Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Shfaq një karusel me tre rrëshqitje njëherësh.Përdorni butonat Previous dhe Next për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë, ose përdorni butonat rrëshqitës në fund për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë.
Kapja dhe ruajtja e karbonit është thelbësore për të arritur qëllimet e Marrëveshjes së Parisit.Fotosinteza është teknologjia e natyrës për kapjen e karbonit.Duke u frymëzuar nga likenet, ne zhvilluam një biokompozit fotosintetik të cianobaktereve 3D (dmth. imitues i likenit) duke përdorur një polimer lateksi akrilik të aplikuar në një sfungjer loofah.Shkalla e marrjes së CO2 nga biokompoziti ishte 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 të biomasës d-1.Shkalla e marrjes bazohet në biomasën e thatë në fillim të eksperimentit dhe përfshin CO2 që përdoret për të rritur biomasë të re, si dhe CO2 që përmbahet në përbërjet e ruajtjes si karbohidratet.Këto ritme të marrjes ishin 14-20 herë më të larta se masat e kontrollit të llumit dhe potencialisht mund të rriteshin deri në kapjen e 570 t CO2 t-1 biomasë në vit-1, ekuivalente me 5,5-8,17 × 106 hektarë përdorim të tokës, duke hequr 8-12 GtCO2 CO2 në vit.Në të kundërt, bioenergjia pyjore me kapjen dhe ruajtjen e karbonit është 0,4–1,2 × 109 ha.Biokompoziti mbeti funksional për 12 javë pa lëndë ushqyese ose ujë shtesë, pas së cilës eksperimenti u ndërpre.Brenda qëndrimit shumëplanësh teknologjik të njerëzimit për të luftuar ndryshimet klimatike, biokompozitetet cianobakteriale të inxhinieruara dhe të optimizuara kanë potencialin për vendosje të qëndrueshme dhe të shkallëzuar për të rritur heqjen e CO2 duke reduktuar humbjet e ujit, lëndëve ushqyese dhe përdorimit të tokës.
Ndryshimi i klimës është një kërcënim real për biodiversitetin global, stabilitetin e ekosistemit dhe njerëzit.Për të zbutur efektet e tij më të këqija, nevojiten programe të koordinuara dhe në shkallë të gjerë dekarburizimi dhe, natyrisht, kërkohet një formë e largimit të drejtpërdrejtë të gazeve serrë nga atmosfera.Pavarësisht dekarbonizimit pozitiv të prodhimit të energjisë elektrike2,3, aktualisht nuk ka zgjidhje teknologjike të qëndrueshme ekonomikisht për të reduktuar dioksidin e karbonit në atmosferë (CO2)4, megjithëse kapja e gazit të gripit po përparon5.Në vend të zgjidhjeve inxhinierike të shkallëzueshme dhe praktike, njerëzit duhet t'u drejtohen inxhinierëve natyrorë për kapjen e karbonit - organizmat fotosintetikë (organizmat fototrofikë).Fotosinteza është teknologjia e sekuestrimit të karbonit të natyrës, por aftësia e saj për të ndryshuar pasurimin antropogjenik të karbonit në shkallë domethënëse kohore është e diskutueshme, enzimat janë joefikase dhe aftësia e saj për t'u vendosur në shkallët e duhura është e diskutueshme.Një rrugë e mundshme për fototrofi është pyllëzimi, i cili shkurton pemët për bioenergji me kapjen dhe ruajtjen e karbonit (BECCS) si një teknologji e emetimeve negative që mund të ndihmojë në reduktimin e emetimeve neto të CO21.Megjithatë, për të arritur objektivin e temperaturës së Marrëveshjes së Parisit prej 1.5°C duke përdorur BECCS si metodën kryesore do të duheshin 0.4 deri në 1.2 × 109 ha, ekuivalente me 25-75% të tokës së punueshme aktuale globale6.Përveç kësaj, pasiguria e lidhur me efektet globale të plehërimit të CO2 vë në pikëpyetje efikasitetin e përgjithshëm potencial të plantacioneve pyjore7.Nëse duam të arrijmë objektivat e temperaturës të përcaktuara nga Marrëveshja e Parisit, 100 sekonda GtCO2 të gazeve serrë (GGR) duhet të hiqen nga atmosfera çdo vit.Departamenti i Kërkimit dhe Inovacionit në Mbretërinë e Bashkuar njoftoi kohët e fundit financimin për pesë projekte GGR8, duke përfshirë menaxhimin e tokave të torfës, motin e përmirësuar të shkëmbinjve, mbjelljen e pemëve, biokarburantet dhe kulturat shumëvjeçare për të ushqyer procesin BECCS.Kostot e heqjes së më shumë se 130 MtCO2 nga atmosfera në vit janë 10-100 US$/tCO2, 0,2-8,1 MtCO2 në vit për restaurimin e torfës, 52-480 US$/tCO2 dhe 12-27 MtCO2 në vit për gërryerjen e shkëmbinjve. , 0,4-30 USD/vit.tCO2, 3,6 MtCO2/vit, 1% rritje në sipërfaqen pyjore, 0,4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/vit, biokarburant, 140-270 US$/tCO2, 20 –70 Mt CO2 në vit për kulturat e përhershme që përdorin BECCS9.
Një kombinim i këtyre qasjeve potencialisht mund të arrijë objektivin prej 130 Mt CO2 në vit, por kostot e gërryerjes së shkëmbinjve dhe BECCS janë të larta, dhe biokari, megjithëse relativisht i lirë dhe jo i lidhur me përdorimin e tokës, kërkon lëndë ushqyese për procesin e prodhimit të biokarburantit.ofron këtë zhvillim dhe numër për të vendosur teknologji të tjera GGR.
Në vend që të kërkoni zgjidhje në tokë, kërkoni ujë, veçanërisht fototrofe njëqelizore si mikroalgat dhe cianobakteret10.Algat (duke përfshirë cianobakteret) kapin afërsisht 50% të dioksidit të karbonit në botë, megjithëse ato përbëjnë vetëm 1% të biomasës botërore11.Cianobakteret janë biogjeoinxhinierët origjinalë të natyrës, duke hedhur themelet për metabolizmin e frymëmarrjes dhe evolucionin e jetës shumëqelizore përmes fotosintezës oksigjenike12.Ideja e përdorimit të cianobaktereve për të kapur karbonin nuk është e re, por metodat inovative të vendosjes fizike hapin horizonte të reja për këta organizma të lashtë.
Pellgjet e hapura dhe fotobioreaktorët janë mjete të paracaktuara kur përdoren mikroalgat dhe cianobakteret për qëllime industriale.Këto sisteme kulture përdorin një kulturë suspensioni në të cilën qelizat notojnë lirshëm në një mjedis të rritjes14;megjithatë, pellgjet dhe fotobioreaktorët kanë shumë disavantazhe të tilla si transferimi i dobët i masës CO2, përdorimi intensiv i tokës dhe ujit, ndjeshmëria ndaj biofokusimit dhe kostot e larta të ndërtimit dhe funksionimit15,16.Bioreaktorët e biofilmit që nuk përdorin kultura suspensioni janë më ekonomikë për sa i përket ujit dhe hapësirës, por janë në rrezik të dëmtimit të tharjes, të prirur ndaj shkëputjes së biofilmit (dhe rrjedhimisht humbjes së biomasës aktive) dhe janë po aq të prirur ndaj biofokusimit17.
Qasje të reja nevojiten për të rritur shkallën e marrjes së CO2 dhe për të adresuar problemet që kufizojnë reaktorët e llumit dhe biofilmit.Një qasje e tillë janë biokompozitet fotosintetike të frymëzuara nga likenet.Likenet janë një kompleks kërpudhash dhe fotobionte (mikroalga dhe/ose cianobaktere) që mbulojnë afërsisht 12% të sipërfaqes së tokës18.Kërpudhat sigurojnë mbështetje fizike, mbrojtje dhe ankorim të substratit fotobiotik, i cili nga ana tjetër u siguron kërpudhave karbon (si produkte të tepërta fotosintetike).Biokompoziti i propozuar është një "mimetik i likenit", në të cilin një popullatë e përqendruar e cianobaktereve është e palëvizshme në formën e një biombulese të hollë në një substrat mbartës.Përveç qelizave, biombulesa përmban një matricë polimer që mund të zëvendësojë kërpudhat.Emulsionet polimere me bazë uji ose "latekset" preferohen sepse janë biokompatibël, të qëndrueshëm, të lirë, të lehtë për t'u trajtuar dhe të disponueshëm në treg19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Fiksimi i qelizave me polimere lateksi ndikohet shumë nga përbërja e lateksit dhe procesi i formimit të filmit.Polimerizimi i emulsionit është një proces heterogjen që përdoret për prodhimin e gomës sintetike, veshjeve ngjitëse, ngjitësve, aditivëve të betonit, veshjeve të letrës dhe tekstilit dhe bojrave latex27.Ai ka një sërë avantazhesh ndaj metodave të tjera të polimerizimit, të tilla si shpejtësia e lartë e reagimit dhe efikasiteti i konvertimit të monomerit, si dhe lehtësia e kontrollit të produktit27,28.Zgjedhja e monomereve varet nga vetitë e dëshiruara të filmit polimer që rezulton, dhe për sistemet e përziera të monomereve (p.sh., kopolimerizimet), vetitë e polimerit mund të ndryshohen duke zgjedhur raporte të ndryshme të monomereve që formojnë materialin polimer që rezulton.Akrilat butil dhe stiren janë ndër monomerët më të zakonshëm të lateksit akrilik dhe përdoren këtu.Përveç kësaj, agjentët bashkues (p.sh. Texanol) përdoren shpesh për të nxitur formimin e njëtrajtshëm të filmit ku mund të ndryshojnë vetitë e lateksit polimer për të prodhuar një shtresë të fortë dhe "të vazhdueshme" (bashkuese).Në studimin tonë fillestar të provës së konceptit, një biokompozit 3D me sipërfaqe të lartë, porozitet të lartë u fabrikua duke përdorur një bojë lateksi komerciale të aplikuar në një sfungjer loofah.Pas manipulimeve të gjata dhe të vazhdueshme (tetë javë), biokompoziti tregoi aftësi të kufizuar për të mbajtur cianobakteret në skelën e loofës sepse rritja e qelizave dobësoi integritetin strukturor të lateksit.Në studimin aktual, ne synuam të zhvillonim një seri polimerësh latex akrilik të kimisë së njohur për përdorim të vazhdueshëm në aplikimet e kapjes së karbonit pa sakrifikuar degradimin e polimerit.Duke vepruar kështu, ne kemi demonstruar aftësinë për të krijuar elementë të matricës polimerike të ngjashme me likenin që ofrojnë performancë biologjike të përmirësuar dhe elasticitet mekanik të rritur ndjeshëm në krahasim me biokompozitët e provuar.Optimizimi i mëtejshëm do të përshpejtojë marrjen e biokompoziteve për kapjen e karbonit, veçanërisht kur kombinohet me cianobaktere të modifikuara metabolikisht për të përmirësuar sekuestrimin e CO2.
Nëntë latekse me tre formulime polimerësh (H = "i fortë", N = "normal", S = "i butë") dhe tre lloje Texanol (0, 4, 12% v/v) u testuan për toksicitetin dhe korrelacionin e tendosjes.Ngjitës.nga dy cianobaktere.Lloji i lateksit ndikoi ndjeshëm S. elongatus PCC 7942 (test Shirer-Ray-Hare, latex: DF=2, H=23.157, P=<0.001) dhe CCAP 1479/1A (ANOVA me dy drejtime, latex: DF=2, F = 103,93, P = < 0,001) (Fig. 1a).Përqendrimi i texanolit nuk ndikoi ndjeshëm në rritjen e S. elongatus PCC 7942, vetëm N-lateksi ishte jo toksik (Fig. 1a), dhe 0 N dhe 4 N ruajtën rritjen përkatësisht 26% dhe 35% (Mann- Whitney U, 0 N kundrejt 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N kundrejt kontrollit: W = 25,0, P = 0,061; 4 N kundrejt kontrollit: W = 25,0, P = 0,061) dhe 12 N ruajti rritjen e krahasueshme ndaj kontrollit biologjik (Universiteti Mann-Whitney, 12 N kundrejt kontrollit: W = 17.0, P = 0.885).Për S. elongatus CCAP 1479/1A, si përzierja e lateksit ashtu edhe përqendrimi i texanolit ishin faktorë të rëndësishëm, dhe një ndërveprim i rëndësishëm u vu re midis të dyve (ANOVA me dy drejtime, latex: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Teksanol : DF=2, F=5,96, P=0,01, Latex*Teksanol: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N dhe të gjithë latekset "të buta" nxitën rritjen (Fig. 1a).Ekziston një tendencë për të përmirësuar rritjen me uljen e përbërjes së stirenit.
Testimi i toksicitetit dhe ngjitjes së cianobaktereve (Synechococcus elongatus PCC 7942 dhe CCAP 1479/1A) në formulimet e lateksit, lidhja me temperaturën e tranzicionit të qelqit (Tg) dhe matricën e vendimit bazuar në toksicitetin dhe të dhënat e ngjitjes.(a) Testimi i toksicitetit u krye duke përdorur parcela të veçanta të rritjes në përqindje të cianobaktereve të normalizuara për të kontrolluar kulturat e pezullimit.Trajtimet e shënuara me * janë dukshëm të ndryshme nga kontrollet.(b) Të dhënat e rritjes së cianobaktereve kundrejt Tg lateksit (mesatarja ± SD; n = 3).(c) Numri kumulativ i cianobaktereve të çliruara nga testi i ngjitjes së biokompozitit.(d) Të dhënat e ngjitjes kundrejt Tg të lateksit (mesatarja ± StDev; n = 3).e Matrica e vendimit bazuar në të dhënat e toksicitetit dhe ngjitjes.Raporti i stirenit me akrilatin butil është 1:3 për lateksin "i fortë" (H), 1:1 për "normal" (N) dhe 3:1 për "i butë" (S).Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.
Në shumicën e rasteve, qëndrueshmëria e qelizave u ul me rritjen e përqendrimit të texanolit, por nuk kishte korrelacion domethënës për asnjë nga shtamet (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).Në fig.1b tregon lidhjen midis rritjes së qelizave dhe temperaturës së tranzicionit të qelqit (Tg).Ekziston një korrelacion i fortë negativ midis përqendrimit të texanolit dhe vlerave të Tg (H-latex: DF=7, r=-0.989, P=<0.001; N-latex: DF=7, r=-0.964, P=<0.001 S- latex: DF=7, r=-0.946, P=<0.001).Të dhënat treguan se Tg optimale për rritjen e S. elongatus PCC 7942 ishte rreth 17 °C (Figura 1b), ndërsa S. elongatus CCAP 1479/1A favorizonte Tg nën 0 °C (Figura 1b).Vetëm S. elongatus CCAP 1479/1A kishte një korrelacion të fortë negativ midis Tg dhe të dhënave të toksicitetit (DF=25, r=-0.857, P=<0.001).
Të gjithë latekset kishin afinitet të mirë ngjitës dhe asnjëri prej tyre nuk lëshoi më shumë se 1% të qelizave pas 72 orësh (Fig. 1c).Nuk kishte asnjë ndryshim domethënës midis latekseve të dy shtameve të S. elongatus (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara test, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Testi me rreze).– Hare test, latex*texanol, DF=4, H=3.277, P=0.513).Ndërsa përqendrimi i Texanol rritet, më shumë qeliza çlirohen (Figura 1c).krahasuar me S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001) (Figura 1d).Për më tepër, nuk kishte asnjë lidhje statistikore midis Tg dhe ngjitjes qelizore të dy shtameve (PCC 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147).
Për të dy llojet, polimerët "të fortë" të lateksit ishin të paefektshëm.Në të kundërt, 4N dhe 12N performuan më së miri kundër S. elongatus PCC 7942, ndërsa 4S dhe 12S performuan më mirë kundër CCAP 1479/1A (Fig. 1e), megjithëse ka hapësirë të qartë për optimizim të mëtejshëm të matricës polimer.Këto polimere janë përdorur në testet e marrjes së CO2 neto gjysmë-batch.
Fotofiziologjia u monitorua për 7 ditë duke përdorur qeliza të pezulluara në një përbërje lateksi ujore.Në përgjithësi, si shkalla e dukshme e fotosintezës (PS) ashtu edhe rendimenti kuantik maksimal i PSII (Fv/Fm) ulen me kalimin e kohës, por kjo rënie është e pabarabartë dhe disa grupe të dhënash PS tregojnë një përgjigje dyfazike, duke sugjeruar një përgjigje të pjesshme, megjithëse rikuperim në kohë reale aktivitet më i shkurtër PS (Fig. 2a dhe 3b).Përgjigja bifazike Fv/Fm ishte më pak e theksuar (Figura 2b dhe 3b).
(a) Shkalla e dukshme e fotosintezës (PS) dhe (b) rendimenti kuantik maksimal PSII (Fv/Fm) i Synechococcus elongatus PCC 7942 në përgjigje të formulimeve të lateksit në krahasim me kulturat e suspensionit të kontrollit.Raporti i stirenit me akrilatin butil është 1:3 për lateksin "i fortë" (H), 1:1 për "normal" (N) dhe 3:1 për "i butë" (S).Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.(mesatarja ± devijimi standard; n = 3).
(a) Shkalla e dukshme e fotosintezës (PS) dhe (b) rendimenti kuantik maksimal PSII (Fv/Fm) i Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A në përgjigje të formulimeve të lateksit në krahasim me kulturat e suspensionit të kontrollit.Raporti i stirenit me akrilatin butil është 1:3 për lateksin "i fortë" (H), 1:1 për "normal" (N) dhe 3:1 për "i butë" (S).Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.(mesatarja ± devijimi standard; n = 3).
Për S. elongatus PCC 7942, përbërja e lateksit dhe përqendrimi i Teksanolit nuk ndikuan në PS me kalimin e kohës (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), megjithëse përbërja ishte një faktor i rëndësishëm (GLM)., latex*koha, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (Fig. 2a).Nuk kishte asnjë efekt domethënës të përqendrimit të Teksanolit me kalimin e kohës (GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.63, P=0.078).Kishte një ndërveprim domethënës që prek Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).Ndërveprimi ndërmjet formulimit të lateksit dhe përqendrimit të Teksanolit pati një efekt domethënës në Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).Çdo parametër ndikon edhe Fv/Fm me kalimin e kohës (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 dhe Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Latex 12H ruajti vlerat mesatare më të ulëta të PS dhe Fv/Fm (Fig. 2b), duke treguar se ky polimer është më toksik.
PS e S. elongatus CCAP 1479/1A ishte dukshëm e ndryshme (GLM, latex * Texanol * koha, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), me përbërje lateksi në vend të përqendrimit texanol (GLM, Latex*time, DF =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Teksanol*koha, DF=14, F=1,26, P=0,239).Polimerët "të butë" 0S dhe 4S ruajtën nivele pak më të larta të performancës së PS sesa pezullimet e kontrollit (Mann-Whitney U, 0S kundrejt kontrolleve, W = 686.0, P = 0.044, 4S kundrejt kontrolleve, W = 713, P = 0.01) dhe mbajtën një përmirësuar Fv./Fm (Fig. 3a) tregon transport më efikas në Photosystem II.Për vlerat Fv/Fm të qelizave CCAP 1479/1A, kishte një ndryshim domethënës lateksi me kalimin e kohës (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Figura 3b).).
Në fig.4 tregon mesataren e PS dhe Fv/Fm gjatë një periudhe 7 ditore si funksion i rritjes së qelizave për çdo lloj.S. elongatus PCC 7942 nuk kishte një model të qartë (Fig. 4a dhe b), megjithatë, CCAP 1479/1A tregoi një marrëdhënie parabolike midis vlerave PS (Fig. 4c) dhe Fv/Fm (Fig. 4d) si raportet e stirenit dhe akrilatit butil rriten me ndryshim.
Marrëdhënia midis rritjes dhe fotofiziologjisë së Synechococcus longum në preparatet e lateksit.(a) Të dhënat e toksicitetit të grafikuara kundrejt shkallës së dukshme fotosintetike (PS), (b) rendimenti kuantik maksimal PSII (Fv/Fm) i PCC 7942. c Të dhënat e toksicitetit të paraqitura kundrejt PS dhe d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Raporti i stirenit me akrilatin butil është 1:3 për lateksin "i fortë" (H), 1:1 për "normal" (N) dhe 3:1 për "i butë" (S).Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.(mesatarja ± devijimi standard; n = 3).
Biokompoziti PCC 7942 pati një efekt të kufizuar në mbajtjen e qelizave me rrjedhje të konsiderueshme të qelizave gjatë katër javëve të para (Figura 5).Pas fazës fillestare të marrjes së CO2, qelizat e fiksuara me lateks 12 N filluan të lëshojnë CO2 dhe ky model vazhdoi midis ditëve 4 dhe 14 (Fig. 5b).Këto të dhëna janë në përputhje me vëzhgimet e zbardhjes së pigmentit.Marrja neto e CO2 filloi përsëri nga dita e 18-të. Pavarësisht lëshimit të qelizave (Fig. 5a), biokompoziti PCC 7942 12 N ende grumbulloi më shumë CO2 se pezullimi i kontrollit gjatë 28 ditëve, megjithëse pak (testi U Mann-Whitney, W = 2275.5; P = 0,066).Shpejtësia e përthithjes së CO2 nga lateksi 12 N dhe 4 N është 0,51 ± 0,34 dhe 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1 të biomasës d-1.Kishte një ndryshim statistikisht domethënës midis trajtimit dhe niveleve kohore (testi Chairer-Ray-Hare, trajtimi: DF=2, H=70.62, P=<0.001 koha: DF=13, H=23.63, P=0.034), por nuk ishte.kishte një lidhje domethënëse ndërmjet trajtimit dhe kohës (testi Chairer-Ray-Har, koha*trajtimi: DF=26, H=8.70, P=0.999).
Testet e marrjes së CO2 me gjysmë grumbulli në biokompozitet Synechococcus elongatus PCC 7942 duke përdorur lateks 4N dhe 12N.(a) Imazhet tregojnë çlirimin e qelizave dhe zbardhjen e pigmentit, si dhe imazhet SEM të biokompozitit para dhe pas testimit.Vijat e bardha me pika tregojnë vendet e depozitimit të qelizave në biokompozit.(b) Marrja kumulative e CO2 neto gjatë një periudhe katër javore.Lateksi "normal" (N) ka një raport të stirenit me butil akrilatin 1:1.Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.(mesatarja ± devijimi standard; n = 3).
Mbajtja e qelizave u përmirësua ndjeshëm për tendosjen CCAP 1479/1A me 4S dhe 12S, megjithëse pigmenti ndryshoi ngadalë ngjyrën me kalimin e kohës (Fig. 6a).Biokompoziti CCAP 1479/1A thith CO2 për plot 84 ditë (12 javë) pa shtesa ushqimore shtesë.Analiza SEM (Fig. 6a) konfirmoi vëzhgimin vizual të shkëputjes së qelizave të vogla.Fillimisht, qelizat u mbyllën në një shtresë lateksi që ruajti integritetin e saj pavarësisht rritjes së qelizave.Shkalla e marrjes së CO2 ishte dukshëm më e lartë se grupi i kontrollit (testi Scheirer-Ray-Har, trajtimi: DF=2; H=240.59; P=<0.001, koha: DF=42; H=112; P=<0.001) ( Fig. 6b).Biokompoziti 12S arriti marrjen më të lartë të CO2 (1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomasë në ditë), ndërsa lateksi 4S ishte 1,13 ± 0,41 g CO2 g-1 biomasë në ditë, por ato nuk ndryshonin ndjeshëm (Mann-Whitney U test, W = 1507,50; P = 0,07) dhe nuk ka ndërveprim domethënës midis trajtimit dhe kohës (testi Shirer-Rey-Hara, koha * trajtimi: DF = 82; H = 10 ,37; P = 1,000).
Testimi i gjysmës së marrjes së CO2 duke përdorur biokompozit Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A me latex 4N dhe 12N.(a) Imazhet tregojnë çlirimin e qelizave dhe zbardhjen e pigmentit, si dhe imazhet SEM të biokompozitit para dhe pas testimit.Vijat e bardha me pika tregojnë vendet e depozitimit të qelizave në biokompozit.(b) Marrja kumulative e CO2 neto gjatë periudhës dymbëdhjetë javore.Lateksi "i butë" (S) ka një raport të stirenit me butil akrilatin 1:1.Numrat e mëparshëm në kodin latex korrespondojnë me përmbajtjen e Texanol.(mesatarja ± devijimi standard; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (test Shirer-Ray-Har, kohë*trajtimi: DF=4, H=3.243, P=0.518) ose biokompozit S. elongatus CCAP 1479/1A (dy-ANOVA, kohë*trajtimi: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (Fig. S4).Biokompoziti PCC 7942 kishte përmbajtjen më të lartë të karbohidrateve në javën e dytë (4 N = 59,4 ± 22,5 wt%, 12 N = 67,9 ± 3,3 wt%), ndërsa pezullimi i kontrollit kishte përmbajtjen më të lartë të karbohidrateve në javën e 4 kur (kontrolli = 59,6% ± 28). w/w).Përmbajtja totale e karbohidrateve të biokompozitit CCAP 1479/1A ishte e krahasueshme me pezullimin e kontrollit me përjashtim të fillimit të provës, me disa ndryshime në lateksin 12S në javën 4. Vlerat më të larta për biokompozitin ishin 51,9 ± 9,6 wt% për 4S dhe 77,1 ± 17,0 % wt për 12S.
Ne kemi vendosur të demonstrojmë mundësitë e projektimit për rritjen e integritetit strukturor të veshjeve polimer latex me film të hollë si një komponent i rëndësishëm i konceptit të biokompozitit imitues të likenit pa sakrifikuar biokompatibilitetin ose performancën.Në të vërtetë, nëse kapërcehen sfidat strukturore që lidhen me rritjen e qelizave, ne presim përmirësime të rëndësishme të performancës mbi biokompozitet tona eksperimentale, të cilat tashmë janë të krahasueshme me sistemet e tjera të kapjes së karbonit të cianobaktereve dhe mikroalgave.
Veshjet duhet të jenë jo toksike, të qëndrueshme, të mbështesin ngjitjen afatgjatë të qelizave dhe duhet të jenë poroze për të nxitur transferimin efikas të masës së CO2 dhe degazimin e O2.Polimerët akrilik të tipit latex përgatiten lehtë dhe përdoren gjerësisht në industrinë e bojës, tekstilit dhe ngjitësit30.Ne kombinuam cianobakteret me një emulsion polimer latex akrilik me bazë uji të polimerizuar me një raport specifik grimcash stiren/butil akrilat dhe përqendrime të ndryshme të Teksanolit.Stireni dhe akrilat butil u zgjodhën që të mund të kontrollonin vetitë fizike, veçanërisht elasticitetin dhe efikasitetin e bashkimit të veshjes (kritike për një shtresë të fortë dhe shumë ngjitëse), duke lejuar sintezën e agregateve të grimcave "të forta" dhe "të buta".Të dhënat e toksicitetit sugjerojnë se lateksi "i fortë" me një përmbajtje të lartë stiren nuk është i favorshëm për mbijetesën e cianobaktereve.Ndryshe nga akrilat butil, stiren konsiderohet toksik për algat32,33.Llojet e cianobaktereve reaguan krejt ndryshe ndaj lateksit dhe temperatura optimale e tranzicionit të qelqit (Tg) u përcaktua për S. elongatus PCC 7942, ndërsa S. elongatus CCAP 1479/1A tregoi një marrëdhënie lineare negative me Tg.
Temperatura e tharjes ndikon në aftësinë për të formuar një film uniform të vazhdueshëm latex.Nëse temperatura e tharjes është nën temperaturën minimale të formimit të filmit (MFFT), grimcat e lateksit të polimerit nuk do të bashkohen plotësisht, duke rezultuar në ngjitje vetëm në ndërfaqen e grimcave.Filmat që rezultojnë kanë ngjitje të dobët dhe forcë mekanike dhe mund të jenë edhe në formë pluhuri29.MFFT është i lidhur ngushtë me Tg, i cili mund të kontrollohet nga përbërja e monomerit dhe shtimi i bashkuesve të tillë si Texanol.Tg përcakton shumë nga vetitë fizike të veshjes që rezulton, e cila mund të jetë në një gjendje gome ose xhami34.Sipas ekuacionit Flory-Fox35, Tg varet nga lloji i monomerit dhe nga përbërja në përqindje relative.Shtimi i koalescentit mund të ulë MFFT duke shtypur me ndërprerje të Tg të grimcave të lateksit, gjë që lejon formimin e filmit në temperatura më të ulëta, por gjithsesi formon një shtresë të fortë dhe të fortë sepse bashkimi avullohet ngadalë me kalimin e kohës ose është nxjerrë 36 .
Rritja e përqendrimit të Texanol promovon formimin e filmit duke zbutur grimcat e polimerit (duke reduktuar Tg) për shkak të përthithjes nga grimcat gjatë tharjes, duke rritur kështu forcën e filmit koheziv dhe ngjitjen e qelizave.Për shkak se biokompoziti thahet në temperaturën e ambientit (~18-20°C), Tg (30 deri në 55°C) e lateksit "të fortë" është më i lartë se temperatura e tharjes, që do të thotë se bashkimi i grimcave mund të mos jetë optimal, duke rezultuar në Filmat B që mbeten qelqore, vetitë e dobëta mekanike dhe ngjitëse, elasticiteti i kufizuar dhe difuziviteti30 çojnë përfundimisht në humbje më të madhe të qelizave.Formimi i filmit nga polimerët "normalë" dhe "të butë" ndodh në ose nën Tg të filmit polimer, dhe formimi i filmit përmirësohet nga bashkimi i përmirësuar, duke rezultuar në filma të vazhdueshëm polimer me veti mekanike, kohezive dhe ngjitëse të përmirësuara.Filmi që rezulton do të mbetet gome gjatë eksperimenteve të kapjes së CO2 për shkak se Tg e tij është afër (përzierje "normale": 12 deri në 20 ºC) ose shumë më e ulët (përzierje "e butë": -21 deri -13 °C) me temperaturën e ambientit 30 .Lateksi “i fortë” (3,4 deri në 2,9 kgf mm–1) është tre herë më i fortë se lateksi “normal” (1,0 deri në 0,9 kgf mm–1).Fortësia e latekseve "të buta" nuk mund të matet me mikrofortësinë për shkak të gomës dhe ngjitjes së tepërt të tyre në temperaturën e dhomës.Ngarkesa sipërfaqësore mund të ndikojë gjithashtu në afinitetin e ngjitjes, por nevojiten më shumë të dhëna për të siguruar informacion kuptimplotë.Megjithatë, të gjitha latekset në mënyrë efektive ruajtën qelizat, duke çliruar më pak se 1%.
Produktiviteti i fotosintezës zvogëlohet me kalimin e kohës.Ekspozimi ndaj polistirenit çon në prishje të membranës dhe stres oksidativ38,39,40,41.Vlerat Fv/Fm të S. elongatus CCAP 1479/1A të ekspozuar ndaj 0S dhe 4S ishin pothuajse dy herë më të larta në krahasim me kontrollin e pezullimit, i cili është në përputhje të mirë me shkallën e marrjes së CO2 të biokompozitit 4S, si dhe me vlera mesatare PS më të ulëta.vlerat.Vlerat më të larta Fv/Fm tregojnë se transporti i elektroneve në PSII mund të japë më shumë fotone42, gjë që mund të rezultojë në shkallë më të larta të fiksimit të CO2.Megjithatë, duhet të theksohet se të dhënat fotofiziologjike janë marrë nga qelizat e pezulluara në solucione ujore latex dhe mund të mos jenë domosdoshmërisht të krahasueshme drejtpërdrejt me biokompozitët e pjekur.
Nëse lateksi krijon një pengesë ndaj shkëmbimit të dritës dhe/ose gazit që rezulton në kufizimin e dritës dhe CO2, ai mund të shkaktojë stres qelizor dhe të zvogëlojë performancën, dhe nëse ndikon në çlirimin e O2, fotofrymëmarrja39.Transmetimi i dritës së veshjeve të kuruara u vlerësua: lateksi "i fortë" tregoi një rënie të lehtë në transmetimin e dritës midis 440 dhe 480 nm (përmirësuar pjesërisht duke rritur përqendrimin e Texanol për shkak të bashkimit të përmirësuar të filmit), ndërsa "i butë" dhe "i rregullt". Lateksi tregoi një rënie të lehtë në transmetimin e dritës.nuk tregon humbje të dukshme.Analizat, si dhe të gjitha inkubimet, u kryen me intensitet të ulët drite (30,5 µmol m-2 s-1), kështu që çdo rrezatim aktiv fotosintetik për shkak të matricës polimer do të kompensohet dhe madje mund të jetë i dobishëm në parandalimin e fotoinhibimit.në intensitetet e dëmshme të dritës.
Biokompoziti CCAP 1479/1A funksionoi gjatë 84 ditëve të testimit, pa qarkullim të lëndëve ushqyese ose humbje të konsiderueshme të biomasës, që është një objektiv kryesor i studimit.Depigmentimi i qelizave mund të shoqërohet me një proces të klorozës në përgjigje të urisë nga nitrogjeni për të arritur mbijetesë afatgjatë (gjendje pushimi), e cila mund të ndihmojë qelizat të rifillojnë rritjen pasi të jetë arritur akumulimi i mjaftueshëm i azotit.Imazhet SEM konfirmuan se qelizat mbetën brenda veshjes pavarësisht ndarjes së qelizave, duke demonstruar elasticitetin e lateksit "të butë" dhe duke treguar kështu një avantazh të qartë ndaj versionit eksperimental.Lateksi “i butë” përmban rreth 70% akrilat butil (në peshë), që është shumë më i lartë se përqendrimi i deklaruar për një shtresë fleksibël pas tharjes44.
Marrja neto e CO2 ishte dukshëm më e lartë se ajo e pezullimit të kontrollit (14-20 dhe 3-8 herë më e lartë për S. elongatus CCAP 1479/1A dhe PCC 7942, respektivisht).Më parë, ne përdorëm një model transferimi në masë të CO2 për të treguar se nxitësi kryesor i marrjes së lartë të CO2 është një gradient i mprehtë i përqendrimit të CO2 në sipërfaqen e biokompozitit31 dhe se performanca e biokompozitit mund të kufizohet nga rezistenca ndaj transferimit të masës.Ky problem mund të kapërcehet duke inkorporuar përbërës jo toksikë dhe që nuk formojnë film në lateks për të rritur porozitetin dhe përshkueshmërinë e veshjes26, por mbajtja e qelizave mund të rrezikohet pasi kjo strategji do të rezultojë në mënyrë të pashmangshme në një film më të dobët20.Përbërja kimike mund të ndryshohet gjatë polimerizimit për të rritur porozitetin, që është alternativa më e mirë, veçanërisht për sa i përket prodhimit industrial dhe shkallëzueshmërisë45.
Performanca e biokompozitit të ri krahasuar me studimet e fundit duke përdorur biokompozitet nga mikroalgat dhe cianobakteret tregoi avantazhe në rregullimin e shkallës së ngarkimit të qelizave (Tabela 1)21,46 dhe me kohë më të gjata analize (84 ditë kundrejt 15 orë46 dhe 3 javë21).
Përmbajtja vëllimore e karbohidrateve në qeliza krahasohet në mënyrë të favorshme me studimet e tjera47,48,49,50 duke përdorur cianobakteret dhe përdoret si një kriter i mundshëm për kapjen dhe përdorimin/rikuperimin e karbonit, si për proceset e fermentimit BECCS49,51 ose për prodhimin e lëndëve biodegraduese. bioplastika52 .Si pjesë e arsyetimit për këtë studim, supozojmë se pyllëzimi, madje i konsideruar në konceptin e emetimeve negative të BECCS, nuk është një ilaç për ndryshimet klimatike dhe konsumon një pjesë alarmante të tokës së punueshme në botë6.Si një eksperiment i menduar, u vlerësua se midis 640 dhe 950 GtCO2 do të duhej të hiqeshin nga atmosfera deri në vitin 2100 për të kufizuar rritjen e temperaturës globale në 1.5°C53 (rreth 8 deri në 12 GtCO2 në vit).Arritja e kësaj me një biokompozit me performancë më të mirë (574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biomasë në vit-1) do të kërkonte zgjerim të vëllimit nga 5,5 × 1010 në 8,2 × 1010 m3 (me efikasitet të krahasueshëm fotosintetik), që përmban nga 296 miliardë litra në 2,1.1. polimer.Duke supozuar se 1 m3 biokompozit zë 1 m2 sipërfaqe toke, sipërfaqja e nevojshme për të absorbuar CO2 total vjetor të synuar do të jetë midis 5.5 dhe 8.17 milionë hektarë, që është e barabartë me 0.18-0.27% të përshtatshme për jetëgjatësinë e tokave në tropikët dhe zvogëlojnë sipërfaqen e tokës.nevoja për BECCS me 98-99%.Duhet të theksohet se raporti teorik i kapjes bazohet në thithjen e CO2 të regjistruar në dritë të ulët.Sapo biokompoziti ekspozohet ndaj dritës natyrale më intensive, shkalla e marrjes së CO2 rritet, duke reduktuar më tej kërkesat për tokë dhe duke i kthyer shkallët më tej drejt konceptit të biokompozitit.Megjithatë, zbatimi duhet të jetë në ekuator për intensitet dhe kohëzgjatje konstante të dritës së prapme.
Efekti global i plehërimit të CO2, dmth rritja e produktivitetit të vegjetacionit të shkaktuar nga rritja e disponueshmërisë së CO2, është ulur në shumicën e sipërfaqeve të tokës, ndoshta për shkak të ndryshimeve në lëndët ushqyese kryesore të tokës (N dhe P) dhe burimet ujore7.Kjo do të thotë që fotosinteza tokësore mund të mos çojë në një rritje të marrjes së CO2, pavarësisht përqendrimeve të larta të CO2 në ajër.Në këtë kontekst, strategjitë e zbutjes së ndryshimeve klimatike të bazuara në tokë, si BECCS, kanë edhe më pak gjasa të kenë sukses.Nëse ky fenomen global konfirmohet, biokompoziti ynë i frymëzuar nga likenet mund të jetë një aset kyç, duke transformuar mikrobet fotosintetike ujore njëqelizore në "agjentë tokësorë".Shumica e bimëve tokësore rregullojnë CO2 përmes fotosintezës C3, ndërsa bimët C4 janë më të favorshme për habitatet më të ngrohta dhe më të thata dhe janë më efikase në presione të pjesshme më të larta të CO254.Cianobakteret ofrojnë një alternativë që mund të kompensojë parashikimet alarmante të ekspozimit të reduktuar të dioksidit të karbonit në bimët C3.Cianobakteret kanë kapërcyer kufizimet fotorespiratore duke zhvilluar një mekanizëm efikas të pasurimit të karbonit në të cilin presionet më të larta të pjesshme të CO2 paraqiten dhe mbahen nga ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigjenaza (RuBisCo) brenda karboksizomeve përreth.Nëse mund të rritet prodhimi i biokompoziteve cianobakteriale, kjo mund të bëhet një armë e rëndësishme për njerëzimin në luftën kundër ndryshimeve klimatike.
Biokompozitët (imituesit e likeneve) ofrojnë avantazhe të qarta ndaj kulturave konvencionale të pezullimit të mikroalgave dhe cianobaktereve, duke siguruar norma më të larta të marrjes së CO2, duke minimizuar rreziqet e ndotjes dhe duke premtuar shmangie konkurruese të CO2.Kostot reduktojnë ndjeshëm përdorimin e tokës, ujit dhe lëndëve ushqyese56.Ky studim demonstron mundësinë e zhvillimit dhe prodhimit të një lateksi biokompatibël me performancë të lartë që, kur kombinohet me një sfungjer loofah si një substrat kandidat, mund të sigurojë thithjen efikase dhe efektive të CO2 gjatë muajve të operacionit duke mbajtur humbjen e qelizave në minimum.Biokompozitët teorikisht mund të kapin afërsisht 570 t CO2 t-1 biomasë në vit dhe mund të rezultojnë të jenë më të rëndësishme se strategjitë e pyllëzimit BECCS në përgjigjen tonë ndaj ndryshimeve klimatike.Me optimizimin e mëtejshëm të përbërjes së polimerit, testimin me intensitet më të lartë të dritës dhe të kombinuar me inxhinierinë e përpunuar metabolike, biogjeoinxhinierët origjinalë të natyrës mund të vijnë përsëri në shpëtim.
Polimerët e lateksit akrilik u përgatitën duke përdorur një përzierje të monomereve të stirenit, akrilat butil dhe acid akrilik dhe pH u rregullua në 7 me hidroksid natriumi 0,1 M (tabela 2).Stireni dhe akrilat butil përbëjnë pjesën më të madhe të zinxhirëve të polimerit, ndërsa acidi akrilik ndihmon në mbajtjen e grimcave të lateksit në pezullim57.Vetitë strukturore të lateksit përcaktohen nga temperatura e tranzicionit të qelqit (Tg), e cila kontrollohet duke ndryshuar raportin e stirenit dhe akrilatit butil, i cili siguron përkatësisht vetitë "të forta" dhe "të buta"58.Një polimer tipik akrilik lateksi është 50:50 stiren:butil akrilat 30, kështu që në këtë studim lateksi me këtë raport u referua si lateksi "normal" dhe lateksi me një përmbajtje më të lartë stiren u referua si lateksi me një përmbajtje më të ulët stiren. .i quajtur "i butë" si "i vështirë".
Një emulsion primar u përgatit duke përdorur ujë të distiluar (174 g), bikarbonat natriumi (0,5 g) dhe surfaktant Rhodapex Ab/20 (30,92 g) (Solvay) për të stabilizuar 30 pikat e monomerit.Duke përdorur një shiringë qelqi (Science Glass Engineering) me një pompë shiringe, një sasi dytësore që përmban stiren, butil akrilat dhe acid akrilik të listuar në Tabelën 2 u shtua pika-pika në një shpejtësi prej 100 ml h-1 në emulsionin primar për 4 orë (Cole -Palmer, Mount Vernon, Illinois).Përgatitni një tretësirë të iniciatorit të polimerizimit 59 duke përdorur dHO dhe persulfat të amonit (100 ml, 3% w/w).
Përziejeni tretësirën që përmban dHO (206 g), bikarbonat natriumi (1 g) dhe Rhodapex Ab/20 (4,42 g) duke përdorur një trazues lart (vlera Heidolph Hei-TORQUE 100) me një helikë inox dhe ngroheni në 82°C në Enë me xhaketë uji në një banjë uji të ngrohur VWR Scientific 1137P.Një tretësirë me peshë të reduktuar të monomerit (28,21 g) dhe iniciatorit (20,60 g) u shtua pika-pika në enë me xhaketë dhe u trazua për 20 minuta.Përzieni me forcë tretësirat e mbetura të monomerit (150 ml h-1) dhe iniciatorit (27 ml h-1) për t'i mbajtur grimcat në suspension derisa të shtohen në xhaketën e ujit për 5 orë duke përdorur shiringa 10 ml dhe 100 ml përkatësisht në një enë. .plotësuar me një pompë shiringe.Shpejtësia e përzierësit u rrit për shkak të rritjes së vëllimit të slurit për të siguruar mbajtjen e slurit.Pas shtimit të iniciatorit dhe emulsionit, temperatura e reaksionit u ngrit në 85°C, u trazua mirë në 450 rpm për 30 minuta, më pas u fto në 65°C.Pas ftohjes, lateksit iu shtuan dy solucione zhvendosëse: hidroperoksid tert-butil (t-BHP) (70% në ujë) (5 g, 14% ndaj peshës) dhe acid izoaskorbik (5 g, 10% ndaj peshës)..Shtoni t-BHP pikë-pikë dhe lëreni për 20 minuta.Acidi eritorbik u shtua më pas me një shpejtësi prej 4 ml/h nga një shiringë 10 ml duke përdorur një pompë shiringe.Zgjidhja e lateksit më pas u fto në temperaturën e dhomës dhe u rregullua në pH 7 me 0.1M hidroksid natriumi.
2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoizobutirat (Texanol) – bashkim biodegradues me toksicitet të ulët për bojërat latex 37,60 – u shtua me një shiringë dhe pompë në tre vëllime (0, 4, 12% v/v) si agjent bashkues për përzierjen e lateksit për të lehtësuar formimin e filmit gjatë tharjes37.Përqindja e lëndëve të ngurta të lateksit u përcaktua duke vendosur 100 µl të secilit polimer në kapakë prej letre alumini të peshuara paraprakisht dhe duke u tharë në një furrë në 100°C për 24 orë.
Për transmetimin e dritës, secila përzierje lateksi u aplikua në një rrëshqitje mikroskopi duke përdorur një kub me rënie prej çeliku inox të kalibruar për të prodhuar filma 100 µm dhe u tha në 20°C për 48 orë.Transmetimi i dritës (i fokusuar në rrezatimin aktiv fotosintetik, λ 400-700 nm) u mat në një spektroradiometër ILT950 SpectriLight me një sensor në një distancë prej 35 cm nga një llambë fluoreshente 30 W (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - ku drita burimi ishte cianobakteret dhe organizmat Materialet e përbëra janë ruajtur.Versioni 3.5 i softuerit SpectrILight III u përdor për të regjistruar ndriçimin dhe transmetimin në intervalin λ 400–700 nm61.Të gjitha mostrat u vendosën në krye të sensorit dhe rrëshqitjet e qelqit të pa veshur u përdorën si kontrolle.
Mostrat e lateksit u shtuan në një enë pjekjeje silikoni dhe u lanë të thaheshin për 24 orë përpara se të testoheshin për fortësi.Vendoseni kampionin e tharë të lateksit në një kapak çeliku nën një mikroskop x10.Pas fokusimit, mostrat u vlerësuan në një testues të mikrofortësisë Buehler Micromet II.Mostra iu nënshtrua një force prej 100 deri në 200 gram dhe koha e ngarkesës u vendos në 7 sekonda për të krijuar një gërvishtje diamanti në mostër.Printimi u analizua duke përdorur një objektiv mikroskopi Bruker Alicona × 10 me softuer shtesë për matjen e formës.Formula e fortësisë Vickers (Ekuacioni 1) është përdorur për të llogaritur fortësinë e çdo lateksi, ku HV është numri Vickers, F është forca e aplikuar dhe d është mesatarja e diagonaleve të dhëmbëzuara të llogaritura nga lartësia dhe gjerësia e lateksit.vlera e indentit.Lateksi "i butë" nuk mund të matet për shkak të ngjitjes dhe shtrirjes gjatë testit të dhëmbëzimit.
Për të përcaktuar temperaturën e kalimit të qelqit (Tg) të përbërjes së lateksit, mostrat e polimerit u vendosën në enë me xhel silicë, u thanë për 24 orë, u peshuan në 0,005 g dhe u vendosën në enët e mostrës.Ena u mbyll dhe u vendos në një kolorimetër skanimi diferencial (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, softuer për analizën e të dhënave Pyris)62.Metoda e rrjedhjes së nxehtësisë përdoret për të vendosur kupat e referencës dhe gotat e mostrës në të njëjtën furrë me një sondë të integruar të temperaturës për të matur temperaturën.Gjithsej dy rampa u përdorën për të krijuar një kurbë të qëndrueshme.Metoda e mostrës u ngrit në mënyrë të përsëritur nga -20°C në 180°C me një shpejtësi prej 20°C në minutë.Çdo pikë fillimi dhe përfundimi ruhet për 1 minutë për të llogaritur vonesën e temperaturës.
Për të vlerësuar aftësinë e biokompozitit për të thithur CO2, mostrat u përgatitën dhe u testuan në të njëjtën mënyrë si në studimin tonë të mëparshëm31.Mbulesa e tharë dhe e autoklavuar u pre në shirita përafërsisht 1×1×5 cm dhe u peshua.Aplikoni 600 µl nga dy bio-veshjet më efektive të çdo lloji cianobakterie në një skaj të çdo shiriti loofah, duke mbuluar afërsisht 1 × 1 × 3 cm, dhe thajeni në errësirë në 20°C për 24 orë.Për shkak të strukturës makroporoze të loofah-ut, një pjesë e formulës u shpërdorua, kështu që efikasiteti i ngarkimit të qelizave nuk ishte 100%.Për të kapërcyer këtë problem, pesha e preparatit të thatë në loofa u përcaktua dhe u normalizua në përgatitjen e thatë referuese.Kontrollet abiotike të përbëra nga loofah, latex dhe medium ushqyes steril u përgatitën në mënyrë të ngjashme.
Për të kryer një test të marrjes së CO2 me gjysmë grumbulli, vendoseni biokompozitin (n = 3) në një tub qelqi 50 ml në mënyrë që një fund i biokompozitit (pa biombulesën) të jetë në kontakt me 5 ml mjedis të rritjes, duke lejuar lëndën ushqyese të të transportohen me veprim kapilar..Shishja është e mbyllur me një tapë gome butil me diametër 20 mm dhe e shtrënguar me një kapak alumini argjendi.Pasi të mbyllet, injektoni 45 ml CO2 5%/ajër me një gjilpërë sterile të bashkangjitur në një shiringë të papërshkueshme nga gazi.Dendësia e qelizave të suspensionit të kontrollit (n = 3) ishte ekuivalente me ngarkesën qelizore të biokompozitit në mjedisin ushqyes.Testet u kryen në 18 ± 2 °C me një fotoperiudë 16:8 dhe një fotoperiudë prej 30.5 μmol m-2 s-1.Hapësira e kokës hiqej çdo dy ditë me një shiringë gazi dhe analizohej me një matës CO2 me thithje infra të kuqe GEOTech G100 për të përcaktuar përqindjen e CO2 të përthithur.Shtoni një vëllim të barabartë të përzierjes së gazit CO2.
% CO2 Fix llogaritet si më poshtë: % CO2 Fix = 5% (v/v) – shkruani %CO2 (ekuacioni 2) ku P = presion, V = vëllim, T = temperatura dhe R = konstante ideale e gazit.
Normat e raportuara të marrjes së CO2 për pezullimet e kontrollit të cianobaktereve dhe biokompoziteve u normalizuan në kontrolle jo-biologjike.Njësia funksionale e g biomasës është sasia e biomasës së thatë të palëvizur në leckë larëse.Përcaktohet duke peshuar mostrat e loofah para dhe pas fiksimit të qelizave.Llogaritja e masës së ngarkesës së qelizave (ekuivalenti i biomasës) duke peshuar individualisht preparatet para dhe pas tharjes dhe duke llogaritur densitetin e përgatitjes së qelizës (ekuacioni 3).Preparatet qelizore supozohen të jenë homogjene gjatë fiksimit.
Për analiza statistikore u përdorën Minitab 18 dhe Microsoft Excel me shtesën RealStatistics.Normaliteti u testua duke përdorur testin Anderson-Darling dhe barazia e variancave u testua duke përdorur testin Levene.Të dhënat që plotësojnë këto supozime u analizuan duke përdorur analizën e dyanshme të variancës (ANOVA) me testin e Tukey si analizë post hoc.Të dhënat e dyanshme që nuk plotësonin supozimet e normalitetit dhe variancës së barabartë u analizuan duke përdorur testin Shirer-Ray-Hara dhe më pas Mann-Whitney U-test për të përcaktuar rëndësinë midis trajtimeve.Modelet e përgjithësuara lineare të përziera (GLM) janë përdorur për të dhënat jonormale me tre faktorë, ku të dhënat janë transformuar duke përdorur transformimin Johnson63.Korrelacionet momentale të produkteve Pearson u kryen për të vlerësuar lidhjen midis përqendrimit të Texanol, temperaturës së tranzicionit të qelqit dhe toksicitetit të lateksit dhe të dhënave të ngjitjes.
Koha e postimit: Jan-05-2023