Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бірден үш слайдтан тұратын карусельді көрсетеді.Бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін «Алдыңғы» және «Келесі» түймелерін пайдаланыңыз немесе бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін соңында сырғытпа түймелерін пайдаланыңыз.
Көміртекті алу және сақтау Париж келісімінің мақсаттарына жету үшін өте маңызды.Фотосинтез – көміртекті алу үшін табиғаттың технологиясы.Қыналардан шабыт ала отырып, біз люфа губкасына қолданылатын акрилді латекс полимерін пайдаланып, 3D цианобактерияларының фотосинтетикалық биокомпозитін (яғни, қыналарды имитациялайтын) жасадық.Биокомпозиттің СО2 жұту жылдамдығы d-1 биомассасының 1,57 ± 0,08 г СО2 г-1 құрады.Қабылдау жылдамдығы эксперименттің басындағы құрғақ биомассаға негізделген және жаңа биомассаны өсіру үшін пайдаланылатын CO2, сондай-ақ көмірсулар сияқты сақтау қосылыстарындағы CO2 кіреді.Бұл сіңіру жылдамдығы суспензиямен күресу шараларынан 14-20 есе жоғары болды және 8-12 GtCO2 кетіретін 5,5-8,17 × 106 га жерді пайдалану баламасы-1 жылына 570 т CO2 t-1 биомассасын алу үшін ықтимал масштабтауға болады. жылына CO2.Керісінше, көміртекті алу және сақтау арқылы орман биоэнергиясы 0,4–1,2 × 109 га құрайды.Биокомпозит 12 апта бойы қосымша қоректік заттарсыз немесе сусыз жұмыс істеді, содан кейін эксперимент тоқтатылды.Климаттың өзгеруімен күресу үшін адамзаттың көп қырлы технологиялық ұстанымы аясында жобаланған және оңтайландырылған цианобактериялық биокомпозиттер суды, қоректік заттарды және жерді пайдалану шығындарын азайта отырып, СО2 шығаруды арттыру үшін тұрақты және ауқымды орналастыру мүмкіндігіне ие.
Климаттың өзгеруі жаһандық биоәртүрлілікке, экожүйенің тұрақтылығына және адамдарға нақты қауіп төндіреді.Оның ең нашар әсерін азайту үшін үйлестірілген және ауқымды декарбюризациялау бағдарламалары қажет және, әрине, парниктік газдарды атмосферадан тікелей жоюдың қандай да бір түрі қажет.Электр энергиясын өндірудегі оң декарбонизацияға қарамастан2,3, қазіргі уақытта атмосфералық көмірқышқыл газын (СО2)4 азайтудың экономикалық тұрақты технологиялық шешімдері жоқ, дегенмен түтін газын алу ілгерілеуде5.Ауқымды және практикалық инженерлік шешімдердің орнына адамдар көміртекті алу үшін табиғи инженерлерге - фотосинтетикалық организмдерге (фототрофты организмдер) жүгінуі керек.Фотосинтез табиғаттың көміртекті секвестрлеу технологиясы болып табылады, бірақ оның маңызды уақыт ауқымында антропогендік көміртекті байытуды кері қайтару қабілеті күмәнді, ферменттер тиімсіз және оның тиісті масштабта орналастыру қабілеті күмәнді.Фототрофияның әлеуетті жолы - СО21 таза шығарындыларын азайтуға көмектесетін теріс шығарындылар технологиясы ретінде көміртекті алу және сақтау (BECCS) арқылы биоэнергия үшін ағаштарды кесетін орман өсіру.Дегенмен, негізгі әдіс ретінде BECCS пайдалану арқылы Париж келісімі бойынша 1,5°C температураға қол жеткізу үшін 0,4-тен 1,2 × 109 га-ға дейін қажет, бұл қазіргі жаһандық егістік алқаптардың 25–75%-ына тең6.Сонымен қатар, СО2 тыңайтқышының жаһандық әсеріне байланысты белгісіздік орман екпелерінің әлеуетті жалпы тиімділігіне күмән тудырады7.Париж келісімінде белгіленген температура көрсеткіштеріне жету үшін жыл сайын атмосферадан 100 секунд GtCO2 парниктік газдар (GGR) жойылуы керек.Жақында Ұлыбританияның Ғылыми-зерттеу және инновациялар департаменті бес GGR8 жобасын қаржыландыруды жариялады, соның ішінде шымтезек алқаптарын басқару, тау жыныстарын жақсарту, ағаш отырғызу, биокөмір және BECCS процесін тамақтандыру үшін көпжылдық дақылдар.Атмосферадан жылына 130 МтСО2-ден астам шығаруға кететін шығындар жылына 10-100 АҚШ доллары/тСО2, шымтезектерді қалпына келтіру үшін жылына 0,2-8,1 МтСО2, тау жыныстарының үгітілуі үшін жылына 52-480 АҚШ доллар/тСО2 және 12-27 МтСО2 құрайды. , 0,4-30 АҚШ доллары/жыл.tCO2, 3,6 MtCO2/жыл, орман алқабының 1% ұлғаюы, 0,4-30 АҚШ доллары/tCO2, 6-41 MtCO2/жыл, биокөмір, 140-270 АҚШ доллар/tCO2, 20 –70 Мт СО2 тұрақты дақылдарды пайдалану арқылы жылына. BECCS9.
Осы тәсілдердің комбинациясы әлеуетті жылына 130 Мт CO2 мақсатқа жетуі мүмкін, бірақ тау жыныстарын үгіттеуге және BECCS шығындары жоғары, ал биокөмір салыстырмалы түрде арзан және жерді пайдаланумен байланысты болмаса да, биокөмірді өндіру процесі үшін шикізатты қажет етеді.басқа GGR технологияларын қолдану үшін осы әзірлеме мен нөмірді ұсынады.
Құрлықтағы ерітінділерді іздеудің орнына суды, әсіресе микробалдырлар мен цианобактериялар сияқты бір жасушалы фототрофтарды іздеңіз10.Балдырлар (цианобактерияларды қоса алғанда) дүние жүзіндегі көмірқышқыл газының шамамен 50% алады, дегенмен олар дүние жүзіндегі биомассаның тек 1% құрайды11.Цианобактериялар – оттегі фотосинтезі арқылы тыныс алу метаболизмі мен көп жасушалы тіршілік эволюциясының негізін қалаған табиғаттың бастапқы биогеологтары12.Көміртекті алу үшін цианобактерияларды пайдалану идеясы жаңа емес, бірақ физикалық орналастырудың инновациялық әдістері осы ежелгі организмдер үшін жаңа көкжиектер ашады.
Ашық тоғандар мен фотобиореакторлар микробалдырлар мен цианобактерияларды өнеркәсіптік мақсатта пайдаланған кезде әдепкі активтер болып табылады.Бұл дақыл жүйелері жасушалар өсу ортасында еркін қалқып жүретін суспензия культурасын пайдаланады14;дегенмен тоғандар мен фотобиореакторлардың CO2 массасының нашар тасымалдануы, жер мен суды интенсивті пайдалану, биологиялық ластануға бейімділік, құрылыс пен пайдалану шығындарының жоғары болуы сияқты көптеген кемшіліктері бар15,16.Суспензия дақылдарын пайдаланбайтын биоқабық биореакторлары су және кеңістік тұрғысынан үнемді, бірақ кебуден зақымдану қаупі бар, биопленканың бөлінуіне бейім (демек, белсенді биомассаның жоғалуы) және биологиялық ластануға бірдей бейім17.
СО2 сіңіру жылдамдығын арттыру және суспензия мен биофильмді реакторларды шектейтін мәселелерді шешу үшін жаңа тәсілдер қажет.Осындай тәсілдердің бірі - қыналар шабыттандыратын фотосинтетикалық биокомпозиттер.Қыналар – жер шарының шамамен 12%-ын алып жатқан саңырауқұлақтар мен фотобионттар (микробалдырлар және/немесе цианобактериялар) кешені18.Саңырауқұлақтар фотобиотикалық субстратты физикалық қолдауды, қорғауды және бекітуді қамтамасыз етеді, бұл өз кезегінде саңырауқұлақтарды көміртегімен қамтамасыз етеді (артық фотосинтетикалық өнімдер ретінде).Ұсынылған биокомпозит «лихен миметикасы» болып табылады, онда цианобактериялардың шоғырланған популяциясы тасымалдаушы субстратта жұқа биожабық түрінде иммобилизацияланады.Жасушалардан басқа, биожабын құрамында саңырауқұлақты алмастыра алатын полимерлі матрица бар.Су негізіндегі полимер эмульсияларына немесе «латекстерге» артықшылық беріледі, өйткені олар биоүйлесімді, берік, қымбат емес, өңдеуге оңай және коммерциялық қол жетімді19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Жасушалардың латекс полимерлерімен бекітілуіне латекстің құрамы мен қабық түзілу процесі үлкен әсер етеді.Эмульсиялық полимерлеу – синтетикалық каучук, жабысқақ жабындар, герметиктер, бетон қоспалары, қағаз және тоқыма жабындары, латекс бояулары27 алу үшін қолданылатын гетерогенді процесс.Оның басқа полимерлеу әдістеріне қарағанда бірқатар артықшылықтары бар, мысалы, жоғары реакция жылдамдығы және мономерді түрлендіру тиімділігі, сонымен қатар өнімді бақылаудың қарапайымдылығы27,28.Мономерлерді таңдау нәтижесінде алынған полимерлі қабықтың қажетті қасиеттеріне байланысты, ал аралас мономерлі жүйелер үшін (яғни, сополимерленулер) полимердің қасиеттерін алынған полимер материалын құрайтын мономерлердің әртүрлі қатынасын таңдау арқылы өзгертуге болады.Бутилакрилат пен стирол ең көп таралған акрил латекс мономерлерінің бірі болып табылады және осы жерде қолданылады.Сонымен қатар, біріктіруші агенттер (мысалы, Тексанол) біркелкі қабықша түзілуіне ықпал ету үшін жиі пайдаланылады, мұнда олар күшті және «үздіксіз» (біріктіретін) жабын алу үшін полимер латексінің қасиеттерін өзгерте алады.Тұжырымдаманы дәлелдейтін алғашқы зерттеуімізде жоғары бетінің ауданы, жоғары кеуектілігі жоғары 3D биокомпозиті люфа губкасына қолданылатын коммерциялық латекс бояуы арқылы жасалды.Ұзақ және үздіксіз манипуляциялардан кейін (сегіз апта) биокомпозит цианобактерияларды люфа қаңқасында ұстау мүмкіндігінің шектеулі екенін көрсетті, себебі жасушаның өсуі латекстің құрылымдық тұтастығын әлсіретіп жіберді.Ағымдағы зерттеуде біз полимер ыдырауын жоғалтпай көміртекті ұстау қолданбаларында үздіксіз пайдалану үшін белгілі химияның акрилді латекс полимерлерінің сериясын әзірлеуді мақсат еттік.Осылайша, біз дәлелденген биокомпозиттермен салыстырғанда жақсартылған биологиялық өнімділікті және механикалық серпімділікті айтарлықтай арттыратын лихен тәрізді полимер матрицалық элементтерді жасау мүмкіндігін көрсеттік.Әрі қарай оңтайландыру көміртекті ұстауға арналған биокомпозиттерді қабылдауды жеделдетеді, әсіресе СО2 секвестрін күшейту үшін метаболикалық модификацияланған цианобактериялармен біріктірілгенде.
Үш полимерлі құрамдас (H = «қатты», N = «қалыпты», S = «жұмсақ») және тексанолдың үш түрі (0, 4, 12% к/т) бар тоғыз латекс уыттылық пен штамм корреляциясына сыналған.Жабысқақ.екі цианобактериядан.Латекс түрі S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare сынағы, латекс: DF=2, H=23,157, P=<0,001) және CCAP 1479/1A (екі жақты ANOVA, латекс: DF=2, F) айтарлықтай әсер етті. = 103,93, P = < 0,001) (1а-сурет).Тексанол концентрациясы S. elongatus PCC 7942 өсуіне айтарлықтай әсер еткен жоқ, тек N-латекс улы емес болды (1а-сурет), ал 0 N және 4 N сәйкесінше 26% және 35% өсуді сақтады (Mann- Уитни U, 0 N қарсы 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 Н бақылауға қарсы: W = 25,0, P = 0,061; 4 Н бақылауға қарсы: W = 25,0, P = 0,061) және 12 Н салыстырмалы өсуді сақтады. биологиялық бақылауға (Mann-Whitney University, 12 N қарсы бақылау: W = 17,0, P = 0,885).S. elongatus CCAP 1479/1A үшін латекс қоспасы да, тексанол концентрациясы да маңызды факторлар болды және екеуінің арасында айтарлықтай өзара әрекеттесу байқалды (екі жақты ANOVA, 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 және барлық «жұмсақ» латекстер өсуге ықпал етті (1а-сурет).Стирол құрамының төмендеуімен өсуді жақсарту үрдісі бар.
Цианобактериялардың (Synechococcus elongatus PCC 7942 және CCAP 1479/1A) латексті құрамдарға уыттылығын және адгезиясын сынау, шыныға өту температурасымен (Tg) байланысы және уыттылық пен адгезия деректеріне негізделген шешім матрицасы.(a) Уыттылық сынағы суспензия дақылдарын бақылау үшін қалыпқа келтірілген цианобактериялардың өсу пайызының бөлек графиктерін қолдану арқылы орындалды.* белгісімен белгіленген емдеу бақылаулардан айтарлықтай ерекшеленеді.(b) Tg латексіне қарсы цианобактериялардың өсу деректері (орташа ± SD; n = 3).(c) Биокомпозиттік адгезия сынағы нәтижесінде бөлінген цианобактериялардың жиынтық саны.(d) Латекстің Tg-ге қатысты адгезия деректері (орташа ± StDev; n = 3).e Уыттылық пен адгезия деректеріне негізделген шешім матрицасы.Стиролдың бутилакрилатқа қатынасы «қатты» (Н) латекс үшін 1:3, «қалыпты» (N) үшін 1:1 және «жұмсақ» (S) үшін 3:1 құрайды.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.
Көп жағдайда клетканың өміршеңдігі тексанол концентрациясының жоғарылауымен төмендеді, бірақ штаммдардың ешқайсысы үшін маңызды корреляция болмады (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).Суретте.1b жасушаның өсуі мен шыныға өту температурасы (Tg) арасындағы байланысты көрсетеді.Тексанол концентрациясы мен Tg мәндері арасында күшті теріс корреляция бар (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).Деректер S. elongatus PCC 7942 өсуі үшін оңтайлы Tg шамамен 17 °C (1б-сурет), ал S. elongatus CCAP 1479/1A 0 °C төмен Tg қолайлы екенін көрсетті (1б-сурет).Тек S. elongatus CCAP 1479/1A Tg мен уыттылық деректері арасында күшті теріс корреляцияға ие болды (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Барлық латекстердің адгезияға жақындығы жақсы болды және олардың ешқайсысы 72 сағаттан кейін жасушалардың 1% -дан астамын босатпады (сурет 1c).S. elongatus екі штаммының латекстері арасында айтарлықтай айырмашылық болған жоқ (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara сынағы, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- сәулелік тест).– Қоян сынағы, латекс*тексанол, DF=4, H=3,277, P=0,513).Тексанол концентрациясы жоғарылаған сайын көбірек жасушалар бөлінеді (1c-сурет).S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) салыстырғанда (1d-сурет).Сонымен қатар, екі штаммның Tg және жасуша адгезиясы арасында статистикалық байланыс болған жоқ (PCC 7942: DF = 25, r = 0,301, P = 0,127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0,287, P = 0,147).
Екі штамм үшін де «қатты» латекс полимерлер тиімсіз болды.Керісінше, 4N және 12N S. elongatus PCC 7942-ге қарсы ең жақсы нәтиже көрсетті, ал 4S және 12S CCAP 1479/1A-ға қарсы ең жақсы нәтиже көрсетті (1e-сурет), бірақ полимер матрицасын одан әрі оңтайландыруға мүмкіндік бар.Бұл полимерлер жартылай пакеттік таза CO2 сіңіру сынақтарында қолданылған.
Фотофизиология 7 күн бойы сулы латекс құрамында суспензияланған жасушаларды пайдаланып бақыланды.Жалпы, фотосинтездің көрінетін жылдамдығы (PS) және максималды PSII кванттық шығымдылығы (Fv/Fm) уақыт өте азаяды, бірақ бұл төмендеу біркелкі емес және кейбір PS деректер жинақтары нақты уақытта қалпына келтіруге қарамастан, ішінара жауапты болжайтын екі фазалы жауапты көрсетеді. қысқарақ PS белсенділігі (2а және 3б-сурет).Екі фазалы Fv/Fm реакциясы азырақ айқын болды (2b және 3b суреттері).
(a) Бақылау суспензия дақылдарымен салыстырғанда латексті құрамдарға жауап ретінде Synechococcus elongatus PCC 7942 фотосинтезінің көрінетін жылдамдығы (PS) және (b) максималды PSII кванттық шығымы (Fv/Fm).Стиролдың бутилакрилатқа қатынасы «қатты» (Н) латекс үшін 1:3, «қалыпты» (N) үшін 1:1 және «жұмсақ» (S) үшін 3:1 құрайды.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.(орташа ± стандартты ауытқу; n = 3).
(a) Бақылау суспензия дақылдарымен салыстырғанда латексті құрамдарға жауап ретінде Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A фотосинтезінің көрінетін жылдамдығы (PS) және (b) максималды PSII кванттық шығымы (Fv/Fm).Стиролдың бутилакрилатқа қатынасы «қатты» (Н) латекс үшін 1:3, «қалыпты» (N) үшін 1:1 және «жұмсақ» (S) үшін 3:1 құрайды.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.(орташа ± стандартты ауытқу; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 үшін латекс құрамы мен тексанол концентрациясы уақыт өте келе PS-ке әсер еткен жоқ (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), дегенмен құрам маңызды фактор (GLM)., латекс*уақыт, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (2а-сурет).Уақыт өте келе Тексанол концентрациясының айтарлықтай әсері болған жоқ (GLM, Texanol*time, DF=14, F=1,63, P=0,078).Fv/Fm әсер ететін елеулі өзара әрекеттесу болды (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4,54, P=<0,001).Латекс формуласы мен тексанол концентрациясы арасындағы өзара әрекеттесу Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180,42, P=<0,001) айтарлықтай әсер етті.Әрбір параметр уақыт бойынша Fv/Fm-ге де әсер етеді (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 және Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Latex 12H ең төменгі орташа PS және Fv/Fm мәндерін сақтап қалды (2б-сурет), бұл полимердің улырақ екенін көрсетеді.
S. elongatus CCAP 1479/1A PS айтарлықтай ерекшеленді (GLM, латекс * Тексанол * уақыты, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), тексанол концентрациясынан гөрі латекс құрамымен (GLM, Latex*time, DF) =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Тексанол*уақыт, DF=14, F=1,26, P=0,239).«Жұмсақ» полимерлер 0S және 4S бақылау суспензияларына қарағанда (Mann-Whitney U, 0S басқару элементтеріне қарсы, W = 686,0, P = 0,044, 4S басқару элементтеріне қарсы, W = 713, P = 0,01) салыстырғанда PS өнімділігінің сәл жоғары деңгейлерін сақтап қалды және жақсартылған Fv./Fm (3а-сурет) II Photosystem жүйесіне тиімдірек тасымалдауды көрсетеді.CCAP 1479/1A ұяшықтарының Fv/Fm мәндері үшін уақыт бойынша айтарлықтай латекс айырмашылығы болды (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6,00, P=<0,001) (3b-сурет).).
Суретте.4 әрбір штамм үшін жасуша өсуінің функциясы ретінде 7 күндік кезеңдегі орташа PS және Fv/Fm көрсетеді.S. elongatus PCC 7942 нақты үлгіге ие болмады (4а және б-сурет), алайда CCAP 1479/1A PS (4c-сурет) және Fv/Fm (4d-сурет) мәндері арасындағы параболалық байланысты көрсетті. стирол мен бутилакрилаттың арақатынасы өзгерген сайын өседі.
Латекс препараттарындағы Synechococcus longum-ның өсуі мен фотофизиологиясының байланысы.(a) Көрінетін фотосинтетикалық жылдамдығына (PS), (b) PCC 7942 максималды PSII кванттық шығымдылығына (Fv/Fm) қарсы сызылған уыттылық деректері.Стиролдың бутилакрилатқа қатынасы «қатты» (Н) латекс үшін 1:3, «қалыпты» (N) үшін 1:1 және «жұмсақ» (S) үшін 3:1 құрайды.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.(орташа ± стандартты ауытқу; n = 3).
PCC 7942 биокомпозиті алғашқы төрт апта ішінде жасушалардың айтарлықтай сілтісізденуімен жасушаның сақталуына шектеулі әсер етті (5-сурет).CO2 қабылдаудың бастапқы фазасынан кейін 12 Н латекспен бекітілген жасушалар СО2 шығара бастады және бұл үлгі 4 және 14 күндер арасында сақталды (5б-сурет).Бұл деректер пигмент түсінің өзгеруін бақылауға сәйкес келеді.СО2-ны таза қабылдау 18-ші күннен қайтадан басталды. Жасушалардың шығарылуына қарамастан (5а-сурет), PCC 7942 12 N биокомпозиті 28 күн ішінде бақылау суспензиясына қарағанда әлі де көп СО2 жинақтады (Mann-Whitney U-test, W = 2275,5; P = 0,066).12 Н және 4 Н латекспен СО2 жұту жылдамдығы d-1 биомассасының 0,51 ± 0,34 және 1,18 ± 0,29 г СО2 г-1 құрайды.Емдеу мен уақыт деңгейлері арасында статистикалық маңызды айырмашылық болды (Chairer-Ray-Hare сынағы, емдеу: DF=2, H=70,62, P=<0,001 уақыт: DF=13, H=23,63, P=0,034), бірақ ол болмады.емдеу мен уақыт арасында маңызды байланыс болды (Chairer-Ray-Har сынағы, уақыт*емдеу: DF=26, H=8,70, P=0,999).
4N және 12N латексті қолданатын Synechococcus elongatus PCC 7942 биокомпозиттеріндегі СО2-ны қабылдаудың жарты партиялық сынақтары.(a) Суреттер жасушалардың бөлінуін және пигментті түссізденуді, сондай-ақ биокомпозиттің сынаққа дейін және одан кейінгі SEM кескіндерін көрсетеді.Ақ нүктелі сызықтар биокомпозиттегі жасушалардың тұндыру орындарын көрсетеді.(b) Төрт апталық кезең ішінде СО2 жиынтық таза сіңірілуі.«Қалыпты» (N) латекс стирол мен бутилакрилаттың 1:1 қатынасына ие.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.(орташа ± стандартты ауытқу; n = 3).
4S және 12S бар CCAP 1479/1A штаммы үшін жасушаның сақталуы айтарлықтай жақсарды, дегенмен пигмент уақыт өте келе түсін баяу өзгертті (6а-сурет).Биокомпозит CCAP 1479/1A қосымша тағамдық қоспаларсыз толық 84 күн (12 апта) бойына СО2 сіңіреді.SEM талдауы (6а-сурет) кішкентай жасушалардың бөлінуін визуалды бақылауды растады.Бастапқыда жасушалар жасушалардың өсуіне қарамастан өзінің тұтастығын сақтайтын латекс жабынымен қапталған.CO2 жұту жылдамдығы бақылау тобына қарағанда айтарлықтай жоғары болды (Шейрер-Рэй-Хар сынағы, өңдеу: DF=2; H=240,59; P=<0,001, уақыт: DF=42; H=112; P=<0,001 ) ( 6б-сурет).12S биокомпозиті ең жоғары CO2 сіңіруге қол жеткізді (тәулігіне 1,57 ± 0,08 г CO2 г-1 биомасса), ал 4S латекс тәулігіне 1,13 ± 0,41 г CO2 g-1 биомассасы болды, бірақ олар айтарлықтай ерекшеленбеді (Mann-Whitney U). сынағы, W = 1507,50; P = 0,07) және емдеу мен уақыт арасында маңызды өзара әрекеттесу жоқ (Ширер-Рей-Хара сынағы, уақыт * өңдеу: DF = 82; H = 10 ,37; P = 1,000).
4N және 12N латексі бар Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A биокомпозиттерін қолдану арқылы CO2 жұтудың жарты партиясын тексеру.(a) Суреттер жасушалардың бөлінуін және пигментті түссізденуді, сондай-ақ биокомпозиттің сынаққа дейін және одан кейінгі SEM кескіндерін көрсетеді.Ақ нүктелі сызықтар биокомпозиттегі жасушалардың тұндыру орындарын көрсетеді.(b) Он екі апталық кезеңдегі СО2 жинақталған таза сіңіру.«Жұмсақ» (S) латекс стирол мен бутилакрилаттың 1:1 қатынасына ие.Латекс кодындағы алдыңғы сандар Тексанолдың мазмұнына сәйкес келеді.(орташа ± стандартты ауытқу; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har сынағы, уақыт*өңдеу: DF=4, H=3,243, P=0,518) немесе биокомпозиті S. elongatus CCAP 1479/1A (екі-ANOVA, уақыт*өңдеу: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (S4-сурет).Биокомпозит PCC 7942 2-аптада ең жоғары көмірсуларға ие болды (4 N = 59,4 ± 22,5 масса%, 12 N = 67,9 ± 3,3 масса%), ал бақылау суспензиясында көмірсулардың ең жоғары мөлшері 4-аптада (бақылау = 59,6 ± 2,84%) болды. с/ж).CCAP 1479/1A биокомпозитіндегі көмірсулардың жалпы мазмұны 4-аптада 12S латексіндегі кейбір өзгерістермен сынақтың басынан басқа бақылау суспензиясымен салыстыруға болатын. Биокомпозит үшін ең жоғары мәндер 51,9 ± 9,6 масса% құрады. 4S үшін және 12S үшін 77,1 ± 17,0 салмақ%.
Біз биоүйлесімділік пен өнімділікті жоғалтпай, лихенді мимикалық биокомпозиттік тұжырымдаманың маңызды құрамдас бөлігі ретінде жұқа қабықшалы латексті полимерлі жабындардың құрылымдық тұтастығын жақсарту үшін дизайн мүмкіндіктерін көрсетуді мақсат еттік.Шынында да, егер жасушалардың өсуіне байланысты құрылымдық қиындықтар жойылса, біз басқа цианобактериялар мен микробалдырларды көміртекті ұстау жүйелерімен салыстыруға болатын тәжірибелік биокомпозиттерімізден айтарлықтай өнімділікті күтеміз.
Жабындар уытты емес, берік болуы керек, ұзақ мерзімді жасуша адгезиясын қолдауы керек және СО2 массасын тиімді тасымалдауға және O2 газсыздандыруға ықпал ету үшін кеуекті болуы керек.Латекс типті акрилді полимерлер оңай дайындалады және бояу, тоқыма және желім өнеркәсібінде кеңінен қолданылады30.Біз цианобактерияларды стирол/бутилакрилат бөлшектерінің және тексанолдың әртүрлі концентрацияларының белгілі бір арақатынасымен полимерленген су негізіндегі акрил латексті полимерлі эмульсиямен біріктірдік.Стирол және бутилакрилат физикалық қасиеттерді, әсіресе жабынның серпімділігі мен біріктіру тиімділігін (күшті және жоғары жабысқақ жабын үшін өте маңызды) бақылау мүмкіндігі үшін таңдалды, бұл «қатты» және «жұмсақ» бөлшектердің агрегаттарын синтездеуге мүмкіндік береді.Уыттылық деректері жоғары стиролды бар «қатты» латекстің цианобактериялардың өмір сүруіне қолайлы емес екенін көрсетеді.Бутилакрилатқа қарағанда стирол балдырларға улы болып саналады32,33.Цианобактериялар штаммдары латекске мүлдем басқаша әрекет етті және S. elongatus PCC 7942 үшін оңтайлы шыныға өту температурасы (Tg) анықталды, ал S. elongatus CCAP 1479/1A Tg-мен теріс сызықтық қатынасты көрсетті.
Кептіру температурасы үздіксіз біркелкі латексті пленканы қалыптастыру мүмкіндігіне әсер етеді.Кептіру температурасы қабыршақты қалыптастырудың минималды температурасынан (MFFT) төмен болса, полимер латекс бөлшектері толығымен біріктірілмейді, нәтижесінде тек бөлшектердің интерфейсінде адгезия болады.Алынған пленкалардың адгезиясы және механикалық беріктігі нашар және тіпті ұнтақ түрінде болуы мүмкін29.MFFT Tg-мен тығыз байланысты, оны мономер құрамы және тексанол сияқты коалесценттерді қосу арқылы басқаруға болады.Tg алынған жабынның резеңке немесе шыны тәрізді күйде болуы мүмкін көптеген физикалық қасиеттерін анықтайды34.Флори-Фокс теңдеуі35 бойынша Tg мономер түріне және салыстырмалы пайыздық құрамға тәуелді.Коалесцентті қосу төменгі температурада пленка түзуге мүмкіндік беретін латекс бөлшектерінің Tg мезгіл-мезгіл басылуы арқылы MFFT-ны төмендетуі мүмкін, бірақ бәрібір қатты және күшті жабын құрайды, өйткені коалесцент уақыт өте баяу буланады немесе экстракцияланған 36 .
Тексанол концентрациясының жоғарылауы кептіру кезінде бөлшектердің сіңірілуіне байланысты полимер бөлшектерін жұмсарту (Tg азайту) арқылы пленка түзілуіне ықпал етеді, осылайша жабысатын қабықшаның беріктігін және жасуша адгезиясын арттырады.Биокомпозит қоршаған орта температурасында (~18–20°C) кептірілетіндіктен, «қатты» латекстің Tg (30-55°C) кептіру температурасынан жоғары, яғни бөлшектердің бірігуі оңтайлы болмауы мүмкін, нәтижесінде Шыны тәрізді болып қалатын, механикалық және адгезиялық қасиеттері нашар, серпімділік пен диффузиялық30 шектелген B қабықшалары, сайып келгенде, жасушаның үлкен жоғалуына әкеледі.«Қалыпты» және «жұмсақ» полимерлерден пленка түзілуі полимерлі қабықшаның Tg деңгейінде немесе одан төмен болады, ал қабықша түзілуі жақсартылған коалесценция арқылы жақсарады, нәтижесінде механикалық, жабысқақ және адгезиялық қасиеттері жақсартылған үздіксіз полимерлі пленкалар пайда болады.Алынған пленка CO2 түсіру эксперименттері кезінде резеңке күйінде қалады, себебі оның Tg (қалыпты» қоспасы: 12 - 20 ºC) немесе қоршаған орта температурасына 30 әлдеқайда төмен («жұмсақ» қоспасы: -21 және -13 °C ) .«Қатты» латекс (3,4 – 2,9 кгс мм–1) «қалыпты» латекстен (1,0 – 0,9 кгс мм–1) үш есе қаттырақ.«Жұмсақ» латекстердің қаттылығын олардың бөлме температурасында шамадан тыс резеңкелігі мен жабысқақтығына байланысты микроқаттылықпен өлшеу мүмкін емес.Беттік заряд сонымен қатар адгезияның жақындығына әсер етуі мүмкін, бірақ маңызды ақпаратты қамтамасыз ету үшін көбірек деректер қажет.Дегенмен, барлық латекстер жасушаларды тиімді ұстап, 1% -дан азын шығарды.
Фотосинтездің өнімділігі уақыт өткен сайын төмендейді.Полистиролдың әсері мембрананың бұзылуына және тотығу стрессіне әкеледі38,39,40,41.0S және 4S әсеріне ұшыраған S. elongatus CCAP 1479/1A Fv/Fm мәндері суспензия бақылауымен салыстырғанда екі есе дерлік жоғары болды, бұл 4S биокомпозитінің СО2 сіңіру жылдамдығына, сондай-ақ төменгі орташа PS мәндері.құндылықтар.Жоғары Fv/Fm мәндері электронның PSII-ге тасымалдануы көбірек фотонды42 жеткізуі мүмкін екенін көрсетеді, бұл CO2 фиксация жылдамдығының жоғарылауына әкелуі мүмкін.Дегенмен, фотофизиологиялық деректер сулы латекс ерітінділерінде суспензияланған жасушалардан алынғанын және олардың жетілген биокомпозиттермен тікелей салыстыруға келмейтінін ескеру қажет.
Егер латекс жарық пен/немесе газ алмасуға кедергі жасап, нәтижесінде жарық пен CO2 шектелсе, ол жасушалық стрессті тудыруы және өнімділікті төмендетуі мүмкін, ал егер ол O2 бөлінуіне әсер етсе, фототыныс алу39.Бекітілген жабындардың жарық өткізгіштігі бағаланды: «қатты» латекс 440 және 480 нм аралығындағы жарық өткізгіштігінің аздап төмендеуін көрсетті (жақсартылған пленка біріктірілуіне байланысты тексанол концентрациясын арттыру арқылы ішінара жақсарды), ал «жұмсақ» және «тұрақты» ” латекс жарық өткізгіштігінің шамалы төмендеуін көрсетті.айтарлықтай жоғалтуды көрсетпейді.Талдаулар, сондай-ақ барлық инкубациялар төмен жарық қарқындылығында (30,5 мкмоль м-2 с-1) орындалды, сондықтан полимер матрицасына байланысты кез келген фотосинтетикалық белсенді сәулелену өтеледі және тіпті фотоингибирлеудің алдын алуда пайдалы болуы мүмкін.жарық интенсивтілігін зақымдау кезінде.
Биокомпозит CCAP 1479/1A сынақтың 84 күні ішінде қоректік заттардың айналымынсыз немесе биомассаның айтарлықтай жоғалуынсыз жұмыс істеді, бұл зерттеудің негізгі мақсаты болып табылады.Жасушаның пигментациясы ұзақ мерзімді өмір сүруге (тыныштық күйіне) жету үшін азоттық аштыққа жауап ретінде хлороз процесімен байланысты болуы мүмкін, бұл азоттың жеткілікті жинақталуына қол жеткізілгеннен кейін жасушалардың өсуін қалпына келтіруге көмектесуі мүмкін.SEM суреттері жасушалардың бөлінуіне қарамастан жабын ішінде қалғанын растады, бұл «жұмсақ» латекстің икемділігін көрсетті және осылайша эксперименттік нұсқадан айқын артықшылықты көрсетті.«Жұмсақ» латекстің құрамында шамамен 70% бутилакрилат (салмағы бойынша) бар, бұл кептіруден кейін икемді жабын үшін көрсетілген концентрациядан әлдеқайда жоғары44.
CO2-нің таза сіңірілуі бақылау суспензиясынан айтарлықтай жоғары болды (S. elongatus CCAP 1479/1A және PCC 7942 үшін тиісінше 14–20 және 3–8 есе жоғары).Бұрын біз CO2 массасының жоғары сіңуінің негізгі драйвері биокомпозиттің бетіндегі CO2 концентрациясының күрт градиенті екенін көрсету үшін31 және биокомпозит өнімділігі масса алмасуға төзімділікпен шектелуі мүмкін екенін көрсету үшін CO2 массасын тасымалдау моделін қолдандық.Қаптаманың кеуектілігі мен өткізгіштігін жоғарылату үшін латекске улы емес, қабық түзбейтін ингредиенттерді қосу арқылы бұл мәселені шешуге болады26, бірақ жасушаның сақталуына қауіп төнуі мүмкін, өйткені бұл стратегия сөзсіз қабықтың әлсіреуіне әкеледі20.Кеуектілікті жоғарылату үшін полимерлеу кезінде химиялық құрамды өзгертуге болады, бұл әсіресе өнеркәсіптік өндіріс және масштабтау тұрғысынан ең жақсы нұсқа болып табылады45.
Микробалдырлар мен цианобактериялардан алынған биокомпозиттерді қолданатын соңғы зерттеулермен салыстырғанда жаңа биокомпозиттің өнімділігі жасушаларды жүктеу жылдамдығын реттеуде артықшылықтарды көрсетті (1-кесте)21,46 және ұзақ талдау уақыттары (15 сағатқа қарсы 84 күн46 және 3 апта21).
Жасушалардағы көмірсулардың көлемдік мазмұны цианобактерияларды қолданатын басқа зерттеулермен жақсы салыстырылады47,48,49,50 және көміртекті ұстау және кәдеге жарату/қалпына келтіру қолданбалары үшін, мысалы, BECCS ферменттеу процестері49,51 немесе биологиялық ыдырайтын заттарды өндіру үшін әлеуетті критерий ретінде пайдаланылады. биопластика52.Осы зерттеудің негіздемесі ретінде біз орман өсіру, тіпті BECCS теріс шығарындылары тұжырымдамасында қарастырылған, климаттың өзгеруіне қарсы панацея емес және әлемдегі егістік алқаптарының алаңдатарлық үлесін тұтынады деп есептейміз6.Ойлау эксперименті ретінде жаһандық температураның 1,5°C53 (жылына шамамен 8-12 GtCO2) көтерілуін шектеу үшін 2100 жылға қарай атмосферадан 640 және 950 GtCO2 шығару қажет деп есептелді.Бұған жақсырақ жұмыс істейтін биокомпозитпен (жылына 574,08 ± 30,19 т CO2 t-1 биомассасы-1) қол жеткізу үшін көлемді 5,5 × 1010-дан 8,2 × 1010 м3-ге дейін (салыстырмалы фотосинтетикалық тиімділікпен), 1926 миллиардтан 2 литрге дейін кеңейту қажет болады. полимер.1 м3 биокомпозиттер 1 м2 жерді алып жатыр деп есептесек, мақсатты жылдық жалпы СО2-ны сіңіру үшін қажетті аумақ 5,5 пен 8,17 миллион гектар арасында болады, бұл 0,18-0,27% -ға балама, жерлердің тіршілігіне жарамды. тропиктер, және жер көлемін азайтады.BECCS қажеттілігі 98-99%.Айта кету керек, теориялық түсіру коэффициенті төмен жарықта жазылған СО2 жұтуына негізделген.Биокомпозитке неғұрлым қарқынды табиғи жарық түскенде, CO2 сіңіру жылдамдығы артады, бұл жерге қойылатын талаптарды одан әрі төмендетеді және таразыларды биокомпозиттік тұжырымдамаға қарай бұрады.Дегенмен, артқы жарықтың тұрақты қарқындылығы мен ұзақтығы үшін іске асыру экваторда болуы керек.
СО2 тыңайтқышының жаһандық әсері, яғни СО2 қолжетімділігінің артуына байланысты өсімдік өнімділігінің артуы, топырақтың негізгі қоректік элементтерінің (N және P) және су ресурстарының өзгеруіне байланысты болуы мүмкін7 жер учаскелерінің көпшілігінде төмендеді.Бұл ауадағы СО2 концентрациясының жоғарылауына қарамастан, жердегі фотосинтез СО2 сіңірілуінің артуына әкелмеуі мүмкін дегенді білдіреді.Бұл тұрғыда, BECCS сияқты жердегі климаттың өзгеруін азайту стратегияларының табысқа жету ықтималдығы одан да төмен.Егер бұл жаһандық құбылыс расталса, біздің қыналармен рухтандырылған биокомпозит бір жасушалы су фотосинтетикалық микробтарды «жер агенттеріне» айналдыратын негізгі актив бола алады.Жер бетіндегі өсімдіктердің көпшілігі СО2-ні C3 фотосинтезі арқылы бекітеді, ал C4 өсімдіктері жылырақ, құрғақ мекендеу орындарына қолайлы және CO254 парциалды қысымы жоғары болған кезде тиімдірек.Цианобактериялар C3 зауыттарында көмірқышқыл газының төмендеуіне қатысты алаңдатарлық болжамдардың орнын толтыра алатын балама ұсынады.Цианобактериялар көміртекті байытудың тиімді механизмін жасау арқылы фотореспираторлық шектеулерді еңсерді, онда CO2 жоғары парциалды қысымдары айналадағы карбоксисомалар ішінде рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCo) арқылы ұсынылады және сақталады.Егер цианобактериялық биокомпозиттер өндірісін ұлғайту мүмкін болса, бұл климаттың өзгеруіне қарсы күресте адамзат үшін маңызды қаруға айналуы мүмкін.
Биокомпозиттер (лихен имимиктері) кәдімгі микробалдырлар мен цианобактериялар суспензия дақылдарына қарағанда айқын артықшылықтар береді, СО2 жоғары сіңіру жылдамдығын қамтамасыз етеді, ластану қаупін азайтады және СО2 бәсекелестігін болдырмауға мүмкіндік береді.Шығындар жерді, суды және қоректік заттарды пайдалануды айтарлықтай төмендетеді56.Бұл зерттеу өнімділігі жоғары биоүйлесімді латексті әзірлеудің және өндірудің орындылығын көрсетеді, ол кандидат субстрат ретінде люфа губкасымен үйлескенде, жасушалардың жоғалуын минимумға дейін сақтай отырып, операцияның айларында тиімді және тиімді CO2 сіңірілуін қамтамасыз етеді.Биокомпозиттер теориялық тұрғыда жылына шамамен 570 т CO2 t-1 биомассасын жинай алады және климаттың өзгеруіне жауап ретінде BECCS орман өсіру стратегияларынан маңыздырақ болуы мүмкін.Полимер құрамын одан әрі оңтайландыру, жоғары жарық қарқындылығында сынау және күрделі метаболикалық инженериямен үйлескенде табиғаттың бастапқы биогеинженерлері тағы да көмекке келе алады.
Акрил латексті полимерлер стирол мономерлері, бутилакрилат және акрил қышқылының қоспасы арқылы дайындалды және рН 0,1 М натрий гидроксидімен 7-ге дейін реттелді (2-кесте).Полимер тізбегінің негізгі бөлігін стирол мен бутилакрилат құрайды, ал акрил қышқылы суспензияда латекс бөлшектерін сақтауға көмектеседі57.Латекстің құрылымдық қасиеттері сәйкесінше «қатты» және «жұмсақ» қасиеттерді қамтамасыз ететін стирол мен бутилакрилаттың қатынасын өзгерту арқылы басқарылатын шыны ауысу температурасымен (Tg) анықталады58.Әдеттегі акрил латексті полимер 50:50 стирол: бутилакрилат 30 болып табылады, сондықтан осы зерттеуде осы қатынасы бар латекс «қалыпты» латекс деп аталды, ал стирол мөлшері жоғары латекс төменгі стирол мазмұны бар латекс деп аталды. .«жұмсақ» «қатты» деп аталады.
30 мономер тамшысын тұрақтандыру үшін тазартылған суды (174 г), натрий бикарбонатын (0,5 г) және Rhodapex Ab/20 беттік белсенді затын (30,92 г) (Солвай) пайдаланып, бастапқы эмульсия дайындалды.Шприцті сорғышы бар шыны шприцті (Science Glass Engineering) пайдаланып, 2-кестеде көрсетілген стирол, бутилакрилат және акрил қышқылы бар қайталама аликвотты 4 сағат ішінде бастапқы эмульсияға 100 мл сағ-1 жылдамдықпен тамшылатып қосты (Коул - Палмер, Вернон тауы, Иллинойс).dHO және аммоний персульфаты (100 мл, 3% масса) пайдаланып, полимерлеу инициаторы 59 ерітіндісін дайындаңыз.
Құрамында dHO (206 г), натрий бикарбонаты (1 г) және Rhodapex Ab/20 (4,42 г) бар ерітіндіні тот баспайтын болаттан жасалған бұрандамен үстеме араластырғышты (Heidolph Hei-TORQUE мәні 100) пайдаланып араластырыңыз және 82°C температураға дейін қыздырыңыз. VWR Scientific 1137P қыздырылған су моншасындағы су қаптамасы бар ыдыс.Мономердің (28,21 г) және инициатордың (20,60 г) салмағы аз ерітіндісі қапталған ыдысқа тамшылатып қосылды және 20 минут бойы араластырылды.Бөлшектерді суспензияда ұстау үшін қалған мономерді (150 мл сағ-1) және инициаторды (27 мл сағ-1) мұқият араластырыңыз, олар контейнерде сәйкесінше 10 мл шприцтерді және 100 мл су қаптамасына қосылғанша 5 сағат ішінде. .шприцті сорғышпен толтырылады.Араластырғыштың жылдамдығы суспензияның сақталуын қамтамасыз ету үшін суспензия көлемінің ұлғаюына байланысты арттырылды.Бастамашы мен эмульсияны қосқаннан кейін реакция температурасы 85°С-қа дейін көтерілді, 450 айн/мин 30 минут бойы жақсылап араластырылды, содан кейін 65°С дейін салқындатылды.Салқындағаннан кейін латекске екі ығыстыру ерітіндісі қосылды: терт-бутил гидропероксиді (t-BHP) (суда 70%) (5 г, 14% масса) және изоаскорбин қышқылы (5 г, масса бойынша 10%)..t-BHP тамшылап қосып, 20 минутқа қалдырыңыз.Содан кейін шприцті сорғыны пайдаланып 10 мл шприцтен 4 мл/сағ жылдамдықпен эриторбин қышқылы қосылды.Содан кейін латекс ерітіндісі бөлме температурасына дейін салқындатылды және 0,1М натрий гидроксидімен рН 7-ге дейін реттеледі.
2,2,4-Триметил-1,3-пентандиол моноизобутират (тексанол) – латекс бояуларына арналған уыттылығы төмен биоыдырайтын коалесцент 37,60 – шприц пен сорғымен үш көлемде қосылды (0, 4, 12% к/т) кептіру кезінде қабықтың түзілуін жеңілдету үшін латекс қоспасы үшін біріктіруші агент ретінде37.Латекс қатты заттардың пайызы алдын ала өлшенген алюминий фольга қақпақтарына әрбір полимердің 100 мкл салу және 24 сағат бойы 100°C пеште кептіру арқылы анықталды.
Жарықтың өтуі үшін әрбір латекс қоспасы 100 мкм үлдір алу үшін калибрленген баспайтын болаттан жасалған тамшы текшесін пайдаланып микроскоптың слайдына қолданылды және 20°C температурада 48 сағат бойы кептірілді.Жарықтың өтуі (фотосинтетикалық белсенді сәулеленуге бағытталған, λ 400–700 нм) 30 Вт флуоресцентті лампадан 35 см қашықтықта сенсоры бар ILT950 SpectriLight спектррадиометрінде өлшенді (Sylvania Luxline Plus, n = 6) – мұнда жарық көзі цианобактериялар мен ағзалар болды Композиттік материалдар сақталған.SpectrILight III бағдарламалық құралының 3.5 нұсқасы λ 400–700 nm61 диапазонында жарықтандыру мен беруді жазу үшін пайдаланылды.Барлық үлгілер сенсордың үстіне қойылды, ал қапталмаған шыны слайдтар басқару элементтері ретінде пайдаланылды.
Латекс үлгілері силикон пісіру табағына қосылды және қаттылыққа сыналғанға дейін 24 сағат кептіруге рұқсат етілді.Кептірілген латекс үлгісін x10 микроскопының астындағы болат қалпақшаға салыңыз.Фокустаудан кейін үлгілер Buehler Micromet II микроқаттылық сынағышында бағаланды.Үлгіге 100-ден 200 граммға дейінгі күш әсер етті және үлгіде алмас ойығын жасау үшін жүктеу уақыты 7 секундқа орнатылды.Басып шығару қосымша пішінді өлшеу бағдарламалық құралы бар Bruker Alicona × 10 микроскоп объектісі арқылы талданды.Әрбір латекстің қаттылығын есептеу үшін Виккерс қаттылық формуласы (1-теңдеу) пайдаланылды, мұнда HV - Виккерс саны, F - қолданылатын күш және d - латекстің биіктігі мен енінен есептелген шегініс диагональдарының орташа мәні.шегініс мәні.«Жұмсақ» латексті шегініс сынағы кезінде адгезия мен созылу себебінен өлшеу мүмкін емес.
Латекс құрамының шыны ауысу температурасын (Tg) анықтау үшін полимер үлгілері силикагельді ыдыстарға салынып, 24 сағат бойы кептіріліп, салмағы 0,005 г дейін өлшеніп, үлгі ыдыстарға салынды.Ыдыс қақпақпен жабылып, дифференциалды сканерлеу колориметріне (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris деректерді талдау бағдарламалық құралы) орналастырылды62.Жылу ағыны әдісі температураны өлшеу үшін кірістірілген температура зонды бар бір пешке анықтамалық шыныаяқтар мен үлгі шыныаяқтарын орналастыру үшін қолданылады.Біркелкі қисық жасау үшін барлығы екі пандус пайдаланылды.Үлгі әдісі минутына 20°C жылдамдықпен -20°C-тан 180°C-қа дейін бірнеше рет көтерілді.Әрбір басталу және аяқталу нүктесі температураның артта қалуын есепке алу үшін 1 минут сақталады.
Биокомпозиттің СО2 сіңіру қабілетін бағалау үшін үлгілер біздің алдыңғы зерттеуіміздегідей дайындалып, сынақтан өтті31.Кептірілген және автоклавталған шүберек шамамен 1 × 1 × 5 см жолақтарға кесіліп, өлшенген.Әрбір цианобактерия штаммының ең тиімді екі биожабынының 600 мкл-н әрбір люфа жолағының бір ұшына шамамен 1 × 1 × 3 см жабыңыз және қараңғы жерде 20°C температурада 24 сағат бойы құрғатыңыз.Тұқымның макрокеуекті құрылымына байланысты формуланың бір бөлігі ысырап болды, сондықтан ұяшықты жүктеу тиімділігі 100% болмады.Бұл мәселені шешу үшін құрғақ препараттың люфадағы салмағы анықталды және эталондық құрғақ препаратқа нормаланды.Латекс, стерильді қоректік ортадан тұратын абиотикалық бақылаулар ұқсас жолмен дайындалған.
Жартылай сериялы СО2 жұту сынамасын орындау үшін биокомпозитті (n = 3) 50 мл шыны түтікке биокомпозиттің бір ұшы (биологиялық жабынсыз) 5 мл өсу ортасымен байланыста болатындай етіп, қоректік заттың капиллярлық әсермен тасымалданады..Бөтелке диаметрі 20 мм бутил резеңке тығынмен жабылған және күмістей алюминий қақпақпен бүктеледі.Тығыздағаннан кейін газ өткізбейтін шприцке бекітілген стерильді инемен 45 мл 5% CO2/ауаға енгізіңіз.Бақылау суспензиясының жасуша тығыздығы (n = 3) қоректік ортадағы биокомпозиттің жасушалық жүктемесіне баламалы болды.Сынақтар 18 ± 2 °C температурада 16:8 фотопериодпен және 30,5 мкмоль м-2 с-1 фотопериодпен жүргізілді.Бас кеңістігі екі күн сайын газ өткізбейтін шприцпен алынып тасталды және сіңірілген СО2 пайызын анықтау үшін инфрақызыл сіңіру GEOTech G100 бар CO2 өлшегішімен талданады.CO2 газ қоспасының бірдей көлемін қосыңыз.
% CO2 Fix келесідей есептеледі: % CO2 Fix = 5% (көлем/көлем) – %CO2 (2 теңдеу) жазыңыз, мұнда P = қысым, V = көлем, T = температура және R = идеалды газ тұрақтысы.
Цианобактериялар мен биокомпозиттердің бақылау суспензиялары үшін хабарланған CO2 жұту жылдамдығы биологиялық емес бақылауларға қалыпқа келтірілді.g биомассаның функционалдық бірлігі – жуғышта қозғалмайтын құрғақ биомасса мөлшері.Ол жасуша фиксациясы алдында және кейін люфа үлгілерін өлшеу арқылы анықталады.Құрғатуға дейін және кептіруден кейін препараттарды жеке өлшеу және жасушалық препараттың тығыздығын есептеу арқылы жасушалық жүктеме массасын (биомасса эквивалентін) есепке алу (3-теңдеу).Бекіту кезінде жасуша препараттары біртекті болып есептеледі.
Статистикалық талдау үшін Minitab 18 және RealStatistics қондырмасы бар Microsoft Excel пайдаланылды.Қалыптылық Андерсон-Дарлинг сынағы арқылы тексерілді, ал дисперсиялар теңдігі Левен сынағы арқылы тексерілді.Осы болжамдарды қанағаттандыратын деректер екі жақты дисперсияны талдау (ANOVA) арқылы Tukey сынағы арқылы кейінгі талдау ретінде талданды.Қалыптылық және тең дисперсия болжамдарына сәйкес келмейтін екі жақты деректер Ширер-Рэй-Хара сынағы, содан кейін емдеу арасындағы маңыздылықты анықтау үшін Манн-Уитни U-тесті арқылы талданды.Жалпы сызықтық аралас (GLM) модельдер үш факторы бар қалыпты емес деректер үшін пайдаланылды, мұнда деректер Джонсон түрлендіруі арқылы түрленді63.Пирсон өнімдерінің моменттік корреляциялары тексанол концентрациясы, шыныға өту температурасы және латекстің уыттылығы мен адгезия деректері арасындағы байланысты бағалау үшін орындалды.
Жіберу уақыты: 05 қаңтар 2023 ж