Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз чектелген CSS колдоосу менен серепчи версиясын колдонуп жатасыз.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Мындан тышкары, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Бир эле учурда үч слайддан турган каруселди көрсөтөт.Бир убакта үч слайд аркылуу өтүү үчүн Мурунку жана Кийинки баскычтарын колдонуңуз, же бир эле учурда үч слайд аркылуу өтүү үчүн аягындагы сыдырма баскычтарын колдонуңуз.
Көмүртекти кармоо жана сактоо Париж келишиминин максаттарына жетүү үчүн өтө маанилүү.Фотосинтез - көмүртекти алуу үчүн жаратылыштын технологиясы.Энилчектерден илхам алып, биз 3D цианобактерияларынын фотосинтетикалык биокомпозитин (б.а. эңилчекти туураган) акрилдик латекс полимеринен лифтин губкасына колдонулганын иштеп чыктык.Биокомпозиттин CO2 алуу ылдамдыгы 1,57 ± 0,08 г CO2 г-1 биомасса d-1 болгон.Кабыл алуу ылдамдыгы эксперименттин башталышында кургак биомассага негизделген жана жаңы биомассаны өстүрүү үчүн колдонулган СО2ди, ошондой эле углеводдор сыяктуу сактоочу кошулмаларда камтылган CO2ди камтыйт.Бул алуу ылдамдыгы суспензияга каршы күрөшүү чараларынан 14-20 эсе жогору болгон жана потенциалдуу түрдө жылына 570 т CO2 t-1 биомассасын кармоо үчүн масштабдалышы мүмкүн, бул 5,5-8,17 × 106 га жерди колдонууга барабар, 8-12 GtCO2 алып салуу. жылына CO2.Ал эми, көмүртектүү кармоо жана сактоо менен токой биоэнергетикасы 0,4–1,2 × 109 га түзөт.Биокомпозит 12 жума бою кошумча азыксыз же суусуз иштеп, андан кийин эксперимент токтотулган.Климаттын өзгөрүшүнө каршы күрөшүү боюнча адамзаттын көп кырдуу технологиялык позициясынын чегинде инженердик жана оптималдаштырылган цианобактериялык биокомпозиттер сууну, аш болумдуу заттарды жана жерди пайдалануудагы жоготууларды азайтып, СО2ди чыгарууну жогорулатуу үчүн туруктуу жана масштабдуу жайылтуу потенциалына ээ.
Климаттын өзгөрүшү глобалдык биологиялык ар түрдүүлүккө, экосистеманын туруктуулугуна жана адамдарга реалдуу коркунуч болуп саналат.Анын эң жаман кесепеттерин басаңдатуу үчүн координацияланган жана масштабдуу декарбуризациялоо программалары керек жана, албетте, атмосферадан парник газдарын түз чыгаруунун кандайдыр бир формасы талап кылынат.Электр энергиясын өндүрүүнүн оң декарбонизациясына карабастан2,3, азыркы учурда түтүн газдарын кармоо прогрессинде5 болгонуна карабастан, атмосферадагы көмүр кычкыл газын (СО2)4 кыскартуу боюнча экономикалык жактан туруктуу технологиялык чечимдер жок.Масштабдуу жана практикалык инженердик чечимдердин ордуна, адамдар көмүртекти алуу үчүн табигый инженерлерге кайрылышы керек - фотосинтетикалык организмдер (фототрофтуу организмдер).Фотосинтез – бул жаратылыштын көмүртек секвестрлөө технологиясы, бирок анын антропогендик көмүртектин байытылышын маанилүү убакыт масштабында кайтаруу жөндөмдүүлүгү шек туудурат, ферменттер эффективдүү эмес жана анын тиешелүү масштабда жайылтуу жөндөмдүүлүгү шек туудурат.Фототрофиянын потенциалдуу жолу бул токой өстүрүү болуп саналат, ал көмүртектерди алуу жана сактоо (BECCS) менен биоэнергия үчүн бактарды кыйып, терс эмиссияларды чыгаруучу технология катары CO21 таза эмиссиясын азайтууга жардам берет.Бирок, Париж келишиминин 1,5°C температуралык көрсөткүчүнө жетүү үчүн BECCS негизги ыкма катары 0,4-1,2 × 109 га керектелет, бул азыркы глобалдык айдоо жерлеринин 25–75%ына барабар6.Мындан тышкары, СО2 уруктандыруунун глобалдык кесепеттери менен байланышкан белгисиздик токой плантацияларынын потенциалдуу жалпы эффективдүүлүгүнө шек туудурат7.Париж келишиминде белгиленген температура максаттарына жетүү үчүн, жылына 100 секунда GtCO2 парник газдары (GGR) атмосферадан жок кылынышы керек.Улуу Британиянын Изилдөө жана Инновация департаменти жакында беш GGR8 долбоорун каржылоону жарыялады, анын ичинде торфтук жерлерди башкаруу, аскалардын бузулушун жакшыртуу, бак-дарактарды отургузуу, биокөмүр жана BECCS процессин азыктандыруу үчүн көп жылдык өсүмдүктөр.Жылына атмосферадан 130 МтСО2ден ашык чыгарууга кеткен чыгымдар 10-100 АКШ доллары/тСО2, торф жерлерди калыбына келтирүү үчүн жылына 0,2-8,1 MtCO2, 52-480 АКШ доллары/тСО2 жана тоо тектердин бузулушу үчүн жылына 12-27 MtCO2. , 0,4-30 USD/жылына.tCO2, 3,6 MtCO2/жыл, 1% өсүү токой аянты, 0,4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/yl, biochar, 140-270 US$/tCO2, 20 –70 Mt CO2 туруктуу өсүмдүктөрдү пайдалануу менен жылына BECCS9.
Бул ыкмалардын айкалышы потенциалдуу түрдө жылына 130 Мт СО2ге жетиши мүмкүн, бирок тоо тектеринин бузулушуна жана БЭКСтин чыгымдары жогору, ал эми биокөгүр, салыштырмалуу арзан жана жерди колдонууга байланыштуу эмес болсо да, биокөгүр өндүрүү процесси үчүн чийки затты талап кылат.башка GGR технологияларды жайылтуу үчүн бул иштеп чыгуу жана санын сунуш кылат.
Чечимдерди кургактыктан издегендин ордуна, сууну, өзгөчө микробалырлар жана цианобактериялар сыяктуу бир клеткалуу фототрофторду издеңиз10.Балырлар (анын ичинде цианобактериялар) дүйнөдөгү көмүр кычкыл газынын болжол менен 50% ээлейт, бирок алар дүйнөдөгү биомассанын 1% гана түзөт11.Цианобактериялар кычкылтектүү фотосинтез аркылуу дем алуудагы метаболизмдин жана көп клеткалуу тиричиликтин эволюциясынын негизин түзгөн жаратылыштын оригиналдуу биогеинженерлери болуп саналат12.Көмүртекти кармоо үчүн цианобактерияларды колдонуу идеясы жаңы эмес, бирок физикалык жайгаштыруунун инновациялык ыкмалары бул байыркы организмдер үчүн жаңы горизонтторду ачат.
Ачык көлмөлөр жана фотобиореакторлор микробалырларды жана цианобактерияларды өнөр жайлык максаттарда колдонууда демейки активдер болуп саналат.Бул маданият системалары клеткалар өсүү чөйрөсүндө эркин калкып жүргөн суспензия маданиятын колдонушат14;бирок көлмөлөрдүн жана фотобиореакторлордун көптөгөн кемчиликтери бар, мисалы, CO2 массасынын начар өткөрүлүшү, жерди жана сууну интенсивдүү пайдалануу, биобулганууга кабылуучулук жана курулуш жана эксплуатацияга кеткен чыгымдардын жогору болушу15,16.Суспензия культураларын колдонбогон биофильм биореакторлору суу жана мейкиндик жагынан кыйла үнөмдүү, бирок кургап кетүү коркунучу бар, биопленканын ажырап кетишине (демек, активдүү биомассанын жоголушуна) жакын жана биобулганууга да бирдей жакын болушат17.
CO2 алуу ылдамдыгын жогорулатуу жана шламды жана биопленкалуу реакторлорду чектеген көйгөйлөрдү чечүү үчүн жаңы ыкмалар керек.Мындай ыкмалардын бири эңилчектердин шыктандыруусу менен жасалган фотосинтездик биокомпозиттер.Эңилчектер – жер шарынын болжол менен 12%ын ээлеген козу карындардын жана фотобионттордун (микробалырлар жана/же цианобактериялар) комплекси18.Козу карындар фотобиотикалык субстраттын физикалык жактан колдоосун, коргоосун жана бекитилишин камсыздайт, бул болсо козу карындарды көмүртек менен камсыз кылат (ашыкча фотосинтетикалык продуктулар катары).Сунушталган биокомпозит – бул “энилчек миметика”, мында цианобактериялардын концентрацияланган популяциясы алып жүрүүчү субстратта жука биокаптама түрүндө кыймылсызданат.Клеткалардан тышкары, биокаптама грибокту алмаштыра ала турган полимердик матрицаны камтыйт.Суу негизиндеги полимердик эмульсиялар же “латекстер” артыкчылыктуу, анткени алар био шайкеш, бышык, арзан, иштетүүгө оңой жана коммерциялык жактан жеткиликтүү19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Клеткалардын латекс полимерлери менен бекитилишине латекстин курамы жана пленканын пайда болуу процесси чоң таасир этет.Эмульсиялык полимерлөө синтетикалык каучуктарды, жабышчаак жабууларды, герметиктерди, бетон кошумчаларын, кагаз жана текстиль жабындарын жана латекс боёкторду алуу үчүн колдонулуучу гетерогендүү процесс27.Ал башка полимерлөө ыкмаларына караганда бир катар артыкчылыктарга ээ, мисалы, реакциянын жогорку ылдамдыгы жана мономерди өзгөртүү эффективдүүлүгү, ошондой эле продуктуну башкаруунун оңойлугу27,28.Мономерлерди тандоо пайда болгон полимердик пленканын керектүү касиеттерине жараша болот, ал эми аралаш мономердик системалар үчүн (б.а. сополимеризациялар) полимердин касиеттерин, пайда болгон полимердик материалды түзүүчү мономерлердин ар кандай катыштарын тандоо аркылуу өзгөртүүгө болот.Бутил акрилат жана стирол кеңири таралган акрил латекс мономерлеринин арасында жана бул жерде колдонулат.Мындан тышкары, бириктирүүчү агенттер (мисалы, Тексанол) көбүнчө бир калыпта пленканын пайда болушуна көмөктөшүү үчүн колдонулат, мында алар полимердик латекстин касиеттерин күчтүү жана “үзгүлтүксүз” (бириктирүүчү) каптоо үчүн өзгөртө алат.Концепцияны далилдеген алгачкы изилдөөбүздө лифтин губкасына колдонулган коммерциялык латекс боёктун жардамы менен үстүнкү бети жогору, көзөнөктүүлүгү жогору 3D биокомпозити жасалды.Узакка созулган жана үзгүлтүксүз манипуляциялардан кийин (сегиз жума) биокомпозит цианобактерияларды люфанын складында кармап турууга чектелген жөндөмүн көрсөттү, анткени клетканын өсүшү латекстин структуралык бүтүндүгүн алсыраткан.Учурдагы изилдөөдө биз полимердин деградациясын сактабастан, көмүртектерди кармоо колдонмолорунда үзгүлтүксүз колдонуу үчүн белгилүү химиядагы акрил латекс полимерлеринин сериясын иштеп чыгууну максат кылдык.Муну менен биз далилденген биокомпозиттерге салыштырмалуу жакшыртылган биологиялык натыйжалуулукту жана механикалык ийкемдүүлүктү кыйла жогорулаткан эңилчек сымал полимердик матрицалык элементтерди түзүү мүмкүнчүлүгүн көрсөттүк.Андан ары оптималдаштыруу көмүртектерди кармоо үчүн биокомпозиттерди кабыл алууну тездетет, айрыкча СО2 секвестрациясын күчөтүү үчүн метаболикалык жактан өзгөртүлгөн цианобактериялар менен айкалышканда.
Үч полимердик формуласы бар тогуз латекс (H = “катуу”, N = “нормалдуу”, S = “жумшак”) жана Тексанолдун үч түрү (0, 4, 12% в/в) уулуулугуна жана штаммдын корреляциясына сыналган.Желим.эки цианобактериядан.Латекс түрү S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare тести, латекс: DF=2, H=23.157, P=<0.001) жана CCAP 1479/1A (эки тараптуу ANOVA, латекс: DF=2, F) олуттуу таасирин тийгизген. = 103,93, P = <0,001) (1а-сүрөт).Тексанолдун концентрациясы S. elongatus PCC 7942 өсүшүнө олуттуу таасир эткен эмес, бир гана N-латекс уулуу эмес болчу (1а-сүрөт), 0 N жана 4 N тиешелүүлүгүнө жараша 26% жана 35% өсүштү (Mann- Whitney U, 0 N каршы 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N каршы башкаруу: W = 25,0, P = 0,061; 4 N каршы башкаруу: W = 25,0, P = 0,061) жана 12 N салыштырмалуу өсүш сакталган биологиялык көзөмөлгө (Mann-Whitney University, 12 N каршы башкаруу: W = 17,0, P = 0,885).S. elongatus CCAP 1479/1A үчүн латекс аралашмасы да, тексанолдун концентрациясы да маанилүү факторлор болгон жана экөөнүн ортосунда олуттуу өз ара аракеттенүү байкалган (эки тараптуу 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 жана бардык "жумшак" латекстердин өсүшүнө өбөлгө түздү (сүрөт 1а).Стиролдун курамын азайтуу менен өсүүнү жакшыртуу тенденциясы бар.
Цианобактериялардын (Synechococcus elongatus PCC 7942 жана CCAP 1479/1A) латекстик формулаларга уулуулугун жана адгезиясын текшерүү, айнек өтүү температурасы (Tg) менен байланышы жана уулуулугунун жана адгезия маалыматтарынын негизинде чечим матрицасы.(a) Уулуулугун текшерүү суспензия культураларын көзөмөлдөө үчүн нормалдаштырылган цианобактериялардын өсүү пайызынын өзүнчө графиктерин колдонуу менен жүргүзүлдү.* менен белгиленген дарылоо контролдон кыйла айырмаланат.(б) Tg латекске каршы цианобактериялардын өсүшү боюнча маалыматтар (орточо ± SD; n = 3).(c) биокомпозиттик адгезия сынагынан бөлүнүп чыккан цианобактериялардын жыйынды саны.(г) Латекстин Tg менен адгезия маалыматтары (орточо ± StDev; n = 3).e Чечим кабыл алуу матрицасы уулуулуктун жана адгезия маалыматтарынын негизинде.Стиролдун бутилакрилатка болгон катышы “катуу” (Н) латекс үчүн 1:3, “нормалдуу” (N) үчүн 1:1 жана “жумшак” (S) үчүн 3:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.
Көпчүлүк учурларда клетканын жашоо жөндөмдүүлүгү тексанолдун концентрациясынын жогорулашы менен төмөндөгөн, бирок штаммдардын бири үчүн олуттуу корреляция болгон эмес (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).fig боюнча.1b клетканын өсүшү менен айнек өтүү температурасынын (Tg) ортосундагы байланышты көрсөтөт.Тексанол концентрациясы менен Tg маанилеринин ортосунда күчтүү терс 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).Маалыматтар S. elongatus PCC 7942 өсүшү үчүн оптималдуу Tg 17 °C (Figure 1b), ал эми S. elongatus CCAP 1479/1A 0 °C төмөн Tg жактырган (Figure 1b) экенин көрсөттү.S. elongatus CCAP 1479/1A гана Tg жана уулуулугунун маалыматтарынын ортосунда күчтүү терс корреляцияга ээ болгон (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Бардык латекстердин жакшы адгезия жакындыгы бар жана алардын бири да 72 сааттан кийин клеткалардын 1% дан ашыгын чыгарган жок (сүрөт 1c).S. elongatus эки штаммынын латекстеринин ортосунда олуттуу айырма болгон эмес (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara тест, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Ray тест).– Харе тести, латекс*тексанол, DF=4, H=3,277, P=0,513).Тексанолдун концентрациясы жогорулаган сайын көбүрөөк клеткалар бөлүнүп чыгат (1c-сүрөт).салыштырмалуу S. elongatus PCC 7942 (DF = 25, r = -0,660, P = <0,001) (Figure 1d).Андан тышкары, эки штаммдын Tg жана клетка адгезиясынын ортосунда статистикалык байланыш болгон эмес (PCC 7942: DF = 25, r = 0,301, P = 0,127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0,287, P = 0,147).
Эки штамм үчүн "катуу" латекс полимерлери натыйжасыз болгон.Ал эми, 4N жана 12N S. elongatus PCC 7942ге каршы эң жакшы көрсөткүчтү көрсөтүштү, ал эми 4S жана 12S CCAP 1479/1A (сүрөт 1e) каршы мыкты аткарышты, бирок полимердик матрицаны андан ары оптималдаштыруу үчүн ачык орун бар.Бул полимерлер жарым-партиялык таза CO2 алуу сыноолордо колдонулган.
Фотофизиология суулуу латекс курамында токтотулган клеткаларды колдонуу менен 7 күн бою көзөмөлдөндү.Жалпысынан алганда, көрүнгөн фотосинтез ылдамдыгы (PS) жана максималдуу PSII кванттык кирешелүүлүгү (Fv/Fm) убакыттын өтүшү менен төмөндөйт, бирок бул төмөндөө бир калыпта эмес жана кээ бир PS маалымат топтомдору эки фазалуу жоопту көрсөтүп, жарым-жартылай жооп берет, бирок реалдуу убакытта калыбына келтирилген. кыскараак PS активдүүлүгү (сүрөт 2a жана 3b).Бифазикалык Fv/Fm жооп азыраак болгон (сүрөт 2b жана 3b).
(a) Көзөмөл суспензия культураларына салыштырганда латекс формулаларына жооп катары Synechococcus elongatus PCC 7942 нин көрүнгөн фотосинтез ылдамдыгы (PS) жана (б) максималдуу PSII кванттык түшүмдүүлүгү (Fv/Fm).Стиролдун бутилакрилатка болгон катышы “катуу” (Н) латекс үчүн 1:3, “нормалдуу” (N) үчүн 1:1 жана “жумшак” (S) үчүн 3:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.(орточо ± стандарттык четтөө; n = 3).
(a) Көзөмөл суспензия культураларына салыштырмалуу латекс формулаларына жооп катары Synechococcus elongatus CCAP 1479/1Aнын көрүнгөн фотосинтез ылдамдыгы (PS) жана (б) максималдуу PSII кванттык түшүмдүүлүгү (Fv/Fm).Стиролдун бутилакрилатка болгон катышы “катуу” (Н) латекс үчүн 1:3, “нормалдуу” (N) үчүн 1:1 жана “жумшак” (S) үчүн 3:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.(орточо ± стандарттык четтөө; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 үчүн, латекс курамы жана Тексанол концентрациясы убакыттын өтүшү менен PSге таасирин тийгизген эмес (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), бирок курамы маанилүү фактор болгон (GLM)., латекс*убакыт, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (2а-сүрөт).Убакыттын өтүшү менен Texanol концентрациясынын олуттуу таасири болгон жок (GLM, Texanol * убакыт, DF = 14, F = 1,63, P = 0,078).Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4,54, P=<0,001) таасир этүүчү олуттуу өз ара аракеттенүү болгон.Латекс түзүлүшү менен Тексанол концентрациясынын ортосундагы өз ара аракеттенүү Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180,42, P=<0,001) боюнча олуттуу таасир эткен.Ар бир параметр да убакыттын өтүшү менен Fv/Fm таасирин тийгизет (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 жана Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=<0,001).Latex 12H эң төмөнкү орточо PS жана Fv/Fm маанилерин сактап калды (сүр. 2b), бул полимердин уулуураак экенин көрсөтүп турат.
S. elongatus CCAP 1479/1A PS бир кыйла айырмаланган (GLM, латекс * Тексанол * убакыт, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), Тексанол концентрациясы эмес, латекс курамы менен (GLM, Latex * убакыт, DF) =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Тексанол*убакыт, DF=14, F=1,26, P=0,239)."Жумшак" полимерлер 0S жана 4S контролдук суспензияларга караганда PS натыйжалуулугунун бир аз жогору деңгээлин сактап калышты (Mann-Whitney U, 0S каршы башкаруу, W = 686,0, P = 0,044, 4S каршы башкаруу, W = 713, P = 0,01) жана сакталган. жакшыртылган Fv./Fm (сүр. 3a) Photosystem IIге натыйжалуураак транспортту көрсөтөт.CCAP 1479/1A клеткаларынын Fv/Fm маанилери үчүн убакыттын өтүшү менен олуттуу латекс айырмасы болгон (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (3b-сүрөт).).
fig боюнча.4 ар бир штамм үчүн клетканын өсүү функциясы катары 7 күндүк мезгил ичинде орточо PS жана Fv/Fm көрсөтөт.S. elongatus PCC 7942 так үлгүгө ээ болгон эмес (сүр. 4а жана б), бирок CCAP 1479/1A PS (сүр. 4c) менен Fv/Fm (сүр. 4d) маанилеринин ортосундагы параболикалык байланышты көрсөткөн. стирол менен бутил акрилаттын катышы өзгөргөн сайын өсөт.
Латекс препараттарында Synechococcus longumдын өсүшү менен фотофизиологиясынын ортосундагы байланыш.(a) Көрүнүп турган фотосинтетикалык ылдамдыкка (PS), (b) PCC 7942 максималдуу PSII кванттык түшүмүнө (Fv/Fm). c PS жана d Fv/Fm CCAP 1479/1Aга каршы графикте түзүлгөн уулуулугу тууралуу маалымат.Стиролдун бутилакрилатка болгон катышы “катуу” (Н) латекс үчүн 1:3, “нормалдуу” (N) үчүн 1:1 жана “жумшак” (S) үчүн 3:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.(орточо ± стандарттык четтөө; n = 3).
Биокомпозит PCC 7942 алгачкы төрт жуманын ичинде клетканын олуттуу жуурулушу менен клетканы кармап калууга чектелген таасирин тийгизген (сүрөт 5).CO2 алуунун баштапкы фазасынан кийин, 12 N латекс менен бекитилген клеткалар CO2 чыгара баштады жана бул көрүнүш 4 жана 14-күндөрдүн ортосунда сакталды (сүрөт 5b).Бул маалыматтар пигменттин түсүнүн өзгөрүшүнө байкоолор менен шайкеш келет.Таза CO2 алуу 18 күндөн баштап кайра башталды. Клетканын чыгарылышына карабастан (5а-сүрөт), PCC 7942 12 N биокомпозит дагы 28 күндүн ичинде контролдук суспензияга караганда бир аз болсо да CO2 көбүрөөк топтолду (Mann-Whitney U-test, W = 2275,5; P = 0,066).12 Н жана 4 Н латекстин СО2 сиңирүү ылдамдыгы 0,51 ± 0,34 жана 1,18 ± 0,29 г СО2 г-1 биомасса d-1.Дарылоо менен убакыттын деңгээлинде статистикалык маанилүү айырма бар болчу (Chairer-Ray-Hare тести, дарылоо: DF = 2, H = 70,62, P = < 0,001 убакыт: DF = 13, H = 23,63, P = 0,034), бирок ал болгон эмес.дарылоо жана убакыт ортосунда олуттуу байланыш бар (Chirer-Ray-Har тест, убакыт * дарылоо: DF = 26, H = 8,70, P = 0,999).
4N жана 12N латексти колдонуу менен Synechococcus elongatus PCC 7942 биокомпозиттеринде жарым партиядагы CO2 алуу сыноолору.(a) Сүрөттөр клетка чыгарууну жана пигменттин түсүнүн өзгөрүшүн, ошондой эле биокомпозиттин SEM сүрөттөрүн тестирлөөдөн мурун жана кийин көрсөтөт.Ак чекиттүү сызыктар биокомпозитке клетканын чөккөн жерлерин көрсөтөт.(б) Төрт жуманын ичинде CO2 дын таза топтолушу."Кадимки" (N) латекс стиролдун бутилакрилатка катышы 1:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.(орточо ± стандарттык четтөө; n = 3).
Убакыттын өтүшү менен пигмент акырындык менен түсүн өзгөртсө да, CCAP 1479/1A штаммынын 4S жана 12S менен клетканын кармалышы кыйла жакшырды (сүрөт 6а).Биокомпозит CCAP 1479/1A кошумча азыктандыруучу кошулмаларсыз толук 84 күн (12 жума) бою CO2 сиңирет.SEM анализи (сүрөт 6а) кичинекей клеткалардын бөлүнүшүнө визуалдык байкоону тастыктады.Башында, клеткалар клетканын өсүшүнө карабастан, бүтүндүгүн сактаган латекс менен капталган.CO2 алуу ылдамдыгы контролдук топко караганда кыйла жогору болгон (Шейрер-Рэй-Хар тести, дарылоо: DF = 2; H = 240,59; P = < 0,001, убакыт: DF = 42; H = 112; P = < 0,001 ) ( 6б-сүрөт).12S биокомпозити эң жогорку CO2 сиңирүүгө жетишти (күнүнө 1,57 ± 0,08 г CO2 г-1 биомассасы), ал эми 4S латекси күнүнө 1,13 ± 0,41 г CO2 g-1 биомассасын түздү, бирок алар олуттуу түрдө айырмаланган эмес (Манн-Уитни У тест, W = 1507.50; P = 0.07) жана дарылоо менен убакыттын ортосунда эч кандай олуттуу өз ара аракеттенүү (Ширер-Рей-Хара тест, убакыт * дарылоо: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000).
4N жана 12N латекс менен Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A биокомпозиттерин колдонуу менен жарым лот CO2 алуусун текшерүү.(a) Сүрөттөр клетка чыгарууну жана пигменттин түсүнүн өзгөрүшүн, ошондой эле биокомпозиттин SEM сүрөттөрүн тестирлөөдөн мурун жана кийин көрсөтөт.Ак чекиттүү сызыктар биокомпозитке клетканын чөккөн жерлерин көрсөтөт.(б) Он эки жумалык мезгилдеги СО2дин жыйынды таза алуусу."Жумшак" (S) латекс стиролдун бутилакрилатка катышы 1:1.Латекс кодундагы мурунку сандар Тексанолдун курамына туура келет.(орточо ± стандарттык четтөө; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har тести, убакыт*дарылоо: DF=4, H=3,243, P=0,518) же биокомпозит S. elongatus CCAP 1479/1A (эки-ANOVA, убакыт*дарылоо: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (S4-сүрөт).Биокомпозит PCC 7942 2-жумада эң жогорку углеводго ээ (4 N = 59,4 ± 22,5 масса%, 12 N = 67,9 ± 3,3 wt%), ал эми контролдук суспензия 4-жумада эң жогорку углевод мазмунуна ээ болгон (контролдоо = 59,6 ± 2,84%) ж/ж).CCAP 1479/1A биокомпозитинин жалпы углеводунун мазмуну сыноонун башталышын кошпогондо, контролдук суспензияга салыштырууга болот, 4-жумада 12S латексинде айрым өзгөрүүлөр болгон. Биокомпозит үчүн эң жогорку маанилер 51,9 ± 9,6 wt% болгон. 4S үчүн жана 77,1 ± 17,0 wt% 12S үчүн.
Биз биологиялык шайкештикти же аткарууну жоготпостон, лихенди мимик биокомпозиттик концепциянын маанилүү компоненти катары жука пленкалуу латекс полимердик каптамаларынын структуралык бүтүндүгүн жогорулатуу үчүн дизайн мүмкүнчүлүктөрүн көрсөтүүнү көздөдүк.Чынында эле, эгерде клетканын өсүшү менен байланышкан структуралык кыйынчылыктар жоюлса, биз башка цианобактериялар жана микробалырлар көмүртек кармоо системалары менен салыштырууга боло турган эксперименталдык биокомпозиттерибизге караганда натыйжалуулугун олуттуу жакшыртууну күтөбүз.
Каптамалар уулуу эмес, бышык болушу керек, клетканын узак мөөнөттүү адгезиясын колдошу керек жана CO2 массасын эффективдүү өткөрүүгө жана O2 газсыздандырууга көмөктөшүү үчүн тешиктүү болушу керек.Латекс тибиндеги акрил полимерлери оңой даярдалат жана боёк, текстиль жана жабышчаак өнөр жайларында кеңири колдонулат30.Биз цианобактерияларды стирол/бутил акрилат бөлүкчөлөрүнүн жана Тексанолдун ар кандай концентрацияларынын белгилүү бир катышы менен полимерленген суу негизиндеги акрил латекс полимер эмульсиясы менен бириктирдик.Стирол жана бутил акрилат физикалык касиеттерин, өзгөчө ийкемдүүлүктү жана каптоо эффективдүүлүгүн (күчтүү жана жогорку жабышчаак каптоо үчүн маанилүү), "катуу" жана "жумшак" бөлүкчөлөрдүн агрегаттарынын синтезин камсыз кылуу үчүн тандалып алынган.Уулуулугу боюнча маалыматтар жогорку стирол камтылган "катуу" латекс цианобактериялардын жашоосуна шарт түзбөй турганын көрсөтүп турат.Бутилакрилаттан айырмаланып, стирол балырлар үчүн уулуу деп эсептелет32,33.Cyanobacteria штаммдары латекске таптакыр башкача реакция кылып, S. elongatus PCC 7942 үчүн оптималдуу айнек өтүү температурасы (Tg) аныкталган, ал эми S. elongatus CCAP 1479/1A Tg менен терс сызыктуу байланышты көрсөткөн.
Кургатуу температурасы үзгүлтүксүз бирдиктүү латекс пленка түзүү жөндөмдүүлүгүнө таасир этет.Кургатуу температурасы пленканы түзүүнүн минималдуу температурасынан (MFFT) төмөн болсо, полимердик латекс бөлүкчөлөрү толугу менен биригип кетпейт, натыйжада бөлүкчөлөрдүн интерфейсинде гана адгезия болот.Натыйжадагы пленкалар начар адгезияга жана механикалык күчкө ээ жана ал тургай порошок түрүндө болушу мүмкүн29.MFFT Tg менен тыгыз байланышта, аны мономердик курамы жана Тексанол сыяктуу коалесценттерди кошуу менен башкара алат.Tg резина сымал же айнек сымал абалда болушу мүмкүн болгон каптаманын көптөгөн физикалык касиеттерин аныктайт34.Флори-Фокс теңдемесине35 ылайык, Tg мономердин түрүнө жана салыштырмалуу пайыздык курамына көз каранды.Коалесцентти кошуу MFFTди латекс бөлүкчөлөрүнүн Tg үзгүлтүксүз басуусу менен төмөндөтүшү мүмкүн, бул төмөнкү температурада пленка түзүүгө мүмкүндүк берет, бирок дагы эле катуу жана күчтүү жабынды түзөт, анткени коалесцент убакыттын өтүшү менен акырындык менен бууланат же алынган 36 .
Тексанолдун концентрациясын жогорулатуу кургатуу учурунда бөлүкчөлөрдүн сиңирүүсүнөн улам полимердик бөлүкчөлөрдү жумшартуу (Tg азайтуу) аркылуу пленканын пайда болушуна өбөлгө түзөт, ошону менен бириктирүүчү пленканын күчүн жана клетканын адгезиясын жогорулатат.Биокомпозит айлана-чөйрөнүн температурасында (~18–20°C) кургатылгандыктан, “катуу” латекстин Tg (30…55°C) кургатуу температурасынан жогору, демек, бөлүкчөлөрдүн биригиши оптималдуу болбой калышы мүмкүн, натыйжада Айнек сымал, начар механикалык жана жабышчаак касиеттери, чектелген ийкемдүүлүк жана диффузия30 бойдон калган В пленкалар акырында клетканын көбүрөөк жоголушуна алып келет.«Нормалдуу» жана «жумшак» полимерлерден пленканын пайда болушу полимердик пленканын Tg деңгээлинде же андан төмөн болот, ал эми пленканын пайда болушу жакшыртылган коалесценция менен жакшыртылып, механикалык, бириктирүүчү жана жабышчаак касиеттери жакшырган үзгүлтүксүз полимердик пленкалар пайда болот.Алынган пленка CO2 тартуу эксперименттери учурунда резинадай болуп калат, анткени анын Tg жакын (“нормалдуу” аралашма: 12…20 ºC) же бир кыйла төмөн (“жумшак” аралашма: -21…-13 °C) чөйрө температурасы 30 .“Катуу” латекс (3,4 – 2,9 кгс мм–1) “нормалдуу” латекстен (1,0 – 0,9 кгс мм–1) үч эсе катуураак."Жумшак" латекстердин катуулугун микрокатуулугу менен өлчөө мүмкүн эмес, анткени алардын бөлмө температурасында өтө резина жана жабышчаак.Беттик заряд да адгезия жакындыгына таасир этиши мүмкүн, бирок маанилүү маалымат менен камсыз кылуу үчүн көбүрөөк маалымат керек.Бирок, бардык латекстер клеткаларды натыйжалуу кармап, 1% дан азын бөлүп чыгарышкан.
Фотосинтездин өндүрүмдүүлүгү убакыттын өтүшү менен төмөндөйт.Полистиролдун таасири мембрананын бузулушуна жана кычкылдануу стрессине алып келет38,39,40,41.0S жана 4S таасир эткен S. elongatus CCAP 1479/1A Fv/Fm маанилери суспензияны башкарууга салыштырмалуу дээрлик эки эсе жогору болгон, бул 4S биокомпозитинин CO2 алуу ылдамдыгы менен, ошондой эле төмөнкү орточо PS маанилери.баалуулуктар.Жогорку Fv/Fm маанилери PSIIге электрондун транспорту көбүрөөк фотондорду42 жеткириши мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бул CO2 фиксациясынын жогорку ылдамдыгына алып келиши мүмкүн.Бирок, бул photophysiological маалыматтар суулуу латекс эритмелеринде токтотулган клеткалардан алынган жана жетилген биокомпозиттер менен түздөн-түз салыштырууга мүмкүн эмес экенин белгилей кетүү керек.
Эгерде латекс жарыкка жана/же газ алмашууга тоскоол болуп, натыйжада жарык жана CO2 чектөөсү пайда болсо, ал клеткалык стрессти жаратып, өндүрүмдүүлүктү төмөндөтүшү мүмкүн, ал эми O2 чыгарууга таасир этсе, фотодем алуу39.Айыккан жабындардын жарык өткөрүмдүүлүгү бааланган: "катуу" латекс 440 жана 480 нм ортосунда жарык өткөрүүнүн бир аз төмөндөшүн көрсөттү (пленканын биригүүсү жакшыргандыктан Тексанолдун концентрациясын жогорулатуу менен жарым-жартылай жакшырды), ал эми "жумшак" жана "кадимки" ” латекс жарык өткөрүүнүн бир аз төмөндөшүн көрсөттү.байкаларлык жоготууларды көрсөтөт.Анализдер, ошондой эле бардык инкубациялар, жарыктын аз интенсивдүүлүгүндө (30,5 мкмоль м-2 с-1) аткарылган, ошондуктан полимердик матрицадан келип чыккан ар кандай фотосинтетикалык активдүү нурлануу компенсацияланат жана ал тургай фотоингибирлөөнүн алдын алууда пайдалуу болушу мүмкүн.жарык интенсивдүүлүгүн бузууда.
Биокомпозит CCAP 1479/1A тестирлөөнүн 84 күн ичинде аш болумдуу зат айлануусуз же биомассаны олуттуу жоготуусуз иштеген, бул изилдөөнүн негизги максаты болуп саналат.Клетканын депигментациясы азот ачкалыгына жооп катары хлороз процесси менен байланышып, узак мөөнөттүү жашоого жетишүү (эс алуу абалы) болушу мүмкүн, бул азоттун жетиштүү топтолушуна жетишилгенден кийин клеткалардын өсүшүн калыбына келтирүүгө жардам берет.SEM сүрөттөрү клеткалар клетканын бөлүнүшүнө карабастан каптаманын ичинде калганын тастыктап, "жумшак" латекстин ийкемдүүлүгүн көрсөтүп, эксперименталдык версияга караганда ачык артыкчылыкты көрсөттү."Жумшак" латексте болжол менен 70% бутил акрилат (салмагы боюнча) бар, бул кургатылгандан кийин ийкемдүү каптоо үчүн белгиленген концентрациядан бир топ жогору.
CO2дин таза кабыл алуусу контролдук суспензияга караганда кыйла жогору болгон (тиешелүүлүгүнө жараша S. elongatus CCAP 1479/1A жана PCC 7942 үчүн 14–20 жана 3–8 эсе жогору).Буга чейин биз CO2 массасын өткөрүү моделин колдонуп, CO2 жогорку сиңирүүчү негизги кыймылдаткычы биокомпозиттин бетинде СО2 концентрациясынын кескин градиенти экенин жана биокомпозиттин иштеши масса өткөрүүгө каршылык менен чектелиши мүмкүн экенин көрсөткөн.Бул көйгөйдү каптаманын көзөнөктүүлүгүн жана өткөргүчтүүлүгүн жогорулатуу үчүн латекстин курамына уулуу эмес, пленка түзбөгөн ингредиенттерди кошуу жолу менен жеңүүгө болот26, бирок клетканын кармалышы бузулушу мүмкүн, анткени бул стратегия сөзсүз түрдө алсыз пленканы алып келет20.Полимеризация учурунда химиялык составды көңдөйлүктү жогорулатуу үчүн өзгөртүүгө болот, бул эң жакшы вариант, айрыкча өнөр жай өндүрүшү жана масштабдуулугу боюнча45.
Микробалырлардын жана цианобактериялардын биокомпозиттерин колдонуу менен жасалган акыркы изилдөөлөргө салыштырмалуу жаңы биокомпозиттин иштеши клетканын жүктөө ылдамдыгын тууралоодо артыкчылыктарды көрсөттү (таблица 1) 21,46 жана талдоо убактысы узунураак (84 күн 15 саатка каршы46 жана 3 жума21).
Клеткалардагы углеводдордун көлөмдүк мазмуну цианобактерияларды колдонуу менен башка изилдөөлөр менен жакшы салыштырылат жана көмүртекти кармоо жана утилизациялоо/калыбына келтирүү үчүн потенциалдуу критерий катары колдонулат, мисалы BECCS ачытуу процесстери49,51 же биологиялык ажыроочу заттарды өндүрүү үчүн. биопластика52.Бул изилдөөнүн жүйөсү катары биз токой өстүрүү, атүгүл BECCS терс эмиссиялар концепциясында каралган, климаттын өзгөрүшүнө каршы панацея эмес жана дүйнөдөгү айдоо жерлеринин коркунучтуу үлүшүн керектейт деп ойлойбуз6.Ой жүгүртүү эксперименти катары, 2100-жылга чейин глобалдык температуранын жогорулашын 1,5°C53 (жылына 8-12 GtCO2) чейин чектөө үчүн атмосферадан 640-950 GtCO2 жок кылынышы керек деп эсептелген.Буга жакшыраак иштеген биокомпозит менен жетишүү (жылына 574,08 ± 30,19 т CO2 t-1 биомасса-1) көлөмүн 5,5 × 1010дон 8,2 × 1010 м3ге чейин кеңейтүүнү талап кылат (салыштырылган фотосинтетикалык эффективдүүлүк менен), 1926 миллиарддан 2 литрге чейин. полимер.1 м3 биокомпозиттер 1 м2 жер аянтын ээлейт деп эсептесек, максаттуу жылдык жалпы СО2ди сиңирүү үчүн талап кылынган аянт 5,5 жана 8,17 миллион гектарды түзөт, бул 0,18-0,27% га барабар. тропиктер жана жер аянтын кыскартат.BECCS муктаждыгы 98-99% га.Белгилей кетчү нерсе, теориялык тартуу катышы аз жарыкта жазылган CO2 сиңирүүгө негизделген.Биокомпозит табигый жарыкка көбүрөөк таасир этээри менен, CO2 алуу ылдамдыгы жогорулап, жерге болгон талаптарды андан ары азайтат жана масштабды биокомпозит концепциясына карай бурат.Бирок, ишке ашыруу туруктуу жарык интенсивдүүлүгү жана узактыгы үчүн экватордо болушу керек.
CO2 жер семирткичтеринин глобалдык эффектиси, башкача айтканда, СО2 жетишсиздигинин көбөйүшү менен шартталган өсүмдүктөрдүн өндүрүмдүүлүгүнүн жогорулашы, кыязы, топурактын негизги азыктандыруучу элементтеринин (N жана P) жана суу ресурстарынын өзгөрүшүнө байланыштуу7.Бул абадагы СО2 концентрациясынын жогорулашына карабастан, жер үстүндөгү фотосинтез CO2 алуунун көбөйүшүнө алып келбейт дегенди билдирет.Бул контекстте, BECCS сыяктуу жерге негизделген климаттын өзгөрүшүн жумшартуу стратегиялары ийгиликке жетиши дагы азыраак.Бул глобалдык көрүнүш тастыкталса, эңилчектерден шыктанган биокомпозит бир клеткалуу суудагы фотосинтетикалык микробдорду “жердеги агенттерге” айландырган негизги байлык болушу мүмкүн.Жер үстүндөгү өсүмдүктөрдүн көбү СО2ди C3 фотосинтези аркылуу бекитишет, ал эми C4 өсүмдүктөрү жылуураак, кургакыраак жашаган жерлерге жагымдуураак жана CO254 парциалдык басымы жогору болгондо натыйжалуураак.Цианобактериялар C3 өсүмдүктөрүндө көмүр кычкыл газынын төмөндөшүнүн коркунучтуу божомолдорун жокко чыгара турган альтернатива сунуштайт.Цианобактериялар карбоксисомалардын ичиндеги рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCo) тарабынан СО2дин жогорку жарым-жартылай басымы сунушталган жана сакталган эффективдүү көмүртек байытуунун механизмин иштеп чыгуу менен фотореспиратордук чектөөлөрдү жеңип алышты.Эгерде цианобактериялык биокомпозиттерди өндүрүүнү көбөйтүү мүмкүн болсо, бул климаттын өзгөрүшүнө каршы күрөшүүдө адамзат үчүн маанилүү курал болуп калышы мүмкүн.
Биокомпозиттер (лихен мимикалары) кадимки микробалырлардын жана цианобактериялардын суспензия культураларына караганда айкын артыкчылыктарды сунуштайт, алар СО2нин жогорку сиңирүү ылдамдыгын камсыз кылат, булгануу тобокелдиктерин азайтат жана атаандаштыкка жөндөмдүү CO2 качууну убада кылат.Чыгымдар жерди, сууну жана аш болумдуу заттарды пайдаланууну кыйла азайтат56.Бул изилдөө жогорку натыйжалуу био шайкеш латексти иштеп чыгуунун жана өндүрүүнүн максатка ылайыктуулугун көрсөтөт, ал талапкер субстрат катары лифтин губкасы менен айкалышканда, клетканын жоготууларын минималдуу деңгээлде кармап, операциянын айларында эффективдүү жана эффективдүү CO2 алууну камсыздай алат.Биокомпозиттер теориялык жактан жылына болжол менен 570 т CO2 t-1 биомассаны кармай алат жана климаттын өзгөрүшүнө жооп берүүбүздө BECCS токой өстүрүү стратегияларына караганда маанилүү болушу мүмкүн.Полимердин курамын андан ары оптималдаштыруу, жарыктын жогорку интенсивдүүлүгүн сыноо жана кылдат метаболикалык инженерия менен айкалыштыруу менен жаратылыштын оригиналдуу биогеинженерлери дагы бир жолу жардамга келе алышат.
Акрил латекс полимерлери стирол мономерлеринин, бутил акрилаттын жана акрил кислотасынын аралашмасын колдонуу менен даярдалган жана рН 0,1 М натрий гидроксиди менен 7ге туураланган (таблица 2).Полимер чынжырларынын негизги бөлүгүн стирол жана бутилакрилат түзөт, ал эми акрил кислотасы латекс бөлүкчөлөрүн суспензияда кармап турууга жардам берет57.Латекстин структуралык касиеттери стиролдун жана бутилакрилаттын катышын өзгөртүү аркылуу башкарылуучу айнек өтүү температурасы (Tg) менен аныкталат, ал тиешелүүлүгүнө жараша “катуу” жана “жумшак” касиеттерди камсыз кылат58.Кадимки акрил латекс полимери 50:50 стирол: бутилакрилат 30, ошондуктан бул изилдөөдө бул катышы бар латекс "нормалдуу" латекс деп аталды, ал эми стиролдун жогорку мазмуну бар латекс төмөнкү стирол мазмуну менен латекс деп аталды. ."жумшак" деп "катуу" деп аталат.
30 мономер тамчыларын турукташтыруу үчүн дистилденген сууну (174 г), натрий бикарбонатын (0,5 г) жана Rhodapex Ab/20 беттик активдүү затын (30,92 г) (Солвай) колдонуу менен негизги эмульсия даярдалды.Шприц насосу бар айнек шприцти (Science Glass Engineering) колдонуп, 2-таблицада келтирилген стирол, бутилакрилат жана акрил кислотасын камтыган экинчи аликвот 4 сааттын ичинде негизги эмульсияга 100 мл с-1 ылдамдыгы менен тамчылатып кошулган (Коул) - Палмер, Маунт Вернон, Иллинойс).dH O жана аммоний персульфаты (100 мл, 3% масса) колдонуу менен полимерлөө демилгечиси 59 эритмесин даярдайт.
дат баспас болоттон жасалган винти менен үстүнкү аралаштыргычтын (Heidolph Hei-TORQUE мааниси 100) жардамы менен dH2O (206 г), натрий бикарбонаты (1 г) жана Rhodapex Ab/20 (4,42 г) камтыган эритмени аралаштырыңыз жана 82°C чейин ысытыңыз. VWR Scientific 1137P жылытылган суу мончосунда суу капталган идиш.Мономердин (28,21 г) жана инициатордун (20,60 г) азайтылган салмагы эритмеси күрмөлүү идишке тамчылатып кошулуп, 20 мүнөт аралаштырылды.Калган мономерди (150 мл с.-1) жана инициатордун (27 мл с-1) эритмелерин 10 мл шприцтерди жана 100 мл идиште 5 сааттан ашыкча суу курткасына кошконго чейин суспензияда кармап туруу үчүн катуу аралаштырыңыз. .шприц насосу менен толукталган.Чачтын кармалышын камсыз кылуу үчүн аралаштыргычтын ылдамдыгы шламдын көлөмүн көбөйтүүнүн эсебинен жогорулатылган.Инициатор жана эмульсия кошулгандан кийин реакциянын температурасы 85°Сге чейин көтөрүлүп, 450 айн/минутка 30 мүнөт жакшылап аралаштырылды, андан кийин 65°Сге чейин муздатылды.Муздаткандан кийин латекске эки орун алмаштыруучу эритмелер кошулган: терт-бутилгидропероксид (t-BHP) (суудагы 70%) (5 г, 14% салмак) жана изоаскорбин кислотасы (5 г, 10% салмак)..t-BHP тамчы кошуп, 20 мүнөткө калтырыңыз.Андан кийин эриторбин кислотасы шприц насосунун жардамы менен 10 мл шприцтен 4 мл/саат ылдамдыкта кошулган.Андан кийин латекс эритмеси бөлмө температурасына чейин муздатылган жана 0,1M натрий гидроксиди менен pH 7ге ылайыкталган.
2,2,4-Триметил-1,3-пентандиол моноизобутират (Тексанол) – латекс боёктору үчүн 37,60 уулуулугу төмөн биологиялык ажыроочу коалесцент – шприц жана насос менен үч көлөмдө кошулган (0, 4, 12% к/к) кургатуу учурунда пленканын пайда болушун жеңилдетүү үчүн латекс аралашмасы үчүн бириктирүүчү агент катары37.Катуу латекстин пайызы алдын ала таразаланган алюминий фольга капкактарына ар бир полимерден 100 мкл коюу жана 100°C температурада 24 саат бою духовкада кургатуу жолу менен аныкталган.
Жарыкты өткөрүү үчүн ар бир латекс аралашмасы 100 мкм пленкаларды алуу үчүн калибрленген дат баспас болоттон жасалган тамчы кубунун жардамы менен микроскоптун слайдына колдонулуп, 20°C температурада 48 саат кургатылган.Жарыктын өткөрүлүшү (фотосинтетикалык жактан активдүү нурланууга багытталган, λ 400–700 нм) 30 Вт флуоресценттик лампадан 35 см аралыкта сенсору бар ILT950 SpectriLight спектррадиометринде өлчөнгөн (Sylvania Luxline Plus, n = 6) – бул жерде жарык Булагы цианобактериялар жана организмдер болгон Композиттик материалдар сакталган.SpectrILight III программалык версиясы 3.5 λ 400–700 nm61 диапазонунда жарыктандырууну жана өткөрүүнү жаздыруу үчүн колдонулган.Бардык үлгүлөр сенсордун үстүнө жайгаштырылган жана капталбаган айнек слайддар башкаруу элементтери катары колдонулган.
Латекс үлгүлөрү силикон бышыруучу табакка кошулуп, катуулугун текшергенге чейин 24 саат кургатууга уруксат берилди.Кургатылган латекс үлгүсүн x10 микроскоптун астындагы болот капкакка коюңуз.Фокусталгандан кийин үлгүлөр Buehler Micromet II микрокатуулугун текшергичте бааланган.Үлгү 100дөн 200 граммга чейинки күчкө дуушар болгон жана үлгүдөгү бриллиант оюмун түзүү үчүн жүктөө убактысы 7 секундга белгиленген.Басма форманы өлчөө үчүн кошумча программалык камсыздоо менен Bruker Alicona × 10 микроскоптун объектисинин жардамы менен талданды.Ар бир латекстин катуулугун эсептөө үчүн Викерстин катуулугунун формуласы (1-теңдеме) колдонулган, мында HV – Викерс саны, F – колдонулган күч жана d – латекстин бийиктигинен жана туурасынан эсептелген чегинүү диагоналдарынын орточосу.чегинүү мааниси."Жумшак" латексти чегинүү сыноо учурунда адгезия жана сунууга байланыштуу өлчөө мүмкүн эмес.
Латекс курамынын айнек өтүү температурасын (Tg) аныктоо үчүн полимер үлгүлөрү силикагель идиштерге салынып, 24 саат кургатылган, 0,005 г чейин таразаланган жана үлгү идиштерге салынган.Табактын капкагы жабылып, дифференциалдык сканерлөөчү колориметрге (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris маалыматтарды анализдөө программасы) орнотулган62.Жылуулук агымынын ыкмасы эталондук чөйчөктөрдү жана үлгү чөйчөктөрүн температураны өлчөө үчүн орнотулган температуралык зонд менен бир мешке коюу үчүн колдонулат.Туруктуу ийри сызыкты түзүү үчүн жалпысынан эки пандус колдонулган.Үлгү ыкмасы бир нече жолу мүнөтүнө 20 ° C ылдамдыгы боюнча -20 ° C дан 180 ° C чейин көтөрүлгөн.Ар бир башталгыч жана аяктоочу чекит температуранын артта калышын эсепке алуу үчүн 1 мүнөткө сакталат.
Биокомпозиттин СО2ди сиңирүү жөндөмүн баалоо үчүн үлгүлөр биздин мурунку изилдөөбүздөгүдөй эле даярдалып, сыналган31.Кургатылган жана автоклавдан жасалган жуугуч болжол менен 1×1×5 см тилкелерге кесилип, таразага тартылды.Ар бир цианобактерия штаммынын эң эффективдүү эки биокаптамасынын 600 мкл ар бир луфа тилкесинин бир учуна сүйкөп, болжол менен 1 × 1 × 3 см жаап, караңгы жерде 20°C температурада 24 саат кургатыңыз.Луфанын макро көзөнөктүү түзүлүшүнөн улам, формуланын бир бөлүгү ысырап болгон, ошондуктан клетканы жүктөөнүн эффективдүүлүгү 100% болгон эмес.Бул көйгөйдү чечүү үчүн кургак препараттын люфадагы салмагы аныкталып, эталондук кургак препаратка нормалдаштырылды.Луфа, латекс жана стерилдүү азык чөйрөсүнөн турган абиотикалык контроль ушундай эле жол менен даярдалган.
Жарым партиядагы СО2 сиңирүү сыноосун жүргүзүү үчүн биокомпозитти (n = 3) 50 мл айнек түтүкчөсүнө биокомпозиттин бир учу (биокаптамасыз) 5 мл өсүү чөйрөсү менен тийип тургандай кылып, аш болумдуу заттын капиллярдык аракет менен ташылат..Бөтөлкө диаметри 20 мм бутил резина тыгыны менен капталган жана күмүш түстөгү алюминий капкак менен бүктөлгөн.Мөөр басылгандан кийин, газ өтпөгөн шприцке стерилденген ийне менен 45 мл 5% СО2/аба сайыңыз.Контролдук суспензиянын клетка тыгыздыгы (n = 3) аш болумдуу чөйрөдөгү биокомпозиттин клетка жүктөмүнө барабар болгон.Сыноолор 18 ± 2 °C температурада 16:8 фотопериод жана 30,5 мкмоль м-2 с-1 фотопериод менен жүргүзүлдү.Баш мейкиндиги ар бир эки күндө газ өткөрбөгөн шприц менен алынып салынды жана СО2 сиңирүү пайызын аныктоо үчүн инфракызыл сиңирүү GEOTech G100 менен CO2 өлчөгүч менен анализденди.CO2 газ аралашмасынын бирдей көлөмүн кошуу.
% CO2 Fix төмөнкүчө эсептелет: % CO2 Fix = 5% (көлөм/көлөм) – %CO2 (теңдеме 2) жазыңыз, мында P = басым, V = көлөм, T = температура, жана R = идеалдуу газ туруктуу.
Цианобактериялардын жана биокомпозиттердин контролдук суспензиялары үчүн билдирилген CO2 алуу ылдамдыгы биологиялык эмес көзөмөлгө нормалдаштырылган.g биомассанын функционалдык бирдиги болуп жуугучта кыймылсызданган кургак биомассанын көлөмү саналат.Бул клетканын фиксациясына чейин жана кийин люфа үлгүлөрүн таразалоо менен аныкталат.Кургатууга чейин жана кургаткандан кийин препараттарды жекече таразалоо жана клетка препаратынын тыгыздыгын эсептөө аркылуу клетканын жүк массасын (биомасса эквиваленти) эсепке алуу (3-теңдеме).Клетка препараттары фиксация учурунда бир тектүү деп эсептелет.
Статистикалык талдоо үчүн RealStatistics кошумчасы менен Minitab 18 жана Microsoft Excel колдонулган.Нормалдуулук Андерсон-Дарлинг тести аркылуу, ал эми дисперсиялардын теңдиги Левен тести аркылуу текшерилген.Бул божомолдорду канааттандырган маалыматтар эки тараптуу дисперсияны анализдөө (ANOVA) менен Тукей тести менен пост-хок анализи катары талданды.Нормалдуулуктун жана бирдей дисперсиянын божомолдоруна жооп бербеген эки тараптуу маалыматтар Ширер-Рэй-Хара тестин жана андан кийин дарылоонун ортосундагы маанини аныктоо үчүн Манн-Уитни U-тестинин жардамы менен талданды.Жалпыланган сызыктуу аралаш (GLM) моделдери үч фактору бар нормалдуу эмес маалыматтар үчүн колдонулган, мында маалыматтар Джонсон трансформациясын колдонуу менен өзгөртүлгөн63.Pearson продуктуларынын моменттик корреляциялары Тексанол концентрациясынын, айнек өтүү температурасынын жана латекстин уулуулугунун жана адгезия маалыматтарынын ортосундагы байланышты баалоо үчүн аткарылган.
Посттун убактысы: 05-январь 2023-ж