Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు.మీరు పరిమిత CSS మద్దతుతో బ్రౌజర్ సంస్కరణను ఉపయోగిస్తున్నారు.ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి).ఈ సమయంలో, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము సైట్‌ను స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా రెండర్ చేస్తాము.
ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల రంగులరాట్నం ప్రదర్శిస్తుంది.ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి మునుపటి మరియు తదుపరి బటన్‌లను ఉపయోగించండి లేదా ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి చివర ఉన్న స్లయిడర్ బటన్‌లను ఉపయోగించండి.
నానోటెక్నాలజీ యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి మరియు రోజువారీ అనువర్తనాల్లో దాని ఏకీకరణ పర్యావరణానికి ముప్పు కలిగిస్తుంది.సేంద్రీయ కలుషితాల క్షీణతకు ఆకుపచ్చ పద్ధతులు బాగా స్థిరపడినప్పటికీ, అకర్బన స్ఫటికాకార కలుషితాల పునరుద్ధరణ అనేది బయో ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్‌కు తక్కువ సున్నితత్వం మరియు జీవసంబంధమైన వాటితో పదార్థ ఉపరితల పరస్పర చర్యలపై అవగాహన లేకపోవడం వల్ల పెద్ద ఆందోళన కలిగిస్తుంది.ఇక్కడ, గ్రీన్ మైక్రోఅల్గే రాఫిడోసెలిస్ సబ్‌క్యాపిటాటా ద్వారా 2D సిరామిక్ సూక్ష్మ పదార్ధాల బయోరిమిడియేషన్ మెకానిజమ్‌ను కనుగొనడానికి మేము Nb-ఆధారిత అకర్బన 2D MXenes మోడల్‌ను సాధారణ ఆకృతి పారామితి విశ్లేషణ పద్ధతితో కలిపి ఉపయోగిస్తాము.ఉపరితల-సంబంధిత భౌతిక-రసాయన పరస్పర చర్యల కారణంగా మైక్రోఅల్గే Nb-ఆధారిత MXenesని క్షీణింపజేస్తుందని మేము కనుగొన్నాము.ప్రారంభంలో, మైక్రోఅల్గే యొక్క ఉపరితలంపై సింగిల్-లేయర్ మరియు మల్టీలేయర్ MXene నానోఫ్లేక్‌లు జతచేయబడ్డాయి, ఇది ఆల్గే పెరుగుదలను కొంతవరకు తగ్గించింది.అయినప్పటికీ, ఉపరితలంతో సుదీర్ఘమైన పరస్పర చర్యపై, మైక్రోఅల్గే MXene నానోఫ్లేక్‌లను ఆక్సీకరణం చేసింది మరియు వాటిని మరింతగా NbO మరియు Nb2O5గా విడదీస్తుంది.ఈ ఆక్సైడ్‌లు మైక్రోఅల్గే కణాలకు విషపూరితం కానందున, అవి శోషణ విధానం ద్వారా Nb ఆక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్‌ను వినియోగిస్తాయి, ఇది 72 గంటల నీటి శుద్ధి తర్వాత మైక్రోఅల్గేను మరింత పునరుద్ధరిస్తుంది.శోషణతో సంబంధం ఉన్న పోషకాల ప్రభావాలు సెల్ వాల్యూమ్ పెరుగుదల, వాటి మృదువైన ఆకారం మరియు వృద్ధి రేటులో మార్పులో కూడా ప్రతిబింబిస్తాయి.ఈ పరిశోధనల ఆధారంగా, మంచినీటి పర్యావరణ వ్యవస్థలలో Nb-ఆధారిత MXenes యొక్క స్వల్ప మరియు దీర్ఘకాలిక ఉనికి చిన్న పర్యావరణ ప్రభావాలకు మాత్రమే కారణమవుతుందని మేము నిర్ధారించాము.రెండు-డైమెన్షనల్ నానోమెటీరియల్స్‌ని మోడల్ సిస్టమ్‌లుగా ఉపయోగించి, చక్కటి-కణిత పదార్థాలలో కూడా ఆకార పరివర్తనను ట్రాక్ చేసే అవకాశాన్ని మేము ప్రదర్శిస్తాము.మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం 2D నానోమెటీరియల్స్ యొక్క బయోరిమిడియేషన్ మెకానిజంను నడిపించే ఉపరితల పరస్పర-సంబంధిత ప్రక్రియల గురించిన ముఖ్యమైన ప్రాథమిక ప్రశ్నకు సమాధానమిస్తుంది మరియు అకర్బన స్ఫటికాకార సూక్ష్మ పదార్ధాల పర్యావరణ ప్రభావంపై తదుపరి స్వల్పకాలిక మరియు దీర్ఘకాలిక అధ్యయనాలకు ఆధారాన్ని అందిస్తుంది.
నానో మెటీరియల్స్ వారి ఆవిష్కరణ నుండి చాలా ఆసక్తిని సృష్టించాయి మరియు వివిధ నానోటెక్నాలజీలు ఇటీవల ఆధునికీకరణ దశ1లోకి ప్రవేశించాయి.దురదృష్టవశాత్తూ, నానో మెటీరియల్స్‌ని రోజువారీ అప్లికేషన్‌లలో ఏకీకృతం చేయడం వలన సరికాని పారవేయడం, అజాగ్రత్త నిర్వహణ లేదా సరిపడని భద్రతా మౌలిక సదుపాయాల కారణంగా ప్రమాదవశాత్తూ విడుదలలకు దారితీయవచ్చు.అందువల్ల, రెండు-డైమెన్షనల్ (2D) సూక్ష్మ పదార్ధాలతో సహా సూక్ష్మ పదార్ధాలు సహజ వాతావరణంలోకి విడుదల చేయబడతాయని భావించడం సహేతుకమైనది, వీటి ప్రవర్తన మరియు జీవసంబంధ కార్యకలాపాలు ఇంకా పూర్తిగా అర్థం కాలేదు.అందువల్ల, ఎకోటాక్సిసిటీ ఆందోళనలు 2D నానోమెటీరియల్స్ ఆక్వాటిక్ సిస్టమ్స్ 2,3,4,5,6లోకి ప్రవేశించే సామర్థ్యంపై దృష్టి సారించడంలో ఆశ్చర్యం లేదు.ఈ పర్యావరణ వ్యవస్థలలో, కొన్ని 2D సూక్ష్మ పదార్ధాలు మైక్రోఅల్గేతో సహా వివిధ ట్రోఫిక్ స్థాయిలలో వివిధ జీవులతో సంకర్షణ చెందుతాయి.
మైక్రోఅల్గే అనేది సహజంగా మంచినీరు మరియు సముద్ర పర్యావరణ వ్యవస్థలలో కనిపించే ఆదిమ జీవులు, ఇవి కిరణజన్య సంయోగక్రియ ద్వారా వివిధ రకాల రసాయన ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.అలాగే, అవి జల జీవావరణ వ్యవస్థలకు 8,9,10,11,12 కీలకమైనవి అయితే సున్నితమైనవి, చవకైనవి మరియు ఎకోటాక్సిసిటీ13,14 యొక్క విస్తృతంగా ఉపయోగించే సూచికలు.మైక్రోఅల్గే కణాలు వేగంగా గుణించడం మరియు వివిధ సమ్మేళనాల ఉనికికి త్వరగా ప్రతిస్పందిస్తాయి కాబట్టి, సేంద్రీయ పదార్ధాలతో కలుషితమైన నీటిని శుద్ధి చేయడానికి పర్యావరణ అనుకూల పద్ధతులను అభివృద్ధి చేయడానికి అవి వాగ్దానం చేస్తున్నాయి.
ఆల్గే కణాలు బయోసోర్ప్షన్ మరియు చేరడం ద్వారా నీటి నుండి అకర్బన అయాన్లను తొలగించగలవు17,18.క్లోరెల్లా, అనాబెనా ఇన్వార్, వెస్టియెలోప్సిస్ ప్రోలిఫికా, స్టిజియోక్లోనియం టెన్యూ మరియు సైనెకోకాకస్ sp వంటి కొన్ని ఆల్గల్ జాతులు.ఇది Fe2+, Cu2+, Zn2+ మరియు Mn2+19 వంటి విషపూరిత లోహ అయాన్‌లను తీసుకువెళ్లడానికి మరియు పోషించడానికి కూడా కనుగొనబడింది.ఇతర అధ్యయనాలు Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ లేదా Pb2+ అయాన్లు కణ స్వరూపాన్ని మార్చడం ద్వారా మరియు వాటి క్లోరోప్లాస్ట్‌లను నాశనం చేయడం ద్వారా స్కెనెడెస్మస్ యొక్క పెరుగుదలను పరిమితం చేస్తాయని చూపించాయి20,21.
సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల కుళ్ళిపోవడానికి మరియు హెవీ మెటల్ అయాన్ల తొలగింపుకు గ్రీన్ పద్ధతులు ప్రపంచవ్యాప్తంగా శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్ల దృష్టిని ఆకర్షించాయి.ఈ కలుషితాలు ద్రవ దశలో సులభంగా ప్రాసెస్ చేయబడటం దీనికి ప్రధాన కారణం.ఏది ఏమైనప్పటికీ, అకర్బన స్ఫటికాకార కాలుష్య కారకాలు తక్కువ నీటిలో ద్రావణీయత మరియు వివిధ బయో ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్‌లకు తక్కువ గ్రహణశీలత కలిగి ఉంటాయి, ఇది నివారణలో చాలా ఇబ్బందులను కలిగిస్తుంది మరియు ఈ ప్రాంతంలో తక్కువ పురోగతి సాధించబడింది22,23,24,25,26.అందువల్ల, సూక్ష్మ పదార్ధాల మరమ్మత్తు కోసం పర్యావరణ అనుకూల పరిష్కారాల కోసం అన్వేషణ సంక్లిష్టమైన మరియు అన్వేషించని ప్రాంతంగా మిగిలిపోయింది.2D సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క బయో ట్రాన్స్ఫర్మేషన్ ప్రభావాలకు సంబంధించి అధిక స్థాయి అనిశ్చితి కారణంగా, తగ్గింపు సమయంలో వాటి క్షీణత యొక్క సాధ్యమైన మార్గాలను కనుగొనడానికి సులభమైన మార్గం లేదు.
ఈ అధ్యయనంలో, మేము అకర్బన సిరామిక్ పదార్థాలకు క్రియాశీల సజల బయోరెమిడియేషన్ ఏజెంట్‌గా ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గేని ఉపయోగించాము, అకర్బన సిరామిక్ పదార్థాల ప్రతినిధిగా MXene యొక్క క్షీణత ప్రక్రియ యొక్క సిటు పర్యవేక్షణతో కలిపి."MXene" అనే పదం Mn+1XnTx మెటీరియల్ యొక్క స్టోయికియోమెట్రీని ప్రతిబింబిస్తుంది, ఇక్కడ M అనేది ప్రారంభ పరివర్తన లోహం, X అనేది కార్బన్ మరియు/లేదా నైట్రోజన్, Tx అనేది ఒక ఉపరితల టెర్మినేటర్ (ఉదా, -OH, -F, -Cl), మరియు n = 1, 2, 3 లేదా 427.28.నాగుయిబ్ మరియు ఇతరులు MXenesని కనుగొన్నప్పటి నుండి.సెన్సోరిక్స్, క్యాన్సర్ థెరపీ మరియు మెమ్బ్రేన్ ఫిల్ట్రేషన్ 27,29,30.అదనంగా, MXenes వాటి అద్భుతమైన ఘర్షణ స్థిరత్వం మరియు సాధ్యమయ్యే జీవసంబంధమైన పరస్పర చర్యల కారణంగా మోడల్ 2D వ్యవస్థలుగా పరిగణించబడతాయి31,32,33,34,35,36.
అందువల్ల, ఈ కథనంలో అభివృద్ధి చేయబడిన పద్దతి మరియు మా పరిశోధన పరికల్పనలు మూర్తి 1లో చూపబడ్డాయి. ఈ పరికల్పన ప్రకారం, మైక్రోఅల్గే ఉపరితల-సంబంధిత భౌతిక-రసాయన పరస్పర చర్యల కారణంగా Nb-ఆధారిత MXenesని విషరహిత సమ్మేళనాలుగా క్షీణింపజేస్తుంది, ఇది ఆల్గే యొక్క మరింత పునరుద్ధరణను అనుమతిస్తుంది.ఈ పరికల్పనను పరీక్షించడానికి, ప్రారంభ నియోబియం-ఆధారిత పరివర్తన మెటల్ కార్బైడ్‌లు మరియు/లేదా నైట్రైడ్‌ల (MXenes) కుటుంబంలోని ఇద్దరు సభ్యులు, అవి Nb2CTx మరియు Nb4C3TX ఎంపిక చేయబడ్డాయి.
గ్రీన్ మైక్రోఅల్గే రాఫిడోసెలిస్ సబ్‌క్యాపిటాటా ద్వారా MXene రికవరీ కోసం పరిశోధన పద్దతి మరియు సాక్ష్యం-ఆధారిత పరికల్పనలు.ఇది సాక్ష్యం-ఆధారిత ఊహల యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం మాత్రమే అని దయచేసి గమనించండి.సరస్సు పర్యావరణం ఉపయోగించిన పోషక మాధ్యమం మరియు పరిస్థితులు (ఉదా, రోజువారీ చక్రం మరియు అందుబాటులో ఉన్న అవసరమైన పోషకాలలో పరిమితులు) భిన్నంగా ఉంటాయి.BioRender.comతో సృష్టించబడింది.
కాబట్టి, MXeneని మోడల్ సిస్టమ్‌గా ఉపయోగించడం ద్వారా, ఇతర సాంప్రదాయ సూక్ష్మ పదార్ధాలతో గమనించలేని వివిధ జీవ ప్రభావాల అధ్యయనానికి మేము తలుపులు తెరిచాము.ప్రత్యేకించి, మైక్రోఅల్గే రాఫిడోసెలిస్ సబ్‌క్యాపిటాటా ద్వారా నియోబియం-ఆధారిత MXenes వంటి రెండు-డైమెన్షనల్ సూక్ష్మ పదార్ధాల బయోరిమిడియేషన్ యొక్క అవకాశాన్ని మేము ప్రదర్శిస్తాము.మైక్రోఅల్గేలు Nb-MXenesని నాన్-టాక్సిక్ ఆక్సైడ్‌లుగా NbO మరియు Nb2O5గా మార్చగలవు, ఇవి నియోబియం తీసుకునే విధానం ద్వారా పోషకాలను కూడా అందిస్తాయి.మొత్తంమీద, ఈ అధ్యయనం రెండు డైమెన్షనల్ సూక్ష్మ పదార్ధాల బయోరిమిడియేషన్ యొక్క మెకానిజమ్‌లను నియంత్రించే ఉపరితల భౌతిక రసాయన పరస్పర చర్యలకు సంబంధించిన ప్రక్రియల గురించి ముఖ్యమైన ప్రాథమిక ప్రశ్నకు సమాధానమిస్తుంది.అదనంగా, మేము 2D సూక్ష్మ పదార్ధాల ఆకృతిలో సూక్ష్మమైన మార్పులను ట్రాక్ చేయడానికి సరళమైన ఆకృతి-పారామితి-ఆధారిత పద్ధతిని అభివృద్ధి చేస్తున్నాము.ఇది అకర్బన స్ఫటికాకార సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క వివిధ పర్యావరణ ప్రభావాలపై మరింత స్వల్పకాలిక మరియు దీర్ఘకాలిక పరిశోధనలను ప్రేరేపిస్తుంది.అందువలన, మా అధ్యయనం పదార్థ ఉపరితలం మరియు జీవ పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క అవగాహనను పెంచుతుంది.మంచినీటి పర్యావరణ వ్యవస్థలపై వాటి ప్రభావం గురించి విస్తరించిన స్వల్పకాలిక మరియు దీర్ఘకాలిక అధ్యయనాలకు కూడా మేము ఆధారాన్ని అందిస్తున్నాము, వీటిని ఇప్పుడు సులభంగా ధృవీకరించవచ్చు.
MXenes ప్రత్యేకమైన మరియు ఆకర్షణీయమైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలతో కూడిన ఆసక్తికరమైన తరగతి పదార్థాలను సూచిస్తాయి మరియు అందువల్ల అనేక సంభావ్య అనువర్తనాలు.ఈ లక్షణాలు వాటి స్టోయికియోమెట్రీ మరియు ఉపరితల రసాయన శాస్త్రంపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి.అందువల్ల, మా అధ్యయనంలో, మేము రెండు రకాల Nb-ఆధారిత క్రమానుగత సింగిల్-లేయర్ (SL) MXenes, Nb2CTx మరియు Nb4C3TXలను పరిశోధించాము, ఎందుకంటే ఈ సూక్ష్మ పదార్ధాల యొక్క విభిన్న జీవ ప్రభావాలను గమనించవచ్చు.MXeneలు వాటి ప్రారంభ పదార్థాల నుండి అటామిక్‌గా సన్నని MAX-ఫేజ్ A-లేయర్‌ల యొక్క టాప్-డౌన్ సెలెక్టివ్ ఎచింగ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి.MAX దశ అనేది ట్రాన్సిషన్ మెటల్ కార్బైడ్‌ల యొక్క "బంధిత" బ్లాక్‌లు మరియు MnAXn-1 స్టోయికియోమెట్రీతో Al, Si మరియు Sn వంటి "A" మూలకాల యొక్క పలుచని పొరలతో కూడిన ఒక టెర్నరీ సిరామిక్.ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM)ని స్కాన్ చేయడం ద్వారా ప్రారంభ MAX దశ యొక్క పదనిర్మాణం గమనించబడింది మరియు మునుపటి అధ్యయనాలకు అనుగుణంగా ఉంది (అనుబంధ సమాచారం, SI, మూర్తి S1 చూడండి).48% HF (హైడ్రోఫ్లోరిక్ యాసిడ్)తో అల్ పొరను తొలగించిన తర్వాత మల్టీలేయర్ (ML) Nb-MXene పొందబడింది.ML-Nb2CTx మరియు ML-Nb4C3TX యొక్క స్వరూపాన్ని ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) స్కానింగ్ చేయడం ద్వారా పరిశీలించారు (గణాంకాలు S1c మరియు S1d వరుసగా) మరియు ఒక సాధారణ లేయర్డ్ MXene పదనిర్మాణం గమనించబడింది, ఇది రెండు-డైమెన్షనల్ నానోఫ్లేక్‌ల వలె పొడుగుచేసిన రంధ్రపు రంధ్రాల గుండా వెళుతుంది.Nb-MXeneలు రెండూ గతంలో యాసిడ్ ఎచింగ్ 27,38 ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడిన MXene దశలతో చాలా సాధారణం.MXene యొక్క నిర్మాణాన్ని నిర్ధారించిన తర్వాత, మేము దానిని టెట్రాబ్యూటిలామోనియం హైడ్రాక్సైడ్ (TBAOH) ఇంటర్కలేషన్ ద్వారా లేయర్ చేసాము, తర్వాత వాషింగ్ మరియు సోనికేషన్, ఆ తర్వాత మేము సింగిల్-లేయర్ లేదా లో-లేయర్ (SL) 2D Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లను పొందాము.
ఎచింగ్ మరియు మరింత పీలింగ్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని పరీక్షించడానికి మేము హై రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (HRTEM) మరియు ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD)ని ఉపయోగించాము.విలోమ ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (IFFT) మరియు ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (FFT)ని ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయబడిన HRTEM ఫలితాలు అంజీర్ 2లో చూపబడ్డాయి. Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లు పరమాణు పొర యొక్క నిర్మాణాన్ని తనిఖీ చేయడానికి మరియు ఇంటర్‌ప్లానార్ దూరాలను కొలవడానికి అంచుని కలిగి ఉంటాయి.MXene Nb2CTx మరియు Nb4C3TX నానోఫ్లేక్‌ల యొక్క HRTEM చిత్రాలు వాటి పరమాణుపరంగా పలుచని లేయర్డ్ స్వభావాన్ని వెల్లడించాయి (Fig. 2a1, a2 చూడండి), ఇది గతంలో Naguib et al.27 మరియు Jastrzębska et al.38 ద్వారా నివేదించబడింది.రెండు ప్రక్కనే ఉన్న Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx మోనోలేయర్‌ల కోసం, మేము ఇంటర్లేయర్ దూరాలను వరుసగా 0.74 మరియు 1.54 nmగా నిర్ణయించాము (Fig. 2b1,b2), ఇది మా మునుపటి ఫలితాలతో కూడా అంగీకరిస్తుంది38.ఇది Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx మోనోలేయర్‌ల మధ్య దూరాన్ని చూపే ఇన్వర్స్ ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (Fig. 2c1, c2) మరియు ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (Fig. 2d1, d2) ద్వారా మరింత ధృవీకరించబడింది.చిత్రం నియోబియం మరియు కార్బన్ అణువులకు అనుగుణంగా కాంతి మరియు చీకటి బ్యాండ్‌ల ప్రత్యామ్నాయాన్ని చూపుతుంది, ఇది అధ్యయనం చేయబడిన MXenes యొక్క లేయర్డ్ స్వభావాన్ని నిర్ధారిస్తుంది.Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx (గణాంకాలు S2a మరియు S2b) కోసం పొందిన ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDX) స్పెక్ట్రా అసలు MAX దశ యొక్క అవశేషాలను చూపించలేదని గమనించడం ముఖ్యం, ఎందుకంటే ఆల్ శిఖరం కనుగొనబడలేదు.
(a) హై రిజల్యూషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (HRTEM) సైడ్-వ్యూ 2D నానోఫ్లేక్ ఇమేజింగ్ మరియు సంబంధిత, (b) ఇంటెన్సిటీ మోడ్, (c) ఇన్వర్స్ ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (IFFT), (d) ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మెన్స్ (FFFT) (FFFT) ప్యాటర్న్ (FFBT)తో సహా SL Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx MXene నానోఫ్లేక్‌ల లక్షణం.SL 2D Nb2CTx కోసం, సంఖ్యలు (a1, b1, c1, d1, e1)గా వ్యక్తీకరించబడతాయి.SL 2D Nb4C3Tx కోసం, సంఖ్యలు (a2, b2, c2, d2, e1)గా వ్యక్తీకరించబడతాయి.
SL Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx MXenes యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ కొలతలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి.వరుసగా 2e1 మరియు e2.4.31 మరియు 4.32 వద్ద ఉన్న శిఖరాలు (002) వరుసగా గతంలో వివరించిన లేయర్డ్ MXenes Nb2CTx మరియు Nb4C3TX38,39,40,41కి అనుగుణంగా ఉంటాయి.XRD ఫలితాలు కొన్ని అవశేష ML నిర్మాణాలు మరియు MAX దశల ఉనికిని కూడా సూచిస్తాయి, అయితే ఎక్కువగా SL Nb4C3Tx (Fig. 2e2)తో అనుబంధించబడిన XRD నమూనాలు.MAX దశ యొక్క చిన్న కణాల ఉనికి యాదృచ్ఛికంగా పేర్చబడిన Nb4C3Tx పొరలతో పోలిస్తే బలమైన MAX శిఖరాన్ని వివరించవచ్చు.
R. సబ్‌క్యాపిటాటా జాతికి చెందిన ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గేలపై తదుపరి పరిశోధన దృష్టి సారించింది.మేము మైక్రోఅల్గేని ఎంచుకున్నాము ఎందుకంటే అవి ప్రధాన ఆహార వెబ్‌లలో పాలుపంచుకున్న ముఖ్యమైన ఉత్పత్తిదారులు.ఆహార గొలుసు యొక్క అధిక స్థాయికి తీసుకువెళ్ళే విష పదార్థాలను తొలగించగల సామర్థ్యం కారణంగా అవి విషపూరితం యొక్క ఉత్తమ సూచికలలో ఒకటి.అదనంగా, R. సబ్‌క్యాపిటాటాపై పరిశోధన సాధారణ మంచినీటి సూక్ష్మజీవులకు SL Nb-MXenes యొక్క యాదృచ్ఛిక విషపూరితంపై వెలుగునిస్తుంది.దీనిని వివరించడానికి, ప్రతి సూక్ష్మజీవి పర్యావరణంలో ఉన్న విష సమ్మేళనాలకు భిన్నమైన సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటుందని పరిశోధకులు ఊహిస్తున్నారు.చాలా జీవులకు, పదార్ధాల యొక్క తక్కువ సాంద్రతలు వాటి పెరుగుదలను ప్రభావితం చేయవు, అయితే నిర్దిష్ట పరిమితికి మించిన సాంద్రతలు వాటిని నిరోధించవచ్చు లేదా మరణానికి కూడా కారణం కావచ్చు.అందువల్ల, మైక్రోఅల్గే మరియు MXenes మరియు సంబంధిత రికవరీ మధ్య ఉపరితల పరస్పర చర్య గురించి మా అధ్యయనాల కోసం, మేము Nb-MXenes యొక్క హానిచేయని మరియు విషపూరిత సాంద్రతలను పరీక్షించాలని నిర్ణయించుకున్నాము.దీన్ని చేయడానికి, మేము 0 (సూచనగా), 0.01, 0.1 మరియు 10 mg l-1 MXene సాంద్రతలను పరీక్షించాము మరియు అదనంగా MXene (100 mg l-1 MXene) యొక్క అధిక సాంద్రతలతో సోకిన మైక్రోఅల్గేలను పరీక్షించాము, ఇది విపరీతమైనది మరియు ప్రాణాంతకం కావచ్చు..ఏదైనా జీవ పర్యావరణం కోసం.
మైక్రోఅల్గేపై SL Nb-MXenes యొక్క ప్రభావాలు మూర్తి 3లో చూపబడ్డాయి, 0 mg l-1 నమూనాల కోసం కొలవబడిన వృద్ధి ప్రమోషన్ (+) లేదా నిరోధం (-) శాతంగా వ్యక్తీకరించబడింది.పోలిక కోసం, Nb-MAX దశ మరియు ML Nb-MXenes కూడా పరీక్షించబడ్డాయి మరియు ఫలితాలు SIలో చూపబడ్డాయి (Fig. S3 చూడండి).పొందిన ఫలితాలు అంజీర్ 3a,bలో చూపిన విధంగా 0.01 నుండి 10 mg/l వరకు తక్కువ సాంద్రతల పరిధిలో SL Nb-MXenes పూర్తిగా విషపూరితం కాదని నిర్ధారించాయి.Nb2CTx విషయంలో, మేము పేర్కొన్న పరిధిలో 5% కంటే ఎక్కువ ఎకోటాక్సిసిటీని గమనించలేదు.
SL (a) Nb2CTx మరియు (b) Nb4C3TX MXene సమక్షంలో మైక్రోఅల్గే పెరుగుదల యొక్క స్టిమ్యులేషన్ (+) లేదా నిరోధం (-).24, 48 మరియు 72 గంటల MXene-మైక్రోఅల్గే పరస్పర చర్య విశ్లేషించబడింది. ముఖ్యమైన డేటా (t-test, p <0.05) నక్షత్రం (*)తో గుర్తించబడింది. ముఖ్యమైన డేటా (t-test, p <0.05) నక్షత్రం (*)తో గుర్తించబడింది. Значимые данные (t-критерий, p <0,05) отмечены звездочкой (*). ముఖ్యమైన డేటా (t-test, p <0.05) నక్షత్రం (*)తో గుర్తించబడింది.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 (*). ముఖ్యమైన డేటా (t-test, p <0.05) నక్షత్రం (*)తో గుర్తించబడింది.ఎరుపు బాణాలు నిరోధక ఉద్దీపన రద్దును సూచిస్తాయి.
మరోవైపు, Nb4C3TX యొక్క తక్కువ సాంద్రతలు కొంచెం ఎక్కువ విషపూరితమైనవిగా మారాయి, కానీ 7% కంటే ఎక్కువ కాదు.ఊహించినట్లుగా, MXenes 100mg L-1 వద్ద అధిక విషపూరితం మరియు మైక్రోఅల్గే పెరుగుదల నిరోధాన్ని కలిగి ఉందని మేము గమనించాము.ఆసక్తికరంగా, MAX లేదా ML నమూనాలతో పోల్చితే, ఏ పదార్థాలు ఒకే విధమైన ధోరణిని మరియు విషపూరిత/టాక్సిక్ ఎఫెక్ట్‌ల సమయ ఆధారపడటాన్ని చూపించలేదు (వివరాల కోసం SI చూడండి).MAX దశలో (Fig. S3 చూడండి) విషపూరితం సుమారుగా 15-25%కి చేరుకుంది మరియు కాలక్రమేణా పెరిగింది, SL Nb2CTx మరియు Nb4C3TX MXene కోసం రివర్స్ ట్రెండ్ గమనించబడింది.మైక్రోఅల్గే పెరుగుదల నిరోధం కాలక్రమేణా తగ్గింది.ఇది 24 గంటల తర్వాత సుమారు 17%కి చేరుకుంది మరియు 72 గంటల తర్వాత 5% కంటే తక్కువకు పడిపోయింది (వరుసగా Fig. 3a, b).
మరీ ముఖ్యంగా, SL Nb4C3TX కోసం, మైక్రోఅల్గే పెరుగుదల నిరోధం 24 గంటల తర్వాత 27%కి చేరుకుంది, అయితే 72 గంటల తర్వాత అది దాదాపు 1%కి తగ్గింది.అందువల్ల, మేము గమనించిన ప్రభావాన్ని స్టిమ్యులేషన్ యొక్క విలోమ నిరోధంగా లేబుల్ చేసాము మరియు SL Nb4C3TX MXene కోసం ప్రభావం బలంగా ఉంది.SL Nb2CTx MXeneతో పోలిస్తే మైక్రోఅల్గే పెరుగుదల యొక్క ఉద్దీపన Nb4C3TX (24 h కోసం 10 mg L-1 వద్ద పరస్పర చర్య)తో ముందుగా గుర్తించబడింది.ఇన్హిబిషన్-స్టిమ్యులేషన్ రివర్సల్ ప్రభావం కూడా బయోమాస్ రెట్టింపు రేటు వక్రరేఖలో బాగా చూపబడింది (వివరాల కోసం Fig. S4 చూడండి).ఇప్పటివరకు, Ti3C2TX MXene యొక్క ఎకోటాక్సిసిటీ మాత్రమే వివిధ మార్గాల్లో అధ్యయనం చేయబడింది.ఇది జీబ్రాఫిష్ పిండాలకు విషపూరితం కాదు, అయితే మైక్రోఅల్గే డెస్మోడెస్మస్ క్వాడ్రికాడా మరియు జొన్న సచ్చరాటం మొక్కలకు మధ్యస్థంగా పర్యావరణ విషపూరితం.నిర్దిష్ట ప్రభావాల యొక్క ఇతర ఉదాహరణలు సాధారణ సెల్ లైన్ల కంటే క్యాన్సర్ కణ తంతువులకు అధిక విషపూరితం 46,47.పరీక్ష పరిస్థితులు Nb-MXenes సమక్షంలో గమనించిన మైక్రోఅల్గే పెరుగుదలలో మార్పులను ప్రభావితం చేస్తాయని భావించవచ్చు.ఉదాహరణకు, క్లోరోప్లాస్ట్ స్ట్రోమాలో సుమారు 8 pH ఉంటుంది, ఇది RuBisCO ఎంజైమ్ సమర్థవంతంగా పనిచేయడానికి సరైనది.అందువల్ల, pH మార్పులు కిరణజన్య సంయోగక్రియ రేటును ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తాయి48,49.అయినప్పటికీ, మేము ప్రయోగం సమయంలో pHలో గణనీయమైన మార్పులను గమనించలేదు (వివరాల కోసం SI, Fig. S5 చూడండి).సాధారణంగా, Nb-MXenesతో మైక్రోఅల్గే యొక్క సంస్కృతులు కాలక్రమేణా ద్రావణం యొక్క pHని కొద్దిగా తగ్గించాయి.అయినప్పటికీ, ఈ తగ్గుదల స్వచ్ఛమైన మాధ్యమం యొక్క pHలో మార్పును పోలి ఉంటుంది.అదనంగా, కనుగొనబడిన వైవిధ్యాల పరిధి మైక్రోఅల్గే (నియంత్రణ నమూనా) యొక్క స్వచ్ఛమైన సంస్కృతి కోసం కొలిచిన మాదిరిగానే ఉంటుంది.అందువల్ల, కాలక్రమేణా pHలో మార్పుల వల్ల కిరణజన్య సంయోగక్రియ ప్రభావితం కాదని మేము నిర్ధారించాము.
అదనంగా, సంశ్లేషణ చేయబడిన MXenes ఉపరితల ముగింపులను కలిగి ఉంటాయి (Txగా సూచిస్తారు).ఇవి ప్రధానంగా ఫంక్షనల్ గ్రూపులు -O, -F మరియు -OH.అయినప్పటికీ, ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం నేరుగా సంశ్లేషణ పద్ధతికి సంబంధించినది.ఈ సమూహాలు యాదృచ్ఛికంగా ఉపరితలంపై పంపిణీ చేయబడతాయి, MXene50 లక్షణాలపై వాటి ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడం కష్టతరం చేస్తుంది.కాంతి ద్వారా నియోబియం యొక్క ఆక్సీకరణకు Tx ఉత్ప్రేరక శక్తి అని వాదించవచ్చు.ఉపరితల క్రియాత్మక సమూహాలు నిజానికి వాటి అంతర్లీన ఫోటోకాటలిస్ట్‌ల కోసం బహుళ యాంకరింగ్ సైట్‌లను హెటెరోజక్షన్‌లను ఏర్పరుస్తాయి.అయినప్పటికీ, గ్రోత్ మీడియం కంపోజిషన్ సమర్థవంతమైన ఫోటోకాటలిస్ట్‌ను అందించలేదు (వివరణాత్మక మీడియం కూర్పును SI టేబుల్ S6లో చూడవచ్చు).అదనంగా, ఏదైనా ఉపరితల సవరణ కూడా చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే పొర పోస్ట్-ప్రాసెసింగ్, ఆక్సీకరణ, సేంద్రీయ మరియు అకర్బన సమ్మేళనాల రసాయన ఉపరితల మార్పు52,53,54,55,56 లేదా ఉపరితల ఛార్జ్ ఇంజనీరింగ్ కారణంగా MXenes యొక్క జీవసంబంధమైన కార్యాచరణను మార్చవచ్చు.అందువల్ల, మాధ్యమంలో పదార్థ అస్థిరతతో నియోబియం ఆక్సైడ్‌కు ఏదైనా సంబంధం ఉందా అని పరీక్షించడానికి, మేము మైక్రోఅల్గే వృద్ధి మాధ్యమం మరియు డీయోనైజ్డ్ వాటర్ (పోలిక కోసం)లో జీటా (ζ) సంభావ్యతపై అధ్యయనాలు చేసాము.మా ఫలితాలు SL Nb-MXenes చాలా స్థిరంగా ఉన్నాయని చూపుతున్నాయి (MAX మరియు ML ఫలితాల కోసం SI Fig. S6 చూడండి).SL MXenes యొక్క జీటా సంభావ్యత సుమారు -10 mV.SR Nb2CTx విషయంలో, ζ విలువ Nb4C3Tx కంటే కొంత ప్రతికూలంగా ఉంటుంది.ζ విలువలో ఇటువంటి మార్పు ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన MXene నానోఫ్లేక్‌ల ఉపరితలం సంస్కృతి మాధ్యమం నుండి ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్‌లను గ్రహిస్తుందని సూచించవచ్చు.సంస్కృతి మాధ్యమంలో Nb-MXenes యొక్క జీటా సంభావ్యత మరియు వాహకత యొక్క తాత్కాలిక కొలతలు (మరిన్ని వివరాల కోసం SIలోని గణాంకాలు S7 మరియు S8 చూడండి) మా పరికల్పనకు మద్దతు ఇస్తున్నట్లు కనిపిస్తోంది.
అయినప్పటికీ, రెండు Nb-MXene SLలు సున్నా నుండి కనిష్ట మార్పులను చూపించాయి.ఇది మైక్రోఅల్గే వృద్ధి మాధ్యమంలో వారి స్థిరత్వాన్ని స్పష్టంగా ప్రదర్శిస్తుంది.అదనంగా, మా ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే ఉనికి మాధ్యమంలో Nb-MXenes యొక్క స్థిరత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తుందో లేదో మేము అంచనా వేసాము.కాలక్రమేణా పోషక మాధ్యమం మరియు సంస్కృతిలో మైక్రోఅల్గేతో పరస్పర చర్య తర్వాత MXenes యొక్క జీటా సంభావ్యత మరియు వాహకత ఫలితాలను SIలో కనుగొనవచ్చు (గణాంకాలు S9 మరియు S10).ఆసక్తికరంగా, మైక్రోఅల్గే ఉనికి రెండు MXenes యొక్క వ్యాప్తిని స్థిరీకరించినట్లు మేము గమనించాము.Nb2CTx SL విషయంలో, జీటా సంభావ్యత కాలక్రమేణా మరింత ప్రతికూల విలువలకు కొద్దిగా తగ్గింది (-15.8 వర్సెస్ -19.1 mV 72 h పొదిగే తర్వాత).SL Nb4C3TX యొక్క జీటా సంభావ్యత కొద్దిగా పెరిగింది, అయితే 72 h తర్వాత ఇది మైక్రోఅల్గే (-18.1 vs. -9.1 mV) లేకుండా నానోఫ్లేక్స్ కంటే అధిక స్థిరత్వాన్ని చూపింది.
మైక్రోఅల్గే సమక్షంలో పొదిగిన Nb-MXene ద్రావణాల యొక్క తక్కువ వాహకతను కూడా మేము కనుగొన్నాము, ఇది పోషక మాధ్యమంలో తక్కువ మొత్తంలో అయాన్లను సూచిస్తుంది.ముఖ్యంగా, నీటిలో MXenes యొక్క అస్థిరత ప్రధానంగా ఉపరితల ఆక్సీకరణం కారణంగా ఉంటుంది.అందువల్ల, ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే Nb-MXene యొక్క ఉపరితలంపై ఏర్పడిన ఆక్సైడ్‌లను ఏదో ఒకవిధంగా క్లియర్ చేసి, వాటి సంభవనీయతను (MXene యొక్క ఆక్సీకరణ) నిరోధించిందని మేము అనుమానిస్తున్నాము.మైక్రోఅల్గే ద్వారా శోషించబడిన పదార్థాల రకాలను అధ్యయనం చేయడం ద్వారా దీనిని చూడవచ్చు.
మా ఎకోటాక్సికోలాజికల్ అధ్యయనాలు మైక్రోఅల్గే కాలక్రమేణా Nb-MXenes యొక్క విషాన్ని మరియు ఉత్తేజిత పెరుగుదల యొక్క అసాధారణ నిరోధాన్ని అధిగమించగలవని సూచించినప్పటికీ, మా అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం చర్య యొక్క సాధ్యమైన విధానాలను పరిశోధించడం.ఆల్గే వంటి జీవులు వాటి పర్యావరణ వ్యవస్థలకు తెలియని సమ్మేళనాలు లేదా పదార్థాలకు గురైనప్పుడు, అవి వివిధ మార్గాల్లో ప్రతిస్పందిస్తాయి58,59.విషపూరిత లోహ ఆక్సైడ్లు లేనప్పుడు, మైక్రోఅల్గేలు తమను తాము పోషించుకోగలవు, అవి నిరంతరం పెరుగుతాయి.విషపూరిత పదార్థాలను తీసుకున్న తర్వాత, ఆకారం లేదా రూపాన్ని మార్చడం వంటి రక్షణ యంత్రాంగాలు సక్రియం చేయబడతాయి.శోషణ అవకాశం కూడా పరిగణించబడాలి58,59.ముఖ్యంగా, రక్షణ యంత్రాంగం యొక్క ఏదైనా సంకేతం పరీక్ష సమ్మేళనం యొక్క విషపూరితం యొక్క స్పష్టమైన సూచిక.అందువల్ల, మా తదుపరి పనిలో, SEM ద్వారా SL Nb-MXene నానోఫ్లేక్స్ మరియు మైక్రోఅల్గేల మధ్య సంభావ్య ఉపరితల పరస్పర చర్య మరియు X-రే ఫ్లోరోసెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XRF) ద్వారా Nb-ఆధారిత MXene యొక్క శోషణను మేము పరిశోధించాము.SEM మరియు XRF విశ్లేషణలు యాక్టివిటీ టాక్సిసిటీ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి MXene యొక్క అత్యధిక సాంద్రత వద్ద మాత్రమే నిర్వహించబడుతున్నాయని గమనించండి.
SEM ఫలితాలు Fig.4లో చూపబడ్డాయి.చికిత్స చేయని మైక్రోఅల్గే కణాలు (Fig. 4a, సూచన నమూనా చూడండి) విలక్షణమైన R. సబ్‌క్యాపిటాటా పదనిర్మాణం మరియు క్రోసెంట్-వంటి కణ ఆకృతిని స్పష్టంగా చూపించాయి.కణాలు చదునుగా మరియు కొంత అస్తవ్యస్తంగా కనిపిస్తాయి.కొన్ని మైక్రోఅల్గే కణాలు అతివ్యాప్తి చెంది, ఒకదానితో ఒకటి చిక్కుకుపోయాయి, అయితే ఇది బహుశా నమూనా తయారీ ప్రక్రియ వల్ల సంభవించి ఉండవచ్చు.సాధారణంగా, స్వచ్ఛమైన మైక్రోఅల్గే కణాలు మృదువైన ఉపరితలం కలిగి ఉంటాయి మరియు ఎటువంటి పదనిర్మాణ మార్పులను చూపించవు.
తీవ్రమైన ఏకాగ్రత (100 mg L-1) వద్ద 72 గంటల పరస్పర చర్య తర్వాత ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే మరియు MXene నానోషీట్‌ల మధ్య ఉపరితల పరస్పర చర్యను చూపే SEM చిత్రాలు.(ఎ) SL (b) Nb2CTx మరియు (c) Nb4C3TX MXenesతో పరస్పర చర్య తర్వాత చికిత్స చేయని ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే.Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లు ఎరుపు బాణాలతో గుర్తించబడి ఉన్నాయని గమనించండి.పోలిక కోసం, ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ నుండి ఛాయాచిత్రాలు కూడా జోడించబడ్డాయి.
దీనికి విరుద్ధంగా, SL Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లచే శోషించబడిన మైక్రోఅల్గే కణాలు దెబ్బతిన్నాయి (Fig. 4b, c, ఎరుపు బాణాలు చూడండి).Nb2CTx MXene (Fig. 4b) విషయంలో, మైక్రోఅల్గే జతచేయబడిన రెండు-డైమెన్షనల్ నానోస్కేల్‌లతో పెరుగుతాయి, ఇది వాటి స్వరూపాన్ని మార్చగలదు.ముఖ్యంగా, మేము ఈ మార్పులను లైట్ మైక్రోస్కోపీ కింద కూడా గమనించాము (వివరాల కోసం SI Figure S11 చూడండి).ఈ పదనిర్మాణ పరివర్తన మైక్రోఅల్గే యొక్క ఫిజియాలజీలో ఆమోదయోగ్యమైన ఆధారాన్ని కలిగి ఉంది మరియు సెల్ వాల్యూమ్‌ను పెంచడం వంటి సెల్ పదనిర్మాణాన్ని మార్చడం ద్వారా తమను తాము రక్షించుకునే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.కాబట్టి, వాస్తవానికి Nb-MXenesతో సంబంధంలో ఉన్న మైక్రోఅల్గే కణాల సంఖ్యను తనిఖీ చేయడం చాలా ముఖ్యం.SEM అధ్యయనాలు సుమారుగా 52% మైక్రోఅల్గే కణాలు Nb-MXenesకి బహిర్గతమయ్యాయి, అయితే ఈ మైక్రోఅల్గే కణాలలో 48% సంబంధాన్ని నివారించాయి.SL Nb4C3Tx MXene కోసం, మైక్రోఅల్గేలు MXeneతో సంబంధాన్ని నివారించేందుకు ప్రయత్నిస్తాయి, తద్వారా రెండు-డైమెన్షనల్ నానోస్కేల్స్ (Fig. 4c) నుండి స్థానికీకరించబడతాయి మరియు పెరుగుతాయి.అయినప్పటికీ, మైక్రోఅల్గే కణాలలోకి నానోస్కేల్స్ చొచ్చుకుపోవడాన్ని మరియు వాటి నష్టాన్ని మేము గమనించలేదు.
సెల్ ఉపరితలంపై కణాల శోషణం మరియు షేడింగ్ (షేడింగ్) ప్రభావం అని పిలవబడే కారణంగా కిరణజన్య సంయోగక్రియ యొక్క ప్రతిష్టంభనకు స్వీయ-సంరక్షణ అనేది సమయ-ఆధారిత ప్రతిస్పందన ప్రవర్తన.మైక్రోఅల్గే మరియు కాంతి మూలం మధ్య ఉన్న ప్రతి వస్తువు (ఉదాహరణకు, Nb-MXene నానోఫ్లేక్స్) క్లోరోప్లాస్ట్‌ల ద్వారా శోషించబడిన కాంతి పరిమాణాన్ని పరిమితం చేస్తుందని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.అయితే, ఇది పొందిన ఫలితాలపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుందనడంలో సందేహం లేదు.మా మైక్రోస్కోపిక్ పరిశీలనల ద్వారా చూపినట్లుగా, మైక్రోఅల్గే కణాలు Nb-MXenes‌తో సంబంధంలో ఉన్నప్పటికీ, 2D నానోఫ్లేక్‌లు పూర్తిగా చుట్టబడవు లేదా మైక్రోఅల్గే యొక్క ఉపరితలంపై కట్టుబడి ఉండవు.బదులుగా, నానోఫ్లేక్‌లు వాటి ఉపరితలాన్ని కవర్ చేయకుండా మైక్రోఅల్గే కణాలకు ఆధారితమైనవిగా మారాయి.ఇటువంటి నానోఫ్లేక్స్/మైక్రోఅల్గేల సమితి మైక్రోఅల్గే కణాల ద్వారా గ్రహించబడే కాంతి పరిమాణాన్ని గణనీయంగా పరిమితం చేయలేవు.అంతేకాకుండా, కొన్ని అధ్యయనాలు కిరణజన్య సంయోగక్రియ జీవుల ద్వారా కాంతి శోషణలో రెండు డైమెన్షనల్ నానోమెటీరియల్స్ 63,64,65,66 సమక్షంలో మెరుగుదలని కూడా ప్రదర్శించాయి.
SEM చిత్రాలు మైక్రోఅల్గే కణాల ద్వారా నియోబియం తీసుకోవడాన్ని నేరుగా నిర్ధారించలేవు కాబట్టి, మా తదుపరి అధ్యయనం ఈ సమస్యను స్పష్టం చేయడానికి X- రే ఫ్లోరోసెన్స్ (XRF) మరియు X- రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS) విశ్లేషణల వైపు మళ్లింది.అందువల్ల, MXenes, మైక్రోఅల్గే కణాల ఉపరితలం నుండి వేరు చేయబడిన MXene నానోఫ్లేక్‌లు మరియు జతచేయబడిన MXenesని తీసివేసిన తర్వాత మైక్రోఅల్గల్ కణాలతో సంకర్షణ చెందని రిఫరెన్స్ మైక్రోఅల్గే నమూనాల Nb శిఖరాల తీవ్రతను మేము పోల్చాము.Nb తీసుకోవడం లేనట్లయితే, జోడించిన నానోస్కేల్‌లను తీసివేసిన తర్వాత మైక్రోఅల్గే కణాల ద్వారా పొందిన Nb విలువ సున్నాగా ఉండాలి.కాబట్టి, Nb తీసుకోవడం జరిగితే, XRF మరియు XPS ఫలితాలు రెండూ స్పష్టమైన Nb శిఖరాన్ని చూపాలి.
XRF స్పెక్ట్రా విషయంలో, SL Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx MXeneతో పరస్పర చర్య తర్వాత మైక్రోఅల్గే నమూనాలు SL Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx MXene కొరకు Nb శిఖరాలను చూపించాయి (Fig. 5a చూడండి, MAX మరియు ML MXenes యొక్క ఫలితాలు S12-1 Figsలో చూపబడిందని కూడా గమనించండి).ఆసక్తికరంగా, Nb శిఖరం యొక్క తీవ్రత రెండు సందర్భాలలోనూ ఒకే విధంగా ఉంటుంది (Fig. 5aలోని ఎరుపు పట్టీలు).ఇది ఆల్గే ఎక్కువ Nbని గ్రహించలేదని సూచించింది మరియు కణాలలో Nb చేరడం కోసం గరిష్ట సామర్థ్యం సాధించబడింది, అయినప్పటికీ మైక్రోఅల్గే కణాలకు రెండు రెట్లు ఎక్కువ Nb4C3Tx MXene జతచేయబడింది (Fig. 5aలోని నీలి పట్టీలు).ముఖ్యంగా, లోహాలను గ్రహించే మైక్రోఅల్గే సామర్థ్యం పర్యావరణంలో మెటల్ ఆక్సైడ్‌ల సాంద్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది67,68.Shamshada et al.67 pH పెరగడంతో మంచినీటి ఆల్గే యొక్క శోషణ సామర్థ్యం తగ్గుతుందని కనుగొన్నారు.లోహాలను గ్రహించే సముద్రపు పాచి సామర్థ్యం Ni2+ కంటే Pb2+కి 25% ఎక్కువగా ఉందని రైజ్ మరియు ఇతరులు 68 గుర్తించారు.
(ఎ) 72 గంటల పాటు SL Nb-MXenes (100 mg L-1) యొక్క తీవ్ర సాంద్రత వద్ద పొదిగే గ్రీన్ మైక్రోఅల్గే కణాల ద్వారా బేసల్ Nb తీసుకోవడం యొక్క XRF ఫలితాలు.ఫలితాలు స్వచ్ఛమైన మైక్రోఅల్గే కణాలు (నియంత్రణ నమూనా, బూడిద స్తంభాలు), ఉపరితల మైక్రోఅల్గే కణాలు (నీలం నిలువు వరుసలు) నుండి వేరుచేయబడిన 2D నానోఫ్లేక్‌లు మరియు ఉపరితలం (ఎరుపు నిలువు వరుసలు) నుండి 2D నానోఫ్లేక్‌లను వేరు చేసిన తర్వాత మైక్రోఅల్గే కణాలలో α ఉనికిని చూపుతాయి.ఎలిమెంటల్ Nb మొత్తం, (b) మైక్రోఅల్గే సేంద్రీయ భాగాలు (C=O మరియు CHx/C-O) యొక్క రసాయన కూర్పు శాతం (C=O మరియు CHx/C-O) మరియు Nb ఆక్సైడ్‌లు SL Nb-MXenes‌తో పొదిగిన తర్వాత మైక్రోఅల్గే కణాలలో ఉంటాయి, (c-e) XPS SL Nb2CThgaene అంతర్గత సమ్మేళన శిఖరాన్ని అమర్చడం.
అందువల్ల, ఆక్సైడ్ల రూపంలో ఆల్గల్ కణాల ద్వారా Nb గ్రహించబడుతుందని మేము ఊహించాము.దీన్ని పరీక్షించడానికి, మేము MXenes Nb2CTx మరియు Nb4C3TX మరియు ఆల్గే కణాలపై XPS అధ్యయనాలు చేసాము.ఆల్గే కణాల నుండి వేరుచేయబడిన Nb-MXenes మరియు MXenes‌తో మైక్రోఅల్గే యొక్క పరస్పర చర్య యొక్క ఫలితాలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి.5b.ఊహించినట్లుగా, మైక్రోఅల్గే యొక్క ఉపరితలం నుండి MXeneని తీసివేసిన తర్వాత మేము మైక్రోఅల్గే నమూనాలలో Nb 3d శిఖరాలను గుర్తించాము.C=O, CHx/CO, మరియు Nb ఆక్సైడ్‌ల పరిమాణాత్మక నిర్ణయం Nb2CTx SL (Fig. 5c-e) మరియు Nb4C3Tx SL (Fig. 5c-e)తో పొందిన Nb 3d, O 1s మరియు C 1s స్పెక్ట్రా ఆధారంగా లెక్కించబడుతుంది.) పొదిగిన మైక్రోఅల్గే నుండి పొందబడింది.మూర్తి 5f-h) MXenes.పట్టిక S1-3 గరిష్ట పారామితులు మరియు ఫిట్ ఫలితంగా ఏర్పడిన మొత్తం కెమిస్ట్రీ వివరాలను చూపుతుంది.Nb2CTx SL మరియు Nb4C3Tx SL (Fig. 5c, f) యొక్క Nb 3d ప్రాంతాలు ఒక Nb2O5 భాగానికి అనుగుణంగా ఉండటం గమనార్హం.ఇక్కడ, మేము స్పెక్ట్రాలో MXene-సంబంధిత శిఖరాలను కనుగొనలేదు, మైక్రోఅల్గే కణాలు Nb యొక్క ఆక్సైడ్ రూపాన్ని మాత్రమే గ్రహిస్తాయని సూచిస్తున్నాయి.అదనంగా, మేము C-C, CHx/C-O, C=O మరియు –COOH భాగాలతో C 1 s స్పెక్ట్రమ్‌ను అంచనా వేసాము.మైక్రోఅల్గే కణాల సేంద్రీయ సహకారానికి మేము CHx/C-O మరియు C=O శిఖరాలను కేటాయించాము.ఈ సేంద్రీయ భాగాలు వరుసగా Nb2CTx SL మరియు Nb4C3TX SLలలో C 1s శిఖరాలలో 36% మరియు 41% ఉన్నాయి.మేము SL Nb2CTx మరియు SL Nb4C3TX యొక్క O 1s స్పెక్ట్రాను Nb2O5, మైక్రోఅల్గే యొక్క ఆర్గానిక్ భాగాలు (CHx/CO) మరియు ఉపరితల శోషక నీటిని అమర్చాము.
చివరగా, XPS ఫలితాలు Nb యొక్క రూపాన్ని స్పష్టంగా సూచించాయి, దాని ఉనికిని మాత్రమే కాదు.Nb 3d సిగ్నల్ యొక్క స్థానం మరియు డీకాన్వల్యూషన్ ఫలితాల ప్రకారం, Nb ఆక్సైడ్ల రూపంలో మాత్రమే గ్రహించబడుతుందని మేము ధృవీకరిస్తాము మరియు అయాన్లు లేదా MXene కాదు.అదనంగా, SL Nb4C3TX MXeneతో పోలిస్తే మైక్రోఅల్గే కణాలు SL Nb2CTx నుండి Nb ఆక్సైడ్‌లను తీసుకునే అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని XPS ఫలితాలు చూపించాయి.
మా Nb తీసుకునే ఫలితాలు ఆకట్టుకునేలా ఉన్నాయి మరియు MXene క్షీణతను గుర్తించడానికి మాకు అనుమతిస్తాయి, 2D నానోఫ్లేక్‌లలో అనుబంధిత పదనిర్మాణ మార్పులను ట్రాక్ చేయడానికి ఏ పద్ధతి అందుబాటులో లేదు.అందువల్ల, 2D Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లు మరియు మైక్రోఅల్గే కణాలలో సంభవించే ఏవైనా మార్పులకు నేరుగా స్పందించగల తగిన పద్ధతిని అభివృద్ధి చేయాలని కూడా మేము నిర్ణయించుకున్నాము.పరస్పర చర్య చేసే జాతులు ఏదైనా రూపాంతరం, కుళ్ళిపోవడం లేదా డిఫ్రాగ్మెంటేషన్‌కు గురైతే, ఇది సమానమైన వృత్తాకార ప్రాంతం, గుండ్రని, ఫెరెట్ వెడల్పు లేదా ఫెరెట్ పొడవు యొక్క వ్యాసం వంటి ఆకార పారామితులలో మార్పులుగా త్వరగా వ్యక్తమవుతుందని మేము భావించడం ముఖ్యం.ఈ పారామితులు పొడుగుచేసిన కణాలు లేదా టూ-డైమెన్షనల్ నానోఫ్లేక్‌లను వివరించడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి కాబట్టి, డైనమిక్ పార్టికల్ ఆకార విశ్లేషణ ద్వారా వాటి ట్రాకింగ్ తగ్గింపు సమయంలో SL Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌ల యొక్క పదనిర్మాణ పరివర్తన గురించి విలువైన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.
పొందిన ఫలితాలు మూర్తి 6లో చూపబడ్డాయి. పోలిక కోసం, మేము అసలు MAX దశ మరియు ML-MXenesని కూడా పరీక్షించాము (SI గణాంకాలు S18 మరియు S19 చూడండి).కణ ఆకారం యొక్క డైనమిక్ విశ్లేషణ మైక్రోఅల్గేతో పరస్పర చర్య తర్వాత రెండు Nb-MXene SLల యొక్క అన్ని ఆకార పారామితులు గణనీయంగా మారినట్లు చూపించింది.సమానమైన వృత్తాకార ప్రాంత వ్యాసం పారామితి (Fig. 6a, b) ద్వారా చూపబడినట్లుగా, పెద్ద నానోఫ్లేక్‌ల భిన్నం యొక్క తగ్గిన గరిష్ట తీవ్రత అవి చిన్న శకలాలుగా క్షీణించడాన్ని సూచిస్తుంది.అంజీర్ న.6c, d రేకుల యొక్క విలోమ పరిమాణం (నానోఫ్లేక్‌ల పొడుగు)తో అనుబంధించబడిన శిఖరాలలో తగ్గుదలని చూపుతుంది, ఇది 2D నానోఫ్లేక్‌లను మరింత కణ-వంటి ఆకారంలోకి మార్చడాన్ని సూచిస్తుంది.ఫిగర్ 6e-h వరుసగా ఫెరెట్ యొక్క వెడల్పు మరియు పొడవును చూపుతుంది.ఫెరెట్ వెడల్పు మరియు పొడవు పరిపూరకరమైన పారామితులు మరియు అందువల్ల కలిసి పరిగణించాలి.మైక్రోఅల్గే సమక్షంలో 2D Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లను పొదిగిన తర్వాత, వాటి ఫెరెట్ సహసంబంధ శిఖరాలు మారాయి మరియు వాటి తీవ్రత తగ్గింది.పదనిర్మాణ శాస్త్రం, XRF మరియు XPS లతో కలిపి ఈ ఫలితాల ఆధారంగా, ఆక్సిడైజ్ చేయబడిన MXenes మరింత ముడతలు పడటం మరియు శకలాలు మరియు గోళాకార ఆక్సైడ్ కణాలు 69,70గా విచ్ఛిన్నం కావడం వలన గమనించిన మార్పులు ఆక్సీకరణకు బలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని మేము నిర్ధారించాము.
ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గేతో పరస్పర చర్య తర్వాత MXene రూపాంతరం యొక్క విశ్లేషణ.డైనమిక్ పార్టికల్ ఆకార విశ్లేషణ సమానమైన వృత్తాకార ప్రాంతం యొక్క వ్యాసం (a, b) వ్యాసం, (c, d) గుండ్రనితనం, (e, f) ఫెరెట్ వెడల్పు మరియు (g, h) ఫెరెట్ పొడవు వంటి పారామితులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది.ఈ క్రమంలో, ప్రాథమిక SL Nb2CTx మరియు SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx మరియు SL Nb4C3Tx MXenes, క్షీణించిన మైక్రోఅల్గే మరియు చికిత్స చేయబడిన మైక్రోఅల్గే SL Nb2CTx మరియు SL Nb4C3Tx MXenesతో కలిసి రెండు సూచన మైక్రోఅల్గే నమూనాలను విశ్లేషించారు.ఎరుపు బాణాలు అధ్యయనం చేయబడిన రెండు-డైమెన్షనల్ నానోఫ్లేక్‌ల ఆకార పారామితుల పరివర్తనలను చూపుతాయి.
ఆకార పరామితి విశ్లేషణ చాలా నమ్మదగినది కాబట్టి, ఇది మైక్రోఅల్గే కణాలలో పదనిర్మాణ మార్పులను కూడా వెల్లడిస్తుంది.అందువల్ల, మేము 2D Nb నానోఫ్లేక్‌లతో పరస్పర చర్య తర్వాత స్వచ్ఛమైన మైక్రోఅల్గే కణాలు మరియు కణాల సమానమైన వృత్తాకార ప్రాంత వ్యాసం, గుండ్రని మరియు ఫెరెట్ వెడల్పు/పొడవును విశ్లేషించాము.అంజీర్ న.6a-h ఆల్గే కణాల ఆకార పారామితులలో మార్పులను చూపుతుంది, గరిష్ట తీవ్రతలో తగ్గుదల మరియు అధిక విలువల వైపు గరిష్టంగా మారడం ద్వారా రుజువు చేయబడింది.ముఖ్యంగా, సెల్ రౌండ్‌నెస్ పారామితులు పొడుగు కణాలలో తగ్గుదల మరియు గోళాకార కణాల పెరుగుదలను చూపించాయి (Fig. 6a, b).అదనంగా, SL Nb4C3TX MXene (Fig. 6f)తో పోలిస్తే SL Nb2CTx MXene (Fig. 6e)తో పరస్పర చర్య తర్వాత ఫెరెట్ సెల్ వెడల్పు అనేక మైక్రోమీటర్ల ద్వారా పెరిగింది.Nb2CTx SRతో పరస్పర చర్యపై మైక్రోఅల్గే ద్వారా Nb ఆక్సైడ్‌లను బలంగా తీసుకోవడం వల్ల ఇది జరిగి ఉంటుందని మేము అనుమానిస్తున్నాము.Nb రేకులు వాటి ఉపరితలంపై తక్కువ దృఢమైన అటాచ్మెంట్ కనిష్ట షేడింగ్ ప్రభావంతో కణాల పెరుగుదలకు దారి తీస్తుంది.
మైక్రోఅల్గే యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణం యొక్క పారామితులలో మార్పుల గురించి మా పరిశీలనలు ఇతర అధ్యయనాలను పూర్తి చేస్తాయి.కణ పరిమాణం, ఆకారం లేదా జీవక్రియను మార్చడం ద్వారా పర్యావరణ ఒత్తిడికి ప్రతిస్పందనగా ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే వారి స్వరూపాన్ని మార్చగలదు.ఉదాహరణకు, కణాల పరిమాణాన్ని మార్చడం పోషకాలను గ్రహించడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది71.చిన్న ఆల్గే కణాలు తక్కువ పోషకాలను తీసుకోవడం మరియు బలహీనమైన వృద్ధి రేటును చూపుతాయి.దీనికి విరుద్ధంగా, పెద్ద కణాలు ఎక్కువ పోషకాలను వినియోగిస్తాయి, అవి కణాంతరంగా 72,73 జమ చేయబడతాయి.ట్రైక్లోసన్ అనే శిలీంద్ర సంహారిణి కణ పరిమాణాన్ని పెంచుతుందని మచాడో మరియు సోరెస్ కనుగొన్నారు.వారు ఆల్గే 74 ఆకారంలో తీవ్ర మార్పులను కూడా కనుగొన్నారు.అదనంగా, యిన్ మరియు ఇతరులు.9 తగ్గిన గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ నానోకంపొజిట్‌లకు బహిర్గతం అయిన తర్వాత ఆల్గేలో పదనిర్మాణ మార్పులను కూడా వెల్లడించారు.అందువల్ల, మైక్రోఅల్గే యొక్క మార్చబడిన పరిమాణం/ఆకార పారామితులు MXene ఉనికి కారణంగా ఏర్పడతాయని స్పష్టమవుతుంది.పరిమాణం మరియు ఆకృతిలో ఈ మార్పు పోషకాల తీసుకోవడంలో మార్పులను సూచిస్తుంది కాబట్టి, కాలక్రమేణా పరిమాణం మరియు ఆకార పారామితుల విశ్లేషణ Nb-MXenes సమక్షంలో మైక్రోఅల్గే ద్వారా నియోబియం ఆక్సైడ్‌ను తీసుకోవడాన్ని ప్రదర్శిస్తుందని మేము నమ్ముతున్నాము.
అంతేకాకుండా, ఆల్గే సమక్షంలో MXenes ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.నానో-TiO2 మరియు Al2O376లకు బహిర్గతమయ్యే ఆకుపచ్చ ఆల్గే యొక్క స్వరూపం ఏకరీతిగా లేదని దలై మరియు ఇతరులు 75 గమనించారు.మా పరిశీలనలు ప్రస్తుత అధ్యయనానికి సమానంగా ఉన్నప్పటికీ, ఇది 2D నానోఫ్లేక్‌ల సమక్షంలో MXene క్షీణత ఉత్పత్తుల పరంగా బయోరెమిడియేషన్ యొక్క ప్రభావాల అధ్యయనానికి మాత్రమే సంబంధించినది మరియు నానోపార్టికల్స్ కాదు.MXenes 31,32,77,78 మెటల్ ఆక్సైడ్‌లుగా క్షీణించగలవు కాబట్టి, మైక్రోఅల్గే కణాలతో పరస్పర చర్య చేసిన తర్వాత మన Nb నానోఫ్లేక్‌లు కూడా Nb ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తాయని భావించడం సహేతుకమైనది.
ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ ఆధారంగా కుళ్ళిపోయే విధానం ద్వారా 2D-Nb నానోఫ్లేక్‌ల తగ్గింపును వివరించడానికి, మేము అధిక-రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (HRTEM) (Fig. 7a,b) మరియు X-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS) (Fig. 7) ఉపయోగించి అధ్యయనాలు నిర్వహించాము.7c-i మరియు పట్టికలు S4-5).రెండు విధానాలు 2D పదార్థాల ఆక్సీకరణను అధ్యయనం చేయడానికి మరియు ఒకదానికొకటి పూర్తి చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి.HRTEM రెండు-డైమెన్షనల్ లేయర్డ్ స్ట్రక్చర్‌ల క్షీణతను మరియు మెటల్ ఆక్సైడ్ నానోపార్టికల్స్ యొక్క తదుపరి రూపాన్ని విశ్లేషించగలదు, అయితే XPS ఉపరితల బంధాలకు సున్నితంగా ఉంటుంది.ఈ ప్రయోజనం కోసం, మేము మైక్రోఅల్గే సెల్ డిస్పర్షన్‌ల నుండి సేకరించిన 2D Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లను పరీక్షించాము, అంటే మైక్రోఅల్గే కణాలతో పరస్పర చర్య తర్వాత వాటి ఆకారాన్ని (Fig. 7 చూడండి).
ఆక్సిడైజ్డ్ (a) SL Nb2CTx మరియు (b) SL Nb2CTx మరియు (b) SL Nb4C3Tx MXenes యొక్క స్వరూపాన్ని చూపే HRTEM చిత్రాలు, XPS విశ్లేషణ ఫలితాలు (c) తగ్గింపు తర్వాత ఆక్సైడ్ ఉత్పత్తుల కూర్పు, (d-f) SL Nb2CTx యొక్క XPS స్పెక్ట్రా యొక్క భాగాల యొక్క గరిష్ట సరిపోలిక, (d-f) SL Nb2CTx మరియు (g4-iTతో గ్రీన్ Nb4C3 రిపేర్ చేయబడిన మైక్రో.
HRTEM అధ్యయనాలు రెండు రకాల Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌ల ఆక్సీకరణను నిర్ధారించాయి.నానోఫ్లేక్‌లు వాటి ద్విమితీయ స్వరూపాన్ని కొంత వరకు నిలుపుకున్నప్పటికీ, ఆక్సీకరణ ఫలితంగా MXene నానోఫ్లేక్‌ల ఉపరితలాన్ని కప్పి ఉంచే అనేక నానోపార్టికల్స్ కనిపించాయి (Fig. 7a,b చూడండి).c Nb 3d మరియు O 1s సిగ్నల్స్ యొక్క XPS విశ్లేషణ రెండు సందర్భాలలో Nb ఆక్సైడ్‌లు ఏర్పడినట్లు సూచించింది.Figure 7cలో చూపినట్లుగా, 2D MXene Nb2CTx మరియు Nb4C3TXలు NbO మరియు Nb2O5 ఆక్సైడ్‌ల ఉనికిని సూచించే Nb 3d సిగ్నల్‌లను కలిగి ఉంటాయి, అయితే O 1s సిగ్నల్‌లు 2D నానోఫ్లేక్ ఉపరితలం యొక్క ఫంక్షనలైజేషన్‌తో అనుబంధించబడిన O-Nb బంధాల సంఖ్యను సూచిస్తాయి.Nb-C మరియు Nb3+-O లతో పోలిస్తే Nb ఆక్సైడ్ సహకారం ప్రబలంగా ఉందని మేము గమనించాము.
అంజీర్ న.గణాంకాలు 7g-i మైక్రోఅల్గే కణాల నుండి వేరుచేయబడిన Nb 3d, C 1s, మరియు O 1s SL Nb2CTx (Fig. 7d-f చూడండి) మరియు SL Nb4C3TX MXene యొక్క XPS స్పెక్ట్రాను చూపుతుంది.Nb-MXenes పీక్ పారామితుల వివరాలు వరుసగా టేబుల్స్ S4–5లో అందించబడ్డాయి.మేము మొదట Nb 3d యొక్క కూర్పును విశ్లేషించాము.మైక్రోఅల్గే కణాలచే గ్రహించబడిన Nbకి విరుద్ధంగా, మైక్రోఅల్గే కణాల నుండి వేరుచేయబడిన MXeneలో, Nb2O5 కాకుండా, ఇతర భాగాలు కనుగొనబడ్డాయి.Nb2CTx SLలో, మేము 15% మొత్తంలో Nb3+-O యొక్క సహకారాన్ని గమనించాము, మిగిలిన Nb 3d స్పెక్ట్రమ్‌లో Nb2O5 (85%) ఆధిపత్యం చెలాయించింది.అదనంగా, SL Nb4C3TX నమూనాలో Nb-C (9%) మరియు Nb2O5 (91%) భాగాలు ఉన్నాయి.ఇక్కడ Nb-C అనేది Nb4C3Tx SRలోని మెటల్ కార్బైడ్ యొక్క రెండు అంతర్గత పరమాణు పొరల నుండి వస్తుంది.మేము అంతర్గత నమూనాలలో చేసినట్లుగా, మేము C 1s స్పెక్ట్రాను నాలుగు వేర్వేరు భాగాలకు మ్యాప్ చేస్తాము.ఊహించినట్లుగా, C 1s స్పెక్ట్రమ్ గ్రాఫిటిక్ కార్బన్‌తో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది, ఆ తర్వాత మైక్రోఅల్గే కణాల నుండి కర్బన కణాల (CHx/CO మరియు C=O) సహకారం ఉంటుంది.అదనంగా, O 1s స్పెక్ట్రమ్‌లో, మైక్రోఅల్గే కణాలు, నియోబియం ఆక్సైడ్ మరియు శోషక నీటి యొక్క సేంద్రీయ రూపాల సహకారాన్ని మేము గమనించాము.
అదనంగా, Nb-MXenes చీలిక పోషక మాధ్యమం మరియు/లేదా మైక్రోఅల్గే కణాలలో రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతుల (ROS) ఉనికితో సంబంధం కలిగి ఉందా అని మేము పరిశోధించాము.ఈ క్రమంలో, మేము సంస్కృతి మాధ్యమంలో సింగిల్ట్ ఆక్సిజన్ (1O2) స్థాయిలను మరియు మైక్రోఅల్గేలో యాంటీఆక్సిడెంట్‌గా పనిచేసే థియోల్ కణాంతర గ్లూటాతియోన్ స్థాయిలను అంచనా వేసాము.ఫలితాలు SIలో చూపబడ్డాయి (గణాంకాలు S20 మరియు S21).SL Nb2CTx మరియు Nb4C3TX MXenes ఉన్న సంస్కృతులు 1O2 తగ్గిన మొత్తంతో వర్గీకరించబడ్డాయి (మూర్తి S20 చూడండి).SL Nb2CTx విషయంలో, MXene 1O2 దాదాపు 83%కి తగ్గించబడింది.SL ఉపయోగించే మైక్రోఅల్గే సంస్కృతుల కోసం, Nb4C3TX 1O2 73%కి మరింత తగ్గింది.ఆసక్తికరంగా, 1O2లో మార్పులు గతంలో గమనించిన నిరోధక-ఉద్దీపన ప్రభావం వలె అదే ధోరణిని చూపించాయి (Fig. 3 చూడండి).ప్రకాశవంతమైన కాంతిలో పొదిగేది ఫోటోఆక్సిడేషన్‌ను మార్చగలదని వాదించవచ్చు.అయినప్పటికీ, నియంత్రణ విశ్లేషణ యొక్క ఫలితాలు ప్రయోగం సమయంలో దాదాపు స్థిరమైన 1O2 స్థాయిలను చూపించాయి (Fig. S22).కణాంతర ROS స్థాయిల విషయంలో, మేము అదే అధోముఖ ధోరణిని కూడా గమనించాము (మూర్తి S21 చూడండి).ప్రారంభంలో, Nb2CTx మరియు Nb4C3Tx SLల సమక్షంలో కల్చర్ చేయబడిన మైక్రోఅల్గే కణాలలో ROS స్థాయిలు మైక్రోఅల్గే యొక్క స్వచ్ఛమైన సంస్కృతులలో కనిపించే స్థాయిలను మించిపోయాయి.అయితే, చివరికి, మైక్రోఅల్గే Nb-MXenes రెండింటి ఉనికికి అనుగుణంగా ఉన్నట్లు కనిపించింది, ROS స్థాయిలు వరుసగా SL Nb2CTx మరియు Nb4C3TX లతో టీకాలు వేయబడిన మైక్రోఅల్గే యొక్క స్వచ్ఛమైన సంస్కృతులలో కొలవబడిన స్థాయిలలో 85% మరియు 91%కి తగ్గాయి.మైక్రోఅల్గే కేవలం పోషక మాధ్యమంలో కంటే Nb-MXene సమక్షంలో ఎక్కువ సుఖంగా ఉంటుందని ఇది సూచిస్తుంది.
మైక్రోఅల్గే అనేది కిరణజన్య సంయోగ జీవుల యొక్క విభిన్న సమూహం.కిరణజన్య సంయోగక్రియ సమయంలో, వారు వాతావరణ కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) ను సేంద్రీయ కార్బన్‌గా మారుస్తారు.కిరణజన్య సంయోగక్రియ యొక్క ఉత్పత్తులు గ్లూకోజ్ మరియు ఆక్సిజన్79.Nb-MXenes యొక్క ఆక్సీకరణలో ఈ విధంగా ఏర్పడిన ఆక్సిజన్ కీలక పాత్ర పోషిస్తుందని మేము అనుమానిస్తున్నాము.దీనికి సాధ్యమయ్యే ఒక వివరణ ఏమిటంటే, Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌ల వెలుపల మరియు లోపల ఆక్సిజన్ యొక్క తక్కువ మరియు అధిక పాక్షిక పీడనాల వద్ద అవకలన వాయువు పారామితి ఏర్పడుతుంది.దీనర్థం, ఆక్సిజన్ యొక్క వివిధ పాక్షిక పీడనాలు ఉన్న ప్రాంతాలలో, అత్యల్ప స్థాయి ఉన్న ప్రాంతం యానోడ్ 80, 81, 82ను ఏర్పరుస్తుంది. ఇక్కడ, మైక్రోఅల్గేలు MXene రేకుల ఉపరితలంపై భిన్నమైన గాలితో కూడిన కణాల సృష్టికి దోహదం చేస్తాయి, ఇవి వాటి కిరణజన్య సంయోగ లక్షణాల కారణంగా ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.ఫలితంగా, బయోకోరోజన్ ఉత్పత్తులు (ఈ సందర్భంలో, నియోబియం ఆక్సైడ్లు) ఏర్పడతాయి.మరొక అంశం ఏమిటంటే, మైక్రోఅల్గే నీటిలోకి విడుదలయ్యే సేంద్రీయ ఆమ్లాలను ఉత్పత్తి చేయగలదు83,84.అందువల్ల, దూకుడు వాతావరణం ఏర్పడుతుంది, తద్వారా Nb-MXenes మారుతుంది.అదనంగా, మైక్రోఅల్గే కార్బన్ డయాక్సైడ్ యొక్క శోషణ కారణంగా పర్యావరణం యొక్క pH ను ఆల్కలీన్‌గా మార్చగలదు, ఇది తుప్పుకు కూడా కారణమవుతుంది.
మరీ ముఖ్యంగా, మా అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన డార్క్/లైట్ ఫోటోపెరియోడ్ పొందిన ఫలితాలను అర్థం చేసుకోవడంలో కీలకం.ఈ అంశం డిజెమై-జోగ్లాచే మరియు ఇతరులలో వివరంగా వివరించబడింది.[85] వారు ఉద్దేశపూర్వకంగా 12/12 గంటల ఫోటోపెరియోడ్‌ని ఉపయోగించి, ఎరుపు మైక్రోఅల్గే పోర్ఫిరిడియం పర్పురియం ద్వారా బయో ఫౌలింగ్‌తో సంబంధం ఉన్న బయోకోరోషన్‌ను ప్రదర్శించారు.ఫోటోపెరియోడ్ బయోకోరోషన్ లేకుండా సంభావ్యత యొక్క పరిణామంతో సంబంధం కలిగి ఉందని వారు చూపుతారు, ఇది 24:00 చుట్టూ సూడోపెరియోడిక్ డోలనాలుగా వ్యక్తమవుతుంది.ఈ పరిశీలనలను డౌలింగ్ మరియు ఇతరులు ధృవీకరించారు.86 వారు సైనోబాక్టీరియా అనాబెనా యొక్క కిరణజన్య సంయోగక్రియ బయోఫిల్మ్‌లను ప్రదర్శించారు.కరిగిన ఆక్సిజన్ కాంతి చర్యలో ఏర్పడుతుంది, ఇది ఉచిత బయోకోరోషన్ సంభావ్యతలో మార్పు లేదా హెచ్చుతగ్గులతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.కాంతి దశలో బయోకోరోషన్ యొక్క ఉచిత సంభావ్యత పెరుగుతుంది మరియు చీకటి దశలో తగ్గుతుంది అనే వాస్తవం ద్వారా ఫోటోపెరియోడ్ యొక్క ప్రాముఖ్యత నొక్కి చెప్పబడింది.కిరణజన్య సంయోగక్రియ మైక్రోఅల్గే ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఆక్సిజన్ కారణంగా ఇది జరుగుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ల దగ్గర ఉత్పన్నమయ్యే పాక్షిక పీడనం ద్వారా కాథోడిక్ ప్రతిచర్యను ప్రభావితం చేస్తుంది.
అదనంగా, Nb-MXenesతో పరస్పర చర్య తర్వాత మైక్రోఅల్గే కణాల రసాయన కూర్పులో ఏవైనా మార్పులు సంభవించాయో లేదో తెలుసుకోవడానికి ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (FTIR) నిర్వహించబడింది.ఈ పొందిన ఫలితాలు సంక్లిష్టమైనవి మరియు మేము వాటిని SIలో ప్రదర్శిస్తాము (గణాంకాలు S23-S25, MAX దశ మరియు ML MXenes ఫలితాలతో సహా).సంక్షిప్తంగా, మైక్రోఅల్గే యొక్క పొందిన రిఫరెన్స్ స్పెక్ట్రా ఈ జీవుల యొక్క రసాయన లక్షణాల గురించి ముఖ్యమైన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.ఈ అత్యంత సంభావ్య కంపనాలు 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1 పౌనఃపున్యాల వద్ద ఉన్నాయి.ఒకటి.1 1 (C-H) మరియు 3280 cm-1 (O-H).SL Nb-MXenes కోసం, మా మునుపటి అధ్యయనానికి అనుగుణంగా ఉండే CH-బాండ్ స్ట్రెచింగ్ సిగ్నేచర్‌ను మేము కనుగొన్నాము38.అయినప్పటికీ, C=C మరియు CH బాండ్‌లతో అనుబంధించబడిన కొన్ని అదనపు శిఖరాలు అదృశ్యమైనట్లు మేము గమనించాము.SL Nb-MXenesతో పరస్పర చర్య కారణంగా మైక్రోఅల్గే యొక్క రసాయన కూర్పు స్వల్ప మార్పులకు లోనవుతుందని ఇది సూచిస్తుంది.
మైక్రోఅల్గే యొక్క జీవరసాయన శాస్త్రంలో సాధ్యమయ్యే మార్పులను పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు, నియోబియం ఆక్సైడ్ వంటి అకర్బన ఆక్సైడ్‌ల చేరడం గురించి పునఃపరిశీలించాల్సిన అవసరం ఉంది.ఇది కణ ఉపరితలం ద్వారా లోహాలను తీసుకోవడం, సైటోప్లాజంలోకి వాటిని రవాణా చేయడం, కణాంతర కార్బాక్సిల్ సమూహాలతో వాటి అనుబంధం మరియు మైక్రోఅల్గే పాలీఫాస్ఫోసోమ్స్20,88,89,90లో చేరడం వంటి వాటిలో పాల్గొంటుంది.అదనంగా, మైక్రోఅల్గే మరియు లోహాల మధ్య సంబంధం కణాల క్రియాత్మక సమూహాలచే నిర్వహించబడుతుంది.ఈ కారణంగా, శోషణ మైక్రోఅల్గే ఉపరితల రసాయన శాస్త్రంపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది చాలా సంక్లిష్టమైనది9,91.సాధారణంగా, ఊహించినట్లుగా, Nb ఆక్సైడ్ యొక్క శోషణ కారణంగా ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గే యొక్క రసాయన కూర్పు కొద్దిగా మారిపోయింది.
ఆసక్తికరంగా, మైక్రోఅల్గే యొక్క గమనించిన ప్రారంభ నిరోధం కాలక్రమేణా తిరిగి మార్చబడుతుంది.మేము గమనించినట్లుగా, మైక్రోఅల్గే ప్రారంభ పర్యావరణ మార్పును అధిగమించింది మరియు చివరికి సాధారణ వృద్ధి రేటుకు తిరిగి వచ్చింది మరియు పెరిగింది.జీటా సంభావ్యత యొక్క అధ్యయనాలు పోషక మాధ్యమంలో ప్రవేశపెట్టినప్పుడు అధిక స్థిరత్వాన్ని చూపుతాయి.అందువల్ల, తగ్గింపు ప్రయోగాలలో మైక్రోఅల్గే కణాలు మరియు Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌ల మధ్య ఉపరితల పరస్పర చర్య నిర్వహించబడుతుంది.మా తదుపరి విశ్లేషణలో, మైక్రోఅల్గే యొక్క ఈ విశేషమైన ప్రవర్తనకు ఆధారమైన చర్య యొక్క ప్రధాన విధానాలను మేము సంగ్రహిస్తాము.
SEM పరిశీలనలు మైక్రోఅల్గేలు Nb-MXenesకు జోడించబడతాయని చూపించాయి.డైనమిక్ ఇమేజ్ విశ్లేషణను ఉపయోగించి, ఈ ప్రభావం రెండు-డైమెన్షనల్ Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌లను మరింత గోళాకార కణాలుగా మార్చడానికి దారితీస్తుందని మేము ధృవీకరిస్తాము, తద్వారా నానోఫ్లేక్‌ల కుళ్ళిపోవడం వాటి ఆక్సీకరణతో ముడిపడి ఉందని నిరూపిస్తాము.మా పరికల్పనను పరీక్షించడానికి, మేము మెటీరియల్ మరియు బయోకెమికల్ అధ్యయనాల శ్రేణిని నిర్వహించాము.పరీక్షించిన తర్వాత, నానోఫ్లేక్‌లు క్రమంగా ఆక్సీకరణం చెంది NbO మరియు Nb2O5 ఉత్పత్తులుగా కుళ్ళిపోతాయి, ఇవి ఆకుపచ్చ మైక్రోఅల్గేలకు ముప్పు కలిగించలేదు.FTIR పరిశీలనను ఉపయోగించి, 2D Nb-MXene నానోఫ్లేక్‌ల సమక్షంలో పొదిగిన మైక్రోఅల్గే యొక్క రసాయన కూర్పులో మాకు గణనీయమైన మార్పులు కనిపించలేదు.మైక్రోఅల్గే ద్వారా నియోబియం ఆక్సైడ్‌ను గ్రహించే అవకాశాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకొని, మేము ఎక్స్-రే ఫ్లోరోసెన్స్ విశ్లేషణను చేసాము.అధ్యయనం చేయబడిన మైక్రోఅల్గేలు నియోబియం ఆక్సైడ్‌లను (NbO మరియు Nb2O5) తింటాయని ఈ ఫలితాలు స్పష్టంగా చూపిస్తున్నాయి, ఇవి అధ్యయనం చేయబడిన మైక్రోఅల్గేలకు విషపూరితం కాదు.