Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Якбора карусели се слайдро намоиш медиҳад.Тугмаҳои Пешина ва Ояндаро истифода баред, то дар як вақт дар се слайд гузаред ё тугмаҳои слайдерро дар охир истифода баред, то дар як вақт аз се слайд гузаред.
Гирифтан ва нигоҳдории карбон барои ноил шудан ба ҳадафҳои Созишномаи Париж муҳим аст.Фотосинтез технологияи табиат барои гирифтани карбон мебошад.Аз лихенҳо илҳом гирифта, мо биокомпозити фотосинтетикии 3D сианобактерияҳоро (яъне тақлид кардани лихен) бо истифода аз полимери латекси акрилӣ, ки ба исфанҷчаи лӯфа истифода мешавад, таҳия кардем.Суръати азхудкунии CO2 аз ҷониби биокомпозит 1,57 ± 0,08 г CO2 g-1 биомассаи d-1 буд.Сатҳи қабул ба биомассаи хушк дар оғози таҷриба асос ёфтааст ва CO2, ки барои парвариши биомассаи нав истифода мешавад, инчунин CO2, ки дар пайвастагиҳои нигоҳдорӣ ба монанди карбогидратҳо мавҷуд аст, дар бар мегирад.Ин суръати азхудкунӣ нисбат ба чораҳои мубориза бо шлам 14-20 маротиба баландтар буд ва эҳтимолан метавонад то 570 т биомассаи CO2 t-1 дар як сол афзоиш ёбад, ки ба 5,5-8,17 × 106 гектар замин истифода бурда, 8-12 GtCO2 хориҷ карда мешавад. CO2 дар як сол.Баръакс, биоэнергияи ҷангал бо ҷамъоварӣ ва нигоҳдории карбон 0,4–1,2 × 109 га аст.Биокомпозит дар давоми 12 ҳафта бе маводи ғизоии иловагӣ ё об кор мекард ва пас аз он таҷриба қатъ карда шуд.Дар доираи мавқеъи бисёрҷанбаи технологии башарият барои мубориза бо тағирёбии иқлим, биокомпозитҳои муҳандисии сианобактериявӣ ва оптимизатсияшуда дорои потенсиали ҷойгиркунии устувор ва миқёспазир барои зиёд кардани хориҷшавии CO2 ва кам кардани талафоти истифодаи об, маводи ғизоӣ ва замин мебошанд.
Тағйирёбии иқлим таҳдиди воқеӣ ба гуногунии биологии ҷаҳонӣ, суботи экосистема ва одамон мебошад.Барои кам кардани таъсири бадтарини он, барномаҳои ҳамоҳангшуда ва миқёси васеъи декарбуризатсия лозим аст ва, албатта, як навъ хориҷ кардани газҳои гулхонаӣ аз атмосфера лозим аст.Сарфи назар аз декарбонизатсияи мусбати тавлиди нерӯи барқ2,3, дар ҳоли ҳозир ягон ҳалли технологӣ аз ҷиҳати иқтисодӣ устувори коҳиш додани гази карбон (CO2)4 вуҷуд надорад, гарчанде ки забти газҳои дудкаш пеш рафта истодааст5.Ба ҷои ҳалли миқёспазир ва амалии муҳандисӣ, одамон бояд ба муҳандисони табиӣ барои гирифтани карбон - организмҳои фотосинтетикӣ (организмҳои фототрофӣ) муроҷиат кунанд.Фотосинтез технологияи секвестри карбон дар табиат аст, аммо қобилияти он барои баргардонидани ғанисозии антропогении карбон дар миқёси вақт шубҳанок аст, ферментҳо бесамар ва қобилияти ҷойгиркунии он дар миқёси мувофиқ шубҳаовар аст.Роҳи эҳтимолии фототрофия дарахтзорест, ки дарахтонро барои биоэнергия бо гирифтан ва нигоҳдории карбон (BECCS) ҳамчун технологияи партовҳои манфӣ, ки метавонад ба коҳиши партовҳои холиси CO21 мусоидат кунад, буридааст.Бо вуҷуди ин, барои ноил шудан ба ҳадафи ҳарорати ҳарорати 1,5°С дар Созишномаи Париж бо истифода аз BECCS ҳамчун усули асосӣ 0,4 то 1,2 × 109 га лозим аст, ки ба 25-75% заминҳои корами ҷаҳонии ҳозира баробар аст6.Илова бар ин, номуайянии марбут ба таъсири глобалии бордоршавӣ бо CO2 самаранокии умумии эҳтимолии дарахтзорҳои ҷангалро зери шубҳа мегузорад7.Агар мо ба ҳадафҳои ҳарорати муқаррарнамудаи Созишномаи Париж расем, ҳар сол бояд 100 сония GtCO2 газҳои гулхонаӣ (GGR) аз атмосфера хориҷ карда шаванд.Департаменти Тадқиқот ва Инноватсияи Британияи Кабир ба наздикӣ маблағгузории панҷ лоиҳаи GGR8-ро, аз ҷумла идоракунии заминҳои торф, обу ҳавои сангин, шинонидани дарахтон, биокур ва зироатҳои бисёрсола барои ғизодиҳии раванди BECCS эълон кард.Хароҷоти хориҷ кардани зиёда аз 130 MtCO2 аз атмосфера дар як сол 10-100 доллари ИМА/тCO2, 0,2-8,1 MtCO2 барои барқарорсозии торфзорҳо, 52-480 доллари ИМА/tCO2 ва 12-27 MtCO2 барои обшавии сангҳо дар як сол мебошад. , 0,4-30 доллари ИМА/сол.tCO2, 3,6 MtCO2/сол, 1% зиёдшавии майдони ҷангал, 0,4-30 доллари ИМА/тCO2, 6-41 MtCO2/сол, биочар, 140-270 доллари ИМА/tCO2, 20 –70 Mt CO2 дар як сол барои зироатҳои доимӣ бо истифода аз BECCS9.
Маҷмӯи ин равишҳо эҳтимолан ба ҳадафи 130 Мт CO2 дар як сол расидан мумкин аст, аммо хароҷоти обшавии сангҳо ва BECCS баланд аст ва биохангир, гарчанде ки нисбатан арзон ва бо истифодаи замин алоқаманд нест, барои раванди истеҳсоли биочар захираи ашёи хомро талаб мекунад.ин рушд ва рақамро барои татбиқи технологияҳои дигари GGR пешниҳод мекунад.
Ба ҷои ҷустуҷӯи роҳҳои ҳалли замин, обро ҷустуҷӯ кунед, махсусан фототрофҳои якҳуҷайра, ба монанди микроалгаҳо ва цианобактерияҳо10.Алгаҳо (аз ҷумла цианобактерияҳо) тақрибан 50% гази карбонати ҷаҳонро мегиранд, гарчанде ки онҳо танҳо 1% биомассаи ҷаҳонро ташкил медиҳанд11.Сианобактерияҳо муҳандисони аслии табиат мебошанд, ки барои мубодилаи роҳи нафас ва эволютсияи ҳаёти бисёрҳуҷайраҳо тавассути фотосинтези оксигенӣ замина мегузорад12.Идеяи истифодаи сианобактерияҳо барои гирифтани карбон нав нест, аммо усулҳои инноватсионии ҷойгиркунии ҷисмонӣ барои ин организмҳои қадим уфуқҳои нав мекушоянд.
Ҳавзҳои кушод ва фотобиореакторҳо ҳангоми истифодаи микроалгаҳо ва цианобактерияҳо барои мақсадҳои саноатӣ дороиҳои пешфарз мебошанд.Ин системаҳои фарҳангӣ фарҳанги суспензияро истифода мебаранд, ки дар он ҳуҷайраҳо дар муҳити афзоиш озодона шино мекунанд14;аммо ҳавзҳо ва фотобиореакторҳо камбудиҳои зиёд доранд, аз қабили интиқоли пасти массаи CO2, истифодаи пуршиддати замин ва об, ҳассосият ба ифлосшавии биологӣ ва хароҷоти баланди сохтмон ва истифода15,16.Биореакторҳои биофилм, ки фарҳангҳои суспензияро истифода намебаранд, аз нигоҳи об ва фазо сарфакоронатаранд, аммо дар хатари осеби хушкшавӣ қарор доранд, ба ҷудошавии биофилм (ва аз ин рӯ, аз даст додани биомассаи фаъол) моил ҳастанд ва ба биофилмҳо яксон майл доранд17.
Барои баланд бардоштани суръати азхудкунии CO2 ва ҳалли мушкилоте, ки реакторҳои шлам ва биофилмро маҳдуд мекунанд, равишҳои нав лозиманд.Яке аз чунин равишҳо биокомпозитҳои фотосинтетикӣ мебошанд, ки аз лихенҳо илҳом гирифта шудаанд.Лихенҳо маҷмӯи занбӯруғҳо ва фотобионтҳо (микроалгаҳо ва/ё цианобактерияҳо) мебошанд, ки тақрибан 12% масоҳати заминро фаро мегиранд18.Занбӯруғҳо дастгирии ҷисмонӣ, муҳофизат ва лангари субстрати фотобиотикро таъмин мекунанд, ки дар навбати худ занбӯруғҳоро бо карбон (ҳамчун маҳсулоти изофаи фотосинтетикӣ) таъмин мекунанд.Биокомпозити пешниҳодшуда як "миметикаи лихенӣ" мебошад, ки дар он популятсияи мутамаркази цианобактерияҳо дар шакли биоқабати тунук дар субстрати интиқолдиҳанда безарар мегардад.Илова ба ҳуҷайраҳо, биокотинг дорои матритсаи полимерӣ мебошад, ки метавонад занбӯруғро иваз кунад.Эмульсияҳои полимерии обӣ ё "латексҳо" бартарӣ доранд, зеро онҳо биологӣ мувофиқ, пойдор, арзон, коркарди осон ва дар тиҷорат дастрасанд19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Ба пайвастани ҳуҷайраҳо бо полимерҳои латекс таркиби латекс ва раванди ташаккули плёнка таъсири калон мерасонад.Полимеризатсияи эмульсия як раванди гетерогенӣ мебошад, ки барои истеҳсоли каучуки синтетикӣ, пӯшишҳои часпак, герметикҳо, иловаҳои бетонӣ, рӯйпӯшҳои коғазӣ ва нассоҷӣ ва рангҳои латексӣ истифода мешавад27.Он нисбат ба дигар усулҳои полимеризатсия як қатор афзалиятҳо дорад, аз қабили суръати баланди реаксия ва самаранокии табдилдиҳии мономерҳо, инчунин осонии назорати маҳсулот27,28.Интихоби мономерҳо аз хосиятҳои дилхоҳи плёнкаи полимерии ҳосилшуда вобаста аст ва барои системаҳои мономери омехта (яъне сополимеризатсияҳо) хосиятҳои полимерро тавассути интихоби таносуби гуногуни мономерҳое, ки маводи полимериро ташкил медиҳанд, тағир додан мумкин аст.Бутил акрилат ва стирол аз маъмултарин мономерҳои латекси акрилӣ мебошанд ва дар ин ҷо истифода мешаванд.Илова бар ин, агентҳои муттаҳидкунанда (масалан, Тексанол) аксар вақт барои пешбурди ташаккули филми якхела истифода мешаванд, ки дар он ҷо онҳо метавонанд хосиятҳои латекси полимериро тағир дода, қабати қавӣ ва "давом" (бо муттаҳидшавӣ) тавлид кунанд.Дар таҳқиқоти ибтидоии консепсияи мо, майдони баланд, ковокии баланди биокомпозити 3D бо истифода аз рангҳои тиҷории латекс, ки ба исфанҷе лифофа истифода шудааст, сохта шудааст.Пас аз манипуляцияҳои тӯлонӣ ва муттасил (ҳашт ҳафта), биокомпозит қобилияти маҳдуди нигоҳ доштани сианобактерияҳоро дар паҳлӯи луфа нишон дод, зеро афзоиши ҳуҷайраҳо тамомияти сохтории латексро заиф кард.Дар таҳқиқоти ҷорӣ, мо ҳадаф доштем, ки як қатор полимерҳои латекси акрилии кимиёи маълумро барои истифодаи доимӣ дар барномаҳои забти карбон бидуни қурбонии таназзули полимерҳо таҳия кунем.Дар ин кор, мо қобилияти эҷод кардани унсурҳои матритсаи полимерии ба лихен монандро нишон додем, ки дар муқоиса бо биокомпозитҳои исботшуда самаранокии беҳтари биологӣ ва чандирии механикиро ба таври назаррас афзоиш медиҳанд.Оптимизатсияи минбаъда ҷабби биокомпозитҳоро барои забти карбон метезонад, алахусус ҳангоми якҷояшавӣ бо цианобактерияҳои аз ҷиҳати метаболикӣ тағирёфта барои баланд бардоштани секвестри CO2.
Нӯҳ латекс бо се формулаи полимерӣ (H = “сахт”, N = “муқаррарӣ”, S = “нарм”) ва се намуди Тексанол (0, 4, 12% v/v) барои заҳролудшавӣ ва таносуби шиддат озмуда шуданд.часпак.аз ду цианобактерия.Навъи латекс ба S. elongatus PCC 7942 (санҷиши Shirer-Ray-Hare, латекс: DF=2, H=23.157, P=<0.001) ва CCAP 1479/1A (дутарафа ANOVA, латекс: DF=2, F) ба таври назаррас таъсир расонд. = 103,93, P = <0,001) (расми 1а).Консентратсияи тексанол ба афзоиши S. elongatus PCC 7942 чандон таъсир нарасонд, танҳо N-латекс заҳролуд набуд (расми 1а) ва 0 N ва 4 N афзоиши мутаносибан 26% ва 35% нигоҳ дошта шуд (Манн- Whitney U, 0 N бар зидди 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N бар зидди назорат: W = 25,0, P = 0,061; 4 N бар зидди назорат: W = 25,0, P = 0,061) ва 12 Н афзоиши муқоисашавандаро нигоҳ дошт. ба назорати биологӣ (Донишгоҳи Манн-Уитни, 12 N бар зидди назорат: W = 17,0, P = 0,885).Барои S. elongatus CCAP 1479/1A ҳам омехтаи латекс ва ҳам консентратсияи тексанол омилҳои муҳим буданд ва байни ин ду таъсири мутақобилаи назаррас мушоҳида шуд (ANOVA дуҷониба, латекс: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Тексанол : DF=2, F=5,96, P=0,01, латекс*тексанол: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N ва ҳама латексҳои "нарм" ба афзоиш мусоидат карданд (расми 1а).Тамоюли беҳтар шудани афзоиш бо кам шудани таркиби стирол вуҷуд дорад.
Санҷиши заҳролудшавӣ ва часпидани цианобактерияҳо (Synechococcus elongatus PCC 7942 ва CCAP 1479/1A) ба формулаҳои латекс, робита бо ҳарорати гузариши шиша (Tg) ва матритсаи қарор дар асоси маълумоти заҳролудшавӣ ва пайвастшавӣ.(a) Санҷиши заҳролудшавӣ бо истифода аз қитъаҳои алоҳидаи афзоиши фоизии цианобактерияҳо барои назорати фарҳангҳои суспензия ба эътидол оварда шудааст.Табобатҳое, ки бо * нишон дода шудаанд, аз назорат хеле фарқ мекунанд.(б) Маълумот дар бораи афзоиши цианобактерияҳо нисбат ба Tg латекс (миёна ± SD; n = 3).(в) Шумораи умумии цианобактерияҳо, ки аз санҷиши адгезияи биокомпозитӣ бароварда шудаанд.(г) Маълумоти пайвастшавӣ нисбат ба Tg аз латекс (миёна ± StDev; n = 3).e Матритсаи қарорҳо дар асоси маълумоти заҳролудшавӣ ва пайвастшавӣ.Таносуби стирол ба бутилакрилат барои латекси "сахт" (H) 1:3, барои "муқаррарӣ" (N) 1:1 ва барои "нарм" (S) 3:1 аст.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.
Дар аксари мавридҳо, қобилияти мавҷудияти ҳуҷайраҳо бо афзоиши консентратсияи тексанол коҳиш ёфт, аммо барои ҳеҷ яке аз штаммҳо робитаи назаррас вуҷуд надошт (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, Р = 0,527).Дар расм.1b муносибати байни афзоиши ҳуҷайра ва ҳарорати гузариши шишаро (Tg) нишон медиҳад.Байни консентратсияи тексанол ва арзишҳои Tg таносуби манфии қавӣ вуҷуд дорад (H-латекс: DF = 7, r = - 0,989, P = < 0,001; N-латекс: DF = 7, r = - 0,964, P = < 0,001 ;S-латекс: DF=7, r=-0,946, P=<0,001).Маълумот нишон дод, ки оптималии Tg барои афзоиши S. elongatus PCC 7942 тақрибан 17 °C буд (Расми 1б), дар ҳоле ки S. elongatus CCAP 1479/1A Tg аз 0 °C поёнтар аст (расми 1б).Танҳо S. elongatus CCAP 1479/1A таносуби манфии қавӣ байни Tg ва маълумоти заҳролуд дошт (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Ҳама латексҳо наздикии хуби часпак доштанд ва ҳеҷ кадоми онҳо пас аз 72 соат зиёда аз 1% ҳуҷайраҳоро озод накарданд (расми 1в).Байни латексҳои ду штамми S. elongatus фарқияти назаррас вуҷуд надошт (PCC 7942: санҷиши Scheirer-Ray-Hara, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Санҷиши рентгенӣ).– Санҷиши харгӯш, латекс*тексанол, DF=4, H=3,277, P=0,513).Бо зиёд шудани консентратсияи Тексанол, ҳуҷайраҳои бештар озод мешаванд (Расми 1c).нисбат ба S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) (расми 1d).Ғайр аз он, байни Tg ва адгезияи ҳуҷайраҳои ду штамм ягон робитаи оморӣ вуҷуд надошт (PCC 7942: DF = 25, r = 0.301, P = 0.127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0.287, P = 0.147).
Барои ҳарду штамм, полимерҳои "сахт" латекс бесамар буданд.Баръакси ин, 4N ва 12N бар зидди S. elongatus PCC 7942 беҳтарин баромад карданд, дар ҳоле ки 4S ва 12S бар зидди CCAP 1479/1A беҳтарин баромад карданд (расми 1е), гарчанде ки барои оптимизатсияи минбаъдаи матритсаи полимерӣ ҷой мавҷуд аст.Ин полимерҳо дар озмоишҳои нимпартиявии софи CO2 истифода шудаанд.
Фотофизиология дар давоми 7 рӯз бо истифода аз ҳуҷайраҳои дар таркиби латекси обӣ боздошташуда назорат карда шуд.Умуман, ҳам суръати намоёни фотосинтез (PS) ва ҳам ҳосили максималии квантии PSII (Fv/Fm) бо мурури замон коҳиш меёбанд, аммо ин коҳиш нобаробар аст ва баъзе маҷмӯаҳои PS вокуниши дуфазаӣ нишон медиҳанд, ки аксуламали қисманро нишон медиҳанд, ҳарчанд барқароршавӣ дар вақти воқеӣ фаъолияти кӯтоҳтари PS (расми 2а ва 3б).Ҷавоби дуфазавии Fv/Fm камтар маълум буд (Расмҳои 2b ва 3b).
(а) Сатҳи намоёни фотосинтез (PS) ва (б) ҳосили максималии квантии PSII (Fv/Fm) аз Synechococcus elongatus PCC 7942 дар посух ба формулаҳои латекс дар муқоиса бо фарҳангҳои суспензияи назоратӣ.Таносуби стирол ба бутилакрилат барои латекси "сахт" (H) 1:3, барои "муқаррарӣ" (N) 1:1 ва барои "нарм" (S) 3:1 аст.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.(миёна ± инҳирофи стандартӣ; n = 3).
(а) Сатҳи намоёни фотосинтез (PS) ва (б) ҳосили максималии квантии PSII (Fv/Fm) аз Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A дар посух ба формулаҳои латекс дар муқоиса бо фарҳангҳои суспензияи назоратӣ.Таносуби стирол ба бутилакрилат барои латекси "сахт" (H) 1:3, барои "муқаррарӣ" (N) 1:1 ва барои "нарм" (S) 3:1 аст.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.(миёна ± инҳирофи стандартӣ; n = 3).
Барои S. elongatus PCC 7942, таркиби латекс ва консентратсияи Тексанол бо гузашти вақт ба PS таъсир нарасонданд (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), гарчанде ки таркиб омили муҳим буд (GLM)., латекс* вакт, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (расми 2а).Бо гузашти вақт таъсири назарраси консентратсияи Тексанол вуҷуд надошт (GLM, Texanol * вақт, DF = 14, F = 1,63, P = 0,078).Таъсири мутақобилаи назаррасе вуҷуд дошт, ки ба Fv/Fm таъсир мерасонад (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).Таъсири мутақобилаи байни формулаи латекс ва консентратсияи Тексанол ба Fv/Fm таъсири назаррас дошт (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).Ҳар як параметр инчунин ба Fv/Fm бо мурури замон таъсир мерасонад (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 ва Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Latex 12H пасттарин арзишҳои миёнаи PS ва Fv/Fm-ро нигоҳ дошт (расми 2б), ки ин полимер заҳролудтар аст.
PS аз S. elongatus CCAP 1479/1A ба таври назаррас фарқ мекард (GLM, латекс * Тексанол * вақт, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), бо таркиби латекс ба ҷои консентратсияи Тексанол (GLM, Latex * вақт, DF) =14, F = 6,38, P =<0,001, GLM, Texanol * вақт, DF = 14, F = 1,26, P = 0,239).Полимерҳои "нарм" 0S ва 4S нисбат ба суспензияҳои назоратӣ (Манн-Уитни U, 0S нисбат ба назорат, W = 686.0, P = 0.044, 4S бар зидди назорат, W = 713, P = 0.01) сатҳи иҷрои PS-ро каме баландтар нигоҳ медоштанд. такмил дода Фв./Fm (расми 3а) интиқоли самараноктарро ба Photosystem II нишон медиҳад.Барои арзишҳои Fv/Fm ҳуҷайраҳои CCAP 1479/1A бо мурури замон фарқияти назарраси латекс вуҷуд дошт (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Расми 3б).).
Дар расм.4 ба ҳисоби миёна PS ва Fv/Fm дар тӯли 7 рӯз ҳамчун функсияи афзоиши ҳуҷайраҳо барои ҳар як штамм нишон медиҳад.S. elongatus PCC 7942 намунаи возеҳ надошт (расми 4а ва б), аммо CCAP 1479/1А муносибати параболиро байни арзишҳои PS (расми 4c) ва Fv/Fm (расми 4d) ҳамчун таносуби стирол ва бутил акрилат бо тағирёбанда меафзояд.
Муносибати байни афзоиш ва фотофизиологияи Synechococcus longum оид ба доруҳои латекс.(а) Маълумот дар бораи заҳролудшавӣ аз рӯи суръати зоҳирии фотосинтетикӣ (PS), (б) ҳосили максималии квантии PSII (Fv/Fm) аз PCC 7942.Таносуби стирол ба бутилакрилат барои латекси "сахт" (H) 1:3, барои "муқаррарӣ" (N) 1:1 ва барои "нарм" (S) 3:1 аст.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.(миёна ± инҳирофи стандартӣ; n = 3).
Биокомпозити PCC 7942 ба нигоҳдории ҳуҷайраҳо бо шусташавии назарраси ҳуҷайраҳо дар давоми чор ҳафтаи аввал таъсири маҳдуд дошт (Расми 5).Пас аз марҳилаи ибтидоии қабули CO2, ҳуҷайраҳои бо 12 N латекс мустаҳкамшуда ба баровардани CO2 оғоз карданд ва ин намуна дар байни рӯзҳои 4 ва 14 боқӣ монд (расми 5б).Ин маълумотҳо бо мушоҳидаҳои ранги пигментҳо мувофиқанд.Гирифтани софи CO2 дубора аз рӯзи 18 оғоз ёфт. Сарфи назар аз озодшавии ҳуҷайра (расми 5а), биокомпозити PCC 7942 12 N то ҳол бештар аз суспензияи назоратӣ дар тӯли 28 рӯз, ҳарчанд каме бошад ҳам (Манн-Уитни U-test, W = 2275,5; P = 0,066).Суръати азхудкунии СО2 бо латекс 12 Н ва 4 Н 0,51 ± 0,34 ва 1,18 ± 0,29 г СО2 г-1 биомассаи d-1 аст.Байни сатҳи табобат ва вақт фарқияти аз ҷиҳати оморӣ муҳим мавҷуд буд (санҷиши Chairer-Ray-Hare, табобат: DF = 2, H = 70,62, P = <0,001 вақт: DF = 13, H = 23,63, P = 0,034), аммо он набуд.байни табобат ва вақт робитаи назаррас вуҷуд дошт (санҷиши Раиси Рай-Хар, вақт * табобат: DF = 26, H = 8,70, P = 0,999).
Санҷишҳои нимпартиявии қабули CO2 дар биокомпозитҳои Synechococcus elongatus PCC 7942 бо истифода аз 4N ва 12N латекс.(a) Тасвирҳо озодшавии ҳуҷайраҳо ва ранги пигментро нишон медиҳанд, инчунин тасвирҳои SEM-и биокомпозитро пеш аз санҷиш ва пас аз санҷиш.Хатҳои нуқтаи сафед ҷойҳои ҷойгиршавии ҳуҷайраҳоро дар биокомпозитҳо нишон медиҳанд.(б) Ҷамъоварии софи CO2 дар тӯли чор ҳафта.Латекси "муқаррарӣ" (N) таносуби стирол ба бутилакрилат 1:1 дорад.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.(миёна ± инҳирофи стандартӣ; n = 3).
Нигоҳдории ҳуҷайраҳо барои штамми CCAP 1479/1A бо 4S ва 12S ба таври назаррас беҳтар шуд, гарчанде ки пигмент бо мурури замон ранги оҳиста-оҳиста тағйир ёфт (расми 6а).Биокомпозит CCAP 1479/1A СО2-ро дар тӯли 84 рӯз (12 ҳафта) бе иловаҳои ғизоии иловагӣ бирӯяд.Таҳлили SEM (расми 6а) мушоҳидаи визуалии ҷудошавии ҳуҷайраҳои хурдро тасдиқ кард.Дар аввал, ҳуҷайраҳо дар як қабати латексӣ печонида шуда буданд, ки сарфи назар аз афзоиши ҳуҷайраҳо тамомияти худро нигоҳ медошт.Сатҳи азхудкунии CO2 нисбат ба гурӯҳи назорат ба таври назаррас баланд буд (санҷиши Шейрер-Рей-Хар, табобат: DF = 2; H = 240,59; P = <0,001, вақт: DF = 42; H = 112; P = <0,001 ) ( Расми 6б).Биокомпозити 12S ба баландтарин гирифтани CO2 ноил шуд (1,57 ± 0,08 г CO2 g-1 биомасса дар як рӯз), дар ҳоле ки латекси 4S 1,13 ± 0,41 г CO2 g-1 биомасса дар як рӯз буд, аммо онҳо ба таври назаррас фарқ намекарданд (Манн-Уитни У санҷиш, W = 1507,50; P = 0,07) ва ҳеҷ таъсири мутақобилаи назаррас байни табобат ва вақт (санҷиши Shirer-Rey-Hara, вақт * табобат: DF = 82; H = 10 ,37; P = 1,000).
Санҷиши нисфи лотинии СО2 азхудкунии CO2 бо истифода аз биокомпозитҳои Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A бо латекси 4N ва 12N.(a) Тасвирҳо озодшавии ҳуҷайраҳо ва ранги пигментро нишон медиҳанд, инчунин тасвирҳои SEM-и биокомпозитро пеш аз санҷиш ва пас аз санҷиш.Хатҳои нуқтаи сафед ҷойҳои ҷойгиршавии ҳуҷайраҳоро дар биокомпозитҳо нишон медиҳанд.(б) Ҷамъоварии софи CO2 дар давраи дувоздаҳҳафта.Латекси "нарм" (S) таносуби стирол ба бутил акрилат 1:1 дорад.Рақамҳои қаблӣ дар рамзи латекс ба мундариҷаи Texanol мувофиқат мекунанд.(миёна ± инҳирофи стандартӣ; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (озмоиши Shirer-Ray-Har, вақт*табобат: DF=4, H=3.243, P=0.518) ё биокомпозити S. elongatus CCAP 1479/1A (ду-ANOVA, вақт*табобат: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (расми S4).Биокомпозити PCC 7942 миқдори баландтарини карбогидратҳоро дар ҳафтаи 2 дошт (4 N = 59,4 ± 22,5 ват%, 12 N = 67,9 ± 3,3 ват%), дар ҳоле ки суспензияи назоратӣ миқдори зиёди карбогидратҳоро дар ҳафтаи 4 дошт, вақте ки (назорат = 59,6 ± 2,84%) в/в).Мазмуни умумии карбогидратҳои биокомпозити CCAP 1479/1A бо суспензияи назоратӣ муқоисашаванда буд, ба истиснои оғози озмоиш, бо баъзе тағйирот дар латекси 12S дар ҳафтаи 4. Арзиши баландтарин барои биокомпозит 51,9 ± 9,6 ват% буд. барои 4S ва 77,1 ± 17,0 wt% барои 12S.
Мо тасмим гирифтем, ки имкониятҳои тарроҳиро барои баланд бардоштани якпорчагии сохтории рӯйпӯшҳои полимерии латексии лоғар ҳамчун ҷузъи муҳими консепсияи биокомпозитии тақлидкунандаи лихен бидуни қурбонии мутобиқати биологӣ ё иҷроиш нишон диҳем.Воқеан, агар мушкилоти сохтории марбут ба афзоиши ҳуҷайраҳо бартараф карда шаванд, мо интизори беҳбудии назарраси иҷроиш нисбат ба биокомпозитҳои таҷрибавии мо, ки аллакай бо дигар системаҳои гирифтани карбон цианобактерияҳо ва микроалгаҳо муқоиса карда мешаванд, интизорем.
Рӯйпӯшҳо бояд заҳролуд набошанд, пойдор бошанд, пайвастагии дарозмуддати ҳуҷайраҳоро дастгирӣ кунанд ва барои интиқоли самараноки массаи CO2 ва дегазизатсияи O2 ковок бошанд.Полимерҳои акрилии навъи латекс омода кардан осон буда, дар саноати рангубор, нассоҷӣ ва часпак васеъ истифода мешаванд30.Мо цианобактерияҳоро бо эмульсияҳои полимерии латексии акрилӣ дар асоси об бо таносуби мушаххаси зарраҳои стирол/бутил акрилат ва консентратсияи гуногуни Тексанол омехта кардем.Стирол ва бутилакрилат барои назорат кардани хосиятҳои физикӣ, махсусан чандирии ва ҳамбастагии рӯйпӯш интихоб карда шуданд (барои қабати қавӣ ва часпак муҳим аст), ки синтези агрегатҳои зарраҳои "сахт" ва "нарм" имкон медиҳад.Маълумот дар бораи заҳролудшавӣ аз он шаҳодат медиҳанд, ки латекси "сахт" дорои миқдори зиёди стирол барои зинда мондани сианобактерияҳо мусоид нест.Баръакси бутил акрилат, стирол барои алгҳо заҳролуд ҳисобида мешавад32,33.Штаммҳои цианобактерияҳо ба латекс тамоман дигар хел вокуниш нишон доданд ва ҳарорати оптималии гузариши шиша (Tg) барои S. elongatus PCC 7942 муайян карда шуд, дар ҳоле ки S. elongatus CCAP 1479/1A бо Tg муносибати манфии хатиро нишон дод.
Ҳарорати хушккунӣ ба қобилияти ташаккул додани филми ягонаи латексии муттасил таъсир мерасонад.Агар ҳарорати хушккунӣ аз Ҳарорати ҳадди ақали ташаккули филм (MFFT) паст бошад, зарраҳои латекси полимерӣ пурра муттаҳид намешаванд ва дар натиҷа танҳо дар интерфейси заррача пайваст мешаванд.Плёнкаҳои ҳосилшуда часпак ва қувваи механикии суст доранд ва ҳатто метавонанд дар шакли хока бошанд29.MFFT бо Tg зич алоқаманд аст, ки онро тавассути таркиби мономер ва илова кардани коалесцентҳо ба монанди Тексанол назорат кардан мумкин аст.Tg бисёр хосиятҳои физикии рӯйпӯши ҳосилшударо муайян мекунад, ки метавонад дар ҳолати резинӣ ё шишагӣ бошад34.Мувофики муодилаи Флори-Фокс35, Tg аз намуди мономер ва таркиби нисбии фоиз вобаста аст.Илова кардани коалессент метавонад MFFT-ро тавассути пахшкунии фосилавии Tg заррачаҳои латекс паст кунад, ки имкон медиҳад дар ҳарорати пасттар плёнка пайдо шавад, аммо ба ҳар ҳол як қабати сахт ва қавӣ ба вуҷуд меорад, зеро коалесцент бо мурури замон оҳиста бухор мешавад ё истихроҷ шудааст 36 .
Баланд бардоштани консентратсияи Тексанол ба ташаккули филм тавассути нарм кардани зарраҳои полимерӣ (кам кардани Tg) аз сабаби ҷаббида аз ҷониби зарраҳо ҳангоми хушккунӣ мусоидат мекунад ва ба ин васила мустаҳкамии плёнкаи когезивӣ ва адгезияи ҳуҷайраҳоро зиёд мекунад.Азбаски биокомпозит дар ҳарорати муҳити зист (~18–20°C) хушк мешавад, Tg (30 то 55°C) аз латекси «сахт» аз ҳарорати хушккунӣ баландтар аст, яъне якҷояшавии заррачаҳо оптималӣ буда наметавонанд, ки дар натиҷа Плёнкаҳои B, ки дорои хосиятҳои сусти механикӣ ва илтиёмӣ, чандирии маҳдуд ва диффузия30 мебошанд, дар ниҳоят ба талафоти бештари ҳуҷайраҳо оварда мерасонанд.Ташаккули плёнка аз полимерҳои «муқаррарӣ» ва «нарм» дар Tg ё поёнтар аз қабати полимерӣ ба амал меояд ва ташаккули плёнка бо пайвастагии беҳтаршуда беҳтар мешавад, ки дар натиҷа плёнкаҳои доимии полимерӣ бо хосиятҳои механикӣ, пайвастагӣ ва часпак беҳтар мешаванд.Плёнкаи ҳосилшуда дар давоми таҷрибаҳои гирифтани CO2 резинӣ боқӣ мемонад, зеро Tg ба ҳарорати ҳаво наздик аст ("омехтаи муқаррарӣ: 12 то 20 ºC) ё хеле пасттар (омехтаи нарм: -21 то -13 °C) ба ҳарорати муҳити зист 30 .Латекси "сахт" (3,4 то 2,9 кгф мм-1) аз латекси "муқаррарӣ" (1,0 то 0,9 кгф мм-1) се маротиба сахттар аст.Сахтии латексҳои «нарм»-ро бо сабаби аз ҳад зиёд резинӣ ва часпак будани онҳо дар ҳарорати хонагӣ бо микросахтӣ чен кардан мумкин нест.Пардохти рӯизаминӣ инчунин метавонад ба наздикии пайвастшавӣ таъсир расонад, аммо барои пешниҳоди маълумоти пурмазмун маълумоти бештар лозим аст.Бо вуҷуди ин, ҳама латексҳо ҳуҷайраҳоро ба таври муассир нигоҳ дошта, камтар аз 1% озод карданд.
Ҳосилнокии фотосинтез бо мурури замон коҳиш меёбад.Гирифтани полистирол ба вайроншавии мембрана ва фишори оксидшавӣ оварда мерасонад38,39,40,41.Қиматҳои Fv/Fm S. elongatus CCAP 1479/1A, ки ба 0S ва 4S дучор шудаанд, дар муқоиса бо назорати таваққуф тақрибан ду баробар баландтар буданд, ки бо суръати азхудкунии CO2 аз биокомпозити 4S мувофиқат мекунад. арзишҳои миёнаи PS пасттар.арзишҳо.Қиматҳои баландтари Fv/Fm нишон медиҳанд, ки интиқоли электрон ба PSII метавонад фотонҳои бештарро интиқол диҳад42, ки метавонад боиси баланд шудани суръати пайвастшавии CO2 гардад.Бо вуҷуди ин, бояд қайд кард, ки маълумоти фотофизиологӣ аз ҳуҷайраҳои дар маҳлулҳои обии латекс боздошташуда гирифта шудаанд ва наметавонанд ҳатман мустақиман бо биокомпозитҳои баркамол муқоиса карда шаванд.
Агар латекс барои рӯшноӣ ва/ё мубодилаи газ монеа эҷод кунад, ки боиси маҳдуд шудани рӯшноӣ ва СО2 мегардад, он метавонад боиси фишори ҳуҷайра ва паст шудани кор бошад ва агар он ба хориҷшавии O2 таъсир расонад, фотонафаскашӣ39.Интиқоли нури пӯшишҳои муолиҷашуда баҳо дода шуд: латекс "сахт" каме коҳиш додани интиқоли рӯшноиро дар байни 440 ва 480 нм нишон дод (қисман тавассути афзоиши консентратсияи Тексанол аз ҳисоби беҳтар шудани пайвастагии филм беҳтар шудааст), дар ҳоле ки "нарм" ва "мунтазам" ” латекс андаке кам шудани интиқоли нурро нишон дод.талафоти назаррасро нишон намедиҳад.Таҳлилҳо, инчунин ҳама инкубатсияҳо, дар шиддатнокии пасти рӯшноӣ (30,5 мкмоль м-2 с-1) анҷом дода шуданд, аз ин рӯ ҳама гуна радиатсияи аз ҷиҳати фотосинтетикӣ вобаста ба матритсаи полимерӣ ҷуброн карда мешавад ва ҳатто метавонад барои пешгирии фотоингибиция муфид бошад.дар вайрон кардани шиддати нур.
Биокомпозити CCAP 1479/1A дар давоми 84 рӯзи озмоиш бидуни гардиши маводи ғизоӣ ё талафоти назарраси биомасса кор кард, ки ҳадафи асосии таҳқиқот аст.Депигментацияи ҳуҷайра метавонад бо раванди хлороз дар посух ба гуруснагии нитроген барои ба даст овардани зиндамонии дарозмуддат (ҳолати оромӣ) алоқаманд бошад, ки метавонад ба ҳуҷайраҳо пас аз ҷамъшавии кофии нитроген дубора афзоиш диҳанд.Тасвирҳои SEM тасдиқ карданд, ки ҳуҷайраҳо сарфи назар аз тақсимоти ҳуҷайра дар дохили рӯйпӯш боқӣ мемонанд, чандирии латекси "нарм" -ро нишон медиҳанд ва ба ин васила бартарии равшанро нисбат ба версияи таҷрибавӣ нишон медиҳанд.Латекси "нарм" тақрибан 70% акрилати бутилӣ (аз рӯи вазн) дорад, ки аз консентратсияи муқарраршуда барои рӯйпӯши чандир пас аз хушккунӣ хеле зиёд аст44.
Гирифтани холиси CO2 нисбат ба суспензияи назоратӣ ба таври назаррас баландтар буд (барои S. elongatus CCAP 1479/1A ва PCC 7942 мутаносибан 14–20 ва 3–8 маротиба зиёдтар).Пештар, мо модели интиқоли массаи CO2-ро истифода бурдем, то нишон диҳад, ки муҳаррики асосии азхудкунии баланди CO2 градиенти консентратсияи CO2 дар сатҳи биокомпозит31 мебошад ва иҷрои биокомпозитро бо муқовимат ба интиқоли масса маҳдуд кардан мумкин аст.Ин мушкилотро тавассути ворид кардани ҷузъҳои заҳролуд ва плёнка ба латекс барои баланд бардоштани ковокӣ ва гузариши рӯйпӯшҳо26 бартараф кардан мумкин аст, аммо нигоҳдории ҳуҷайраҳо метавонад халалдор шавад, зеро ин стратегия ҳатман ба филми заифтар оварда мерасонад20.Таркиби кимиёвиро хангоми полимеризатсия метавон тагйир дод, то ковокшавиро зиёд кард, ки ин бехтарин вариант аст, махсусан аз чихати истехсоли саноат ва васеъшави45.
Фаъолияти биокомпозити нав дар муқоиса бо таҳқиқоти охирин бо истифода аз биокомпозитҳо аз микроалгаҳо ва цианобактерияҳо бартариҳоро дар танзими суръати боркунии ҳуҷайраҳо нишон дод (Ҷадвали 1) 21,46 ва бо вақти зиёдтари таҳлил (84 рӯз дар муқоиса бо 15 соат46 ва 3 ҳафта21).
Мазмуни ҳаҷмии карбогидратҳо дар ҳуҷайраҳо бо дигар тадқиқотҳо47,48,49,50 бо истифода аз цианобактерияҳо муқоиса карда мешавад ва ҳамчун як меъёри эҳтимолӣ барои забти карбон ва истифодабарӣ/барқароркунӣ, ба монанди равандҳои ферментатсияи BECCS49,51 ё истеҳсоли биологии вайроншаванда истифода мешавад. биопластика52.Ҳамчун як қисми асосноки ин тадқиқот, мо тахмин мезанем, ки ҷангалзоркунӣ, ҳатто дар консепсияи партовҳои манфии BECCS баррасӣ мешавад, як даво барои тағирёбии иқлим нест ва ҳиссаи ташвишовари заминҳои корами ҷаҳонро истеъмол мекунад6.Ҳамчун як таҷрибаи фикрӣ, тахмин зада шуд, ки то соли 2100 аз атмосфера аз 640 то 950 GtCO2 хориҷ карда шавад, то болоравии ҳарорати ҷаҳониро то 1,5 ° C53 маҳдуд кунад (тақрибан 8 то 12 GtCO2 дар як сол).Барои ноил шудан ба ин бо биокомпозити беҳтар иҷрошаванда (574,08 ± 30,19 т CO2 t-1 биомасса дар як сол-1) васеъшавии ҳаҷмро аз 5,5 × 1010 то 8,2 × 1010 м3 (бо самаранокии муқоисашавандаи фотосинтетикӣ), ки аз 1926 то 2 литр иборат аст, талаб мекунад. полимер.Агар фарз кунем, ки 1 м3 биокомпозитҳо 1 м2 масоҳати заминро ишғол мекунанд, майдони зарурӣ барои азхудкунии умумии солонаи CO2 аз 5,5 то 8,17 миллион гектар хоҳад буд, ки ба 0,18-0,27% заминҳои барои ҳаёти замин мувофиқ аст. тропикӣ ва кам кардани майдони замин.талабот ба BECCS 98-99%.Бояд қайд кард, ки таносуби назариявии забт ба азхудкунии CO2, ки дар нури кам сабт шудааст, асос ёфтааст.Ҳамин ки биокомпозит ба нури шадиди табиӣ дучор мешавад, суръати азхудкунии CO2 афзоиш меёбад, ки минбаъд талаботи заминро коҳиш медиҳад ва тарозуро ба консепсияи биокомпозитӣ бозмедорад.Аммо, татбиқ бояд дар экватор барои шиддат ва давомнокии доимии рӯшноӣ бошад.
Таъсири глобалии бордоршавии СО2, яъне афзоиши ҳосилнокии растанӣ, ки дар натиҷаи зиёд шудани мавҷудияти CO2 ба вуҷуд омадааст, дар аксари минтақаҳои замин, эҳтимол аз сабаби тағирёбии маводи ғизоии асосии хок (N ва P) ва захираҳои об кам шудааст7.Ин маънои онро дорад, ки фотосинтези заминӣ, сарфи назар аз баланд шудани консентратсияи CO2 дар ҳаво метавонад боиси афзоиши ҷабби CO2 нашавад.Дар ин замина, стратегияҳои паст кардани тағирёбии иқлим дар замин, ба монанди BECCS, эҳтимоли муваффақ шуданашон камтар аст.Агар ин падидаи глобалӣ тасдиқ карда шавад, биокомпозити аз лихен илҳомёфтаи мо метавонад дороии калидӣ бошад, ки микробҳои фотосинтетикии обии якҳуҷайраро ба "агентҳои заминӣ" табдил медиҳад.Аксари растаниҳои заминӣ CO2-ро тавассути фотосинтези C3 ислоҳ мекунанд, дар ҳоле ки растаниҳои C4 барои маконҳои гармтар ва хушктар мусоидтаранд ва дар фишорҳои баланди қисман CO254 самараноктаранд.Сианобактерияҳо алтернативае пешниҳод мекунанд, ки метавонад пешгӯиҳои нигаронкунанда дар бораи коҳиши оксиди карбон дар растаниҳои C3-ро ҷуброн кунанд.Сианобактерияҳо маҳдудиятҳои фотореспираториро тавассути таҳияи як механизми самараноки ғанисозии карбон бартараф карданд, ки дар он фишорҳои баланди қисман CO2 тавассути рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCo) дар дохили карбоксисомаҳои атроф пешниҳод ва нигоҳ дошта мешаванд.Агар истеҳсоли биокомпозитҳои цианобактериявӣ зиёд карда шавад, он метавонад барои инсоният дар мубориза бар зидди тағирёбии иқлим як силоҳи муҳим гардад.
Биокомпозитҳо (тақлидҳои лихен) нисбат ба фарҳангҳои муқаррарии суспензияи микроалгаҳо ва цианобактерияҳо бартариҳои равшан пешниҳод мекунанд, ки суръати баландтари азхудкунии CO2, кам кардани хатарҳои ифлосшавӣ ва пешгирӣ кардани рақобатпазири CO2-ро таъмин мекунанд.Хароҷот истифодаи замин, об ва маводи ғизоиро хеле кам мекунад56.Ин тадқиқот имкони таҳия ва истеҳсоли латекси баландсифати биологиро нишон медиҳад, ки ҳангоми якҷояшавӣ бо исфанҷҳои луфа ҳамчун субстрат номзад, метавонад азхудкунии муассир ва муассири CO2-ро дар тӯли моҳҳои ҷарроҳӣ таъмин карда, талафоти ҳуҷайраҳоро то ҳадди аққал нигоҳ дорад.Биокомпозитҳо метавонанд аз ҷиҳати назариявӣ дар як сол тақрибан 570 т CO2 t-1 биомассаро ба даст оранд ва метавонанд дар вокуниши мо ба тағирёбии иқлим нисбат ба стратегияҳои дарахтбурии BECCS муҳимтар бошанд.Бо оптимизатсияи минбаъдаи таркиби полимер, озмоиш дар шиддатнокии баландтари рӯшноӣ ва дар якҷоягӣ бо муҳандисии мукаммали метаболикӣ, биогео-муҳандисони аслии табиат метавонанд бори дигар ба наҷот оянд.
Полимерҳои латекси акрилӣ бо истифода аз омехтаи мономерҳои стирол, бутилакрилат ва кислотаи акрилӣ омода карда шуданд ва рН бо 0,1 М гидроксиди натрий ба 7 тасҳеҳ карда шуд (ҷадвали 2).Стирол ва бутилакрилат қисми асосии занҷирҳои полимериро ташкил медиҳанд, дар ҳоле ки кислотаи акрилӣ ба нигоҳ доштани зарраҳои латекс дар суспензия кӯмак мекунад57.Хусусиятҳои сохтории латексро ҳарорати гузариши шиша (Tg) муайян мекунанд, ки он бо тағйир додани таносуби стирол ва бутилакрилат танзим мешавад, ки мутаносибан хосиятҳои «сахт» ва «нарм»-ро таъмин мекунанд58.Полимери маъмулии латекси акрилӣ 50:50 стирол: бутилакрилат 30 аст, бинобар ин дар ин тадқиқот латекс бо ин таносуб ҳамчун латекси "муқаррарӣ" номида шуд ва латекс бо миқдори зиёди стирол ҳамчун латекс бо миқдори камтари стирол номида шуд. .«нарм»-ро «сахт» меноманд.
Бо истифода аз оби софшуда (174 г), бикарбонати натрий (0,5 г) ва сурфактанти Rhodapex Ab/20 (30,92 г) (Солвай) барои мӯътадил кардани қатраҳои 30 мономер як эмульсияи аввалия омода карда шуд.Бо истифода аз сӯзандоруи шишагӣ (Science Glass Engineering) бо насоси сӯзандору, аликвоти дуюмдараҷаи дорои стирол, бутилакрилат ва кислотаи акрилӣ, ки дар ҷадвали 2 номбар шудаанд, бо суръати 100 мл соат-1 ба эмульсияҳои аввалия дар тӯли 4 соат (Коул) илова карда шуд. -Палмер, Маунт Вернон, Иллинойс).Маҳлули инициатори полимеризатсия 59-ро бо истифода аз dHO ва персульфат аммоний (100 мл, 3% масса) тайёр кунед.
Маҳлули дорои dHO (206 г), бикарбонати натрий (1 г) ва Rhodapex Ab/20 (4,42 г) бо истифода аз омехтаи болоӣ (қимати Heidolph Hei-TORQUE 100) бо винти аз пӯлоди зангногир омехта карда, то 82°C гарм кунед. зарфи обдор дар ваннаи обии тафсон VWR Scientific 1137P.Маҳлули ками вазни мономер (28,21 г) ва инициатор (20,60 г) ба зарфи куртадор бо қатра илова карда шуд ва 20 дақиқа омехта кард.Маҳлулҳои мономери боқимонда (150 мл соат-1) ва инициаторро (27 мл соат-1) сахт омехта кунед, то зарраҳоро дар суспензия нигоҳ доред, то он даме ки онҳо ба куртаи обӣ дар тӯли 5 соат илова карда шаванд, бо истифода аз сӯзандоруҳои 10 мл ва 100 мл дар як контейнер. .бо насоси сӯзандору анҷом дода мешавад.Суръати омехта аз ҳисоби афзоиши ҳаҷми slurry барои таъмини нигоҳ доштани slurred зиёд карда шуд.Пас аз илова кардани инициатор ва эмульсия, ҳарорати реаксияро то 85 ° C баланд бардошта, дар 450 чархзанӣ барои 30 дақиқа хуб омехта карданд, сипас то 65 ° C хунук карда шуданд.Пас аз хунуккунӣ ба латекс ду маҳлули ҷобаҷокунанда илова карда шуданд: гидропероксиди терт-бутил (t-BHP) (70% дар об) (5 г, 14% аз рӯи вазн) ва кислотаи изоаскорбин (5 г, 10% аз рӯи вазн)..Қатра ба қатра t-BHP илова кунед ва 20 дақиқа тарк кунед.Сипас кислотаи эриторбин бо суръати 4 мл/соат аз сӯзандоруи 10 мл бо истифода аз насоси сӯзандору илова карда шуд.Пас аз он маҳлули латекс то ҳарорати хонагӣ хунук карда шуд ва ба pH 7 бо 0,1М гидроксиди натрий танзим карда шуд.
2,2,4-Триметил-1,3-пентандиол моноизобутират (Тексанол) - заҳролудшавии пасти биологӣ барои рангҳои латексӣ 37,60 - бо сӯзандору ва насос дар се ҳаҷм (0, 4, 12% v/v) илова карда шуд. ҳамчун агенти муттаҳидкунандаи омехтаи латекс барои мусоидат ба ташаккули филм ҳангоми хушккунӣ37.Фоизи моддаҳои сахти латекс тавассути гузоштани 100 мкл аз ҳар як полимер дар сарпӯшҳои фолгаи алюминийи қаблан баркашидашуда ва дар танӯр дар 100°C барои 24 соат хушк кардан муайян карда шуд.
Барои интиқоли рӯшноӣ, ҳар як омехтаи латекс ба слайди микроскоп бо истифода аз як куби қатраи аз пӯлоди зангногир барои тавлиди филмҳои 100 мкм калибровка карда шуд ва дар 20 ° C барои 48 соат хушк карда шуд.Интиқоли рӯшноӣ (ба радиатсияи аз ҷиҳати фотосинтетикӣ фаъол нигаронида шудааст, λ 400–700 нм) дар спектррадиометри ILT950 SpectriLight бо сенсор дар масофаи 35 см аз лампаи 30 Вт (Sylvania Luxline Plus, n = 6) чен карда шуд - дар он ҷо нур Сарчашмаи цианобактерияҳо ва организмҳо буд Материалҳои таркибӣ нигоҳ дошта мешаванд.Нусхаи нармафзори SpectrILight III 3.5 барои сабти равшанӣ ва интиқол дар диапазони λ 400–700 nm61 истифода шудааст.Ҳама намунаҳо дар болои сенсор ҷойгир карда шуданд ва слайдҳои шишагини пӯшида ҳамчун назорат истифода шуданд.
Намунаҳои латекс ба табақи нонпазии силикон илова карда шуданд ва барои 24 соат пеш аз санҷидан барои сахтӣ хушк карда шуданд.Намунаи хушкшудаи латексро ба сарпӯши пӯлоди зери микроскопи x10 ҷойгир кунед.Пас аз фокус, намунаҳо дар озмоишгари микросахтии Buehler Micromet II арзёбӣ карда шуданд.Намуна ба қувваи аз 100 то 200 грамм таъсир расонд ва вақти боркунӣ ба 7 сония муқаррар карда шуд, то дар намуна дандонҳои алмос эҷод кунад.Чоп бо истифода аз объекти микроскопи Bruker Alicona × 10 бо нармафзори иловагии андозагирии шакл таҳлил карда шуд.Формулаи сахтии Викерс (Муодилаи 1) барои ҳисоб кардани сахтии ҳар як латекс истифода шудааст, ки дар он HV рақами Викерс, F қувваи татбиқшаванда ва d ҳисоби миёнаи диагоналҳои дарунравӣ аз баландӣ ва паҳнои латекс ҳисоб карда мешавад.арзиши абзор.Латекси "нарм" -ро аз сабаби часпак ва дароз кардан ҳангоми санҷиши дандон чен кардан мумкин нест.
Барои муайян кардани ҳарорати гузариши шиша (Tg) аз таркиби латекс, намунаҳои полимерӣ дар зарфҳои силикагель ҷойгир карда шуданд, 24 соат хушк карда шуданд, то 0,005 г вазн карда шуданд ва дар зарфҳои намунавӣ ҷойгир карда шуданд.Табақ пӯшонида шуда, дар колориметри дифференсиалии сканер (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, нармафзори таҳлили додаҳои Pyris) ҷойгир карда шуд62.Усули ҷараёни гармӣ барои ҷойгир кардани пиёлаҳои истинод ва пиёлаҳои намунавӣ дар як танӯр бо ченаки дарунсохташудаи ҳарорат барои чен кардани ҳарорат истифода мешавад.Дар маҷмӯъ ду пандус барои эҷоди як каҷ пайваста истифода шуд.Усули намунавӣ такроран аз -20 ° C то 180 ° C бо суръати 20 ° C дар як дақиқа баланд карда шуд.Ҳар як нуқтаи ибтидоӣ ва ниҳоӣ барои 1 дақиқа нигоҳ дошта мешавад, то таъхири ҳароратро ҳисоб кунад.
Барои арзёбии қобилияти биокомпозитӣ барои азхудкунии CO2, намунаҳо ба ҳамон тарзе, ки дар таҳқиқоти қаблии мо31 буд, омода ва озмуда шуданд.Рӯймоли хушкшуда ва автоклавӣ ба тасмаҳои тақрибан 1 × 1 × 5 см бурида ва вазн карда шуд.600 мкл аз ду биологии самараноки ҳар як штамми сианобактерияҳоро ба як канори ҳар як рахи лӯфа, ки тақрибан 1 × 1 × 3 см фаро мегирад, молед ва дар торикӣ дар 20°C барои 24 соат хушк кунед.Аз сабаби сохтори макропорозии луфа, як қисми формула сарф шуд, аз ин рӯ самаранокии боркунии ҳуҷайра 100% набуд.Барои бартараф кардани ин мушкилот, вазни тайёри хушк дар лифофа муайян карда шуд ва ба тайёри хушки истинодӣ муқаррар карда шуд.Назорати абиотикӣ, ки аз лӯфа, латекс ва маводи ғизоии безарар иборат аст, ба ҳамин тарз омода карда шуданд.
Барои анҷом додани санҷиши ним-парактивии қабули CO2, биокомпозитро (n = 3) дар як найчаи шишагии 50 мл ҷойгир кунед, то як нӯги биокомпозит (бе қабати биологӣ) бо 5 мл муҳити афзоиш дар тамос бошад ва имкон медиҳад, ки маводи ғизоӣ бо таъсири капиллярӣ интиқол дода мешавад..Шиша бо порчаи резинии бутилӣ, ки диаметраш 20 мм аст, маҳкам карда шуда, бо сарпӯши алюминийи нуқрагин печонида шудааст.Пас аз мӯҳр баста, 45 мл 5% CO2/ҳаворо бо сӯзани стерилизатсияшуда, ки ба сӯзандоруи газдор пайваст карда шудааст, ворид кунед.Зичии ҳуҷайраҳои суспензияи назоратӣ (n = 3) ба сарбории ҳуҷайраи биокомпозитӣ дар муҳити ғизоӣ баробар буд.Санҷишҳо дар ҳарорати 18 ± 2 °C бо фотопериоди 16:8 ва фотопериоди 30,5 мкмоль м-2 с-1 гузаронида шуданд.Фазои сар ҳар ду рӯз бо сӯзандоруи газдор хориҷ карда шуд ва бо як метри CO2 бо ҷабби инфрасурх GEOTech G100 барои муайян кардани фоизи ҷабби CO2 таҳлил карда шуд.Ҳаҷми баробари омехтаи гази CO2 илова кунед.
% CO2 Fix ба таври зерин ҳисоб карда мешавад: % CO2 Fix = 5% (h/v) – нависед %CO2 (муодилаи 2), ки дар он P = фишор, V = ҳаҷм, T = ҳарорат ва R = доимии гази идеалӣ.
Сатҳи гузоришшудаи азхудкунии CO2 барои суспензияҳои назоратии цианобактерияҳо ва биокомпозитҳо ба назорати ғайрибиологӣ муқаррар карда шуд.Воҳиди функсионалии биомассаи g ин миқдори биомассаи хушкест, ки дар либосшӯйӣ безарар карда шудааст.Он тавассути вазн кардани намунаҳои луфа пеш аз ва баъд аз фикси ҳуҷайра муайян карда мешавад.Баҳисобгирии массаи сарбории ҳуҷайра (эквиваленти биомасса) бо роҳи ба таври инфиродӣ вазн кардани препаратҳо пеш аз хушккунӣ ва баъд аз хушккунӣ ва ҳисоб кардани зичии препарати ҳуҷайра (муодилаи 3).Ҳангоми фиксатсия омодагии ҳуҷайраҳо якхела мебошанд.
Барои таҳлили оморӣ Minitab 18 ва Microsoft Excel бо иловаи RealStatistics истифода шуданд.Муътадилӣ бо истифода аз санҷиши Андерсон-Дарлинг ва баробарии ихтилофҳо бо истифода аз санҷиши Левен санҷида шуд.Маълумоте, ки ин фарзияҳоро қонеъ мегардонанд, бо истифода аз таҳлили дуҷонибаи дисперсия (ANOVA) бо санҷиши Tukey ҳамчун таҳлили пас аз hoc таҳлил карда шуданд.Маълумоти дуҷониба, ки ба фарзияҳои муқаррарӣ ва тафовути баробар мувофиқат намекарданд, бо истифода аз санҷиши Shirer-Ray-Hara ва сипас Mann-Whitney U-test барои муайян кардани аҳамият байни табобатҳо таҳлил карда шуданд.Моделҳои омехтаи хаттии умумӣ (GLM) барои маълумоти ғайримуқаррарӣ бо се омил истифода шуданд, ки дар он маълумотҳо бо истифода аз табдили Ҷонсон63 табдил дода шуданд.Коррелятсияҳои лаҳзаи маҳсулоти Pearson барои арзёбии робитаи байни консентратсияи Тексанол, ҳарорати гузариши шиша ва заҳролудшавии латекс ва маълумоти пайвастшавӣ анҷом дода шуданд.
Вақти фиристодан: январ-05-2023