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O le vave o le atinaʻeina o le nanotechnology ma lona faʻapipiʻiina i faʻaoga i aso uma e mafai ona lamatia ai le siosiomaga. E ui o auala lanumeamata mo le faʻaleagaina o mea leaga faʻanatura ua faʻamautuina lelei, o le toe faʻaleleia o mea leaga crystalline inorganic o se popolega tele ona o lo latou maaleale i le biotransformation ma le leai o se malamalama i fegalegaleaiga o mea i luga ma mea faʻanatura. O iinei, matou te faʻaaogaina se faʻataʻitaʻiga 2D MXenes inorganic Nb faʻatasi ai ma se metotia faigofie o le auʻiliʻiliga o foliga e suʻe ai le faiga o le bioremediation o mea nano seramika 2D e le microalgae lanumeamata Raphidocelis subcapitata. Na matou iloa ai o microalgae e faʻaleagaina le Nb-based MXenes ona o fegalegaleaiga faʻapitoa-kemikolo e fesoʻotaʻi ma luga. I le amataga, o nanoflakes MXene e tasi le vaega ma le tele o vaega na faʻapipiʻi i luga o microalgae, lea na faʻaitiitia ai le tuputupu aʻe o le algae. Peitaʻi, i le umi o le fegalegaleaiga ma le luga, na faʻaleagaina ai e microalgae nanoflakes MXene ma toe faʻaleagaina i latou i le NbO ma le Nb2O5. Ona o nei oxides e le oona i sela o microalgae, latou te faʻaaogaina nanoparticles o le Nb oxide e ala i se faiga mitiia lea e toe faʻafoʻisia ai le microalgae pe a uma le 72 itula o togafitiga i le vai. O aʻafiaga o meaʻai e fesoʻotaʻi ma le mitiia e atagia mai foʻi i le faʻateleina o le tele o sela, o latou foliga lamolemole ma le suiga i le saoasaoa o le tuputupu aʻe. E faʻavae i luga o nei sailiga, matou te faʻaiʻuina o le i ai o MXenes e faʻavae i le Nb i totonu o siosiomaga vai fou e ono mafua ai ni aʻafiaga laiti i le siosiomaga. E taua le matauina, o le faʻaaogaina o nanomaterials e lua-dimensional o ni faiga faʻataʻitaʻi, matou te faʻaalia ai le avanoa e siaki ai le suiga o foliga e oʻo lava i mea manifinifi. I le aotelega, o lenei suʻesuʻega e taliina ai se fesili taua taua e uiga i faiga e fesoʻotaʻi ma fegalegaleaiga o luga e faʻatautaia ai le faiga o le bioremediation o nanomaterials 2D ma maua ai se faʻavae mo nisi suʻesuʻega pupuu ma umi o le aʻafiaga i le siosiomaga o nanomaterials inorganic crystalline.
Ua tele le naunau i mea fa'a-nano talu ona maua, ma ua fa'ato'ā ulufale atu nei tekinolosi fa'a-nano eseese i se tulaga fa'aonaponei1. Ae paga lea, o le tu'ufa'atasia o mea fa'a-nano i fa'aoga masani e mafai ona o'o atu ai i le fa'asa'olotoina fa'afuase'i ona o le lafoa'i sese, le taulimaina ma le fa'aeteete, po'o le le lava o atina'e saogalemu. O le mea lea, e talafeagai le manatu o mea fa'a-nano, e aofia ai mea fa'a-nano e lua-dimensional (2D), e mafai ona fa'asa'olotoina i totonu o le siosiomaga masani, o amioga ma gaioiga fa'a-biological e le'i malamalama atoatoa i ai. O le mea lea, e le o se mea e ofo ai le taula'i atu o popolega i le ecotoxicity i le mafai o mea fa'a-nano 2D ona sosolo atu i totonu o faiga vai2,3,4,5,6. I totonu o nei siosiomaga, o nisi mea fa'a-nano 2D e mafai ona fegalegaleai ma meaola eseese i tulaga trophic eseese, e aofia ai microalgae.
O microalgae o ni meaola fa'anatura e maua fa'alenatura i totonu o si'osi'omaga vai fou ma le gataifale e gaosia ai le tele o oloa fa'akemikolo e ala i le photosynthesis7. O le mea lea, e taua tele i latou i si'osi'omaga vai8,9,10,11,12 ae e ma'ale'ale fo'i, taugofie ma e fa'aaogaina lautele e fa'ailoa ai le oona i le si'osi'omaga13,14. Talu ai ona vave ona fa'ateleina sela microalgae ma vave ona tali atu i le i ai o vaila'au eseese, o lo'o folafola mai ai le atina'eina o auala e le afaina ai le si'osi'omaga mo le togafitia o vai ua fa'aleagaina i mea fa'anatura15,16.
E mafai e sela o limu ona aveese ni ion inorganic mai le vai e ala i le biosorption ma le accumulation17,18. O nisi ituaiga o limu e pei o Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue ma Synechococcus sp. Ua maua e tauaveina ma fafaga ai foi ion u'amea oona e pei o le Fe2+, Cu2+, Zn2+ ma le Mn2+19. O isi su'esu'ega ua fa'aalia ai o Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ po'o le Pb2+ ions e fa'atapula'aina le tuputupu a'e o Scenedesmus e ala i le suia o le morphology o le sela ma fa'aumatia ai o latou chloroplasts20,21.
O auala lanumeamata mo le fa'aleagaina o mea leaga fa'alenatura ma le aveeseina o ions u'amea mamafa ua tosina mai ai le mafaufau o saienitisi ma inisinia i le lalolagi atoa. O le mafua'aga autu o lenei mea o le faigofie ona fa'agasolo nei mea leaga i le vaega vai. Peita'i, o mea leaga fa'alenatura e le o ni mea leaga e iloga i le maualalo o le solubility i le vai ma le maualalo o le maaleale i le tele o biotransformations, lea e mafua ai faigata tele i le toe fa'aleleia, ma e itiiti lava se alualu i luma ua faia i lenei vaega22,23,24,25,26. O le mea lea, o le sailiga mo fofo e le afaina ai le siosiomaga mo le toe fa'aleleia o nanomaterials o lo'o tumau pea o se vaega faigata ma e le'i su'esu'eina. Ona o le maualuga o le le mautonu e uiga i aafiaga o biotransformation o 2D nanomaterials, e leai se auala faigofie e iloa ai auala e ono fa'aleagaina ai i le taimi o le fa'aitiitia.
I lenei suʻesuʻega, na matou faʻaaogaina ai le microalgae lanumeamata o se vailaʻau faʻaolaola vai malosi mo mea seramika e le o ni mea olaola, faʻatasi ai ma le mataʻituina i totonu o le faʻagasologa o le faʻaleagaina o le MXene o se sui o mea seramika e le o ni mea olaola. O le upu "MXene" o loʻo atagia ai le stoichiometry o le mea Mn+1XnTx, lea o le M o se uʻamea fesuiaʻi vave, X o le carbon ma/poʻo le nitrogen, Tx o se faʻamutaina o luga (e.g., -OH, -F, -Cl), ma le n = 1, 2, 3 poʻo le 427.28. Talu mai le mauaina o MXenes e Naguib et al. Sensorics, togafitiga o le kanesa ma le faʻamamaina o le membrane 27,29,30. E le gata i lea, e mafai ona manatu MXenes o ni faiga faʻataʻitaʻi 2D ona o lo latou mautu lelei tele o le colloidal ma fegalegaleaiga faʻabiology e ono mafai31,32,33,34,35,36.
O le mea lea, o le auala na atiaʻe i totonu o lenei tusiga ma a matou manatu faʻavae o suʻesuʻega o loʻo faʻaalia i le Ata 1. E tusa ai ma lenei manatu, o microalgae e faʻaleagaina MXenes e faʻavae i luga o le Nb i ni mea e le oona ona o fegalegaleaiga faʻapitoa ma vailaʻau e fesoʻotaʻi ma luga, lea e mafai ai ona toe faʻaleleia atili le limu. Mo le faʻataʻitaʻiina o lenei manatu, e toʻalua sui o le aiga o carbides ma/poʻo nitrides (MXenes) e faʻavae i luga o le niobium, e taʻua o le Nb2CTx ma le Nb4C3TX, na filifilia.
Metotia suʻesuʻega ma manatu faʻavae i faʻamaoniga mo le toe faʻaleleia o le MXene e ala i microalgae lanumeamata Raphidocelis subcapitata. Faʻamolemole ia matau o se faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻi lea o manatu faʻavae i faʻamaoniga. E eseese le siosiomaga o le vaituloto i le meaʻai e faʻaaogaina ma tulaga (e pei o le taʻamilosaga o le ao ma tapulaʻa i meaʻai taua e maua). Fausia i le BioRender.com.
O le mea lea, i le faʻaaogaina o le MXene o se faiga faʻataʻitaʻi, ua matou tatalaina ai le faitotoʻa i le suʻesuʻeina o aafiaga faʻaola eseese e le mafai ona vaʻaia i isi nanomaterials masani. Ae maise lava, matou te faʻaalia le avanoa o le bioremediation o nanomaterials lua-dimensional, e pei o le niobium-based MXenes, e ala i microalgae Raphidocelis subcapitata. E mafai e Microalgae ona faʻaleagaina le Nb-MXenes i totonu o oxides e le oona NbO ma le Nb2O5, lea e maua ai foʻi meaʻai e ala i le faiga o le niobium uptake. I le aotelega, o lenei suʻesuʻega e taliina ai se fesili taua taua e uiga i faiga e fesoʻotaʻi ma fegalegaleaiga faʻapitoa ma kemikolo o luga e pulea ai faiga o le bioremediation o nanomaterials lua-dimensional. E le gata i lea, o loʻo matou atiaʻeina se metotia faigofie e faʻavae i luga o foliga-parameter mo le siakiina o suiga laiti i le foliga o nanomaterials 2D. O lenei mea e musuia ai nisi suʻesuʻega pupuu ma umi i aafiaga eseese o le siosiomaga o nanomaterials inorganic crystalline. O lea la, o la matou suʻesuʻega e faʻateleina ai le malamalama i le fegalegaleaiga i le va o le luga o le meafaitino ma mea faʻaola. O loʻo matou tuʻuina atu foʻi le faʻavae mo ni suʻesuʻega pupuu ma ni suʻesuʻega umi e uiga i o latou aʻafiaga i siʻosiʻomaga o vai mamā, lea ua mafai nei ona faʻamaonia faigofie.
O MXenes o se vasega manaia o meafaitino e iai ni meatotino faaletino ma vailaʻau tulaga ese ma manaia ma o lea e tele ai faʻaoga e ono mafai ona faʻaaogaina. O nei meatotino e faʻalagolago tele lava i lo latou stoichiometry ma le kemisi o luga. O le mea lea, i la matou suʻesuʻega, na matou suʻesuʻeina ai ni ituaiga se lua o Nb-based hierarchical single-layer (SL) MXenes, Nb2CTx ma Nb4C3TX, talu ai e mafai ona matauina aafiaga eseese o meaola o nei nanomaterials. O MXenes e gaosia mai a latou meafaitino amata e ala i le top-down selective etching o atomically thin MAX-phase A-layers. O le MAX phase o se ternary ceramic e aofia ai poloka "faʻapipiʻi" o transition metal carbides ma vaega manifinifi o elemene "A" e pei o le Al, Si, ma le Sn faʻatasi ai ma le MnAXn-1 stoichiometry. O le morphology o le MAX phase muamua na matauina e ala i le scanning electron microscopy (SEM) ma e ogatasi ma suʻesuʻega na muamua atu (Tagaʻi i Faʻamatalaga Faʻaopoopo, SI, Ata S1). Na maua le Multilayer (ML) Nb-MXene ina ua maeʻa ona aveese le Al layer faʻatasi ai ma le 48% HF (hydrofluoric acid). O le morphology o le ML-Nb2CTx ma le ML-Nb4C3TX sa su'esu'eina e ala i le scanning electron microscopy (SEM) (Ata S1c ma le S1d i le faasologa) ma sa matauina ai se morphology masani o le MXene layered, e tutusa ma nanoflakes lua-dimensional e ui atu i ni pu uumi e pei o ni pu. O Nb-MXenes uma e lua e tele mea e tutusa ai ma vaega o le MXene na muamua faia e ala i le acid etching27,38. Ina ua mae'a ona fa'amaonia le fausaga o le MXene, sa matou fa'apipi'iina i le intercalation o le tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) sosoo ai ma le fufuluina ma le sonication, a mae'a lea ona matou maua ai le single-layer po'o le low-layer (SL) 2D Nb-MXene nanoflakes.
Na matou faʻaaogaina le microscopy eletise faʻasalalauga maualuga (HRTEM) ma le X-ray diffraction (XRD) e faʻataʻitaʻi ai le lelei o le etching ma le faʻaauauina o le peeling. O taunuʻuga o le HRTEM na faʻagasolo e faʻaaoga ai le Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) ma le Fast Fourier Transform (FFT) o loʻo faʻaalia i le Ata 2. O nanoflakes Nb-MXene na faʻatulagaina i luga e siaki ai le fausaga o le vaega atomika ma fuaina le mamao i le va o planar. O ata HRTEM o nanoflakes MXene Nb2CTx ma Nb4C3TX na faʻaalia ai lo latou natura manifinifi o le vaega atomika (tagai Ata 2a1, a2), e pei ona lipotia muamua e Naguib et al.27 ma Jastrzębska et al.38. Mo ni vaega e lua e tuaoi ma Nb2CTx ma Nb4C3Tx, na matou fuafuaina ai le mamao i le va o vaega o le 0.74 ma le 1.54 nm, i le faasologa (Ata 2b1,b2), lea e ogatusa foi ma a matou taunuʻuga muamua38. Sa toe fa'amaonia atili lenei mea e le inverse fast Fourier transform (Ata 2c1, c2) ma le fast Fourier transform (Ata 2d1, d2) o lo'o fa'aalia ai le mamao i le va o le Nb2CTx ma le Nb4C3Tx monolayers. O lo'o fa'aalia i le ata se fesuia'iga o fusi malamalama ma pogisa e fetaui ma niobium ma carbon atoms, lea e fa'amaonia ai le natura o le layered o MXenes na su'esu'eina. E taua le maitauina o le energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) spectroscopy na maua mo le Nb2CTx ma le Nb4C3Tx (Ata S2a ma le S2b) e leai se toega o le MAX phase muamua, talu ai e leai se Al peak na iloa.
Fa'amatalaga o le SL Nb2CTx ma le Nb4C3Tx MXene nanoflakes, e aofia ai le (a) ata o le 2D nanoflake i le itu e fa'aaoga ai le microscopy eletise maualuga (HRTEM) ma le fa'atusatusaga, (b) intensity mode, (c) inverse fast Fourier transform (IFFT), (d) fast Fourier transform (FFT), (e) Nb-MXenes X-ray patterns. Mo le SL 2D Nb2CTx, o numera o lo'o fa'aalia o le (a1, b1, c1, d1, e1). Mo le SL 2D Nb4C3Tx, o numera o lo'o fa'aalia o le (a2, b2, c2, d2, e1).
O fua fa'atatau o le X-ray diffraction o le SL Nb2CTx ma le Nb4C3Tx MXenes o lo'o fa'aalia i Ata 2e1 ma le e2, i le fa'asologa. O tumutumuga (002) i le 4.31 ma le 4.32 e fetaui ma le MXenes fa'aputuga na fa'amatalaina muamua Nb2CTx ma le Nb4C3TX38,39,40,41. O taunu'uga o le XRD e fa'ailoa mai ai fo'i le i ai o nisi o toega o le ML ma vaega MAX, ae o le tele lava o mamanu XRD e feso'ota'i ma le SL Nb4C3Tx (Ata 2e2). O le i ai o ni vaega laiti o le vaega MAX e ono fa'amatalaina ai le tumutumuga malosi o le MAX pe a fa'atusatusa i vaega Nb4C3Tx na fa'aputu fa'afuase'i.
O isi suʻesuʻega ua taulaʻi atu i microalgae lanumeamata e patino i le ituaiga R. subcapitata. Na matou filifilia microalgae auā o ni gaosi oloa taua ia e aofia ai i upega meaʻai tetele42. O i latou foʻi o se tasi o faʻailoga sili ona lelei o le oona ona o le mafai ona aveese mea oona e feaveaʻi i tulaga maualuluga o le filifili meaʻai43. E le gata i lea, o suʻesuʻega i le R. subcapitata e ono faʻamalamalamaina ai le oona faʻafuaseʻi o le SL Nb-MXenes i meaola ninii masani o le vai fou. Mo se faʻataʻitaʻiga o lenei mea, na manatu ai le au suʻesuʻe o microbe taʻitasi e eseese le maaleale i mea oona o loʻo iai i le siosiomaga. Mo le tele o meaola, o le maualalo o le tele o mea e le afaina ai lo latou tuputupu aʻe, ae o le tele o mea e sili atu i luga o se tapulaʻa patino e mafai ona taofia ai pe mafua ai foʻi le oti. O le mea lea, mo a matou suʻesuʻega o le fegalegaleaiga i luga o le fogaeleele i le va o microalgae ma MXenes ma le toe faʻaleleia e fesoʻotaʻi ma ai, na matou filifili ai e faʻataʻitaʻi le tele o mea e le afaina ma oona o le Nb-MXenes. Ina ia faia lenei mea, matou te faʻataʻitaʻiina le maualuga o le 0 (e fai ma faʻasinomaga), 0.01, 0.1 ma le 10 mg l-1 MXene ma faʻaopoopo i ai le faʻamaʻi pipisi o microalgae i le maualuga tele o le MXene (100 mg l-1 MXene), lea e mafai ona matua ogaoga ma mataʻutia. . mo soʻo se siosiomaga faʻaola.
O aafiaga o le SL Nb-MXenes i luga o microalgae o loʻo faʻaalia i le Ata 3, o loʻo faʻaalia o le pasene o le faʻalauiloaina o le tuputupu aʻe (+) poʻo le taofiofia (-) na fuaina mo faʻataʻitaʻiga 0 mg l-1. Mo le faʻatusatusaga, o le vaega Nb-MAX ma le ML Nb-MXenes na faʻataʻitaʻiina foʻi ma o loʻo faʻaalia taunuuga i le SI (tagai Ata S3). O taunuuga na maua na faʻamaonia ai o le SL Nb-MXenes e toetoe lava a leai se mea oona i le va o le maualalo o le malosi mai le 0.01 i le 10 mg/l, e pei ona faʻaalia i le Ata 3a,b. I le tulaga o le Nb2CTx, na matou matauina e le sili atu i le 5% le oona i le siosiomaga i le va o le vaega ua faʻamaoti mai.
Fa'aosofia (+) po'o le taofia (-) o le tuputupu a'e o microalgae i le i ai o le SL (a) Nb2CTx ma le (b) Nb4C3TX MXene. E 24, 48 ma le 72 itula o fegalegaleaiga a le MXene ma microalgae na su'esu'eina. O fa'amaumauga taua (t-test, p < 0.05) na fa'ailogaina i le fa'ailoga fetu (*). O fa'amaumauga taua (t-test, p < 0.05) na fa'ailogaina i le fa'ailoga fetu (*). Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). O fa'amaumauga taua (t-test, p < 0.05) ua fa'ailogaina i le fa'ailoga fetu (*).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 (*). O fa'amaumauga taua (t-test, p < 0.05) ua fa'ailogaina i le fa'ailoga fetu (*).O aū mumu e faʻaalia ai le faʻaumatia o le faʻaosofia o le faʻalavelave.
I le isi itu, o le maualalo o le Nb4C3TX na iu ina sili atu ona oona, ae le sili atu i le 7%. E pei ona faʻamoemoeina, na matou matauina o MXenes e sili atu le oona ma le taofiofia o le tuputupu aʻe o microalgae i le 100mg L-1. O le mea e malie ai, e leai se tasi o meafaitino na faʻaalia le aga masani ma le faʻalagolago i le taimi o aafiaga oona/oona pe a faʻatusatusa i faʻataʻitaʻiga MAX poʻo ML (tagai SI mo faʻamatalaga auiliili). Ae mo le vaega MAX (tagai Ata S3) o le oona na oʻo atu i le tusa ma le 15–25% ma faʻateleina i le aluga o taimi, o le aga faʻafeagai na matauina mo le SL Nb2CTx ma le Nb4C3TX MXene. O le taofiofia o le tuputupu aʻe o microalgae na faʻaitiitia i le aluga o taimi. Na oʻo atu i le tusa ma le 17% pe a mavae le 24 itula ma pa'ū i lalo ifo o le 5% pe a mavae le 72 itula (Ata 3a, b, i le faasologa).
O le mea e sili ona tāua, mo le SL Nb4C3TX, na oʻo atu le taofiofia o le tuputupu aʻe o microalgae i le tusa ma le 27% ina ua mavae le 24 itula, ae ina ua mavae le 72 itula na faʻaitiitia i le tusa ma le 1%. O le mea lea, na matou faʻailogaina ai le aafiaga na matauina o le taofiofia faʻafeagai o le faʻaosofiaina, ma o le aafiaga na sili atu ona malosi mo le SL Nb4C3TX MXene. O le faʻaosofiaina o le tuputupu aʻe o microalgae na matauina muamua i le Nb4C3TX (fegalegaleaiga i le 10 mg L-1 mo le 24 itula) pe a faʻatusatusa i le SL Nb2CTx MXene. O le aafiaga o le faʻalavelaveina-faʻaosofiaina na faʻaalia lelei foi i le piʻo o le fua faʻatatau o le biomass (tagai i le Ata S4 mo faʻamatalaga auiliili). Seia oʻo mai i le taimi nei, naʻo le faʻaleagaina o le siosiomaga o le Ti3C2TX MXene ua suʻesuʻeina i auala eseese. E le oona i embryos o le zebrafish44 ae e feololo le faʻaleagaina o le siosiomaga i laʻau microalgae Desmodesmus quadricauda ma Sorghum saccharatum45. O isi faʻataʻitaʻiga o aafiaga faʻapitoa e aofia ai le maualuga o le oona i laina o sela o le kanesa nai lo laina masani o sela46,47. E mafai ona faapea o tulaga o suʻega o le a aʻafia ai suiga i le tuputupu aʻe o microalgae na matauina i le i ai o Nb-MXenes. Mo se faʻataʻitaʻiga, o le pH e tusa ma le 8 i le stroma o le chloroplast e sili ona lelei mo le faʻagaioiga lelei o le enzyme RuBisCO. O le mea lea, o suiga o le pH e aʻafia ai le saoasaoa o le photosynthesis48,49. Peitaʻi, matou te leʻi vaʻaia ni suiga taua i le pH i le taimi o le faʻataʻitaʻiga (tagai SI, Ata S5 mo faʻamatalaga auiliili). I se tulaga lautele, o faʻatoʻaga o microalgae ma Nb-MXenes na faʻaitiitia teisi le pH o le fofo i le aluga o taimi. Peitaʻi, o lenei faʻaitiitia e tutusa ma se suiga i le pH o se auala mama. E le gata i lea, o le tele o suiga na maua e tutusa ma le mea na fuaina mo se faʻatoʻaga mama o microalgae (faʻataʻitaʻiga pulea). O lea la, matou te faʻaiʻuina ai e le afaina le photosynthesis i suiga i le pH i le aluga o taimi.
E le gata i lea, o MXenes ua fa'aputuina e iai ni pito i luga (ua fa'ailogaina o le Tx). O nei vaega autu o vaega fa'atino -O, -F ma le -OH. Peita'i, o le kemisi o luga e feso'ota'i tonu lava ma le metotia o le fa'aputuina. Ua iloa nei vaega e tufatufa fa'afuase'i i luga o le luga, ma faigata ai ona vavaloina lo latou a'afiaga i meatotino o le MXene50. E mafai ona finauina o le Tx e mafai ona avea ma malosiaga fa'aoso mo le fa'a'okeseneina o le niobium e le malamalama. O vaega fa'atino o luga e maua ai le tele o nofoaga fa'amau mo a latou photocatalysts o lo'o i lalo e fausia ai heterojunctions51. Peita'i, o le fa'aputuga o le medium tuputupu a'e e le'i maua ai se photocatalyst aoga (e mafai ona maua le fa'aputuga auiliili o le medium i le SI Table S6). E le gata i lea, so'o se suiga o luga e taua tele fo'i, aua o le gaioiga fa'aola o MXenes e mafai ona suia ona o le fa'agasologa o le vaega, fa'a'okeseneina, suiga o le luga fa'akemikolo o mea fa'aola ma mea e le'o fa'aola52,53,54,55,56 po'o le inisinia o le surface charge38. O le mea lea, ina ia tofotofoina pe iai se sootaga o le niobium oxide ma le le mautu o meafaitino i totonu o le medium, na matou faia ai ni suʻesuʻega o le zeta (ζ) potential i totonu o le microalgae growth medium ma le deionized water (mo le faatusatusaga). O a matou taunuuga e faaalia ai o le SL Nb-MXenes e fai si mautu (tagai i le SI Fig. S6 mo taunuuga MAX ma le ML). O le zeta potential o le SL MXenes e tusa ma le -10 mV. I le tulaga o le SR Nb2CTx, o le tau o le ζ e fai si leaga nai lo le Nb4C3Tx. O sea suiga i le tau o le ζ e ono faailoa mai ai o le fogaeleele o le negatively charged MXene nanoflakes e mitiia ai ions positively charged mai le culture medium. O fua faavaitaimi o le zeta potential ma le conductivity o le Nb-MXenes i le culture medium (tagai i le Ata S7 ma le S8 i le SI mo nisi faamatalaga) e foliga mai e lagolagoina ai la matou manatu.
Peita’i, o Nb-MXene SL uma e lua na fa’aalia ai ni suiga laiti mai le leai. O lenei mea e fa’aalia manino ai lo latou mautu i le auala e tuputupu a’e ai microalgae. E le gata i lea, na matou iloiloina pe o le i ai o a matou microalgae lanumeamata o le a a’afia ai le mautu o Nb-MXenes i le auala. O taunuuga o le zeta potential ma le conductivity o MXenes ina ua mae’a ona fegalegaleai ma microalgae i mea’ai ma le totoina i le aluga o taimi e mafai ona maua i le SI (Ata S9 ma le S10). O le mea e ofo ai, na matou matauina o le i ai o microalgae na foliga mai na fa’amautu ai le salalau o MXenes uma e lua. I le tulaga o le Nb2CTx SL, o le zeta potential na o’o lava ina fa’aitiitia teisi i le aluga o taimi i ni tau e sili atu ona leaga (-15.8 e fa’atusatusa i le -19.1 mV ina ua mae’a le 72 itula o le fa’asusuina). O le zeta potential o le SL Nb4C3TX na fa’ateleina teisi, ae ina ua mae’a le 72 itula na fa’aalia pea le mautu maualuga atu nai lo nanoflakes e aunoa ma le i ai o microalgae (-18.1 vs. -9.1 mV).
Na matou maua foʻi le maualalo o le conductivity o Nb-MXene solutions na faʻatupuina i le i ai o microalgae, o loʻo faʻaalia ai le itiiti ifo o le aofaʻi o ions i totonu o le nutrient medium. E maitauina, o le le mautu o MXenes i le vai e mafua tele lava i le oxidation o le fogaeleele57. O le mea lea, matou te masalomia na faʻamamāina e microalgae lanumeamata ia oxides na fausia i luga o le fogaeleele o Nb-MXene ma taofia ai foʻi lo latou tupu mai (oxidation o MXene). E mafai ona iloa lenei mea e ala i le suʻesuʻeina o ituaiga o mea e mitiia e microalgae.
E ui o a matou suʻesuʻega faʻaʻai e faʻaalia ai na mafai e microalgae ona faatoilaloina le oona o Nb-MXenes i le aluga o taimi ma le taofiofia e le masani ai o le tuputupu aʻe faʻaosofia, o le sini o la matou suʻesuʻega o le suʻesuʻeina lea o auala e ono mafai ona faia ai gaioiga. Pe a faʻaalia meaola e pei o le algae i ni mea poʻo ni mea e le masani ai i o latou siosiomaga, e mafai ona latou tali atu i ni auala eseese58,59. I le leai o ni oxides uʻamea oona, e mafai e microalgae ona fafagaina i latou lava, ma mafai ai ona latou tuputupu aʻe pea60. A maeʻa ona foloina mea oona, e ono faʻagaoioia auala puipuia, e pei o le suia o foliga poʻo le foliga. E tatau foʻi ona mafaufau i le avanoa e mitiia ai58,59. E taua tele, soʻo se faʻailoga o se auala puipuia o se faʻailoga manino lea o le oona o le mea na faia i le suʻega. O le mea lea, i la matou galuega faʻaopoopo, na matou suʻesuʻeina ai le fegalegaleaiga o luga i le va o le SL Nb-MXene nanoflakes ma microalgae e le SEM ma le ono mafai ona mitiia o le Nb-based MXene e ala i le X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). Manatua o suʻesuʻega SEM ma XRF na faia i le maualuga maualuga o le MXene e faʻatalanoaina ai mataupu o le oona o gaioiga.
O fa'ai'uga o le SEM o lo'o fa'aalia i le Ata 4. O sela microalgae e le'i togafitia (tagai i le Ata 4a, fa'ata'ita'iga fa'asino) na fa'aalia manino ai le foliga masani o le R. subcapitata ma le foliga o le sela e pei o le croissant. E foliga mai e mafolafola ma e fai si le faatulagaina o sela. O nisi sela microalgae na fe'avea'i ma fe'avea'i, ae atonu na mafua mai i le faagasologa o le sauniaina o fa'ata'ita'iga. I se tulaga lautele, o sela microalgae mama e lamolemole le laualuga ma e le'i fa'aalia ai ni suiga i le foliga.
O ata SEM o lo'o fa'aalia ai le fegalegaleaiga i luga o le fogaeleele i le va o microalgae lanumeamata ma MXene nanosheets ina ua mae'a le 72 itula o fegalegaleaiga i le maualuga tele (100 mg L-1). (a) Microalgae lanumeamata e le'i togafitia ina ua mae'a le fegalegaleaiga ma le SL (b) Nb2CTx ma le (c) Nb4C3TX MXenes. Ia matau o nanoflakes Nb-MXene ua fa'ailogaina i aū mumu. Mo le fa'atusatusaga, o ata mai se microscope optical ua fa'aopoopoina fo'i.
I se faatusatusaga, o sela o microalgae na mitiia e le SL Nb-MXene nanoflakes na faaleagaina (tagai i le Ata 4b, c, aū mumu). I le tulaga o le Nb2CTx MXene (Ata 4b), e masani ona tuputupu aʻe microalgae ma ni nanoscales se lua-dimensional ua pipii atu, lea e mafai ona suia ai o latou foliga. E taua foi, na matou matauina nei suiga i lalo o le microscopy malamalama (tagai i le SI Ata S11 mo nisi faamatalaga). O lenei suiga o foliga e iai se faavae talafeagai i le physiology o microalgae ma lo latou gafatia e puipuia ai i latou lava e ala i le suia o le foliga o le sela, e pei o le faateleina o le tele o le sela61. O le mea lea, e taua le siakiina o le aofaiga o sela o microalgae o loo fesootai moni lava ma Nb-MXenes. O suesuega a le SEM na faaalia ai e tusa ma le 52% o sela o microalgae na aafia i Nb-MXenes, ae 48% o nei sela o microalgae na aloese mai le fesootaiga. Mo le SL Nb4C3Tx MXene, e taumafai microalgae e aloese mai le fesootaiga ma MXene, ma faapea ona nonofo ai ma tuputupu aʻe mai nanoscales se lua-dimensional (Ata 4c). Peita'i, matou te le'i matauina le sosolo atu o nanoscales i totonu o sela o microalgae ma lo latou fa'aleagaina.
O le puipuiga o le tagata lava ia o se amioga tali atu e faalagolago i le taimi i le poloka o le photosynthesis ona o le mitiia o vaega i luga o le fogāeleele o le sela ma le mea ua ta’ua o le shading (paolo) effect62. Ua manino lava o mea taitasi (mo se faataitaiga, Nb-MXene nanoflakes) o loo i le va o le microalgae ma le puna o le malamalama e faatapulaaina ai le aofaiga o le malamalama e mitiia e chloroplasts. Peitai, matou te leai se masalosalo o lenei mea e iai sona aafiaga tele i taunuuga na maua. E pei ona faaalia e a matou matauga microscopic, o nanoflakes 2D e le’i afifiina atoa pe pipii i luga o le microalgae, e tusa lava pe na fesootai sela microalgae ma Nb-MXenes. Nai lo lena, na iu ina faasino nanoflakes i sela microalgae e aunoa ma le ufiufiina o latou fogāeleele. O sea seti o nanoflakes/microalgae e le mafai ona faatapulaaina tele le aofaiga o le malamalama e mitiia e sela microalgae. E le gata i lea, o nisi suesuega ua oo lava ina faaalia ai se faaleleia atili o le mitiia o le malamalama e meaola photosynthetic i le i ai o nanomaterials lua-dimensional63,64,65,66.
Talu ai e le'i mafai e ata SEM ona fa'amaonia sa'o le mitiia o le niobium e sela o microalgae, o la matou su'esu'ega fa'aopoopo na liliu atu i le X-ray fluorescence (XRF) ma le X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis e fa'amanino ai lenei mataupu. O le mea lea, na matou fa'atusatusaina ai le malosi o tumutumuga Nb o fa'ata'ita'iga o microalgae fa'asino e le'i fegalegaleai ma MXenes, MXene nanoflakes na vavae'ese mai le fogāeleele o sela o microalgae, ma sela o microalgal ina ua mae'a ona aveese MXenes ua pipii. E taua le maitauina afai e leai se mitiia o le Nb, o le tau o le Nb e maua e sela o microalgae e tatau ona zero pe a uma ona aveese nanoscales ua pipii. O le mea lea, afai e tupu le mitiia o le Nb, o taunu'uga uma o le XRF ma le XPS e tatau ona fa'aalia ai se tumutumuga Nb manino.
I le tulaga o le XRF spectra, o faʻataʻitaʻiga o microalgae na faʻaalia ai tumutumuga Nb mo le SL Nb2CTx ma le Nb4C3Tx MXene ina ua maeʻa ona fegalegaleai ma le SL Nb2CTx ma le Nb4C3Tx MXene (tagai i le Ata 5a, ia matau foʻi o taunuʻuga mo MAX ma ML MXenes o loʻo faʻaalia i le SI, Ata S12–C17). O le mea e malie ai, o le malosi o le tumutumuga Nb e tutusa i tulaga uma e lua (pa mumu i le Ata 5a). O lenei mea na faʻaalia ai e le mafai e le algae ona mitiia le tele o le Nb, ma o le gafatia maualuga mo le faʻaputuga Nb na ausia i totonu o sela, e ui lava e faaluaina le tele o le Nb4C3Tx MXene na faʻapipiʻi i sela microalgae (pa lanumoana i le Ata 5a). E taua tele, o le gafatia o microalgae e mitiia ai uʻamea e faʻalagolago i le tele o oxides uʻamea i le siosiomaga67,68. Na maua e Shamshada et al.67 o le gafatia mitiia o le algae vai fou e faʻaitiitia i le faʻateleina o le pH. Na matauina e Raize et al.68 o le gafatia o limu e mitiia ai u'amea e tusa ma le 25% le maualuga atu mo le Pb2+ nai lo le Ni2+.
(a) O taunuʻuga o le XRF o le faʻaaogaina o le Nb basal e sela microalgae lanumeamata na faʻatupuina i le maualuga tele o le SL Nb-MXenes (100 mg L-1) mo le 72 itula. O taunuʻuga o loʻo faʻaalia ai le iai o le α i sela microalgae mama (faʻataʻitaʻiga faʻatonutonu, koluma efuefu), 2D nanoflakes na vavaeʻeseina mai sela microalgae i luga (koluma lanumoana), ma sela microalgae ina ua maeʻa ona vavaeʻeseina nanoflakes 2D mai luga (koluma mumu). O le aofaʻi o le elemental Nb, (b) pasene o le tuufaatasiga vailaʻau o vaega faʻaola microalgae (C=O ma CHx/C–O) ma Nb oxides o loʻo iai i sela microalgae ina ua maeʻa ona faʻatupuina ma le SL Nb-MXenes, (c–e) Fetuʻunaʻiga o le tumutumuga o le tuufaatasiga o le XPS SL Nb2CTx spectra ma le (fh) SL Nb4C3Tx MXene na faʻaputuina e sela microalgae.
O le mea lea, na matou faʻamoemoeina ai e mafai ona mitiia le Nb e sela o le algae i foliga o oxides. Mo le faʻataʻitaʻiina o lenei mea, na matou faia ai suʻesuʻega XPS i luga o MXenes Nb2CTx ma Nb4C3TX ma sela o le algae. O taunuʻuga o le fegalegaleaiga o microalgae ma Nb-MXenes ma MXenes na vavaeʻese mai sela o le algae o loʻo faʻaalia i Ata 5b. E pei ona faʻamoemoeina, na matou iloa ai tumutumuga Nb 3d i faʻataʻitaʻiga o microalgae ina ua maeʻa ona aveese le MXene mai le luga o le microalgae. O le fuafuaina faʻapitoa o le C=O, CHx/CO, ma le Nb oxides na fuafuaina e faʻavae i luga o le Nb 3d, O 1s, ma le C 1s spectra na maua i le Nb2CTx SL (Ata 5c–e) ma le Nb4C3Tx SL (Ata 5c–e). ) na maua mai microalgae na faʻatupuina. Ata 5f–h) MXenes. O le Laulau S1-3 o loʻo faʻaalia ai faʻamatalaga auiliili o le tumutumuga ma le kemisi lautele e mafua mai i le fetaui. E tāua le mātauina o vaega Nb 3d o le Nb2CTx SL ma le Nb4C3Tx SL (Ata 5c, f) e fetaui ma le tasi vaega Nb2O5. Iinei, matou te leʻi mauaina ni tumutumu e fesoʻotaʻi ma le MXene i totonu o le spectra, ma faʻailoa mai ai e naʻo le oxide form o le Nb e mitiia e sela microalgae. E le gata i lea, matou te faʻatatauina le C 1 s spectrum ma vaega C–C, CHx/C–O, C=O, ma le –COOH. Na matou tofia tumutumu CHx/C–O ma le C=O i le sao faʻalenatura o sela microalgae. O nei vaega faʻalenatura e aofia ai le 36% ma le 41% o tumutumu C 1s i le Nb2CTx SL ma le Nb4C3TX SL, i le faʻasologa. Ona matou faʻapipiʻiina lea o le O 1s spectra o le SL Nb2CTx ma le SL Nb4C3TX ma le Nb2O5, vaega faʻalenatura o microalgae (CHx/CO), ma le vai e mitiia i luga.
Ma le mea mulimuli, o taunuuga o le XPS na faʻaalia manino ai le foliga o le Nb, ae le na o lona i ai. E tusa ai ma le tulaga o le faailoilo Nb 3d ma taunuuga o le deconvolution, matou te faʻamaonia ai o le Nb e mitiia i le foliga o oxides ae le o ions poʻo le MXene lava ia. E le gata i lea, o taunuuga o le XPS na faʻaalia ai o sela microalgae e sili atu le gafatia e mitiia ai Nb oxides mai le SL Nb2CTx pe a faʻatusatusa i le SL Nb4C3TX MXene.
E ui o a matou taunuuga o le Nb uptake e ofoofogia ma mafai ai ona matou iloa le faʻaleagaina o le MXene, ae leai se metotia e maua e siaki ai suiga faʻapitoa e fesoʻotaʻi i le 2D nanoflakes. O le mea lea, na matou filifili ai foʻi e atiaʻe se metotia talafeagai e mafai ona tali saʻo atu i soʻo se suiga e tutupu i le 2D Nb-MXene nanoflakes ma microalgae cells. E taua le maitauina matou te manatu afai e oʻo i ai soʻo se suiga, faʻaleagaina poʻo le defragmentation o meaola fegalegaleai, e tatau ona vave faʻaalia o ia lava o ni suiga i foliga o foliga, e pei o le lautele o le eria faʻataʻamilomilo tutusa, lapotopoto, lautele o Feret, poʻo le umi o Feret. Talu ai o nei parakalafa e talafeagai mo le faʻamatalaina o vaega faʻaloloa poʻo nanoflakes lua-dimensional, o la latou siakiina e ala i le auʻiliʻiliga o foliga o vaega faʻaolaola o le a maua ai e i matou faʻamatalaga taua e uiga i le suiga faʻapitoa o le SL Nb-MXene nanoflakes i le taimi o le faʻaitiitia.
O taunuuga na maua o loʻo faʻaalia i le Ata 6. Mo le faʻatusatusaga, na matou faʻataʻitaʻiina foʻi le vaega muamua o le MAX ma le ML-MXenes (tagai i le SI Figures S18 ma le S19). O le suʻesuʻega faʻaonaponei o le foliga o le vaega na faʻaalia ai o foliga uma o le lua Nb-MXene SLs na suia tele ina ua maeʻa ona fegalegaleai ma microalgae. E pei ona faʻaalia e le tutusa o le lautele o le vaega faataamilosaga (Ata 6a, b), o le faaitiitia o le malosi o le tumutumu o le vaega o nanoflakes tetele e faʻaalia ai e masani ona pala i ni vaega laiti. I le ata 6c, o le d o loʻo faʻaalia ai le faʻaitiitia o tumutumu e fesoʻotaʻi ma le tele o le transverse o flakes (elongation o nanoflakes), e faʻaalia ai le suiga o 2D nanoflakes i se foliga e sili atu ona pei o le vaega. O le Ata 6e-h o loʻo faʻaalia ai le lautele ma le umi o le Feret, i le faʻasologa. O le lautele ma le umi o le Feret o ni parakalafa e fetaui lelei ma e tatau ona mafaufau faʻatasi. A maeʻa ona faʻasusuina le 2D Nb-MXene nanoflakes i le i ai o microalgae, na suia ai o latou tumutumu fesoʻotaʻiga Feret ma faʻaitiitia ai lo latou malosi. E faʻavae i luga o nei taunuuga faʻatasi ai ma le morphology, XRF ma le XPS, na matou faʻaiʻuina ai o suiga na matauina e fesoʻotaʻi vavalalata ma le oxidation ona o MXenes ua oxidized e faʻateleina le maanuminumi ma malepe i ni fasi ma ni fasi oxide lapotopoto69,70.
Su'esu'ega o le suiga o le MXene ina ua mae'a le fegalegaleai ma microalgae lanumeamata. O le su'esu'ega o foliga o le vaega fa'aolaola e amana'ia ai fa'ailoga e pei o le (a, b) lautele o le vaega tutusa o le li'o, (c, d) lapotopoto, (e, f) lautele o le Feret ma le (g, h) umi o le Feret. Mo lenei fa'amoemoe, e lua fa'ata'ita'iga o microalgae fa'asino na su'esu'eina fa'atasi ma le SL Nb2CTx autu ma le SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx ma le SL Nb4C3Tx MXenes, microalgae ua fa'aleagaina, ma microalgae ua togafitia SL Nb2CTx ma le SL Nb4C3Tx MXenes. O aū mumu e fa'aalia ai suiga o fa'ailoga o foliga o nanoflakes lua-dimensional na su'esu'eina.
Talu ai e matuā fa’atuatuaina le au’ili’iliga o foliga o le sela, e mafai fo’i ona fa’aalia ai suiga fa’ale-tino i sela o microalgae. O le mea lea, na matou iloiloina ai le lautele tutusa o le vaega fa’ata’amilomilo, le lapotopoto, ma le lautele/umi o Feret o sela mama o microalgae ma sela ina ua mae’a ona fegalegaleai ma 2D Nb nanoflakes. I le ata 6a–h o lo’o fa’aalia ai suiga i foliga o sela o algae, e pei ona fa’amaonia e le fa’aitiitia o le malosi maualuga ma le suiga o le maualuga agai i tulaga maualuluga. Ae maise lava, o foliga lapotopoto o sela na fa’aalia ai le fa’aitiitia o sela fa’aloloa ma le fa’ateleina o sela lapotopoto (Ata 6a, b). E le gata i lea, na fa’ateleina le lautele o le sela o Feret i ni nai micrometers ina ua mae’a ona fegalegaleai ma le SL Nb2CTx MXene (Ata 6e) pe a fa’atusatusa i le SL Nb4C3TX MXene (Ata 6f). Matou te masalomia atonu o lenei mea e mafua mai i le malosi o le mitiia o Nb oxides e microalgae pe a fegalegaleai ma le Nb2CTx SR. O le fa’apipi’iina itiiti o Nb flakes i o latou luga e mafai ona i’u ai i le tuputupu a’e o sela ma sina aafiaga o le paolo.
O a matou matauga i suiga i tulaga o le foliga ma le tele o microalgae e faʻaopoopoina ai isi suʻesuʻega. E mafai e microalgae lanumeamata ona suia o latou foliga e tali atu ai i le atuatuvale o le siosiomaga e ala i le suia o le tele o le sela, foliga poʻo le metabolism61. Mo se faʻataʻitaʻiga, o le suia o le tele o sela e faʻafaigofie ai le mitiia o meaʻai71. O sela limu laiti e faʻaalia ai le maualalo o le mitiia o meaʻai ma le faʻaletonu o le saoasaoa o le tuputupu aʻe. I se isi itu, o sela tetele e masani ona faʻaaogaina le tele o meaʻai, lea e teuina i totonu o le sela72,73. Na maua e Machado ma Soares e mafai e le fungicide triclosan ona faʻateleina le tele o le sela. Na latou maua foʻi ni suiga tetele i le foliga o le limu74. E le gata i lea, na faʻaalia foʻi e Yin et al.9 ni suiga faʻapitoa i le limu ina ua maeʻa ona faʻaalia i nanocomposites graphene oxide ua faʻaitiitia. O le mea lea, e manino lava o le suiga o le tele/foliga o le microalgae e mafua mai i le iai o MXene. Talu ai o lenei suiga i le tele ma le foliga o loʻo faʻaalia ai suiga i le mitiia o meaʻai, matou te talitonu o le suʻesuʻeina o le tele ma le foliga o le foliga i le aluga o taimi e mafai ona faʻaalia ai le mitiia o le niobium oxide e microalgae i le iai o Nb-MXenes.
E le gata i lea, e mafai ona fa'a'okesene MXenes i le i ai o le algae. Na matauina e Dalai et al.75 e le tutusa le foliga o le algae lanumeamata na fa'aalia i le nano-TiO2 ma le Al2O376. E ui o a matou matauga e tutusa ma le su'esu'ega o lo'o iai nei, ae na'o le su'esu'ega o a'afiaga o le bioremediation e tusa ai ma oloa fa'aleagaina o le MXene i le i ai o le 2D nanoflakes ae le o nanoparticles e taua. Talu ai e mafai e MXenes ona fa'aleagaina i totonu o oxides u'amea,31,32,77,78 e talafeagai ai le manatu o a tatou Nb nanoflakes e mafai foi ona fausia ni Nb oxides pe a uma ona fegalegaleai ma sela microalgae.
Ina ia faʻamatalaina le faʻaitiitia o nanoflakes 2D-Nb e ala i se faiga faʻaleagaina e faʻavae i luga o le faʻagasologa o le faʻamaʻiina, na matou faia ni suʻesuʻega e faʻaaoga ai le microscopy eletise faʻasalalau maualuga (HRTEM) (Ata 7a,b) ma le X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (Ata 7). 7c-i ma laulau S4-5). O auala uma e lua e talafeagai mo le suʻesuʻeina o le faʻamaʻiina o mea 2D ma faʻaopoopo le tasi i le isi. E mafai e le HRTEM ona iloiloina le faʻaleagaina o fausaga e lua-dimensional layered ma le foliga mai o nanoparticles o le uʻamea oxide, ae o le XPS e maaleale i fusi o luga. Mo lenei faʻamoemoe, na matou faʻataʻitaʻiina ai nanoflakes 2D Nb-MXene na maua mai i microalgae cell dispersions, o lona uiga, o latou foliga pe a uma ona fegalegaleai ma microalgae cells (tagai Ata 7).
O ata HRTEM o loʻo faʻaalia ai le morphology o le oxidized (a) SL Nb2CTx ma le (b) SL Nb4C3Tx MXenes, o taunuuga o le suʻesuʻega XPS o loʻo faʻaalia ai le (c) tuʻufaʻatasiga o oloa oxide pe a uma le faʻaitiitia, (d–f) le fetaui lelei o vaega o le XPS spectra o le SL Nb2CTx ma le (g– i) Nb4C3Tx SL na toe faʻaleleia i microalgae lanumeamata.
Na faʻamaonia e suʻesuʻega a le HRTEM le faʻaokseneina o ituaiga e lua o nanoflakes Nb-MXene. E ui ina taofia e nanoflakes lo latou foliga lua-vaega i se tulaga, ae o le faʻaokseneina na mafua ai ona aliali mai le tele o nanoparticles o loʻo ufiufi ai le fogāeleele o nanoflakes MXene (tagai i le Ata 7a,b). O le suʻesuʻega XPS o faʻailoga c Nb 3d ma le O 1s na faʻaalia ai na fausia Nb oxides i tulaga uma e lua. E pei ona faʻaalia i le Ata 7c, o le 2D MXene Nb2CTx ma le Nb4C3TX o loʻo i ai faʻailoga Nb 3d e faʻaalia ai le i ai o NbO ma Nb2O5 oxides, ae o faʻailoga O 1s e faʻaalia ai le aofaʻi o fusi O–Nb e fesoʻotaʻi ma le faʻatinoina o le fogāeleele 2D nanoflake. Na matou matauina o le sao o le Nb oxide e sili ona tele pe a faʻatusatusa i le Nb-C ma le Nb3+-O.
I le ata. O Ata 7g–i o loʻo faʻaalia ai le XPS spectra o le Nb 3d, C 1s, ma le O 1s SL Nb2CTx (tagai Ata 7d–f) ma le SL Nb4C3TX MXene ua vavaeʻeseina mai sela microalgae. O faʻamatalaga auiliili o le Nb-MXenes peak parameters o loʻo tuʻuina atu i le Laulau S4–5, i le faasologa. Na matou suʻesuʻeina muamua le tuufaatasiga o le Nb 3d. E ese mai le Nb na mitiia e sela microalgae, i le MXene ua vavaeʻeseina mai sela microalgae, e ese mai le Nb2O5, na maua ai isi vaega. I le Nb2CTx SL, na matou matauina le sao o le Nb3+-O i le aofaʻi e 15%, ae o le vaega o totoe o le Nb 3d spectrum na pulea e le Nb2O5 (85%). E le gata i lea, o le faʻataʻitaʻiga SL Nb4C3TX o loʻo i ai vaega o le Nb-C (9%) ma le Nb2O5 (91%). O iinei e sau ai le Nb-C mai ni vaega atomika se lua i totonu o le carbide u'amea i le Nb4C3Tx SR. Ona matou fa'afanua lea o le C 1s spectra i ni vaega eseese e fa, e pei ona matou faia i fa'ata'ita'iga fa'alotoifale. E pei ona fa'amoemoeina, o le C 1s spectrum e pulea e le graphitic carbon, sosoo ai ma le sao mai vaega fa'aola (CHx/CO ma le C=O) mai sela microalgae. E le gata i lea, i le O 1s spectrum, na matou matauina ai le sao o foliga fa'aola o sela microalgae, niobium oxide, ma le vai mitiia.
E le gata i lea, na matou suʻesuʻeina pe o fesoʻotaʻi le vaeluaina o le Nb-MXenes ma le i ai o le reactive oxygen species (ROS) i totonu o le nutrient medium ma/poʻo microalgae cells. Mo lenei faʻamoemoe, na matou iloiloina ai le maualuga o le singlet oxygen (1O2) i totonu o le culture medium ma le intracellular glutathione, o se thiol e galue o se antioxidant i microalgae. O loʻo faʻaalia iʻuga i le SI (Ata S20 ma le S21). O cultures ma le SL Nb2CTx ma le Nb4C3TX MXenes na faʻailoaina i le faʻaitiitia o le aofaʻi o le 1O2 (tagai i le Ata S20). I le tulaga o le SL Nb2CTx, ua faʻaitiitia le MXene 1O2 i le tusa ma le 83%. Mo cultures microalgae e faʻaaogaina le SL, na faʻaitiitia atili ai le Nb4C3TX 1O2, i le 73%. O le mea e malie ai, o suiga i le 1O2 na faʻaalia ai le aga tutusa e pei o le aafiaga inhibitory-stimulatory na matauina muamua (tagai i le Ata 3). E mafai ona finauina o le incubation i le malamalama susulu e mafai ona suia ai le photooxidation. Peita’i, o taunu’uga o le su’esu’ega fa’atonutonu na fa’aalia ai le toetoe lava tutusa o le maualuga o le 1O2 i le taimi o le fa’ata’ita’iga (Ata S22). I le tulaga o le maualuga o le ROS i totonu o le sela, na matou matauina fo’i le fa’agasologa lava lea e tasi i lalo (tagai i le Ata S21). I le taimi muamua, o le maualuga o le ROS i totonu o sela o microalgae na totoina i le i ai o le Nb2CTx ma le Nb4C3Tx SLs na sili atu nai lo le maualuga na maua i fa’ato’aga mama o microalgae. Peita’i, mulimuli ane, na foliga mai na fetu’una’i microalgae i le i ai o Nb-MXenes uma e lua, aua na fa’aitiitia le maualuga o le ROS i le 85% ma le 91% o le maualuga na fuaina i fa’ato’aga mama o microalgae na fa’apipi’iina i le SL Nb2CTx ma le Nb4C3TX. Atonu e fa’ailoa mai ai e sili atu le to’a o microalgae i le aluga o taimi i le i ai o le Nb-MXene nai lo na’o le nutrient medium.
O Microalgae o se vaega eseese o meaola photosynthetic. I le taimi o le photosynthesis, latou te liua le carbon dioxide (CO2) i le ea i le carbon organic. O oloa o le photosynthesis o le glucose ma le oxygen79. Matou te masalomia o le okesene ua fausia e iai sona sao taua i le oxidation o Nb-MXenes. O se tasi o faʻamatalaga e ono mafai ona faia mo lenei mea, o le eseesega o le aeration parameter e fausia i le maualalo ma le maualuga o le mamafa o le okesene i fafo ma totonu o le Nb-MXene nanoflakes. O lona uiga o soo se mea e iai ni vaega o le eseese o le mamafa o le okesene, o le vaega e maualalo le tulaga o le a fausia ai le anode 80, 81, 82. O iinei, e fesoasoani le microalgae i le fausiaina o sela e eseese le aeration i luga o le MXene flakes, lea e gaosia ai le okesene ona o latou meatotino photosynthetic. O se taunuuga, e fausia ai oloa biocorrosion (i lenei tulaga, niobium oxides). O le isi itu o le mafai e microalgae ona gaosia ni organic acids e faʻasaʻolotoina i totonu o le vai83,84. O le mea lea, e fausia ai se siosiomaga malosi, ma suia ai le Nb-MXenes. E le gata i lea, e mafai e microalgae ona suia le pH o le siosiomaga i le alkaline ona o le mitiia o le carbon dioxide, lea e mafai foi ona mafua ai le ele79.
O le mea e sili ona tāua, o le vaitaimi pogisa/malamalama o le malamalama e faʻaaogaina i la matou suʻesuʻega e matuā tāua tele i le malamalama i taunuuga na maua. O lenei itu o loʻo faʻamatalaina auiliili i le Djemai-Zoghlache et al. 85 Na latou faʻaaogaina ma le loto i ai se vaitaimi e 12/12 itula le umi e faʻaalia ai le biocorrosion e fesoʻotaʻi ma le biofouling e le microalgae mumu Porphyridium purpureum. Na latou faʻaalia o le vaitaimi e fesoʻotaʻi ma le evolusione o le gafatia e aunoa ma le biocorrosion, e faʻaalia ai o ia lava o ni pseudoperiodic oscillations i le 24:00. O nei matauga na faʻamaonia e Dowling et al. 86 Na latou faʻaalia biofilms photosynthetic o le cyanobacteria Anabaena. O le okesene ua faʻamamāina e fausia i lalo o le gaioiga a le malamalama, lea e fesoʻotaʻi ma se suiga poʻo ni suiga i le gafatia saoloto o le biocorrosion. O le tāua o le vaitaimi e faʻamamafaina e le mea moni e faʻateleina le gafatia saoloto mo le biocorrosion i le vaega malamalama ma faʻaitiitia i le vaega pogisa. E mafua lea ona o le okesene e gaosia e le photosynthetic microalgae, lea e aʻafia ai le tali atu cathodic e ala i le mamafa faʻapitoa e gaosia e lata ane i electrodes87.
E le gata i lea, sa faia le Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) e iloa ai pe na iai ni suiga na tutupu i le tuufaatasiga o vailaʻau o sela microalgae ina ua maeʻa ona fegalegaleai ma Nb-MXenes. O nei taunuuga na maua e faigata ma matou te tuʻuina atu i le SI (Ata S23-S25, e aofia ai taunuuga o le MAX stage ma ML MXenes). I se aotelega, o le reference spectra na maua mai o microalgae e maua ai faʻamatalaga taua e uiga i uiga faʻakemikolo o nei meaola. O nei vibrations e sili ona ono maua o loʻo i ai i taimi o le 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1. tasi. 1 1 (C–H) ma le 3280 cm–1 (O–H). Mo SL Nb-MXenes, na matou maua ai se CH-bond stretching signature e ogatasi ma la matou suʻesuʻega muamua38. Peita’i, na matou matauina o nisi o tumutumuga faaopoopo e feso’ota’i ma fusi C=C ma CH ua mou atu. O lo’o fa’ailoa mai ai o le tuufaatasiga o vaila’au o microalgae atonu e iai ni suiga laiti ona o le fegalegaleai ma le SL Nb-MXenes.
A mafaufau i suiga e ono tutupu i le biochemistry o microalgae, e manaʻomia ona toe mafaufau i le faaputuputuina o inorganic oxides, e pei o le niobium oxide,59. E aofia ai i le mitiia o metala e le fogāeleele o le sela, lo latou felauaiga i totonu o le cytoplasm, lo latou fesootaʻiga ma vaega carboxyl i totonu o le sela, ma lo latou faaputuputuina i microalgae polyphosphosomes20,88,89,90. E le gata i lea, o le sootaga i le va o microalgae ma metala e tausia e vaega galue o sela. Mo lenei mafuaaga, o le mitiia e faalagolago foi i le kemisi o luga o microalgae, lea e matua faigata lava9,91. I se tulaga lautele, e pei ona faamoemoeina, o le tuufaatasiga o vailaʻau o microalgae lanumeamata na suia teisi ona o le mitiia o le Nb oxide.
O le mea e malie ai, o le taofiofia muamua o microalgae na matauina sa mafai ona toe faaleleia i le aluga o taimi. E pei ona matou matauina, na faatoilaloina e microalgae le suiga muamua o le siosiomaga ma iu ai ina toe foi i le fua faatatau masani o le tuputupu ae ma faateleina foi. O suesuega o le zeta potential ua faaalia ai le mautu maualuga pe a tuuina atu i totonu o ala o meaʻai. O lea la, o le fesootaiga i luga o le fogaeleele i le va o sela microalgae ma Nb-MXene nanoflakes sa faatumauina i taimi uma o faataitaiga faaitiitia. I la matou auiliiliga atili, matou te aoteleina ai auala autu o gaioiga o loo i lalo o lenei amioga ofoofogia o microalgae.
Ua faʻaalia e mataʻituina o le SEM e masani ona pipii atu microalgae i Nb-MXenes. I le faʻaaogaina o le auʻiliʻiliga o ata faʻa-dynamic, matou te faʻamaonia ai o lenei aafiaga e oʻo atu ai i le suiga o nanoflakes Nb-MXene e lua-dimensional i ni vaega e sili atu ona lapotopoto, ma faʻaalia ai o le pala o nanoflakes e fesoʻotaʻi ma lo latou oxidation. Mo le faʻataʻitaʻiina o la matou manatu, na matou faia ai se faasologa o suʻesuʻega o meafaitino ma biochemical. Ina ua maeʻa suʻega, na faasolosolo malie ona oxidized ma pala nanoflakes i ni oloa NbO ma Nb2O5, lea e leʻi avea ma lamatiaga i microalgae lanumeamata. I le faʻaaogaina o le mataʻituina o le FTIR, na matou le mauaina ni suiga taua i le tuufaatasiga o vailaʻau o microalgae na faʻatupuina i le i ai o nanoflakes 2D Nb-MXene. I le mafaufauina o le ono mafai ona mitiia le niobium oxide e microalgae, na matou faia ai se auʻiliʻiliga o le X-ray fluorescence. O nei taunuuga e faʻaalia manino ai o microalgae na suʻesuʻeina e 'ai niobium oxides (NbO ma Nb2O5), e le oona i microalgae na suʻesuʻeina.