Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. പരിമിതമായ CSS പിന്തുണയുള്ള ഒരു ബ്രൗസർ പതിപ്പാണ് നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ഒരു ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് പ്രവർത്തനരഹിതമാക്കുക). അതേസമയം, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലുകളും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് റെൻഡർ ചെയ്യും.
മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളുടെ ഒരു കറൗസൽ ഒരേസമയം പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. ഒരേ സമയം മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളിലൂടെ നീങ്ങാൻ മുമ്പത്തേതും അടുത്തതും ബട്ടണുകൾ ഉപയോഗിക്കുക, അല്ലെങ്കിൽ ഒരേ സമയം മൂന്ന് സ്ലൈഡുകളിലൂടെ നീങ്ങാൻ അവസാനത്തിലുള്ള സ്ലൈഡർ ബട്ടണുകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
നാനോ ടെക്നോളജിയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനവും ദൈനംദിന പ്രയോഗങ്ങളിലേക്കുള്ള അതിന്റെ സംയോജനവും പരിസ്ഥിതിക്ക് ഭീഷണിയാകും. ജൈവ മാലിന്യങ്ങളുടെ വിഘടനത്തിനുള്ള പച്ച രീതികൾ നന്നായി സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ജൈവ പരിവർത്തനത്തോടുള്ള കുറഞ്ഞ സംവേദനക്ഷമതയും ജൈവവസ്തുക്കളുമായുള്ള മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതല ഇടപെടലുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണയുടെ അഭാവവും കാരണം അജൈവ ക്രിസ്റ്റലിൻ മാലിന്യങ്ങളുടെ വീണ്ടെടുക്കൽ വലിയ ആശങ്കാജനകമാണ്. ഇവിടെ, പച്ച മൈക്രോആൽഗ റാഫിഡോസെലിസ് സബ്‌കാപ്പിറ്റേറ്റ ഉപയോഗിച്ച് 2D സെറാമിക് നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ ബയോറെമീഡിയേഷൻ സംവിധാനം കണ്ടെത്തുന്നതിന്, ലളിതമായ ആകൃതി പാരാമീറ്റർ വിശകലന രീതിയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് ഞങ്ങൾ ഒരു Nb-അധിഷ്ഠിത അജൈവ 2D MXenes മോഡൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉപരിതലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഭൗതിക-രാസ ഇടപെടലുകൾ കാരണം മൈക്രോആൽഗകൾ Nb-അധിഷ്ഠിത MXenes-നെ വിഘടിപ്പിക്കുന്നതായി ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. തുടക്കത്തിൽ, ഒറ്റ-പാളി, മൾട്ടി-ലെയർ MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ മൈക്രോആൽഗകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരുന്നു, ഇത് ആൽഗകളുടെ വളർച്ചയെ ഒരു പരിധിവരെ കുറച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, ഉപരിതലവുമായുള്ള ദീർഘനേരത്തെ ഇടപെടലിൽ, മൈക്രോആൽഗകൾ MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളെ ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുകയും NbO, Nb2O5 എന്നിവയിലേക്ക് കൂടുതൽ വിഘടിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു. ഈ ഓക്സൈഡുകൾ സൂക്ഷ്മ ആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് വിഷരഹിതമായതിനാൽ, 72 മണിക്കൂർ ജലശുദ്ധീകരണത്തിന് ശേഷം സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളെ കൂടുതൽ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്ന ഒരു ആഗിരണം സംവിധാനം വഴി അവ Nb ഓക്സൈഡ് നാനോകണങ്ങളെ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആഗിരണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പോഷകങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ കോശത്തിന്റെ അളവിലെ വർദ്ധനവ്, അവയുടെ സുഗമമായ ആകൃതി, വളർച്ചാ നിരക്കിലെ മാറ്റം എന്നിവയിലും പ്രതിഫലിക്കുന്നു. ഈ കണ്ടെത്തലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ശുദ്ധജല ആവാസവ്യവസ്ഥയിൽ Nb-അധിഷ്ഠിത MXenes-ന്റെ ഹ്രസ്വകാല, ദീർഘകാല സാന്നിധ്യം ചെറിയ പാരിസ്ഥിതിക പ്രത്യാഘാതങ്ങൾക്ക് മാത്രമേ കാരണമാകൂ എന്ന് ഞങ്ങൾ നിഗമനം ചെയ്യുന്നു. ദ്വിമാന നാനോ മെറ്റീരിയലുകളെ മാതൃകാ സംവിധാനങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, സൂക്ഷ്മ-ധാന്യ വസ്തുക്കളിൽ പോലും ആകൃതി പരിവർത്തനം ട്രാക്ക് ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യത ഞങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധേയമാണ്. മൊത്തത്തിൽ, 2D നാനോ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ബയോറെമീഡിയേഷൻ സംവിധാനത്തെ നയിക്കുന്ന ഉപരിതല പ്രതിപ്രവർത്തനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രക്രിയകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു പ്രധാന അടിസ്ഥാന ചോദ്യത്തിന് ഈ പഠനം ഉത്തരം നൽകുന്നു, കൂടാതെ അജൈവ ക്രിസ്റ്റലിൻ നാനോ മെറ്റീരിയലുകളുടെ പാരിസ്ഥിതിക ആഘാതത്തെക്കുറിച്ചുള്ള കൂടുതൽ ഹ്രസ്വകാല, ദീർഘകാല പഠനങ്ങൾക്ക് ഒരു അടിസ്ഥാനം നൽകുന്നു.
കണ്ടുപിടുത്തം മുതൽ നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ വളരെയധികം താൽപ്പര്യം ജനിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ വിവിധ നാനോ ടെക്നോളജികൾ അടുത്തിടെ ഒരു ആധുനികവൽക്കരണ ഘട്ടത്തിലേക്ക് പ്രവേശിച്ചു1. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ദൈനംദിന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലേക്ക് നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ സംയോജനം അനുചിതമായ നിർമാർജനം, അശ്രദ്ധമായ കൈകാര്യം ചെയ്യൽ അല്ലെങ്കിൽ അപര്യാപ്തമായ സുരക്ഷാ അടിസ്ഥാന സൗകര്യങ്ങൾ എന്നിവ കാരണം ആകസ്മികമായ റിലീസുകൾക്ക് കാരണമാകും. അതിനാൽ, ദ്വിമാന (2D) നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ പ്രകൃതിദത്ത പരിസ്ഥിതിയിലേക്ക് പുറത്തുവിടാൻ കഴിയുമെന്ന് അനുമാനിക്കുന്നത് ന്യായമാണ്, അവയുടെ സ്വഭാവവും ജൈവിക പ്രവർത്തനവും ഇതുവരെ പൂർണ്ണമായി മനസ്സിലായിട്ടില്ല. അതിനാൽ, ഇക്കോടോക്സിസിറ്റി ആശങ്കകൾ 2D നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ ജലവ്യവസ്ഥയിലേക്ക് ഒഴുകാനുള്ള കഴിവിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതിൽ അതിശയിക്കാനില്ല2,3,4,5,6. ഈ ആവാസവ്യവസ്ഥകളിൽ, ചില 2D നാനോമെറ്റീരിയലുകൾക്ക് മൈക്രോആൽഗകൾ ഉൾപ്പെടെ വ്യത്യസ്ത ട്രോഫിക് തലങ്ങളിൽ വിവിധ ജീവികളുമായി സംവദിക്കാൻ കഴിയും.
ശുദ്ധജല, സമുദ്ര ആവാസവ്യവസ്ഥകളിൽ സ്വാഭാവികമായി കാണപ്പെടുന്ന പ്രാകൃത ജീവികളാണ് സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ. പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിലൂടെ വൈവിധ്യമാർന്ന രാസ ഉൽ‌പന്നങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഇവ 7. അതിനാൽ, അവ ജല ആവാസവ്യവസ്ഥയ്ക്ക് നിർണായകമാണ്8,9,10,11,12, എന്നാൽ സെൻസിറ്റീവ്, വിലകുറഞ്ഞതും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതുമായ ഇക്കോടോക്സിസിറ്റി സൂചകങ്ങളുമാണ്13,14. സൂക്ഷ്മ ആൽഗ കോശങ്ങൾ വേഗത്തിൽ പെരുകുകയും വിവിധ സംയുക്തങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യത്തോട് വേഗത്തിൽ പ്രതികരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, ജൈവവസ്തുക്കളാൽ മലിനമായ വെള്ളം സംസ്കരിക്കുന്നതിനുള്ള പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ രീതികളുടെ വികസനത്തിന് അവ വാഗ്ദാനങ്ങൾ നൽകുന്നു15,16.
ആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് ബയോസോർപ്ഷൻ, സഞ്ചയം എന്നിവയിലൂടെ വെള്ളത്തിൽ നിന്ന് അജൈവ അയോണുകൾ നീക്കം ചെയ്യാൻ കഴിയും. ക്ലോറെല്ല, അനബീന ഇൻവാർ, വെസ്റ്റിയെല്ലോപ്സിസ് പ്രോലിഫിക്ക, സ്റ്റിജിയോക്ലോനിയം ടെനു, സൈനെക്കോകോക്കസ് എസ്‌പി തുടങ്ങിയ ചില ആൽഗൽ സ്പീഷീസുകൾ. ഇത് Fe2+, Cu2+, Zn2+, Mn2+19 തുടങ്ങിയ വിഷ ലോഹ അയോണുകളെ വഹിക്കുകയും പോഷിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. മറ്റ് പഠനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ അല്ലെങ്കിൽ Pb2+ അയോണുകൾ കോശ രൂപഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്തുന്നതിലൂടെയും അവയുടെ ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളെ നശിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെയും സീനെഡെസ്മസിന്റെ വളർച്ചയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു എന്നാണ്.
ജൈവ മലിനീകരണ വസ്തുക്കളുടെ വിഘടനത്തിനും ഘന ലോഹ അയോണുകൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള പച്ച രീതികൾ ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെയും എഞ്ചിനീയർമാരുടെയും ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചിട്ടുണ്ട്. ദ്രാവക ഘട്ടത്തിൽ ഈ മലിനീകരണങ്ങൾ എളുപ്പത്തിൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു എന്നതാണ് ഇതിന് പ്രധാന കാരണം. എന്നിരുന്നാലും, അജൈവ ക്രിസ്റ്റലിൻ മലിനീകരണത്തിന്റെ സവിശേഷത ജലത്തിൽ ലയിക്കുന്നതും വിവിധ ജൈവ പരിവർത്തനങ്ങളോടുള്ള കുറഞ്ഞ സംവേദനക്ഷമതയുമാണ്, ഇത് പരിഹാരത്തിൽ വലിയ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഈ മേഖലയിൽ കാര്യമായ പുരോഗതി ഉണ്ടായിട്ടില്ല22,23,24,25,26. അതിനാൽ, നാനോ വസ്തുക്കളുടെ അറ്റകുറ്റപ്പണികൾക്കായി പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ പരിഹാരങ്ങൾക്കായുള്ള തിരയൽ സങ്കീർണ്ണവും പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെടാത്തതുമായ ഒരു മേഖലയായി തുടരുന്നു. 2D നാനോ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ജൈവ പരിവർത്തന ഫലങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഉയർന്ന അളവിലുള്ള അനിശ്ചിതത്വം കാരണം, കുറയ്ക്കൽ സമയത്ത് അവയുടെ അപചയത്തിന്റെ സാധ്യമായ വഴികൾ കണ്ടെത്താൻ എളുപ്പവഴിയില്ല.
ഈ പഠനത്തിൽ, അജൈവ സെറാമിക് വസ്തുക്കൾക്കായി ഒരു സജീവ ജലീയ ബയോറെമീഡിയേഷൻ ഏജന്റായി ഞങ്ങൾ പച്ച മൈക്രോആൽഗകളെ ഉപയോഗിച്ചു, അജൈവ സെറാമിക് വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിനിധിയായി MXene ന്റെ ഡീഗ്രഡേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ ഇൻ സിറ്റു നിരീക്ഷണവുമായി സംയോജിപ്പിച്ചു. "MXene" എന്ന പദം Mn+1XnTx മെറ്റീരിയലിന്റെ സ്റ്റോയിക്കിയോമെട്രിയെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു, ഇവിടെ M ഒരു ആദ്യകാല സംക്രമണ ലോഹമാണ്, X കാർബണും/അല്ലെങ്കിൽ നൈട്രജനും ആണ്, Tx ഒരു ഉപരിതല ടെർമിനേറ്ററാണ് (ഉദാ. -OH, -F, -Cl), n = 1, 2, 3 അല്ലെങ്കിൽ 427.28. നാഗുയിബ് തുടങ്ങിയവർ MXenes കണ്ടെത്തിയതുമുതൽ. സെൻസറിക്സ്, കാൻസർ തെറാപ്പി, മെംബ്രൻ ഫിൽട്രേഷൻ 27,29,30. കൂടാതെ, മികച്ച കൊളോയിഡൽ സ്ഥിരതയും സാധ്യമായ ജൈവ ഇടപെടലുകളും കാരണം MXenes നെ മാതൃകാ 2D സിസ്റ്റങ്ങളായി കണക്കാക്കാം31,32,33,34,35,36.
അതിനാൽ, ഈ ലേഖനത്തിൽ വികസിപ്പിച്ച രീതിശാസ്ത്രവും ഞങ്ങളുടെ ഗവേഷണ സിദ്ധാന്തങ്ങളും ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച്, ഉപരിതലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഭൗതിക-രാസ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കാരണം സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ Nb-അധിഷ്ഠിത MXenes-നെ വിഷരഹിത സംയുക്തങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇത് ആൽഗകളെ കൂടുതൽ വീണ്ടെടുക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി, ആദ്യകാല നിയോബിയം-അധിഷ്ഠിത സംക്രമണ ലോഹ കാർബൈഡുകളുടെയും/അല്ലെങ്കിൽ നൈട്രൈഡുകളുടെയും (MXenes) കുടുംബത്തിലെ രണ്ട് അംഗങ്ങളെ, അതായത് Nb2CTx, Nb4C3TX എന്നിവയെ തിരഞ്ഞെടുത്തു.
റാഫിഡോസെലിസ് സബ്‌ക്യാപിറ്റേറ്റ എന്ന പച്ച മൈക്രോആൽഗ ഉപയോഗിച്ചുള്ള MXene വീണ്ടെടുക്കലിനായുള്ള ഗവേഷണ രീതിശാസ്ത്രവും തെളിവുകൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിദ്ധാന്തങ്ങളും. തെളിവുകൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അനുമാനങ്ങളുടെ ഒരു സ്കീമാറ്റിക് പ്രാതിനിധ്യം മാത്രമാണിതെന്ന് ദയവായി ശ്രദ്ധിക്കുക. ഉപയോഗിക്കുന്ന പോഷക മാധ്യമത്തിലും അവസ്ഥകളിലും (ഉദാഹരണത്തിന്, ദൈനംദിന ചക്രം, ലഭ്യമായ അവശ്യ പോഷകങ്ങളിലെ പരിമിതികൾ) തടാക പരിസ്ഥിതി വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. BioRender.com ഉപയോഗിച്ച് സൃഷ്ടിച്ചത്.
അതിനാൽ, MXene ഒരു മാതൃകാ സംവിധാനമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, മറ്റ് പരമ്പരാഗത നാനോമെറ്റീരിയലുകളുമായി നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയാത്ത വിവിധ ജൈവശാസ്ത്രപരമായ ഫലങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് ഞങ്ങൾ വാതിൽ തുറന്നിരിക്കുന്നു. പ്രത്യേകിച്ചും, മൈക്രോ ആൽഗകളായ റാഫിഡോസെലിസ് സബ്‌ക്യാപിറ്റേറ്റ ഉപയോഗിച്ച് നിയോബിയം അധിഷ്ഠിത MXenes പോലുള്ള ദ്വിമാന നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ ബയോറെമീഡിയേഷൻ സാധ്യത ഞങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നു. മൈക്രോ ആൽഗകൾക്ക് Nb-MXenes നെ വിഷരഹിതമായ ഓക്സൈഡുകളായ NbO, Nb2O5 എന്നിവയിലേക്ക് തരംതാഴ്ത്താൻ കഴിയും, അവ നിയോബിയം ആഗിരണം സംവിധാനത്തിലൂടെ പോഷകങ്ങളും നൽകുന്നു. മൊത്തത്തിൽ, ദ്വിമാന നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ ബയോറെമീഡിയേഷന്റെ സംവിധാനങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന ഉപരിതല ഭൗതിക രാസ ഇടപെടലുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രക്രിയകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു പ്രധാന അടിസ്ഥാന ചോദ്യത്തിന് ഈ പഠനം ഉത്തരം നൽകുന്നു. കൂടാതെ, 2D നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ ആകൃതിയിലുള്ള സൂക്ഷ്മമായ മാറ്റങ്ങൾ ട്രാക്കുചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു ലളിതമായ ആകൃതി-പാരാമീറ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള രീതി ഞങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുകയാണ്. അജൈവ ക്രിസ്റ്റലിൻ നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ വിവിധ പാരിസ്ഥിതിക ആഘാതങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള കൂടുതൽ ഹ്രസ്വകാല, ദീർഘകാല ഗവേഷണത്തിന് ഇത് പ്രചോദനം നൽകുന്നു. അങ്ങനെ, മെറ്റീരിയൽ ഉപരിതലവും ജൈവവസ്തുക്കളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണ ഞങ്ങളുടെ പഠനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ശുദ്ധജല ആവാസവ്യവസ്ഥയിൽ ഇവയുടെ സാധ്യമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള വിപുലമായ ഹ്രസ്വകാല, ദീർഘകാല പഠനങ്ങൾക്കുള്ള അടിസ്ഥാനവും ഞങ്ങൾ നൽകുന്നു, അത് ഇപ്പോൾ എളുപ്പത്തിൽ പരിശോധിക്കാൻ കഴിയും.
MXenes എന്നത് സവിശേഷവും ആകർഷകവുമായ ഭൗതിക, രാസ ഗുണങ്ങളുള്ളതും അതിനാൽ നിരവധി സാധ്യതയുള്ള പ്രയോഗങ്ങളുള്ളതുമായ ഒരു രസകരമായ തരം വസ്തുക്കളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഈ ഗുണങ്ങൾ അവയുടെ സ്റ്റോയിക്കിയോമെട്രിയെയും ഉപരിതല രസതന്ത്രത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഞങ്ങളുടെ പഠനത്തിൽ, Nb-അധിഷ്ഠിത ഹൈറാർക്കിക്കൽ സിംഗിൾ-ലെയർ (SL) MXenes, Nb2CTx, Nb4C3TX എന്നിവ ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു, കാരണം ഈ നാനോമെറ്റീരിയലുകളുടെ വ്യത്യസ്ത ജൈവശാസ്ത്രപരമായ ഫലങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയും. ആറ്റോമികമായി നേർത്ത MAX-ഫേസ് A-ലെയറുകളുടെ മുകളിൽ നിന്ന് താഴേക്ക് തിരഞ്ഞെടുത്ത എച്ചിംഗ് വഴിയാണ് MXenes അവയുടെ ആരംഭ വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് നിർമ്മിക്കുന്നത്. MAX ഘട്ടം എന്നത് സംക്രമണ ലോഹ കാർബൈഡുകളുടെ "ബോണ്ടഡ്" ബ്ലോക്കുകളും MnAXn-1 സ്റ്റോയിക്കിയോമെട്രി ഉപയോഗിച്ച് Al, Si, Sn പോലുള്ള "A" മൂലകങ്ങളുടെ നേർത്ത പാളികളും ചേർന്ന ഒരു ത്രിതല സെറാമിക് ആണ്. ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (SEM) സ്കാൻ ചെയ്തുകൊണ്ട് പ്രാരംഭ MAX ഘട്ടത്തിന്റെ രൂപഘടന നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു, ഇത് മുൻ പഠനങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടു (സപ്ലിമെന്ററി ഇൻഫർമേഷൻ, SI, ചിത്രം S1 കാണുക). 48% HF (ഹൈഡ്രോഫ്ലൂറിക് ആസിഡ്) ഉപയോഗിച്ച് Al പാളി നീക്കം ചെയ്തതിന് ശേഷമാണ് മൾട്ടിലെയർ (ML) Nb-MXene ലഭിച്ചത്. സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (SEM) (ചിത്രങ്ങൾ S1c, S1d) വഴി ML-Nb2CTx, ML-Nb4C3TX എന്നിവയുടെ രൂപഘടന പരിശോധിച്ചു, നീളമേറിയ സുഷിരങ്ങൾ പോലുള്ള സ്ലിറ്റുകളിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ദ്വിമാന നാനോഫ്ലേക്കുകൾക്ക് സമാനമായ ഒരു സാധാരണ പാളികളുള്ള MXene രൂപഘടന നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. ആസിഡ് എച്ചിംഗ് വഴി മുമ്പ് സമന്വയിപ്പിച്ച MXene ഘട്ടങ്ങളുമായി രണ്ട് Nb-MXene-കൾക്കും വളരെയധികം സാമ്യമുണ്ട്27,38. MXene-ന്റെ ഘടന സ്ഥിരീകരിച്ചതിനുശേഷം, ടെട്രാബ്യൂട്ടിലമോണിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (TBAOH) ഇന്റർകലേഷൻ വഴിയും തുടർന്ന് കഴുകൽ, സോണിക്കേഷൻ എന്നിവയിലൂടെയും ഞങ്ങൾ അതിനെ പാളികളാക്കി, അതിനുശേഷം ഞങ്ങൾക്ക് ഒറ്റ-പാളി അല്ലെങ്കിൽ താഴ്ന്ന-പാളി (SL) 2D Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ലഭിച്ചു.
എച്ചിംഗിന്റെയും കൂടുതൽ പീലിംഗിന്റെയും കാര്യക്ഷമത പരിശോധിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (HRTEM), എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചു. ഇൻവേഴ്‌സ് ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്‌ഫോം (IFFT), ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്‌ഫോം (FFT) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് പ്രോസസ്സ് ചെയ്ത HRTEM ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ആറ്റോമിക് പാളിയുടെ ഘടന പരിശോധിക്കുന്നതിനും ഇന്റർപ്ലാനർ ദൂരങ്ങൾ അളക്കുന്നതിനും Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ അഗ്രം മുകളിലേക്ക് ഓറിയന്റഡ് ചെയ്‌തു. MXene Nb2CTx, Nb4C3TX നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ HRTEM ചിത്രങ്ങൾ അവയുടെ ആറ്റോമികമായി നേർത്ത പാളി സ്വഭാവം വെളിപ്പെടുത്തി (ചിത്രം 2a1, a2 കാണുക), മുമ്പ് Naguib et al.27 ഉം Jastrzębska et al.38 ഉം റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ. രണ്ട് അടുത്തുള്ള Nb2CTx, Nb4C3Tx മോണോലെയറുകൾക്ക്, യഥാക്രമം 0.74 ഉം 1.54 nm ഉം ഇന്റർലെയർ ദൂരം ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിച്ചു (ചിത്രങ്ങൾ 2b1,b2), ഇത് ഞങ്ങളുടെ മുൻ ഫലങ്ങളുമായി യോജിക്കുന്നു38. Nb2CTx, Nb4C3Tx മോണോലെയറുകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം കാണിക്കുന്ന വിപരീത ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ പരിവർത്തനവും (ചിത്രം 2c1, c2) ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ പരിവർത്തനവും (ചിത്രം 2d1, d2) ഇത് കൂടുതൽ സ്ഥിരീകരിച്ചു. നിയോബിയം, കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന പ്രകാശ, ഇരുണ്ട ബാൻഡുകളുടെ ഒരു ആൾട്ടർനേഷൻ ചിത്രം കാണിക്കുന്നു, ഇത് പഠിച്ച MXenes ന്റെ പാളി സ്വഭാവത്തെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. Nb2CTx, Nb4C3Tx എന്നിവയ്ക്കായി ലഭിച്ച എനർജി ഡിസ്പേഴ്സീവ് എക്സ്-റേ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (EDX) സ്പെക്ട്ര (ചിത്രങ്ങൾ S2a, S2b) എന്നിവയിൽ Al പീക്ക് കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ലാത്തതിനാൽ, യഥാർത്ഥ MAX ഘട്ടത്തിന്റെ അവശിഷ്ടം കാണിച്ചില്ല എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.
SL Nb2CTx, Nb4C3Tx MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ സ്വഭാവം, ഇതിൽ (a) ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (HRTEM) സൈഡ്-വ്യൂ 2D നാനോഫ്ലേക്ക് ഇമേജിംഗും അനുബന്ധവും ഉൾപ്പെടുന്നു, (b) തീവ്രത മോഡ്, (c) വിപരീത ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്ഫോം (IFFT), (d) ഫാസ്റ്റ് ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്ഫോം (FFT), (e) Nb-MXenes എക്സ്-റേ പാറ്റേണുകൾ. SL 2D Nb2CTx-ന്, സംഖ്യകൾ (a1, b1, c1, d1, e1) ആയി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. SL 2D Nb4C3Tx-ന്, സംഖ്യകൾ (a2, b2, c2, d2, e1) ആയി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു.
SL Nb2CTx, Nb4C3Tx MXenes എന്നിവയുടെ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ അളവുകൾ യഥാക്രമം ചിത്രം 2e1, e2 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 4.31, 4.32 എന്നിവയിലെ കൊടുമുടികൾ (002) മുമ്പ് വിവരിച്ച ലെയേർഡ് MXenes Nb2CTx, Nb4C3TX38,39,40,41 എന്നിവയുമായി യോജിക്കുന്നു. XRD ഫലങ്ങൾ ചില അവശിഷ്ട ML ഘടനകളുടെയും MAX ഘട്ടങ്ങളുടെയും സാന്നിധ്യത്തെയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു, പക്ഷേ കൂടുതലും SL Nb4C3Tx (ചിത്രം 2e2) മായി ബന്ധപ്പെട്ട XRD പാറ്റേണുകൾ. ക്രമരഹിതമായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന Nb4C3Tx പാളികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ MAX ഘട്ടത്തിലെ ചെറിയ കണങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം ശക്തമായ MAX കൊടുമുടിയെ വിശദീകരിച്ചേക്കാം.
R. subcapitata എന്ന ഇനത്തിൽപ്പെട്ട പച്ച മൈക്രോ ആൽഗകളിലാണ് കൂടുതൽ ഗവേഷണം കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. പ്രധാന ഭക്ഷ്യശൃംഖലകളിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന പ്രധാന ഉൽ‌പാദകരായതിനാലാണ് ഞങ്ങൾ മൈക്രോ ആൽഗകളെ തിരഞ്ഞെടുത്തത്42. ഭക്ഷ്യശൃംഖലയുടെ ഉയർന്ന തലങ്ങളിലേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്ന വിഷ പദാർത്ഥങ്ങളെ നീക്കം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവ് കാരണം വിഷാംശത്തിന്റെ ഏറ്റവും മികച്ച സൂചകങ്ങളിൽ ഒന്നാണിത്43. കൂടാതെ, R. subcapitata യെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം സാധാരണ ശുദ്ധജല സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്ക് SL Nb-MXenes ന്റെ ആകസ്മിക വിഷാംശത്തെക്കുറിച്ച് വെളിച്ചം വീശാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. ഇത് വ്യക്തമാക്കുന്നതിന്, ഓരോ സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്കും പരിസ്ഥിതിയിൽ കാണപ്പെടുന്ന വിഷ സംയുക്തങ്ങളോട് വ്യത്യസ്തമായ സംവേദനക്ഷമതയുണ്ടെന്ന് ഗവേഷകർ അനുമാനിച്ചു. മിക്ക ജീവികൾക്കും, കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയിലുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ അവയുടെ വളർച്ചയെ ബാധിക്കുന്നില്ല, അതേസമയം ഒരു നിശ്ചിത പരിധിക്ക് മുകളിലുള്ള സാന്ദ്രത അവയെ തടയുകയോ മരണത്തിന് പോലും കാരണമാകുകയോ ചെയ്യും. അതിനാൽ, മൈക്രോ ആൽഗകളും MXenes കളും തമ്മിലുള്ള ഉപരിതല പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെയും അനുബന്ധ വീണ്ടെടുക്കലിനെയും കുറിച്ചുള്ള ഞങ്ങളുടെ പഠനങ്ങൾക്കായി, Nb-MXenes ന്റെ നിരുപദ്രവകരവും വിഷലിപ്തവുമായ സാന്ദ്രത പരീക്ഷിക്കാൻ ഞങ്ങൾ തീരുമാനിച്ചു. ഇത് ചെയ്യുന്നതിന്, ഞങ്ങൾ 0 (ഒരു റഫറൻസായി), 0.01, 0.1, 10 mg l-1 MXene എന്നിവയുടെ സാന്ദ്രതയും കൂടാതെ വളരെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലുള്ള MXene (100 mg l-1 MXene) ഉള്ള രോഗബാധയുള്ള സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളും പരിശോധിച്ചു, ഇത് ഏതൊരു ജൈവ പരിതസ്ഥിതിക്കും അങ്ങേയറ്റം മാരകമായേക്കാം.
0 mg l-1 സാമ്പിളുകളിൽ അളക്കുന്ന വളർച്ചാ പ്രോത്സാഹനത്തിന്റെ (+) അല്ലെങ്കിൽ ഇൻഹിബിഷന്റെ (-) ശതമാനമായി പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന SL Nb-MXenes മൈക്രോആൽഗകളിൽ ചെലുത്തുന്ന സ്വാധീനം ചിത്രം 3-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. താരതമ്യത്തിനായി, Nb-MAX ഘട്ടവും ML Nb-MXenes-ഉം പരീക്ഷിച്ചു, ഫലങ്ങൾ SI-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രം S3 കാണുക). ചിത്രം 3a,b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 0.01 മുതൽ 10 mg/l വരെയുള്ള കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതകളുടെ പരിധിയിൽ SL Nb-MXenes-ന് വിഷാംശം പൂർണ്ണമായും ഇല്ലെന്ന് ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു. Nb2CTx-ന്റെ കാര്യത്തിൽ, നിർദ്ദിഷ്ട ശ്രേണിയിൽ 5% ൽ കൂടുതൽ ഇക്കോടോക്സിസിറ്റി ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചില്ല.
SL (a) Nb2CTx, (b) Nb4C3TX MXene എന്നിവയുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ വളർച്ചയെ ഉത്തേജിപ്പിക്കൽ (+) അല്ലെങ്കിൽ തടയൽ (-). 24, 48, 72 മണിക്കൂർ MXene-മൈക്രോ ആൽഗകളുടെ ഇടപെടൽ വിശകലനം ചെയ്തു. പ്രധാനപ്പെട്ട ഡാറ്റ (t-ടെസ്റ്റ്, p < 0.05) ഒരു നക്ഷത്രചിഹ്നം (*) ഉപയോഗിച്ച് അടയാളപ്പെടുത്തി. പ്രധാനപ്പെട്ട ഡാറ്റ (t-ടെസ്റ്റ്, p < 0.05) ഒരു നക്ഷത്രചിഹ്നം (*) ഉപയോഗിച്ച് അടയാളപ്പെടുത്തി. Значимые данные (t-критерий, p <0,05) ഒത്മെഛെന്ы ജ്വെജ്ദൊഛ്കൊയ് (*). സിഗ്നിഫിക്കന്റ് ഡാറ്റ (t-ടെസ്റ്റ്, p < 0.05) ഒരു നക്ഷത്രചിഹ്നം (*) ഉപയോഗിച്ച് അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.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 dannыe (t-test, p <0,05) ഒത്മെഛെന്ы ജ്വെജ്ദൊഛ്കൊയ് (*). പ്രധാനപ്പെട്ട ഡാറ്റ (t-ടെസ്റ്റ്, p < 0.05) ഒരു നക്ഷത്രചിഹ്നം (*) ഉപയോഗിച്ച് അടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.ചുവന്ന അമ്പടയാളങ്ങൾ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന ഉത്തേജനം നിർത്തലാക്കുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
മറുവശത്ത്, Nb4C3TX ന്റെ കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രത അല്പം കൂടുതൽ വിഷാംശം ഉള്ളതായി മാറി, പക്ഷേ 7% ൽ കൂടുതലല്ല. പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ, 100mg L-1 ൽ MXenes ന് ഉയർന്ന വിഷാംശവും സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ വളർച്ചയെ തടയുന്നതും ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു. രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, MAX അല്ലെങ്കിൽ ML സാമ്പിളുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഒരു വസ്തുവും വിഷ/വിഷ ഫലങ്ങളുടെ അതേ പ്രവണതയും സമയ ആശ്രിതത്വവും കാണിച്ചില്ല (വിശദാംശങ്ങൾക്ക് SI കാണുക). MAX ഘട്ടത്തിന് (ചിത്രം S3 കാണുക) വിഷാംശം ഏകദേശം 15-25% എത്തുകയും കാലക്രമേണ വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്തപ്പോൾ, SL Nb2CTx, Nb4C3TX MXene എന്നിവയ്ക്ക് വിപരീത പ്രവണത നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ വളർച്ചയെ തടയുന്നത് കാലക്രമേണ കുറഞ്ഞു. 24 മണിക്കൂറിനുശേഷം ഇത് ഏകദേശം 17% ആയി, 72 മണിക്കൂറിനുശേഷം 5% ൽ താഴെയായി (ചിത്രം 3a, b, യഥാക്രമം).
ഏറ്റവും പ്രധാനമായി, SL Nb4C3TX-ന്, 24 മണിക്കൂറിനു ശേഷം മൈക്രോആൽഗകളുടെ വളർച്ചാ തടസ്സം ഏകദേശം 27% ആയി, എന്നാൽ 72 മണിക്കൂറിനു ശേഷം അത് ഏകദേശം 1% ആയി കുറഞ്ഞു. അതിനാൽ, നിരീക്ഷിച്ച ഫലത്തെ ഉത്തേജനത്തിന്റെ വിപരീത തടസ്സം എന്ന് ഞങ്ങൾ ലേബൽ ചെയ്തു, കൂടാതെ SL Nb4C3TX MXene-ന് ഈ പ്രഭാവം കൂടുതൽ ശക്തമായിരുന്നു. SL Nb2CTx MXene-നെ അപേക്ഷിച്ച് Nb4C3TX-ൽ (24 മണിക്കൂറിന് 10 mg L-1-ൽ പ്രതിപ്രവർത്തനം) മൈക്രോആൽഗകളുടെ വളർച്ചയുടെ ഉത്തേജനം നേരത്തെ ശ്രദ്ധിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. ബയോമാസ് ഇരട്ടിപ്പിക്കൽ നിരക്ക് വക്രത്തിലും ഇൻഹിബിഷൻ-സ്റ്റിമുലേഷൻ റിവേഴ്‌സൽ പ്രഭാവം നന്നായി കാണിച്ചിട്ടുണ്ട് (വിശദാംശങ്ങൾക്ക് ചിത്രം S4 കാണുക). ഇതുവരെ, Ti3C2TX MXene-ന്റെ ഇക്കോടോക്സിസിറ്റി മാത്രമേ വ്യത്യസ്ത രീതികളിൽ പഠിച്ചിട്ടുള്ളൂ. ഇത് സീബ്രാഫിഷ് ഭ്രൂണങ്ങൾക്ക് വിഷാംശം അല്ല44, പക്ഷേ മൈക്രോആൽഗകളായ ഡെസ്മോഡെസ്മസ് ക്വാഡ്രിക്കോഡ, സോർഗം സാക്കറാറ്റം സസ്യങ്ങൾക്ക് മിതമായ ഇക്കോടോക്സിക് ആണ്45. പ്രത്യേക ഫലങ്ങളുടെ മറ്റ് ഉദാഹരണങ്ങളിൽ സാധാരണ സെൽ ലൈനുകളേക്കാൾ കാൻസർ സെൽ ലൈനുകൾക്ക് ഉയർന്ന വിഷാംശം ഉൾപ്പെടുന്നു46,47. Nb-MXenes ന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ വളർച്ചയിലെ മാറ്റങ്ങളെ പരീക്ഷണ സാഹചര്യങ്ങൾ സ്വാധീനിക്കുമെന്ന് അനുമാനിക്കാം. ഉദാഹരണത്തിന്, ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റ് സ്ട്രോമയിലെ ഏകദേശം 8 pH, RuBisCO എൻസൈമിന്റെ കാര്യക്ഷമമായ പ്രവർത്തനത്തിന് അനുയോജ്യമാണ്. അതിനാൽ, pH മാറ്റങ്ങൾ പ്രകാശസംശ്ലേഷണ നിരക്കിനെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുന്നു48,49. എന്നിരുന്നാലും, പരീക്ഷണ സമയത്ത് pH-ൽ കാര്യമായ മാറ്റങ്ങൾ ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചില്ല (വിശദാംശങ്ങൾക്ക് SI, ചിത്രം S5 കാണുക). പൊതുവേ, Nb-MXenes ഉള്ള സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ സംസ്കാരങ്ങൾ കാലക്രമേണ ലായനിയുടെ pH ചെറുതായി കുറച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ കുറവ് ഒരു ശുദ്ധമായ മാധ്യമത്തിന്റെ pH-ലെ മാറ്റത്തിന് സമാനമായിരുന്നു. കൂടാതെ, കണ്ടെത്തിയ വ്യതിയാനങ്ങളുടെ പരിധി സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ ശുദ്ധമായ സംസ്കാരത്തിനായി അളക്കുന്നതിന് സമാനമായിരുന്നു (നിയന്ത്രണ സാമ്പിൾ). അതിനാൽ, കാലക്രമേണ pH-ലെ മാറ്റങ്ങൾ പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തെ ബാധിക്കില്ലെന്ന് ഞങ്ങൾ നിഗമനം ചെയ്യുന്നു.
കൂടാതെ, സംശ്ലേഷണം ചെയ്ത MXenes ന് ഉപരിതല അവസാനങ്ങളുണ്ട് (Tx എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു). ഇവ പ്രധാനമായും -O, -F, -OH എന്നീ ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പുകളാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഉപരിതല രസതന്ത്രം സിന്തസിസ് രീതിയുമായി നേരിട്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ ഗ്രൂപ്പുകൾ ഉപരിതലത്തിൽ ക്രമരഹിതമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നതിനാൽ MXene50 ന്റെ ഗുണങ്ങളിൽ അവയുടെ സ്വാധീനം പ്രവചിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. പ്രകാശം വഴി നിയോബിയത്തിന്റെ ഓക്സീകരണത്തിനുള്ള ഉത്തേജക ശക്തി Tx ആയിരിക്കാമെന്ന് വാദിക്കാം. ഉപരിതല ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ അവയുടെ അടിസ്ഥാന ഫോട്ടോകാറ്റലിസ്റ്റുകൾക്ക് ഹെറ്ററോജംഗ്ഷനുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഒന്നിലധികം ആങ്കറിംഗ് സൈറ്റുകൾ നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വളർച്ചാ മാധ്യമ ഘടന ഫലപ്രദമായ ഒരു ഫോട്ടോകാറ്റലിസ്റ്റ് നൽകിയില്ല (വിശദമായ മാധ്യമ ഘടന SI പട്ടിക S6 ൽ കാണാം). കൂടാതെ, ഏത് ഉപരിതല പരിഷ്കരണവും വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം പാളി പോസ്റ്റ്-പ്രോസസ്സിംഗ്, ഓക്സിഡേഷൻ, ജൈവ, അജൈവ സംയുക്തങ്ങളുടെ രാസ ഉപരിതല പരിഷ്കരണം52,53,54,55,56 അല്ലെങ്കിൽ ഉപരിതല ചാർജ് എഞ്ചിനീയറിംഗ്38 എന്നിവ കാരണം MXenes ന്റെ ജൈവിക പ്രവർത്തനം മാറ്റാൻ കഴിയും. അതിനാൽ, മാധ്യമത്തിലെ ഭൗതിക അസ്ഥിരതയുമായി നിയോബിയം ഓക്സൈഡിന് എന്തെങ്കിലും ബന്ധമുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കാൻ, മൈക്രോആൽഗ വളർച്ചാ മാധ്യമത്തിലെയും ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളത്തിലെയും സീറ്റ (ζ) സാധ്യതയെക്കുറിച്ച് ഞങ്ങൾ പഠനങ്ങൾ നടത്തി (താരതമ്യത്തിനായി). SL Nb-MXenes വളരെ സ്ഥിരതയുള്ളതാണെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു (MAX, ML ഫലങ്ങൾക്ക് SI ചിത്രം S6 കാണുക). SL MXenes ന്റെ സീറ്റ പൊട്ടൻഷ്യൽ ഏകദേശം -10 mV ആണ്. SR Nb2CTx ന്റെ കാര്യത്തിൽ, ζ ന്റെ മൂല്യം Nb4C3Tx നെക്കാൾ അൽപ്പം കൂടുതൽ നെഗറ്റീവ് ആണ്. ζ മൂല്യത്തിലെ അത്തരമൊരു മാറ്റം നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ ഉപരിതലം കൾച്ചർ മീഡിയത്തിൽ നിന്ന് പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത അയോണുകളെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നുവെന്ന് സൂചിപ്പിക്കാം. കൾച്ചർ മീഡിയത്തിലെ Nb-MXenes ന്റെ സീറ്റ പൊട്ടൻഷ്യലിന്റെയും ചാലകതയുടെയും താൽക്കാലിക അളവുകൾ (കൂടുതൽ വിശദാംശങ്ങൾക്ക് SI ലെ ചിത്രങ്ങൾ S7, S8 കാണുക) ഞങ്ങളുടെ അനുമാനത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു.
എന്നിരുന്നാലും, രണ്ട് Nb-MXene SL-കളും പൂജ്യത്തിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ മാറ്റങ്ങൾ മാത്രമേ കാണിച്ചുള്ളൂ. മൈക്രോആൽഗ വളർച്ചാ മാധ്യമത്തിൽ അവയുടെ സ്ഥിരത ഇത് വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നമ്മുടെ പച്ച മൈക്രോആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യം മാധ്യമത്തിലെ Nb-MXenes-ന്റെ സ്ഥിരതയെ ബാധിക്കുമോ എന്ന് ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി. കാലക്രമേണ പോഷക മാധ്യമങ്ങളിലും സംസ്കാരത്തിലും മൈക്രോആൽഗകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനുശേഷം MXenes-ന്റെ സീറ്റ പൊട്ടൻഷ്യലിന്റെയും ചാലകതയുടെയും ഫലങ്ങൾ SI-യിൽ കാണാം (ചിത്രങ്ങൾ S9, S10). രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, മൈക്രോആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യം രണ്ട് MXenes-ന്റെയും വ്യാപനത്തെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നതായി ഞങ്ങൾ ശ്രദ്ധിച്ചു. Nb2CTx SL-ന്റെ കാര്യത്തിൽ, സീറ്റ പൊട്ടൻഷ്യൽ കാലക്രമേണ കൂടുതൽ നെഗറ്റീവ് മൂല്യങ്ങളിലേക്ക് (-15.8 vs -19.1 mV) ചെറുതായി കുറഞ്ഞു. SL Nb4C3TX-ന്റെ സീറ്റ പൊട്ടൻഷ്യൽ അല്പം വർദ്ധിച്ചു, പക്ഷേ 72 മണിക്കൂറിനു ശേഷവും മൈക്രോആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യമില്ലാതെ നാനോഫ്ലേക്കുകളേക്കാൾ ഉയർന്ന സ്ഥിരത കാണിച്ചു (-18.1 vs. -9.1 mV).
സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത Nb-MXene ലായനികളുടെ ചാലകത കുറവാണെന്നും ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, ഇത് പോഷക മാധ്യമത്തിൽ കുറഞ്ഞ അളവിലുള്ള അയോണുകളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ശ്രദ്ധേയമായി, വെള്ളത്തിൽ MXenes ന്റെ അസ്ഥിരത പ്രധാനമായും ഉപരിതല ഓക്സീകരണം മൂലമാണ്. അതിനാൽ, പച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ Nb-MXene ന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന ഓക്സൈഡുകളെ എങ്ങനെയോ നീക്കം ചെയ്യുകയും അവയുടെ സംഭവം (MXene ന്റെ ഓക്സീകരണം) തടയുകയും ചെയ്തുവെന്ന് ഞങ്ങൾ സംശയിക്കുന്നു. സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളുടെ തരങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിലൂടെ ഇത് കാണാൻ കഴിയും.
കാലക്രമേണ Nb-MXenes ന്റെ വിഷാംശത്തെയും ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെട്ട വളർച്ചയുടെ അസാധാരണമായ തടസ്സത്തെയും മറികടക്കാൻ മൈക്രോആൽഗകൾക്ക് കഴിഞ്ഞുവെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഇക്കോടോക്സിക്കോളജിക്കൽ പഠനങ്ങൾ സൂചിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, സാധ്യമായ പ്രവർത്തന സംവിധാനങ്ങൾ അന്വേഷിക്കുക എന്നതായിരുന്നു ഞങ്ങളുടെ പഠനത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം. ആൽഗകൾ പോലുള്ള ജീവികൾ അവയുടെ ആവാസവ്യവസ്ഥയ്ക്ക് പരിചിതമല്ലാത്ത സംയുക്തങ്ങളോ വസ്തുക്കളോ സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ, അവ പലവിധത്തിൽ പ്രതികരിച്ചേക്കാം58,59. വിഷ ലോഹ ഓക്സൈഡുകളുടെ അഭാവത്തിൽ, മൈക്രോആൽഗകൾക്ക് സ്വയം ഭക്ഷണം കഴിക്കാൻ കഴിയും, അവ തുടർച്ചയായി വളരാൻ അനുവദിക്കുന്നു60. വിഷ പദാർത്ഥങ്ങൾ കഴിച്ചതിനുശേഷം, ആകൃതി അല്ലെങ്കിൽ രൂപം മാറ്റുന്നത് പോലുള്ള പ്രതിരോധ സംവിധാനങ്ങൾ സജീവമാകാം. ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യതയും പരിഗണിക്കണം58,59. ശ്രദ്ധേയമായി, ഒരു പ്രതിരോധ സംവിധാനത്തിന്റെ ഏതെങ്കിലും അടയാളം പരീക്ഷണ സംയുക്തത്തിന്റെ വിഷാംശത്തിന്റെ വ്യക്തമായ സൂചകമാണ്. അതിനാൽ, ഞങ്ങളുടെ തുടർന്നുള്ള പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ, SEM വഴി SL Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളും മൈക്രോആൽഗകളും തമ്മിലുള്ള സാധ്യതയുള്ള ഉപരിതല ഇടപെടലും എക്സ്-റേ ഫ്ലൂറസെൻസ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (XRF) വഴി Nb-അധിഷ്ഠിത MXene ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതും ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു. പ്രവർത്തന വിഷാംശം സംബന്ധിച്ച പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിനായി SEM, XRF വിശകലനങ്ങൾ MXene ന്റെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിൽ മാത്രമേ നടത്തിയിട്ടുള്ളൂ എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക.
SEM ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 4 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ചികിത്സിക്കാത്ത മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ (ചിത്രം 4a, റഫറൻസ് സാമ്പിൾ കാണുക) സാധാരണ R. സബ്കാപിറ്റേറ്റ രൂപഘടനയും ക്രോസന്റ് പോലുള്ള കോശ ആകൃതിയും വ്യക്തമായി കാണിച്ചു. കോശങ്ങൾ പരന്നതും അൽപ്പം ക്രമരഹിതവുമായി കാണപ്പെടുന്നു. ചില മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ പരസ്പരം ഓവർലാപ്പ് ചെയ്യുകയും കുടുങ്ങിക്കിടക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, പക്ഷേ ഇത് സാമ്പിൾ തയ്യാറാക്കൽ പ്രക്രിയ മൂലമാകാം. പൊതുവേ, ശുദ്ധമായ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് മിനുസമാർന്ന പ്രതലമുണ്ടായിരുന്നു, കൂടാതെ രൂപാന്തരപരമായ മാറ്റങ്ങളൊന്നും കാണിച്ചില്ല.
72 മണിക്കൂർ നീണ്ടുനിൽക്കുന്ന അങ്ങേയറ്റത്തെ സാന്ദ്രതയിൽ (100 mg L-1) പച്ച മൈക്രോആൽഗകളും MXene നാനോഷീറ്റുകളും തമ്മിലുള്ള ഉപരിതല ഇടപെടൽ കാണിക്കുന്ന SEM ചിത്രങ്ങൾ. (a) SL (b) Nb2CTx, (c) Nb4C3TX MXenes എന്നിവയുമായുള്ള ഇടപെടലിനുശേഷം ചികിത്സിക്കാത്ത പച്ച മൈക്രോആൽഗകൾ. Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ചുവന്ന അമ്പടയാളങ്ങളാൽ അടയാളപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ടെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക. താരതമ്യത്തിനായി, ഒരു ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പിൽ നിന്നുള്ള ഫോട്ടോഗ്രാഫുകളും ചേർത്തിട്ടുണ്ട്.
ഇതിനു വിപരീതമായി, SL Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ആഗിരണം ചെയ്ത മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് കേടുപാടുകൾ സംഭവിച്ചു (ചിത്രം 4b, c, ചുവന്ന അമ്പടയാളങ്ങൾ കാണുക). Nb2CTx MXene (ചിത്രം 4b) ന്റെ കാര്യത്തിൽ, മൈക്രോആൽഗകൾ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ദ്വിമാന നാനോസ്കെയിലുകൾക്കൊപ്പം വളരാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു, അവയ്ക്ക് അവയുടെ രൂപഘടന മാറ്റാൻ കഴിയും. ശ്രദ്ധേയമായി, ലൈറ്റ് മൈക്രോസ്കോപ്പിക്ക് കീഴിലും ഞങ്ങൾ ഈ മാറ്റങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു (വിശദാംശങ്ങൾക്ക് SI ചിത്രം S11 കാണുക). മൈക്രോആൽഗകളുടെ ശരീരശാസ്ത്രത്തിലും കോശത്തിന്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് പോലുള്ള കോശരൂപശാസ്ത്രം മാറ്റുന്നതിലൂടെ സ്വയം പ്രതിരോധിക്കാനുള്ള കഴിവിലും ഈ രൂപാന്തര പരിവർത്തനത്തിന് ഒരു വിശ്വസനീയമായ അടിത്തറയുണ്ട്. അതിനാൽ, യഥാർത്ഥത്തിൽ Nb-MXenes-മായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്ന മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുടെ എണ്ണം പരിശോധിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. ഏകദേശം 52% മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ Nb-MXenes-ന് വിധേയമായതായി SEM പഠനങ്ങൾ തെളിയിച്ചു, അതേസമയം ഈ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ 48% സമ്പർക്കം ഒഴിവാക്കി. SL Nb4C3Tx MXene-നെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, മൈക്രോആൽഗകൾ MXene-മായി സമ്പർക്കം ഒഴിവാക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു, അതുവഴി ദ്വിമാന നാനോസ്കെയിലുകളിൽ നിന്ന് പ്രാദേശികവൽക്കരിക്കുകയും വളരുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 4c). എന്നിരുന്നാലും, നാനോസ്കെയിലുകൾ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിലേക്ക് തുളച്ചുകയറുന്നതും അവയുടെ കേടുപാടുകളും ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചില്ല.
കോശ ഉപരിതലത്തിലെ കണികകളുടെ ആഗിരണം മൂലവും ഷേഡിംഗ് (ഷേഡിംഗ്) പ്രഭാവം എന്നറിയപ്പെടുന്നതിനാലും പ്രകാശസംശ്ലേഷണം തടസ്സപ്പെടുന്നതിനുള്ള സമയബന്ധിതമായ പ്രതികരണ സ്വഭാവമാണ് സ്വയം സംരക്ഷണം. മൈക്രോആൽഗകൾക്കും പ്രകാശ സ്രോതസ്സിനും ഇടയിലുള്ള ഓരോ വസ്തുവും (ഉദാഹരണത്തിന്, Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ) ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ അളവ് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നുവെന്ന് വ്യക്തമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ലഭിച്ച ഫലങ്ങളിൽ ഇത് കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നുണ്ടെന്നതിൽ ഞങ്ങൾക്ക് സംശയമില്ല. ഞങ്ങളുടെ സൂക്ഷ്മ നിരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് പോലെ, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ Nb-MXenes-മായി സമ്പർക്കം പുലർത്തിയപ്പോഴും 2D നാനോഫ്ലേക്കുകൾ പൂർണ്ണമായും പൊതിഞ്ഞിരുന്നില്ല അല്ലെങ്കിൽ സൂക്ഷ്മആൽഗകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ പറ്റിപ്പിടിച്ചിരുന്നില്ല. പകരം, നാനോഫ്ലേക്കുകൾ അവയുടെ ഉപരിതലം മൂടാതെ സൂക്ഷ്മആൽഗ കോശങ്ങളിലേക്ക് ഓറിയന്റഡ് ആയി മാറി. അത്തരം ഒരു കൂട്ടം നാനോഫ്ലേക്കുകൾ/മൈക്രോആൽഗകൾ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ അളവ് ഗണ്യമായി പരിമിതപ്പെടുത്തില്ല. കൂടാതെ, ചില പഠനങ്ങൾ ദ്വിമാന നാനോ വസ്തുക്കളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ പ്രകാശസംശ്ലേഷണ ജീവികൾ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിലെ പുരോഗതി പോലും തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്63,64,65,66.
SEM ഇമേജുകൾക്ക് മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ നിയോബിയം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് നേരിട്ട് സ്ഥിരീകരിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ, ഈ പ്രശ്നം വ്യക്തമാക്കുന്നതിനായി ഞങ്ങളുടെ കൂടുതൽ പഠനം എക്സ്-റേ ഫ്ലൂറസെൻസ് (XRF), എക്സ്-റേ ഫോട്ടോഇലക്ട്രോൺ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (XPS) വിശകലനത്തിലേക്ക് തിരിഞ്ഞു. അതിനാൽ, MXenes-മായി ഇടപഴകാത്ത റഫറൻസ് മൈക്രോആൽഗ സാമ്പിളുകളുടെ Nb കൊടുമുടികളുടെ തീവ്രത, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തിയ MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ, ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന MXenes നീക്കം ചെയ്തതിനുശേഷം മൈക്രോആൽഗൽ കോശങ്ങൾ എന്നിവ താരതമ്യം ചെയ്തു. Nb ആഗിരണം ഇല്ലെങ്കിൽ, ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന നാനോസ്കെയിലുകൾ നീക്കം ചെയ്തതിനുശേഷം മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് ലഭിക്കുന്ന Nb മൂല്യം പൂജ്യമായിരിക്കണമെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. അതിനാൽ, Nb ആഗിരണം സംഭവിക്കുകയാണെങ്കിൽ, XRF, XPS ഫലങ്ങൾ വ്യക്തമായ Nb കൊടുമുടി കാണിക്കണം.
XRF സ്പെക്ട്രയുടെ കാര്യത്തിൽ, SL Nb2CTx, Nb4C3Tx MXene എന്നിവയുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷം മൈക്രോആൽഗ സാമ്പിളുകൾ SL Nb2CTx, Nb4C3Tx MXene എന്നിവയ്ക്ക് Nb കൊടുമുടികൾ കാണിച്ചു (ചിത്രം 5a കാണുക, MAX, ML MXenes എന്നിവയുടെ ഫലങ്ങൾ SI, Figs S12–C17 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു എന്നതും ശ്രദ്ധിക്കുക). രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും Nb കൊടുമുടിയുടെ തീവ്രത ഒന്നുതന്നെയാണ് (ചിത്രം 5a ലെ ചുവന്ന ബാറുകൾ). ആൽഗകൾക്ക് കൂടുതൽ Nb ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ലെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിച്ചു, കൂടാതെ കോശങ്ങളിൽ Nb ശേഖരണത്തിനുള്ള പരമാവധി ശേഷി കൈവരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു, എന്നിരുന്നാലും രണ്ട് മടങ്ങ് കൂടുതൽ Nb4C3Tx MXene മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരുന്നു (ചിത്രം 5a ലെ നീല ബാറുകൾ). ശ്രദ്ധേയമായി, ലോഹങ്ങളെ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള മൈക്രോആൽഗകളുടെ കഴിവ് പരിസ്ഥിതിയിലെ ലോഹ ഓക്സൈഡുകളുടെ സാന്ദ്രതയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു67,68. ശുദ്ധജല ആൽഗകളുടെ ആഗിരണം ശേഷി pH വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് കുറയുന്നുവെന്ന് ഷംഷാദ തുടങ്ങിയവർ കണ്ടെത്തി.67. ലോഹങ്ങളെ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള കടൽപ്പായൽ കഴിവ് Ni2+ നെ അപേക്ഷിച്ച് Pb2+ ന് ഏകദേശം 25% കൂടുതലാണെന്ന് റൈസ് തുടങ്ങിയവർ അഭിപ്രായപ്പെട്ടു.
(എ) 72 മണിക്കൂർ നേരം SL Nb-MXenes (100 mg L-1) ന്റെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിൽ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത പച്ച മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ ബേസൽ Nb ആഗിരണം ചെയ്തതിന്റെ XRF ഫലങ്ങൾ. ശുദ്ധമായ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ (നിയന്ത്രണ സാമ്പിൾ, ചാരനിറത്തിലുള്ള നിരകൾ), ഉപരിതല മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്ത 2D നാനോഫ്ലേക്കുകൾ (നീല നിരകൾ), ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് 2D നാനോഫ്ലേക്കുകൾ വേർപെടുത്തിയ ശേഷം മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ (ചുവപ്പ് നിരകൾ) എന്നിവയിൽ α യുടെ സാന്നിധ്യം ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മൂലക Nb യുടെ അളവ്, (ബി) SL Nb-MXenes ഉപയോഗിച്ച് ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത ശേഷം മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന മൈക്രോആൽഗ ജൈവ ഘടകങ്ങളുടെ (C=O, CHx/C–O) രാസഘടനയുടെ ശതമാനം, (സി–ഇ) മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾ ആന്തരികമാക്കിയ XPS SL Nb2CTx സ്പെക്ട്രയുടെയും (fh) SL Nb4C3Tx MXene ന്റെയും കോമ്പോസിഷണൽ പീക്കിന്റെ ഫിറ്റിംഗ്.
അതിനാൽ, ഓക്സൈഡുകളുടെ രൂപത്തിൽ ആൽഗൽ കോശങ്ങൾക്ക് Nb ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിച്ചു. ഇത് പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി, MXenes Nb2CTx, Nb4C3TX, ആൽഗ കോശങ്ങൾ എന്നിവയിൽ ഞങ്ങൾ XPS പഠനങ്ങൾ നടത്തി. ആൽഗ കോശങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്ത Nb-MXenes, MXenes എന്നിവയുമായുള്ള മൈക്രോ ആൽഗകളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 5b-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ, മൈക്രോ ആൽഗകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് MXene നീക്കം ചെയ്തതിനുശേഷം മൈക്രോ ആൽഗ സാമ്പിളുകളിൽ Nb 3d കൊടുമുടികൾ ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത മൈക്രോ ആൽഗകളിൽ നിന്ന് ലഭിച്ച Nb 3d, O 1s, C 1s സ്പെക്ട്ര എന്നിവയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് C=O, CHx/CO, Nb ഓക്സൈഡുകളുടെ അളവ് നിർണ്ണയിക്കൽ കണക്കാക്കിയത്. ചിത്രം 5f–h) MXenes. ഫിറ്റിന്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന പീക്ക് പാരാമീറ്ററുകളുടെയും മൊത്തത്തിലുള്ള രസതന്ത്രത്തിന്റെയും വിശദാംശങ്ങൾ പട്ടിക S1-3 കാണിക്കുന്നു. Nb2CTx SL, Nb4C3Tx SL എന്നിവയുടെ Nb 3d മേഖലകൾ (ചിത്രം 5c, f) ഒരു Nb2O5 ഘടകവുമായി യോജിക്കുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധേയമാണ്. ഇവിടെ, സ്പെക്ട്രയിൽ MXene-മായി ബന്ധപ്പെട്ട കൊടുമുടികളൊന്നും ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയില്ല, ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് സൂക്ഷ്മ ആൽഗ കോശങ്ങൾ Nb യുടെ ഓക്സൈഡ് രൂപത്തെ മാത്രമേ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നുള്ളൂ എന്നാണ്. കൂടാതെ, C–C, CHx/C–O, C=O, –COOH ഘടകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് C 1 s സ്പെക്ട്രത്തെ ഞങ്ങൾ ഏകദേശം കണക്കാക്കി. സൂക്ഷ്മ ആൽഗ കോശങ്ങളുടെ ജൈവ സംഭാവനയ്ക്ക് CHx/C–O, C=O കൊടുമുടികൾ ഞങ്ങൾ നൽകി. Nb2CTx SL, Nb4C3TX SL എന്നിവയിലെ C 1s കൊടുമുടികളുടെ യഥാക്രമം 36% ഉം 41% ഉം ഈ ജൈവ ഘടകങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. തുടർന്ന് ഞങ്ങൾ SL Nb2CTx, SL Nb4C3TX എന്നിവയുടെ O 1s സ്പെക്ട്രയെ സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ (CHx/CO) ജൈവ ഘടകങ്ങളായ Nb2O5, ഉപരിതല ആഗിരണം ചെയ്ത വെള്ളം എന്നിവയുമായി ഘടിപ്പിച്ചു.
ഒടുവിൽ, XPS ഫലങ്ങൾ Nb യുടെ സാന്നിധ്യം മാത്രമല്ല, അതിന്റെ രൂപവും വ്യക്തമായി സൂചിപ്പിച്ചു. Nb 3d സിഗ്നലിന്റെ സ്ഥാനവും ഡീകൺവല്യൂഷന്റെ ഫലങ്ങളും അനുസരിച്ച്, Nb അയോണുകളുടെയോ MXene ന്റെയോ രൂപത്തിൽ മാത്രമല്ല, ഓക്സൈഡുകളുടെ രൂപത്തിലും മാത്രമേ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നുള്ളൂ എന്ന് ഞങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, SL Nb4C3TX MXene നെ അപേക്ഷിച്ച് SL Nb2CTx ൽ നിന്നുള്ള Nb ഓക്സൈഡുകൾ ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവ് മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങൾക്ക് കൂടുതലാണെന്ന് XPS ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു.
ഞങ്ങളുടെ Nb ആഗിരണം ഫലങ്ങൾ ശ്രദ്ധേയവും MXene ഡീഗ്രഡേഷൻ തിരിച്ചറിയാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നതുമാണെങ്കിലും, 2D നാനോഫ്ലേക്കുകളിലെ അനുബന്ധ രൂപാന്തര മാറ്റങ്ങൾ ട്രാക്ക് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു രീതിയും ലഭ്യമല്ല. അതിനാൽ, 2D Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളിലും മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിലും സംഭവിക്കുന്ന ഏതൊരു മാറ്റത്തിനും നേരിട്ട് പ്രതികരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു അനുയോജ്യമായ രീതി വികസിപ്പിക്കാനും ഞങ്ങൾ തീരുമാനിച്ചു. സംവദിക്കുന്ന സ്പീഷീസുകൾ ഏതെങ്കിലും പരിവർത്തനം, വിഘടനം അല്ലെങ്കിൽ ഡീഫ്രാഗ്മെന്റേഷൻ എന്നിവയ്ക്ക് വിധേയമായാൽ, തുല്യമായ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള വിസ്തീർണ്ണത്തിന്റെ വ്യാസം, വൃത്താകൃതി, ഫെറെറ്റ് വീതി അല്ലെങ്കിൽ ഫെറെറ്റ് നീളം പോലുള്ള ആകൃതി പാരാമീറ്ററുകളിലെ മാറ്റങ്ങളായി ഇത് വേഗത്തിൽ പ്രകടമാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ അനുമാനിക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. നീളമേറിയ കണങ്ങളെയോ ദ്വിമാന നാനോഫ്ലേക്കുകളെയോ വിവരിക്കാൻ ഈ പാരാമീറ്ററുകൾ അനുയോജ്യമാകുന്നതിനാൽ, ഡൈനാമിക് കണികാ ആകൃതി വിശകലനം വഴി അവയുടെ ട്രാക്കിംഗ് റിഡക്ഷൻ സമയത്ത് SL Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ രൂപാന്തര പരിവർത്തനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള വിലപ്പെട്ട വിവരങ്ങൾ നമുക്ക് നൽകും.
ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 6-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. താരതമ്യത്തിനായി, ഞങ്ങൾ യഥാർത്ഥ MAX ഘട്ടവും ML-MXenes-ഉം പരീക്ഷിച്ചു (SI ചിത്രങ്ങൾ S18, S19 എന്നിവ കാണുക). സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനുശേഷം രണ്ട് Nb-MXene SL-കളുടെ എല്ലാ ആകൃതി പാരാമീറ്ററുകളും ഗണ്യമായി മാറിയതായി കണിക ആകൃതിയുടെ ചലനാത്മക വിശകലനം കാണിച്ചു. തുല്യമായ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള വ്യാസ പാരാമീറ്റർ (ചിത്രം 6a, b) കാണിക്കുന്നത് പോലെ, വലിയ നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ ഭിന്നസംഖ്യയുടെ കുറഞ്ഞ പീക്ക് തീവ്രത അവ ചെറിയ ശകലങ്ങളായി ക്ഷയിക്കാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു എന്നാണ്. ചിത്രം 6c-ൽ, d അടരുകളുടെ തിരശ്ചീന വലുപ്പവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കൊടുമുടികളിൽ കുറവ് കാണിക്കുന്നു (നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ നീളം), ഇത് 2D നാനോഫ്ലേക്കുകൾ കൂടുതൽ കണിക പോലുള്ള ആകൃതിയിലേക്ക് മാറുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. യഥാക്രമം ഫെററ്റിന്റെ വീതിയും നീളവും കാണിക്കുന്ന ചിത്രം 6e-h. ഫെററ്റിന്റെ വീതിയും നീളവും പൂരക പാരാമീറ്ററുകളാണ്, അതിനാൽ അവ ഒരുമിച്ച് പരിഗണിക്കണം. സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ 2D Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത ശേഷം, അവയുടെ ഫെററ്റ് പരസ്പരബന്ധന കൊടുമുടികൾ മാറുകയും അവയുടെ തീവ്രത കുറയുകയും ചെയ്തു. ഈ ഫലങ്ങളെ രൂപഘടന, XRF, XPS എന്നിവയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്ത MXenes കൂടുതൽ ചുളിവുകൾ വീഴുകയും ശകലങ്ങളായും ഗോളാകൃതിയിലുള്ള ഓക്സൈഡ് കണികകളായും വിഘടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, നിരീക്ഷിച്ച മാറ്റങ്ങൾ ഓക്സിഡേഷനുമായി ശക്തമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ നിഗമനം ചെയ്തു.
പച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനു ശേഷമുള്ള MXene പരിവർത്തനത്തിന്റെ വിശകലനം. ഡൈനാമിക് കണിക ആകൃതി വിശകലനം (a, b) തുല്യ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള വിസ്തീർണ്ണത്തിന്റെ വ്യാസം, (c, d) വൃത്താകൃതി, (e, f) ഫെററ്റ് വീതി, (g, h) ഫെററ്റ് നീളം തുടങ്ങിയ പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കിലെടുക്കുന്നു. ഇതിനായി, രണ്ട് റഫറൻസ് മൈക്രോ ആൽഗ സാമ്പിളുകൾ പ്രാഥമിക SL Nb2CTx, SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx, SL Nb4C3Tx MXenes, ഡീഗ്രേഡഡ് മൈക്രോ ആൽഗകൾ, ചികിത്സിച്ച മൈക്രോ ആൽഗകൾ SL Nb2CTx, SL Nb4C3Tx MXenes എന്നിവയുമായി വിശകലനം ചെയ്തു. പഠിച്ച ദ്വിമാന നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ ആകൃതി പാരാമീറ്ററുകളുടെ സംക്രമണങ്ങൾ ചുവന്ന അമ്പടയാളങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
ആകൃതി പാരാമീറ്റർ വിശകലനം വളരെ വിശ്വസനീയമായതിനാൽ, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിലെ രൂപാന്തരപരമായ മാറ്റങ്ങളും ഇതിന് വെളിപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. അതിനാൽ, 2D Nb നാനോഫ്ലേക്കുകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷം ശുദ്ധമായ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുടെയും കോശങ്ങളുടെയും തുല്യമായ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള വ്യാസം, വൃത്താകൃതി, ഫെററ്റ് വീതി/നീളം എന്നിവ ഞങ്ങൾ വിശകലനം ചെയ്തു. ചിത്രം 6a-h ആൽഗ കോശങ്ങളുടെ ആകൃതി പാരാമീറ്ററുകളിൽ മാറ്റങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, പീക്ക് തീവ്രതയിലെ കുറവും ഉയർന്ന മൂല്യങ്ങളിലേക്കുള്ള മാക്സിമയുടെ മാറ്റവും ഇതിന് തെളിവാണ്. പ്രത്യേകിച്ചും, സെൽ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള പാരാമീറ്ററുകൾ നീളമേറിയ കോശങ്ങളിൽ കുറവും ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കോശങ്ങളിൽ വർദ്ധനവും കാണിച്ചു (ചിത്രം 6a, b). കൂടാതെ, SL Nb4C3TX MXene (ചിത്രം 6f) നെ അപേക്ഷിച്ച് SL Nb2CTx MXene (ചിത്രം 6e) യുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷം ഫെററ്റ് സെല്ലിന്റെ വീതി നിരവധി മൈക്രോമീറ്ററുകൾ വർദ്ധിച്ചു. Nb2CTx SR യുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ മൈക്രോആൽഗകൾ Nb ഓക്സൈഡുകളുടെ ശക്തമായ ആഗിരണം മൂലമാകാം ഇത് എന്ന് ഞങ്ങൾ സംശയിക്കുന്നു. Nb അടരുകൾ അവയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ കുറച്ചുകൂടി കർശനമായി അറ്റാച്ച് ചെയ്യുന്നത് കുറഞ്ഞ ഷേഡിംഗ് ഫലത്തോടെ കോശ വളർച്ചയ്ക്ക് കാരണമാകും.
സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ ആകൃതിയിലും വലിപ്പത്തിലുമുള്ള മാറ്റങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഞങ്ങളുടെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ മറ്റ് പഠനങ്ങളെ പൂരകമാക്കുന്നു. കോശ വലുപ്പം, ആകൃതി അല്ലെങ്കിൽ ഉപാപചയം എന്നിവ മാറ്റുന്നതിലൂടെ പരിസ്ഥിതി സമ്മർദ്ദത്തിന് പ്രതികരണമായി പച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾക്ക് അവയുടെ രൂപഘടന മാറ്റാൻ കഴിയും61. ഉദാഹരണത്തിന്, കോശങ്ങളുടെ വലുപ്പം മാറ്റുന്നത് പോഷകങ്ങളുടെ ആഗിരണം സുഗമമാക്കുന്നു71. ചെറിയ ആൽഗ കോശങ്ങൾ കുറഞ്ഞ പോഷക ആഗിരണം, വളർച്ചാ നിരക്ക് എന്നിവ കാണിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, വലിയ കോശങ്ങൾ കൂടുതൽ പോഷകങ്ങൾ കഴിക്കാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു, അവ പിന്നീട് ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ആയി നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു72,73. കുമിൾനാശിനിയായ ട്രൈക്ലോസൻ കോശ വലുപ്പം വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് മച്ചാഡോയും സോറസും കണ്ടെത്തി. ആൽഗയുടെ ആകൃതിയിലും ആഴത്തിലുള്ള മാറ്റങ്ങളും അവർ കണ്ടെത്തി74. കൂടാതെ, കുറഞ്ഞ ഗ്രാഫീൻ ഓക്സൈഡ് നാനോകോംപോസിറ്റുകളുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തിയ ശേഷം ആൽഗകളിലെ രൂപാന്തരപരമായ മാറ്റങ്ങളും യിൻ തുടങ്ങിയവർ വെളിപ്പെടുത്തി. അതിനാൽ, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ വലിപ്പത്തിലും ആകൃതിയിലും മാറ്റം വരുത്തിയ പാരാമീറ്ററുകൾ MXene ന്റെ സാന്നിധ്യം മൂലമാണെന്ന് വ്യക്തമാണ്. വലിപ്പത്തിലും ആകൃതിയിലുമുള്ള ഈ മാറ്റം പോഷക ആഗിരണം മാറ്റങ്ങളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നതിനാൽ, കാലക്രമേണ വലിപ്പത്തിന്റെയും ആകൃതിയുടെയും പാരാമീറ്ററുകളുടെ വിശകലനം Nb-MXenes ന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ നിയോബിയം ഓക്സൈഡ് ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് തെളിയിക്കുമെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു.
മാത്രമല്ല, ആൽഗകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ MXenes ഓക്സീകരിക്കപ്പെടാം. നാനോ-TiO2, Al2O376 എന്നിവയുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വരുന്ന പച്ച ആൽഗകളുടെ രൂപഘടന ഏകീകൃതമല്ലെന്ന് ദലൈ തുടങ്ങിയവർ നിരീക്ഷിച്ചു. ഞങ്ങളുടെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ ഇപ്പോഴത്തെ പഠനത്തിന് സമാനമാണെങ്കിലും, 2D നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ MXene ഡീഗ്രഡേഷൻ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ ബയോറെമീഡിയേഷന്റെ ഫലങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് മാത്രമേ ഇത് പ്രസക്തമാകൂ, നാനോകണങ്ങളല്ല. MXenes ലോഹ ഓക്സൈഡുകളായി വിഘടിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, 31,32,77,78 മൈക്രോ ആൽഗ കോശങ്ങളുമായി ഇടപഴകിയ ശേഷം നമ്മുടെ Nb നാനോഫ്ലേക്കുകൾക്കും Nb ഓക്സൈഡുകൾ രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെന്ന് അനുമാനിക്കുന്നത് ന്യായമാണ്.
ഓക്‌സിഡേഷൻ പ്രക്രിയയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു വിഘടന സംവിധാനത്തിലൂടെ 2D-Nb നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ കുറവ് വിശദീകരിക്കുന്നതിനായി, ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (HRTEM) (ചിത്രം 7a,b), എക്സ്-റേ ഫോട്ടോഇലക്ട്രോൺ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (XPS) (ചിത്രം 7) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഞങ്ങൾ പഠനങ്ങൾ നടത്തി. 7c-i, പട്ടികകൾ S4-5 എന്നിവ ). 2D മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഓക്സീകരണം പഠിക്കുന്നതിന് രണ്ട് സമീപനങ്ങളും അനുയോജ്യമാണ്, കൂടാതെ പരസ്പരം പൂരകവുമാണ്. ദ്വിമാന പാളി ഘടനകളുടെ അപചയവും ലോഹ ഓക്സൈഡ് നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ തുടർന്നുള്ള രൂപവും വിശകലനം ചെയ്യാൻ HRTEM-ന് കഴിയും, അതേസമയം XPS ഉപരിതല ബോണ്ടുകളോട് സംവേദനക്ഷമതയുള്ളതാണ്. ഈ ആവശ്യത്തിനായി, മൈക്രോആൽഗ സെൽ ഡിസ്‌പേഴ്‌സണുകളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്ത 2D Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ഞങ്ങൾ പരീക്ഷിച്ചു, അതായത്, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷമുള്ള അവയുടെ ആകൃതി (ചിത്രം 7 കാണുക).
ഓക്‌സിഡൈസ് ചെയ്‌ത (a) SL Nb2CTx, (b) SL Nb4C3Tx MXenes എന്നിവയുടെ രൂപഘടന കാണിക്കുന്ന HRTEM ചിത്രങ്ങൾ, XPS വിശകലന ഫലങ്ങൾ (c) റിഡക്ഷന് ശേഷമുള്ള ഓക്സൈഡ് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഘടന, (d–f) SL Nb2CTx ന്റെ XPS സ്പെക്ട്രയുടെ ഘടകങ്ങളുടെ പീക്ക് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ, (g–i) പച്ച മൈക്രോആൽഗകൾ ഉപയോഗിച്ച് നന്നാക്കിയ Nb4C3Tx SL എന്നിവ കാണിക്കുന്നു.
HRTEM പഠനങ്ങൾ രണ്ട് തരം Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ ഓക്സീകരണം സ്ഥിരീകരിച്ചു. നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ഒരു പരിധിവരെ അവയുടെ ദ്വിമാന രൂപഘടന നിലനിർത്തിയെങ്കിലും, ഓക്സീകരണം MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ ഉപരിതലം മൂടുന്ന നിരവധി നാനോകണങ്ങൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടാൻ കാരണമായി (ചിത്രം 7a,b കാണുക). c Nb 3d, O 1s സിഗ്നലുകളുടെ XPS വിശകലനം രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും Nb ഓക്സൈഡുകൾ രൂപപ്പെട്ടതായി സൂചിപ്പിച്ചു. ചിത്രം 7c-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 2D MXene Nb2CTx, Nb4C3TX എന്നിവയ്ക്ക് NbO, Nb2O5 ഓക്സൈഡുകളുടെ സാന്നിധ്യം സൂചിപ്പിക്കുന്ന Nb 3d സിഗ്നലുകൾ ഉണ്ട്, അതേസമയം O 1s സിഗ്നലുകൾ 2D നാനോഫ്ലേക്ക് ഉപരിതലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനക്ഷമതയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട O–Nb ബോണ്ടുകളുടെ എണ്ണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. Nb-C, Nb3+-O എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ Nb ഓക്സൈഡിന്റെ സംഭാവന പ്രബലമാണെന്ന് ഞങ്ങൾ ശ്രദ്ധിച്ചു.
ചിത്രത്തിൽ. 7g–i എന്ന ചിത്രം Nb 3d, C 1s, O 1s എന്നിവയുടെ XPS സ്പെക്ട്ര കാണിക്കുന്നു. SL Nb2CTx (ചിത്രങ്ങൾ 7d–f കാണുക), SL Nb4C3TX MXene എന്നിവ മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്തതാണ്. Nb-MXenes പീക്ക് പാരാമീറ്ററുകളുടെ വിശദാംശങ്ങൾ യഥാക്രമം പട്ടികകൾ S4–5 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു. ഞങ്ങൾ ആദ്യം Nb 3d യുടെ ഘടന വിശകലനം ചെയ്തു. മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളാൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന Nb യിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്ത MXene-ൽ, Nb2O5 ഒഴികെ, മറ്റ് ഘടകങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. Nb2CTx SL-ൽ, Nb3+-O യുടെ സംഭാവന 15% അളവിൽ ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു, അതേസമയം Nb 3d സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ ബാക്കി ഭാഗം Nb2O5 (85%) ആധിപത്യം പുലർത്തി. കൂടാതെ, SL Nb4C3TX സാമ്പിളിൽ Nb-C (9%), Nb2O5 (91%) ഘടകങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇവിടെ Nb-C, Nb4C3Tx SR-ലെ ലോഹ കാർബൈഡിന്റെ രണ്ട് ആന്തരിക ആറ്റോമിക് പാളികളിൽ നിന്നാണ് വരുന്നത്. തുടർന്ന് ആന്തരികവൽക്കരിച്ച സാമ്പിളുകളിൽ ചെയ്തതുപോലെ, C 1s സ്പെക്ട്രയെ നാല് വ്യത്യസ്ത ഘടകങ്ങളിലേക്ക് മാപ്പ് ചെയ്യുന്നു. പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ, C 1s സ്പെക്ട്രത്തിൽ ഗ്രാഫിറ്റിക് കാർബൺ ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നു, തുടർന്ന് മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ജൈവ കണികകളിൽ നിന്നുള്ള (CHx/CO, C=O) സംഭാവനകൾ. കൂടാതെ, O 1s സ്പെക്ട്രത്തിൽ, മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുടെ ജൈവ രൂപങ്ങൾ, നിയോബിയം ഓക്സൈഡ്, ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെട്ട വെള്ളം എന്നിവയുടെ സംഭാവന ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു.
കൂടാതെ, പോഷക മാധ്യമത്തിലും/അല്ലെങ്കിൽ മൈക്രോ ആൽഗ കോശങ്ങളിലും റിയാക്ടീവ് ഓക്സിജൻ സ്പീഷീസുകളുടെ (ROS) സാന്നിധ്യവുമായി Nb-MXenes പിളർപ്പ് ബന്ധപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടോ എന്ന് ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു. ഇതിനായി, കൾച്ചർ മീഡിയത്തിലെ സിംഗിൾട്ട് ഓക്സിജന്റെ (1O2) അളവും മൈക്രോ ആൽഗകളിൽ ആന്റിഓക്‌സിഡന്റായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന തയോളായ ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ഗ്ലൂട്ടത്തയോണിന്റെയും അളവ് ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി. ഫലങ്ങൾ SI-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രങ്ങൾ S20, S21). SL Nb2CTx, Nb4C3TX MXenes എന്നിവയുള്ള കൾച്ചറുകളിൽ 1O2 ന്റെ അളവ് കുറഞ്ഞു (ചിത്രം S20 കാണുക). SL Nb2CTx ന്റെ കാര്യത്തിൽ, MXene 1O2 ഏകദേശം 83% ആയി കുറഞ്ഞു. SL ഉപയോഗിക്കുന്ന മൈക്രോ ആൽഗ കൾച്ചറുകൾക്ക്, Nb4C3TX 1O2 കൂടുതൽ കുറഞ്ഞു, 73% ആയി. രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, 1O2 ലെ മാറ്റങ്ങൾ മുമ്പ് നിരീക്ഷിച്ച ഇൻഹിബിറ്ററി-സ്റ്റിമുലേറ്ററി ഇഫക്റ്റിന്റെ അതേ പ്രവണത കാണിച്ചു (ചിത്രം 3 കാണുക). തിളക്കമുള്ള വെളിച്ചത്തിൽ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്യുന്നത് ഫോട്ടോഓക്‌സിഡേഷനെ മാറ്റുമെന്ന് വാദിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, പരീക്ഷണ സമയത്ത് നിയന്ത്രണ വിശകലനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ 1O2 ന്റെ ഏതാണ്ട് സ്ഥിരമായ അളവ് കാണിച്ചു (ചിത്രം S22). ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ROS ലെവലുകളുടെ കാര്യത്തിൽ, ഞങ്ങൾ അതേ താഴേക്കുള്ള പ്രവണതയും നിരീക്ഷിച്ചു (ചിത്രം S21 കാണുക). തുടക്കത്തിൽ, Nb2CTx, Nb4C3Tx SL എന്നിവയുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ സംസ്കരിച്ച മൈക്രോ ആൽഗ കോശങ്ങളിലെ ROS ന്റെ അളവ് ശുദ്ധമായ മൈക്രോ ആൽഗകളിൽ കാണപ്പെടുന്ന അളവുകളേക്കാൾ കൂടുതലായിരുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഒടുവിൽ, മൈക്രോ ആൽഗകൾ രണ്ട് Nb-MXenes ന്റെയും സാന്നിധ്യവുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടതായി കാണപ്പെട്ടു, കാരണം ROS ലെവലുകൾ യഥാക്രമം SL Nb2CTx, Nb4C3TX എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് കുത്തിവച്ച മൈക്രോ ആൽഗകളുടെ ശുദ്ധമായ കൾച്ചറുകളിൽ അളക്കുന്ന ലെവലുകളുടെ 85% ഉം 91% ഉം ആയി കുറഞ്ഞു. പോഷക മാധ്യമത്തിൽ മാത്രം ഉള്ളതിനേക്കാൾ Nb-MXene ന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ മൈക്രോ ആൽഗകൾ കാലക്രമേണ കൂടുതൽ സുഖം അനുഭവിക്കുന്നുവെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കാം.
സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ പ്രകാശസംശ്ലേഷണ ജീവികളുടെ വൈവിധ്യമാർന്ന ഒരു കൂട്ടമാണ്. പ്രകാശസംശ്ലേഷണ സമയത്ത്, അവ അന്തരീക്ഷ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (CO2) ജൈവ കാർബണാക്കി മാറ്റുന്നു. പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന്റെ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഗ്ലൂക്കോസും ഓക്സിജനുമാണ്79. ഇങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്ന ഓക്സിജൻ Nb-MXenes-ന്റെ ഓക്സീകരണത്തിൽ നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ സംശയിക്കുന്നു. ഇതിനുള്ള ഒരു സാധ്യമായ വിശദീകരണം, Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകൾക്ക് പുറത്തും അകത്തും ഓക്സിജന്റെ താഴ്ന്നതും ഉയർന്നതുമായ ഭാഗിക മർദ്ദത്തിലാണ് ഡിഫറൻഷ്യൽ വായുസഞ്ചാര പാരാമീറ്റർ രൂപപ്പെടുന്നത് എന്നതാണ്. ഇതിനർത്ഥം വ്യത്യസ്ത ഭാഗിക മർദ്ദമുള്ള ഓക്സിജൻ ഉള്ളിടത്തെല്ലാം, ഏറ്റവും താഴ്ന്ന നിലയിലുള്ള പ്രദേശം ആനോഡ് 80, 81, 82 രൂപപ്പെടുത്തും എന്നാണ്. ഇവിടെ, മൈക്രോ ആൽഗകൾ MXene അടരുകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ വ്യത്യസ്തമായി വായുസഞ്ചാരമുള്ള കോശങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് സംഭാവന ചെയ്യുന്നു, അവ അവയുടെ ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് ഗുണങ്ങൾ കാരണം ഓക്സിജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. തൽഫലമായി, ബയോകോറോഷൻ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ (ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, നിയോബിയം ഓക്സൈഡുകൾ) രൂപം കൊള്ളുന്നു. മറ്റൊരു വശം, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾക്ക് വെള്ളത്തിലേക്ക് പുറത്തുവിടുന്ന ജൈവ ആസിഡുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും എന്നതാണ്83,84. അതിനാൽ, ഒരു ആക്രമണാത്മക അന്തരീക്ഷം രൂപപ്പെടുന്നു, അതുവഴി Nb-MXenes മാറുന്നു. കൂടാതെ, കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ ആഗിരണം മൂലം മൈക്രോആൽഗകൾക്ക് പരിസ്ഥിതിയുടെ pH ആൽക്കലൈൻ ആക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് നാശത്തിനും കാരണമാകും79.
ഏറ്റവും പ്രധാനമായി, ഞങ്ങളുടെ പഠനത്തിൽ ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്ന ഇരുണ്ട/വെളിച്ച ഫോട്ടോപീരിയഡ്, ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിൽ നിർണായകമാണ്. ഈ വശം ഡിജെമൈ-സോഗ്ലാഷെ തുടങ്ങിയവർ വിശദമായി വിവരിച്ചിരിക്കുന്നു. 85 ചുവന്ന മൈക്രോആൽഗ പോർഫിറിഡിയം പർപ്യൂറിയം വഴി ബയോഫൗളിംഗുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ബയോകോറോഷൻ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നതിന് അവർ മനഃപൂർവ്വം 12/12 മണിക്കൂർ ഫോട്ടോപീരിയഡ് ഉപയോഗിച്ചു. ബയോകോറോഷൻ ഇല്ലാതെ പൊട്ടൻഷ്യലിന്റെ പരിണാമവുമായി ഫോട്ടോപീരിയഡ് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് അവർ കാണിക്കുന്നു, ഇത് 24:00 ഓടെ സ്യൂഡോപീരിയോഡിക് ആന്ദോളനങ്ങളായി സ്വയം പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. ഡൗളിംഗ് തുടങ്ങിയവർ ഈ നിരീക്ഷണങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു. 86 സയനോബാക്ടീരിയ അനബീനയുടെ ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് ബയോഫിലിമുകൾ അവർ പ്രദർശിപ്പിച്ചു. പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിലാണ് ലയിച്ച ഓക്സിജൻ രൂപം കൊള്ളുന്നത്, ഇത് സ്വതന്ത്ര ബയോകോറോഷൻ പൊട്ടൻഷ്യലിലെ മാറ്റവുമായോ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളുമായോ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ബയോകോറോഷന്റെ സ്വതന്ത്ര സാധ്യത പ്രകാശ ഘട്ടത്തിൽ വർദ്ധിക്കുകയും ഇരുണ്ട ഘട്ടത്തിൽ കുറയുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന വസ്തുത ഫോട്ടോപീരിയഡിന്റെ പ്രാധാന്യം ഊന്നിപ്പറയുന്നു. ഇലക്ട്രോഡുകൾക്ക് സമീപം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന ഭാഗിക മർദ്ദം വഴി കാഥോഡിക് പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഫോട്ടോസിന്തറ്റിക് മൈക്രോആൽഗകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഓക്സിജനാണ് ഇതിന് കാരണം.
കൂടാതെ, Nb-MXenes-മായി ഇടപഴകിയതിനുശേഷം മൈക്രോആൽഗ കോശങ്ങളുടെ രാസഘടനയിൽ എന്തെങ്കിലും മാറ്റങ്ങൾ സംഭവിച്ചിട്ടുണ്ടോ എന്ന് കണ്ടെത്താൻ ഫ്യൂറിയർ ട്രാൻസ്ഫോം ഇൻഫ്രാറെഡ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (FTIR) നടത്തി. ഈ ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ സങ്കീർണ്ണമാണ്, ഞങ്ങൾ അവ SI-യിൽ അവതരിപ്പിക്കുന്നു (ചിത്രങ്ങൾ S23-S25, MAX ഘട്ടത്തിന്റെയും ML MXenes-ന്റെയും ഫലങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ). ചുരുക്കത്തിൽ, മൈക്രോആൽഗകളുടെ ലഭിച്ച റഫറൻസ് സ്പെക്ട്ര ഈ ജീവികളുടെ രാസ സ്വഭാവസവിശേഷതകളെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രധാന വിവരങ്ങൾ നമുക്ക് നൽകുന്നു. ഈ ഏറ്റവും സാധ്യതയുള്ള വൈബ്രേഷനുകൾ 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 എന്നീ ആവൃത്തികളിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. 1 1 (C–H), 3280 cm–1 (O–H). SL Nb-MXenes-ന്, ഞങ്ങളുടെ മുൻ പഠനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന ഒരു CH-ബോണ്ട് സ്ട്രെച്ചിംഗ് സിഗ്നേച്ചർ ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി38. എന്നിരുന്നാലും, C=C, CH ബോണ്ടുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചില അധിക കൊടുമുടികൾ അപ്രത്യക്ഷമായതായി ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു. SL Nb-MXenes-നുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം മൈക്രോആൽഗകളുടെ രാസഘടനയിൽ ചെറിയ മാറ്റങ്ങൾക്ക് വിധേയമായേക്കാമെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ ജൈവരസതന്ത്രത്തിൽ സാധ്യമായ മാറ്റങ്ങൾ പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, നിയോബിയം ഓക്സൈഡ് പോലുള്ള അജൈവ ഓക്സൈഡുകളുടെ ശേഖരണം പുനഃപരിശോധിക്കേണ്ടതുണ്ട്59. കോശ ഉപരിതലത്തിലൂടെ ലോഹങ്ങളുടെ ആഗിരണം, സൈറ്റോപ്ലാസത്തിലേക്കുള്ള അവയുടെ ഗതാഗതം, ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ കാർബോക്‌സിൽ ഗ്രൂപ്പുകളുമായുള്ള ബന്ധം, മൈക്രോ ആൽഗ പോളിഫോസ്ഫോസോമുകളിൽ അവയുടെ ശേഖരണം എന്നിവയിൽ ഇത് ഉൾപ്പെടുന്നു20,88,89,90. കൂടാതെ, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളും ലോഹങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കോശങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന ഗ്രൂപ്പുകളാൽ നിലനിർത്തപ്പെടുന്നു. ഇക്കാരണത്താൽ, ആഗിരണം സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ ഉപരിതല രസതന്ത്രത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണ്9,91. പൊതുവേ, പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ, Nb ഓക്സൈഡിന്റെ ആഗിരണം കാരണം പച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ രാസഘടന അല്പം മാറി.
രസകരമെന്നു പറയട്ടെ, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ പ്രാരംഭ തടസ്സം കാലക്രമേണ പഴയപടിയാക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചതുപോലെ, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ പ്രാരംഭ പാരിസ്ഥിതിക മാറ്റത്തെ മറികടന്ന് ഒടുവിൽ സാധാരണ വളർച്ചാ നിരക്കിലേക്ക് മടങ്ങുകയും വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്തു. പോഷക മാധ്യമങ്ങളിൽ അവതരിപ്പിക്കുമ്പോൾ സീറ്റ സാധ്യതയെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങൾ ഉയർന്ന സ്ഥിരത കാണിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, കുറയ്ക്കൽ പരീക്ഷണങ്ങളിലുടനീളം സൂക്ഷ്മ ആൽഗ കോശങ്ങളും Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളും തമ്മിലുള്ള ഉപരിതല ഇടപെടൽ നിലനിർത്തി. ഞങ്ങളുടെ കൂടുതൽ വിശകലനത്തിൽ, സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ ഈ ശ്രദ്ധേയമായ സ്വഭാവത്തിന് അടിസ്ഥാനമായ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ പ്രധാന സംവിധാനങ്ങൾ ഞങ്ങൾ സംഗ്രഹിക്കുന്നു.
SEM നിരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ Nb-MXenes-ൽ പറ്റിപ്പിടിക്കാനുള്ള പ്രവണത കാണിക്കുന്നു എന്നാണ്. ഡൈനാമിക് ഇമേജ് വിശകലനം ഉപയോഗിച്ച്, ഈ പ്രഭാവം ദ്വിമാന Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളെ കൂടുതൽ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കണങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു, അതുവഴി നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ വിഘടനം അവയുടെ ഓക്സീകരണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് തെളിയിക്കുന്നു. ഞങ്ങളുടെ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി, ഞങ്ങൾ ഒരു കൂട്ടം മെറ്റീരിയൽ, ബയോകെമിക്കൽ പഠനങ്ങൾ നടത്തി. പരിശോധനയ്ക്ക് ശേഷം, നാനോഫ്ലേക്കുകൾ ക്രമേണ ഓക്സീകരിക്കപ്പെടുകയും NbO, Nb2O5 ഉൽപ്പന്നങ്ങളായി വിഘടിക്കുകയും ചെയ്തു, അവ പച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾക്ക് ഭീഷണിയല്ല. FTIR നിരീക്ഷണം ഉപയോഗിച്ച്, 2D Nb-MXene നാനോഫ്ലേക്കുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഇൻകുബേറ്റ് ചെയ്ത സൂക്ഷ്മ ആൽഗകളുടെ രാസഘടനയിൽ കാര്യമായ മാറ്റങ്ങളൊന്നും ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയില്ല. സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ നിയോബിയം ഓക്സൈഡ് ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യത കണക്കിലെടുത്ത്, ഞങ്ങൾ ഒരു എക്സ്-റേ ഫ്ലൂറസെൻസ് വിശകലനം നടത്തി. പഠിച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾ നിയോബിയം ഓക്സൈഡുകൾ (NbO, Nb2O5) ഭക്ഷിക്കുന്നുവെന്ന് ഈ ഫലങ്ങൾ വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു, അവ പഠിച്ച സൂക്ഷ്മ ആൽഗകൾക്ക് വിഷരഹിതമാണ്.