Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Folosiți o versiune de browser cu suport CSS limitat. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Afișează un carusel cu trei diapozitive simultan. Folosește butoanele Anterior și Următor pentru a parcurge trei diapozitive simultan sau folosește butoanele cursorului de la final pentru a parcurge trei diapozitive simultan.
Dezvoltarea rapidă a nanotehnologiei și integrarea acesteia în aplicațiile de zi cu zi pot amenința mediul. Deși metodele ecologice pentru degradarea contaminanților organici sunt bine stabilite, recuperarea contaminanților cristalini anorganici reprezintă o preocupare majoră din cauza sensibilității lor scăzute la biotransformare și a lipsei de înțelegere a interacțiunilor suprafeței materialelor cu cei biologici. Aici, folosim un model MXenelor anorganice 2D pe bază de Nb, combinat cu o metodă simplă de analiză a parametrilor de formă, pentru a urmări mecanismul de bioremediere a nanomaterialelor ceramice 2D de către microalga verde Raphidocelis subcapitata. Am constatat că microalgele degradează MXenele pe bază de Nb datorită interacțiunilor fizico-chimice legate de suprafață. Inițial, nanofulgii de MXenă cu un singur strat și cu mai multe straturi au fost atașați la suprafața microalgelor, ceea ce a redus oarecum creșterea algelor. Cu toate acestea, după interacțiunea prelungită cu suprafața, microalgele au oxidat nanofulgii de MXenă și i-au descompus în continuare în NbO și Nb2O5. Deoarece acești oxizi nu sunt toxici pentru celulele microalgelor, acestea consumă nanoparticulele de oxid de Nb printr-un mecanism de absorbție care restaurează în continuare microalgele după 72 de ore de tratare a apei. Efectele nutrienților asociați cu absorbția se reflectă și în creșterea volumului celular, forma lor netedă și modificarea ratei de creștere. Pe baza acestor descoperiri, concluzionăm că prezența pe termen scurt și lung a MXenelor pe bază de Nb în ecosistemele de apă dulce poate cauza doar impacturi minore asupra mediului. Este demn de remarcat faptul că, utilizând nanomateriale bidimensionale ca sisteme model, demonstrăm posibilitatea urmăririi transformării formei chiar și în materiale cu granulație fină. Per total, acest studiu răspunde la o întrebare fundamentală importantă despre procesele legate de interacțiunea de suprafață care determină mecanismul de bioremediere a nanomaterialelor 2D și oferă o bază pentru studii ulterioare pe termen scurt și lung privind impactul nanomaterialelor cristaline anorganice asupra mediului.
Nanomaterialele au generat mult interes de la descoperirea lor, iar diverse nanotehnologii au intrat recent într-o fază de modernizare1. Din păcate, integrarea nanomaterialelor în aplicațiile de zi cu zi poate duce la eliberări accidentale din cauza eliminării necorespunzătoare, manipulării neglijente sau a infrastructurii de siguranță inadecvate. Prin urmare, este rezonabil să presupunem că nanomaterialele, inclusiv nanomaterialele bidimensionale (2D), pot fi eliberate în mediul natural, comportamentul și activitatea biologică ale acestora nu sunt încă pe deplin înțelese. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că preocupările legate de ecotoxicitate s-au concentrat asupra capacității nanomaterialelor 2D de a se infiltra în sistemele acvatice2,3,4,5,6. În aceste ecosisteme, unele nanomateriale 2D pot interacționa cu diverse organisme la diferite niveluri trofice, inclusiv microalge.
Microalgele sunt organisme primitive care se găsesc în mod natural în ecosistemele de apă dulce și marine și care produc o varietate de produse chimice prin fotosinteză7. Ca atare, ele sunt esențiale pentru ecosistemele acvatice8,9,10,11,12, dar sunt și indicatori sensibili, ieftini și utilizați pe scară largă ai ecotoxicității13,14. Deoarece celulele microalgelor se înmulțesc rapid și răspund rapid la prezența diverșilor compuși, ele sunt promițătoare pentru dezvoltarea unor metode ecologice de tratare a apei contaminate cu substanțe organice15,16.
Celulele algale pot elimina ionii anorganici din apă prin biosorbție și acumulare17,18. Unele specii de alge, cum ar fi Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue și Synechococcus sp., s-a constatat că transportă și chiar hrănește ioni metalici toxici, cum ar fi Fe2+, Cu2+, Zn2+ și Mn2+19. Alte studii au arătat că ionii de Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ sau Pb2+ limitează creșterea Scenedesmus prin modificarea morfologiei celulare și distrugerea cloroplastelor acestora20,21.
Metodele ecologice pentru descompunerea poluanților organici și îndepărtarea ionilor de metale grele au atras atenția oamenilor de știință și inginerilor din întreaga lume. Acest lucru se datorează în principal faptului că acești contaminanți sunt ușor de procesat în fază lichidă. Cu toate acestea, poluanții cristalini anorganici se caracterizează printr-o solubilitate scăzută în apă și o susceptibilitate scăzută la diverse biotransformări, ceea ce cauzează dificultăți mari în remediere, iar în acest domeniu s-au înregistrat puține progrese22,23,24,25,26. Astfel, căutarea unor soluții ecologice pentru repararea nanomaterialelor rămâne o zonă complexă și neexplorată. Datorită gradului ridicat de incertitudine cu privire la efectele de biotransformare ale nanomaterialelor 2D, nu există o modalitate ușoară de a afla posibilele căi de degradare a acestora în timpul reducerii.
În acest studiu, am utilizat microalge verzi ca agent activ de bioremediere apoasă pentru materiale ceramice anorganice, combinate cu monitorizarea in situ a procesului de degradare a MXenei ca reprezentant al materialelor ceramice anorganice. Termenul „MXene” reflectă stoichiometria materialului Mn+1XnTx, unde M este un metal de tranziție timpuriu, X este carbon și/sau azot, Tx este un terminator de suprafață (de exemplu, -OH, -F, -Cl) și n = 1, 2, 3 sau 427,28. De la descoperirea MXenelor de către Naguib și colab., senzorică, terapia cancerului și filtrarea cu membrană 27,29,30. În plus, MXenele pot fi considerate sisteme 2D model datorită excelentei lor stabilități coloidale și posibilelor interacțiuni biologice 31,32,33,34,35,36.
Prin urmare, metodologia dezvoltată în acest articol și ipotezele noastre de cercetare sunt prezentate în Figura 1. Conform acestei ipoteze, microalgele degradează MXenele pe bază de Nb în compuși netoxici datorită interacțiunilor fizico-chimice legate de suprafață, ceea ce permite recuperarea ulterioară a algelor. Pentru a testa această ipoteză, au fost selectați doi membri ai familiei de carburi și/sau nitruri metalice de tranziție (MXene) pe bază de niobiu timpuriu, și anume Nb2CTx și Nb4C3TX.
Metodologie de cercetare și ipoteze bazate pe dovezi pentru recuperarea MXenei de către microalgele verzi Raphidocelis subcapitata. Vă rugăm să rețineți că aceasta este doar o reprezentare schematică a presupunerilor bazate pe dovezi. Mediul lacului diferă în ceea ce privește mediul nutritiv utilizat și condițiile (de exemplu, ciclul diurn și limitările nutrienților esențiali disponibili). Creat cu BioRender.com.
Prin urmare, utilizând MXene ca sistem model, am deschis calea către studiul diverselor efecte biologice care nu pot fi observate cu alte nanomateriale convenționale. În special, demonstrăm posibilitatea bioremedierii nanomaterialelor bidimensionale, cum ar fi MXenele pe bază de niobiu, de către microalgele Raphidocelis subcapitata. Microalgele sunt capabile să degradeze Nb-MXenele în oxizii netoxici NbO și Nb2O5, care furnizează și nutrienți prin mecanismul de absorbție a niobiului. Per total, acest studiu răspunde la o întrebare fundamentală importantă despre procesele asociate cu interacțiunile fizico-chimice de suprafață care guvernează mecanismele de bioremediere a nanomaterialelor bidimensionale. În plus, dezvoltăm o metodă simplă bazată pe parametri de formă pentru urmărirea modificărilor subtile ale formei nanomaterialelor 2D. Acest lucru inspiră cercetări suplimentare pe termen scurt și lung privind diversele impacturi asupra mediului ale nanomaterialelor cristaline anorganice. Astfel, studiul nostru sporește înțelegerea interacțiunii dintre suprafața materialului și materialul biologic. De asemenea, oferim baza pentru studii extinse pe termen scurt și lung privind posibilele lor impacturi asupra ecosistemelor de apă dulce, care acum pot fi ușor verificate.
MXenele reprezintă o clasă interesantă de materiale cu proprietăți fizice și chimice unice și atractive și, prin urmare, cu numeroase aplicații potențiale. Aceste proprietăți depind în mare măsură de stoichiometria și chimia suprafeței lor. Prin urmare, în studiul nostru, am investigat două tipuri de MXene ierarhice cu un singur strat (SL) pe bază de Nb, Nb2CTx și Nb4C3TX, deoarece s-au putut observa diferite efecte biologice ale acestor nanomateriale. MXenele sunt produse din materialele lor de pornire prin gravarea selectivă de sus în jos a straturilor A din faza MAX subțiri din punct de vedere atomic. Faza MAX este o ceramică ternară compusă din blocuri „legate” de carburi metalice de tranziție și straturi subțiri de elemente „A”, cum ar fi Al, Si și Sn, cu stoichiometrie MnAXn-1. Morfologia fazei MAX inițiale a fost observată prin microscopie electronică cu scanare (SEM) și a fost în concordanță cu studiile anterioare (vezi Informații suplimentare, SI, Figura S1). Nb-MXena multistrat (ML) a fost obținută după îndepărtarea stratului de Al cu 48% HF (acid fluorhidric). Morfologia ML-Nb2CTx și ML-Nb4C3TX a fost examinată prin microscopie electronică cu scanare (SEM) (Figurile S1c și respectiv S1d) și s-a observat o morfologie tipică a MXenei stratificate, similară cu nanofulgii bidimensionali care trec prin fante alungite, asemănătoare porilor. Ambele Nb-MXene au multe în comun cu fazele MXene sintetizate anterior prin gravare acidă27,38. După confirmarea structurii MXenei, am stratificat-o prin intercalarea hidroxidului de tetrabutilamoniu (TBAOH), urmată de spălare și sonicare, după care am obținut nanofulgi de Nb-MXene 2D cu un singur strat sau cu strat scăzut (SL).
Am utilizat microscopia electronică de transmisie de înaltă rezoluție (HRTEM) și difracția de raze X (XRD) pentru a testa eficiența corodării și a decojirii ulterioare. Rezultatele HRTEM procesate folosind Transformata Fourier Rapidă Inversă (IFFT) și Transformata Fourier Rapidă (FFT) sunt prezentate în Fig. 2. Nanofulgii de Nb-MXene au fost orientați cu marginea în sus pentru a verifica structura stratului atomic și a măsura distanțele interplanare. Imaginile HRTEM ale nanofulgilor de MXene Nb2CTx și Nb4C3TX au relevat natura lor stratificată atomic subțire (vezi Fig. 2a1, a2), așa cum au fost raportate anterior de Naguib și colab.27 și Jastrzębska și colab.38. Pentru două monostraturi adiacente de Nb2CTx și Nb4C3Tx, am determinat distanțe interstrat de 0,74 și respectiv 1,54 nm (Fig. 2b1,b2), ceea ce este, de asemenea, în concordanță cu rezultatele noastre anterioare38. Acest lucru a fost confirmat în continuare de transformarea Fourier rapidă inversă (Fig. 2c1, c2) și de transformarea Fourier rapidă (Fig. 2d1, d2), care arată distanța dintre monostraturile Nb2CTx și Nb4C3Tx. Imaginea prezintă o alternanță de benzi luminoase și întunecate corespunzătoare atomilor de niobiu și carbon, ceea ce confirmă natura stratificată a MXenelor studiate. Este important de menționat că spectrele de spectroscopie cu raze X prin dispersie de energie (EDX) obținute pentru Nb2CTx și Nb4C3Tx (Figurile S2a și S2b) nu au arătat nicio urmă a fazei MAX originale, deoarece nu a fost detectat niciun vârf de Al.
Caracterizarea nanofulgilor de MXene SL Nb2CTx și Nb4C3Tx, inclusiv (a) imagistica 2D cu vedere laterală a nanofulgilor prin microscopie electronică de înaltă rezoluție (HRTEM) și (b) modul de intensitate, (c) transformarea Fourier rapidă inversă (IFFT), (d) transformarea Fourier rapidă (FFT), (e) modelele de raze X ale Nb-MXenelor. Pentru Nb2CTx 2D SL, numerele sunt exprimate ca (a1, b1, c1, d1, e1). Pentru Nb4C3Tx 2D SL, numerele sunt exprimate ca (a2, b2, c2, d2, e1).
Măsurătorile de difracție cu raze X ale MXenelor SL Nb2CTx și Nb4C3Tx sunt prezentate în Fig. 2e1 și respectiv e2. Vârfurile (002) de la 4.31 și 4.32 corespund MXenelor stratificate Nb2CTx și Nb4C3TX38,39,40,41 descrise anterior. Rezultatele XRD indică, de asemenea, prezența unor structuri ML reziduale și faze MAX, dar în principal modele XRD asociate cu SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2). Prezența particulelor mai mici ale fazei MAX poate explica vârful MAX mai puternic în comparație cu straturile Nb4C3Tx suprapuse aleatoriu.
Cercetări ulterioare s-au concentrat asupra microalgelor verzi aparținând speciei R. subcapitata. Am ales microalgele deoarece acestea sunt producători importanți implicați în principalele rețele trofice42. De asemenea, acestea sunt unul dintre cei mai buni indicatori ai toxicității datorită capacității de a elimina substanțele toxice care sunt transportate la niveluri superioare ale lanțului trofic43. În plus, cercetările asupra R. subcapitata pot scoate la iveală toxicitatea incidentală a SL Nb-MXenelor asupra microorganismelor comune de apă dulce. Pentru a ilustra acest lucru, cercetătorii au emis ipoteza că fiecare microb are o sensibilitate diferită la compușii toxici prezenți în mediu. Pentru majoritatea organismelor, concentrațiile scăzute de substanțe nu le afectează creșterea, în timp ce concentrațiile peste o anumită limită le pot inhiba sau chiar pot provoca moartea. Prin urmare, pentru studiile noastre privind interacțiunea de suprafață dintre microalge și MXene și recuperarea asociată, am decis să testăm concentrațiile inofensive și toxice de Nb-MXene. Pentru a face acest lucru, am testat concentrații de 0 (ca referință), 0,01, 0,1 și 10 mg l-1 MXen și, suplimentar, am infectat microalge cu concentrații foarte mari de MXen (100 mg l-1 MXen), care pot fi extreme și letale pentru orice mediu biologic.
Efectele Nb-MXenelor SL asupra microalgelor sunt prezentate în Figura 3, exprimate ca procent de promovare a creșterii (+) sau inhibiție (-) măsurat pentru probe de 0 mg l-1. Pentru comparație, au fost testate și faza Nb-MAX și Nb-MXenele ML, iar rezultatele sunt prezentate în SI (vezi Fig. S3). Rezultatele obținute au confirmat că Nb-MXenele SL sunt aproape complet lipsite de toxicitate în intervalul de concentrații scăzute de la 0,01 la 10 mg/l, așa cum se arată în Fig. 3a,b. În cazul Nb2CTx, am observat o ecotoxicitate de maximum 5% în intervalul specificat.
Stimularea (+) sau inhibarea (-) creșterii microalgelor în prezența SL (a) Nb2CTx și (b) Nb4C3TX MXene. Au fost analizate interacțiunile MXene-microalge timp de 24, 48 și 72 de ore. Datele semnificative (test t, p < 0,05) au fost marcate cu un asterisc (*). Datele semnificative (test t, p < 0,05) au fost marcate cu un asterisc (*). Значимые данные (t-критерий, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Datele semnificative (test t, p < 0,05) sunt marcate cu un asterisc (*).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 (test t, p < 0,05) отмечены звездочкой (*). Datele importante (testul t, p < 0,05) sunt marcate cu un asterisc (*).Săgețile roșii indică abolirea stimulării inhibitorii.
Pe de altă parte, concentrațiile scăzute de Nb4C3TX s-au dovedit a fi puțin mai toxice, dar nu mai mari de 7%. Așa cum era de așteptat, am observat că MXenele au avut o toxicitate mai mare și o inhibare a creșterii microalgelor la 100 mg L-1. Interesant este că niciunul dintre materiale nu a prezentat aceeași tendință și dependență de timp a efectelor atoxice/toxice în comparație cu probele MAX sau ML (vezi SI pentru detalii). În timp ce pentru faza MAX (vezi Fig. S3) toxicitatea a atins aproximativ 15-25% și a crescut în timp, tendința inversă a fost observată pentru SL Nb2CTx și Nb4C3TX MXene. Inhibarea creșterii microalgelor a scăzut în timp. A atins aproximativ 17% după 24 de ore și a scăzut la mai puțin de 5% după 72 de ore (Fig. 3a, respectiv b).
Mai important, pentru SL Nb4C3TX, inhibarea creșterii microalgelor a atins aproximativ 27% după 24 de ore, dar după 72 de ore a scăzut la aproximativ 1%. Prin urmare, am etichetat efectul observat ca inhibare inversă a stimulării, iar efectul a fost mai puternic pentru SL Nb4C3TX MXene. Stimularea creșterii microalgelor a fost observată mai devreme cu Nb4C3TX (interacțiune la 10 mg L-1 timp de 24 de ore) comparativ cu SL Nb2CTx MXene. Efectul de inversare a inhibării-stimulării a fost, de asemenea, bine demonstrat în curba ratei de dublare a biomasei (vezi Fig. S4 pentru detalii). Până în prezent, doar ecotoxicitatea Ti3C2TX MXene a fost studiată în moduri diferite. Nu este toxică pentru embrionii de pește zebră44, dar moderat ecotoxică pentru microalgele Desmodesmus quadricauda și Sorghum saccharatum45. Alte exemple de efecte specifice includ o toxicitate mai mare pentru liniile celulare canceroase decât pentru liniile celulare normale46,47. S-ar putea presupune că condițiile de testare ar influența modificările creșterii microalgelor observate în prezența Nb-MXenelor. De exemplu, un pH de aproximativ 8 în stroma cloroplastului este optim pentru funcționarea eficientă a enzimei RuBisCO. Prin urmare, modificările pH-ului afectează negativ rata fotosintezei48,49. Cu toate acestea, nu am observat modificări semnificative ale pH-ului în timpul experimentului (vezi SI, Fig. S5 pentru detalii). În general, culturile de microalge cu Nb-MXene au redus ușor pH-ul soluției în timp. Totuși, această scădere a fost similară cu o modificare a pH-ului unui mediu pur. În plus, intervalul de variații găsite a fost similar cu cel măsurat pentru o cultură pură de microalge (probă de control). Astfel, concluzionăm că fotosinteza nu este afectată de modificările pH-ului în timp.
În plus, MXenele sintetizate au terminații la suprafață (notate cu Tx). Acestea sunt în principal grupe funcționale -O, -F și -OH. Cu toate acestea, chimia suprafeței este direct legată de metoda de sinteză. Se știe că aceste grupe sunt distribuite aleatoriu pe suprafață, ceea ce face dificilă prezicerea efectului lor asupra proprietăților MXenei50. Se poate argumenta că Tx ar putea fi forța catalitică pentru oxidarea niobiului prin lumină. Grupele funcționale de suprafață oferă într-adevăr multiple situsuri de ancorare pentru fotocatalizatorii subiacenți pentru a forma heterojoncțiuni51. Cu toate acestea, compoziția mediului de creștere nu a furnizat un fotocatalizator eficient (compoziția detaliată a mediului poate fi găsită în Tabelul SI S6). În plus, orice modificare a suprafeței este, de asemenea, foarte importantă, deoarece activitatea biologică a MXenelor poate fi modificată din cauza post-procesării straturilor, oxidării, modificării chimice a suprafeței compușilor organici și anorganici52,53,54,55,56 sau ingineriei sarcinii de suprafață38. Prin urmare, pentru a testa dacă oxidul de niobiu are vreo legătură cu instabilitatea materialului în mediu, am efectuat studii asupra potențialului zeta (ζ) în mediul de creștere a microalgelor și în apa deionizată (pentru comparație). Rezultatele noastre arată că Nb-MXenele SL sunt destul de stabile (vezi Fig. S6 din SI pentru rezultatele MAX și ML). Potențialul zeta al MXenelor SL este de aproximativ -10 mV. În cazul Nb2CTx din SR, valoarea lui ζ este ceva mai negativă decât cea a Nb4C3Tx. O astfel de modificare a valorii ζ poate indica faptul că suprafața nanofulgilor de MXenă încărcați negativ absoarbe ionii încărcați pozitiv din mediul de cultură. Măsurătorile temporale ale potențialului zeta și ale conductivității Nb-MXenelor în mediul de cultură (vezi Figurile S7 și S8 din SI pentru mai multe detalii) par să susțină ipoteza noastră.
Cu toate acestea, ambele SL-uri cu Nb-MXene au prezentat modificări minime de la zero. Acest lucru demonstrează clar stabilitatea lor în mediul de creștere a microalgelor. În plus, am evaluat dacă prezența microalgelor noastre verzi ar afecta stabilitatea Nb-MXenelor în mediu. Rezultatele potențialului zeta și conductivității MXenelor după interacțiunea cu microalgele în mediul nutritiv și cultură în timp pot fi găsite în SI (Figurile S9 și S10). Interesant este că am observat că prezența microalgelor părea să stabilizeze dispersia ambelor MXene. În cazul Nb2CTx SL, potențialul zeta a scăzut chiar și ușor în timp, până la valori mai negative (-15,8 față de -19,1 mV după 72 de ore de incubare). Potențialul zeta al SL Nb4C3TX a crescut ușor, dar după 72 de ore a prezentat încă o stabilitate mai mare decât nanofulgii fără prezența microalgelor (-18,1 vs. -9,1 mV).
De asemenea, am constatat o conductivitate mai scăzută a soluțiilor de Nb-MXene incubate în prezența microalgelor, indicând o cantitate mai mică de ioni în mediul nutritiv. În mod special, instabilitatea MXenelor în apă se datorează în principal oxidării suprafeței57. Prin urmare, bănuim că microalgele verzi au eliminat cumva oxizii formați la suprafața Nb-MXenei și chiar au prevenit apariția acestora (oxidarea MXenei). Acest lucru poate fi observat prin studierea tipurilor de substanțe absorbite de microalge.
Deși studiile noastre ecotoxicologice au indicat faptul că microalgele au fost capabile să depășească toxicitatea Nb-MXenelor în timp și inhibarea neobișnuită a creșterii stimulate, scopul studiului nostru a fost de a investiga posibilele mecanisme de acțiune. Atunci când organismele precum algele sunt expuse la compuși sau materiale nefamiliare ecosistemelor lor, acestea pot reacționa într-o varietate de moduri58,59. În absența oxizilor metalici toxici, microalgele se pot hrăni singure, permițându-le să crească continuu60. După ingerarea substanțelor toxice, pot fi activate mecanisme de apărare, cum ar fi schimbarea formei. De asemenea, trebuie luată în considerare posibilitatea absorbției58,59. În mod special, orice semn al unui mecanism de apărare este un indicator clar al toxicității compusului testat. Prin urmare, în lucrările noastre ulterioare, am investigat potențiala interacțiune de suprafață dintre nanofulgii SL de Nb-MXene și microalge prin SEM și posibila absorbție a MXenei pe bază de Nb prin spectroscopie de fluorescență cu raze X (XRF). Rețineți că analizele SEM și XRF au fost efectuate doar la cea mai mare concentrație de MXene pentru a aborda problemele de toxicitate a activității.
Rezultatele SEM sunt prezentate în Fig. 4. Celulele microalgelor netratate (vezi Fig. 4a, proba de referință) au prezentat clar o morfologie tipică de R. subcapitata și o formă celulară asemănătoare croissantului. Celulele apar aplatizate și oarecum dezorganizate. Unele celule de microalge s-au suprapus și s-au încurcat unele cu altele, dar acest lucru a fost probabil cauzat de procesul de preparare a probei. În general, celulele microalgelor pure au avut o suprafață netedă și nu au prezentat nicio modificare morfologică.
Imagini SEM care prezintă interacțiunea de suprafață dintre microalgele verzi și nanostraturile de MXene după 72 de ore de interacțiune la concentrație extremă (100 mg L-1). (a) Microalge verzi netratate după interacțiunea cu MXene SL (b) Nb2CTx și (c) Nb4C3TX. Rețineți că nanofulgii de Nb-MXene sunt marcați cu săgeți roșii. Pentru comparație, sunt adăugate și fotografii de la un microscop optic.
În schimb, celulele microalgelor adsorbite de nanofulgii SL de Nb-MXene au fost deteriorate (vezi Fig. 4b, c, săgeți roșii). În cazul Nb2CTx MXene (Fig. 4b), microalgele tind să crească cu nanoscale bidimensionale atașate, ceea ce le poate schimba morfologia. În mod notabil, am observat aceste modificări și la microscopie optică (vezi Figura S11 pentru detalii). Această tranziție morfologică are o bază plauzibilă în fiziologia microalgelor și în capacitatea lor de a se apăra prin schimbarea morfologiei celulare, cum ar fi creșterea volumului celular61. Prin urmare, este important să se verifice numărul de celule microalge care sunt efectiv în contact cu Nb-MXenele. Studiile SEM au arătat că aproximativ 52% dintre celulele microalgelor au fost expuse la Nb-MXenele, în timp ce 48% dintre aceste celule microalge au evitat contactul. În cazul MXenei SL Nb4C3Tx, microalgele încearcă să evite contactul cu MXena, localizându-se și crescând astfel la nanoscale bidimensionale (Fig. 4c). Cu toate acestea, nu am observat penetrarea nanoscalei în celulele microalgelor și deteriorarea acestora.
Autoconservarea este, de asemenea, un comportament de răspuns dependent de timp la blocarea fotosintezei din cauza adsorbției particulelor pe suprafața celulei și așa-numitului efect de umbrire (shading)62. Este clar că fiecare obiect (de exemplu, nanofulgi de Nb-MXene) care se află între microalge și sursa de lumină limitează cantitatea de lumină absorbită de cloroplaste. Cu toate acestea, nu avem nicio îndoială că acest lucru are un impact semnificativ asupra rezultatelor obținute. După cum arată observațiile noastre microscopice, nanofulgii 2D nu au fost complet înfășurați sau aderați la suprafața microalgelor, chiar și atunci când celulele microalgelor au fost în contact cu Nb-MXene. În schimb, nanofulgii s-au dovedit a fi orientați către celulele microalgelor fără a acoperi suprafața acestora. Un astfel de set de nanofulgi/microalge nu poate limita semnificativ cantitatea de lumină absorbită de celulele microalgelor. Mai mult, unele studii au demonstrat chiar o îmbunătățire a absorbției luminii de către organismele fotosintetice în prezența nanomaterialelor bidimensionale63,64,65,66.
Întrucât imaginile SEM nu au putut confirma direct absorbția niobiului de către celulele microalgelor, studiul nostru suplimentar s-a orientat către analiza fluorescenței cu raze X (XRF) și spectroscopiei fotoelectronice cu raze X (XPS) pentru a clarifica această problemă. Prin urmare, am comparat intensitatea vârfurilor Nb ale probelor de microalge de referință care nu au interacționat cu MXenele, nanofulgii de MXenă desprinși de suprafața celulelor microalgelor și celulele microalgelor după îndepărtarea MXenelor atașate. Este demn de remarcat faptul că, dacă nu există absorbție de Nb, valoarea Nb obținută de celulele microalgelor ar trebui să fie zero după îndepărtarea nanoscalelor atașate. Prin urmare, dacă are loc absorbția de Nb, atât rezultatele XRF, cât și cele XPS ar trebui să arate un vârf Nb clar.
În cazul spectrelor XRF, probele de microalge au prezentat vârfuri de Nb pentru SL Nb2CTx și Nb4C3Tx MXene după interacțiunea cu SL Nb2CTx și Nb4C3Tx MXene (vezi Fig. 5a, rețineți, de asemenea, că rezultatele pentru MAX și ML MXene sunt prezentate în SI, Figurile S12-C17). Interesant este că intensitatea vârfului Nb este aceeași în ambele cazuri (bare roșii în Fig. 5a). Acest lucru a indicat faptul că algele nu au putut absorbi mai mult Nb, iar capacitatea maximă de acumulare de Nb a fost atinsă în celule, deși de celulele microalgelor s-a atașat de două ori mai mult Nb4C3Tx MXene (bare albastre în Fig. 5a). În mod notabil, capacitatea microalgelor de a absorbi metalele depinde de concentrația de oxizi metalici din mediu67,68. Shamshada și colab.67 au descoperit că capacitatea de absorbție a algelor de apă dulce scade odată cu creșterea pH-ului. Raize și colab.68 au observat că algele marine au capacitatea de a absorbi metalele cu aproximativ 25% mai mare pentru Pb2+ decât pentru Ni2+.
(a) Rezultate XRF ale absorbției bazale de Nb de către celulele microalgelor verzi incubate la o concentrație extremă de SL Nb-MXene (100 mg L-1) timp de 72 de ore. Rezultatele arată prezența α în celulele microalgelor pure (proba de control, coloane gri), nanofulgi 2D izolați de la suprafața celulelor microalgelor (coloane albastre) și celulele microalgelor după separarea nanofulgilor 2D de suprafață (coloane roșii). Cantitatea de Nb elementar, (b) procentul din compoziția chimică a componentelor organice ale microalgelor (C=O și CHx/C–O) și oxizilor de Nb prezenți în celulele microalgelor după incubarea cu SL Nb-MXene, (c–e) Ajustarea vârfului compozițional al spectrelor XPS SL Nb2CTx și (fh) SL Nb4C3Tx MXene internalizate de celulele microalgelor.
Prin urmare, ne-am așteptat ca Nb să poată fi absorbit de celulele algale sub formă de oxizi. Pentru a testa acest lucru, am efectuat studii XPS pe MXene Nb2CTx și Nb4C3TX și celule algale. Rezultatele interacțiunii microalgelor cu Nb-MXene și MXene izolate din celulele algale sunt prezentate în Fig. 5b. Așa cum era de așteptat, am detectat vârfuri Nb 3d în probele de microalge după îndepărtarea MXenei de pe suprafața microalgelor. Determinarea cantitativă a oxizilor C=O, CHx/CO și Nb a fost calculată pe baza spectrelor Nb 3d, O 1s și C 1s obținute cu Nb2CTx SL (Fig. 5c–e) și Nb4C3Tx SL (Fig. 5c–e). ) obținute din microalge incubate. Figura 5f–h) MXene. Tabelul S1-3 prezintă detaliile parametrilor de vârf și chimia generală rezultată din ajustare. Este demn de remarcat faptul că regiunile Nb 3d ale Nb2CTx SL și Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) corespund unei componente Nb2O5. Aici, nu am găsit vârfuri legate de MXene în spectre, ceea ce indică faptul că celulele microalgelor absorb doar forma de oxid a Nb. În plus, am aproximat spectrul C 1 s cu componentele C–C, CHx/C–O, C=O și –COOH. Am atribuit vârfurile CHx/C–O și C=O contribuției organice a celulelor microalgelor. Aceste componente organice reprezintă 36% și, respectiv, 41% din vârfurile C 1s din Nb2CTx SL și Nb4C3TX SL. Apoi, am ajustat spectrele O 1s ale SL Nb2CTx și SL Nb4C3TX cu Nb2O5, componente organice ale microalgelor (CHx/CO) și apă adsorbită la suprafață.
În cele din urmă, rezultatele XPS au indicat clar forma Nb, nu doar prezența sa. Conform poziției semnalului Nb 3d și rezultatelor deconvoluției, confirmăm că Nb este absorbit doar sub formă de oxizi și nu sub formă de ioni sau MXenă în sine. În plus, rezultatele XPS au arătat că celulele microalgelor au o capacitate mai mare de a absorbi oxizi de Nb din SL Nb2CTx în comparație cu SL Nb4C3TX MXenă.
Deși rezultatele noastre privind absorbția de Nb sunt impresionante și ne permit să identificăm degradarea MXenei, nu există nicio metodă disponibilă pentru a urmări modificările morfologice asociate în nanofulgii 2D. Prin urmare, am decis, de asemenea, să dezvoltăm o metodă adecvată care să poată răspunde direct la orice modificări care apar în nanofulgii 2D de Nb-MXene și în celulele microalgelor. Este important de reținut că presupunem că, dacă speciile care interacționează suferă orice transformare, descompunere sau defragmentare, aceasta ar trebui să se manifeste rapid ca modificări ale parametrilor de formă, cum ar fi diametrul zonei circulare echivalente, rotunjimea, lățimea Feret sau lungimea Feret. Deoarece acești parametri sunt potriviți pentru descrierea particulelor alungite sau a nanofulgilor bidimensionali, urmărirea lor prin analiza dinamică a formei particulelor ne va oferi informații valoroase despre transformarea morfologică a nanofulgilor de Nb-MXene SL în timpul reducerii.
Rezultatele obținute sunt prezentate în Figura 6. Pentru comparație, am testat și faza MAX originală și ML-MXenele (vezi Figurile SI S18 și S19). Analiza dinamică a formei particulelor a arătat că toți parametrii de formă a două SL-uri de Nb-MXene s-au modificat semnificativ după interacțiunea cu microalgele. După cum se arată din parametrul diametrului ariei circulare echivalente (Fig. 6a, b), intensitatea redusă a vârfului fracției de nanofulgi mari indică faptul că acestea tind să se descompună în fragmente mai mici. În fig. 6c, d arată o scădere a vârfurilor asociate cu dimensiunea transversală a fulgilor (alungirea nanofulgilor), indicând transformarea nanofulgilor 2D într-o formă mai asemănătoare particulelor. Figura 6e-h prezintă lățimea și lungimea Feret-ului, respectiv. Lățimea și lungimea Feret-ului sunt parametri complementari și, prin urmare, ar trebui luate în considerare împreună. După incubarea nanofulgilor 2D de Nb-MXene în prezența microalgelor, vârfurile lor de corelație Feret s-au deplasat, iar intensitatea lor a scăzut. Pe baza acestor rezultate, în combinație cu morfologia, radiofrecvența X (XRF) și spectroscopia XPS (X-Scan), am concluzionat că modificările observate sunt puternic legate de oxidare, deoarece MXenele oxidate devin mai ridate și se descompun în fragmente și particule sferice de oxid69,70.
Analiza transformării MXenei după interacțiunea cu microalge verzi. Analiza dinamică a formei particulelor ia în considerare parametri precum (a, b) diametrul ariei circulare echivalente, (c, d) rotunjimea, (e, f) lățimea Feret și (g, h) lungimea Feret. În acest scop, au fost analizate două probe de microalge de referință împreună cu MXene SL Nb2CTx și SL Nb4C3Tx primare, MXene SL Nb2CTx și SL Nb4C3Tx, microalge degradate și MXene SL Nb2CTx și SL Nb4C3Tx tratate. Săgețile roșii arată tranzițiile parametrilor de formă ai nanofulgilor bidimensionali studiați.
Întrucât analiza parametrilor de formă este foarte fiabilă, aceasta poate dezvălui și modificări morfologice ale celulelor microalgelor. Prin urmare, am analizat diametrul ariei circulare echivalente, rotunjimea și lățimea/lungimea Feret ale celulelor microalgelor pure și ale celulelor după interacțiunea cu nanofulgi de Nb 2D. În fig. 6a-h sunt prezentate modificări ale parametrilor de formă ai celulelor algale, evidențiate de o scădere a intensității vârfurilor și o deplasare a maximelor către valori mai mari. În special, parametrii de rotunjime a celulelor au arătat o scădere a numărului de celule alungite și o creștere a numărului de celule sferice (Fig. 6a, b). În plus, lățimea celulelor Feret a crescut cu câțiva micrometri după interacțiunea cu SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e) în comparație cu SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f). Bănuim că acest lucru se poate datora absorbției puternice a oxizilor de Nb de către microalge la interacțiunea cu Nb2CTx SR. O atașare mai puțin rigidă a fulgilor de Nb la suprafața lor poate duce la creșterea celulelor cu un efect minim de umbrire.
Observațiile noastre privind modificările parametrilor de formă și dimensiune a microalgelor completează alte studii. Microalgele verzi își pot schimba morfologia ca răspuns la stresul din mediu, prin modificarea dimensiunii, formei sau metabolismului celulelor61. De exemplu, modificarea dimensiunii celulelor facilitează absorbția nutrienților71. Celulele algale mai mici prezintă o absorbție mai mică a nutrienților și o rată de creștere afectată. În schimb, celulele mai mari tind să consume mai mulți nutrienți, care sunt apoi depuși intracelular72,73. Machado și Soares au descoperit că fungicidul triclosan poate crește dimensiunea celulelor. De asemenea, au descoperit modificări profunde ale formei algelor74. În plus, Yin și colab.9 au relevat, de asemenea, modificări morfologice ale algelor după expunerea la nanocompozite cu oxid de grafen redus. Prin urmare, este clar că parametrii modificați ai dimensiunii/formei microalgelor sunt cauzați de prezența MXenei. Deoarece această modificare a dimensiunii și formei indică modificări ale absorbției nutrienților, credem că analiza parametrilor de dimensiune și formă în timp poate demonstra absorbția oxidului de niobiu de către microalge în prezența Nb-MXenelor.
Mai mult, MXenele pot fi oxidate în prezența algelor. Dalai și colab.75 au observat că morfologia algelor verzi expuse la nano-TiO2 și Al2O376 nu a fost uniformă. Deși observațiile noastre sunt similare cu cele din prezentul studiu, acestea sunt relevante doar pentru studiul efectelor bioremedierii în ceea ce privește produșii de degradare ai MXenelor în prezența nanofulgilor 2D și nu a nanoparticulelor. Deoarece MXenele se pot degrada în oxizi metalici,31,32,77,78 este rezonabil să presupunem că nanofulgii noștri de Nb pot forma, de asemenea, oxizi de Nb după interacțiunea cu celulele microalgelor.
Pentru a explica reducerea nanofulgilor 2D-Nb printr-un mecanism de descompunere bazat pe procesul de oxidare, am efectuat studii utilizând microscopia electronică de transmisie de înaltă rezoluție (HRTEM) (Fig. 7a,b) și spectroscopia fotoelectronică cu raze X (XPS) (Fig. 7c-i și tabelele S4-5). Ambele abordări sunt potrivite pentru studierea oxidării materialelor 2D și se completează reciproc. HRTEM este capabil să analizeze degradarea structurilor stratificate bidimensionale și apariția ulterioară a nanoparticulelor de oxid metalic, în timp ce XPS este sensibil la legăturile de suprafață. În acest scop, am testat nanofulgii 2D de Nb-MXene extrași din dispersii celulare de microalge, adică forma lor după interacțiunea cu celulele microalgelor (vezi Fig. 7).
Imagini HRTEM care prezintă morfologia (a) SL Nb2CTx și (b) SL Nb4C3Tx MXenelor oxidate, rezultatele analizei XPS care arată (c) compoziția produselor de oxid după reducere, (d-f) potrivirea vârfurilor componentelor spectrelor XPS ale SL Nb2CTx și (g-i) SL Nb4C3Tx reparate cu microalge verzi.
Studiile HRTEM au confirmat oxidarea a două tipuri de nanofulgi de Nb-MXene. Deși nanofulgii și-au păstrat într-o oarecare măsură morfologia bidimensională, oxidarea a dus la apariția multor nanoparticule care acoperă suprafața nanofulgilor de MXene (vezi Fig. 7a,b). Analiza XPS a semnalelor c Nb 3d și O 1s a indicat că în ambele cazuri s-au format oxizi de Nb. După cum se arată în Figura 7c, MXene 2D Nb2CTx și Nb4C3TX au semnale Nb 3d care indică prezența oxizilor NbO și Nb2O5, în timp ce semnalele O 1s indică numărul de legături O-Nb asociate cu funcționalizarea suprafeței nanofulgilor 2D. Am observat că contribuția oxidului de Nb este dominantă în comparație cu Nb-C și Nb3+-O.
În fig. 7g–i sunt prezentate spectrele XPS ale Nb 3d, C 1s și O 1s SL Nb2CTx (vezi Fig. 7d–f) și MXenei SL Nb4C3TX izolate din celule microalgale. Detalii despre parametrii de vârf ai Nb-MXenelor sunt furnizate în tabelele S4–5, respectiv. Am analizat mai întâi compoziția Nb 3d. Spre deosebire de Nb absorbit de celulele microalgale, în MXena izolată din celulele microalgale, pe lângă Nb2O5, au fost găsite și alte componente. În Nb2CTx SL, am observat contribuția Nb3+-O în cantitate de 15%, în timp ce restul spectrului Nb 3d a fost dominat de Nb2O5 (85%). În plus, proba SL Nb4C3TX conține componente Nb-C (9%) și Nb2O5 (91%). Aici, Nb-C provine din două straturi atomice interioare de carbură metalică în Nb4C3Tx SR. Apoi, cartografiem spectrele C 1s la patru componente diferite, așa cum am făcut în probele internalizate. Așa cum era de așteptat, spectrul C 1s este dominat de carbonul grafitic, urmat de contribuțiile particulelor organice (CHx/CO și C=O) din celulele microalgelor. În plus, în spectrul O 1s, am observat contribuția formelor organice ale celulelor microalgelor, a oxidului de niobiu și a apei adsorbite.
În plus, am investigat dacă scindarea Nb-MXenelor este asociată cu prezența speciilor reactive de oxigen (ROS) în mediul nutritiv și/sau în celulele microalgelor. În acest scop, am evaluat nivelurile de oxigen singlet (1O2) în mediul de cultură și glutation intracelular, un tiol care acționează ca antioxidant în microalge. Rezultatele sunt prezentate în SI (Figurile S20 și S21). Culturile cu MXeni SL Nb2CTx și Nb4C3TX au fost caracterizate printr-o cantitate redusă de 1O2 (vezi Figura S20). În cazul SL Nb2CTx, MXenul 1O2 este redus la aproximativ 83%. Pentru culturile de microalge care utilizează SL, Nb4C3TX 1O2 a scăzut și mai mult, la 73%. Interesant este că modificările nivelului de 1O2 au arătat aceeași tendință ca și efectul inhibitor-stimulator observat anterior (vezi Fig. 3). Se poate argumenta că incubarea în lumină puternică poate altera fotooxidarea. Cu toate acestea, rezultatele analizei de control au arătat niveluri aproape constante de 1O2 pe parcursul experimentului (Fig. S22). În cazul nivelurilor ROS intracelulare, am observat aceeași tendință descendentă (vezi Figura S21). Inițial, nivelurile de ROS din celulele microalgelor cultivate în prezența SL-urilor Nb2CTx și Nb4C3Tx au depășit nivelurile găsite în culturile pure de microalge. În cele din urmă, însă, s-a constatat că microalgele s-au adaptat la prezența ambelor Nb-MXene, deoarece nivelurile de ROS au scăzut la 85% și, respectiv, 91% din nivelurile măsurate în culturile pure de microalge inoculate cu SL Nb2CTx și, respectiv, Nb4C3TX. Acest lucru poate indica faptul că microalgele se simt mai confortabil în timp în prezența Nb-MXenei decât în ​​mediul nutritiv singur.
Microalgele reprezintă un grup divers de organisme fotosintetice. În timpul fotosintezei, acestea transformă dioxidul de carbon atmosferic (CO2) în carbon organic. Produșii fotosintezei sunt glucoza și oxigenul79. Bănuim că oxigenul astfel format joacă un rol critic în oxidarea Nb-MXenelor. O posibilă explicație pentru aceasta este că parametrul de aerare diferențială se formează la presiuni parțiale joase și mari de oxigen în exteriorul și în interiorul nanofulgilor de Nb-MXenă. Aceasta înseamnă că oriunde există zone cu presiuni parțiale diferite de oxigen, zona cu cel mai scăzut nivel va forma anodul 80, 81, 82. Aici, microalgele contribuie la crearea unor celule aerate diferențial pe suprafața fulgilor de MXenă, care produc oxigen datorită proprietăților lor fotosintetice. Ca urmare, se formează produși de biocoroziune (în acest caz, oxizi de niobiu). Un alt aspect este că microalgele pot produce acizi organici care sunt eliberați în apă83,84. Prin urmare, se formează un mediu agresiv, modificând astfel Nb-MXenele. În plus, microalgele pot modifica pH-ul mediului înconjurător în alcalin datorită absorbției dioxidului de carbon, ceea ce poate provoca și coroziune79.
Mai important, fotoperioada întuneric/lumină utilizată în studiul nostru este esențială pentru înțelegerea rezultatelor obținute. Acest aspect este descris în detaliu în lucrarea lui Djemai-Zoghlache și colab. 85. Aceștia au folosit în mod deliberat o fotoperioadă de 12/12 ore pentru a demonstra biocoroziunea asociată cu biocolmatarea de către microalga roșie Porphyridium purpureum. Aceștia arată că fotoperioada este asociată cu evoluția potențialului fără biocoroziune, manifestându-se ca oscilații pseudoperiodice în jurul orei 24:00. Aceste observații au fost confirmate de Dowling și colab. 86. Aceștia au demonstrat biofilme fotosintetice ale cianobacteriilor Anabaena. Oxigenul dizolvat se formează sub acțiunea luminii, care este asociată cu o modificare sau fluctuații ale potențialului liber de biocoroziune. Importanța fotoperioadei este subliniată de faptul că potențialul liber pentru biocoroziune crește în faza luminoasă și scade în faza întunecată. Acest lucru se datorează oxigenului produs de microalgele fotosintetice, care influențează reacția catodică prin presiunea parțială generată în apropierea electrozilor 87.
În plus, s-a efectuat spectroscopia în infraroșu cu transformare Fourier (FTIR) pentru a afla dacă au apărut modificări în compoziția chimică a celulelor microalgelor după interacțiunea cu Nb-MXenele. Aceste rezultate obținute sunt complexe și le prezentăm în SI (Figurile S23-S25, inclusiv rezultatele etapei MAX și MXenele ML). Pe scurt, spectrele de referință obținute ale microalgelor ne oferă informații importante despre caracteristicile chimice ale acestor organisme. Aceste vibrații cele mai probabile sunt localizate la frecvențe de 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.11 (C–H) și 3280 cm–1 (O–H). Pentru Nb-MXenele SL, am găsit o semnătură de întindere a legăturii CH care este în concordanță cu studiul nostru anterior38. Cu toate acestea, am observat că unele vârfuri suplimentare asociate cu legăturile C=C și CH au dispărut. Acest lucru indică faptul că compoziția chimică a microalgelor poate suferi modificări minore datorită interacțiunii cu SL Nb-MXenele.
Atunci când se iau în considerare posibilele modificări ale biochimiei microalgelor, trebuie reconsiderată acumularea de oxizi anorganici, cum ar fi oxidul de niobiu59. Acesta este implicat în absorbția metalelor de către suprafața celulară, transportul lor în citoplasmă, asocierea lor cu grupările carboxil intracelulare și acumularea lor în polifosfozomii microalgelor20,88,89,90. În plus, relația dintre microalge și metale este menținută de grupurile funcționale ale celulelor. Din acest motiv, absorbția depinde și de chimia suprafeței microalgelor, care este destul de complexă9,91. În general, așa cum era de așteptat, compoziția chimică a microalgelor verzi s-a modificat ușor din cauza absorbției oxidului de Nb.
Interesant este că inhibarea inițială observată a microalgelor a fost reversibilă în timp. După cum am observat, microalgele au depășit schimbarea inițială a mediului și, în cele din urmă, au revenit la rate normale de creștere și chiar au crescut. Studiile asupra potențialului zeta arată o stabilitate ridicată atunci când sunt introduse în medii nutritive. Astfel, interacțiunea de suprafață dintre celulele microalgelor și nanofulgii de Nb-MXene a fost menținută pe tot parcursul experimentelor de reducere. În analiza noastră ulterioară, vom rezuma principalele mecanisme de acțiune care stau la baza acestui comportament remarcabil al microalgelor.
Observațiile SEM au arătat că microalgele tind să se atașeze de Nb-MXene. Folosind analiza dinamică a imaginii, confirmăm că acest efect duce la transformarea nanofulgilor bidimensionali de Nb-MXene în particule mai sferice, demonstrând astfel că descompunerea nanofulgilor este asociată cu oxidarea lor. Pentru a testa ipoteza noastră, am efectuat o serie de studii materiale și biochimice. După testare, nanofulgii s-au oxidat și descompus treptat în produse NbO și Nb2O5, care nu au reprezentat o amenințare pentru microalgele verzi. Folosind observațiile FTIR, nu am constatat modificări semnificative în compoziția chimică a microalgelor incubate în prezența nanofulgilor bidimensionali de Nb-MXene. Luând în considerare posibilitatea absorbției oxidului de niobiu de către microalge, am efectuat o analiză cu fluorescență de raze X. Aceste rezultate arată clar că microalgele studiate se hrănesc cu oxizi de niobiu (NbO și Nb2O5), care nu sunt toxici pentru microalgele studiate.