जैविक कार्बन सिक्वेस्टेशन सुधार गर्न सक्रिय फोटोसिन्थेटिक बायोकम्पोजिटहरू विकसित गरिएको छ।

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
एकै पटकमा तीनवटा स्लाइडहरूको क्यारोसेल प्रदर्शन गर्दछ।अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि, वा अन्तमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि।
पेरिस सम्झौताका लक्ष्यहरू प्राप्त गर्न कार्बन कब्जा र भण्डारण आवश्यक छ।प्रकाश संश्लेषण कार्बन कब्जा गर्न को लागी प्रकृति को प्रविधि हो।लाइकेन्सबाट प्रेरणा लिएर, हामीले लुफाह स्पन्जमा लागू गरिएको एक्रिलिक लेटेक्स पोलिमर प्रयोग गरेर थ्रीडी साइनोब्याक्टेरिया फोटोसिन्थेटिक बायोकम्पोजिट (जस्तै नक्कल लाइकेन) विकास गर्यौं।बायोमास d-1 को बायोकम्पोजिट द्वारा CO2 अपटेक दर 1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 थियो।ग्रहण दर प्रयोगको सुरुमा सुख्खा बायोमासमा आधारित हुन्छ र नयाँ बायोमास बढाउन प्रयोग हुने CO2 साथै कार्बोहाइड्रेट जस्ता भण्डारण यौगिकहरूमा समावेश CO2 समावेश गर्दछ।यी अपटेक दरहरू स्लरी नियन्त्रण उपायहरू भन्दा 14-20 गुणा बढी थिए र सम्भावित रूपमा प्रति वर्ष 570 t CO2 t-1 बायोमास कब्जा गर्न मापन गर्न सकिन्छ, 5.5-8.17 × 106 हेक्टेयर भूमि प्रयोगको बराबर, 8-12 GtCO2 हटाएर। CO2 प्रति वर्ष।यसको विपरीत, कार्बन कब्जा र भण्डारणको साथ वन जैव ऊर्जा ०.४–१.२ × १०९ हेक्टर छ।बायोकम्पोजिट अतिरिक्त पोषक तत्व वा पानी बिना 12 हप्ता सम्म कार्यशील रह्यो, जस पछि प्रयोग समाप्त भयो।जलवायु परिवर्तनसँग लड्न मानवताको बहु-पक्षीय प्राविधिक अडान भित्र, इन्जिनियर गरिएको र अनुकूलित साइनोब्याक्टेरियल बायोकम्पोजिटहरूले पानी, पोषक तत्व र भूमि प्रयोगको हानिलाई कम गर्दै CO2 हटाउने दिगो र स्केलेबल डिप्लोइमेन्टको सम्भावना छ।
जलवायु परिवर्तन विश्वव्यापी जैविक विविधता, इकोसिस्टम स्थायित्व र मानिसहरूका लागि वास्तविक खतरा हो।यसको नराम्रो प्रभावलाई कम गर्नको लागि, समन्वित र ठूला-ठूला डिकार्ब्युराइजेसन कार्यक्रमहरूको आवश्यकता छ, र निस्सन्देह, वायुमण्डलबाट हरितगृह ग्यासहरूलाई प्रत्यक्ष रूपमा हटाउने केही प्रकार आवश्यक छ।बिजुली उत्पादनको सकारात्मक डेकार्बोनाइजेसन २,३ को बावजुद, वायुमण्डलीय कार्बन डाइअक्साइड (CO2) 4 लाई कम गर्न हाल कुनै आर्थिक रूपमा दिगो प्राविधिक समाधानहरू छैनन्, यद्यपि फ्लु ग्यास क्याप्चर प्रगतिमा छ।स्केलेबल र व्यावहारिक ईन्जिनियरिङ् समाधानहरूको सट्टा, मानिसहरूले कार्बन क्याप्चरको लागि प्राकृतिक इन्जिनियरहरू - फोटोसिन्थेटिक जीवहरू (फोटोट्रोफिक जीवहरू) मा फर्कनुपर्छ।प्रकाश संश्लेषण प्रकृतिको कार्बन सिक्वेस्टेशन टेक्नोलोजी हो, तर अर्थपूर्ण समय मापनमा एन्थ्रोपोजेनिक कार्बन संवर्धनलाई उल्टाउने यसको क्षमता शंकास्पद छ, इन्जाइमहरू अकुशल छन्, र उपयुक्त तराजूमा तैनात गर्ने क्षमतामा शंकास्पद छ।फोटोट्रोफीको लागि सम्भावित माध्यम वनीकरण हो, जसले कार्बन क्याप्चर र भण्डारण (BECCS) को साथ जैविक ऊर्जाको लागि रूखहरू काट्छ नकारात्मक-उत्सर्जन प्रविधिको रूपमा जसले शुद्ध CO21 उत्सर्जन कम गर्न मद्दत गर्दछ।यद्यपि, BECCS को मुख्य विधिको रूपमा प्रयोग गरी पेरिस सम्झौताको तापक्रम 1.5 डिग्री सेल्सियस हासिल गर्न 0.4 देखि 1.2 × 109 हेक्टेयर आवश्यक पर्दछ, जुन हालको विश्वव्यापी कृषि योग्य भूमिको 25-75% बराबर छ।थप रूपमा, CO2 निषेचनको विश्वव्यापी प्रभावहरूसँग सम्बन्धित अनिश्चितताले वन वृक्षारोपणको सम्भावित समग्र दक्षतामाथि प्रश्न उठाउँछ।यदि हामीले पेरिस सम्झौताले तोकेको तापक्रम लक्ष्यमा पुग्ने हो भने, प्रत्येक वर्ष वातावरणबाट १०० सेकेन्डको GtCO2 हरितगृह ग्यासहरू (GGR) हटाउनुपर्छ।युके डिपार्टमेन्ट अफ रिसर्च र इनोभेसनले भर्खरै BECCS प्रक्रियालाई खुवाउन पीटल्याण्ड व्यवस्थापन, परिष्कृत चट्टान मौसम, रूख रोपण, बायोचार र बारहमासी बालीहरू सहित पाँच GGR8 परियोजनाहरूको लागि कोषको घोषणा गरेको छ।वायुमण्डलबाट प्रति वर्ष 130 MtCO2 भन्दा बढी हटाउने लागत 10-100 US$/tCO2, 0.2-8.1 MtCO2 प्रति वर्ष पीटल्याण्ड पुनर्स्थापनाको लागि, 52-480 US$/tCO2 र 12-27 MtCO2 प्रति वर्ष चट्टानको मौसमको लागि। , 0.4-30 USD/वर्ष।tCO2, 3.6 MtCO2/वर्ष, वन क्षेत्रमा 1% वृद्धि, 0.4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/yr, बायोचार, 140-270 US$/tCO2, 20 -70 Mt CO2 प्रति वर्ष स्थायी बाली प्रयोग गर्नका लागि BECCS9।
यी दृष्टिकोणहरूको संयोजनले सम्भावित रूपमा 130 Mt CO2 प्रति वर्ष लक्ष्यमा पुग्न सक्छ, तर चट्टान मौसम र BECCS को लागत उच्च छ, र बायोचार, तुलनात्मक रूपमा सस्तो र गैर-भूमि-उपयोग सम्बन्धित भए पनि, बायोचार उत्पादन प्रक्रियाको लागि फिडस्टक चाहिन्छ।अन्य GGR प्रविधिहरू प्रयोग गर्न यो विकास र नम्बर प्रदान गर्दछ।
जमिनमा समाधान खोज्नुको सट्टा, पानी खोज्नुहोस्, विशेष गरी एकल-कोशिका फोटोट्रोफहरू जस्तै माइक्रोएल्गी र साइनोब्याक्टेरिया10।शैवाल (स्यानोब्याक्टेरिया सहित) ले संसारको कार्बन डाइअक्साइडको लगभग 50% कब्जा गर्दछ, यद्यपि तिनीहरू विश्वको बायोमासको 1% मात्र हुन्।साइनोब्याक्टेरिया प्रकृतिका मौलिक जैव इन्जिनियरहरू हुन्, जसले श्वासप्रश्वासको चयापचय र अक्सिजेनिक प्रकाश संश्लेषणको माध्यमबाट बहुकोशिकीय जीवनको विकासको लागि जग राख्छन्।कार्बन क्याप्चर गर्न साइनोब्याक्टेरिया प्रयोग गर्ने विचार नयाँ होइन, तर भौतिक प्लेसमेन्टको नवीन विधिहरूले यी पुरातन जीवहरूको लागि नयाँ क्षितिज खोल्छ।
खुला पोखरी र फोटोबायोरेक्टरहरू पूर्वनिर्धारित सम्पत्ति हुन् जब माइक्रोएल्गी र साइनोब्याक्टेरिया औद्योगिक उद्देश्यका लागि प्रयोग गरिन्छ।यी संस्कृति प्रणालीहरूले निलम्बन संस्कृति प्रयोग गर्दछ जसमा कोशिकाहरू विकासको माध्यममा स्वतन्त्र रूपमा तैर्छन्14;यद्यपि, पोखरी र फोटोबायोरेक्टरहरूसँग धेरै बेफाइदाहरू छन् जस्तै कम CO2 मास ट्रान्सफर, जमिन र पानीको गहन प्रयोग, बायोफाउलिंगको लागि संवेदनशीलता, र उच्च निर्माण र सञ्चालन लागतहरू 15,16।सस्पेन्सन कल्चरहरू प्रयोग नगर्ने बायोफिल्म बायोरिएक्टरहरू पानी र ठाउँको सन्दर्भमा बढी किफायती हुन्छन्, तर डेसिकेशन क्षतिको जोखिममा हुन्छन्, बायोफिल्म डिटेचमेन्ट (र त्यसकारण सक्रिय बायोमासको हानि) को जोखिममा हुन्छन्, र समान रूपमा बायोफाउलिंगको खतरा हुन्छ।
CO2 अपटेकको दर बढाउन र स्लरी र बायोफिल्म रिएक्टरहरू सीमित गर्ने समस्याहरूलाई सम्बोधन गर्न नयाँ दृष्टिकोणहरू आवश्यक छ।यस्तो एउटा दृष्टिकोण लाइकेन्सबाट प्रेरित फोटोसिन्थेटिक बायोकम्पोजिट हो।लाइकेन्स फङ्गस र फोटोबायोन्ट्स (माइक्रोएल्गी र/वा साइनोब्याक्टेरिया) को एक जटिल हो जसले पृथ्वीको लगभग 12% भूभाग ओगटेको छ।कवकले फोटोबायोटिक सब्सट्रेटको भौतिक सहयोग, सुरक्षा र एङ्करिङ प्रदान गर्दछ, जसले फलस्वरूप कवकलाई कार्बन (अतिरिक्त फोटोसिन्थेटिक उत्पादनको रूपमा) प्रदान गर्दछ।प्रस्तावित बायोकम्पोजिट एक "लाइकेन मिमेटिक" हो, जसमा साइनोब्याक्टेरियाको केन्द्रित जनसंख्या क्यारियर सब्सट्रेटमा पातलो बायोकोटिंगको रूपमा स्थिर हुन्छ।कोशिकाहरूको अतिरिक्त, बायोकोटिंगमा पोलिमर म्याट्रिक्स हुन्छ जसले फंगसलाई प्रतिस्थापन गर्न सक्छ।पानीमा आधारित पोलिमर इमल्सन वा "लेटेक्स" लाई प्राथमिकता दिइन्छ किनभने तिनीहरू जैवकम्प्याटिबल, टिकाउ, सस्तो, ह्यान्डल गर्न सजिलो र व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध १९, २०, २१, २२, २३, २४, २५, २६ छन्।
लेटेक्स पोलिमरको साथ कोशिकाहरूको निर्धारण लेटेक्सको संरचना र फिल्म गठनको प्रक्रियाबाट धेरै प्रभावित हुन्छ।इमल्शन पोलिमराइजेशन सिंथेटिक रबर, चिपकने कोटिंग्स, सीलेन्ट, कंक्रीट additives, कागज र टेक्सटाइल कोटिंग्स, र लेटेक्स पेन्ट उत्पादन गर्न प्रयोग गरिने एक विषम प्रक्रिया हो।योसँग अन्य पोलिमराइजेशन विधिहरूमा धेरै फाइदाहरू छन्, जस्तै उच्च प्रतिक्रिया दर र मोनोमर रूपान्तरण दक्षता, साथै उत्पादन नियन्त्रण २७,२८ को सहजता।मोनोमरहरूको छनोट नतिजा पोलिमर फिल्मको वांछित गुणहरूमा निर्भर गर्दछ, र मिश्रित मोनोमर प्रणालीहरू (अर्थात, copolymerizations), बहुलकको गुणहरू मोनोमरहरूको विभिन्न अनुपातहरू चयन गरेर परिवर्तन गर्न सकिन्छ जुन परिणामस्वरूप बहुलक सामग्री बनाउँछ।Butyl acrylate र styrene सबैभन्दा सामान्य एक्रिलिक लेटेक्स मोनोमरहरू मध्ये एक हो र यहाँ प्रयोग गरिन्छ।थप रूपमा, कोलेसिङ एजेन्टहरू (जस्तै टेक्सानोल) प्राय: समान फिल्म निर्माणलाई बढावा दिन प्रयोग गरिन्छ जहाँ तिनीहरूले बलियो र "निरन्तर" (कोलेसिङ) कोटिंग उत्पादन गर्न पोलिमर लेटेक्सको गुणहरू परिवर्तन गर्न सक्छन्।हाम्रो प्रारम्भिक प्रमाण-अवधारणा अध्ययनमा, उच्च सतह क्षेत्र, उच्च पोरोसिटी 3D बायोकम्पोजिट लुफाह स्पन्जमा लागू गरिएको व्यावसायिक लेटेक्स पेन्ट प्रयोग गरेर बनाइएको थियो।लामो र निरन्तर हेरफेर (आठ हप्ता) पछि, बायोकम्पोजिटले लुफाह स्क्याफोल्डमा साइनोब्याक्टेरिया कायम राख्ने सीमित क्षमता देखायो किनभने कोषको वृद्धिले लेटेक्सको संरचनात्मक अखण्डतालाई कमजोर बनायो।हालको अध्ययनमा, हामीले पोलिमर डिग्रेडेसनको त्याग नगरी कार्बन क्याप्चर अनुप्रयोगहरूमा निरन्तर प्रयोगको लागि ज्ञात रसायन विज्ञानको एक्रिलिक लेटेक्स पोलिमरहरूको श्रृंखला विकास गर्ने लक्ष्य राखेका छौं।यसो गर्दा, हामीले लाइकेन-जस्तो पोलिमर म्याट्रिक्स तत्वहरू सिर्जना गर्ने क्षमता प्रदर्शन गरेका छौं जसले सुधारिएको जैविक कार्यसम्पादन र प्रमाणित बायोकम्पोजिटहरूको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा यांत्रिक लोच प्रदान गर्दछ।थप अप्टिमाइजेसनले कार्बन क्याप्चरको लागि बायोकम्पोजिटको अपटेकलाई गति दिनेछ, विशेष गरी जब साइनोब्याक्टेरियासँग मिलाएर CO2 सिक्वेस्ट्रेसन बढाउनको लागि मेटाबोलिक रूपमा परिमार्जन गरिन्छ।
तीन पोलिमर सूत्रहरू (H = "हार्ड", N = "सामान्य", S = "नरम") र तीन प्रकारका टेक्सानोल (0, 4, 12% v/v) को साथ नौ लेटेक्सहरू विषाक्तता र तनाव सम्बन्धको लागि परीक्षण गरियो।टाँस्ने।दुई साइनोब्याक्टेरियाबाट।लेटेक्स प्रकारले S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare test, लेटेक्स: DF=2, H=23.157, P=<0.001) र CCAP 1479/1A (दुई-तर्फी ANOVA, लेटेक्स: DF=2, F) लाई उल्लेखनीय रूपमा प्रभाव पारेको छ। = 103.93, P = <0.001) (चित्र 1a)।टेक्सानोलको एकाग्रताले S. elongatus PCC 7942 को वृद्धिलाई खासै असर पारेन, N-latex मात्र गैर-विषाक्त थियो (चित्र 1a), र 0 N र 4 N ले क्रमशः 26% र 35% को वृद्धि कायम राख्यो (मान- Whitney U, 0 N विरुद्ध 4 N: W = 13.50, P = 0.245; 0 N विरुद्ध नियन्त्रण: W = 25.0, P = 0.061; 4 N विरुद्ध नियन्त्रण: W = 25.0, P = 0.061) र 12 N ले तुलनात्मक वृद्धि कायम राख्यो जैविक नियन्त्रणमा (मान-ह्विटनी विश्वविद्यालय, 12 एन बनाम नियन्त्रण: W = 17.0, P = 0.885)।S. elongatus CCAP 1479/1A को लागि, दुबै लेटेक्स मिश्रण र टेक्सानोल एकाग्रता महत्त्वपूर्ण कारकहरू थिए, र दुई (दुई-तर्फी ANOVA, लेटेक्स: DF=2, F=103.93, P=<0.001, Texanol) बीचको महत्त्वपूर्ण अन्तरक्रिया देखियो। : DF=2, F=5.96, P=0.01, Latex*Texanol: DF=4, F=3.41, P=0.03)।0 N र सबै "नरम" लेटेक्सले वृद्धिलाई बढावा दियो (चित्र 1a)।स्टायरिन संरचना घट्दै विकासमा सुधार गर्ने प्रवृत्ति छ।
साइनोब्याक्टेरिया (Synechococcus elongatus PCC 7942 र CCAP 1479/1A) को विषाक्तता र आसंजन परीक्षण, लेटेक्स फॉर्म्युलेसन, ग्लास ट्रान्जिसन तापमान (Tg) सँग सम्बन्ध र विषाक्तता र आसंजन डेटामा आधारित निर्णय म्याट्रिक्स।(a) विषाक्तता परीक्षण निलम्बन संस्कृतिहरू नियन्त्रण गर्न सामान्यीकृत साइनोब्याक्टेरियाको प्रतिशत वृद्धिको छुट्टै प्लटहरू प्रयोग गरेर प्रदर्शन गरिएको थियो।* चिन्ह लगाइएका उपचारहरू नियन्त्रणहरू भन्दा धेरै फरक छन्।(b) Tg लेटेक्स बनाम साइनोब्याक्टेरिया वृद्धि डेटा (अर्थ ± SD; n = 3)।(c) बायोकम्पोजिट आसंजन परीक्षणबाट जारी गरिएको साइनोब्याक्टेरियाको संचयी संख्या।(d) लेटेक्सको Tg बनाम आसंजन डेटा (अर्थ ± StDev; n = 3)।e विषाक्तता र आसंजन डेटामा आधारित निर्णय म्याट्रिक्स।स्टायरिन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात “हार्ड” (H) लेटेक्सको लागि 1:3, “सामान्य” (N) को लागि 1:1 र “नरम” (S) को लागि 3:1 हो।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।
धेरै जसो केसहरूमा, टेक्सानोल एकाग्रता बढ्दै जाँदा सेल व्यवहार्यता घट्यो, तर कुनै पनि स्ट्रेनको लागि कुनै महत्त्वपूर्ण सम्बन्ध थिएन (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0.208, P = 0.299; PCC 7942: DF = 25, r = – ०.१२७, P = ०.५२७)।अंजीर मा।1b सेल वृद्धि र गिलास संक्रमण तापमान (Tg) बीचको सम्बन्ध देखाउँछ।टेक्सानोल एकाग्रता र Tg मानहरू (H-latex: DF=7, r=-0.989, P=<0.001; N-latex: DF=7, r=-0.964, P=<0.001) बीचको बलियो नकारात्मक सम्बन्ध छ। ; S- लेटेक्स: DF=7, r=-0.946, P=<0.001)।डेटाले देखाएको छ कि S. elongatus PCC 7942 को वृद्धिको लागि इष्टतम Tg लगभग 17 °C (चित्र 1b) थियो, जबकि S. elongatus CCAP 1479/1A ले Tg लाई 0 °C (चित्र 1b) भन्दा कम मनाएको थियो।केवल S. elongatus CCAP 1479/1A सँग Tg र विषाक्तता डेटा (DF=25, r=-0.857, P=<0.001) बीचको बलियो नकारात्मक सम्बन्ध थियो।
सबै लेटेक्सहरूसँग राम्रो आसंजन आत्मीयता थियो, र तिनीहरूमध्ये कुनै पनि 72 घन्टा (चित्र 1c) पछि 1% भन्दा बढी कक्षहरू छोडेनन्।S. elongatus (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara test, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- किरण परीक्षण)।- हरे टेस्ट, लेटेक्स*टेक्सानोल, DF=4, H=3.277, P=0.513)।Texanol को एकाग्रता बढ्दै जाँदा, थप कोशिकाहरू जारी हुन्छन् (चित्र 1c)।S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001) (चित्र 1d) को तुलनामा।यसबाहेक, दुई स्ट्रेनहरूको Tg र सेल आसंजन बीच कुनै सांख्यिकीय सम्बन्ध थिएन (PCC 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147)।
दुबै प्रकारका लागि, "हार्ड" लेटेक्स पोलिमरहरू अप्रभावी थिए।यसको विपरित, 4N र 12N ले S. elongatus PCC 7942 विरुद्ध उत्कृष्ट प्रदर्शन गर्‍यो, जबकि 4S र 12S ले CCAP 1479/1A (चित्र 1e) विरुद्ध उत्कृष्ट प्रदर्शन गर्‍यो, यद्यपि पोलिमर म्याट्रिक्सको थप अनुकूलनका लागि स्पष्ट रूपमा ठाउँ छ।यी पोलिमरहरू अर्ध-ब्याच नेट CO2 अपटेक परीक्षणहरूमा प्रयोग गरिएको छ।
फोटोफिजियोलोजीलाई जलीय लेटेक्स संरचनामा निलम्बित कक्षहरू प्रयोग गरेर 7 दिनको लागि अनुगमन गरिएको थियो।सामान्यतया, दुबै स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (PS) र अधिकतम PSII क्वान्टम उपज (Fv/Fm) समय संग घट्छ, तर यो कमी असमान छ र केहि PS डेटासेटहरूले एक बिफासिक प्रतिक्रिया देखाउँछन्, आंशिक प्रतिक्रिया सुझाव दिन्छ, यद्यपि वास्तविक-समय रिकभरी। छोटो PS गतिविधि (चित्र 2a र 3b)।biphasic Fv/Fm प्रतिक्रिया कम स्पष्ट थियो (चित्र 2b र 3b)।
(a) स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (PS) र (b) Synechococcus elongatus PCC 7942 को अधिकतम PSII क्वान्टम उपज (Fv/Fm) नियन्त्रण निलम्बन संस्कृतिहरूको तुलनामा लेटेक्स सूत्रहरूको प्रतिक्रियामा।स्टायरिन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात “हार्ड” (H) लेटेक्सको लागि 1:3, “सामान्य” (N) को लागि 1:1 र “नरम” (S) को लागि 3:1 हो।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।(मानक ± मानक विचलन; n = 3)।
(a) स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (PS) र (b) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A को अधिकतम PSII क्वान्टम उपज (Fv/Fm) नियन्त्रण निलम्बन संस्कृतिहरूको तुलनामा लेटेक्स सूत्रहरूको प्रतिक्रियामा।स्टायरिन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात “हार्ड” (H) लेटेक्सको लागि 1:3, “सामान्य” (N) को लागि 1:1 र “नरम” (S) को लागि 3:1 हो।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।(मानक ± मानक विचलन; n = 3)।
S. elongatus PCC 7942 को लागि, लेटेक्स संरचना र Texanol एकाग्रताले समयको साथ PS लाई असर गर्दैन (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), यद्यपि संरचना एक महत्त्वपूर्ण कारक थियो (GLM)।, लेटेक्स*समय, DF = 14, F = 3.14, P = <0.001) (चित्र 2a)।समयको साथमा Texanol एकाग्रताको कुनै महत्त्वपूर्ण प्रभाव थिएन (GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.63, P=0.078)।Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001) लाई असर गर्ने एउटा महत्त्वपूर्ण अन्तरक्रिया थियो।लेटेक्स सूत्रीकरण र Texanol एकाग्रता बीचको अन्तरक्रियाले Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001) मा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पारेको थियो।प्रत्येक प्यारामिटरले समयसँगै Fv/Fm लाई पनि असर गर्छ (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 र Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001)।Latex 12H ले सबैभन्दा कम औसत PS र Fv/Fm मानहरू (चित्र 2b) कायम राख्यो, यो पोलिमर बढी विषाक्त छ भन्ने सङ्केत गर्छ।
S. elongatus CCAP 1479/1A को PS उल्लेखनीय रूपमा फरक थियो (GLM, लेटेक्स * Texanol * समय, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), Texanol एकाग्रता (GLM, Latex*time, DF) भन्दा लेटेक्स संरचनाको साथ। =14, F=6.38, P=<0.001, GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.26, P=0.239)।"सफ्ट" पोलिमरहरू 0S र 4S ले नियन्त्रण निलम्बनहरू (Mann-Whitney U, 0S बनाम नियन्त्रणहरू, W = 686.0, P = 0.044, 4S बनाम नियन्त्रणहरू, W = 713, P = 0.01) भन्दा PS कार्यसम्पादनको थोरै उच्च स्तरहरू कायम राखे र राखे। सुधारिएको Fv।/Fm (चित्र 3a) ले फोटोसिस्टम II मा थप कुशल यातायात देखाउँछ।CCAP 1479/1A कक्षहरूको Fv/Fm मानहरूको लागि, त्यहाँ समयको साथमा महत्त्वपूर्ण लेटेक्स भिन्नता थियो (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (चित्र 3b)।)।
अंजीर मा।4 ले प्रत्येक तनावको लागि कोशिकाको वृद्धिको कार्यको रूपमा 7 दिनको अवधिमा औसत PS र Fv/Fm देखाउँछ।S. elongatus PCC 7942 मा स्पष्ट ढाँचा थिएन (चित्र 4a र b), तथापि, CCAP 1479/1A ले PS (Fig. 4c) र Fv/Fm (Fig. 4d) मानहरू बीचको प्याराबोलिक सम्बन्ध देखाएको छ। स्टाइरेन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात परिवर्तनसँगै बढ्छ।
लेटेक्स तयारीहरूमा Synechococcus longum को वृद्धि र फोटोफिजियोलजी बीचको सम्बन्ध।(a) स्पष्ट फोटोसिन्थेटिक दर (PS), (b) PCC 7942 को अधिकतम PSII क्वान्टम उपज (Fv/Fm) विरुद्ध प्लट गरिएको विषाक्तता डेटा। c विषाक्तता डेटा PS र d Fv/Fm CCAP 1479/1A विरुद्ध प्लट गरिएको।स्टायरिन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात “हार्ड” (H) लेटेक्सको लागि 1:3, “सामान्य” (N) को लागि 1:1 र “नरम” (S) को लागि 3:1 हो।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।(मानक ± मानक विचलन; n = 3)।
बायोकम्पोजिट PCC 7942 ले पहिलो चार हप्ता (चित्र 5) को अवधिमा महत्त्वपूर्ण सेल लिचिंगको साथ सेल रिटेन्सनमा सीमित प्रभाव पारेको थियो।CO2 ग्रहणको प्रारम्भिक चरण पछि, 12 N लेटेक्स संग निश्चित कोशिकाहरूले CO2 छोड्न थाले, र यो ढाँचा 4 र 14 दिन (चित्र 5b) बीच जारी रह्यो।यी तथ्याङ्कहरू वर्णक विकृतिको अवलोकनसँग अनुरूप छन्।नेट CO2 अपटेक 18 दिनबाट फेरि सुरु भयो। सेल रिलिजको बावजुद (चित्र 5a), PCC 7942 12 N बायोकम्पोजिटले अझै पनि 28 दिनमा नियन्त्रण निलम्बन भन्दा बढी CO2 संकलन गर्यो, थोरै भए पनि (Mann-Whitney U-test, W = 2275.5; P = ०.०६६)।लेटेक्स 12 N र 4 N द्वारा CO2 को अवशोषण दर बायोमास d-1 को 0.51 ± 0.34 र 1.18 ± 0.29 g CO2 g-1 हो।त्यहाँ उपचार र समय स्तरहरू बीच सांख्यिकीय रूपमा महत्त्वपूर्ण भिन्नता थियो (चेयरर-रे-हरे परीक्षण, उपचार: DF=2, H=70.62, P=<0.001 समय: DF=13, H=23.63, P=0.034), तर यो थिएन।त्यहाँ उपचार र समय बीच एक महत्वपूर्ण सम्बन्ध थियो (अध्यक्ष-रे-हर परीक्षण, समय* उपचार: DF=26, H=8.70, P=0.999)।
4N र 12N लेटेक्स प्रयोग गरेर Synechococcus elongatus PCC 7942 biocomposites मा हाफ-ब्याच CO2 अपटेक परीक्षण।(a) तस्बिरहरूले सेल रिलिज र पिगमेन्ट विकृति, साथै बायोकम्पोजिटको SEM छविहरू परीक्षण अघि र पछि देखाउँछन्।सेतो थोप्ला रेखाहरूले बायोकम्पोजिटमा कोशिका जम्मा हुने ठाउँहरूलाई संकेत गर्दछ।(b) चार हप्ताको अवधिमा संचयी शुद्ध CO2 अपटेक।"सामान्य" (N) लेटेक्समा स्टाइरेन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात १:१ हुन्छ।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।(मानक ± मानक विचलन; n = 3)।
4S र 12S को साथ स्ट्रेन CCAP 1479/1A को लागि सेल रिटेन्सन उल्लेखनीय रूपमा सुधार गरिएको थियो, यद्यपि रंगद्रव्यले समयको साथ बिस्तारै रंग परिवर्तन गर्यो (चित्र 6a)।Biocomposite CCAP 1479/1A ले CO2 लाई पूर्ण 84 दिन (12 हप्ता) को लागि अतिरिक्त पोषण पूरक बिना अवशोषित गर्दछ।SEM विश्लेषण (चित्र 6a) ले सानो सेल डिटेचमेन्टको दृश्य अवलोकन पुष्टि गर्‍यो।प्रारम्भमा, कोशिकाहरूलाई लेटेक्स कोटिंगमा घेरिएको थियो जसले कोशिकाको वृद्धिको बावजुद यसको अखण्डता कायम राख्यो।CO2 अपटेक दर नियन्त्रण समूह (Scheirer-Ray-Har परीक्षण, उपचार: DF=2; H=240.59; P=<0.001, समय: DF=42; H=112; P=<0.001) भन्दा उल्लेखनीय रूपमा उच्च थियो। चित्र 6b)।12S बायोकम्पोजिटले उच्चतम CO2 अपटेक (1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 बायोमास प्रति दिन) हासिल गर्‍यो, जबकि 4S लेटेक्स प्रति दिन 1.13 ± 0.41 g CO2 g-1 बायोमास थियो, तर तिनीहरूमा खासै भिन्नता थिएन (Mann-Whitney U परीक्षण, W = 1507.50; P = 0.07) र उपचार र समय (Shirer-Rey-Hara test, time * उपचार: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000) बीच कुनै महत्त्वपूर्ण अन्तरक्रिया छैन।
Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A बायोकम्पोजिटहरू 4N र 12N लेटेक्स प्रयोग गरेर आधा धेरै CO2 अपटेक परीक्षण।(a) तस्बिरहरूले सेल रिलिज र पिगमेन्ट विकृति, साथै बायोकम्पोजिटको SEM छविहरू परीक्षण अघि र पछि देखाउँछन्।सेतो थोप्ला रेखाहरूले बायोकम्पोजिटमा कोशिका जम्मा हुने ठाउँहरूलाई संकेत गर्दछ।(b) बाह्र-हप्ताको अवधिमा संचयी शुद्ध CO2 अपटेक।"सफ्ट" (एस) लेटेक्समा स्टाइरेन र ब्यूटाइल एक्रिलेटको अनुपात १:१ हुन्छ।लेटेक्स कोडमा अघिल्लो नम्बरहरू टेक्सानोलको सामग्रीसँग मेल खान्छ।(मानक ± मानक विचलन; n = 3)।
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har test, time*treatment: DF=4, H=3.243, P=0.518) वा biocomposite S. elongatus CCAP 1479/1A (टू-एनोभा, समय* उपचार: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (चित्र S4)।Biocomposite PCC 7942 हप्ता 2 मा उच्चतम कार्बोहाइड्रेट सामग्री थियो (4 N = 59.4 ± 22.5 wt%, 12 N = 67.9 ± 3.3 wt%), जबकि नियन्त्रण निलम्बनमा 4 हप्तामा उच्चतम कार्बोहाइड्रेट सामग्री थियो जब (नियन्त्रण = 59.6 ± 2.84%) w/w)।CCAP 1479/1A बायोकम्पोजिटको कुल कार्बोहाइड्रेट सामग्री परीक्षणको सुरुमा बाहेक नियन्त्रण निलम्बनसँग तुलनात्मक थियो, हप्ता 4 मा 12S लेटेक्समा केही परिवर्तनहरू। बायोकम्पोजिटको लागि उच्चतम मानहरू 51.9 ± 9.6 wt% थिए। 4S को लागि र 12S को लागि 77.1 ± 17.0 wt%।
हामीले बायोकम्प्याटिबिलिटी वा प्रदर्शनको त्याग नगरी लाइकेन मिमिक बायोकम्पोजिट अवधारणाको महत्त्वपूर्ण घटकको रूपमा पातलो फिल्म लेटेक्स पोलिमर कोटिंग्सको संरचनात्मक अखण्डता बृद्धि गर्न डिजाइन सम्भावनाहरू प्रदर्शन गर्न सेट गर्यौं।वास्तवमा, यदि कोशिकाको वृद्धिसँग सम्बन्धित संरचनात्मक चुनौतीहरू पार गरिएमा, हामी हाम्रा प्रयोगात्मक बायोकम्पोजिटहरूमा महत्त्वपूर्ण प्रदर्शन सुधारहरूको अपेक्षा गर्छौं, जुन पहिले नै अन्य साइनोब्याक्टेरिया र माइक्रोएल्गा कार्बन क्याप्चर प्रणालीहरूसँग तुलना गर्न सकिन्छ।
कोटिंग्स गैर-विषाक्त, टिकाउ, दीर्घकालीन सेल टाँसिएको समर्थन, र कुशल CO2 मास ट्रान्सफर र O2 degassing प्रवर्द्धन गर्न छिद्रयुक्त हुनुपर्छ।लेटेक्स प्रकारका एक्रिलिक पोलिमरहरू तयार गर्न सजिलो छ र पेन्ट, कपडा र टाँसने उद्योगहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।हामीले साइनोब्याक्टेरियालाई पानीमा आधारित एक्रिलिक लेटेक्स पोलिमर इमल्शन पोलिमराइज गरिएको स्टाइरेन/बुटाइल एक्रिलेट कणहरू र टेक्सानोलको विभिन्न सांद्रताको एक विशेष अनुपातसँग जोड्यौं।स्टाइरेन र ब्यूटाइल एक्रिलेट भौतिक गुणहरू नियन्त्रण गर्न सक्षम हुन छनौट गरिएको थियो, विशेष गरी कोटिंगको लोच र समन्वय दक्षता (एक बलियो र अत्यधिक चिपकने कोटिंगको लागि महत्वपूर्ण), "कडा" र "नरम" कण समुच्चयको संश्लेषणलाई अनुमति दिँदै।विषाक्तता डेटाले सुझाव दिन्छ कि उच्च स्टाइरेन सामग्री भएको "हार्ड" लेटेक्स साइनोब्याक्टेरियाको अस्तित्वको लागि अनुकूल छैन।ब्यूटाइल एक्रिलेटको विपरीत, स्टाइरेनलाई अल्गा ३२,३३ मा विषाक्त मानिन्छ।साइनोब्याक्टेरिया स्ट्रेनले लेटेक्समा एकदम फरक प्रतिक्रिया देखायो, र S. elongatus PCC 7942 को लागि इष्टतम गिलास संक्रमण तापमान (Tg) निर्धारण गरिएको थियो, जबकि S. elongatus CCAP 1479/1A ले Tg सँग नकारात्मक रैखिक सम्बन्ध देखायो।
सुकाउने तापक्रमले निरन्तर एकसमान लेटेक्स फिल्म बनाउने क्षमतालाई असर गर्छ।यदि सुकाउने तापक्रम न्यूनतम फिल्म निर्माण तापमान (MFFT) भन्दा कम छ भने, पोलिमर लेटेक्स कणहरू पूर्ण रूपमा एकताबद्ध हुँदैनन्, फलस्वरूप कण इन्टरफेसमा मात्र टाँसिन्छ।नतिजा फिल्महरूमा कमजोर आसंजन र मेकानिकल बल छ र पाउडर फारममा पनि हुन सक्छ।MFFT नजिकको Tg सँग सम्बन्धित छ, जुन मोनोमर संरचना र टेक्सानोल जस्ता कोलेसेन्टहरू थपेर नियन्त्रण गर्न सकिन्छ।Tg ले परिणामस्वरूप कोटिंगको धेरै भौतिक गुणहरू निर्धारण गर्दछ, जुन रबरी वा गिलास अवस्थामा हुन सक्छ34।Flory-Fox equation35 अनुसार, Tg मोनोमरको प्रकार र सापेक्ष प्रतिशत संरचनामा निर्भर गर्दछ।कोलेसेन्टको थपले लेटेक्स कणहरूको Tg को बीच-बीचमा दमन गरेर MFFT लाई कम गर्न सक्छ, जसले कम तापक्रममा फिल्म निर्माण गर्न अनुमति दिन्छ, तर अझै पनि कडा र बलियो कोटिंग बनाउँछ किनभने कोलेसेन्ट बिस्तारै समयसँगै वाष्पीकरण हुन्छ वा निकालिएको हुन्छ।
Texanol को एकाग्रता बढाउँदा बहुलक कणहरू (Tg घटाएर) सुकाउने क्रममा कणहरूद्वारा अवशोषणको कारणले फिल्म निर्माणलाई बढावा दिन्छ, जसले गर्दा एकजुट फिल्म र सेल आसंजनको बल बढ्छ।जैवकम्पोजिट परिवेशको तापक्रम (~18–20°C) मा सुकाइएको हुनाले, "हार्ड" लेटेक्सको Tg (30 देखि 55°C) सुकाउने तापक्रम भन्दा बढी हुन्छ, जसको अर्थ कणको मिलन इष्टतम नहुन सक्छ, परिणामस्वरूप बी फिलिमहरू जो भिट्रेस रहन्छन्, कमजोर मेकानिकल र टाँसने गुणहरू, सीमित लोच र डिफ्युसिभिटी 30 अन्ततः अधिक सेल हानिको नेतृत्व गर्दछ।"सामान्य" र "नरम" पोलिमरहरूबाट फिल्म निर्माण पोलिमर फिल्मको Tg मा वा तल हुन्छ, र फिल्म गठन सुधारिएको संगठन द्वारा सुधारिएको छ, जसको परिणामस्वरूप सुधारिएको मेकानिकल, कोहेसिभ, र टाँसने गुणहरूको साथ निरन्तर बहुलक फिल्महरू हुन्छन्।यसको Tg ("सामान्य" मिश्रण: 12 देखि 20 ºC) वा धेरै कम ("नरम" मिश्रण: -21 देखि -13 °C) परिवेशको तापक्रम 30 को नजिक भएको कारण परिणामस्वरूप फिल्म CO2 क्याप्चर प्रयोगहरूमा रबरी रहनेछ।"हार्ड" लेटेक्स (3.4 देखि 2.9 kgf mm-1) "सामान्य" लेटेक्स (1.0 देखि 0.9 kgf mm-1) भन्दा तीन गुणा कडा हुन्छ।"नरम" लेटेक्सहरूको कठोरतालाई कोठाको तापक्रममा तिनीहरूको अत्यधिक रबरनेस र चिपचिपापनको कारणले माइक्रोहार्डनेसद्वारा मापन गर्न सकिँदैन।सतह चार्जले आसंजन आत्मीयतालाई पनि असर गर्न सक्छ, तर अर्थपूर्ण जानकारी प्रदान गर्न थप डाटा आवश्यक छ।यद्यपि, सबै लेटेक्सहरूले प्रभावकारी रूपमा कोशिकाहरूलाई कायम राखे, 1% भन्दा कम रिलीज गर्दै।
प्रकाश संश्लेषण को उत्पादकता समय संग घट्छ।Polystyrene को एक्सपोजरले झिल्ली अवरोध र अक्सिडेटिभ तनाव 38,39,40,41 निम्त्याउँछ।S. elongatus CCAP 1479/1A को Fv/Fm मानहरू 0S र 4S मा पर्दा निलम्बन नियन्त्रणको तुलनामा लगभग दोब्बर उच्च थिए, जुन 4S बायोकम्पोजिटको CO2 अपटेक दरसँग राम्रो सम्झौतामा छ। कम मतलब PS मानहरू।मानहरू।उच्च Fv/Fm मानहरूले PSII मा इलेक्ट्रोन ढुवानीले थप photons42 डेलिभर गर्न सक्छ, जसले उच्च CO2 फिक्सेशन दरहरूको परिणाम हुन सक्छ।यद्यपि, यो ध्यान दिनुपर्छ कि फोटोफिजियोलोजिकल डेटा जलीय लेटेक्स समाधानहरूमा निलम्बित कक्षहरूबाट प्राप्त गरिएको थियो र परिपक्व बायोकम्पोजिटहरूसँग सीधा तुलना गर्न मिल्दैन।
यदि लेटेक्सले प्रकाश र/वा ग्यास एक्सचेन्जमा बाधा सिर्जना गर्छ जसको परिणामस्वरूप प्रकाश र CO2 प्रतिबन्ध हुन्छ, यसले सेलुलर तनाव निम्त्याउन सक्छ र कार्यसम्पादन घटाउन सक्छ, र यदि यसले O2 रिलिजलाई असर गर्छ भने, फोटोरेस्पिरेशन 39।ठीक गरिएको कोटिंग्सको प्रकाश प्रसारण मूल्याङ्कन गरिएको थियो: "हार्ड" लेटेक्सले 440 र 480 एनएम बीचको प्रकाश प्रसारणमा हल्का कमी देखायो (सुधारिएको फिल्म कोलेसेन्सको कारण टेक्सानोलको एकाग्रता बढाएर आंशिक रूपमा सुधार भयो), जबकि "नरम" र "नियमित"। लेटेक्सले प्रकाश प्रसारणमा थोरै कमी देखायो।नोक्सानको कुनै उल्लेखनीय हानि देखाउँदैन।assays, साथै सबै इन्क्युबेशनहरू, कम प्रकाश तीव्रता (30.5 μmol m-2 s-1) मा प्रदर्शन गरिएको थियो, त्यसैले पोलिमर म्याट्रिक्सको कारण कुनै पनि फोटोसिन्थेटिक रूपमा सक्रिय विकिरणलाई क्षतिपूर्ति दिइनेछ र फोटो इन्हिबिशन रोक्न पनि उपयोगी हुन सक्छ।हानिकारक प्रकाश तीव्रता मा।
बायोकम्पोजिट CCAP 1479/1A परीक्षणको 84 दिनको अवधिमा पोषक तत्व टर्नओभर वा बायोमासको महत्त्वपूर्ण हानि बिना काम गर्यो, जुन अध्ययनको मुख्य उद्देश्य हो।कोशिका डिपिगमेन्टेसन लामो समयसम्म बाँच्नको लागि नाइट्रोजन भोकमरीको प्रतिक्रियामा क्लोरोसिसको प्रक्रियासँग सम्बन्धित हुन सक्छ (आरामको अवस्था), जसले पर्याप्त नाइट्रोजन संचय प्राप्त गरिसकेपछि कोशिकाहरूलाई विकास पुन: सुरु गर्न मद्दत गर्न सक्छ।SEM छविहरूले पुष्टि गर्‍यो कि सेल विभाजनको बावजुद कोशिकाहरू कोटिंग भित्र रहन्छन्, "नरम" लेटेक्सको लोच देखाउँदै र यसरी प्रयोगात्मक संस्करणमा स्पष्ट फाइदा देखाउँदै।"नरम" लेटेक्समा लगभग 70% ब्यूटाइल एक्रिलेट (तौल अनुसार) हुन्छ, जुन सुकाउने पछि लचिलो कोटिंगको लागि भनिएको एकाग्रता भन्दा धेरै बढी हुन्छ।
CO2 को शुद्ध अपटेक नियन्त्रण निलम्बनको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा उच्च थियो (S. elongatus CCAP 1479/1A र PCC 7942 को लागि क्रमशः 14-20 र 3-8 गुणा बढी)।पहिले, हामीले CO2 मास ट्रान्सफर मोडेल प्रयोग गर्यौं कि उच्च CO2 अपटेकको मुख्य चालक बायोकम्पोजिट ३१ को सतहमा तीव्र CO2 एकाग्रता ढाँचा हो र त्यो बायोकम्पोजिट प्रदर्शन जन स्थानान्तरणको प्रतिरोधद्वारा सीमित हुन सक्छ।यस समस्यालाई लेटेक्समा गैर-विषाक्त, गैर-फिल्म-बनाउने सामग्रीहरू समावेश गरेर कोटिंग26 को सच्छिद्रता र पारगम्यता बढाउनको लागि परास्त गर्न सकिन्छ, तर सेल रिटेन्सनमा सम्झौता हुन सक्छ किनकि यो रणनीतिले अनिवार्य रूपमा कमजोर फिल्म २० मा परिणाम दिनेछ।पोरोसिटी बढाउनको लागि पोलिमराइजेशनको समयमा रासायनिक संरचना परिवर्तन गर्न सकिन्छ, जुन उत्तम विकल्प हो, विशेष गरी औद्योगिक उत्पादन र मापनीयताको सन्दर्भमा।
माइक्रोएल्गा र साइनोब्याक्टेरियाबाट बायोकम्पोजिटहरू प्रयोग गरेर हालैका अध्ययनहरूको तुलनामा नयाँ बायोकम्पोजिटको प्रदर्शनले सेल लोडिङ दर (तालिका 1) 21,46 र लामो विश्लेषण समय (84 दिन बनाम 15 घण्टा 46 र 3 हप्ता21) को समायोजनमा फाइदाहरू देखायो।
कोशिकाहरूमा कार्बोहाइड्रेटको भोल्युमेट्रिक सामग्री अन्य अध्ययनहरूसँग अनुकूल रूपमा तुलना गर्दछ 47,48,49,50 साइनोब्याक्टेरिया प्रयोग गरी र कार्बन क्याप्चर र उपयोग/रिकभरी अनुप्रयोगहरूको लागि सम्भावित मापदण्डको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जस्तै BECCS किण्वन प्रक्रियाहरू 49,51 वा बायोडिग्रेडेबल उत्पादनको लागि। बायोप्लास्टिक ५२।यस अध्ययनको तर्कको एक भागको रूपमा, हामी मान्दछौं कि वनीकरण, BECCS नकारात्मक उत्सर्जन अवधारणामा पनि विचार गरिन्छ, जलवायु परिवर्तनको लागि रामबाण उपाय होइन र यसले विश्वको कृषि योग्य भूमिको डरलाग्दो हिस्सा खपत गर्छ।एक विचार प्रयोगको रूपमा, यो अनुमान गरिएको थियो कि 640 र 950 बीचको GtCO2 लाई वायुमण्डलबाट 2100 सम्म हटाउन आवश्यक छ जसलाई विश्वव्यापी तापमान वृद्धि 1.5 ° C53 (लगभग 8 देखि 12 GtCO2 प्रति वर्ष) मा सीमित गर्न आवश्यक छ।राम्रो प्रदर्शन गर्ने बायोकम्पोजिट (574.08 ± 30.19 t CO2 t-1 बायोमास प्रति वर्ष-1) को साथ हासिल गर्न 5.5 × 1010 बाट 8.2 × 1010 m3 (तुलनीय फोटोसिन्थेटिक दक्षताको साथ), 196 देखि 292 बिलियन लिटर सम्मको मात्रा विस्तार आवश्यक पर्दछ। पोलिमर।बायोकम्पोजिटको 1 m3 ले 1 m2 भूमि क्षेत्र ओगटेको मान्दा, लक्ष्य वार्षिक कुल CO2 शोषण गर्न आवश्यक क्षेत्र 5.5 र 8.17 मिलियन हेक्टरको बीचमा हुनेछ, जुन भूमिहरूको जीवनको लागि उपयुक्त 0.18-0.27% बराबर छ। उष्णकटिबंधीय, र भूमि क्षेत्र कम।98-99% द्वारा BECCS को आवश्यकता।यो ध्यान दिनुपर्छ कि सैद्धान्तिक क्याप्चर अनुपात कम प्रकाशमा रेकर्ड गरिएको CO2 अवशोषणमा आधारित छ।जैवकम्पोजिट अधिक तीव्र प्राकृतिक प्रकाशको सम्पर्कमा आउने बित्तिकै, CO2 को अपटेकको दर बढ्छ, जमिनको आवश्यकतालाई थप घटाउँछ र तराजूलाई बायोकम्पोजिट अवधारणा तर्फ अगाडि बढाउँछ।यद्यपि, कार्यान्वयन निरन्तर ब्याकलाइट तीव्रता र अवधिको लागि भूमध्य रेखामा हुनुपर्छ।
CO2 निषेचनको विश्वव्यापी प्रभाव, अर्थात् CO2 को उपलब्धता बढेको कारण वनस्पति उत्पादकतामा वृद्धि, धेरैजसो जमिन क्षेत्रहरूमा घटेको छ, सम्भवतः मुख्य माटो पोषक तत्वहरू (N र P) र जलस्रोतहरूमा परिवर्तनको कारणले।यसको मतलब यो हो कि स्थलीय प्रकाश संश्लेषणले हावामा उच्च CO2 सांद्रताको बावजुद CO2 अपटेकमा वृद्धि गर्न सक्दैन।यस सन्दर्भमा, भू-आधारित जलवायु परिवर्तन न्यूनीकरण रणनीतिहरू जस्तै BECCS सफल हुने सम्भावना पनि कम छ।यदि यो विश्वव्यापी घटना पुष्टि भयो भने, हाम्रो लाइकेन-प्रेरित बायोकम्पोजिट एक प्रमुख सम्पत्ति हुन सक्छ, जसले एकल-कोशिका जलीय फोटोसिन्थेटिक सूक्ष्मजीवहरूलाई "भूमि एजेन्टहरू" मा रूपान्तरण गर्दछ।धेरैजसो स्थलीय बिरुवाहरूले C3 प्रकाश संश्लेषण मार्फत CO2 लाई ठीक गर्छन्, जबकि C4 बिरुवाहरू न्यानो, सुख्खा बासस्थानका लागि बढी अनुकूल हुन्छन् र उच्च CO254 आंशिक दबाबमा बढी कुशल हुन्छन्।साइनोब्याक्टेरियाले C3 बिरुवाहरूमा कम कार्बन डाइअक्साइड एक्सपोजरको डरलाग्दो भविष्यवाणीहरू अफसेट गर्न सक्ने विकल्प प्रदान गर्दछ।साइनोब्याक्टेरियाले एक कुशल कार्बन संवर्धन संयन्त्रको विकास गरेर फोटोरेस्पिरेटरी सीमितताहरू पार गरेको छ जसमा CO2 को उच्च आंशिक दबाबहरू राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज/अक्सिजनेस (RuBisCo) द्वारा प्रस्तुत र मर्मत गरिन्छ।यदि साइनोब्याक्टेरियल बायोकम्पोजिटको उत्पादन बढाउन सकिन्छ भने, यो जलवायु परिवर्तन विरुद्धको लडाईमा मानव जातिको लागि महत्त्वपूर्ण हतियार बन्न सक्छ।
बायोकम्पोजिट (लाइकेन नक्कल) ले पारम्परिक माइक्रोएल्गी र साइनोब्याक्टेरिया सस्पेन्सन कल्चरहरूमा स्पष्ट फाइदाहरू प्रदान गर्दछ, उच्च CO2 अपटेक दरहरू प्रदान गर्दछ, प्रदूषण जोखिमहरू न्यूनीकरण गर्दछ, र प्रतिस्पर्धी CO2 परित्यागको आशा गर्दछ।लागतले जमिन, पानी र पोषक तत्वहरूको प्रयोगलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ56।यस अध्ययनले उच्च-प्रदर्शन बायोकम्प्याटिबल लेटेक्सको विकास र निर्माण गर्ने सम्भाव्यता देखाउँदछ जुन, उम्मेद्वार सब्सट्रेटको रूपमा लुफाह स्पन्जसँग मिलाउँदा, कोशिकाको क्षतिलाई न्यूनतम राख्दै महिनौंसम्मको शल्यक्रियामा कुशल र प्रभावकारी CO2 अपटेक प्रदान गर्न सक्छ।बायोकम्पोजिटहरूले सैद्धान्तिक रूपमा प्रति वर्ष लगभग 570 t CO2 t-1 बायोमास कब्जा गर्न सक्छ र जलवायु परिवर्तनको लागि हाम्रो प्रतिक्रियामा BECCS वनीकरण रणनीतिहरू भन्दा बढी महत्त्वपूर्ण साबित हुन सक्छ।पोलिमर संरचनाको थप अप्टिमाइजेसनको साथ, उच्च प्रकाश तीव्रतामा परीक्षण, र विस्तृत मेटाबोलिक इन्जिनियरिङको साथमा, प्रकृतिका मौलिक जैव इन्जिनियरहरू एक पटक फेरि उद्धारमा आउन सक्छन्।
एक्रिलिक लेटेक्स पोलिमरहरू स्टाइरेन मोनोमर, बुटाइल एक्रिलेट र एक्रिलिक एसिडको मिश्रण प्रयोग गरी तयार पारिएको थियो, र pH लाई ०.१ एम सोडियम हाइड्रोक्साइड (तालिका २) सँग ७ मा समायोजन गरिएको थियो।स्टाइरेन र ब्यूटाइल एक्रिलेटले पोलिमर चेनहरूको ठूलो हिस्सा बनाउँछ, जबकि एक्रिलिक एसिडले लेटेक्स कणहरूलाई निलम्बनमा राख्न मद्दत गर्दछ।लेटेक्सको संरचनात्मक गुणहरू गिलास ट्रान्जिसन तापमान (Tg) द्वारा निर्धारण गरिन्छ, जुन styrene र butyl acrylate को अनुपात परिवर्तन गरेर नियन्त्रण गरिन्छ, जसले क्रमशः "हार्ड" र "नरम" गुणहरू प्रदान गर्दछ।एक सामान्य एक्रिलिक लेटेक्स पोलिमर ५०:५० स्टाइरेन: बटाइल एक्रिलेट ३० हुन्छ, त्यसैले यस अध्ययनमा यो अनुपात भएको लेटेक्सलाई "सामान्य" लेटेक्स भनिन्छ, र उच्च स्टाइरेन सामग्री भएको लेटेक्सलाई कम स्टाइरीन सामग्री भएको लेटेक्स भनिन्छ। ।"नरम" लाई "कडा" भनिन्छ।
डिस्टिल्ड वाटर (१७४ ग्राम), सोडियम बाइकार्बोनेट (०.५ ग्राम) र रोडापेक्स एब/२० सर्फैक्टेन्ट (३०.९२ ग्राम) (सोल्वे) प्रयोग गरेर ३० मोनोमर थोपाहरू स्थिर गर्न प्राथमिक इमल्सन तयार गरिएको थियो।सिरिन्ज पम्पको साथ गिलास सिरिन्ज (साइन्स ग्लास इन्जिनियरिङ) को प्रयोग गरेर, तालिका 2 मा सूचीबद्ध स्टाइरेन, बुटाइल एक्रिलेट र एक्रिलिक एसिड भएको माध्यमिक एलिकोट 4 घण्टामा प्राथमिक इमल्सनमा 100 एमएल एच-1 को दरमा ड्रपवाइज थपियो (कोल। - पाल्मर, माउन्ट भेर्नोन, इलिनोइस)।dHO र अमोनियम पर्सल्फेट (100 ml, 3% w/w) प्रयोग गरेर पोलिमराइजेशन इनिसिएटर 59 को समाधान तयार गर्नुहोस्।
dHO (206 g), सोडियम बाइकार्बोनेट (1 g) र Rhodapex Ab/20 (4.42 g) भएको घोललाई ओभरहेड स्टिरर (Heidolph Hei-TORQUE Value 100) को प्रयोग गरी स्टेनलेस स्टीलको प्रोपेलरको साथ हलचल गर्नुहोस् र 82°C मा तातो पार्नुहोस्। एक VWR वैज्ञानिक 1137P तातो पानी नुहाउने मा पानी जैकेट पोत।मोनोमर (28.21 ग्राम) र इनिसिएटर (20.60 ग्राम) को घटाइएको वजन समाधान ज्याकेट गरिएको भाँडामा ड्रपवाइज थपियो र 20 मिनेटको लागि हलचल गरियो।बाँकी मोनोमर (150 ml h-1) र इनिसिएटर (27 ml h-1) समाधानहरूलाई एक कन्टेनरमा क्रमशः 10 ml सिरिन्ज र 100 ml को प्रयोग गरी पानीको ज्याकेटमा 5 घन्टाभन्दा बढी नगएसम्म कणहरूलाई निलम्बनमा राख्नको लागि जोड्नुहोस्। ।एक सिरिंज पम्प संग पूरा।स्लरी अवधारण सुनिश्चित गर्न स्लरी भोल्युममा वृद्धिको कारण स्टिरर गति बढाइएको थियो।इनिसिएटर र इमल्सन थपेपछि, प्रतिक्रियाको तापमान 85 डिग्री सेल्सियसमा बढाइयो, 450 आरपीएममा 30 मिनेटको लागि राम्ररी हलचल गरियो, त्यसपछि 65 डिग्री सेल्सियसमा चिसो गरियो।चिसो भएपछि, लेटेक्समा दुईवटा विस्थापन समाधानहरू थपियो: टर्ट-बुटाइल हाइड्रोपेरोक्साइड (t-BHP) (70% पानीमा) (5 ग्राम, 14% तौल) र आइसोएस्कर्बिक एसिड (5 ग्राम, 10% वजन)।।ड्रप द्वारा टी-बीएचपी ड्रप थप्नुहोस् र 20 मिनेटको लागि छोड्नुहोस्।त्यसपछि सिरिन्ज पम्प प्रयोग गरेर 10 एमएल सिरिन्जबाट 4 एमएल/घन्टाको दरमा एरिथोर्बिक एसिड थपियो।त्यसपछि लेटेक्स घोललाई कोठाको तापक्रममा चिसो गरियो र ०.१ एम सोडियम हाइड्रोक्साइडसँग पीएच ७ मा समायोजन गरियो।
2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (Texanol) - कम विषाक्तता बायोडिग्रेडेबल कोलेसेन्ट लेटेक्स पेन्टका लागि 37,60 - एक सिरिन्ज र तीन खण्डहरूमा पम्पको साथ थपियो (0, 4, 12% v/v) लेटेक्स मिश्रणको लागि कोलेसिङ एजेन्टको रूपमा सुकाउने समयमा फिल्म निर्माणलाई सहज बनाउन ३७।लेटेक्स ठोस प्रतिशत प्रत्येक पोलिमरको 100 μl पूर्व-तौलित एल्युमिनियम पन्नी क्यापहरूमा राखेर र 24 घण्टाको लागि 100 डिग्री सेल्सियसमा ओभनमा सुकाएर निर्धारण गरिएको थियो।
प्रकाश प्रसारणको लागि, प्रत्येक लेटेक्स मिश्रणलाई 100 µm फिल्महरू उत्पादन गर्न क्यालिब्रेट गरिएको स्टेनलेस स्टील ड्रप क्यूब प्रयोग गरेर माइक्रोस्कोप स्लाइडमा लागू गरियो र 20 डिग्री सेल्सियसमा 48 घण्टाको लागि सुकाइयो।प्रकाश प्रसारण (फोटोसिन्थेटिक रूपमा सक्रिय विकिरणमा केन्द्रित, λ 400–700 nm) 30 W फ्लोरोसेन्ट बत्ती (Sylvania Luxline Plus, n = 6) बाट 35 cm को दूरीमा सेन्सरको साथ ILT950 SpectriLight spectroradiometer मा मापन गरियो। स्रोत सायानोब्याक्टेरिया र जीवहरू कम्पोजिट सामग्रीहरू संरक्षित छन्।SpectrILlight III सफ्टवेयर संस्करण 3.5 लाई λ 400–700 nm61 दायरामा रोशनी र प्रसारण रेकर्ड गर्न प्रयोग गरिएको थियो।सबै नमूनाहरू सेन्सरको शीर्षमा राखिएको थियो, र अनकोटेड गिलास स्लाइडहरू नियन्त्रणको रूपमा प्रयोग गरियो।
लेटेक्स नमूनाहरू सिलिकन बेकिंग डिशमा थपियो र कठोरताको लागि परीक्षण गर्नु अघि 24 घण्टाको लागि सुकाउन अनुमति दिइयो।सुकेको लेटेक्स नमूनालाई x10 माइक्रोस्कोप मुनि स्टिलको टोपीमा राख्नुहोस्।फोकस गरेपछि, नमूनाहरू Buehler Micromet II माइक्रोहार्डनेस परीक्षकमा मूल्याङ्कन गरियो।नमूना 100 देखि 200 ग्रामको बलको अधीनमा थियो र नमूनामा हीरा डेन्ट सिर्जना गर्न लोड समय 7 सेकेन्डमा सेट गरिएको थियो।अतिरिक्त आकार मापन सफ्टवेयरको साथ ब्रुकर एलिकोना × 10 माइक्रोस्कोप उद्देश्य प्रयोग गरी प्रिन्टको विश्लेषण गरिएको थियो।Vickers कठोरता सूत्र (समीकरण 1) प्रत्येक लेटेक्सको कठोरता गणना गर्न प्रयोग गरिएको थियो, जहाँ HV Vickers नम्बर हो, F लागू बल हो, र d लेटेकको उचाइ र चौडाइबाट गणना गरिएको इन्डेन्ट विकर्णहरूको औसत हो।इन्डेन्ट मूल्य।"नरम" लेटेक्स इन्डेन्टेसन परीक्षणको समयमा आसंजन र स्ट्रेचको कारणले मापन गर्न सकिँदैन।
लेटेक्स संरचनाको गिलास संक्रमण तापमान (Tg) निर्धारण गर्न, बहुलक नमूनाहरू सिलिका जेल भाँडामा राखिएको थियो, 24 घण्टाको लागि सुकाइयो, 0.005 ग्राम तौल भयो, र नमूना भाँडामा राखियो।डिश क्याप गरी डिफरेंशियल स्क्यानिङ कलरमिटर (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris डेटा विश्लेषण सफ्टवेयर) मा राखिएको थियो।ताप प्रवाह विधि तापमान मापन गर्न निर्मित तापक्रम जाँचको साथ एउटै ओवनमा सन्दर्भ कप र नमूना कपहरू राख्न प्रयोग गरिन्छ।कुल दुईवटा र्याम्पहरू एक सुसंगत वक्र सिर्जना गर्न प्रयोग गरियो।नमूना विधि बारम्बार -20°C बाट 180°C मा 20°C प्रति मिनेटको दरमा बढाइएको थियो।प्रत्येक सुरु र अन्त्य बिन्दु तापमान ढिलाइको लागि 1 मिनेटको लागि भण्डारण गरिन्छ।
CO2 अवशोषित गर्न बायोकम्पोजिटको क्षमताको मूल्याङ्कन गर्न, हाम्रो अघिल्लो अध्ययन ३१ मा जस्तै नमूनाहरू तयार र परीक्षण गरियो।सुकेको र अटोक्लेभ गरिएको वाशक्लोथलाई लगभग १×१×५ सेन्टिमिटरको स्ट्रिप्समा काटेर तौल गरिएको थियो।प्रत्येक लूफाह स्ट्रिपको एक छेउमा प्रत्येक साइनोब्याक्टेरिया स्ट्रेनको दुई सबैभन्दा प्रभावकारी बायोकोटिंग्सको 600 μl लागू गर्नुहोस्, लगभग 1 × 1 × 3 सेन्टिमिटर ढाक्नुहोस्, र 24 घण्टाको लागि 20 डिग्री सेल्सियसमा अँध्यारोमा सुकाउनुहोस्।लुफाहको म्याक्रोपोरस संरचनाको कारण, केहि सूत्र बर्बाद भएको थियो, त्यसैले सेल लोडिङ दक्षता 100% थिएन।यस समस्यालाई हटाउनको लागि, लुफाहमा सुक्खा तयारीको वजन निर्धारण गरिएको थियो र सन्दर्भ सुख्खा तयारीमा सामान्यीकृत गरियो।लुफाह, लेटेक्स, र बाँझ पोषक माध्यम समावेश गर्ने अजैविक नियन्त्रणहरू समान रूपमा तयार गरिएको थियो।
आधा ब्याच CO2 अपटेक परीक्षण गर्न, बायोकम्पोजिट (n = 3) लाई 50 एमएल गिलास ट्यूबमा राख्नुहोस् ताकि बायोकम्पोजिटको एक छेउ (बायोकोटिंग बिना) 5 मिलीलीटर वृद्धि माध्यमको सम्पर्कमा रहन्छ, जसले पोषक तत्वहरूलाई अनुमति दिन्छ। केशिका कार्य द्वारा ढुवानी गरिन्छ।।बोतललाई 20 मिमी व्यासको ब्यूटाइल रबर कर्कले बन्द गरिएको छ र चाँदीको एल्युमिनियम टोपीले क्रिम गरिएको छ।एकचोटि सिल गरिसकेपछि, ग्यास-टाइट सिरिन्जमा जोडिएको बाँझरहित सुईको साथ 5% CO2/एयरको 45 मिलीलीटर इन्जेक्सन गर्नुहोस्।नियन्त्रण निलम्बनको सेल घनत्व (n = 3) पोषक माध्यममा बायोकम्पोजिटको सेल लोडको बराबर थियो।परीक्षणहरू 18 ± 2 °C मा 16:8 को फोटो अवधि र 30.5 μmol m-2 s-1 को फोटो अवधिको साथ गरिएको थियो।हेड स्पेस प्रत्येक दुई दिनमा ग्यास-टाइट सिरिन्जको साथ हटाइयो र CO2 को अवशोषित प्रतिशत निर्धारण गर्न इन्फ्रारेड अवशोषण GEOTech G100 संग CO2 मिटरको साथ विश्लेषण गरियो।CO2 ग्यास मिश्रणको बराबर मात्रा थप्नुहोस्।
% CO2 फिक्स निम्नानुसार गणना गरिएको छ: % CO2 फिक्स = 5% (v/v) - %CO2 (समीकरण 2) लेख्नुहोस् जहाँ P = दबाव, V = भोल्युम, T = तापमान, र R = आदर्श ग्यास स्थिर।
साइनोब्याक्टेरिया र बायोकम्पोजिटहरूको नियन्त्रण निलम्बनका लागि रिपोर्ट गरिएको CO2 अपटेक दरहरू गैर-जैविक नियन्त्रणहरूमा सामान्यीकृत गरियो।जी बायोमासको कार्यात्मक एकाइ वाशक्लोथमा स्थिर सुक्खा बायोमासको मात्रा हो।यो सेल फिक्सेसन अघि र पछि लुफाह नमूनाहरू तौल गरेर निर्धारण गरिन्छ।सेल लोड मास (बायोमास समतुल्य) को लागी व्यक्तिगत रूपमा सुकाउनु अघि र पछि तयारीहरू तौल गरेर र सेल तयारीको घनत्व गणना गरेर (समीकरण 3)।कोशिकाको तयारी फिक्सेसनको समयमा एकसमान मानिन्छ।
Minitab 18 र माइक्रोसफ्ट एक्सेल RealStatistics add-in को साथ सांख्यिकीय विश्लेषणको लागि प्रयोग गरियो।एन्डरसन-डार्लिंग परीक्षण प्रयोग गरेर सामान्यता परीक्षण गरिएको थियो, र भिन्नताहरूको समानता लेभेन परीक्षण प्रयोग गरेर परीक्षण गरिएको थियो।यी अनुमानहरूलाई सन्तुष्ट पार्ने डाटा टुकीको परीक्षणको साथ पोस्ट-हक विश्लेषणको रूपमा भिन्नताको दुई-तर्फी विश्लेषण (ANOVA) प्रयोग गरेर विश्लेषण गरियो।सामान्यता र समान भिन्नताको मान्यताहरू पूरा नगर्ने दुई-तर्फी डेटाहरू उपचारहरू बीचको महत्त्व निर्धारण गर्न शिरर-रे-हारा परीक्षण र त्यसपछि मान-ह्विटनी यू-टेस्ट प्रयोग गरेर विश्लेषण गरियो।सामान्यीकृत रैखिक मिश्रित (GLM) मोडेलहरू गैर-सामान्य डेटाका लागि तीनवटा कारकहरूका लागि प्रयोग गरिएको थियो, जहाँ डेटालाई जॉनसन ट्रान्सफर्म 63 प्रयोग गरेर रूपान्तरण गरिएको थियो।Pearson उत्पादनहरु को क्षण सहसंबंध Texanol एकाग्रता, गिलास संक्रमण तापमान, र लेटेक्स विषाक्तता र आसंजन डेटा बीचको सम्बन्ध मूल्याङ्कन गर्न प्रदर्शन गरिएको थियो।