Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Акрамя таго, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
Адлюстроўвае карусель з трох слайдаў адначасова.Выкарыстоўвайце кнопкі «Папярэдні» і «Наступны», каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова, або выкарыстоўвайце кнопкі паўзунка ў канцы, каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова.
Улоўліванне і захоўванне вугляроду мае важнае значэнне для дасягнення мэт Парыжскага пагаднення.Фотасінтэз - гэта прыродная тэхналогія ўлоўлівання вугляроду.Натхняючыся лішайнікамі, мы распрацавалі трохмерны фотасінтэтычны біякампазіт цыянабактэрый (г.зн. імітуе лішайнік), выкарыстоўваючы акрылавы латексны палімер, нанесены на губку з люфы.Хуткасць паглынання CO2 біякампазітам склала 1,57 ± 0,08 г CO2 г-1 біямасы d-1.Хуткасць паглынання заснавана на сухой біямасе ў пачатку эксперыменту і ўключае CO2, які выкарыстоўваецца для вырошчвання новай біямасы, а таксама CO2, які змяшчаецца ў складскіх злучэннях, такіх як вугляводы.Гэтыя каэфіцыенты паглынання былі ў 14-20 разоў вышэйшыя, чым меры кантролю над жыжкай, і патэнцыйна маглі быць павялічаны да ўлоўлівання 570 т CO2 т-1 біямасы ў год-1, што эквівалентна 5,5-8,17 × 106 гектараў землекарыстання, выдаляючы 8-12 ГтCO2 CO2 у год.Наадварот, лясная біяэнергія з улоўліваннем і захоўваннем вугляроду складае 0,4–1,2 × 109 га.Біякампазіт заставаўся функцыянальным на працягу 12 тыдняў без дадатковых пажыўных рэчываў і вады, пасля чаго эксперымент быў спынены.У рамках шматграннай тэхналагічнай пазіцыі чалавецтва па барацьбе са змяненнем клімату сканструяваныя і аптымізаваныя біякампазіты цыянабактэрый маюць патэнцыял для ўстойлівага і маштабаванага разгортвання для павелічэння выдалення CO2 пры адначасовым скарачэнні страт вады, пажыўных рэчываў і землекарыстання.
Змены клімату ўяўляюць рэальную пагрозу глабальнай біяразнастайнасці, стабільнасці экасістэм і людзям.Каб змякчыць найгоршыя наступствы, неабходныя скаардынаваныя і шырокамаштабныя праграмы абязуглерожвання, і, вядома, патрабуецца нейкая форма прамога выдалення парніковых газаў з атмасферы.Нягледзячы на станоўчую дэкарбанізацыю выпрацоўкі электраэнергіі2,3, у цяперашні час няма эканамічна ўстойлівых тэхналагічных рашэнняў для скарачэння выкідаў вуглякіслага газу (CO2)4 у атмасферы, хоць улоўліванне дымавых газаў прагрэсуе5.Замест маштабаваных і практычных інжынерных рашэнняў людзі павінны звярнуцца да інжынераў-прыродазнаўцаў для ўлоўлівання вугляроду - фотасінтэзуючых арганізмаў (фотатрофных арганізмаў).Фотасінтэз - гэта прыродная тэхналогія паглынання вугляроду, але яго здольнасць звярнуць назад антрапагеннае ўзбагачэнне вугляроду ў значных часавых маштабах сумніўная, ферменты неэфектыўныя, і яго здольнасць разгортвацца ў адпаведных маштабах сумніўная.Патэнцыйным спосабам фотатрафіі з'яўляецца лесапасадка, якая высякае дрэвы для атрымання біяэнергіі з улоўліваннем і захоўваннем вугляроду (BECCS) у якасці тэхналогіі адмоўных выкідаў, якая можа дапамагчы паменшыць чыстыя выкіды CO21.Аднак для дасягнення тэмпературнага паказчыка Парыжскага пагаднення ў 1,5°C з выкарыстаннем BECCS у якасці асноўнага метаду спатрэбіцца ад 0,4 да 1,2 × 109 га, што эквівалентна 25–75% сучасных сусветных ворных зямель6.Акрамя таго, нявызначанасць, звязаная з глабальнымі наступствамі ўгнаення CO2, ставіць пад сумнеў патэнцыйную агульную эфектыўнасць лясных плантацый7.Калі мы хочам дасягнуць тэмпературных паказчыкаў, устаноўленых Парыжскім пагадненнем, кожны год з атмасферы павінна выдаляцца 100 секунд ГтCO2 парніковых газаў (GGR).Дэпартамент даследаванняў і інавацый Вялікабрытаніі нядаўна абвясціў аб фінансаванні пяці праектаў GGR8, уключаючы кіраванне тарфянікамі, паляпшэнне выветрывання горных парод, пасадку дрэў, вырошчванне біявугалю і шматгадовых культур для забеспячэння працэсу BECCS.Кошт выдалення з атмасферы больш за 130 МтCO2 у год складае 10-100 $/тCO2, 0,2-8,1 МтCO2 у год пры аднаўленні тарфянікаў, 52-480 $/тCO2 і 12-27 МтCO2 у год пры выветрыванні горных парод. , 0,4-30 USD/год.т CO2, 3,6 Мт CO2/год, павелічэнне лясной плошчы на 1%, 0,4-30 долараў ЗША/т CO2, 6-41 Мт CO2/год, біявугаль, 140-270 долараў ЗША/т CO2, 20–70 Мт CO2 у год для бесперапынных культур з выкарыстаннем BECCS9.
Спалучэнне гэтых падыходаў патэнцыйна можа дасягнуць мэты ў 130 Мт CO2 у год, але выдаткі на выветрыванне горных парод і BECCS высокія, а біявугаль, хоць і адносна танны і не звязаны з землекарыстаннем, патрабуе сыравіны для працэсу вытворчасці біявугля.прапануе гэтую распрацоўку і колькасць для разгортвання іншых тэхналогій GGR.
Замест таго, каб шукаць рашэнні на сушы, шукайце ваду, асабліва аднаклетачныя фотатрофы, такія як мікраводарасці і цыянабактэрыі10.Багавінне (уключаючы цыянабактэрыі) захоплівае прыкладна 50% сусветнага вуглякіслага газу, хоць на іх долю прыпадае толькі 1% сусветнай біямасы11.Цыянабактэрыі з'яўляюцца арыгінальнымі біягеаінжынерамі прыроды, якія закладваюць аснову рэспіраторнага метабалізму і эвалюцыі шматклеткавага жыцця праз кіслародны фотасінтэз12.Ідэя выкарыстання цыянабактэрый для захопу вугляроду не новая, але інавацыйныя метады фізічнага размяшчэння адкрываюць новыя гарызонты для гэтых старажытных арганізмаў.
Адкрытыя сажалкі і фотабіярэактары з'яўляюцца асноўнымі сродкамі пры выкарыстанні мікраводарасцей і цыянабактэрый у прамысловых мэтах.У гэтых культуральных сістэмах выкарыстоўваецца суспензійная культура, у якой клеткі свабодна плаваюць у асяроддзі росту14;аднак сажалкі і фотабіярэактары маюць шмат недахопаў, такіх як дрэнны масаперанос CO2, інтэнсіўнае выкарыстанне зямлі і вады, схільнасць да біяабрастання і высокія выдаткі на будаўніцтва і эксплуатацыю15,16.Біярэактары з біяплёнкамі, якія не выкарыстоўваюць суспензійныя культуры, больш эканамічныя з пункту гледжання вады і прасторы, але падвяргаюцца рызыцы пашкоджання пры высыханні, схільныя да адрыву біяплёнкі (і, такім чынам, да страты актыўнай біямасы), і ў роўнай ступені схільныя да біяабрастання17.
Неабходныя новыя падыходы для павелічэння хуткасці паглынання CO2 і вырашэння праблем, якія абмяжоўваюць рэактары для суспензіі і біяплёнкі.Адным з такіх падыходаў з'яўляюцца фотасінтэтычныя біякампазіты, натхнёныя лішайнікамі.Лішайнікі ўяўляюць сабой комплекс грыбоў і фотабіёнтаў (мікраводарасцей і/ці цыянабактэрый), якія займаюць прыкладна 12 % сушы Зямлі18.Грыбы забяспечваюць фізічную падтрымку, абарону і замацаванне фотабіятычнага субстрата, які, у сваю чаргу, забяспечвае грыбы вугляродам (у выглядзе лішку прадуктаў фотасінтэзу).Прапанаваны биокомпозит ўяўляе сабой «лихеномиметик», у якім канцэнтраваная папуляцыя цианобактерий иммобилизована ў выглядзе тонкага биопокрытия на падкладцы-носьбіце.Акрамя клетак биопокрытие змяшчае палімерную матрыцу, здольнай замяніць грыбок.Палімерныя эмульсіі або «латэксы» на воднай аснове аддаюць перавагу таму, што яны біясумяшчальныя, трывалыя, недарагія, простыя ў звароце і камерцыйна даступныя19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
На фіксацыю клетак латексными палімерамі вялікі ўплыў аказвае склад латекса і працэс адукацыі плёнкі.Эмульсійная палімерызацыя - гэта гетэрагенны працэс, які выкарыстоўваецца для вытворчасці сінтэтычнага каўчуку, клеевых пакрыццяў, герметыкаў, бетонных дабавак, папяровых і тэкстыльных пакрыццяў і латексных фарбаў27.Ён мае шэраг пераваг перад іншымі метадамі полімерызацыі, такія як высокая хуткасць рэакцыі і эфектыўнасць пераўтварэння манамера, а таксама прастата кантролю прадукту27,28.Выбар манамераў залежыць ад жаданых уласцівасцей атрыманай палімернай плёнкі, а для змешаных манамерных сістэм (г.зн. супалімерызацыі) уласцівасці палімера можна змяніць шляхам выбару розных суадносін манамераў, якія ўтвараюць выніковы палімерны матэрыял.Бутылакрылат і стырол з'яўляюцца аднымі з найбольш распаўсюджаных акрылавых латексных мономеров і выкарыстоўваюцца тут.Акрамя таго, коалесцирующие агенты (напрыклад, Texanol) часта выкарыстоўваюцца для садзейнічання адукацыі раўнамернай плёнкі, калі яны могуць змяняць уласцівасці палімернага латекса для атрымання трывалага і «бесперапыннага» (коалесцирующего) пакрыцця.У нашым першапачатковым даследаванні па пацверджанні канцэпцыі трохмерны біякампазіт з высокай плошчай паверхні і высокай сітаватасцю быў выраблены з выкарыстаннем камерцыйнай латекснай фарбы, нанесенай на губку з люфы.Пасля працяглых і бесперапынных маніпуляцый (восем тыдняў) біякампазіт паказаў абмежаваную здольнасць утрымліваць цыянабактэрыі на каркасе з люфы, таму што рост клетак аслабляў структурную цэласнасць латекса.У цяперашнім даследаванні мы імкнуліся распрацаваць серыю акрылавых латексных палімераў вядомай хіміі для бесперапыннага выкарыстання ў праграмах улоўлівання вугляроду без шкоды для дэградацыі палімера.Робячы гэта, мы прадэманстравалі здольнасць ствараць падобныя на лішайнікі палімерныя матрычныя элементы, якія забяспечваюць палепшаныя біялагічныя характарыстыкі і значна павышаную механічную эластычнасць у параўнанні з праверанымі біякампазітамі.Далейшая аптымізацыя паскорыць паглынанне біякампазітаў для ўлоўлівання вугляроду, асабліва ў спалучэнні з цыянабактэрыямі, метабалічна мадыфікаванымі для павышэння секвестрацыі CO2.
Дзевяць латексаў з трыма палімернымі складамі (H = «цвёрды», N = «нармальны», S = «мяккі») і тры тыпы Texanol (0, 4, 12% аб./аб.) былі пратэставаны на таксічнасць і карэляцыю дэфармацыі.Клейкі.з дзвюх цыянабактэрый.Тып латекса істотна паўплываў на S. elongatus PCC 7942 (тэст Шырэра-Рэй-Хэра, латекс: DF=2, H=23,157, P=<0,001) і CCAP 1479/1A (двухбаковы ANOVA, латекс: DF=2, F = 103,93, P = <0,001) (мал. 1а).Канцэнтрацыя тэксанолу істотна не ўплывала на рост S. elongatus PCC 7942, толькі N-латекс быў нетоксичным (мал. 1а), а 0 N і 4 N падтрымлівалі рост адпаведна на 26% і 35% (Mann- Whitney U, 0 N супраць 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N у параўнанні з кантролем: W = 25,0, P = 0,061; 4 N у параўнанні з кантролем: W = 25,0, P = 0,061) і 12 N захавалі супастаўны рост да біялагічнага кантролю (Універсітэт Мана-Уітні, 12 N супраць кантролю: W = 17,0, P = 0,885).Для S. elongatus CCAP 1479/1A як сумесь латекса, так і канцэнтрацыя тэксанолу былі важнымі фактарамі, і назіралася значнае ўзаемадзеянне паміж імі (двухбаковы ANOVA, латекс: DF=2, F=103,93, P=<0,001, тэксанол : DF=2, F=5,96, P=0,01, латекс*тэксанол: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N і ўсе «мяккія» латексы спрыялі росту (мал. 1а).Назіраецца тэндэнцыя да паляпшэння росту пры памяншэнні складу стыролу.
Выпрабаванне таксічнасці і адгезіі цыянабактэрый (Synechococcus elongatus PCC 7942 і CCAP 1479/1A) да латексных складаў, сувязь з тэмпературай стеклования (Tg) і матрыца прыняцця рашэнняў на аснове даных аб таксічнасці і адгезіі.(a) Выпрабаванне на таксічнасць праводзілася з выкарыстаннем асобных графікаў працэнтнага росту цыянабактэрый, нармалізаваных для кантрольных суспензійных культур.Метады лячэння, пазначаныя *, значна адрозніваюцца ад кантрольных.(b) Дадзеныя аб росце цыянабактэрый у параўнанні з Tg латексам (сярэдняе ± SD; n = 3).(c) Кумулятыўная колькасць цыянабактэрый, якія выдзяляюцца з тэсту на адгезію біякампазіту.(D) Дадзеныя аб адгезіі ў параўнанні з Tg латекса (сярэдняе ± StDev; n = 3).e Матрыца прыняцця рашэнняў на аснове дадзеных таксічнасці і адгезіі.Суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:3 для «цвёрдага» (H) латекса, 1:1 для «нармальнага» (N) і 3:1 для «мяккага» (S).Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.
У большасці выпадкаў жыццяздольнасць клетак зніжалася з павелічэннем канцэнтрацыі тэксанолу, але значнай карэляцыі ні для аднаго са штамаў не было (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).На мал.1б паказвае залежнасць паміж ростам клетак і тэмпературай стеклования (Tg).Існуе моцная адмоўная карэляцыя паміж канцэнтрацыяй тэксанолу і значэннямі Tg (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).Дадзеныя паказалі, што аптымальная Tg для росту S. elongatus PCC 7942 была каля 17 °C (малюнак 1b), у той час як S. elongatus CCAP 1479/1A аддавала перавагу Tg ніжэй за 0 °C (малюнак 1b).Толькі S. elongatus CCAP 1479/1A мела моцную адмоўную карэляцыю паміж Tg і дадзенымі аб таксічнасці (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Усе латексы мелі добрую адгезію, і ні адзін з іх не вызваляў больш за 1% клетак праз 72 гадзіны (мал. 1с).Не было істотнай розніцы паміж латексамі двух штамаў S. elongatus (PCC 7942: тэст Шэйрэра-Рэй-Хара, латекс*тэксанол, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Шэйрэр- Рэй тэст).– Тэст Зайца, латекс*тексанол, DF=4, H=3,277, P=0,513).Па меры павышэння канцэнтрацыі тексанола вызваляецца больш клетак (малюнак 1с).у параўнанні з S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) (малюнак 1d).Акрамя таго, не было ніякай статыстычнай сувязі паміж Tg і клеткавай адгезіяй двух штамаў (PCC 7942: DF=25, r=0,301, P=0,127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0,287, P=0,147).
Для абодвух штамаў «цвёрдыя» латексные палімеры былі неэфектыўнымі.У адрозненне ад гэтага, 4N і 12N лепш за ўсё паказалі сябе супраць S. elongatus PCC 7942, у той час як 4S і 12S лепш за ўсё паказалі сябе супраць CCAP 1479/1A (мал. 1e), хоць відавочна ёсць месца для далейшай аптымізацыі палімернай матрыцы.Гэтыя палімеры выкарыстоўваліся ў паўсерыйных тэстах на чыстае паглынанне CO2.
Фотафізіялогію кантралявалі на працягу 7 дзён з выкарыстаннем клетак, суспендированных ў воднай латексной кампазіцыі.Увогуле, як відавочная хуткасць фотасінтэзу (PS), так і максімальны квантавы выхад PSII (Fv/Fm) змяншаюцца з часам, але гэта зніжэнне нераўнамернае, і некаторыя наборы даных PS паказваюць двухфазны адказ, што сведчыць аб частковым адказе, хоць аднаўленне ў рэжыме рэальнага часу больш кароткая актыўнасць ПС (мал. 2а і 3б).Двухфазны адказ Fv/Fm быў менш выяўленым (малюнкі 2b і 3b).
(a) Відавочная хуткасць фотасінтэзу (PS) і (b) максімальны квантавы выхад PSII (Fv/Fm) Synechococcus elongatus PCC 7942 у адказ на латексныя склады ў параўнанні з кантрольнымі суспензійнымі культурамі.Суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:3 для «цвёрдага» (H) латекса, 1:1 для «нармальнага» (N) і 3:1 для «мяккага» (S).Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.(сярэдняе ± стандартнае адхіленне; n = 3).
(a) Уяўная хуткасць фотасінтэзу (PS) і (b) максімальны квантавы выхад PSII (Fv/Fm) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A ў адказ на латексныя склады ў параўнанні з кантрольнымі суспензійнымі культурамі.Суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:3 для «цвёрдага» (H) латекса, 1:1 для «нармальнага» (N) і 3:1 для «мяккага» (S).Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.(сярэдняе ± стандартнае адхіленне; n = 3).
Для S. elongatus PCC 7942 склад латекса і канцэнтрацыя тэксанолу не ўплывалі на PS з цягам часу (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), хаця склад быў важным фактарам (GLM)., латекс*час, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (мал. 2а).Не было істотнага ўплыву канцэнтрацыі Texanol з цягам часу (GLM, Texanol*час, DF=14, F=1,63, P=0,078).Было значнае ўзаемадзеянне, якое ўплывае на Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4,54, P=<0,001).Узаемадзеянне паміж складам латекса і канцэнтрацыяй тексанола аказала істотны ўплыў на Fv/Fm (GLM, латекс*тексанол, DF=4, F=180,42, P=<0,001).Кожны параметр таксама ўплывае на Fv/Fm з цягам часу (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 і Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=<0,001).Латекс 12H падтрымліваў самыя нізкія сярэднія значэнні PS і Fv/Fm (мал. 2b), што сведчыць аб тым, што гэты палімер больш таксічны.
PS S. elongatus CCAP 1479/1A значна адрозніваўся (GLM, латекс * Texanol * час, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), з латексным складам, а не канцэнтрацыяй Texanol (GLM, латекс * час, DF =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Texanol*час, DF=14, F=1,26, P=0,239).«Мяккія» палімеры 0S і 4S падтрымлівалі некалькі больш высокія ўзроўні прадукцыйнасці PS, чым кантрольныя суспензіі (Ман-Уітні U, 0S супраць кантролю, W = 686,0, P = 0,044, 4S супраць кантролю, W = 713, P = 0,01) і падтрымлівалі палепшаны Fv./Fm (мал. 3a) паказвае больш эфектыўны транспарт да Photosystem II.Для значэнняў Fv/Fm клетак CCAP 1479/1A была значная розніца ў латексе з цягам часу (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6,00, P=<0,001) (малюнак 3b).).
На мал.4 паказвае сярэдні PS і Fv/Fm за 7-дзённы перыяд у залежнасці ад росту клетак для кожнага штаму.S. elongatus PCC 7942 не меў выразнай карціны (мал. 4a і b), аднак CCAP 1479/1A паказаў парабалічную залежнасць паміж значэннямі PS (мал. 4c) і Fv/Fm (мал. 4d). суадносіны стыролу і бутилакрилата растуць са зменай.
Сувязь паміж ростам і фотафізіялогіі Synechococcus longum на латексных прэпаратах.(a) Дадзеныя аб таксічнасці, нанесеныя на графік у залежнасці ад відавочнай хуткасці фотасінтэзу (PS), (b) максімальны квантавы выхад PSII (Fv/Fm) PCC 7942. c Даныя па таксічнасці, нанесеныя на графік у залежнасці ад PS і d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:3 для «цвёрдага» (H) латекса, 1:1 для «нармальнага» (N) і 3:1 для «мяккага» (S).Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.(сярэдняе ± стандартнае адхіленне; n = 3).
Біякампазіт PCC 7942 меў абмежаваны ўплыў на ўтрыманне клетак са значным вымываннем клетак на працягу першых чатырох тыдняў (малюнак 5).Пасля пачатковай фазы паглынання CO2 клеткі, фіксаваныя 12 N латексом, пачалі вылучаць CO2, і гэтая карціна захоўвалася паміж днямі 4 і 14 (мал. 5b).Гэтыя дадзеныя адпавядаюць з назіраннямі за змяненнем колеру пігмента.Чыстае паглынанне CO2 зноў пачалося з 18-га дня. Нягледзячы на вызваленне клетак (мал. 5а), біякампазіт PCC 7942 12 N па-ранейшаму назапашваў больш CO2, чым кантрольная завісь за 28 дзён, хоць і нязначна (U-тэст Манна-Уітні, W = 2275,5; P = 0,066).Хуткасць паглынання CO2 латексом 12 N і 4 N складае 0,51 ± 0,34 і 1,18 ± 0,29 г CO2 г-1 біямасы d-1.Існавала статыстычна значная розніца паміж узроўнем лячэння і часам (тэст Чайрэра-Рэй-Хэра, лячэнне: DF=2, H=70,62, P=<0,001 раз: DF=13, H=23,63, P=0,034), але гэта не было.была значная залежнасць паміж лячэннем і часам (тэст Чэйрэра-Рэй-Хара, час * лячэнне: DF = 26, H = 8,70, P = 0,999).
Тэсты на паглынанне СО2 у палавіннай серыі біякампазітаў Synechococcus elongatus PCC 7942 з выкарыстаннем латекса 4N і 12N.(а) Выявы паказваюць вызваленне клетак і змяненне колеру пігмента, а таксама выявы біякампазіта ў СЭМ да і пасля тэставання.Белыя пункцірныя лініі паказваюць месцы адклады клетак на биокомпозите.(b) Сукупнае чыстае паглынанне CO2 за чатырохтыднёвы перыяд.«Нармальны» (N) латекс мае суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:1.Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.(сярэдняе ± стандартнае адхіленне; n = 3).
Затрымка клетак была значна палепшана для штаму CCAP 1479/1A з 4S і 12S, хоць пігмент павольна мяняў колер з цягам часу (мал. 6а).Біякампазіт CCAP 1479/1A паглынае CO2 на працягу поўных 84 дзён (12 тыдняў) без дадатковых харчовых дабавак.SEM-аналіз (мал. 6а) пацвердзіў візуальнае назіранне адрыву дробных клетак.Першапачаткова клеткі былі заключаны ў латексное пакрыццё, якое захоўвала сваю цэласнасць, нягледзячы на рост клетак.Хуткасць паглынання CO2 была значна вышэй, чым у кантрольнай групе (тэст Шайрэра-Рэй-Хара, лячэнне: DF=2; H=240,59; P=<0,001, час: DF=42; H=112; P=<0,001) ( Мал. 6b).Біякампазіт 12S дасягнуў найбольшага паглынання CO2 (1,57 ± 0,08 г CO2 г-1 біямасы ў дзень), у той час як латекс 4S складаў 1,13 ± 0,41 г CO2 г-1 біямасы ў дзень, але яны істотна не адрозніваліся (Mann-Whitney U ., W = 1507,50; P = 0,07) і адсутнасці значнага ўзаемадзеяння паміж лячэннем і часам (тэст Шырэра-Рэй-Хара, час * лячэнне: DF = 82; H = 10,37; P = 1,000).
Выпрабаванне паловы партыі паглынання CO2 з выкарыстаннем біякампазітаў Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A з латексам 4N і 12N.(а) Выявы паказваюць вызваленне клетак і змяненне колеру пігмента, а таксама выявы біякампазіта ў СЭМ да і пасля тэставання.Белыя пункцірныя лініі паказваюць месцы адклады клетак на биокомпозите.(b) Сукупнае чыстае паглынанне CO2 за дванаццацітыднёвы перыяд.«Мяккі» (S) латекс мае суадносіны стыролу і бутилакрилата 1:1.Папярэднія лічбы ў кодзе латекса адпавядаюць зместу тексанола.(сярэдняе ± стандартнае адхіленне; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (тэст Шырэра-Рэй-Хара, час*апрацоўка: DF=4, H=3,243, P=0,518) або біякампазіт S. elongatus CCAP 1479/1A (два ANOVA, час*апрацоўка: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (мал. S4).Біякампазіт PCC 7942 меў самае высокае ўтрыманне вугляводаў на тыдні 2 (4 N = 59,4 ± 22,5% па масе, 12 N = 67,9 ± 3,3%), у той час як кантрольная завісь мела самае высокае ўтрыманне вугляводаў на тыдні 4, калі (кантроль = 59,6 ± 2,84% ж/б).Агульнае ўтрыманне вугляводаў у біякампазіце CCAP 1479/1A было параўнальна з кантрольнай суспензіяй, за выключэннем пачатку выпрабавання, з некаторымі зменамі ў латексе 12S на 4-м тыдні. Самыя высокія значэнні для біякампазіта складалі 51,9 ± 9,6 вага% для 4S і 77,1 ± 17,0% мас. для 12S.
Мы вырашылі прадэманстраваць магчымасці канструкцыі для павышэння структурнай цэласнасці тонкаплёнкавых латексных палімерных пакрыццяў як важнага кампанента канцэпцыі біякампазітаў, якія імітуюць лішайнік, без шкоды для біясумяшчальнасці або прадукцыйнасці.Сапраўды, калі структурныя праблемы, звязаныя з ростам клетак, будуць пераадолены, мы чакаем значнага паляпшэння прадукцыйнасці ў параўнанні з нашымі эксперыментальнымі біякампазітамі, якія ўжо можна параўнаць з іншымі сістэмамі захопу вугляроду цыянабактэрыямі і мікраводарасцямі.
Пакрыцці павінны быць нетоксичными, трывалымі, падтрымліваць доўгатэрміновую адгезію клетак і павінны быць сітаватымі, каб спрыяць эфектыўнаму масапераносу CO2 і дэгазацыі O2.Акрылавыя палімеры латексного тыпу простыя ў падрыхтоўцы і шырока выкарыстоўваюцца ў лакафарбавай, тэкстыльнай і клеевой прамысловасці30.Мы аб'ядналі цыянабактэрыі з акрылавай латекснай палімернай эмульсіяй на воднай аснове, полімерызаванай з пэўным суадносінамі часціц стыролу/бутылакрылату і розных канцэнтрацый тэксанолу.Стырол і бутилакрилат былі абраныя, каб мець магчымасць кантраляваць фізічныя ўласцівасці, асабліва эластычнасць і эфектыўнасць зліцця пакрыцця (крытычна важнае для моцнага і высокаадгезійнага пакрыцця), дазваляючы сінтэз «цвёрдых» і «мяккіх» агрэгатаў часціц.Дадзеныя аб таксічнасці паказваюць, што «цвёрды» латекс з высокім утрыманнем стыролу не спрыяе выжыванню цыянабактэрый.У адрозненне ад бутилакрилата, стырол лічыцца таксічным для водарасцяў32,33.Штамы цыянабактэрый зусім па-рознаму рэагавалі на латекс, і аптымальная тэмпература стеклования (Tg) была вызначана для S. elongatus PCC 7942, у той час як S. elongatus CCAP 1479/1A паказала адмоўную лінейную залежнасць ад Tg.
Тэмпература сушкі ўплывае на здольнасць фармаваць суцэльную аднастайную латексную плёнку.Калі тэмпература сушкі ніжэй мінімальнай тэмпературы ўтварэння плёнкі (MFFT), часціцы палімернага латекса не будуць цалкам злівацца, што прывядзе да адгезіі толькі на мяжы падзелу часціц.Атрыманыя плёнкі маюць дрэнную адгезію і механічную трываласць і могуць быць нават у выглядзе парашка29.MFFT цесна звязаны з Tg, які можна кантраляваць з дапамогай манамернага складу і дадання коалесцентов, такіх як Texanol.Tg вызначае многія фізічныя ўласцівасці атрыманага пакрыцця, якое можа быць у гумовым або шкляным стане34.Згодна з ураўненнем Флоры-Фокса35, Tg залежыць ад тыпу мономера і адноснага працэнтнага складу.Даданне коалесцента можа знізіць MFFT за кошт перыядычнага падаўлення Tg часціц латекса, што дазваляе ўтварыць плёнку пры больш нізкіх тэмпературах, але ўсё яшчэ ўтварае цвёрдае і трывалае пакрыццё, таму што коалесцент павольна выпараецца з цягам часу або быў экстрагаваны 36 .
Павелічэнне канцэнтрацыі Texanol спрыяе адукацыі плёнкі за кошт размякчэння часціц палімера (зніжэння Tg) за кошт паглынання часціцамі падчас сушкі, тым самым павялічваючы трываласць когезионной плёнкі і адгезію клетак.Паколькі біякампазіт сушаць пры тэмпературы навакольнага асяроддзя (~18–20°C), Tg (ад 30 да 55°C) «цвёрдага» латекса вышэй, чым тэмпература сушкі, што азначае, што зліццё часціц можа быць не аптымальным, што прыводзіць да Плёнкі B, якія застаюцца шклопадобнымі, дрэнныя механічныя і адгезійныя ўласцівасці, абмежаваная эластычнасць і дыфузійная здольнасць30 у канчатковым выніку прыводзяць да большай страты клетак.Утварэнне плёнкі з «нармальных» і «мяккіх» палімераў адбываецца пры ці ніжэй Tg палімернай плёнкі, і адукацыя плёнкі паляпшаецца за кошт паляпшэння зліцця, што прыводзіць да суцэльных палімерных плёнак з палепшанымі механічнымі, кагезійнымі і адгезійнымі ўласцівасцямі.Атрыманая плёнка будзе заставацца гумовай падчас эксперыментаў па ўлоўліванні CO2 з-за таго, што яе Tg блізкая да тэмпературы навакольнага асяроддзя 30 («нармальная» сумесь: ад 12 да 20 ºC) або значна ніжэй («мяккая» сумесь: ад -21 да -13 °C).«Цвёрды» латекс (ад 3,4 да 2,9 кгс мм–1) у тры разы цвярдзейшы за «звычайны» латекс (ад 1,0 да 0,9 кгс мм–1).Цвёрдасць «мяккіх» латексов не можа быць вымераная микротвердостью з-за іх празмернай гумовой і ліпкасці пры пакаёвай тэмпературы.Павярхоўны зарад таксама можа паўплываць на сродства да адгезіі, але для прадастаўлення значнай інфармацыі неабходна больш дадзеных.Аднак усе латексы эфектыўна ўтрымлівалі клеткі, вызваляючы менш за 1%.
Прадукцыйнасць фотасінтэзу з часам зніжаецца.Ўздзеянне полістыролу прыводзіць да разбурэння мембраны і акісляльнага стрэсу38,39,40,41.Значэнні Fv/Fm S. elongatus CCAP 1479/1A пад уздзеяннем 0S і 4S былі амаль у два разы вышэйшыя ў параўнанні з кантролем завісі, што добра ўзгадняецца з хуткасцю паглынання CO2 біякампазітам 4S, а таксама з больш нізкія сярэднія значэння PS.каштоўнасці.Больш высокія значэнні Fv/Fm паказваюць на тое, што транспарт электронаў да PSII можа дастаўляць больш фатонаў42, што можа прывесці да больш высокай хуткасці фіксацыі CO2.Аднак варта адзначыць, што фотафізіялагічныя дадзеныя былі атрыманы з клетак, узважаных у водных растворах латекса, і неабавязкова могуць быць непасрэдна параўнальныя са спелымі биокомпозитами.
Калі латекс стварае бар'ер для святла і/або газаабмену, што прыводзіць да абмежавання святла і CO2, гэта можа выклікаць клеткавы стрэс і знізіць прадукцыйнасць, а калі ён уплывае на вызваленне O2, фотадыханне39.Была ацэненая прапускальнасць святла зацвярдзелых пакрыццяў: «цвёрды» латекс паказаў невялікае зніжэнне прапускання святла паміж 440 і 480 нм (палепшана часткова за кошт павышэння канцэнтрацыі тексанола з-за паляпшэння зліцця плёнкі), у той час як «мяккі» і «звычайны» »латекс паказаў невялікае зніжэнне прапускання святла.не паказвае прыкметнай страты страты.Аналізы, як і ўсе інкубацыі, праводзіліся пры нізкай інтэнсіўнасці святла (30,5 мкмоль м-2 с-1), так што любая фотасінтэтычна актыўная радыяцыя з-за палімернай матрыцы будзе кампенсавана і нават можа быць карыснай для прадухілення фотаінгібіравання.пры шкоднай інтэнсіўнасці святла.
Біякампазіт CCAP 1479/1A функцыянаваў на працягу 84 дзён выпрабаванняў без абароту пажыўных рэчываў і значнай страты біямасы, што з'яўляецца ключавой мэтай даследавання.Дэпігментацыя клетак можа быць звязана з працэсам хлорозу ў адказ на азотнае галаданне для дасягнення доўгатэрміновага выжывання (стан спакою), што можа дапамагчы клеткам аднавіць рост пасля таго, як будзе дасягнута дастатковае назапашванне азоту.СЭМ выявы пацвердзілі, што клеткі застаюцца ўнутры пакрыцця, нягледзячы на дзяленне клетак, дэманструючы эластычнасць «мяккага» латекса і, такім чынам, дэманструючы відавочную перавагу перад эксперыментальнай версіяй.«Мяккі» латекс змяшчае каля 70% бутилакрилата (па масе), што значна вышэй заяўленай канцэнтрацыі для гнуткага пакрыцця пасля высыхання44.
Чыстае паглынанне CO2 было значна вышэй, чым у кантрольнай завісі (у 14-20 і 3-8 разоў вышэй для S. elongatus CCAP 1479/1A і PCC 7942 адпаведна).Раней мы выкарыстоўвалі мадэль масаабмену CO2, каб паказаць, што галоўным фактарам высокага паглынання CO2 з'яўляецца рэзкі градыент канцэнтрацыі CO2 на паверхні біякампазіта31 і што характарыстыкі біякампазіта могуць быць абмежаваныя супраціўленнем масапераносу.Гэтую праблему можна вырашыць шляхам уключэння ў латекс нетоксичных інгрэдыентаў, якія не ўтвараюць плёнку, каб павялічыць сітаватасць і пранікальнасць пакрыцця26, але захаванне клетак можа быць парушана, паколькі гэтая стратэгія непазбежна прывядзе да больш слабой плёнкі20.Хімічны склад можа быць зменены падчас полімерызацыі для павелічэння сітаватасці, што з'яўляецца лепшым варыянтам, асабліва з пункту гледжання прамысловай вытворчасці і маштабаванасці45.
Прадукцыйнасць новага біякампазіту ў параўнанні з нядаўнімі даследаваннямі з выкарыстаннем біякампазітаў з мікраводарасцей і цыянабактэрый паказала перавагі ў карэкціроўцы хуткасці загрузкі клетак (табліца 1)21,46 і з больш доўгім часам аналізу (84 дні супраць 15 гадзін46 і 3 тыдняў21).
Аб'ёмнае ўтрыманне вугляводаў у клетках параўноўвае з іншымі даследаваннямі 47, 48, 49, 50 з выкарыстаннем цыянабактэрый і выкарыстоўваецца ў якасці патэнцыйнага крытэрыю для захопу і выкарыстання/аднаўлення вугляроду, напрыклад, для працэсаў ферментацыі BECCS 49, 51 або для вытворчасці біяраскладальнага біяпластыка52 .У рамках абгрунтавання гэтага даследавання мы мяркуем, што лесапасадка, нават разглядаемая ў канцэпцыі адмоўных выкідаў BECCS, не з'яўляецца панацэяй ад змены клімату і спажывае трывожную долю ворных зямель у свеце6.У якасці разумовага эксперыменту было падлічана, што ад 640 да 950 ГтCO2 трэба будзе выдаліць з атмасферы да 2100 г., каб абмежаваць павышэнне глабальнай тэмпературы да 1,5°C53 (прыкладна ад 8 да 12 ГтCO2 у год).Дасягненне гэтага з дапамогай больш эфектыўнага біякампазіту (574,08 ± 30,19 т CO2 т-1 біямасы ў год-1) запатрабуе павелічэння аб'ёму з 5,5 × 1010 да 8,2 × 1010 м3 (з параўнальнай фотасінтэтычнай эфектыўнасцю), які змяшчае ад 196 да 2,92 мільярда літраў палімер.Калі выказаць здагадку, што 1 м3 біякампазітаў займае 1 м2 плошчы сушы, плошча, неабходная для паглынання мэтавага штогадовага сумарнага выкіду СО2, складзе ад 5,5 да 8,17 млн. га, што эквівалентна 0,18-0,27% прыдатных для жыцця зямель у тропіках, і памяншаюць плошчу сушы.патрэба ў BECCS на 98-99%.Варта адзначыць, што тэарэтычны каэфіцыент захопу заснаваны на паглынанні CO2, зарэгістраваным пры слабым асвятленні.Як толькі біякампазіт падвяргаецца ўздзеянню больш інтэнсіўнага натуральнага святла, узрастае хуткасць паглынання CO2, што яшчэ больш зніжае патрабаванні да зямлі і яшчэ больш схіляе чашу вагаў да канцэпцыі біякампазіту.Аднак рэалізацыя павінна быць на экватары для пастаяннай інтэнсіўнасці і працягласці падсвятлення.
Глабальны эфект унясення ўгнаенняў CO2, г.зн. павелічэнне прадуктыўнасці расліннасці, выкліканае павелічэннем даступнасці CO2, знізіўся на большасці сушы, верагодна, з-за змяненняў асноўных пажыўных рэчываў у глебе (N і P) і водных рэсурсаў7.Гэта азначае, што наземны фотасінтэз можа не прывесці да павелічэння паглынання CO2, нягледзячы на павышаныя канцэнтрацыі CO2 у паветры.У гэтым кантэксце наземныя стратэгіі змякчэння наступстваў змянення клімату, такія як BECCS, маюць яшчэ менш шанцаў на поспех.Калі гэтая глабальная з'ява пацвердзіцца, наш біякампазіт, натхнёны лішайнікамі, можа стаць ключавым актывам, які пераўтворыць аднаклетачныя водныя фотасінтэтычныя мікробы ў "наземных агентаў".Большасць наземных раслін фіксуюць CO2 праз фотасінтэз C3, у той час як расліны C4 больш спрыяльныя для больш цёплых і сухіх месцапражыванняў і больш эфектыўныя пры больш высокім парцыяльным ціску CO254.Цыянабактэрыі прапануюць альтэрнатыву, якая можа кампенсаваць трывожныя прагнозы зніжэння ўздзеяння вуглякіслага газу на расліны C3.Цыянабактэрыі пераадолелі фотарэспіраторныя абмежаванні, распрацаваўшы эфектыўны механізм узбагачэння вугляродам, у якім больш высокі парцыяльны ціск CO2 прадстаўляецца і падтрымліваецца рыбулоза-1,5-бісфасфаткарбаксілазай/аксігеназай (RuBisCo) у карбаксісомах вакол.Калі вытворчасць біякампазітаў цыянабактэрый можа быць павялічана, гэта можа стаць важнай зброяй для чалавецтва ў барацьбе са змяненнем клімату.
Біякампазіты (імітацыі лішайнікаў) даюць відавочныя перавагі ў параўнанні са звычайнымі суспензійнымі культурамі мікраводарасцей і цыянабактэрый, забяспечваючы больш высокую хуткасць паглынання CO2, мінімізуючы рызыкі забруджвання і абяцаючы канкурэнтнае пазбяганне CO2.Выдаткі значна зніжаюць выкарыстанне зямлі, вады і пажыўных рэчываў56.Гэта даследаванне дэманструе магчымасць распрацоўкі і вытворчасці высокаэфектыўнага біясумяшчальнага латекса, які ў спалучэнні з губкай з люфы ў якасці кандыдата на падкладку можа забяспечыць эфектыўнае і эфектыўнае паглынанне CO2 на працягу некалькіх месяцаў аперацыі, зводзячы пры гэтым страту клетак да мінімуму.Біякампазіты тэарэтычна могуць захопліваць каля 570 т CO2 т-1 біямасы ў год і могуць апынуцца больш важнымі, чым стратэгіі аблясення BECCS, у нашай рэакцыі на змяненне клімату.З далейшай аптымізацыяй палімернага складу, тэставаннем пры больш высокай інтэнсіўнасці святла і ў спалучэнні з прадуманай метабалічнай інжынерыяй арыгінальныя біягеаінжынеры прыроды зноў могуць прыйсці на дапамогу.
Акрылавыя латексные палімеры былі падрыхтаваны з выкарыстаннем сумесі мономеров стыролу, бутилакрилата і акрылавай кіслаты, і pH быў даведзены да 7 з дапамогай 0,1 М гідраксіду натрыю (табліца 2).Стырол і бутилакрилат складаюць асноўную частку палімерных ланцугоў, у той час як акрылавая кіслата дапамагае ўтрымліваць часціцы латекса ў суспензіі57.Структурныя ўласцівасці латекса вызначаюцца тэмпературай стеклования (Tg), якая кантралюецца змяненнем суадносін стыролу і бутилакрилата, што забяспечвае «цвёрдыя» і «мяккія» ўласцівасці адпаведна58.Тыповы акрылавы латексны палімер - гэта 50:50 стырол:бутылакрылат 30, таму ў гэтым даследаванні латекс з такім суадносінамі быў названы "нармальным" латексам, а латекс з больш высокім утрыманнем стыролу быў названы латексам з меншым утрыманнем стыролу. .называецца «мяккі» як «цвёрды».
Першасную эмульсію рыхтавалі з выкарыстаннем дыстыляванай вады (174 г), бікарбанату натрыю (0,5 г) і павярхоўна-актыўнага рэчыва Rhodapex Ab/20 (30,92 г) (Solvay) для стабілізацыі 30 кропель манамера.Выкарыстоўваючы шкляны шпрыц (Science Glass Engineering) са шпрыц-помпай, другасную аліквоту, якая змяшчае стырол, бутылакрылат і акрылавую кіслату, пералічаныя ў табліцы 2, дабаўлялі па кроплях з хуткасцю 100 мл ч-1 да першаснай эмульсіі на працягу 4 гадзін (Коўл -Палмер, Маунт-Вернан, Ілінойс).Прыгатуйце раствор ініцыятара полімерызацыі 59, выкарыстоўваючы dHO і персульфат амонія (100 мл, 3% мас.).
Змяшайце раствор, які змяшчае dHO (206 г), бікарбанат натрыю (1 г) і Rhodapex Ab/20 (4,42 г), выкарыстоўваючы верхнюю мешалку (значэнне Heidolph Hei-TORQUE 100) з прапелерам з нержавеючай сталі і нагрэйце да 82 °C у пасудзіна з вадзяной рубашкай у вадзяной лазні з падагрэвам VWR Scientific 1137P.Паменшаны раствор мономера (28,21 г) і ініцыятара (20,60 г) дабаўлялі па кроплях у посуд з рубашкай і змешвалі на працягу 20 хвілін.Энергічна змяшайце пакінутыя растворы манамера (150 мл h-1) і ініцыятара (27 мл h-1), каб утрымліваць часціцы ў завісі, пакуль яны не будуць дададзены ў вадзяную кашулю на працягу 5 гадзін, выкарыстоўваючы шпрыцы аб'ёмам 10 мл і 100 мл адпаведна ў ёмістасці. .камплектуецца шпрыц-помпай.Хуткасць мешалкі была павялічана з-за павелічэння аб'ёму завісі, каб забяспечыць утрыманне завісі.Пасля дадання ініцыятара і эмульсіі тэмпературу рэакцыі павышаюць да 85°C, добра змешваюць пры 450 абаротах у хвіліну на працягу 30 хвілін, затым астуджаюць да 65°C.Пасля астуджэння ў латекс дадавалі два выцясняльных раствора: гідраперакіс трэт-бутылу (t-BHP) (70% у вадзе) (5 г, 14% па масе) і ізааскарбінавай кіслаты (5 г, 10% па масе)..Дадайце t-BHP па кроплях і пакіньце на 20 хвілін.Затым эриторбиновую кіслату дадаюць з хуткасцю 4 мл/ч з шпрыца аб'ёмам 10 мл з дапамогай шпрыц-помпы.Затым раствор латекса астуджалі да пакаёвай тэмпературы і даводзілі рн да 7 з дапамогай 0,1 М гідраксіду натрыю.
2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol monoisobutyrate (Texanol) - нізкатаксічны біяраскладальны коалесцент для латексных фарбаў 37,60 - быў дададзены з дапамогай шпрыца і помпы ў трох аб'ёмах (0, 4, 12% v/v) у якасці коалесцирующего агента для латексной сумесі для палягчэння адукацыі плёнкі падчас сушкі37.Працэнт цвёрдых часціц латекса вызначалі, змясціўшы 100 мкл кожнага палімера ў папярэдне ўзважаныя каўпачкі з алюмініевай фальгі і высушыўшы ў печы пры 100°C на працягу 24 гадзін.
Для прапускання святла кожную латексную сумесь наносілі на прадметнае шкло мікраскопа з дапамогай кропельнага куба з нержавеючай сталі, калібраванага для атрымання плёнак памерам 100 мкм, і сушылі пры 20°C на працягу 48 гадзін.Прапусканне святла (засяроджанае на фотасінтэтычна актыўным выпраменьванні, λ 400–700 нм) вымяралася на спектрарадыёметры ILT950 SpectriLight з датчыкам на адлегласці 35 см ад люмінесцэнтнай лямпы магутнасцю 30 Вт (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - дзе святло крыніцай былі цыянабактэрыі і арганізмы Кампазітныя матэрыялы захаваліся.Праграмнае забеспячэнне SpectrILight III версіі 3.5 выкарыстоўвалася для запісу асветленасці і прапускання ў дыяпазоне λ 400–700 нм61.Усе ўзоры размяшчалі на датчыку, а прадметныя шкла без пакрыцця выкарыстоўвалі ў якасці кантролю.
Узоры латекса дадавалі ў сіліконавую форму для выпякання і давалі высахнуць на працягу 24 гадзін перад праверкай на цвёрдасць.Змесціце высушаны ўзор латекса на сталёвы каўпачок пад мікраскопам x10.Пасля факусоўкі ўзоры ацэньвалі на мікрацвёрдамеры Buehler Micromet II.Узор быў падвергнуты сіле ад 100 да 200 грамаў, а час нагрузкі быў усталяваны на 7 секунд, каб стварыць алмазную ўвагнутасць ва ўзоры.Адбітак быў прааналізаваны з дапамогай аб'ектыва мікраскопа Bruker Alicona × 10 з дадатковым праграмным забеспячэннем для вымярэння формы.Формула цвёрдасці па Віккерсу (ураўненне 1) выкарыстоўвалася для разліку цвёрдасці кожнага латекса, дзе HV - лік Віккерса, F - прыкладзеная сіла, а d - сярэдняе значэнне дыяганаляў водступаў, разлічанае па вышыні і шырыні латекса.значэнне водступу.«Мяккі» латекс не можа быць вымераны з-за адгезіі і расцяжэння падчас тэсту на паглыбленне.
Для вызначэння тэмпературы стеклования (Tg) латексной кампазіцыі ўзоры палімераў змяшчалі ў чашкі з силикагелем, сушылі на працягу 24 гадзін, узважвалі з дакладнасцю да 0,005 г і змяшчалі ў чашкі для проб.Чашу закрывалі вечкам і змяшчалі ў каларыметр з дыферэнцыяльным сканаваннем (PerkinElmer DSC 8500, інтэркулер II, праграмнае забеспячэнне для аналізу дадзеных Pyris)62.Метад цеплавога патоку выкарыстоўваецца для размяшчэння эталонных шклянак і шклянак для ўзораў у адной печы з убудаваным датчыкам тэмпературы для вымярэння тэмпературы.У агульнай складанасці два пандусы былі выкарыстаны для стварэння паслядоўнай крывой.Метад выбаркі некалькі разоў павышаўся ад -20°C да 180°C з хуткасцю 20°C у хвіліну.Кожная пачатковая і канчатковая кропкі захоўваюцца на працягу 1 хвіліны для ўліку затрымкі тэмпературы.
Для ацэнкі здольнасці биокомпозита паглынаць CO2 ўзоры былі падрыхтаваны і выпрабаваны такім жа чынам, як і ў нашым папярэднім даследаванні31.Высушаную і апрацаваную ў аўтаклаве мочалку разразалі на палоскі памерам прыблізна 1×1×5 см і ўзважвалі.Вырабіце 600 мкл двух найбольш эфектыўных біяпакрыццяў кожнага штаму цыянабактэрый на адзін канец кожнай палоскі люфы, пакрываючы прыблізна 1 × 1 × 3 см, і высушыце ў цемры пры 20 °C на працягу 24 гадзін.З-за макропористой структуры люфы частка формулы была выдаткавана, таму эфектыўнасць загрузкі клетак не была 100%.Каб пераадолець гэтую праблему, вага сухога прэпарата на люфе была вызначана і нармалізавана да эталоннага сухога прэпарата.Аналагічным чынам рыхтавалі абіятычныя кантролі, якія складаюцца з люфы, латекса і стэрыльнай пажыўнай асяроддзя.
Для правядзення тэсту на паглынанне СО2 з паловай порцыі змесціце біякампазіт (n = 3) у шкляную трубку аб'ёмам 50 мл так, каб адзін канец біякампазіта (без біяпакрыцця) знаходзіўся ў кантакце з 5 мл асяроддзя росту, дазваляючы пажыўнаму рэчыву транспартавацца капілярным шляхам..Бутэлька зачыняецца коркам з бутылавага каўчуку дыяметрам 20 мм і абціскаецца серабрыстай алюмініевай вечкам.Пасля герметызацыі ўвядзіце 45 мл 5% CO2/паветра стэрыльнай іголкай, прымацаванай да газанепранікальнага шпрыца.Шчыльнасць клетак кантрольнай завісі (n = 3) была эквівалентная клеткавай нагрузцы биокомпозита ў пажыўным асяроддзі.Выпрабаванні праводзіліся пры тэмпературы 18 ± 2 °C з фотаперыядам 16:8 і фотаперыядам 30,5 мкмоль м-2 с-1.Прастору над галавой выдалялі кожныя два дні газанепранікальным шпрыцам і аналізавалі CO2-метрам з інфрачырвоным паглынаннем GEOTech G100, каб вызначыць працэнт паглынутага CO2.Дадайце роўны аб'ём газавай сумесі CO2.
% CO2 Fix вылічваецца наступным чынам: % CO2 Fix = 5% (аб'ём/аб'ём) – запішыце %CO2 (ураўненне 2), дзе P = ціск, V = аб'ём, T = тэмпература і R = ідэальная газавая пастаянная.
Паведамленыя паказчыкі паглынання CO2 для кантрольных завісяў цыянабактэрый і біякампазітаў былі нармалізаваны да небіялагічных кантрольных груп.Функцыянальнай адзінкай g біямасы з'яўляецца колькасць сухой біямасы, абезрухоўванай на мочалцы.Ён вызначаецца ўзважваннем узораў люфы да і пасля фіксацыі клетак.Улік масы нагрузкі клетак (эквівалент біямасы) шляхам індывідуальнага ўзважвання прэпаратаў да і пасля сушкі і разліку шчыльнасці прэпарата клетак (раўнанне 3).Мяркуецца, што прэпараты клетак аднастайныя падчас фіксацыі.
Для статыстычнага аналізу выкарыстоўваліся Minitab 18 і Microsoft Excel з надбудовай RealStatistics.Нармальнасць правяралася з дапамогай тэсту Андэрсана-Дарлінга, а роўнасць дысперсій - з дапамогай тэсту Левена.Дадзеныя, якія задавальняюць гэтым здагадкам, былі прааналізаваны з дапамогай двухбаковага дысперсійнага аналізу (ANOVA) з тэстам Т'юкі ў якасці постспецыальнага аналізу.Двухбаковыя дадзеныя, якія не адпавядаюць здагадкам аб нармальнасці і роўнай дысперсіі, былі прааналізаваны з дапамогай тэсту Шырэра-Рэй-Хара, а затым U-тэсту Мана-Уітні для вызначэння значнасці паміж метадамі лячэння.Абагульненыя лінейныя змешаныя (GLM) мадэлі выкарыстоўваліся для ненармальных даных з трыма фактарамі, дзе даныя трансфармаваліся з дапамогай пераўтварэння Джонсана63.Карэляцыя момантаў прадуктаў Пірсана была праведзена для ацэнкі ўзаемасувязі паміж канцэнтрацыяй тэксанолу, тэмпературай стеклования і дадзенымі аб таксічнасці і адгезіі латекса.
Час публікацыі: 5 студзеня 2023 г