Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Vienlaicīgi parāda trīs slaidu karuseli.Izmantojiet pogas Iepriekšējais un Nākamais, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus, vai izmantojiet slīdņa pogas, kas atrodas beigās, lai pārvietotos pa trim slaidiem vienlaikus.
Oglekļa uztveršana un uzglabāšana ir būtiska, lai sasniegtu Parīzes nolīguma mērķus.Fotosintēze ir dabas tehnoloģija oglekļa uztveršanai.Iedvesmojoties no ķērpjiem, mēs izstrādājām 3D zilaļģu fotosintēzes biokompozītu (ti, imitējošu ķērpju), izmantojot akrila lateksa polimēru, kas uzklāts uz lufas sūkļa.Biokompozīta CO2 uzņemšanas ātrums bija 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomasas d-1.Uzņemšanas ātrums ir balstīts uz sauso biomasu eksperimenta sākumā un ietver CO2, ko izmanto jaunas biomasas audzēšanai, kā arī CO2, kas atrodas uzglabāšanas savienojumos, piemēram, ogļhidrātos.Šie uzņemšanas rādītāji bija 14–20 reizes lielāki nekā vircas kontroles pasākumi, un tos, iespējams, varēja palielināt, lai gadā-1 uztvertu 570 t CO2 t-1 biomasas, kas atbilst 5,5–8,17 × 106 hektāriem zemes izmantošanas, atdalot 8–12 GtCO2. CO2 gadā.Turpretim meža bioenerģija ar oglekļa uztveršanu un uzglabāšanu ir 0,4–1,2 × 109 ha.Biokompozīts palika funkcionāls 12 nedēļas bez papildu barības vielām vai ūdens, pēc tam eksperiments tika pārtraukts.Cilvēces daudzpusīgajā tehnoloģiskajā nostājā, lai cīnītos pret klimata pārmaiņām, izstrādātiem un optimizētiem zilaļģu biokompozītiem ir potenciāls ilgtspējīgai un mērogojamai izvietošanai, lai palielinātu CO2 izvadīšanu, vienlaikus samazinot ūdens, barības vielu un zemes izmantošanas zudumus.
Klimata pārmaiņas ir reāls drauds pasaules bioloģiskajai daudzveidībai, ekosistēmas stabilitātei un cilvēkiem.Lai mazinātu tās sliktākās sekas, ir vajadzīgas koordinētas un liela mēroga dekarbonizācijas programmas, un, protams, ir nepieciešama kāda veida tieša siltumnīcefekta gāzu izvadīšana no atmosfēras.Neraugoties uz pozitīvo elektroenerģijas ražošanas dekarbonizāciju2,3, pašlaik nav ekonomiski ilgtspējīgu tehnoloģisku risinājumu atmosfēras oglekļa dioksīda (CO2)4 samazināšanai, lai gan notiek dūmgāzu uztveršana5.Mērogojamu un praktisku inženiertehnisko risinājumu vietā oglekļa uztveršanai vajadzētu vērsties pie dabas inženieriem – fotosintēzes organismiem (fototrofiskiem organismiem).Fotosintēze ir dabas oglekļa sekvestrācijas tehnoloģija, taču tās spēja mainīt antropogēno oglekļa bagātināšanu nozīmīgā laika posmā ir apšaubāma, fermenti ir neefektīvi, un tās spēja izvietot atbilstošos mērogos ir apšaubāma.Potenciāls fototrofijas ceļš ir apmežošana, kurā tiek izcirsti koki bioenerģijas iegūšanai, izmantojot oglekļa uztveršanu un uzglabāšanu (BECCS) kā negatīvu emisiju tehnoloģiju, kas var palīdzēt samazināt neto CO21 emisijas.Tomēr, lai sasniegtu Parīzes nolīguma temperatūras mērķi 1,5 °C, izmantojot BECCS kā galveno metodi, būtu nepieciešami 0,4–1,2 × 109 ha, kas atbilst 25–75% no pašreizējās globālās aramzemes6.Turklāt nenoteiktība, kas saistīta ar CO2 mēslošanas globālo ietekmi, liek apšaubīt meža plantāciju iespējamo kopējo efektivitāti7.Ja mēs vēlamies sasniegt Parīzes nolīgumā noteiktos temperatūras mērķus, katru gadu no atmosfēras ir jāizņem 100 sekundes GtCO2 siltumnīcefekta gāzu (GGR).Apvienotās Karalistes Pētniecības un inovāciju departaments nesen paziņoja par finansējumu pieciem GGR8 projektiem, tostarp kūdrāju apsaimniekošanai, uzlabotai klinšu atmosfēras iedarbībai, koku stādīšanai, biooglei un daudzgadīgām kultūrām, lai barotu BECCS procesu.Izmaksas par vairāk nekā 130 MtCO2 izņemšanu no atmosfēras gadā ir 10-100 USD/tCO2, 0,2-8,1 MtCO2 gadā par kūdrāju atjaunošanu, 52-480 USD/tCO2 un 12-27 MtCO2 gadā par iežu laikapstākļiem. , 0,4-30 USD/gadā.tCO2, 3,6 MtCO2/gadā, 1% meža platības pieaugums, 0,4-30 USD/tCO2, 6-41 MtCO2/gadā, bioogle, 140-270 USD/tCO2, 20-70 Mt CO2 gadā ilggadīgām kultūrām, izmantojot BECCS9.
Šo pieeju kombinācija potenciāli varētu sasniegt 130 Mt CO2 gadā mērķi, taču klinšu laikapstākļu un BECCS izmaksas ir augstas, un biooglei, lai gan tā ir salīdzinoši lēta un nav saistīta ar zemes izmantošanu, ir vajadzīgas izejvielas bioogles ražošanas procesam.piedāvā šo izstrādi un numuru citu GGR tehnoloģiju izvietošanai.
Tā vietā, lai meklētu risinājumus uz sauszemes, meklējiet ūdeni, īpaši vienšūnas fototrofus, piemēram, mikroaļģes un zilaļģes10.Aļģes (tostarp zilaļģes) uztver aptuveni 50 % no pasaules oglekļa dioksīda, lai gan tās veido tikai 1 % no pasaules biomasas11.Cianobaktērijas ir dabas oriģinālās bioģeoinženieres, kas liek pamatu elpceļu metabolismam un daudzšūnu dzīvības attīstībai skābekļa fotosintēzes ceļā12.Ideja izmantot cianobaktērijas oglekļa uztveršanai nav jauna, taču novatoriskas fiziskās izvietošanas metodes šiem senajiem organismiem paver jaunus apvāršņus.
Atklāti dīķi un fotobioreaktori ir noklusējuma līdzekļi, ja rūpnieciskos nolūkos izmanto mikroaļģes un zilaļģes.Šajās kultivēšanas sistēmās tiek izmantota suspensijas kultūra, kurā šūnas brīvi peld augšanas barotnē14;tomēr dīķiem un fotobioreaktoriem ir daudz trūkumu, piemēram, slikta CO2 masas pārnese, intensīva zemes un ūdens izmantošana, uzņēmība pret bioloģisko piesārņojumu un augstas būvniecības un ekspluatācijas izmaksas15,16.Bioplēves bioreaktori, kuros neizmanto suspensijas kultūras, ir ekonomiskāki ūdens un telpas ziņā, taču tiem ir izžūšanas bojājumu risks, tie ir pakļauti bioplēves atdalīšanai (un līdz ar to arī aktīvās biomasas zudumam), un tie ir vienlīdz pakļauti biopiesārņojumam17.
Ir vajadzīgas jaunas pieejas, lai palielinātu CO2 uzņemšanas ātrumu un risinātu problēmas, kas ierobežo vircas un bioplēves reaktorus.Viena no šādām pieejām ir fotosintēzes biokompozīti, ko iedvesmojuši ķērpji.Ķērpji ir sēņu un fotobiontu (mikroaļģu un/vai zilaļģu) komplekss, kas aizņem aptuveni 12% no Zemes sauszemes18.Sēnes nodrošina fizisku atbalstu, aizsardzību un fotobiotiskā substrāta noenkurošanu, kas savukārt nodrošina sēnītes ar oglekli (kā lieko fotosintēzes produktu).Piedāvātais biokompozīts ir “ķērpju mimētisks līdzeklis”, kurā koncentrēta zilaļģu populācija tiek imobilizēta plāna biopārklājuma veidā uz nesēja substrāta.Papildus šūnām biopārklājums satur polimēru matricu, kas var aizstāt sēnīti.Priekšroka tiek dota uz ūdens bāzes veidotām polimēru emulsijām vai “lateksiem”, jo tie ir bioloģiski saderīgi, izturīgi, lēti, viegli apstrādājami un komerciāli pieejami19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Šūnu fiksāciju ar lateksa polimēriem lielā mērā ietekmē lateksa sastāvs un plēves veidošanās process.Emulsijas polimerizācija ir neviendabīgs process, ko izmanto sintētiskā kaučuka, līmes pārklājumu, hermētiķu, betona piedevu, papīra un tekstila pārklājumu un lateksa krāsu ražošanai27.Tam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citām polimerizācijas metodēm, piemēram, augsts reakcijas ātrums un monomēra konversijas efektivitāte, kā arī produkta kontroles vienkāršība27,28.Monomēru izvēle ir atkarīga no iegūtās polimēra plēves vēlamajām īpašībām, un jauktām monomēru sistēmām (ti, kopolimerizācijām) polimēra īpašības var mainīt, izvēloties dažādas monomēru attiecības, kas veido iegūto polimērmateriālu.Butilakrilāts un stirols ir vieni no visizplatītākajiem akrila lateksa monomēriem un tiek izmantoti šeit.Turklāt koalescējošos līdzekļus (piemēram, Texanol) bieži izmanto, lai veicinātu vienmērīgu plēves veidošanos, kur tie var mainīt polimēra lateksa īpašības, veidojot spēcīgu un “nepārtrauktu” (saplūstošu) pārklājumu.Mūsu sākotnējā koncepcijas pierādījuma pētījumā ar lielu virsmas laukumu, augstas porainības 3D biokompozītu tika izgatavots, izmantojot komerciālu lateksa krāsu, kas tika uzklāta uz lufas sūkļa.Pēc garām un nepārtrauktām manipulācijām (astoņas nedēļas) biokompozītam bija ierobežota spēja noturēt zilaļģes uz lufas sastatnēm, jo šūnu augšana vājināja lateksa strukturālo integritāti.Pašreizējā pētījumā mūsu mērķis bija izstrādāt zināmas ķīmijas akrila lateksa polimēru sēriju nepārtrauktai lietošanai oglekļa uztveršanas lietojumos, nezaudējot polimēra noārdīšanos.To darot, mēs esam pierādījuši spēju radīt ķērpjiem līdzīgus polimēru matricas elementus, kas nodrošina uzlabotu bioloģisko veiktspēju un ievērojami palielinātu mehānisko elastību salīdzinājumā ar pārbaudītiem biokompozītiem.Turpmāka optimizācija paātrinās biokompozītu uzņemšanu oglekļa uztveršanai, īpaši, ja tos apvienos ar cianobaktērijām, kas metaboliski modificētas, lai uzlabotu CO2 sekvestrāciju.
Tika pārbaudīti deviņi lateksi ar trīs polimēru preparātiem (H = "ciets", N = "normāls", S = "mīksts") un trīs veidu Texanol (0, 4, 12 % v/v) attiecībā uz toksicitāti un deformācijas korelāciju.Līme.no divām zilaļģēm.Lateksa veids būtiski ietekmēja S. elongatus PCC 7942 (Šīrera-Ray-Hare tests, latekss: DF=2, H=23.157, P=<0.001) un CCAP 1479/1A (divvirzienu ANOVA, latekss: DF=2, F = 103,93, P = < 0,001) (1.a att.).Teksanola koncentrācija būtiski neietekmēja S. elongatus PCC 7942 augšanu, tikai N-latekss nebija toksisks (1.a att.), un 0 N un 4 N saglabāja augšanu attiecīgi 26% un 35% apmērā (Mann- Vitnija U, 0 N pret 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N pret kontroli: W = 25,0, P = 0,061; 4 N pret kontroli: W = 25,0, P = 0,061) un 12 N saglabātā izaugsme ir salīdzināma uz bioloģisko kontroli (Mann-Whitney University, 12 N pret kontroli: W = 17,0, P = 0,885).Attiecībā uz S. elongatus CCAP 1479/1A gan lateksa maisījums, gan teksanola koncentrācija bija svarīgi faktori, un starp tiem tika novērota nozīmīga mijiedarbība (divvirzienu ANOVA, latekss: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Texanol : DF=2, F=5,96, P=0,01, latekss*teksanols: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N un visi “mīkstie” lateksi veicināja augšanu (1.a att.).Ir tendence uzlabot izaugsmi, samazinoties stirola sastāvam.
Zilaļģu (Synechococcus elongatus PCC 7942 un CCAP 1479/1A) toksicitātes un adhēzijas pārbaude ar lateksa preparātiem, saistība ar stiklošanās temperatūru (Tg) un lēmuma matricu, pamatojoties uz toksicitātes un adhēzijas datiem.a ) Toksicitātes testēšana tika veikta, izmantojot atsevišķus zilaļģu augšanas procentuālās diagrammas, kas normalizētas, lai kontrolētu suspensijas kultūras.Apstrāde, kas atzīmēta ar *, būtiski atšķiras no kontroles.b) zilaļģu augšanas dati pret Tg lateksu (vidējais ± SD; n = 3).c) biokompozītmateriālu adhēzijas testā izdalīto zilaļģu kumulatīvo skaitu.d) Adhēzijas dati pret lateksa Tg (vidējais ± StDev; n = 3).e Lēmuma matrica, pamatojoties uz toksicitātes un adhēzijas datiem.Stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:3 “cietajam” (H) lateksam, 1:1 “parastajam” (N) un 3:1 “mīkstajam” (S).Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.
Vairumā gadījumu šūnu dzīvotspēja samazinājās, palielinoties teksanola koncentrācijai, taču nevienam no celmiem nebija būtiskas korelācijas (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).Uz att.1b parāda saistību starp šūnu augšanu un stiklošanās temperatūru (Tg).Pastāv spēcīga negatīva korelācija starp teksanola koncentrāciju un Tg vērtībām (H-latekss: DF=7, r=-0,989, P=<0,001; N-latekss: DF=7, r=-0,964, P=<0,001 S-latekss: DF=7, r=-0,946, P=<0,001).Dati parādīja, ka S. elongatus PCC 7942 augšanai optimālais Tg bija aptuveni 17 °C (1.b attēls), savukārt S. elongatus CCAP 1479/1A deva priekšroku Tg zem 0 °C (1.b attēls).Tikai S. elongatus CCAP 1479/1A bija spēcīga negatīva korelācija starp Tg un toksicitātes datiem (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Visiem lateksiem bija laba adhēzijas afinitāte, un neviens no tiem pēc 72 stundām neizlaida vairāk par 1% šūnu (1.c att.).Nebija būtiskas atšķirības starp abu S. elongatus celmu lateksiem (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara tests, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Staru tests).– Zaķa tests, latekss*teksanols, DF=4, H=3,277, P=0,513).Palielinoties Texanol koncentrācijai, tiek atbrīvots vairāk šūnu (1.c attēls).salīdzinot ar S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) (1.d attēls).Turklāt nebija statistiskas sakarības starp Tg un abu celmu šūnu adhēziju (PCC 7942: DF = 25, r = 0,301, P = 0,127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0,287, P = 0,147).
Abiem celmiem “cietie” lateksa polimēri bija neefektīvi.Turpretim 4N un 12N bija vislabākie pret S. elongatus PCC 7942, savukārt 4S un 12S vislabāk veica pret CCAP 1479/1A (1.e attēls), lai gan nepārprotami ir vietas polimēra matricas tālākai optimizācijai.Šie polimēri ir izmantoti puspartijas neto CO2 uzņemšanas testos.
Fotofizioloģija tika uzraudzīta 7 dienas, izmantojot šūnas, kas suspendētas ūdens lateksa kompozīcijā.Kopumā gan šķietamais fotosintēzes ātrums (PS), gan maksimālais PSII kvantu iznākums (Fv/Fm) laika gaitā samazinās, taču šis samazinājums ir nevienmērīgs, un dažas PS datu kopas parāda divfāzu reakciju, kas liecina par daļēju reakciju, lai gan reāllaika atgūšana. īsāka PS aktivitāte (2.a un 3.b att.).Divfāzu Fv / Fm reakcija bija mazāk izteikta (2.b un 3.b attēls).
(a) Synechococcus elongatus PCC 7942 šķietamais fotosintēzes ātrums (PS) un (b) maksimālā PSII kvantu iznākums (Fv/Fm), reaģējot uz lateksa preparātiem, salīdzinot ar kontroles suspensijas kultūrām.Stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:3 “cietajam” (H) lateksam, 1:1 “parastajam” (N) un 3:1 “mīkstajam” (S).Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.(vidējā ± standartnovirze; n = 3).
a) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A šķietamais fotosintēzes ātrums (PS) un b) maksimālā PSII kvantu iznākums (Fv/Fm), reaģējot uz lateksa preparātiem, salīdzinot ar kontroles suspensijas kultūrām.Stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:3 “cietajam” (H) lateksam, 1:1 “parastajam” (N) un 3:1 “mīkstajam” (S).Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.(vidējā ± standartnovirze; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 lateksa sastāvs un Texanol koncentrācija neietekmēja PS laika gaitā (GLM, latekss*teksanols* laiks, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), lai gan sastāvs bija svarīgs faktors (GLM)., latekss*laiks, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (2.a att.).Texanol koncentrācijai laika gaitā nebija būtiskas ietekmes (GLM, Texanol*laiks, DF=14, F=1,63, P=0,078).Bija nozīmīga mijiedarbība, kas ietekmēja Fv/Fm (GLM, latekss*teksanols*laiks, DF=28, F=4,54, P=<0,001).Mijiedarbība starp lateksa sastāvu un Texanol koncentrāciju būtiski ietekmēja Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180,42, P=<0,001).Katrs parametrs laika gaitā ietekmē arī Fv/Fm (GLM, Latekss*Laiks, DF=14, F=9,91, P=<0,001 un Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Latekss 12H saglabāja zemākās vidējās PS un Fv/Fm vērtības (2.b att.), kas liecina, ka šis polimērs ir toksiskāks.
S. elongatus CCAP 1479/1A PS bija ievērojami atšķirīga (GLM, latekss * Texanol * laiks, DF = 28, F = 2,75, P = < 0,001), ar lateksa sastāvu, nevis teksanola koncentrāciju (GLM, lateksa * laiks, DF). =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Texanol*laiks, DF=14, F=1,26, P=0,239).“Mīkstie” polimēri 0S un 4S saglabāja nedaudz augstāku PS veiktspējas līmeni nekā kontroles suspensijas (Mann-Whitney U, 0S pret kontrolgrupām, W = 686,0, P = 0,044, 4S pret kontroli, W = 713, P = 0,01) un saglabāja uzlabots Fv./Fm (3.a att.) parāda efektīvāku transportēšanu uz Photosystem II.CCAP 1479/1A šūnu Fv/Fm vērtībām laika gaitā bija ievērojama lateksa atšķirība (GLM, latekss * teksanols * laiks, DF = 28, F = 6,00, P = <0,001) (3.b attēls).).
Uz att.4 parāda vidējo PS un Fv/Fm 7 dienu periodā kā katra celma šūnu augšanas funkciju.S. elongatus PCC 7942 nebija skaidra parauga (4.a un b. att.), tomēr CCAP 1479/1A uzrādīja parabolisku saistību starp PS (4.c att.) un Fv/Fm (4.d att.) vērtībām. stirola un butilakrilāta attiecība pieaug līdz ar izmaiņām.
Saistība starp Synechococcus longum augšanu un fotofizioloģiju uz lateksa preparātiem.(a) Toksicitātes dati, kas attēloti attiecībā pret šķietamo fotosintēzes ātrumu (PS), (b) PCC 7942 maksimālā PSII kvantu iznākums (Fv/Fm). c Toksicitātes dati attēloti attiecībā pret PS un d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:3 “cietajam” (H) lateksam, 1:1 “parastajam” (N) un 3:1 “mīkstajam” (S).Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.(vidējā ± standartnovirze; n = 3).
Biokompozītmateriālam PCC 7942 bija ierobežota ietekme uz šūnu aizturi ar ievērojamu šūnu izskalošanos pirmajās četrās nedēļās (5. attēls).Pēc sākotnējās CO2 uzņemšanas fāzes šūnas, kas fiksētas ar 12 N lateksu, sāka izdalīt CO2, un šis modelis saglabājās no 4. līdz 14. dienai (5.b attēls).Šie dati atbilst pigmenta krāsas maiņas novērojumiem.Neto CO2 uzņemšana atkal sākās 18. dienā. Neskatoties uz šūnu izdalīšanos (5.a attēls), PCC 7942 12 N biokompozīts 28 dienu laikā tomēr uzkrāja vairāk CO2 nekā kontroles suspensija, lai gan nedaudz (Mann-Whitney U-tests, W = 2275,5; P = 0,066).CO2 absorbcijas ātrums ar lateksu 12 N un 4 N ir 0,51 ± 0,34 un 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1 no biomasas d-1.Bija statistiski nozīmīga atšķirība starp ārstēšanas un laika līmeņiem (Chairer-Ray-Hare tests, ārstēšana: DF=2, H=70.62, P=<0.001 laiks: DF=13, H=23.63, P=0.034), taču tā nebija.bija būtiska sakarība starp ārstēšanu un laiku (Chairer-Ray-Har tests, laiks*ārstēšana: DF=26, H=8,70, P=0,999).
Puspartijas CO2 uzņemšanas testi Synechococcus elongatus PCC 7942 biokompozītmateriāliem, izmantojot 4N un 12N lateksu.(a) Attēli parāda šūnu izdalīšanos un pigmenta krāsas izmaiņas, kā arī biokompozīta SEM attēlus pirms un pēc testēšanas.Baltas punktētas līnijas norāda šūnu nogulsnēšanās vietas uz biokompozīta.b) kumulatīvā neto CO2 uzņemšana četru nedēļu periodā.“Parastam” (N) lateksam stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:1.Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.(vidējā ± standartnovirze; n = 3).
Šūnu aizture ievērojami uzlabojās celmam CCAP 1479/1A ar 4S un 12S, lai gan pigments laika gaitā lēnām mainīja krāsu (6.a att.).Biokompozīts CCAP 1479/1A absorbē CO2 pilnas 84 dienas (12 nedēļas) bez papildu uztura bagātinātājiem.SEM analīze (6.a att.) apstiprināja sīko šūnu atslāņošanās vizuālo novērojumu.Sākotnēji šūnas tika iesaiņotas lateksa pārklājumā, kas saglabāja savu integritāti, neskatoties uz šūnu augšanu.CO2 uzņemšanas ātrums bija ievērojami augstāks nekā kontroles grupā (Šeirera-Reja-Hāra tests, ārstēšana: DF=2; H=240,59; P=<0,001, laiks: DF=42; H=112; P=<0,001) ( 6.b att.).12S biokompozīts sasniedza vislielāko CO2 uzņemšanu (1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomasas dienā), savukārt latekss 4S bija 1,13 ± 0,41 g CO2 g-1 biomasas dienā, taču tie būtiski neatšķīrās (Mann-Whitney U . tests, W = 1507,50; P = 0,07) un nav būtiskas mijiedarbības starp ārstēšanu un laiku (Šīrera-Reja-Hāra tests, laiks * apstrāde: DF = 82; H = 10 0,37; P = 1,000).
Puspartijas CO2 uzņemšanas pārbaude, izmantojot Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A biokompozītus ar 4N un 12N lateksu.(a) Attēli parāda šūnu izdalīšanos un pigmenta krāsas izmaiņas, kā arī biokompozīta SEM attēlus pirms un pēc testēšanas.Baltas punktētas līnijas norāda šūnu nogulsnēšanās vietas uz biokompozīta.b) kumulatīvā neto CO2 uzņemšana divpadsmit nedēļu periodā.“Mīkstajam” (S) lateksam stirola un butilakrilāta attiecība ir 1:1.Iepriekšējie cipari lateksa kodā atbilst Texanol saturam.(vidējā ± standartnovirze; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har tests, laiks*apstrāde: DF=4, H=3,243, P=0,518) vai biokompozīts S. elongatus CCAP 1479/1A (divu ANOVA, laiks*apstrāde: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (S4. att.).Biokompozītmateriālam PCC 7942 bija vislielākais ogļhidrātu saturs 2. nedēļā (4 N = 59,4 ± 22,5 masas%, 12 N = 67,9 ± 3,3 masas%), savukārt kontroles suspensijā augstākais ogļhidrātu saturs bija 4. nedēļā (kontrole = 59,6 ± 2,84%. w/w).Kopējais ogļhidrātu saturs CCAP 1479/1A biokompozītā bija salīdzināms ar kontroles suspensiju, izņemot izmēģinājuma sākumā, ar dažām 12S lateksa izmaiņām 4. nedēļā. Augstākās biokompozīta vērtības bija 51,9 ± 9,6 masas%. 4S un 77,1 ± 17,0 masas % 12S.
Mēs nolēmām demonstrēt dizaina iespējas plānslāņa lateksa polimēru pārklājumu strukturālās integritātes uzlabošanai, kas ir svarīga ķērpju imitācijas biokompozīta koncepcijas sastāvdaļa, nezaudējot bioloģisko saderību vai veiktspēju.Patiešām, ja tiks pārvarētas strukturālās problēmas, kas saistītas ar šūnu augšanu, mēs sagaidām ievērojamus veiktspējas uzlabojumus salīdzinājumā ar mūsu eksperimentālajiem biokompozītiem, kas jau ir salīdzināmi ar citām zilaļģu un mikroaļģu oglekļa uztveršanas sistēmām.
Pārklājumiem jābūt netoksiskiem, izturīgiem, jāatbalsta ilgstoša šūnu adhēzija, un tiem jābūt porainiem, lai veicinātu efektīvu CO2 masas pārnesi un O2 degazēšanu.Lateksa tipa akrila polimēri ir viegli sagatavojami, un tos plaši izmanto krāsu, tekstila un līmju rūpniecībā30.Mēs apvienojām zilaļģes ar akrila lateksa polimēra emulsiju uz ūdens bāzes, kas polimerizēta ar noteiktu stirola/butilakrilāta daļiņu attiecību un dažādu Texanol koncentrāciju.Stirēns un butilakrilāts tika izvēlēti, lai varētu kontrolēt pārklājuma fizikālās īpašības, jo īpaši elastību un saplūšanas efektivitāti (kritiski spēcīgam un ļoti lipīgam pārklājumam), ļaujot sintezēt “cietos” un “mīkstos” daļiņu agregātus.Toksicitātes dati liecina, ka “cietais” latekss ar augstu stirola saturu neveicina zilaļģu izdzīvošanu.Atšķirībā no butilakrilāta stirols tiek uzskatīts par toksisku aļģēm32,33.Cianobaktēriju celmi diezgan atšķirīgi reaģēja uz lateksu, un S. elongatus PCC 7942 tika noteikta optimālā stiklošanās temperatūra (Tg), savukārt S. elongatus CCAP 1479/1A uzrādīja negatīvu lineāru saistību ar Tg.
Žāvēšanas temperatūra ietekmē spēju veidot nepārtrauktu vienmērīgu lateksa plēvi.Ja žāvēšanas temperatūra ir zemāka par minimālo plēves veidošanās temperatūru (MFFT), polimēra lateksa daļiņas pilnībā nesaplūst, kā rezultātā radīsies saķere tikai daļiņu saskarnē.Iegūtajām plēvēm ir slikta adhēzija un mehāniskā izturība, un tās var būt pat pulvera formā29.MFFT ir cieši saistīta ar Tg, ko var kontrolēt, izmantojot monomēra sastāvu un pievienojot koalescentus, piemēram, Texanol.Tg nosaka daudzas iegūtā pārklājuma fizikālās īpašības, kas var būt gumijas vai stiklveida stāvoklī34.Saskaņā ar Flory-Fox vienādojumu35 Tg ir atkarīgs no monomēra veida un relatīvā procentuālā sastāva.Koalescenta pievienošana var pazemināt MFFT, periodiski nomācot lateksa daļiņu Tg, kas ļauj veidot plēvi zemākā temperatūrā, bet joprojām veido cietu un spēcīgu pārklājumu, jo koalescents laika gaitā lēnām iztvaiko vai ir ekstrahēts36.
Texanol koncentrācijas palielināšana veicina plēves veidošanos, mīkstinot polimēra daļiņas (samazinot Tg) daļiņu absorbcijas dēļ žāvēšanas laikā, tādējādi palielinot kohēzijas plēves izturību un šūnu adhēziju.Tā kā biokompozītu žāvē apkārtējās vides temperatūrā (~18–20°C), “cietā” lateksa Tg (30 līdz 55°C) ir augstāka par žāvēšanas temperatūru, kas nozīmē, ka daļiņu saplūšana var nebūt optimāla, kā rezultātā B plēves, kas paliek stiklveida, sliktas mehāniskās un adhezīvās īpašības, ierobežota elastība un difūzija30 galu galā izraisa lielāku šūnu zudumu.Plēves veidošanās no “parastajiem” un “mīkstajiem” polimēriem notiek pie polimēra plēves Tg vai zem tā, un plēves veidošanos uzlabo uzlabota saplūšana, kā rezultātā veidojas nepārtrauktas polimēru plēves ar uzlabotām mehāniskajām, kohēzijas un adhezīvām īpašībām.Iegūtā plēve paliks gumijota CO2 uztveršanas eksperimentu laikā, jo tās Tg ir tuvu (“normāls” maisījums: 12 līdz 20 ºC) vai daudz zemāks (“mīksts” maisījums: -21 līdz –13 °C) līdz apkārtējās vides temperatūrai 30 .“Cietais” latekss (3,4–2,9 kgf mm–1) ir trīs reizes cietāks nekā “parastais” latekss (1,0–0,9 kgf mm–1).“Mīksto” lateksu cietību nevar izmērīt ar mikrocietību, jo tie istabas temperatūrā ir pārāk gumijas un lipīgi.Virsmas lādiņš var ietekmēt arī adhēzijas afinitāti, taču ir nepieciešams vairāk datu, lai sniegtu jēgpilnu informāciju.Tomēr visi lateksi efektīvi saglabāja šūnas, atbrīvojot mazāk nekā 1%.
Fotosintēzes produktivitāte laika gaitā samazinās.Polistirola iedarbība izraisa membrānas bojājumus un oksidatīvo stresu38,39,40,41.S. elongatus CCAP 1479/1A Fv/Fm vērtības, kas pakļautas 0S un 4S iedarbībai, bija gandrīz divas reizes lielākas salīdzinājumā ar suspensijas kontroli, kas labi saskan ar 4S biokompozīta CO2 uzņemšanas ātrumu, kā arī ar zemākas vidējās PS vērtības.vērtības.Augstākas Fv/Fm vērtības norāda, ka elektronu transportēšana uz PSII var nodrošināt vairāk fotonu42, kā rezultātā var palielināties CO2 fiksācijas ātrums.Tomēr jāatzīmē, ka fotofizioloģiskie dati tika iegūti no šūnām, kas suspendētas lateksa ūdens šķīdumos, un tie var nebūt tieši salīdzināmi ar nobriedušiem biokompozītiem.
Ja latekss rada barjeru gaismas un/vai gāzu apmaiņai, radot gaismas un CO2 ierobežojumus, tas var izraisīt šūnu stresu un samazināt veiktspēju, un, ja tas ietekmē O2 izdalīšanos, fotoelpošanu39.Tika novērtēta cietināto pārklājumu gaismas caurlaidība: “cietajam” lateksam bija neliels gaismas caurlaidības samazinājums no 440 līdz 480 nm (daļēji uzlabojās, palielinot Texanol koncentrāciju, pateicoties uzlabotai plēves saplūšanai), bet “mīkstajam” un “regulārajam” ” latekss uzrādīja nelielu gaismas caurlaidības samazināšanos.neuzrāda ievērojamus zaudējumus.Pārbaudes, kā arī visas inkubācijas tika veiktas ar zemu gaismas intensitāti (30,5 µmol m-2 s-1), tāpēc jebkurš polimēra matricas radītais fotosintētiski aktīvs starojums tiks kompensēts un var būt pat noderīgs fotoinhibīcijas novēršanā.pie kaitīgas gaismas intensitātes.
Biokompozīts CCAP 1479/1A darbojās 84 testēšanas dienu laikā bez barības vielu aprites vai ievērojama biomasas zuduma, kas ir pētījuma galvenais mērķis.Šūnu depigmentācija var būt saistīta ar hlorozes procesu, reaģējot uz slāpekļa badu, lai panāktu ilgstošu izdzīvošanu (atpūtas stāvokli), kas var palīdzēt šūnām atsākt augšanu pēc tam, kad ir sasniegta pietiekama slāpekļa uzkrāšanās.SEM attēli apstiprināja, ka šūnas palika pārklājuma iekšpusē, neskatoties uz šūnu dalīšanos, demonstrējot “mīkstā” lateksa elastību un tādējādi parādot skaidru priekšrocību salīdzinājumā ar eksperimentālo versiju.“Mīkstais” latekss satur apmēram 70% butilakrilāta (pēc svara), kas ir daudz augstāks par norādīto koncentrāciju elastīgam pārklājumam pēc žāvēšanas44.
Neto CO2 uzņemšana bija ievērojami augstāka nekā kontroles suspensijas (attiecīgi 14–20 un 3–8 reizes lielāka S. elongatus CCAP 1479/1A un PCC 7942).Iepriekš mēs izmantojām CO2 masas pārneses modeli, lai parādītu, ka lielas CO2 uzņemšanas galvenais virzītājspēks ir ass CO2 koncentrācijas gradients uz biokompozīta virsmas31 un ka biokompozīta veiktspēju var ierobežot izturība pret masas pārnesi.Šo problēmu var pārvarēt, lateksā iekļaujot netoksiskas, plēvi neveidojošas sastāvdaļas, lai palielinātu pārklājuma porainību un caurlaidību26, taču var tikt apdraudēta šūnu aizture, jo šī stratēģija neizbēgami radīs vājāku plēvi20.Polimerizācijas laikā ķīmisko sastāvu var mainīt, lai palielinātu porainību, kas ir labākais risinājums, jo īpaši rūpnieciskās ražošanas un mērogojamības ziņā45.
Jaunā biokompozīta veiktspēja salīdzinājumā ar nesenajiem pētījumiem, kuros izmantoja biokompozītus no mikroaļģēm un zilaļģēm, parādīja priekšrocības, pielāgojot šūnu ielādes ātrumu (1. tabula)21,46 un ar ilgāku analīzes laiku (84 dienas pret 15 stundām46 un 3 nedēļām21).
Ogļhidrātu tilpuma saturs šūnās ir labvēlīgs salīdzinājumā ar citiem pētījumiem47, 48, 49, 50, kuros izmanto cianobaktērijas, un tiek izmantots kā potenciāls kritērijs oglekļa uztveršanai un izmantošanai/reģenerācijai, piemēram, BECCS fermentācijas procesos49, 51 vai bioloģiski noārdāmu vielu ražošanai. bioplastmasa52.Kā daļu no šī pētījuma pamatojuma mēs pieņemam, ka apmežošana, pat ņemta vērā BECCS negatīvo emisiju koncepcijā, nav panaceja klimata pārmaiņām un patērē satraucošu pasaules aramzemes daļu6.Kā pārdomu eksperiments tika lēsts, ka līdz 2100. gadam no atmosfēras būs jāizņem no 640 līdz 950 GtCO2, lai ierobežotu globālās temperatūras pieaugumu līdz 1,5°C53 (apmēram 8 līdz 12 GtCO2 gadā).Lai to panāktu ar labākas veiktspējas biokompozītu (574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biomasas gadā-1), būtu jāpalielina tilpums no 5,5 × 1010 līdz 8,2 × 1010 m3 (ar salīdzināmu fotosintēzes efektivitāti), kas satur no 196 līdz 2 miljardiem litru 92 miljardiem litru. polimērs.Pieņemot, ka 1 m3 biokompozītu aizņem 1 m2 zemes platības, platība, kas nepieciešama, lai absorbētu mērķa kopējo CO2 gadā, būs no 5,5 līdz 8,17 miljoniem hektāru, kas ir līdzvērtīgi 0,18-0,27% no zemes, kas ir piemērotas zemes dzīvei šajā reģionā. tropos un samazināt zemes platību.nepieciešamība pēc BECCS par 98-99%.Jāatzīmē, ka teorētiskā uztveršanas attiecība ir balstīta uz CO2 absorbciju, kas reģistrēta vājā apgaismojumā.Tiklīdz biokompozīts tiek pakļauts intensīvākai dabiskajai gaismai, palielinās CO2 uzņemšanas ātrums, vēl vairāk samazinot zemes vajadzības un novirzot svarus biokompozīta koncepcijas virzienā.Tomēr, lai nodrošinātu nemainīgu fona apgaismojuma intensitāti un ilgumu, ieviešanai jābūt pie ekvatora.
CO2 mēslošanas globālais efekts, ti, veģetācijas produktivitātes pieaugums, ko izraisa palielināta CO2 pieejamība, ir samazinājusies lielākajā daļā zemes platību, iespējams, galveno augsnes barības vielu (N un P) un ūdens resursu izmaiņu dēļ7.Tas nozīmē, ka sauszemes fotosintēze var nepalielināt CO2 uzņemšanu, neskatoties uz paaugstinātu CO2 koncentrāciju gaisā.Šajā kontekstā uz zemes balstītām klimata pārmaiņu mazināšanas stratēģijām, piemēram, BECCS, ir vēl mazāka iespēja gūt panākumus.Ja šī globālā parādība tiks apstiprināta, mūsu ķērpju iedvesmotais biokompozīts varētu būt galvenais ieguvums, pārveidojot vienšūnas ūdens fotosintēzes mikrobus par "zemes aģentiem".Lielākā daļa sauszemes augu piesaista CO2, izmantojot C3 fotosintēzi, savukārt C4 augi ir labvēlīgāki siltākiem, sausākiem biotopiem un ir efektīvāki pie lielāka CO254 daļējā spiediena.Cianobaktērijas piedāvā alternatīvu, kas varētu kompensēt satraucošās prognozes par samazinātu oglekļa dioksīda iedarbību C3 augos.Ciānbaktērijas ir pārvarējušas fotorespirācijas ierobežojumus, izstrādājot efektīvu oglekļa bagātināšanas mehānismu, kurā augstāks CO2 daļējais spiediens tiek nodrošināts un uzturēts ar ribulozes-1,5-bisfosfāta karboksilāzi/oksigenāzi (RuBisCo) apkārtējās karboksizomās.Ja izdosies palielināt zilaļģu biokompozītu ražošanu, tas varētu kļūt par nozīmīgu ieroci cilvēcei cīņā pret klimata pārmaiņām.
Biokompozītmateriāli (ķērpju imitācijas) piedāvā skaidras priekšrocības salīdzinājumā ar parastajām mikroaļģu un zilaļģu suspensijas kultūrām, nodrošinot lielāku CO2 uzņemšanas ātrumu, samazinot piesārņojuma risku un solot konkurētspējīgu CO2 izvairīšanos.Izmaksas ievērojami samazina zemes, ūdens un barības vielu izmantošanu56.Šis pētījums parāda, ka ir iespējams izstrādāt un ražot augstas veiktspējas bioloģiski saderīgu lateksu, kas, kombinējot ar lufas sūkli kā substrātu, var nodrošināt efektīvu un efektīvu CO2 uzņemšanu vairāku mēnešu laikā pēc operācijas, vienlaikus samazinot šūnu zudumu līdz minimumam.Biokompozītmateriāli teorētiski varētu uztvert aptuveni 570 t CO2 t-1 biomasas gadā, un tie var izrādīties svarīgāki par BECCS apmežošanas stratēģijām, reaģējot uz klimata pārmaiņām.Turpinot optimizēt polimēru sastāvu, pārbaudot ar lielāku gaismas intensitāti un apvienojot to ar sarežģītu vielmaiņas inženieriju, dabas oriģinālie bioģeoinženieri atkal var nākt palīgā.
Akrila lateksa polimēri tika sagatavoti, izmantojot stirola monomēru, butilakrilāta un akrilskābes maisījumu, un pH tika noregulēts līdz 7 ar 0, 1 M nātrija hidroksīdu (2. tabula).Stirols un butilakrilāts veido lielāko daļu polimēru ķēžu, savukārt akrilskābe palīdz saglabāt lateksa daļiņas suspensijā57.Lateksa strukturālās īpašības nosaka stiklošanās temperatūra (Tg), ko kontrolē, mainot stirola un butilakrilāta attiecību, kas nodrošina attiecīgi “cietās” un “mīkstās” īpašības58.Tipisks akrila lateksa polimērs ir 50:50 stirola:butilakrilāts 30, tāpēc šajā pētījumā latekss ar šādu attiecību tika saukts par “parasto” lateksu, bet latekss ar lielāku stirola saturu tika saukts par lateksu ar mazāku stirola saturu. .sauc par "mīksto" kā "cieto".
Primāro emulsiju sagatavoja, izmantojot destilētu ūdeni (174 g), nātrija bikarbonātu (0,5 g) un Rhodapex Ab/20 virsmaktīvo vielu (30,92 g) (Solvay), lai stabilizētu 30 monomēra pilienus.Izmantojot stikla šļirci (Science Glass Engineering) ar šļirces sūkni, primārajai emulsijai 4 stundu laikā tika pievienota sekundārā alikvota daļa, kas satur stirolu, butilakrilātu un akrilskābi, kas norādīta 2. tabulā ar ātrumu 100 ml h-1 (Cole). -Palmera, Mount Vernon, Ilinoisa).Sagatavojiet polimerizācijas iniciatora 59 šķīdumu, izmantojot dHO un amonija persulfātu (100 ml, 3 % w/w).
Samaisiet šķīdumu, kas satur dHO (206 g), nātrija bikarbonātu (1 g) un Rhodapex Ab/20 (4,42 g), izmantojot augšējo maisītāju (Heidolph Hei-TORQUE vērtība 100) ar nerūsējošā tērauda propelleri un uzkarsē līdz 82 °C trauks ar ūdens apvalku VWR Scientific 1137P apsildāmā ūdens vannā.Tvertnei ar apvalku tika pievienots samazināts monomēra (28,21 g) un iniciatora (20,60 g) šķīdums un maisīts 20 minūtes.Spēcīgi samaisiet atlikušos monomēra (150 ml h-1) un iniciatora (27 ml h-1) šķīdumus, lai daļiņas noturētu suspensijā, līdz tās tiek pievienotas ūdens apvalkam 5 stundu laikā, izmantojot attiecīgi 10 ml šļirces un 100 ml traukā. .komplektā ar šļirces sūkni.Maisītāja ātrums tika palielināts, jo palielinājās vircas tilpums, lai nodrošinātu vircas aizturi.Pēc iniciatora un emulsijas pievienošanas reakcijas temperatūru paaugstināja līdz 85 °C, 30 minūtes labi maisīja ar ātrumu 450 apgr./min, pēc tam atdzesēja līdz 65 °C.Pēc atdzesēšanas lateksam tika pievienoti divi pārvietošanas šķīdumi: terc-butilhidroperoksīds (t-BHP) (70% ūdenī) (5 g, 14% no svara) un izoaskorbīnskābe (5 g, 10% no svara)..Pievienojiet t-BHP pa pilienam un atstājiet 20 minūtes.Pēc tam no 10 ml šļirces, izmantojot šļirces sūkni, pievienoja eritorbīnskābi ar ātrumu 4 ml/h.Pēc tam lateksa šķīdumu atdzesēja līdz istabas temperatūrai un noregulēja līdz pH 7 ar 0,1 M nātrija hidroksīdu.
2,2,4-trimetil-1,3-pentāndiola monoizobutirāts (Texanol) – zemas toksicitātes bioloģiski noārdāms koalescents lateksa krāsām 37,60 – tika pievienots ar šļirci un sūkni trīs tilpumos (0, 4, 12% v/v) kā lateksa maisījuma koalescējošs līdzeklis, lai atvieglotu plēves veidošanos žāvēšanas laikā37.Lateksa cieto daļiņu procentuālais daudzums tika noteikts, ievietojot 100 µl katra polimēra iepriekš nosvērtos alumīnija folijas vāciņos un žāvējot krāsnī 100 ° C temperatūrā 24 stundas.
Gaismas caurlaidībai katrs lateksa maisījums tika uzklāts uz mikroskopa priekšmetstikliņa, izmantojot nerūsējošā tērauda pilināmo kubu, kas kalibrēts, lai iegūtu 100 µm plēves, un žāvēts 20 ° C temperatūrā 48 stundas.Gaismas caurlaidība (fokusēta uz fotosintētiski aktīvo starojumu, λ 400–700 nm) tika mērīta ar ILT950 SpectriLight spektroradiometru ar sensoru 35 cm attālumā no 30 W dienasgaismas spuldzes (Sylvania Luxline Plus, n = 6) – kur gaisma avots bija zilaļģes un organismi Kompozītmateriāli tiek saglabāti.SpectrILight III programmatūras versija 3.5 tika izmantota, lai reģistrētu apgaismojumu un pārraidi λ 400–700 nm61 diapazonā.Visi paraugi tika novietoti uz sensora, un kā kontroles tika izmantoti nepārklāti stikla priekšmetstikliņi.
Lateksa paraugi tika pievienoti silikona cepšanas traukā un ļāva nožūt 24 stundas pirms cietības pārbaudes.Novietojiet žāvēto lateksa paraugu uz tērauda vāciņa zem x10 mikroskopa.Pēc fokusēšanas paraugi tika novērtēti ar Buehler Micromet II mikrocietības testeri.Paraugs tika pakļauts 100 līdz 200 gramu spēkam, un ielādes laiks tika iestatīts uz 7 sekundēm, lai paraugā izveidotu dimanta iespiedumu.Izdruka tika analizēta, izmantojot Bruker Alicona × 10 mikroskopa objektīvu ar papildu formas mērīšanas programmatūru.Katra lateksa cietības aprēķināšanai tika izmantota Vikersa cietības formula (1. vienādojums), kur HV ir Vikersa skaitlis, F ir pieliktais spēks un d ir ievilkuma diagonāļu vidējais lielums, kas aprēķināts no lateksa augstuma un platuma.atkāpes vērtība.“Mīksto” lateksu nevar izmērīt adhēzijas un stiepšanās dēļ iespieduma testa laikā.
Lateksa kompozīcijas stiklošanās temperatūras (Tg) noteikšanai polimēru paraugi tika ievietoti silikagela trauciņos, 24 stundas žāvēti, nosvērti līdz 0,005 g un ievietoti paraugu trauciņos.Trauku aizvākoja un ievietoja diferenciālās skenēšanas kolorimetrā (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris datu analīzes programmatūra)62.Siltuma plūsmas metodi izmanto, lai vienā krāsnī ievietotu atskaites krūzes un paraugu krūzes ar iebūvētu temperatūras zondi temperatūras mērīšanai.Kopā tika izmantotas divas rampas, lai izveidotu konsekventu līkni.Parauga metode tika atkārtoti paaugstināta no -20 ° C līdz 180 ° C ar ātrumu 20 ° C minūtē.Katrs sākuma un beigu punkts tiek saglabāts 1 minūti, lai ņemtu vērā temperatūras nobīdi.
Lai novērtētu biokompozīta spēju absorbēt CO2, paraugi tika sagatavoti un pārbaudīti tādā pašā veidā kā mūsu iepriekšējā pētījumā31.Žāvētā un autoklāvā apstrādātā veļas lupatiņa tika sagriezta apmēram 1 × 1 × 5 cm sloksnēs un nosvērta.Katras lufas sloksnes vienā galā uzklāj 600 µl divu visefektīvāko katra zilaļģu celma biopārklājumu, kas aptver aptuveni 1 × 1 × 3 cm, un žāvē tumsā 20 °C temperatūrā 24 stundas.Lufas makroporainās struktūras dēļ daļa formulas tika izšķiesta, tāpēc šūnu ielādes efektivitāte nebija 100%.Lai pārvarētu šo problēmu, tika noteikts sausā preparāta svars uz lufas un normalizēts līdz atsauces sausajam preparātam.Abiotiskās kontroles, kas sastāvēja no lufas, lateksa un sterilas barotnes, tika sagatavotas līdzīgi.
Lai veiktu puspartijas CO2 uzņemšanas testu, ievietojiet biokompozītu (n = 3) 50 ml stikla mēģenē tā, lai viens biokompozīta gals (bez biopārklājuma) būtu saskarē ar 5 ml augšanas barotnes, ļaujot barības vielai uzsūkties. tiek transportēts ar kapilāru darbību..Pudele ir noslēgta ar butilgumijas korķi ar diametru 20 mm un gofrēta ar sudrabainu alumīnija vāciņu.Pēc aizzīmogošanas ar sterilu adatu, kas pievienota gāzi necaurlaidīgai šļircei, injicējiet 45 ml 5% CO2/gaisa.Kontroles suspensijas šūnu blīvums (n = 3) bija līdzvērtīgs biokompozīta šūnu slodzei barības barotnē.Pārbaudes tika veiktas 18 ± 2 °C temperatūrā ar fotoperiodu 16:8 un fotoperiodu 30,5 µmol m-2 s-1.Galvas telpa tika noņemta ik pēc divām dienām ar gāzi necaurlaidīgu šļirci un analizēta ar CO2 mērītāju ar infrasarkano staru absorbciju GEOTech G100, lai noteiktu absorbētā CO2 procentuālo daudzumu.Pievienojiet vienādu daudzumu CO2 gāzu maisījuma.
% CO2 Fix aprēķina šādi: % CO2 Fix = 5% (v/v) – ierakstiet %CO2 (vienādojums 2), kur P = spiediens, V = tilpums, T = temperatūra un R = ideālās gāzes konstante.
Paziņotie CO2 uzņemšanas rādītāji zilaļģu un biokompozītu kontroles suspensijām tika normalizēti līdz nebioloģiskām kontrolēm.G biomasas funkcionālā vienība ir sausas biomasas daudzums, kas imobilizēts uz mazgāšanas lupatiņas.To nosaka, nosverot lufas paraugus pirms un pēc šūnu fiksācijas.Šūnu slodzes masas (biomasas ekvivalenta) uzskaite, atsevišķi nosverot preparātus pirms un pēc žāvēšanas un aprēķinot šūnas preparāta blīvumu (3. vienādojums).Tiek pieņemts, ka fiksācijas laikā šūnu preparāti ir viendabīgi.
Statistiskajai analīzei tika izmantotas Minitab 18 un Microsoft Excel ar RealStatistics pievienojumprogrammu.Normalitāte tika pārbaudīta, izmantojot Andersona-Dārlinga testu, un dispersiju vienādība tika pārbaudīta, izmantojot Levēna testu.Dati, kas atbilst šiem pieņēmumiem, tika analizēti, izmantojot divvirzienu dispersijas analīzi (ANOVA), izmantojot Tukey testu kā post hoc analīzi.Divvirzienu dati, kas neatbilst pieņēmumiem par normālu un vienādu dispersiju, tika analizēti, izmantojot Shirer-Ray-Hara testu un pēc tam Mann-Whitney U-testu, lai noteiktu nozīmīgumu starp ārstēšanu.Neparastiem datiem ar trīs faktoriem tika izmantoti vispārināti lineāri jauktie (GLM) modeļi, kuros dati tika pārveidoti, izmantojot Džonsona transformāciju63.Tika veiktas Pearson produktu momentu korelācijas, lai novērtētu saistību starp Texanol koncentrāciju, stiklošanās temperatūru un lateksa toksicitātes un adhēzijas datiem.
Izlikšanas laiks: Jan-05-2023