 2D Nb-MXene teo anatrehan'ny microalgae, dia niova ny tendrony mifandraika amin'ny Feret ary nihena ny hamafiny. Mifototra amin'ireo valiny ireo miaraka amin'ny morphology, XRF ary XPS, dia nanatsoaka hevitra izahay fa ireo fiovana hita dia mifandray akaiky amin'ny oksidasiôna satria miha-miketrona kokoa ireo MXenes efa oksidasiôna ary vaky ho sombintsombiny sy poti-oksida boribory69,70.
Fanadihadiana ny fiovan'ny MXene aorian'ny fifandraisana amin'ny microalgae maitso. Ny fanadihadiana ny endriky ny poti-javatra dinamika dia mandinika ireo masontsivana toy ny (a, b) ny savaivon'ny faritra boribory mitovy, (c, d) ny faribolana, (e, f) ny sakany Feret ary (g, h) ny halavan'ny Feret. Noho izany, santionan'ny microalgae roa no nodinihina niaraka tamin'ny SL Nb2CTx voalohany sy SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx sy SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae simba, ary microalgae SL Nb2CTx sy SL Nb4C3Tx MXenes voatsabo. Ny zana-tsipìka mena dia mampiseho ny fiovan'ny masontsivana endriky ny nanoflakes roa refy nodinihina.
Satria azo itokisana tokoa ny famakafakana ny masontsivana endrika, dia afaka mampiseho fiovana ara-morfolojika ao amin'ny sela microalgae ihany koa izany. Noho izany, dia nodinihinay ny savaivony mitovy amin'ny velaran-tany boribory, ny habeny boribory, ary ny sakany/halavan'ny Feret an'ny sela sy sela microalgae madio taorian'ny fifandraisana tamin'ny nanoflakes 2D Nb. Ao amin'ny sary 6a–h dia aseho ny fiovana eo amin'ny masontsivana endriky ny sela ahidrano, araka ny asehon'ny fihenan'ny hamafin'ny tampony sy ny fiovan'ny maxima mankany amin'ny sanda ambony kokoa. Indrindra indrindra, ny masontsivana boribory sela dia naneho fihenan'ny sela lava sy fitomboan'ny sela boribory (Sary 6a, b). Ankoatra izany, nitombo mikrômetatra maromaro ny sakany sela Feret taorian'ny fifandraisana tamin'ny SL Nb2CTx MXene (Sary 6e) raha oharina amin'ny SL Nb4C3TX MXene (Sary 6f). Miahiahy izahay fa mety ho vokatry ny fidiran'ny microalgae oksida Nb matanjaka rehefa mifandray amin'ny Nb2CTx SR izany. Ny fifikirana tsy dia henjana loatra amin'ny poti-Nb amin'ny velarany dia mety hiteraka fitomboan'ny sela miaraka amin'ny fiantraikany aloka kely indrindra.
Manampy ireo fanadihadiana hafa ny fandinihanay ny fiovan'ny endrika sy ny haben'ny ahidrano bitika. Afaka manova ny endriny ny ahidrano maitso ho setrin'ny adin-tsaina ara-tontolo iainana amin'ny alàlan'ny fanovana ny haben'ny sela, ny endriny na ny metabolisma61. Ohatra, ny fanovana ny haben'ny sela dia manamora ny fidiran'ny otrikaina71. Ny sela ahidrano kely kokoa dia mampiseho fidiran'ny otrikaina ambany kokoa ary fihenan'ny tahan'ny fitomboana. Mifanohitra amin'izany, ny sela lehibe kokoa dia mirona hihinana otrikaina bebe kokoa, izay avy eo dia apetraka ao anaty sela72,73. Hitan'i Machado sy Soares fa ny triclosan fungisida dia afaka mampitombo ny haben'ny sela. Nahita fiovana lalina teo amin'ny endriky ny ahidrano ihany koa izy ireo74. Ho fanampin'izany, Yin et al.9 koa dia naneho fiovana ara-morfolojika amin'ny ahidrano taorian'ny fihanaky ny nanocomposites graphene oxide mihena. Noho izany, mazava fa ny fiovan'ny haben'ny/endrika amin'ny ahidrano bitika dia vokatry ny fisian'ny MXene. Koa satria io fiovana eo amin'ny habeny sy ny endriny io dia manondro ny fiovan'ny fidiran'ny otrikaina, mino izahay fa ny famakafakana ny haben'ny sy ny endrika rehefa mandeha ny fotoana dia afaka mampiseho ny fidiran'ny niobium oxide amin'ny alalan'ny ahidrano bitika eo anatrehan'ny Nb-MXenes.
Ankoatra izany, azo oksizenina ny MXenes rehefa misy ahidrano. Nomarihin'i Dalai et al.75 fa tsy mitovy ny endriky ny ahidrano maitso tratran'ny nano-TiO2 sy Al2O376. Na dia mitovy amin'ny fandinihana ankehitriny aza ny fandinihanay, dia mifandraika amin'ny fandalinana ny vokatry ny bioremediation ihany izany raha ny vokatra simba avy amin'ny MXene rehefa misy nanoflakes 2D fa tsy ny nanoparticles. Koa satria afaka simba ho oksida metaly ny MXenes,31,32,77,78 dia azo eritreretina fa ny nanoflakes Nb-ntsika dia afaka mamorona oksida Nb ihany koa rehefa avy mifandray amin'ny sela microalgae.
Mba hanazavana ny fihenan'ny nanoflakes 2D-Nb amin'ny alàlan'ny mekanisma decomposition mifototra amin'ny dingan'ny oxidation, dia nanao fanadihadiana izahay tamin'ny fampiasana mikroskopia elektrôna fandefasana avo lenta (HRTEM) (Sary 7a,b) sy spectroscopy photoelectron X-ray (XPS) (Sary 7). 7c-i sy tabilao S4-5). Samy mety amin'ny fandalinana ny oxidation ny fitaovana 2D ary mifameno ireo fomba roa ireo. Ny HRTEM dia afaka mamakafaka ny fahasimban'ny rafitra sosona roa refy sy ny fisehoan'ny nanoparticles oksida metaly manaraka izany, raha toa kosa ny XPS dia mora tohina amin'ny fifamatorana ambonin'ny tany. Ho an'izany tanjona izany, dia notsapainay ny nanoflakes 2D Nb-MXene nalaina avy amin'ny dispersions sela microalgae, izany hoe, ny endriny aorian'ny fifandraisana amin'ny sela microalgae (jereo ny Sary 7).
Sary HRTEM mampiseho ny endriky ny (a) SL Nb2CTx sy (b) SL Nb4C3Tx MXenes efa voaoksida, valin'ny fanadihadiana XPS mampiseho (c) ny firafitry ny vokatra oksida aorian'ny fampihenana, (d–f) ny fitoviana tampon'ny singa ao amin'ny spektra XPS an'ny SL Nb2CTx sy (g–i) Nb4C3Tx SL namboarina tamin'ny ahidrano maitso.
Nanamafy ny oksidasionan'ny karazana nanoflakes Nb-MXene roa ny fanadihadiana HRTEM. Na dia nitazona ny endriny roa refy aza ireo nanoflakes tamin'ny lafiny sasany, ny oksidasiona dia niafara tamin'ny fisehoan'ny nanoparticles maro nandrakotra ny velaran'ny nanoflakes MXene (jereo ny Sary 7a,b). Ny fanadihadiana XPS momba ny famantarana c Nb 3d sy O 1s dia nanondro fa niforona tamin'ireo tranga roa ireo ny oksida Nb. Araka ny aseho amin'ny Sary 7c, ny oksida Nb 3d an'ny MXene 2D Nb2CTx sy Nb4C3TX dia manana famantarana Nb 3d izay manondro ny fisian'ny oksida NbO sy Nb2O5, raha toa kosa ny famantarana O 1s dia manondro ny isan'ny fatorana O–Nb mifandraika amin'ny fiasan'ny velaran'ny nanoflake 2D. Voamarikay fa ny fandraisan'anjaran'ny oksida Nb no manjaka raha oharina amin'ny Nb-C sy Nb3+-O.
Ao amin'ny sary 7g–i, ny sary 7g dia mampiseho ny spektra XPS an'ny Nb 3d, C 1s, ary O 1s SL Nb2CTx (jereo ny sary 7d–f) sy ny SL Nb4C3TX MXene nalaina avy amin'ny sela microalgae. Ny antsipirian'ny masontsivana tendrony Nb-MXenes dia omena ao amin'ny Tabilao S4–5 tsirairay avy. Nodinihinay voalohany ny firafitry ny Nb 3d. Mifanohitra amin'ny Nb voarain'ny sela microalgae, ao amin'ny MXene nalaina avy amin'ny sela microalgae, ankoatra ny Nb2O5, dia hita ny singa hafa. Ao amin'ny Nb2CTx SL, dia nahita ny fandraisan'anjaran'ny Nb3+-O tamin'ny 15% izahay, raha ny Nb2O5 (85%) kosa no manjaka amin'ny sisa amin'ny spektra Nb 3d. Ho fanampin'izany, ny santionany SL Nb4C3TX dia misy singa Nb-C (9%) sy Nb2O5 (91%). Eto ny Nb-C dia avy amin'ny sosona anatiny roa amin'ny karbida metaly ao amin'ny Nb4C3Tx SR. Avy eo dia ampifandraisinay amin'ny singa efatra samihafa ny spektra C 1s, toy ny nataonay tamin'ireo santionany tafiditra ao anatiny. Araka ny nantenaina, ny spektra C 1s dia tarihin'ny karbônina grafita, arahin'ny fandraisana anjara avy amin'ny poti-javatra organika (CHx/CO sy C=O) avy amin'ny sela microalgae. Ho fanampin'izany, ao amin'ny spektra O 1s, dia nahita ny fandraisana anjaran'ny endrika organika amin'ny sela microalgae, ny niobium oxide, ary ny rano voatsindrona izahay.
Ankoatra izany, dia nodinihinay raha toa ka mifandray amin'ny fisian'ny karazana oksizenina mihetsika (ROS) ao amin'ny tontolo mahavelona sy/na ny sela microalgae ny fizarazaran'ny Nb-MXenes. Noho izany, dia nodinihinay ny haavon'ny oksizenina tokana (1O2) ao amin'ny tontolo fambolena sy ny glutathione intracellular, thiol izay miasa ho toy ny antioxidant ao amin'ny microalgae. Aseho amin'ny SI (Sary S20 sy S21) ny valiny. Ny kolontsaina misy SL Nb2CTx sy Nb4C3TX MXenes dia miavaka amin'ny fihenan'ny habetsahan'ny 1O2 (jereo ny Sary S20). Raha ny amin'ny SL Nb2CTx, dia mihena ho 83% eo ho eo ny MXene 1O2. Ho an'ny kolontsaina microalgae mampiasa SL, dia nihena bebe kokoa ny Nb4C3TX 1O2, ho 73%. Mahaliana fa ny fiovana ao amin'ny 1O2 dia naneho fironana mitovy amin'ny fiantraikany manakana sy mandrisika hita teo aloha (jereo ny Sary 3). Azo lazaina fa ny incubation amin'ny hazavana mamirapiratra dia afaka manova ny photooxidation. Na izany aza, ny valin'ny fanadihadiana fanaraha-maso dia naneho taha 1O2 saika tsy miova nandritra ny fanandramana (Sary S22). Raha ny momba ny taha ROS ao anaty sela, dia nahita fironana nidina mitovy ihany koa izahay (jereo ny Sary S21). Tamin'ny voalohany, ny taha ROS tao amin'ny sela microalgae novolena teo anatrehan'ny Nb2CTx sy Nb4C3Tx SLs dia nihoatra ny taha hita tao amin'ny kolontsaina madio amin'ny microalgae. Tamin'ny farany anefa, dia toa nifanaraka tamin'ny fisian'ny Nb-MXenes roa ireo microalgae, satria nihena ho 85% sy 91% amin'ny taha refesina tao amin'ny kolontsaina madio amin'ny microalgae notsindronina SL Nb2CTx sy Nb4C3TX ny taha ROS. Mety hidika izany fa mahatsiaro ho mahazo aina kokoa ny microalgae rehefa mandeha ny fotoana eo anatrehan'ny Nb-MXene noho ny ao anaty tontolo otrikaina fotsiny.
Vondrona zavamananaina isan-karazany amin'ny fotosintetika ny ahidrano bitika. Mandritra ny fotosintetika, dia manova ny gazy karbonika (CO2) ho karbônina organika izy ireo. Ny vokatra azo avy amin'ny fotosintetika dia gliokaozy sy oksizenina79. Miahiahy izahay fa ny oksizenina miforona dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny oksidasionan'ny Nb-MXenes. Ny fanazavana iray mety ho an'izany dia ny hoe ny mari-pamantarana aeration samihafa dia miforona amin'ny tsindry ampahany ambany sy avo amin'ny oksizenina ivelany sy ao anatin'ny nanoflakes Nb-MXene. Midika izany fa na aiza na aiza misy faritra misy tsindry ampahany samihafa amin'ny oksizenina, ny faritra manana ny ambaratonga ambany indrindra dia hamorona ny anode 80, 81, 82. Eto, ny ahidrano bitika dia mandray anjara amin'ny famoronana sela aeration samihafa eo amin'ny velaran'ny flakes MXene, izay mamokatra oksizenina noho ny toetrany fotosintetika. Vokatr'izany, ny vokatra biocorrosion (amin'ity tranga ity, ny niobium oxides) dia miforona. Ny lafiny iray hafa dia ny hoe ny ahidrano bitika dia afaka mamokatra asidra organika izay avoaka ao anaty rano83,84. Noho izany, dia miforona ny tontolo mahery vaika, ka manova ny Nb-MXenes. Ankoatra izany, ny ahidrano bitika dia afaka manova ny pH-n'ny tontolo iainana ho alkaline noho ny fidiran'ny gazy karbonika, izay mety hiteraka harafesina ihany koa79.
Ny tena zava-dehibe kokoa dia ny hoe ny fotoperiode maizina/mazava ampiasaina amin'ny fianarantsika dia tena ilaina amin'ny fahatakarana ny vokatra azo. Voalaza amin'ny antsipiriany ao amin'ny Djemai-Zoghlache et al. 85 ity lafiny ity. Nampiasa fotoperiode 12/12 ora niniana izy ireo mba hampisehoana ny biocorrosion mifandraika amin'ny biofouling ataon'ny microalgae mena Porphyridium purpureum. Asehon'izy ireo fa ny fotoperiode dia mifandray amin'ny fivoaran'ny potentiel tsy misy biocorrosion, izay miseho ho toy ny oscillations pseudoperiodic manodidina ny 24:00. Nohamafisin'i Dowling et al. 86 ireo fandinihana ireo. Nasehon'izy ireo ny biofilms photosynthetic an'ny cyanobacteria Anabaena. Ny oksizenina levona dia miforona eo ambanin'ny fihetsiky ny hazavana, izay mifandray amin'ny fiovana na fiovaovan'ny potentiel biocorrosion malalaka. Ny maha-zava-dehibe ny fotoperiode dia hamafisin'ny zava-misy fa mitombo ny potentiel biocorrosion malalaka amin'ny dingana mazava ary mihena amin'ny dingana maizina. Izany dia vokatry ny oksizenina vokarin'ny ahidrano bitika fotosintetika, izay misy fiantraikany amin'ny fihetsika katôdika amin'ny alàlan'ny tsindry ampahany ateraky ny elektrôda87.
Ankoatra izany, dia natao ny Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) mba hahitana raha nisy fiovana nitranga teo amin'ny firafitry ny sela microalgae taorian'ny fifandraisana tamin'ny Nb-MXenes. Ireo valiny azo ireo dia sarotra ary asehonay amin'ny SI (Sary S23-S25, anisan'izany ny valin'ny dingana MAX sy ML MXenes). Raha fintinina, ny spectra referansa azo avy amin'ny microalgae dia manome antsika fampahalalana manan-danja momba ny toetra simikan'ireo zavamananaina ireo. Ireo hovitrovitra azo inoana indrindra ireo dia hita amin'ny matetika 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. iray. 1 1 (C–H) ary 3280 cm–1 (O–H). Ho an'ny SL Nb-MXenes, dia nahita sonia mivelatra CH-bond izahay izay mifanaraka amin'ny fanadihadianay teo aloha38. Na izany aza, hitanay fa nisy tendrony fanampiny sasany mifandraika amin'ny fatorana C=C sy CH nanjavona. Midika izany fa mety hiova kely ny firafitry ny ahidrano bitika noho ny fifandraisana amin'ny SL Nb-MXenes.
Rehefa mandinika ireo fiovana mety hitranga eo amin'ny biokimia amin'ny ahidrano bitika, dia mila dinihina indray ny fiangonan'ny oksida tsy organika, toy ny oksida niobium,59. Tafiditra amin'ny fidiran'ny metaly amin'ny velaran'ny sela izany, ny fitaterana azy ireo mankany amin'ny cytoplasm, ny fifandraisany amin'ny vondrona karboksila ao anaty sela, ary ny fiangonan'izy ireo ao amin'ny polyphosphosomes an'ny ahidrano bitika20,88,89,90. Ankoatra izany, ny fifandraisana misy eo amin'ny ahidrano bitika sy ny metaly dia tazonin'ny vondrona miasa amin'ny sela. Noho izany antony izany, ny fidiran'ny rano dia miankina amin'ny simia eny ambonin'ny ahidrano bitika ihany koa, izay tena sarotra9,91. Amin'ny ankapobeny, araka ny nantenaina, dia niova kely ny firafitry ny ahidrano maitso noho ny fidiran'ny oksida Nb.
Mahaliana fa ny fanakanana voalohany ny microalgae dia azo averina rehefa mandeha ny fotoana. Araka ny hitanay, ny microalgae dia nandresy ny fiovan'ny tontolo iainana voalohany ary niverina tamin'ny tahan'ny fitomboana ara-dalàna ary nitombo mihitsy aza. Ny fanadihadiana momba ny zeta potential dia mampiseho fahamarinan-toerana avo lenta rehefa ampidirina amin'ny media otrikaina. Noho izany, ny fifandraisana eo amin'ny sela microalgae sy ny nanoflakes Nb-MXene dia notazonina nandritra ny andrana fampihenana. Ao amin'ny fanadihadianay fanampiny, dia mamintina ny mekanisma lehibe amin'ny fiasan'ity fihetsika miavaka amin'ny microalgae ity izahay.
Ny fandinihana SEM dia naneho fa ny ahidrano bitika dia mirona hiraikitra amin'ny Nb-MXenes. Amin'ny fampiasana fanadihadiana sary dinamika, dia manamafy izahay fa io fiantraikany io dia mitarika amin'ny fiovan'ny nanoflakes Nb-MXene roa refy ho lasa poti-javatra boribory kokoa, ka mampiseho fa ny fahapotehan'ny nanoflakes dia mifandray amin'ny oksidasionany. Mba hitsapana ny petra-kevitray, dia nanao andiana fanadihadiana ara-nofo sy biochemika izahay. Rehefa avy nosedraina, dia niharatsy tsikelikely ny oksidasiona ary niharatsy ho vokatra NbO sy Nb2O5 ireo nanoflakes, izay tsy mampidi-doza ho an'ny ahidrano maitso. Amin'ny fampiasana fandinihana FTIR, dia tsy nahita fiovana lehibe teo amin'ny firafitry ny simikan'ny ahidrano bitika novolena teo anatrehan'ny nanoflakes Nb-MXene 2D izahay. Raha jerena ny mety hisian'ny fidiran'ny niobium oxide amin'ny ahidrano bitika, dia nanao fanadihadiana fluorescence X-ray izahay. Ireo valiny ireo dia mampiseho mazava tsara fa ny ahidrano bitika nodinihina dia mihinana niobium oxides (NbO sy Nb2O5), izay tsy misy poizina ho an'ny ahidrano bitika nodinihina.