Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තූතියි. ඔබ සීමිත CSS සහායක් සහිත බ්‍රව්සර් අනුවාදයක් භාවිතා කරයි. හොඳම අත්දැකීම සඳහා, යාවත්කාලීන කළ බ්‍රව්සරයක් භාවිතා කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා මාදිලිය අක්‍රීය කරන්න). මේ අතරතුර, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි වෙබ් අඩවිය විලාස සහ JavaScript නොමැතිව විදැහුම් කරන්නෙමු.
එකවර ස්ලයිඩ තුනක කැරොසලයක් පෙන්වයි. එකවර ස්ලයිඩ තුනක් හරහා ගමන් කිරීමට පෙර සහ ඊළඟ බොත්තම් භාවිතා කරන්න, නැතහොත් අවසානයේ ඇති ස්ලයිඩර් බොත්තම් භාවිතා කර එකවර ස්ලයිඩ තුනක් හරහා ගමන් කරන්න.
නැනෝ තාක්‍ෂණයේ වේගවත් සංවර්ධනය සහ එය එදිනෙදා යෙදීම් සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීම පරිසරයට තර්ජනයක් විය හැකිය. කාබනික දූෂක හායනය සඳහා හරිත ක්‍රම හොඳින් ස්ථාපිත වී ඇති අතර, ජෛව පරිවර්තනයට ඇති අඩු සංවේදීතාව සහ ජීව විද්‍යාත්මක ඒවා සමඟ ද්‍රව්‍ය මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ අවබෝධයක් නොමැතිකම හේතුවෙන් අකාබනික ස්ඵටිකරූපී දූෂක නැවත ලබා ගැනීම ප්‍රධාන සැලකිල්ලක් දක්වයි. මෙහිදී, හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී රෆිඩොසෙලිස් උපකැපිටාටා මගින් 2D සෙරමික් නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්ම යාන්ත්‍රණය සොයා ගැනීම සඳහා අපි සරල හැඩ පරාමිති විශ්ලේෂණ ක්‍රමයක් සමඟ ඒකාබද්ධව Nb-පාදක අකාබනික 2D MXenes ආකෘතියක් භාවිතා කරමු. මතුපිටට අදාළ භෞතික-රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-පාදක MXenes හායනය කරන බව අපට පෙනී ගියේය. මුලදී, තනි ස්ථර සහ බහු ස්ථර MXene නැනෝ ෆ්ලේක් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටට සම්බන්ධ කර ඇති අතර එමඟින් ඇල්ගී වර්ධනය තරමක් අඩු විය. කෙසේ වෙතත්, මතුපිට සමඟ දිගුකාලීන අන්තර්ක්‍රියාවක් මත, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene නැනෝ ෆ්ලේක් ඔක්සිකරණය කර NbO සහ Nb2O5 බවට තවදුරටත් දිරාපත් විය. මෙම ඔක්සයිඩ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලට විෂ සහිත නොවන බැවින්, ඒවා පැය 72 ක ජල පිරිපහදුවකින් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී තවදුරටත් යථා තත්ත්වයට පත් කරන අවශෝෂණ යාන්ත්‍රණයක් මගින් Nb ඔක්සයිඩ් නැනෝ අංශු පරිභෝජනය කරයි. අවශෝෂණය හා සම්බන්ධ පෝෂ්‍ය පදාර්ථවල බලපෑම් සෛල පරිමාව වැඩිවීම, ඒවායේ සුමට හැඩය සහ වර්ධන වේගය වෙනස් වීම තුළින් ද පිළිබිඹු වේ. මෙම සොයාගැනීම් මත පදනම්ව, මිරිදිය පරිසර පද්ධතිවල Nb-පාදක MXenes කෙටි කාලීනව සහ දිගු කාලීනව පැවතීම සුළු පාරිසරික බලපෑම් පමණක් ඇති කළ හැකි බව අපි නිගමනය කරමු. ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය ආදර්ශ පද්ධති ලෙස භාවිතා කරමින්, සියුම්-කැටිති ද්‍රව්‍යවල පවා හැඩයේ පරිවර්තනය නිරීක්ෂණය කිරීමේ හැකියාව අපි පෙන්නුම් කරන බව සැලකිය යුතු කරුණකි. සමස්තයක් වශයෙන්, මෙම අධ්‍යයනය 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්ම යාන්ත්‍රණය මෙහෙයවන මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා ආශ්‍රිත ක්‍රියාවලීන් පිළිබඳ වැදගත් මූලික ප්‍රශ්නයකට පිළිතුරු සපයන අතර අකාබනික ස්ඵටිකරූපී නැනෝ ද්‍රව්‍යවල පාරිසරික බලපෑම පිළිබඳ තවදුරටත් කෙටි කාලීන සහ දිගු කාලීන අධ්‍යයනයන් සඳහා පදනමක් සපයයි.
නැනෝ ද්‍රව්‍ය සොයාගැනීමෙන් පසු විශාල උනන්දුවක් ජනිත කර ඇති අතර, විවිධ නැනෝ තාක්ෂණයන් මෑතකදී නවීකරණ අදියරකට පිවිස ඇත1. අවාසනාවකට මෙන්, එදිනෙදා යෙදුම්වලට නැනෝ ද්‍රව්‍ය ඒකාබද්ධ කිරීම නුසුදුසු බැහැර කිරීම, නොසැලකිලිමත් ලෙස හැසිරවීම හෝ ප්‍රමාණවත් නොවන ආරක්ෂිත යටිතල පහසුකම් හේතුවෙන් අහම්බෙන් මුදා හැරීමට හේතු විය හැක. එබැවින්, ද්විමාන (2D) නැනෝ ද්‍රව්‍ය ඇතුළු නැනෝ ද්‍රව්‍ය ස්වභාවික පරිසරයට මුදා හැරිය හැකි බව උපකල්පනය කිරීම සාධාරණ වන අතර, ඒවායේ හැසිරීම සහ ජීව විද්‍යාත්මක ක්‍රියාකාරකම් තවමත් සම්පූර්ණයෙන් වටහාගෙන නොමැත. එබැවින්, පරිසර විෂ සහිත බව පිළිබඳ ගැටළු 2D නැනෝ ද්‍රව්‍ය ජලජ පද්ධතිවලට කාන්දු වීමේ හැකියාව කෙරෙහි අවධානය යොමු කර තිබීම පුදුමයක් නොවේ2,3,4,5,6. මෙම පරිසර පද්ධතිවල, සමහර 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවලට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඇතුළු විවිධ කුසලාන මට්ටම්වල විවිධ ජීවීන් සමඟ අන්තර් ක්‍රියා කළ හැකිය.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී යනු මිරිදිය සහ සමුද්‍ර පරිසර පද්ධතිවල ස්වභාවිකව දක්නට ලැබෙන ප්‍රාථමික ජීවීන් වන අතර ඒවා ප්‍රභාසංස්ලේෂණය හරහා විවිධ රසායනික නිෂ්පාදන නිපදවයි7. එබැවින්, ඒවා ජලජ පරිසර පද්ධති සඳහා ඉතා වැදගත් වේ8,9,10,11,12 නමුත් සංවේදී, මිල අඩු සහ පරිසර විෂ බව පිළිබඳ බහුලව භාවිතා වන දර්ශක ද වේ13,14. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වේගයෙන් ගුණ කරන අතර විවිධ සංයෝග පැවතීමට ඉක්මනින් ප්‍රතිචාර දක්වන බැවින්, කාබනික ද්‍රව්‍යවලින් දූෂිත වූ ජලය පිරිපහදු කිරීම සඳහා පරිසර හිතකාමී ක්‍රම සංවර්ධනය කිරීම සඳහා ඒවා පොරොන්දු වේ15,16.
ඇල්ගී සෛල වලට ජෛව අවශෝෂණය සහ සමුච්චය කිරීම හරහා ජලයෙන් අකාබනික අයන ඉවත් කළ හැකිය17,18. ක්ලෝරෙල්ලා, ඇනබේනා ඉන්වර්, වෙස්ටියෙලොප්සිස් ප්‍රොලිෆා, ස්ටයිජියෝක්ලෝනියම් ටෙනියු සහ සයිනෙකොකොකස් එස්පී වැනි සමහර ඇල්ගී විශේෂ. එය Fe2+, Cu2+, Zn2+ සහ Mn2+19 වැනි විෂ සහිත ලෝහ අයන රැගෙන යන බවත් පෝෂණය කරන බවත් සොයාගෙන ඇත. වෙනත් අධ්‍යයනවලින් පෙන්වා දී ඇත්තේ Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ හෝ Pb2+ අයන සෛල රූප විද්‍යාව වෙනස් කිරීමෙන් සහ ඒවායේ ක්ලෝරෝප්ලාස්ට් විනාශ කිරීමෙන් Scenedesmus වර්ධනය සීමා කරන බවයි20,21.
කාබනික දූෂක දිරාපත්වීම සහ බැර ලෝහ අයන ඉවත් කිරීම සඳහා හරිත ක්‍රම ලොව පුරා විද්‍යාඥයින්ගේ සහ ඉංජිනේරුවන්ගේ අවධානය ආකර්ෂණය කර ගෙන ඇත. මෙයට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතු වී ඇත්තේ මෙම දූෂක ද්‍රව අවධියේදී පහසුවෙන් සැකසිය හැකි වීමයි. කෙසේ වෙතත්, අකාබනික ස්ඵටිකරූපී දූෂක අඩු ජල ද්‍රාව්‍යතාවයකින් සහ විවිධ ජෛව පරිවර්තනයන්ට අඩු සංවේදීතාවයකින් සංලක්ෂිත වන අතර එමඟින් ප්‍රතිකර්ම කිරීමේදී විශාල දුෂ්කරතා ඇති වන අතර මෙම ක්ෂේත්‍රයේ සුළු ප්‍රගතියක් ලබා ඇත22,23,24,25,26. මේ අනුව, නැනෝ ද්‍රව්‍ය අලුත්වැඩියා කිරීම සඳහා පරිසර හිතකාමී විසඳුම් සෙවීම සංකීර්ණ හා ගවේෂණය නොකළ ප්‍රදේශයක් ලෙස පවතී. 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව පරිවර්තනයේ බලපෑම් සම්බන්ධයෙන් ඉහළ අවිනිශ්චිතතාවයක් හේතුවෙන්, අඩු කිරීමේදී ඒවායේ හායනය විය හැකි මාර්ග සොයා ගැනීමට පහසු ක්‍රමයක් නොමැත.
මෙම අධ්‍යයනයේ දී, අපි අකාබනික සෙරමික් ද්‍රව්‍ය සඳහා ක්‍රියාකාරී ජලීය ජෛව ප්‍රතිකර්ම කාරකයක් ලෙස හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී භාවිතා කළ අතර, අකාබනික සෙරමික් ද්‍රව්‍යවල නියෝජිතයෙකු ලෙස MXene හි පිරිහීමේ ක්‍රියාවලිය ස්ථානීයව නිරීක්ෂණය කිරීම සමඟ ඒකාබද්ධ විය. "MXene" යන පදය Mn+1XnTx ද්‍රව්‍යයේ ස්ටොයිකියෝමිතිය පිළිබිඹු කරයි, එහිදී M යනු මුල් සංක්‍රාන්ති ලෝහයකි, X කාබන් සහ/හෝ නයිට්‍රජන් වේ, Tx යනු මතුපිට පර්යන්තයකි (උදා: -OH, -F, -Cl), සහ n = 1, 2, 3 හෝ 427.28. නගුයිබ් සහ වෙනත් අය විසින් MXenes සොයා ගැනීමෙන් පසුව. සංවේදක, පිළිකා චිකිත්සාව සහ පටල පෙරීම 27,29,30. ඊට අමතරව, MXenes ඒවායේ විශිෂ්ට කොලොයිඩල් ස්ථායිතාව සහ හැකි ජීව විද්‍යාත්මක අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ආදර්ශ 2D පද්ධති ලෙස සැලකිය හැකිය31,32,33,34,35,36.
එමනිසා, මෙම ලිපියේ සංවර්ධනය කරන ලද ක්‍රමවේදය සහ අපගේ පර්යේෂණ උපකල්පන රූපය 1 හි දක්වා ඇත. මෙම කල්පිතයට අනුව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටට අදාළ භෞතික-රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් Nb-පාදක MXenes විෂ නොවන සංයෝග බවට හායනය කරයි, එමඟින් ඇල්ගී තවදුරටත් යථා තත්ත්වයට පත් වේ. මෙම කල්පිතය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, මුල් නයෝබියම්-පාදක සංක්‍රාන්ති ලෝහ කාබයිඩ් සහ/හෝ නයිට්‍රයිඩ් (MXenes) පවුලේ සාමාජිකයින් දෙදෙනෙකු, එනම් Nb2CTx සහ Nb4C3TX තෝරා ගන්නා ලදී.
හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Raphidocelis subcapitata මගින් MXene ප්‍රතිසාධනය සඳහා පර්යේෂණ ක්‍රමවේදය සහ සාක්ෂි මත පදනම් වූ උපකල්පන. මෙය සාක්ෂි මත පදනම් වූ උපකල්පනවල ක්‍රමානුකූල නිරූපණයක් පමණක් බව කරුණාවෙන් සලකන්න. වැවේ පරිසරය භාවිතා කරන පෝෂක මාධ්‍යය සහ කොන්දේසි අනුව වෙනස් වේ (උදා: දෛනික චක්‍රය සහ ලබා ගත හැකි අත්‍යවශ්‍ය පෝෂ්‍ය පදාර්ථවල සීමාවන්). BioRender.com සමඟ නිර්මාණය කරන ලදී.
එබැවින්, MXene ආදර්ශ පද්ධතියක් ලෙස භාවිතා කිරීමෙන්, අනෙකුත් සාම්ප්‍රදායික නැනෝ ද්‍රව්‍ය සමඟ නිරීක්ෂණය කළ නොහැකි විවිධ ජීව විද්‍යාත්මක බලපෑම් අධ්‍යයනයට අපි දොර විවර කර ඇත්තෙමු. විශේෂයෙන්, රෆිඩොසෙලිස් උපකැපිටාටා ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නයෝබියම් මත පදනම් වූ MXenes වැනි ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය ජෛව ප්‍රතිකර්ම කිරීමේ හැකියාව අපි පෙන්නුම් කරමු. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට Nb-MXenes විෂ නොවන ඔක්සයිඩ NbO සහ Nb2O5 බවට පිරිහීමට හැකි වන අතර එමඟින් නයෝබියම් අවශෝෂණය කිරීමේ යාන්ත්‍රණය හරහා පෝෂ්‍ය පදාර්ථ ද සපයයි. සමස්තයක් වශයෙන්, මෙම අධ්‍යයනය ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍යවල ජෛව ප්‍රතිකර්මයේ යාන්ත්‍රණයන් පාලනය කරන මතුපිට භෞතික රසායනික අන්තර්ක්‍රියා හා සම්බන්ධ ක්‍රියාවලීන් පිළිබඳ වැදගත් මූලික ප්‍රශ්නයකට පිළිතුරු සපයයි. ඊට අමතරව, 2D නැනෝ ද්‍රව්‍යවල හැඩයේ සියුම් වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය කිරීම සඳහා අපි සරල හැඩ-පරාමිතිය මත පදනම් වූ ක්‍රමයක් සංවර්ධනය කරමින් සිටිමු. මෙය අකාබනික ස්ඵටික නැනෝ ද්‍රව්‍යවල විවිධ පාරිසරික බලපෑම් පිළිබඳව කෙටි කාලීන සහ දිගු කාලීන පර්යේෂණ සඳහා තවදුරටත් පෙළඹවීමක් ඇති කරයි. මේ අනුව, අපගේ අධ්‍යයනය ද්‍රව්‍ය මතුපිට සහ ජීව විද්‍යාත්මක ද්‍රව්‍ය අතර අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ අවබෝධය වැඩි කරයි. මිරිදිය පරිසර පද්ධති කෙරෙහි ඒවායේ ඇති විය හැකි බලපෑම් පිළිබඳ පුළුල් කෙටිකාලීන සහ දිගු කාලීන අධ්‍යයනයන් සඳහා පදනම ද අපි සපයන්නෙමු, ඒවා දැන් පහසුවෙන් සත්‍යාපනය කළ හැකිය.
MXenes අද්විතීය හා ආකර්ශනීය භෞතික හා රසායනික ගුණාංග සහිත රසවත් ද්‍රව්‍ය පන්තියක් නියෝජනය කරන අතර එම නිසා බොහෝ විභව යෙදුම් ඇත. මෙම ගුණාංග බොහෝ දුරට ඒවායේ ස්ටොයිකියෝමිතිය සහ මතුපිට රසායන විද්‍යාව මත රඳා පවතී. එබැවින්, අපගේ අධ්‍යයනයේ දී, මෙම නැනෝ ද්‍රව්‍යවල විවිධ ජීව විද්‍යාත්මක බලපෑම් නිරීක්ෂණය කළ හැකි බැවින්, අපි Nb-පාදක ධූරාවලි තනි ස්ථර (SL) MXenes වර්ග දෙකක්, Nb2CTx සහ Nb4C3TX විමර්ශනය කළෙමු. MXenes ඒවායේ ආරම්භක ද්‍රව්‍ය වලින් නිපදවනු ලබන්නේ පරමාණුක වශයෙන් තුනී MAX-අදියර A-ස්ථරවල ඉහළ-පහළ තෝරාගත් කැටයම් කිරීමෙනි. MAX අදියර යනු සංක්‍රාන්ති ලෝහ කාබයිඩ්වල "බන්ධිත" කුට්ටි සහ MnAXn-1 ස්ටොයිකියෝමිතිය සමඟ Al, Si සහ Sn වැනි "A" මූලද්‍රව්‍යවල තුනී ස්ථර වලින් සමන්විත ත්‍රිත්ව පිඟන් මැටි වර්ගයකි. ආරම්භක MAX අවධියේ රූප විද්‍යාව ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (SEM) ස්කෑන් කිරීම මගින් නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර එය පෙර අධ්‍යයනයන්ට අනුකූල විය (අතිරේක තොරතුරු, SI, රූපය S1 බලන්න). 48% HF (හයිඩ්‍රොෆ්ලෝරික් අම්ලය) සමඟ Al ස්ථරය ඉවත් කිරීමෙන් පසු බහු ස්ථර (ML) Nb-MXene ලබා ගන්නා ලදී. ML-Nb2CTx සහ ML-Nb4C3TX වල රූප විද්‍යාව ස්කෑන් කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (SEM) මගින් පරීක්ෂා කරන ලදී (රූප S1c සහ S1d පිළිවෙලින්) සහ සාමාන්‍ය ස්ථර MXene රූප විද්‍යාවක් නිරීක්ෂණය කරන ලදී, එය දිගටි සිදුරු වැනි සිදුරු හරහා ගමන් කරන ද්විමාන නැනෝ ෆ්ලේක් වලට සමාන වේ. Nb-MXenes දෙකම මීට පෙර අම්ල කැටයම් මගින් සංස්ලේෂණය කරන ලද MXene අදියර සමඟ බොහෝ සමානකම් දක්වයි27,38. MXene හි ව්‍යුහය තහවුරු කිරීමෙන් පසු, අපි එය ටෙට්‍රාබියුටිලමෝනියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් (TBAOH) අන්තර්කලනය කිරීමෙන් පසුව සේදීම සහ ශබ්ද නාශක මගින් ස්ථර කළෙමු, ඉන්පසු අපි තනි ස්ථර හෝ අඩු ස්ථර (SL) 2D Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් ලබා ගත්තෙමු.
කැටයම් කිරීමේ සහ තවදුරටත් පීල් කිරීමේ කාර්යක්ෂමතාව පරීක්ෂා කිරීම සඳහා අපි අධි විභේදන සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (HRTEM) සහ X-කිරණ විවර්තනය (XRD) භාවිතා කළෙමු. ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් ට්‍රාන්ස්ෆෝම් (IFFT) සහ වේගවත් ෆූරියර් ට්‍රාන්ස්ෆෝම් (FFT) භාවිතයෙන් සකසන ලද HRTEM ප්‍රතිඵල රූපය 2 හි දක්වා ඇත. පරමාණුක ස්ථරයේ ව්‍යුහය පරීක්ෂා කිරීමට සහ අන්තර් තල දුර මැනීමට Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් ඉහළට නැඹුරු කරන ලදී. Naguib et al.27 සහ Jastrzębska et al.38 විසින් කලින් වාර්තා කරන ලද පරිදි MXene Nb2CTx සහ Nb4C3TX නැනෝ ෆ්ලේක් වල HRTEM රූප ඒවායේ පරමාණුක වශයෙන් තුනී ස්ථර ස්වභාවය හෙළි කළේය (රූපය 2a1, a2 බලන්න). යාබද Nb2CTx සහ Nb4C3Tx ඒකස්ථර දෙකක් සඳහා, අපි පිළිවෙලින් 0.74 සහ 1.54 nm අන්තර් ස්ථර දුර තීරණය කළෙමු (රූප 2b1,b2), එය අපගේ පෙර ප්‍රතිඵල සමඟ ද එකඟ වේ38. Nb2CTx සහ Nb4C3Tx ඒකස්ථර අතර දුර පෙන්වන ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් පරිවර්තනය (රූපය 2c1, c2) සහ වේගවත් ෆූරියර් පරිවර්තනය (රූපය 2d1, d2) මගින් මෙය තවදුරටත් තහවුරු කරන ලදී. රූපයේ දැක්වෙන්නේ නයෝබියම් සහ කාබන් පරමාණු වලට අනුරූප වන ආලෝක සහ අඳුරු පටිවල ප්‍රත්‍යාවර්තයක් වන අතර එය අධ්‍යයනය කරන ලද MXenes වල ස්ථර ස්වභාවය සනාථ කරයි. Nb2CTx සහ Nb4C3Tx සඳහා ලබාගත් ශක්ති විසරණ එක්ස් කිරණ වර්ණාවලීක්ෂය (EDX) වර්ණාවලීක්ෂය (රූප S2a සහ S2b) මුල් MAX අවධියේ ඉතිරිව නොතිබූ බැවින්, Al උච්චය අනාවරණය නොවූ බැවින් එය සටහන් කිරීම වැදගත්ය.
SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXene නැනෝෆ්ලේක් වල ලක්ෂණ, (a) අධි විභේදන ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (HRTEM) පැති දර්ශන 2D නැනෝෆ්ලේක් රූපකරණය සහ අනුරූප, (b) තීව්‍රතා මාදිලිය, (c) ප්‍රතිලෝම වේගවත් ෆූරියර් පරිණාමනය (IFFT), (d) වේගවත් ෆූරියර් පරිණාමනය (FFT), (e) Nb-MXenes එක්ස්-රේ රටා ඇතුළුව. SL 2D Nb2CTx සඳහා, සංඛ්‍යා (a1, b1, c1, d1, e1) ලෙස ප්‍රකාශ වේ. SL 2D Nb4C3Tx සඳහා, සංඛ්‍යා (a2, b2, c2, d2, e1) ලෙස ප්‍රකාශ වේ.
SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXenes වල X-කිරණ විවර්තන මිනුම් පිළිවෙලින් රූප 2e1 සහ e2 හි දක්වා ඇත. 4.31 සහ 4.32 හි උච්ච (002) පිළිවෙලින් කලින් විස්තර කරන ලද ස්ථර MXenes Nb2CTx සහ Nb4C3TX38,39,40,41 වලට අනුරූප වේ. XRD ප්‍රතිඵල මඟින් සමහර අවශේෂ ML ව්‍යුහයන් සහ MAX අදියරවල පැවැත්ම ද පෙන්නුම් කරයි, නමුත් බොහෝ විට SL Nb4C3Tx සමඟ සම්බන්ධ XRD රටා (රූපය 2e2). MAX අවධියේ කුඩා අංශු පැවතීම අහඹු ලෙස ගොඩගැසූ Nb4C3Tx ස්ථරවලට සාපේක්ෂව ශක්තිමත් MAX උච්චය පැහැදිලි කළ හැකිය.
තවදුරටත් පර්යේෂණ R. subcapitata විශේෂයට අයත් හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කෙරෙහි අවධානය යොමු කර ඇත. අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී තෝරා ගත්තේ ඒවා ප්‍රධාන ආහාර ජාලවලට සම්බන්ධ වැදගත් නිෂ්පාදකයින් වන බැවිනි42. ආහාර දාමයේ ඉහළ මට්ටම්වලට ගෙන යන විෂ සහිත ද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීමේ හැකියාව නිසා ඒවා විෂ වීම පිළිබඳ හොඳම දර්ශකයකි43. ඊට අමතරව, R. subcapitata පිළිබඳ පර්යේෂණ මගින් SL Nb-MXenes වල සාමාන්‍ය මිරිදිය ක්ෂුද්‍ර ජීවීන්ට අහඹු විෂ වීම පිළිබඳව ආලෝකය විහිදුවිය හැකිය. මෙය නිදර්ශනය කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් උපකල්පනය කළේ එක් එක් ක්ෂුද්‍ර ජීවියාට පරිසරයේ පවතින විෂ සහිත සංයෝගවලට වෙනස් සංවේදීතාවයක් ඇති බවයි. බොහෝ ජීවීන් සඳහා, අඩු සාන්ද්‍රණ ද්‍රව්‍ය ඔවුන්ගේ වර්ධනයට බලපාන්නේ නැත, නමුත් යම් සීමාවකට වඩා වැඩි සාන්ද්‍රණයන් ඒවා වළක්වයි හෝ මරණයට පවා හේතු විය හැක. එබැවින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ MXenes අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා සහ ඒ ආශ්‍රිත ප්‍රකෘතිය පිළිබඳ අපගේ අධ්‍යයනයන් සඳහා, Nb-MXenes හි හානිකර සහ විෂ සහිත සාන්ද්‍රණයන් පරීක්ෂා කිරීමට අපි තීරණය කළෙමු. මෙය සිදු කිරීම සඳහා, අපි 0 (යොමුවක් ලෙස), 0.01, 0.1 සහ 10 mg l-1 MXene සාන්ද්‍රණයන් සහ ඊට අමතරව MXene (100 mg l-1 MXene) ඉතා ඉහළ සාන්ද්‍රණයක් සහිත ආසාදිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පරීක්ෂා කළෙමු, එය ඕනෑම ජීව විද්‍යාත්මක පරිසරයකට අතිශයින්ම හා මාරාන්තික විය හැකිය. .
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මත SL Nb-MXenes වල බලපෑම රූපය 3 හි දක්වා ඇති අතර එය 0 mg l-1 සාම්පල සඳහා මනින ලද වර්ධන ප්‍රවර්ධන (+) හෝ නිෂේධනය (-) ප්‍රතිශතයක් ලෙස ප්‍රකාශ වේ. සංසන්දනය කිරීම සඳහා, Nb-MAX අවධිය සහ ML Nb-MXenes ද පරීක්ෂා කරන ලද අතර ප්‍රතිඵල SI හි දක්වා ඇත (රූපය S3 බලන්න). ලබාගත් ප්‍රතිඵල මගින් තහවුරු වූයේ රූපය 3a,b හි පෙන්වා ඇති පරිදි 0.01 සිට 10 mg/l දක්වා අඩු සාන්ද්‍රණ පරාසය තුළ SL Nb-MXenes විෂ සහිත බව සම්පූර්ණයෙන්ම පාහේ නොමැති බවයි. Nb2CTx සම්බන්ධයෙන්, නිශ්චිත පරාසය තුළ 5% ට වඩා පරිසර විෂ සහිත බවක් අපි නිරීක්ෂණය නොකළෙමු.
SL (a) Nb2CTx සහ (b) Nb4C3TX MXene ඉදිරියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනය උත්තේජනය කිරීම (+) හෝ නිෂේධනය කිරීම (-). MXene-ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අන්තර්ක්‍රියාවේ පැය 24, 48 සහ 72 විශ්ලේෂණය කරන ලදී. සැලකිය යුතු දත්ත (t-පරීක්ෂණය, p < 0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත. සැලකිය යුතු දත්ත (t-පරීක්ෂණය, p < 0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත. Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). සැලකිය යුතු දත්ත (t-පරීක්ෂණය, p < 0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත.重要数据（t 检验，p <0.05）用星号(*) 标记。重要数据（t 检验，p <0.05）用星号(*) 标记。 Важные данные (t-test, p <0,05) отмечены звездочкой (*). වැදගත් දත්ත (t-පරීක්ෂණය, p < 0.05) තරු ලකුණකින් (*) සලකුණු කර ඇත.රතු ඊතල මඟින් නිෂේධනීය උත්තේජනය අහෝසි කිරීම පෙන්නුම් කරයි.
අනෙක් අතට, Nb4C3TX හි අඩු සාන්ද්‍රණයන් තරමක් විෂ සහිත බව පෙනී ගිය නමුත් 7% ට වඩා වැඩි නොවේ. අපේක්ෂා කළ පරිදි, 100mg L-1 හි MXenes වලට වැඩි විෂ සහිත බවක් සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන නිෂේධනයක් ඇති බව අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු. සිත්ගන්නා කරුණ නම්, MAX හෝ ML සාම්පල හා සසඳන විට කිසිදු ද්‍රව්‍යයක් විෂ සහිත/විෂ සහිත බලපෑම්වල එකම ප්‍රවණතාවය සහ කාල යැපීම පෙන්නුම් කළේ නැත (විස්තර සඳහා SI බලන්න). MAX අවධිය සඳහා (රූපය S3 බලන්න) විෂ වීම ආසන්න වශයෙන් 15-25% දක්වා ළඟා වූ අතර කාලයත් සමඟ වැඩි වූ අතර, SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX MXene සඳහා ප්‍රතිලෝම ප්‍රවණතාවය නිරීක්ෂණය විය. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනය නිෂේධනය කාලයත් සමඟ අඩු විය. එය පැය 24 කට පසු ආසන්න වශයෙන් 17% දක්වා ළඟා වූ අතර පැය 72 කට පසු 5% ට වඩා අඩු විය (රූපය 3a, b, පිළිවෙලින්).
වඩාත් වැදගත් දෙය නම්, SL Nb4C3TX සඳහා, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන නිෂේධනය පැය 24 කට පසු 27% ක් පමණ ළඟා වූ නමුත් පැය 72 කට පසු එය 1% දක්වා අඩු විය. එබැවින්, අපි නිරීක්ෂණය කරන ලද බලපෑම උත්තේජනයේ ප්‍රතිලෝම නිෂේධනය ලෙස ලේබල් කළ අතර, SL Nb4C3TX MXene සඳහා බලපෑම වඩාත් ශක්තිමත් විය. SL Nb2CTx MXene හා සසඳන විට Nb4C3TX (පැය 24 ක් සඳහා 10 mg L-1 හි අන්තර්ක්‍රියා) සමඟ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනයේ උත්තේජනය කලින් සටහන් විය. ජෛව ස්කන්ධ දෙගුණ කිරීමේ අනුපාත වක්‍රයේ ද නිෂේධන-උත්තේජන ප්‍රතිවර්තන බලපෑම හොඳින් පෙන්නුම් කර ඇත (විස්තර සඳහා රූපය S4 බලන්න). මේ දක්වා, Ti3C2TX MXene හි පරිසර විෂ වීම පමණක් විවිධ ආකාරවලින් අධ්‍යයනය කර ඇත. එය සීබ්‍රාෆිෂ් කළල සඳහා විෂ සහිත නොවේ44 නමුත් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඩෙස්මෝඩෙස්මස් ක්වඩ්‍රිකාඩා සහ සෝර්ගම් සැචරටම් ශාක සඳහා මධ්‍යස්ථ පරිසර විෂ සහිත වේ45. නිශ්චිත බලපෑම් සඳහා වෙනත් උදාහරණ අතර සාමාන්‍ය සෛල රේඛා වලට වඩා පිළිකා සෛල රේඛා වලට ඉහළ විෂ වීම ඇතුළත් වේ46,47. පරීක්ෂණ තත්ත්වයන් Nb-MXenes ඉදිරියේ නිරීක්ෂණය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධනයේ වෙනස්කම් වලට බලපානු ඇතැයි උපකල්පනය කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, RuBisCO එන්සයිමයේ කාර්යක්ෂම ක්‍රියාකාරිත්වය සඳහා ක්ලෝරෝප්ලාස්ට් ස්ට්‍රෝමාවේ pH අගය 8 ක් පමණ ප්‍රශස්ත වේ. එබැවින්, pH වෙනස්කම් ප්‍රභාසංස්ලේෂණ අනුපාතයට ඍණාත්මක ලෙස බලපායි48,49. කෙසේ වෙතත්, අත්හදා බැලීම අතරතුර pH අගයෙහි සැලකිය යුතු වෙනස්කම් අපි නිරීක්ෂණය කළේ නැත (විස්තර සඳහා SI, රූපය S5 බලන්න). සාමාන්‍යයෙන්, Nb-MXenes සහිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සංස්කෘතීන් කාලයත් සමඟ ද්‍රාවණයේ pH අගය තරමක් අඩු කළේය. කෙසේ වෙතත්, මෙම අඩුවීම පිරිසිදු මාධ්‍යයක pH අගයෙහි වෙනසක් හා සමාන විය. ඊට අමතරව, සොයාගත් වෙනස්කම් පරාසය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල පිරිසිදු සංස්කෘතියක් සඳහා මනින ලද ප්‍රමාණයට සමාන විය (පාලන නියැදිය). මේ අනුව, කාලයත් සමඟ pH අගයෙහි වෙනස්කම් මගින් ප්‍රභාසංස්ලේෂණයට බලපෑමක් සිදු නොවන බව අපි නිගමනය කරමු.
ඊට අමතරව, සංස්ලේෂණය කරන ලද MXenes වලට මතුපිට අවසානයන් ඇත (Tx ලෙස දැක්වේ). මේවා ප්‍රධාන වශයෙන් ක්‍රියාකාරී කාණ්ඩ -O, -F සහ -OH වේ. කෙසේ වෙතත්, මතුපිට රසායන විද්‍යාව සංස්ලේෂණ ක්‍රමයට සෘජුවම සම්බන්ධ වේ. මෙම කණ්ඩායම් මතුපිට පුරා අහඹු ලෙස බෙදා හරින බව දන්නා අතර, MXene50 හි ගුණාංග කෙරෙහි ඒවායේ බලපෑම පුරෝකථනය කිරීම දුෂ්කර කරයි. ආලෝකය මගින් නයෝබියම් ඔක්සිකරණය සඳහා Tx උත්ප්‍රේරක බලය විය හැකි බව තර්ක කළ හැකිය. මතුපිට ක්‍රියාකාරී කණ්ඩායම් ඇත්ත වශයෙන්ම විෂම සන්ධි සෑදීම සඳහා ඒවායේ යටින් පවතින ප්‍රකාශ උත්ප්‍රේරක සඳහා බහු නැංගුරම් ස්ථාන සපයයි. කෙසේ වෙතත්, වර්ධන මාධ්‍ය සංයුතිය ඵලදායී ප්‍රකාශ උත්ප්‍රේරකයක් ලබා දුන්නේ නැත (සවිස්තරාත්මක මාධ්‍ය සංයුතිය SI වගුව S6 හි සොයාගත හැකිය). ඊට අමතරව, ඕනෑම මතුපිට වෙනස් කිරීමක් ද ඉතා වැදගත් වේ, මන්ද ස්ථර පසු සැකසුම්, ඔක්සිකරණය, කාබනික සහ අකාබනික සංයෝගවල රසායනික මතුපිට වෙනස් කිරීම52,53,54,55,56 හෝ මතුපිට ආරෝපණ ඉංජිනේරු විද්‍යාව38 හේතුවෙන් MXenes වල ජීව විද්‍යාත්මක ක්‍රියාකාරකම් වෙනස් කළ හැකිය. එබැවින්, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් මාධ්‍යයේ ද්‍රව්‍යමය අස්ථාවරත්වය සමඟ සම්බන්ධයක් තිබේද යන්න පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන මාධ්‍යයේ සහ ඩයෝනීකරණය කළ ජලයේ සීටා (ζ) විභවය පිළිබඳ අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු (සංසන්දනය සඳහා). අපගේ ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ SL Nb-MXenes තරමක් ස්ථායී බවයි (MAX සහ ML ප්‍රතිඵල සඳහා SI රූපය S6 බලන්න). SL MXenes හි සීටා විභවය -10 mV පමණ වේ. SR Nb2CTx සම්බන්ධයෙන්, ζ හි අගය Nb4C3Tx ට වඩා තරමක් සෘණ වේ. ζ අගයෙහි එවැනි වෙනසක් සෘණ ආරෝපිත MXene නැනෝෆ්ලේක් මතුපිට සංස්කෘතික මාධ්‍යයෙන් ධන ආරෝපිත අයන අවශෝෂණය කරන බව පෙන්නුම් කළ හැකිය. සංස්කෘතික මාධ්‍යයේ Nb-MXenes හි සීටා විභවය සහ සන්නායකතාවය පිළිබඳ තාවකාලික මිනුම් (වැඩි විස්තර සඳහා SI හි රූප S7 සහ S8 බලන්න) අපගේ උපකල්පනයට සහාය වන බව පෙනේ.
කෙසේ වෙතත්, Nb-MXene SL දෙකම ශුන්‍යයේ සිට අවම වෙනස්කම් පෙන්නුම් කළේය. මෙය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වර්ධන මාධ්‍යයේ ඒවායේ ස්ථායිතාව පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරයි. ඊට අමතරව, අපගේ හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පැවතීම මාධ්‍යයේ Nb-MXenes වල ස්ථායිතාවයට බලපාන්නේද යන්න අපි තක්සේරු කළෙමු. කාලයත් සමඟ පෝෂක මාධ්‍ය සහ සංස්කෘතියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු MXenes වල සීටා විභවය සහ සන්නායකතාවයේ ප්‍රතිඵල SI හි සොයාගත හැකිය (රූප සටහන් S9 සහ S10). සිත්ගන්නා කරුණ නම්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පැවතීම MXenes දෙකෙහිම විසරණය ස්ථාවර කරන බව අපට පෙනුණි. Nb2CTx SL සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, සීටා විභවය කාලයත් සමඟ වඩාත් සෘණ අගයන් දක්වා තරමක් අඩු විය (-15.8 සහ -19.1 mV පැය 72 පුර්ව ලියාපදිංචි තක්සේරු කිරීමෙන් පසු). SL Nb4C3TX හි සීටා විභවය තරමක් වැඩි වූ නමුත් පැය 72 කට පසුව එය තවමත් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී නොමැතිව නැනෝ ෆ්ලේක් වලට වඩා ඉහළ ස්ථායිතාවයක් පෙන්නුම් කළේය (-18.1 එදිරිව -9.1 mV).
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඉදිරියේ පුර්ව ලියාපදිංචි කරන ලද Nb-MXene ද්‍රාවණවල අඩු සන්නායකතාවක් ද අපට හමු විය, එය පෝෂක මාධ්‍යයේ අයන ප්‍රමාණය අඩු බව පෙන්නුම් කරයි. සැලකිය යුතු ලෙස, ජලයේ MXenes වල අස්ථාවරත්වය ප්‍රධාන වශයෙන් මතුපිට ඔක්සිකරණය නිසා වේ57. එබැවින්, හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කෙසේ හෝ Nb-MXene මතුපිට ඇති වූ ඔක්සයිඩ ඉවත් කර ඒවා සිදුවීම (MXene ඔක්සිකරණය) පවා වළක්වා ඇති බවට අපි සැක කරමු. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් අවශෝෂණය කරන ද්‍රව්‍ය වර්ග අධ්‍යයනය කිරීමෙන් මෙය දැකගත හැකිය.
අපගේ පරිසර විෂ විද්‍යාත්මක අධ්‍යයනයන් මගින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට කාලයත් සමඟ Nb-MXenes වල විෂ වීම සහ උත්තේජනය කරන ලද වර්ධනයේ අසාමාන්‍ය නිෂේධනය ජය ගැනීමට හැකි වූ බව පෙන්වා දී ඇතත්, අපගේ අධ්‍යයනයේ අරමුණ වූයේ ක්‍රියාකාරීත්වයේ යාන්ත්‍රණයන් විමර්ශනය කිරීමයි. ඇල්ගී වැනි ජීවීන් ඔවුන්ගේ පරිසර පද්ධතිවලට නුහුරු සංයෝග හෝ ද්‍රව්‍යවලට නිරාවරණය වන විට, ඒවා විවිධ ආකාරවලින් ප්‍රතික්‍රියා කළ හැකිය58,59. විෂ සහිත ලෝහ ඔක්සයිඩ් නොමැති විට, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට තමන්වම පෝෂණය කර ගත හැකි අතර, ඒවා අඛණ්ඩව වර්ධනය වීමට ඉඩ සලසයි60. විෂ සහිත ද්‍රව්‍ය ශරීරගත කිරීමෙන් පසු, හැඩය හෝ ස්වරූපය වෙනස් කිරීම වැනි ආරක්ෂක යාන්ත්‍රණ සක්‍රීය කළ හැකිය. අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාවද58,59 සලකා බැලිය යුතුය. විශේෂයෙන්, ආරක්ෂක යාන්ත්‍රණයක ඕනෑම ලකුණක් පරීක්ෂණ සංයෝගයේ විෂ බව පිළිබඳ පැහැදිලි දර්ශකයකි. එබැවින්, අපගේ වැඩිදුර කාර්යයේදී, SEM මගින් SL Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අතර ඇති විය හැකි මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා සහ X-කිරණ ප්‍රතිදීප්ත වර්ණාවලීක්ෂය (XRF) මගින් Nb-පාදක MXene අවශෝෂණය කර ගැනීම පිළිබඳව අපි විමර්ශනය කළෙමු. ක්‍රියාකාරකම් විෂ සහිත ගැටළු විසඳීම සඳහා SEM සහ XRF විශ්ලේෂණ සිදු කරන ලද්දේ MXene හි ඉහළම සාන්ද්‍රණයේදී පමණක් බව සලකන්න.
SEM ප්‍රතිඵල රූපය 4 හි දක්වා ඇත. ප්‍රතිකාර නොකළ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (රූපය 4a, යොමු නියැදිය බලන්න) සාමාන්‍ය R. උපකැපිටාටා රූප විද්‍යාව සහ ක්‍රොයිසන්ට් වැනි සෛල හැඩය පැහැදිලිව පෙන්නුම් කළේය. සෛල සමතලා වී තරමක් අසංවිධානාත්මකව පෙනේ. සමහර ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල අතිච්ඡාදනය වී එකිනෙකා සමඟ පැටලී ඇත, නමුත් මෙය බොහෝ විට නියැදි සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය නිසා ඇති වූවක් විය හැකිය. සාමාන්‍යයෙන්, පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සුමට මතුපිටක් තිබූ අතර කිසිදු රූප විද්‍යාත්මක වෙනසක් නොපෙන්වයි.
අධික සාන්ද්‍රණයකින් (100 mg L-1) පැය 72 ක අන්තර්ක්‍රියාවකින් පසු හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ MXene නැනෝ පත්‍ර අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියා පෙන්වන SEM රූප. (අ) SL (b) Nb2CTx සහ (c) Nb4C3TX MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ප්‍රතිකාර නොකළ හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී. Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් රතු ඊතල වලින් සලකුණු කර ඇති බව සලකන්න. සංසන්දනය කිරීම සඳහා, දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂයකින් ලබාගත් ඡායාරූප ද එකතු කරනු ලැබේ.
ඊට වෙනස්ව, SL Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් මගින් අවශෝෂණය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලට හානි සිදු විය (රූපය 4b, c, රතු ඊතල බලන්න). Nb2CTx MXene (රූපය 4b) සම්බන්ධයෙන්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සම්බන්ධිත ද්විමාන නැනෝ පරිමාණයන් සමඟ වර්ධනය වීමට නැඹුරු වන අතර එමඟින් ඒවායේ රූප විද්‍යාව වෙනස් කළ හැකිය. සැලකිය යුතු ලෙස, අපි ආලෝක අන්වීක්ෂය යටතේ මෙම වෙනස්කම් ද නිරීක්ෂණය කළෙමු (විස්තර සඳහා SI රූපය S11 බලන්න). මෙම රූප විද්‍යාත්මක සංක්‍රාන්තිය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල කායික විද්‍යාවේ සහ සෛල පරිමාව වැඩි කිරීම වැනි සෛල රූප විද්‍යාව වෙනස් කිරීමෙන් තමන්ව ආරක්ෂා කර ගැනීමේ හැකියාව තුළ පිළිගත හැකි පදනමක් ඇත. එබැවින්, ඇත්ත වශයෙන්ම Nb-MXenes සමඟ සම්බන්ධ වී ඇති ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල ගණන පරීක්ෂා කිරීම වැදගත් වේ. SEM අධ්‍යයනවලින් පෙන්නුම් කළේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් ආසන්න වශයෙන් 52% ක් Nb-MXenes වලට නිරාවරණය වී ඇති අතර, මෙම ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් 48% ක් සම්බන්ධතාවෙන් වැළකී සිටි බවයි. SL Nb4C3Tx MXene සඳහා, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene සමඟ සම්බන්ධතා වළක්වා ගැනීමට උත්සාහ කරයි, එමඟින් ද්විමාන නැනෝ පරිමාණයන්ගෙන් ස්ථානගත වී වර්ධනය වේ (රූපය 4c). කෙසේ වෙතත්, නැනෝ පරිමාණ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල තුළට විනිවිද යාම සහ ඒවායේ හානිය අපි නිරීක්ෂණය කළේ නැත.
සෛල මතුපිට අංශු අවශෝෂණය සහ ඊනියා සෙවන (සෙවන) බලපෑම හේතුවෙන් ප්‍රභාසංස්ලේෂණය අවහිර වීමට ස්වයං-සංරක්ෂණය කාලය මත රඳා පවතින ප්‍රතිචාර හැසිරීමකි62. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ ආලෝක ප්‍රභවය අතර ඇති සෑම වස්තුවක්ම (උදාහරණයක් ලෙස, Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක්) ක්ලෝරෝප්ලාස්ට් මගින් අවශෝෂණය කරන ආලෝක ප්‍රමාණය සීමා කරන බව පැහැදිලිය. කෙසේ වෙතත්, මෙය ලබාගත් ප්‍රතිඵල කෙරෙහි සැලකිය යුතු බලපෑමක් ඇති කරන බවට අපට කිසිදු සැකයක් නැත. අපගේ අන්වීක්ෂීය නිරීක්ෂණවලින් පෙන්නුම් කරන පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල Nb-MXenes සමඟ සම්බන්ධ වූ විට පවා, 2D නැනෝ ෆ්ලේක් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටට සම්පූර්ණයෙන්ම ඔතා හෝ ඇලී නොතිබුණි. ඒ වෙනුවට, නැනෝ ෆ්ලේක් ඒවායේ මතුපිට ආවරණය නොකර ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වෙත නැඹුරු වී ඇති බව පෙනී ගියේය. එවැනි නැනෝ ෆ්ලේක්/ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කට්ටලයකට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් අවශෝෂණය කරන ආලෝක ප්‍රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස සීමා කළ නොහැක. එපමණක් නොව, සමහර අධ්‍යයනයන් මගින් ද්විමාන නැනෝ ද්‍රව්‍ය ඉදිරියේ ප්‍රභාසංස්ලේෂක ජීවීන් විසින් ආලෝකය අවශෝෂණය කිරීමේ දියුණුවක් පවා පෙන්නුම් කර ඇත63,64,65,66.
SEM රූප මගින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් නයෝබියම් අවශෝෂණය සෘජුවම තහවුරු කළ නොහැකි වූ බැවින්, අපගේ වැඩිදුර අධ්‍යයනය මෙම ගැටළුව පැහැදිලි කිරීම සඳහා X-කිරණ ප්‍රතිදීප්තතාව (XRF) සහ X-කිරණ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂය (XPS) විශ්ලේෂණය වෙත යොමු විය. එබැවින්, MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා නොකළ යොමු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පලවල Nb මුදුන්වල තීව්‍රතාවය, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මතුපිටින් වෙන් වූ MXene නැනෝෆ්ලේක් සහ අමුණා ඇති MXenes ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සංසන්දනය කළෙමු. Nb අවශෝෂණයක් නොමැති නම්, අමුණා ඇති නැනෝ පරිමාණයන් ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් ලබාගත් Nb අගය ශුන්‍ය විය යුතු බව සඳහන් කිරීම වටී. එබැවින්, Nb අවශෝෂණය සිදුවුවහොත්, XRF සහ XPS ප්‍රතිඵල දෙකම පැහැදිලි Nb මුදුනක් පෙන්විය යුතුය.
XRF වර්ණාවලි සම්බන්ධයෙන්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පල SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXene සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු SL Nb2CTx සහ Nb4C3Tx MXene සඳහා Nb උච්චයන් පෙන්නුම් කළේය (රූපය 5a බලන්න, MAX සහ ML MXenes සඳහා ප්‍රතිඵල SI, රූප S12–C17 හි දක්වා ඇති බව ද සලකන්න). සිත්ගන්නා කරුණ නම්, Nb උච්චයේ තීව්‍රතාවය අවස්ථා දෙකේදීම සමාන වේ (රූපය 5a හි රතු තීරු). මෙයින් පෙන්නුම් කළේ ඇල්ගී වලට වැඩි Nb අවශෝෂණය කර ගත නොහැකි බවත්, සෛල තුළ Nb සමුච්චය සඳහා උපරිම ධාරිතාව ලබා ගත් බවත්, නමුත් දෙගුණයක් Nb4C3Tx MXene ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලට සම්බන්ධ කර ඇත (රූපය 5a හි නිල් තීරු). සැලකිය යුතු ලෙස, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට ලෝහ අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව පරිසරයේ ලෝහ ඔක්සයිඩ සාන්ද්‍රණය මත රඳා පවතී67,68. Shamshada et al.67 සොයා ගත්තේ pH අගය වැඩි වීමත් සමඟ මිරිදිය ඇල්ගී වල අවශෝෂණ ධාරිතාව අඩු වන බවයි. Raize et al.68 සඳහන් කළේ මුහුදු පැලෑටි වලට ලෝහ අවශෝෂණය කර ගැනීමේ හැකියාව Ni2+ වලට වඩා Pb2+ සඳහා 25% ක් පමණ වැඩි බවයි.
(අ) SL Nb-MXenes (100 mg L-1) අධික සාන්ද්‍රණයකින් පැය 72ක් පුරාවට ඉන්කියුබේට් කරන ලද හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් බාසල් Nb අවශෝෂණය කිරීමේ XRF ප්‍රතිඵල. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (පාලන නියැදිය, අළු තීරු), මතුපිට ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා කරන ලද 2D නැනෝ ෆ්ලේක් (නිල් තීරු) සහ මතුපිටින් 2D නැනෝ ෆ්ලේක් වෙන් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල (රතු තීරු) තුළ α පවතින බවයි. මූලද්‍රව්‍ය Nb ප්‍රමාණය, (ආ) SL Nb-MXenes සමඟ ඉන්කියුබේට් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල පවතින ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කාබනික සංරචක (C=O සහ CHx/C–O) සහ Nb ඔක්සයිඩවල රසායනික සංයුතියේ ප්‍රතිශතය, (ඇ–ඊ) ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් අභ්‍යන්තරීකරණය කරන ලද XPS SL Nb2CTx වර්ණාවලියේ සහ (fh) SL Nb4C3Tx MXene හි සංයුති උච්චයේ ගැලපීම.
එබැවින්, ඔක්සයිඩ ආකාරයෙන් ඇල්ගල් සෛල මගින් Nb අවශෝෂණය කර ගත හැකි යැයි අපි අපේක්ෂා කළෙමු. මෙය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි MXenes Nb2CTx සහ Nb4C3TX සහ ඇල්ගී සෛල පිළිබඳ XPS අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු. ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා වූ Nb-MXenes සහ MXenes සමඟ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී අන්තර්ක්‍රියා කිරීමේ ප්‍රතිඵල රූප සටහන් 5b හි දක්වා ඇත. අපේක්ෂා කළ පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිටින් MXene ඉවත් කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පලවල Nb 3d උච්චයන් අපි අනාවරණය කර ගත්තෙමු. C=O, CHx/CO, සහ Nb ඔක්සයිඩ්වල ප්‍රමාණාත්මක නිර්ණය ගණනය කරන ලද්දේ ඉන්කියුබේටඩ් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලින් ලබාගත් Nb 3d, O 1s සහ C 1s වර්ණාවලි මත පදනම්වය. රූපය 5f-h) MXenes. ගැළපීමෙන් ඇතිවන උච්ච පරාමිතීන් සහ සමස්ත රසායන විද්‍යාව පිළිබඳ විස්තර S1-3 වගුවේ දැක්වේ. Nb2CTx SL සහ Nb4C3Tx SL හි Nb 3d කලාප (රූපය 5c, f) එක් Nb2O5 සංරචකයකට අනුරූප වන බව සැලකිය යුතු කරුණකි. මෙහිදී, වර්ණාවලිවල MXene-ආශ්‍රිත උච්චයන් අපට හමු නොවූ අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල Nb හි ඔක්සයිඩ් ආකාරය පමණක් අවශෝෂණය කරන බවයි. ඊට අමතරව, අපි C–C, CHx/C–O, C=O, සහ –COOH සංරචක සමඟ C 1s වර්ණාවලිය ආසන්න කළෙමු. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල කාබනික දායකත්වයට අපි CHx/C–O සහ C=O උච්චයන් පවරන ලදී. මෙම කාබනික සංරචක පිළිවෙලින් Nb2CTx SL සහ Nb4C3TX SL හි C 1s උච්චයන්ගෙන් 36% සහ 41% ක් වේ. ඉන්පසු අපි SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3TX හි O 1s වර්ණාවලිය Nb2O5, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල කාබනික සංරචක (CHx/CO) සහ මතුපිට අවශෝෂණය කළ ජලය සමඟ සවි කළෙමු.
අවසාන වශයෙන්, XPS ප්‍රතිඵල මගින් Nb හි ස්වරූපය පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරන ලදී, එහි පැවැත්ම පමණක් නොවේ. Nb 3d සංඥාවේ පිහිටීම සහ විසංයෝජනයේ ප්‍රතිඵල අනුව, Nb අවශෝෂණය වන්නේ ඔක්සයිඩ ආකාරයෙන් පමණක් බවත් අයන හෝ MXene නොවන බවත් අපි තහවුරු කරමු. ඊට අමතරව, XPS ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල SL Nb4C3TX MXene හා සසඳන විට SL Nb2CTx වලින් Nb ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය කර ගැනීමට වැඩි හැකියාවක් ඇති බවයි.
අපගේ Nb අවශෝෂණය කිරීමේ ප්‍රතිඵල ආකර්ෂණීය වන අතර MXene හායනය හඳුනා ගැනීමට අපට ඉඩ සලසන අතර, 2D නැනෝෆ්ලේක් වල ආශ්‍රිත රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය කිරීමට ක්‍රමයක් නොමැත. එබැවින්, 2D Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල සිදුවන ඕනෑම වෙනස්කමකට සෘජුවම ප්‍රතිචාර දැක්විය හැකි සුදුසු ක්‍රමයක් සංවර්ධනය කිරීමට ද අපි තීරණය කළෙමු. අන්තර්ක්‍රියා කරන විශේෂයන් කිසියම් පරිවර්තනයකට, වියෝජනයට හෝ විරූපණයට ලක් වුවහොත්, මෙය සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශයේ විෂ්කම්භය, වටකුරු බව, ෆෙරට් පළල හෝ ෆෙරට් දිග වැනි හැඩ පරාමිතීන්හි වෙනස්කම් ලෙස ඉක්මනින් ප්‍රකාශ විය යුතු බව අපි උපකල්පනය කිරීම වැදගත් වේ. මෙම පරාමිතීන් දිගටි අංශු හෝ ද්විමාන නැනෝෆ්ලේක් විස්තර කිරීමට සුදුසු බැවින්, ගතික අංශු හැඩ විශ්ලේෂණය මගින් ඒවා නිරීක්ෂණය කිරීම අඩු කිරීමේදී SL Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් වල රූප විද්‍යාත්මක පරිවර්තනය පිළිබඳ වටිනා තොරතුරු අපට ලබා දෙනු ඇත.
ලබාගත් ප්‍රතිඵල රූපය 6 හි දක්වා ඇත. සංසන්දනය කිරීම සඳහා, අපි මුල් MAX අවධිය සහ ML-MXenes ද පරීක්ෂා කළෙමු (SI රූප S18 සහ S19 බලන්න). අංශු හැඩයේ ගතික විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු Nb-MXene SL දෙකක සියලුම හැඩ පරාමිතීන් සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් වූ බවයි. සමාන චක්‍රලේඛ ප්‍රදේශ විෂ්කම්භය පරාමිතිය (රූපය 6a, b) මගින් පෙන්වා ඇති පරිදි, විශාල නැනෝ ෆ්ලේක් භාගයේ අඩු වූ උච්ච තීව්‍රතාවය පෙන්නුම් කරන්නේ ඒවා කුඩා කොටස් වලට දිරාපත් වීමට නැඹුරු වන බවයි. රූපය 6c හි, d මඟින් පෙති වල තීර්යක් ප්‍රමාණය (නැනෝ ෆ්ලේක් දිගු කිරීම) හා සම්බන්ධ උච්චවල අඩුවීමක් පෙන්නුම් කරයි, එය 2D නැනෝ ෆ්ලේක් වඩාත් අංශු-සමාන හැඩයකට පරිවර්තනය වීම පෙන්නුම් කරයි. පිළිවෙලින් ෆෙරට්හි පළල සහ දිග පෙන්වන රූපය 6e-h. ෆෙරට් පළල සහ දිග අනුපූරක පරාමිතීන් වන අතර එබැවින් එකට සලකා බැලිය යුතුය. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ඉදිරියේ 2D Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් පුර්ව ලියාපදිංචි තක්සේරු කිරීමෙන් පසු, ඒවායේ ෆෙරට් සහසම්බන්ධතා උච්ච මාරු වී ඒවායේ තීව්‍රතාවය අඩු විය. රූප විද්‍යාව, XRF සහ XPS සමඟ ඒකාබද්ධව මෙම ප්‍රතිඵල මත පදනම්ව, ඔක්සිකරණය වූ MXenes වඩාත් රැළි වැටී කොටස් සහ ගෝලාකාර ඔක්සයිඩ් අංශු 69,70 බවට කැඩී යාම නිසා නිරීක්ෂණය කරන ලද වෙනස්කම් ඔක්සිකරණයට දැඩි ලෙස සම්බන්ධ බව අපි නිගමනය කළෙමු.
හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු MXene පරිවර්තනය විශ්ලේෂණය කිරීම. ගතික අංශු හැඩ විශ්ලේෂණය (a, b) සමාන වෘත්තාකාර ප්‍රදේශයේ විෂ්කම්භය, (c, d) වටකුරු බව, (e, f) Feret පළල සහ (g, h) Feret දිග වැනි පරාමිතීන් සැලකිල්ලට ගනී. මේ සඳහා, යොමු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සාම්පල දෙකක් ප්‍රාථමික SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes, දිරාපත් වූ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ ප්‍රතිකාර කළ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී SL Nb2CTx සහ SL Nb4C3Tx MXenes සමඟ විශ්ලේෂණය කරන ලදී. රතු ඊතල මඟින් අධ්‍යයනය කරන ලද ද්විමාන නැනෝ ෆ්ලේක් වල හැඩ පරාමිතීන්ගේ සංක්‍රාන්ති පෙන්වයි.
හැඩ පරාමිති විශ්ලේෂණය ඉතා විශ්වාසදායක බැවින්, එය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් ද හෙළි කළ හැකිය. එබැවින්, 2D Nb නැනෝෆ්ලේක් සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු පිරිසිදු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සහ සෛලවල සමාන රවුම් ප්‍රදේශ විෂ්කම්භය, වටකුරු බව සහ ෆෙරෙට් පළල/දිග විශ්ලේෂණය කළෙමු. රූපයේ 6a-h ඇල්ගී සෛලවල හැඩයේ පරාමිතීන්හි වෙනස්කම් පෙන්වයි, උච්ච තීව්‍රතාවයේ අඩුවීමක් සහ ඉහළ අගයන් දෙසට උපරිම මාරුවකින් සාක්ෂි දරයි. විශේෂයෙන්, සෛල වටකුරු පරාමිතීන් දිගටි සෛලවල අඩුවීමක් සහ ගෝලාකාර සෛලවල වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කළේය (රූපය 6a, b). ඊට අමතරව, SL Nb4C3TX MXene (රූපය 6e) සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ෆෙරට් සෛල පළල මයික්‍රෝමීටර කිහිපයකින් වැඩි විය (රූපය 6f). Nb2CTx SR සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමේදී ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් Nb ඔක්සයිඩ් ප්‍රබල ලෙස අවශෝෂණය වීම නිසා මෙය සිදුවිය හැකි යැයි අපි සැක කරමු. Nb පෙති ඒවායේ මතුපිටට අඩු දෘඩ ඇමිණීමක් අවම සෙවන බලපෑමක් සහිත සෛල වර්ධනයට හේතු විය හැක.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල හැඩය සහ ප්‍රමාණයේ පරාමිතීන්හි වෙනස්කම් පිළිබඳ අපගේ නිරීක්ෂණ අනෙකුත් අධ්‍යයනයන්ට අනුපූරක වේ. හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට පාරිසරික ආතතියට ප්‍රතිචාර වශයෙන් සෛල ප්‍රමාණය, හැඩය හෝ පරිවෘත්තීය වෙනස් කිරීමෙන් ඒවායේ රූප විද්‍යාව වෙනස් කළ හැකිය61. උදාහරණයක් ලෙස, සෛලවල ප්‍රමාණය වෙනස් කිරීම පෝෂ්‍ය පදාර්ථ අවශෝෂණයට පහසුකම් සපයයි71. කුඩා ඇල්ගී සෛල අඩු පෝෂක අවශෝෂණයක් සහ දුර්වල වර්ධන වේගයක් පෙන්නුම් කරයි. අනෙක් අතට, විශාල සෛල වැඩි පෝෂ්‍ය පදාර්ථ පරිභෝජනය කිරීමට නැඹුරු වන අතර, ඒවා පසුව අන්තර් සෛලීයව තැන්පත් වේ72,73. දිලීර නාශක ට්‍රයික්ලෝසන් සෛල ප්‍රමාණය වැඩි කළ හැකි බව මචාඩෝ සහ සෝරස් සොයා ගත්හ. ඇල්ගී වල හැඩයේ ගැඹුරු වෙනස්කම් ද ඔවුන් සොයා ගත්හ74. ඊට අමතරව, යින් සහ තවත් අය අඩු කළ ග්‍රැෆීන් ඔක්සයිඩ් නැනෝ සංයුක්ත ද්‍රව්‍යවලට නිරාවරණය වීමෙන් පසු ඇල්ගී වල රූප විද්‍යාත්මක වෙනස්කම් ද හෙළි කළහ. එබැවින්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල වෙනස් වූ ප්‍රමාණය/හැඩ පරාමිතීන් MXene පැවතීම නිසා ඇති වන බව පැහැදිලිය. ප්‍රමාණයේ සහ හැඩයේ මෙම වෙනස පෝෂක අවශෝෂණයේ වෙනස්කම් පෙන්නුම් කරන බැවින්, කාලයත් සමඟ ප්‍රමාණය සහ හැඩයේ පරාමිතීන් විශ්ලේෂණය කිරීමෙන් Nb-MXenes ඉදිරියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය පෙන්නුම් කළ හැකි බව අපි විශ්වාස කරමු.
එපමණක් නොව, ඇල්ගී ඉදිරියේ MXenes ඔක්සිකරණය කළ හැකිය. නැනෝ-TiO2 සහ Al2O376 වලට නිරාවරණය වන හරිත ඇල්ගී වල රූප විද්‍යාව ඒකාකාරී නොවන බව Dalai et al.75 නිරීක්ෂණය කළේය. අපගේ නිරීක්ෂණ වර්තමාන අධ්‍යයනයට සමාන වුවද, එය අදාළ වන්නේ 2D නැනෝ ෆ්ලේක් ඉදිරියේ MXene හායන නිෂ්පාදන අනුව ජෛව ප්‍රතිකර්මයේ බලපෑම් අධ්‍යයනයට පමණක් වන අතර නැනෝ අංශු නොවේ. MXenes ලෝහ ඔක්සයිඩ් බවට පිරිහීමට ලක්විය හැකි බැවින්, 31,32,77,78 ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු අපගේ Nb නැනෝ ෆ්ලේක් වලට Nb ඔක්සයිඩ් සෑදිය හැකි යැයි උපකල්පනය කිරීම සාධාරණ ය.
ඔක්සිකරණ ක්‍රියාවලිය මත පදනම් වූ වියෝජන යාන්ත්‍රණයක් හරහා 2D-Nb නැනෝෆ්ලේක් අඩු කිරීම පැහැදිලි කිරීම සඳහා, අපි අධි-විභේදන සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (HRTEM) (රූපය 7a,b) සහ X-කිරණ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂය (XPS) (රූපය 7) භාවිතා කරමින් අධ්‍යයනයන් සිදු කළෙමු. 7c-i සහ වගු S4-5). ප්‍රවේශයන් දෙකම 2D ද්‍රව්‍යවල ඔක්සිකරණය අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා සුදුසු වන අතර එකිනෙකාට අනුපූරක වේ. HRTEM ද්විමාන ස්ථර ව්‍යුහයන්ගේ පිරිහීම සහ ලෝහ ඔක්සයිඩ් නැනෝ අංශුවල පසුව පෙනුම විශ්ලේෂණය කිරීමට සමත් වන අතර XPS මතුපිට බන්ධනවලට සංවේදී වේ. මෙම අරමුණ සඳහා, අපි ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල විසරණයෙන් ලබාගත් 2D Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් පරීක්ෂා කළෙමු, එනම් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ඒවායේ හැඩය (රූපය 7 බලන්න).
ඔක්සිකරණය වූ (a) SL Nb2CTx සහ (b) SL Nb4C3Tx MXenes වල රූප විද්‍යාව පෙන්වන HRTEM රූප, (c) අඩු කිරීමෙන් පසු ඔක්සයිඩ් නිෂ්පාදනවල සංයුතිය, (d–f) SL Nb2CTx හි XPS වර්ණාවලීක්ෂයේ සංරචකවල උච්ච ගැලපීම සහ (g–i) හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සමඟ අලුත්වැඩියා කරන ලද Nb4C3Tx SL පෙන්වන XPS විශ්ලේෂණ ප්‍රතිඵල.
HRTEM අධ්‍යයනයන් මගින් Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් වර්ග දෙකක ඔක්සිකරණය තහවුරු කරන ලදී. නැනෝෆ්ලේක් යම් දුරකට ඒවායේ ද්විමාන රූප විද්‍යාව රඳවා ගත්තද, ඔක්සිකරණය හේතුවෙන් MXene නැනෝෆ්ලේක් මතුපිට ආවරණය වන පරිදි නැනෝ අංශු රාශියක් දිස් විය (රූපය 7a,b බලන්න). c Nb 3d සහ O 1s සංඥා වල XPS විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ අවස්ථා දෙකේදීම Nb ඔක්සයිඩ් සෑදී ඇති බවයි. රූපය 7c හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 2D MXene Nb2CTx සහ Nb4C3TX හි NbO සහ Nb2O5 ඔක්සයිඩ් පවතින බව පෙන්නුම් කරන Nb 3d සංඥා ඇති අතර, O 1s සංඥා 2D නැනෝෆ්ලේක් මතුපිට ක්‍රියාකාරීත්වයට සම්බන්ධ O–Nb බන්ධන ගණන පෙන්නුම් කරයි. Nb-C සහ Nb3+-O හා සසඳන විට Nb ඔක්සයිඩ් දායකත්වය ප්‍රමුඛ බව අපි දුටුවෙමු.
රූපයේ. රූප 7g–i හි Nb 3d, C 1s, සහ O 1s SL Nb2CTx (රූප 7d–f බලන්න) සහ SL Nb4C3TX MXene හි XPS වර්ණාවලිය ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා කර ඇත. Nb-MXenes උච්ච පරාමිතීන් පිළිබඳ විස්තර පිළිවෙලින් වගු S4–5 හි දක්වා ඇත. අපි මුලින්ම Nb 3d හි සංයුතිය විශ්ලේෂණය කළෙමු. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල මගින් අවශෝෂණය කරන ලද Nb ට වෙනස්ව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් හුදකලා වූ MXene හි, Nb2O5 හැර, අනෙකුත් සංරචක සොයා ගන්නා ලදී. Nb2CTx SL හි, අපි 15% ක ප්‍රමාණයකින් Nb3+-O හි දායකත්වය නිරීක්ෂණය කළ අතර, ඉතිරි Nb 3d වර්ණාවලිය Nb2O5 (85%) විසින් ආධිපත්‍යය දැරීය. ඊට අමතරව, SL Nb4C3TX සාම්පලයේ Nb-C (9%) සහ Nb2O5 (91%) සංරචක අඩංගු වේ. මෙහිදී Nb-C පැමිණෙන්නේ Nb4C3Tx SR හි ලෝහ කාබයිඩ් අභ්‍යන්තර පරමාණුක ස්ථර දෙකකින් ය. ඉන්පසු අපි අභ්‍යන්තරීකරණය කරන ලද සාම්පලවල කළාක් මෙන්, C 1s වර්ණාවලිය විවිධ සංරචක හතරකට සිතියම්ගත කරමු. අපේක්ෂා කළ පරිදි, C 1s වර්ණාවලිය ග්‍රැෆිටික් කාබන් මගින් ආධිපත්‍යය දරන අතර, පසුව ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල වලින් කාබනික අංශු (CHx/CO සහ C=O) වලින් ලැබෙන දායකත්වයන් වේ. ඊට අමතරව, O 1s වර්ණාවලියේදී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් සහ අවශෝෂණය කළ ජලයෙහි කාබනික ආකාරවල දායකත්වය අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු.
ඊට අමතරව, Nb-MXenes ඛණ්ඩනය පෝෂක මාධ්‍යයේ සහ/හෝ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල ප්‍රතික්‍රියාශීලී ඔක්සිජන් විශේෂ (ROS) පැවතීම සමඟ සම්බන්ධ වී ඇත්දැයි අපි විමර්ශනය කළෙමු. මේ සඳහා, අපි සංස්කෘතික මාධ්‍යයේ තනි ඔක්සිජන් (1O2) සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල ප්‍රතිඔක්සිකාරකයක් ලෙස ක්‍රියා කරන තයෝල් වන අන්තර් සෛලීය ග්ලූටතයෝන් මට්ටම් තක්සේරු කළෙමු. ප්‍රතිඵල SI හි දක්වා ඇත (රූප S20 සහ S21). SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX MXenes සහිත සංස්කෘතීන් 1O2 හි අඩු ප්‍රමාණයකින් සංලක්ෂිත විය (රූපය S20 බලන්න). SL Nb2CTx සම්බන්ධයෙන්, MXene 1O2 83% දක්වා අඩු වේ. SL භාවිතා කරන ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සංස්කෘතීන් සඳහා, Nb4C3TX 1O2 ඊටත් වඩා අඩු වී 73% දක්වා අඩු විය. සිත්ගන්නා කරුණ නම්, 1O2 හි වෙනස්කම් කලින් නිරීක්ෂණය කරන ලද නිෂේධනීය-උත්තේජක බලපෑමට සමාන ප්‍රවණතාවයක් පෙන්නුම් කළේය (රූපය 3 බලන්න). දීප්තිමත් ආලෝකයේ පුර්ව ලියාපදිංචි තක්සේරු කිරීම ප්‍රභා ඔක්සිකරණය වෙනස් කළ හැකි බව තර්ක කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, පාලන විශ්ලේෂණයේ ප්‍රතිඵල අත්හදා බැලීම අතරතුර 1O2 මට්ටම් පාහේ නියත මට්ටමක පෙන්නුම් කළේය (රූපය S22). අන්තර් සෛලීය ROS මට්ටම් සම්බන්ධයෙන්, අපි එම පහත වැටීමේ ප්‍රවණතාවය ද නිරීක්ෂණය කළෙමු (රූපය S21 බලන්න). මුලදී, Nb2CTx සහ Nb4C3Tx SL ඉදිරියේ වගා කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල ROS මට්ටම් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල පිරිසිදු සංස්කෘතීන්හි දක්නට ලැබෙන මට්ටම් ඉක්මවා ගියේය. කෙසේ වෙතත්, අවසානයේදී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-MXenes දෙකෙහිම පැවැත්මට අනුවර්තනය වූ බව පෙනී ගියේය, මන්ද ROS මට්ටම් පිළිවෙලින් SL Nb2CTx සහ Nb4C3TX සමඟ එන්නත් කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල පිරිසිදු සංස්කෘතීන්හි මනින ලද මට්ටම්වලින් 85% සහ 91% දක්වා අඩු විය. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ පෝෂක මාධ්‍යයට වඩා Nb-MXene ඉදිරියේ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී කාලයත් සමඟ වඩාත් සුවපහසුවක් දැනෙන බවයි.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී යනු ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ජීවීන්ගේ විවිධ කාණ්ඩයකි. ප්‍රභාසංස්ලේෂණයේදී, ඔවුන් වායුගෝලීය කාබන් ඩයොක්සයිඩ් (CO2) කාබනික කාබන් බවට පරිවර්තනය කරයි. ප්‍රභාසංස්ලේෂණයේ නිෂ්පාදන ග්ලූකෝස් සහ ඔක්සිජන් වේ79. මෙසේ සාදන ලද ඔක්සිජන් Nb-MXenes ඔක්සිකරණයේදී තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බවට අපි සැක කරමු. මේ සඳහා එක් විය හැකි පැහැදිලි කිරීමක් නම්, Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් වලින් පිටත සහ ඇතුළත ඔක්සිජන් අඩු සහ ඉහළ අර්ධ පීඩනවලදී අවකල්‍ය වාතනය පරාමිතිය සෑදී ඇති බවයි. මෙයින් අදහස් කරන්නේ ඔක්සිජන් වල විවිධ අර්ධ පීඩන ඇති ප්‍රදේශ ඇති ඕනෑම තැනක, අවම මට්ටමක් ඇති ප්‍රදේශය ඇනෝඩය 80, 81, 82 සාදනු ඇති බවයි. මෙහිදී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී MXene පෙති මතුපිට වෙනස් ලෙස වාතනය කරන ලද සෛල නිර්මාණය කිරීමට දායක වන අතර, ඒවායේ ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ගුණාංග නිසා ඔක්සිජන් නිපදවයි. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, ජෛව විඛාදන නිෂ්පාදන (මෙම අවස්ථාවේදී, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ්) සෑදී ඇත. තවත් අංගයක් නම්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට ජලයට මුදා හරින කාබනික අම්ල නිපදවිය හැකි බවයි83,84. එබැවින්, ආක්‍රමණශීලී පරිසරයක් සෑදී ඇති අතර එමඟින් Nb-MXenes වෙනස් වේ. ඊට අමතරව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට කාබන් ඩයොක්සයිඩ් අවශෝෂණය හේතුවෙන් පරිසරයේ pH අගය ක්ෂාරීය බවට වෙනස් කළ හැකි අතර එමඟින් විඛාදනයටද හේතු විය හැක79.
වඩාත් වැදගත් දෙය නම්, අපගේ අධ්‍යයනයේ භාවිතා කරන ලද අඳුරු/ආලෝක ප්‍රකාශන කාලපරිච්ඡේදය ලබාගත් ප්‍රතිඵල තේරුම් ගැනීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. මෙම අංගය Djemai-Zoghlache et al හි විස්තරාත්මකව විස්තර කර ඇත. 85 රතු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පෝර්ෆිරිඩියම් පර්පියුරියම් මගින් ජෛව අපවිත්‍ර කිරීම හා සම්බන්ධ ජෛව විඛාදනය නිරූපණය කිරීම සඳහා ඔවුන් හිතාමතාම පැය 12/12 ක ප්‍රකාශන කාලපරිච්ඡේදයක් භාවිතා කළහ. 24:00 පමණ වන විට ව්‍යාජ කාලපරිච්ඡේද දෝලනයන් ලෙස ප්‍රකාශ වන ජෛව විඛාදනයකින් තොරව විභවයේ පරිණාමය සමඟ ප්‍රකාශන කාලය සම්බන්ධ වී ඇති බව ඔවුන් පෙන්වයි. මෙම නිරීක්ෂණ ඩව්ලින් සහ වෙනත් අය විසින් තහවුරු කරන ලදී. 86 ඔවුන් සයනොබැක්ටීරියා ඇනබේනා හි ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ජෛව පටල පෙන්නුම් කළහ. විසුරුවා හරින ලද ඔක්සිජන් ආලෝකයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ සෑදී ඇති අතර එය නිදහස් ජෛව විඛාදන විභවයේ වෙනසක් හෝ උච්චාවචනයන් සමඟ සම්බන්ධ වේ. ආලෝක අවධියේදී ජෛව විඛාදනය සඳහා නිදහස් විභවය වැඩි වන අතර අඳුරු අවධියේදී අඩු වන බව මගින් ප්‍රකාශන කාලපරිච්ඡේදයේ වැදගත්කම අවධාරණය කෙරේ. මෙය සිදුවන්නේ ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නිපදවන ඔක්සිජන් නිසා වන අතර එය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අසල ජනනය වන අර්ධ පීඩනය හරහා කැතෝඩික් ප්‍රතික්‍රියාවට බලපෑම් කරයි87.
ඊට අමතරව, Nb-MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛලවල රසායනික සංයුතියේ කිසියම් වෙනසක් සිදුවී ඇත්දැයි සොයා බැලීම සඳහා ෆූරියර් පරිවර්තන අධෝරක්ත වර්ණාවලීක්ෂය (FTIR) සිදු කරන ලදී. මෙම ලබාගත් ප්‍රතිඵල සංකීර්ණ වන අතර අපි ඒවා SI හි ඉදිරිපත් කරමු (රූප S23-S25, MAX අවධියේ සහ ML MXenes හි ප්‍රතිඵල ඇතුළුව). කෙටියෙන් කිවහොත්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල ලබාගත් යොමු වර්ණාවලිය මෙම ජීවීන්ගේ රසායනික ලක්ෂණ පිළිබඳ වැදගත් තොරතුරු අපට සපයයි. මෙම වඩාත්ම සම්භාවිතා කම්පන 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 සංඛ්‍යාතවල පිහිටා ඇත. 1 1 (C–H) සහ 3280 cm–1 (O–H). SL Nb-MXenes සඳහා, අපගේ පෙර අධ්‍යයනයට අනුකූල වන CH-බන්ධන දිගු කිරීමේ අත්සනක් අපට හමු විය38. කෙසේ වෙතත්, C=C සහ CH බන්ධන සමඟ සම්බන්ධ වූ සමහර අමතර උච්චයන් අතුරුදහන් වූ බව අපි නිරීක්ෂණය කළෙමු. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ SL Nb-MXenes සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීම හේතුවෙන් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල රසායනික සංයුතිය සුළු වෙනස්කම් වලට භාජනය විය හැකි බවයි.
ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල ජෛව රසායන විද්‍යාවේ ඇති විය හැකි වෙනස්කම් සලකා බැලීමේදී, නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් වැනි අකාබනික ඔක්සයිඩ් සමුච්චය වීම නැවත සලකා බැලිය යුතුය59. එය සෛල මතුපිටින් ලෝහ අවශෝෂණය කර ගැනීම, සයිටොප්ලාස්මයට ඒවා ප්‍රවාහනය කිරීම, අන්තර් සෛලීය කාබොක්සයිල් කාණ්ඩ සමඟ සම්බන්ධ වීම සහ ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී පොලිෆොස්ෆොසෝමවල ඒවා සමුච්චය වීම සඳහා සම්බන්ධ වේ20,88,89,90. ඊට අමතරව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සහ ලෝහ අතර සම්බන්ධතාවය සෛලවල ක්‍රියාකාරී කණ්ඩායම් මගින් පවත්වා ගෙන යනු ලැබේ. මේ හේතුව නිසා, අවශෝෂණය ද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මතුපිට රසායන විද්‍යාව මත රඳා පවතී, එය තරමක් සංකීර්ණ වේ9,91. සාමාන්‍යයෙන්, අපේක්ෂා කළ පරිදි, Nb ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය හේතුවෙන් හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල රසායනික සංයුතිය තරමක් වෙනස් විය.
සිත්ගන්නා කරුණ නම්, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල නිරීක්ෂණය කරන ලද ආරම්භක නිෂේධනය කාලයත් සමඟ ආපසු හැරවිය හැකි වීමයි. අප නිරීක්ෂණය කළ පරිදි, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී ආරම්භක පාරිසරික වෙනස ජයගෙන අවසානයේ සාමාන්‍ය වර්ධන වේගයට නැවත පැමිණ වැඩි විය. සීටා විභවය පිළිබඳ අධ්‍යයනයන් පෝෂක මාධ්‍යයට හඳුන්වා දුන් විට ඉහළ ස්ථායිතාවයක් පෙන්නුම් කරයි. මේ අනුව, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී සෛල සහ Nb-MXene නැනෝෆ්ලේක් අතර මතුපිට අන්තර්ක්‍රියාව අඩු කිරීමේ අත්හදා බැලීම් පුරාවටම පවත්වා ගෙන යන ලදී. අපගේ වැඩිදුර විශ්ලේෂණයේ දී, ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල මෙම කැපී පෙනෙන හැසිරීමට යටින් පවතින ප්‍රධාන ක්‍රියාකාරී යාන්ත්‍රණයන් අපි සාරාංශ කරමු.
SEM නිරීක්ෂණ මගින් ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී Nb-MXenes වලට සම්බන්ධ වීමට නැඹුරු වන බව පෙන්වා දී ඇත. ගතික රූප විශ්ලේෂණය භාවිතා කරමින්, මෙම බලපෑම ද්විමාන Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් වඩාත් ගෝලාකාර අංශු බවට පරිවර්තනය වීමට හේතු වන බව අපි තහවුරු කරමු, එමඟින් නැනෝ ෆ්ලේක් වියෝජනය ඒවායේ ඔක්සිකරණය සමඟ සම්බන්ධ වී ඇති බව පෙන්නුම් කරයි. අපගේ කල්පිතය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, අපි ද්‍රව්‍ය හා ජෛව රසායනික අධ්‍යයන මාලාවක් සිදු කළෙමු. පරීක්ෂා කිරීමෙන් පසු, නැනෝ ෆ්ලේක් ක්‍රමයෙන් ඔක්සිකරණය වී NbO සහ Nb2O5 නිෂ්පාදන බවට දිරාපත් වූ අතර එය හරිත ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට තර්ජනයක් නොවීය. FTIR නිරීක්ෂණ භාවිතා කරමින්, 2D Nb-MXene නැනෝ ෆ්ලේක් ඉදිරියේ පුර්ව ලියාපදිංචි කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වල රසායනික සංයුතියේ සැලකිය යුතු වෙනස්කම් අපට හමු නොවීය. ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී මගින් නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් අවශෝෂණය කිරීමේ හැකියාව සැලකිල්ලට ගනිමින්, අපි එක්ස් කිරණ ප්‍රතිදීප්ත විශ්ලේෂණයක් සිදු කළෙමු. මෙම ප්‍රතිඵල පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරන්නේ අධ්‍යයනය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී නයෝබියම් ඔක්සයිඩ් (NbO සහ Nb2O5) පෝෂණය කරන බවයි, ඒවා අධ්‍යයනය කරන ලද ක්ෂුද්‍ර ඇල්ගී වලට විෂ සහිත නොවේ.