Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla.Käytä Edellinen- ja Seuraava-painikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan tai käytä lopussa olevia liukusäädinpainikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan.
Hiilen talteenotto ja varastointi ovat välttämättömiä Pariisin sopimuksen tavoitteiden saavuttamiseksi.Fotosynteesi on luonnon teknologiaa hiilen talteenottamiseksi.Jäkäläistä inspiraation pohjalta kehitimme 3D-syanobakteerien fotosynteettisen biokomposiitin (eli jäkälää jäljittelevän) akryylilateksipolymeerillä pesusienen päällä.Biokomposiitin CO2:n ottonopeus oli 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomassaa d-1.Ottonopeus perustuu kuivaan biomassaan kokeen alussa ja sisältää uuden biomassan kasvattamiseen käytetyn CO2:n sekä varastoyhdisteiden, kuten hiilihydraattien, sisältämän CO2:n.Nämä ottomäärät olivat 14–20 kertaa suuremmat kuin lietteen torjuntatoimenpiteet, ja niitä voitaisiin mahdollisesti kasvattaa 570 t CO2 t-1 biomassan talteenottamiseksi vuodessa-1, mikä vastaa 5,5–8,17 × 106 hehtaaria maankäyttöä ja poistaa 8–12 GtCO2:ta. CO2 vuodessa.Sen sijaan metsäbioenergiaa hiilidioksidin talteenotolla ja varastoinnilla on 0,4–1,2 × 109 ha.Biokomposiitti pysyi toimintakykyisenä 12 viikkoa ilman lisäravinteita tai vettä, minkä jälkeen koe lopetettiin.Ihmiskunnan ilmastonmuutoksen torjuntaan tähtäävän monitahoisen teknologisen asenteen puitteissa suunnitelluilla ja optimoiduilla syanobakteeribiokomposiiteilla on potentiaalia kestävään ja skaalautuvaan käyttöön hiilidioksidin poistumisen lisäämiseksi ja samalla veden, ravinteiden ja maankäytön hävikkien vähentämiseksi.
Ilmastonmuutos on todellinen uhka maailman biologiselle monimuotoisuudelle, ekosysteemin vakaudelle ja ihmisille.Sen pahimpien vaikutusten lieventämiseksi tarvitaan koordinoituja ja laajamittaisia hiilenpoistoohjelmia, ja tietysti tarvitaan jonkinlainen kasvihuonekaasujen suora poistaminen ilmakehästä.Huolimatta sähköntuotannon positiivisesta hiilidioksidin vähentämisestä2,3, tällä hetkellä ei ole olemassa taloudellisesti kestäviä teknisiä ratkaisuja ilmakehän hiilidioksidin (CO2)4 vähentämiseen, vaikka savukaasujen talteenotto etenee5.Skaalautuvien ja käytännöllisten teknisten ratkaisujen sijaan ihmisten tulisi kääntyä luonnoninsinöörien puoleen hiilen talteenotossa – fotosynteettisten organismien (fototrofisten organismien) puoleen.Fotosynteesi on luonnon hiilen sitomistekniikka, mutta sen kyky kääntää ihmisperäinen hiilen rikastuminen mielekkäillä aikaskaaloilla on kyseenalainen, entsyymit ovat tehottomia ja sen kyky levitä sopivassa mittakaavassa on kyseenalainen.Potentiaalinen fototrofian väylä on metsitys, joka kaataa puita bioenergiaa varten hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin (BECCS) avulla negatiivisten päästöjen teknologiana, joka voi auttaa vähentämään CO21-nettopäästöjä.Pariisin sopimuksen 1,5 °C:n lämpötilatavoitteen saavuttaminen käyttämällä BECCS:ää päämenetelmänä edellyttäisi kuitenkin 0,4–1,2 × 109 hehtaaria, mikä vastaa 25–75 prosenttia nykyisestä maailmanlaajuisesta peltoalasta6.Lisäksi CO2-lannoituksen globaaleihin vaikutuksiin liittyvä epävarmuus kyseenalaistaa metsäistutusten mahdollisen kokonaistehokkuuden7.Pariisin sopimuksessa asetettujen lämpötilatavoitteiden saavuttamiseksi ilmakehästä on poistettava 100 sekuntia GtCO2 kasvihuonekaasuja (GGR) joka vuosi.Ison-Britannian tutkimus- ja innovaatioministeriö ilmoitti äskettäin rahoituksesta viidelle GGR8-hankkeelle, mukaan lukien turvemaiden hoito, parannettu kallion säänkesto, puiden istutus, biohiili ja monivuotiset viljelykasvit BECCS-prosessin ruokkimiseksi.Kustannukset yli 130 MtCO2:n poistamisesta ilmakehästä vuodessa ovat 10-100 US$/tCO2, 0,2-8,1 MtCO2 vuodessa turvemaiden ennallistamiseen, 52-480 US$/tCO2 ja 12-27 MtCO2 vuodessa kivien rapautumiseen. , 0,4-30 USD/vuosi.tCO2, 3,6 MtCO2/v, 1 %:n lisäys metsäalalla, 0,4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/v, biohiili, 140-270 US$/tCO2, 20-70 Mt CO2 vuodessa monivuotisille viljelykasveille BECCS9.
Yhdistelmällä näitä lähestymistapoja voitaisiin mahdollisesti saavuttaa 130 Mt CO2 vuodessa tavoite, mutta kiven sään ja BECCS:n kustannukset ovat korkeat, ja vaikka biohiili on suhteellisen halpaa ja ei liity maankäyttöön, se vaatii raaka-ainetta biohiilen tuotantoprosessiin.tarjoaa tämän kehityksen ja numeron muiden GGR-tekniikoiden käyttöönottamiseksi.
Sen sijaan, että etsisit ratkaisuja maalta, etsi vettä, erityisesti yksisoluisia fototrofeja, kuten mikroleviä ja sinileviä10.Levät (mukaan lukien syanobakteerit) sitovat noin 50 % maailman hiilidioksidista, vaikka niiden osuus maailman biomassasta on vain 1 prosentti.Syanobakteerit ovat luonnon alkuperäisiä biogeoinsinöörejä, jotka luovat pohjan hengitysteiden aineenvaihdunnolle ja monisoluisen elämän kehittymiselle happifotosynteesin kautta12.Ajatus sinilevien käyttämisestä hiilen sieppaamiseen ei ole uusi, mutta innovatiiviset fyysisen sijoittamisen menetelmät avaavat uusia näköaloja näille muinaisille organismeille.
Avolammet ja fotobioreaktorit ovat oletusarvoja käytettäessä mikroleviä ja sinileviä teollisiin tarkoituksiin.Näissä viljelyjärjestelmissä käytetään suspensioviljelmää, jossa solut kelluvat vapaasti kasvatusalustassa14;lammikoilla ja fotobioreaktoreilla on kuitenkin monia haittoja, kuten huono CO2-massansiirto, intensiivinen maan ja veden käyttö, alttius biofoulingille sekä korkeat rakennus- ja käyttökustannukset15,16.Biofilmibioreaktorit, jotka eivät käytä suspensioviljelmiä, ovat taloudellisempia veden ja tilan suhteen, mutta ovat alttiita kuivumisvaurioille, alttiiksi biofilmin irtoamiselle (ja siten aktiivisen biomassan menetykselle) ja ovat yhtä alttiita biolikaantumiselle17.
Uusia lähestymistapoja tarvitaan lisäämään hiilidioksidin ottonopeutta ja ratkaisemaan ongelmia, jotka rajoittavat liete- ja biofilmireaktoreita.Yksi tällainen lähestymistapa on fotosynteettiset biokomposiitit, jotka ovat saaneet inspiraationsa jäkäläistä.Jäkälät ovat sienten ja fotobionttien (mikrolevien ja/tai syanobakteerien) yhdistelmä, joka peittää noin 12 % maapallon pinta-alasta18.Sienet tarjoavat fyysistä tukea, suojaa ja ankkurointia fotobioottiselle substraatille, mikä puolestaan tarjoaa sienille hiiltä (ylimääräisinä fotosynteettisinä tuotteina).Ehdotettu biokomposiitti on "jäkälämimeetti", jossa tiivistetty syanobakteeripopulaatio on immobilisoitu ohuen biopinnoitteen muodossa kantaja-alustalle.Biopinnoite sisältää solujen lisäksi polymeerimatriisin, joka voi korvata sienen.Vesipohjaiset polymeeriemulsiot tai "lateksit" ovat suositeltavia, koska ne ovat biologisesti yhteensopivia, kestäviä, halpoja, helppoja käsitellä ja niitä on kaupallisesti saatavilla19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Lateksin koostumus ja kalvonmuodostusprosessi vaikuttavat suuresti solujen kiinnittymiseen lateksipolymeereillä.Emulsiopolymerointi on heterogeeninen prosessi, jota käytetään synteettisen kumin, liimapinnoitteiden, tiivistysaineiden, betonin lisäaineiden, paperi- ja tekstiilipinnoitteiden sekä lateksimaalien valmistukseen27.Sillä on useita etuja muihin polymerointimenetelmiin verrattuna, kuten korkea reaktionopeus ja monomeerin konversiotehokkuus sekä tuotteen hallinnan helppous27,28.Monomeerien valinta riippuu syntyvän polymeerikalvon halutuista ominaisuuksista, ja sekamonomeerisysteemeissä (eli kopolymeroinneissa) polymeerin ominaisuuksia voidaan muuttaa valitsemalla erilaisia monomeerisuhteita, jotka muodostavat tuloksena olevan polymeerimateriaalin.Butyyliakrylaatti ja styreeni ovat yleisimpiä akryylilateksimonomeereja, ja niitä käytetään tässä.Lisäksi yhteenliittämisaineita (esim. Texanolia) käytetään usein edistämään tasaisen kalvon muodostumista, jolloin ne voivat muuttaa polymeerilateksin ominaisuuksia ja tuottaa vahvan ja "jatkuvan" (yhteensovittavan) pinnoitteen.Alkuperäisessä proof-of-concept-tutkimuksessamme valmistettiin suuri pinta-ala ja huokoinen 3D-biokomposiitti käyttämällä kaupallista lateksimaalia, joka oli levitetty pesusienelle.Pitkien ja jatkuvien manipulointien (kahdeksan viikkoa) jälkeen biokomposiitti osoitti rajallisen kyvyn pitää sinileviä pesusienirakenteessa, koska solujen kasvu heikensi lateksin rakenteellista eheyttä.Tässä tutkimuksessa pyrimme kehittämään sarjan tunnetun kemian akryylilateksipolymeerejä jatkuvaan käyttöön hiilidioksidin talteenottosovelluksissa tinkimättä polymeerin hajoamisesta.Näin tehdessämme olemme osoittaneet kykymme luoda jäkälämäisiä polymeerimatriisielementtejä, jotka parantavat biologista suorituskykyä ja lisäävät merkittävästi mekaanista joustavuutta todistettuihin biokomposiitteihin verrattuna.Lisäoptimointi nopeuttaa biokomposiittien ottoa hiilidioksidin talteenottoon, varsinkin kun se yhdistetään syanobakteereihin, joita on muunnettu metabolisesti parantamaan hiilidioksidin sitomista.
Yhdeksän lateksin kolmella polymeeriformulaatiolla (H = "kova", N = "normaali", S = "pehmeä") ja kolmen tyyppisellä Texanolilla (0, 4, 12 % v/v) testattiin toksisuus ja jännityskorrelaatio.Liima.kahdesta syanobakteerista.Lateksityyppi vaikutti merkittävästi S. elongatus PCC 7942:een (Shirer-Ray-Hare testi, lateksi: DF=2, H=23.157, P=<0.001) ja CCAP 1479/1A:han (kaksisuuntainen ANOVA, lateksi: DF=2, F = 103,93, P = < 0,001) (kuvio la).Teksanolin pitoisuus ei vaikuttanut merkittävästi S. elongatus PCC 7942:n kasvuun, vain N-lateksi oli myrkytöntä (kuva 1a), ja 0 N ja 4 N pitivät kasvun 26 % ja 35 % (Mann- Whitney U, 0 N vs. 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N vs. kontrolli: W = 25,0, P = 0,061; 4 N vs. kontrolli: W = 25,0, P = 0,061) ja 12 N säilynyt kasvu vertailukelpoinen biologiseen kontrolliin (Mann-Whitney University, 12 N vs. kontrolli: W = 17,0, P = 0,885).S. elongatus CCAP 1479/1A:lle sekä lateksiseos että teksanolipitoisuus olivat tärkeitä tekijöitä, ja näiden kahden välillä havaittiin merkittävä vuorovaikutus (kaksisuuntainen ANOVA, lateksi: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Texanol DF = 2, F = 5,96, P = 0,01, lateksi * teksanoli: DF = 4, F = 3,41, P = 0,03).0 N ja kaikki "pehmeät" lateksit edistivät kasvua (kuva 1a).Styreenikoostumuksella on taipumus parantaa kasvua.
Syanobakteerien (Synechococcus elongatus PCC 7942 ja CCAP 1479/1A) toksisuus- ja tarttumistestaus lateksiformulaatioihin, suhde lasittumislämpötilaan (Tg) ja päätösmatriisiin perustuen toksisuus- ja adheesiotietoihin.(a) Toksisuustestaus suoritettiin käyttämällä erillisiä syanobakteerien prosentuaalisen kasvun kuvaajia, jotka oli normalisoitu kontrollisuspensioviljelmille.* merkityt hoidot eroavat merkittävästi kontrolleista.(b) Syanobakteerien kasvutiedot Tg-lateksiin verrattuna (keskiarvo ± SD; n = 3).(c) Biokomposiitin tartuntatestistä vapautuneiden sinilevien kumulatiivinen lukumäärä.(d) Adheesiotiedot vs. lateksin Tg (keskiarvo ± StDev; n = 3).e Myrkyllisyys- ja tarttuvuustietoihin perustuva päätösmatriisi.Styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:3 "kovalle" (H) lateksille, 1:1 "normaalille" (N) ja 3:1 "pehmealle" (S).Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.
Useimmissa tapauksissa solujen elinkyky heikkeni teksanolipitoisuuden kasvaessa, mutta minkään kannan kohdalla ei ollut merkittävää korrelaatiota (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).KuvassaKuva 1b esittää solukasvun ja lasittumislämpötilan (Tg) välisen suhteen.Teksanolipitoisuuden ja Tg-arvojen välillä on vahva negatiivinen korrelaatio (H-lateksi: DF=7, r=-0,989, P=<0,001; N-lateksi: DF=7, r=-0,964, P=<0,001 S-lateksi: DF = 7, r = -0,946, P = < 0,001).Tiedot osoittivat, että optimaalinen Tg S. elongatus PCC 7942:n kasvulle oli noin 17 °C (kuvio 1b), kun taas S. elongatus CCAP 1479/1A suosi Tg:tä alle 0 °C:n (kuvio 1b).Vain S. elongatus CCAP 1479/1A:lla oli vahva negatiivinen korrelaatio Tg:n ja toksisuustietojen välillä (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Kaikilla latekseilla oli hyvä adheesioaffiniteetti, eikä mikään niistä vapauttanut enempää kuin 1 % soluista 72 tunnin kuluttua (kuvio 1c).S. elongatusin kahden kannan lateksien välillä ei ollut merkittävää eroa (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara-testi, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Sädetesti).– Jänistesti, lateksi*teksanoli, DF=4, H=3,277, P=0,513).Texanolin pitoisuuden kasvaessa soluja vapautuu enemmän (kuva 1c).verrattuna S. elongatus PCC 7942:een (DF = 25, r = -0,660, P = < 0,001) (kuvio 1d).Lisäksi ei ollut tilastollista yhteyttä Tg:n ja kahden kannan soluadheesion välillä (PCC 7942: DF = 25, r = 0,301, P = 0,127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0,287, P = 0,147).
Kummallakin kannalla "kovat" lateksipolymeerit olivat tehottomia.Sitä vastoin 4N ja 12N suoriutuivat parhaiten S. elongatus PCC 7942:ta vastaan, kun taas 4S ja 12S suoriutuivat parhaiten CCAP 1479/1A:ta vastaan (kuvio 1e), vaikkakin polymeerimatriisin lisäoptimoinnille on selvästi tilaa.Näitä polymeerejä on käytetty puoli-eräkohtaisissa CO2:n nettoottotesteissä.
Valofysiologiaa seurattiin 7 päivän ajan käyttämällä vesipitoiseen lateksikoostumukseen suspendoituja soluja.Yleisesti ottaen sekä näennäinen fotosynteesinopeus (PS) että PSII:n enimmäiskvanttituotto (Fv/Fm) pienenevät ajan myötä, mutta tämä lasku on epätasaista ja joissakin PS-aineistoissa on kaksivaiheinen vaste, mikä viittaa osittaiseen vasteeseen, vaikkakin reaaliaikaiseen palautumiseen. lyhyempi PS-aktiivisuus (kuvat 2a ja 3b).Kaksivaiheinen Fv/Fm-vaste oli vähemmän selvä (kuviot 2b ja 3b).
(a) Synechococcus elongatus PCC 7942:n näennäinen fotosynteesinopeus (PS) ja (b) maksimaalinen PSII-kvanttisaanto (Fv/Fm) vasteena lateksiformulaatioille verrattuna kontrollisuspensioviljelmiin.Styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:3 "kovalle" (H) lateksille, 1:1 "normaalille" (N) ja 3:1 "pehmealle" (S).Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.(keskiarvo ± standardipoikkeama; n = 3).
(a) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A:n näennäinen fotosynteesinopeus (PS) ja (b) maksimaalinen PSII-kvanttisaanto (Fv/Fm) vasteena lateksiformulaatioille verrattuna kontrollisuspensioviljelmiin.Styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:3 "kovalle" (H) lateksille, 1:1 "normaalille" (N) ja 3:1 "pehmealle" (S).Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.(keskiarvo ± standardipoikkeama; n = 3).
S. elongatus PCC 7942:lla lateksin koostumus ja Texanol-pitoisuus eivät vaikuttaneet PS:ään ajan myötä (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), vaikka koostumus oli tärkeä tekijä (GLM)., lateksi*aika, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (kuvio 2a).Texanol-pitoisuudella ei ollut merkittävää vaikutusta ajan kuluessa (GLM, Texanol*aika, DF=14, F=1,63, P=0,078).Fv/Fm:ään vaikutti merkittävä vuorovaikutus (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4,54, P=<0,001).Lateksiformulaation ja Texanol-pitoisuuden välisellä vuorovaikutuksella oli merkittävä vaikutus Fv/Fm:ään (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180,42, P=<0,001).Jokainen parametri vaikuttaa myös Fv/Fm:ään ajan myötä (GLM, Lateksi*aika, DF=14, F=9,91, P=<0,001 ja Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Lateksi 12H säilytti alhaisimmat keskimääräiset PS- ja Fv/Fm-arvot (kuva 2b), mikä osoittaa, että tämä polymeeri on myrkyllisempää.
S. elongatus CCAP 1479/1A:n PS oli merkitsevästi erilainen (GLM, lateksi * Texanol * aika, DF = 28, F = 2,75, P = < 0,001), lateksikoostumuksella eikä Texanol-pitoisuudella (GLM, lateksi*aika, DF = 14, F = 6,38, P = < 0,001, GLM, Texanol*aika, DF = 14, F = 1,26, P = 0,239)."Pehmeät" polymeerit 0S ja 4S säilyttivät hieman korkeamman PS-suorituskyvyn kuin kontrollisuspensiot (Mann-Whitney U, 0S vs. kontrollit, W = 686,0, P = 0,044, 4S vs. kontrollit, W = 713, P = 0,01) ja säilyttivät parantunut Fv./Fm (kuva 3a) näyttää tehokkaamman kuljetuksen Photosystem II:een.CCAP 1479/1A -solujen Fv/Fm-arvoilla oli merkittävä lateksiero ajan myötä (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6,00, P=<0,001) (kuva 3b).).
KuvassaKuvio 4 esittää keskimääräisen PS:n ja Fv/Fm:n 7 päivän jakson aikana kunkin kannan solukasvun funktiona.S. elongatus PCC 7942:lla ei ollut selkeää kuviota (kuvat 4a ja b), mutta CCAP 1479/1A osoitti parabolisen suhteen PS (kuva 4c) ja Fv/Fm (kuva 4d) arvojen välillä. styreenin ja butyyliakrylaatin suhteet kasvavat muutoksen myötä.
Synechococcus longumin kasvun ja fotofysiologian välinen suhde lateksivalmisteilla.(a) Myrkyllisyystiedot piirretty näennäisen fotosynteesinopeuden (PS) funktiona, (b) PCC 7942:n PSII:n maksimikvanttisaanto (Fv/Fm). c Toksisuustiedot piirretty PS:n ja d Fv/Fm CCAP 1479/1A:n funktiona.Styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:3 "kovalle" (H) lateksille, 1:1 "normaalille" (N) ja 3:1 "pehmealle" (S).Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.(keskiarvo ± standardipoikkeama; n = 3).
Biokomposiitilla PCC 7942 oli rajoitettu vaikutus solujen retentioon ja solujen huuhtoutuminen oli merkittävää neljän ensimmäisen viikon aikana (kuva 5).C02:n sisäänoton alkuvaiheen jälkeen 12 N lateksilla kiinnitetyt solut alkoivat vapauttaa C02:ta, ja tämä kuvio säilyi päivien 4 ja 14 välillä (kuvio 5b).Nämä tiedot ovat yhdenmukaisia pigmentin värjäytymistä koskevien havaintojen kanssa.CO2:n nettootto alkoi uudelleen päivästä 18. Solujen vapautumisesta huolimatta (kuvio 5a) PCC 7942 12 N -biokomposiitti keräsi silti enemmän CO2:ta kuin kontrollisuspensio 28 päivän aikana, vaikkakin hieman (Mann-Whitneyn U-testi, W = 2275,5; P = 0,066).CO2:n absorptionopeus lateksin 12 N ja 4 N toimesta on 0,51 ± 0,34 ja 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1 biomassasta d-1.Hoidon ja aikatasojen välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero (Chairer-Ray-Hare-testi, hoito: DF=2, H=70,62, P=<0,001 aika: DF=13, H=23,63, P=0,034), mutta se ei ollut.hoidon ja ajan välillä oli merkittävä suhde (Chairer-Ray-Har-testi, aika*hoito: DF=26, H=8,70, P=0,999).
Puolierän CO2-ottotestit Synechococcus elongatus PCC 7942 -biokomposiiteilla käyttäen 4N ja 12N lateksia.(a) Kuvissa näkyy solujen vapautuminen ja pigmentin värjäytyminen sekä biokomposiitin SEM-kuvat ennen testausta ja sen jälkeen.Valkoiset katkoviivat osoittavat solujen kerrostumiskohdat biokomposiitilla.(b) Kumulatiivinen hiilidioksidin nettootto neljän viikon aikana."Normaalin" (N) lateksin styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:1.Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.(keskiarvo ± standardipoikkeama; n = 3).
Solujen retentio parantui merkittävästi CCAP 1479/1A -kannassa 4S:n ja 12S:n kanssa, vaikka pigmentti muutti hitaasti väriä ajan myötä (kuvio 6a).Biokomposiitti CCAP 1479/1A imee hiilidioksidia täydet 84 päivää (12 viikkoa) ilman lisäravinteita.SEM-analyysi (kuvio 6a) vahvisti visuaalisen havainnon pienten solujen irtoamisesta.Aluksi solut koteloitiin lateksipäällysteeseen, joka säilytti eheytensä solujen kasvusta huolimatta.CO2:n ottonopeus oli merkittävästi korkeampi kuin kontrolliryhmässä (Scheirer-Ray-Har-testi, hoito: DF=2; H=240,59; P=<0,001, aika: DF=42; H=112; P=<0,001) ( kuvio 6b).12S-biokomposiitti saavutti suurimman CO2:n oton (1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomassaa päivässä), kun taas 4S-lateksi oli 1,13 ± 0,41 g CO2 g-1 biomassaa päivässä, mutta ne eivät eronneet merkittävästi (Mann-Whitney U testi, W = 1507,50; P = 0,07) eikä merkittävää vuorovaikutusta hoidon ja ajan välillä (Shirer-Rey-Hara-testi, aika * hoito: DF = 82; H = 10 0,37; P = 1,000).
Puolen erän CO2-oton testaus Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A -biokomposiitteilla 4N ja 12N lateksin kanssa.(a) Kuvissa näkyy solujen vapautuminen ja pigmentin värjäytyminen sekä biokomposiitin SEM-kuvat ennen testausta ja sen jälkeen.Valkoiset katkoviivat osoittavat solujen kerrostumiskohdat biokomposiitilla.(b) Kumulatiivinen nettohiilidioksidinotto kahdentoista viikon aikana."Pehmeässä" (S) lateksissa styreenin ja butyyliakrylaatin suhde on 1:1.Lateksin koodin edelliset numerot vastaavat Texanolin sisältöä.(keskiarvo ± standardipoikkeama; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har testi, aika*käsittely: DF=4, H=3.243, P=0.518) tai biokomposiitti S. elongatus CCAP 1479/1A (kaksi ANOVA, aika*käsittely: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (kuvio S4).Biokomposiitti PCC 7942:lla oli korkein hiilihydraattipitoisuus viikolla 2 (4 N = 59,4 ± 22,5 paino-%, 12 N = 67,9 ± 3,3 paino-%), kun taas kontrollisuspensiolla oli korkein hiilihydraattipitoisuus viikolla 4, jolloin (kontrolli = 59,6 ± 2,84 % w/w).CCAP 1479/1A -biokomposiitin kokonaishiilihydraattipitoisuus oli verrattavissa kontrollisuspensioon paitsi kokeen alussa, ja 12S-lateksissä oli joitain muutoksia viikolla 4. Biokomposiitin korkeimmat arvot olivat 51,9 ± 9,6 painoprosenttia. 4S:lle ja 77,1 ± 17,0 paino-% 12S:lle.
Päätimme esitellä suunnittelumahdollisuuksia ohutkalvolateksipolymeeripinnoitteiden rakenteellisen eheyden parantamiseksi tärkeänä osana jäkäläjäkälää jäljittelevää biokomposiittikonseptia vaarantamatta biologista yhteensopivuutta tai suorituskykyä.Itse asiassa, jos solujen kasvuun liittyvät rakenteelliset haasteet voitetaan, odotamme merkittäviä suorituskyvyn parannuksia verrattuna kokeellisiin biokomposiitteihimme, jotka ovat jo verrattavissa muihin syanobakteerien ja mikrolevien hiilensieppausjärjestelmiin.
Pinnoitteiden on oltava myrkyttömiä, kestäviä, tukevat pitkäkestoista soluadheesiota ja niiden on oltava huokoisia edistääkseen tehokasta CO2-massan siirtoa ja O2-kaasun poistoa.Lateksityyppiset akryylipolymeerit ovat helppoja valmistaa ja niitä käytetään laajalti maali-, tekstiili- ja liimateollisuudessa30.Yhdistimme syanobakteerit vesipohjaiseen akryylilateksipolymeeriemulsioon, joka oli polymeroitu tietyllä styreeni/butyyliakrylaattihiukkassuhteella ja erilaisilla Texanol-pitoisuuksilla.Styreeni ja butyyliakrylaatti valittiin siten, että ne pystyvät hallitsemaan pinnoitteen fysikaalisia ominaisuuksia, erityisesti joustavuutta ja yhteenliittymistehokkuutta (kriittinen vahvalle ja erittäin tarttuvalle pinnoitteelle), mikä mahdollistaa "kovien" ja "pehmeiden" hiukkasaggregaattien synteesin.Myrkyllisyystiedot viittaavat siihen, että "kova" lateksi, jossa on korkea styreenipitoisuus, ei edistä syanobakteerien selviytymistä.Toisin kuin butyyliakrylaatti, styreeniä pidetään myrkyllisenä leville32,33.Syanobakteerikannat reagoivat varsin eri tavalla lateksiin, ja optimaalinen lasittumislämpötila (Tg) määritettiin S. elongatus PCC 7942:lle, kun taas S. elongatus CCAP 1479/1A osoitti negatiivista lineaarista suhdetta Tg:n kanssa.
Kuivauslämpötila vaikuttaa kykyyn muodostaa jatkuva yhtenäinen lateksikalvo.Jos kuivauslämpötila on alle kalvonmuodostuslämpötilan (MFFT), polymeerilateksihiukkaset eivät sulaudu täysin yhteen, mikä johtaa tarttumiseen vain hiukkasten rajapinnassa.Tuloksena olevilla kalvoilla on huono tarttuvuus ja mekaaninen lujuus, ja ne voivat olla jopa jauhemuodossa29.MFFT on läheistä sukua Tg:lle, jota voidaan hallita monomeerikoostumuksella ja lisäämällä yhteensulautuvia aineita, kuten Texanol.Tg määrittää monet syntyvän pinnoitteen fysikaalisista ominaisuuksista, jotka voivat olla kumimaisia tai lasimaisia34.Flory-Fox-yhtälön35 mukaan Tg riippuu monomeerin tyypistä ja suhteellisesta prosenttikoostumuksesta.Yhdistävän aineen lisääminen voi alentaa MFFT:tä ajoittain vaimentamalla lateksihiukkasten Tg:tä, mikä mahdollistaa kalvon muodostumisen alemmissa lämpötiloissa, mutta muodostaa silti kovan ja vahvan pinnoitteen, koska sulautuva aine haihtuu hitaasti ajan myötä tai se on uutettu 36 .
Texanolin pitoisuuden lisääminen edistää kalvon muodostumista pehmentämällä polymeerihiukkasia (vähentämällä Tg:tä) hiukkasten kuivumisen aikana tapahtuvan absorption vuoksi, mikä lisää koheesiokalvon lujuutta ja solun adheesiota.Koska biokomposiitti kuivataan ympäristön lämpötilassa (~18-20°C), "kovan" lateksin Tg (30 - 55°C) on korkeampi kuin kuivauslämpötila, mikä tarkoittaa, että hiukkasten yhteenliittyminen ei välttämättä ole optimaalinen, mikä johtaa B-kalvot, jotka pysyvät lasimaisina, huonot mekaaniset ja tarttuvuusominaisuudet, rajoitettu elastisuus ja diffuusio30 johtavat lopulta suurempaan soluhäviöön.Kalvon muodostuminen "normaaleista" ja "pehmeistä" polymeereistä tapahtuu polymeerikalvon Tg:ssä tai sen alapuolella, ja kalvon muodostuminen paranee parantuneen yhteenliittämisen ansiosta, mikä johtaa jatkuviin polymeerikalvoihin, joilla on paremmat mekaaniset, koheesio- ja tarttumisominaisuudet.Tuloksena oleva kalvo pysyy kumisena hiilidioksidin talteenottokokeiden aikana, koska sen Tg on lähellä ("normaali" sekoitus: 12 - 20 ºC) tai paljon alhaisempi ("pehmeä" seos: -21 - -13 °C) ympäristön lämpötilaa 30 ."Kova" lateksi (3,4 - 2,9 kgf mm-1) on kolme kertaa kovempaa kuin "normaali" lateksi (1,0 - 0,9 kgf mm-1)."Pehmeiden" lateksien kovuutta ei voida mitata mikrokovuudella, koska ne ovat liiallisia kumisia ja tahmeita huoneenlämmössä.Pintavaraus voi myös vaikuttaa adheesion affiniteettiin, mutta lisää tietoa tarvitaan mielekkään tiedon saamiseksi.Kuitenkin kaikki lateksit pidättivät solut tehokkaasti vapauttaen alle 1 %.
Fotosynteesin tuottavuus heikkenee ajan myötä.Altistuminen polystyreenille johtaa kalvon hajoamiseen ja oksidatiiviseen stressiin38,39,40,41.0S:lle ja 4S:lle altistetun S. elongatus CCAP 1479/1A:n Fv/Fm-arvot olivat lähes kaksi kertaa korkeammat suspensiokontrolliin verrattuna, mikä on hyvin sopusoinnussa 4S-biokomposiitin CO2-ottonopeuden kanssa sekä alhaisemmat keskimääräiset PS-arvot.arvot.Suuremmat Fv/Fm-arvot osoittavat, että elektronien kuljetus PSII:hen voi tuottaa enemmän fotoneja42, mikä voi johtaa korkeampiin CO2-kiinnitysnopeuksiin.On kuitenkin huomattava, että valofysiologiset tiedot saatiin soluista, jotka oli suspendoitu lateksivesiliuoksiin, eivätkä ne välttämättä ole suoraan verrattavissa kypsiin biokomposiitteihin.
Jos lateksi muodostaa esteen valolle ja/tai kaasunvaihdolle, mikä johtaa valon ja CO2:n rajoittumiseen, se voi aiheuttaa solun stressiä ja heikentää suorituskykyä, ja jos se vaikuttaa O2:n vapautumiseen, valohengitykseen39.Kovettuneiden pinnoitteiden valonläpäisy arvioitiin: "kova" lateksi osoitti valonläpäisyssä lievää laskua 440 ja 480 nm:n välillä (parantui osittain lisääntyneen Texanolin pitoisuuden ansiosta parantuneen kalvon sulautumisen ansiosta), kun taas "pehmeä" ja "säännöllinen" ” lateksin valonläpäisy väheni hieman.ei näytä havaittavissa olevaa menetystä.Määritykset, kuten myös kaikki inkuboinnit, suoritettiin alhaisella valon intensiteetillä (30,5 µmol m-2 s-1), joten mikä tahansa polymeerimatriisista johtuva fotosynteettisesti aktiivinen säteily kompensoituu ja saattaa jopa olla hyödyllinen valoinhibition estämisessä.vahingollisilla valon voimakkuuksilla.
Biokomposiitti CCAP 1479/1A toimi 84 vuorokauden ajan ilman ravinteiden vaihtuvuutta tai merkittävää biomassan menetystä, mikä on tutkimuksen keskeinen tavoite.Solujen depigmentaatio voi liittyä kloroosiprosessiin vastauksena typen nälkään, jotta saavutetaan pitkäaikainen eloonjääminen (lepotila), mikä voi auttaa soluja jatkamaan kasvua sen jälkeen, kun riittävä typen kertyminen on saavutettu.SEM-kuvat vahvistivat, että solut pysyivät pinnoitteen sisällä solujen jakautumisesta huolimatta, mikä osoitti "pehmeän" lateksin elastisuuden ja osoitti siten selkeän edun kokeelliseen versioon."Pehmeä" lateksi sisältää noin 70 % butyyliakrylaattia (painosta), mikä on paljon korkeampi kuin kuivauksen jälkeen joustavalle pinnoitteelle ilmoitettu pitoisuus44.
CO2:n nettootto oli merkittävästi suurempi kuin kontrollisuspension (14–20 ja 3–8 kertaa suurempi S. elongatus CCAP 1479/1A:lla ja PCC 7942:lla).Aiemmin käytimme CO2-massansiirtomallia osoittaaksemme, että korkean hiilidioksidin oton päätekijä on terävä CO2-pitoisuusgradientti biokomposiitin pinnalla31 ja että biokomposiitin suorituskykyä voi rajoittaa vastustuskyky massan siirtoa vastaan.Tämä ongelma voidaan voittaa sisällyttämällä lateksiin myrkyttömiä, kalvoa muodostamattomia aineosia pinnoitteen huokoisuuden ja läpäisevyyden lisäämiseksi26, mutta solujen retentio voi vaarantua, koska tämä strategia johtaa väistämättä heikompaan kalvoon20.Kemiallista koostumusta voidaan muuttaa polymeroinnin aikana huokoisuuden lisäämiseksi, mikä on paras vaihtoehto erityisesti teollisen tuotannon ja skaalautuvuuden kannalta45.
Uuden biokomposiitin suorituskyky verrattuna viimeaikaisiin tutkimuksiin, joissa käytettiin mikrolevistä ja syanobakteereista peräisin olevia biokomposiitteja, osoitti etuja solujen latausnopeuden säätämisessä (taulukko 1)21,46 ja pidemmällä analyysiajalla (84 päivää vs. 15 tuntia46 ja 3 viikkoa21).
Hiilihydraattien tilavuuspitoisuus soluissa on suotuisa verrattuna muihin syanobakteereja käyttäviin tutkimuksiin47, 48, 49, 50 ja sitä käytetään mahdollisena kriteerinä hiilen talteenottoon ja hyödyntämiseen/talteenottosovelluksiin, kuten BECCS-käymisprosesseihin49,51 tai biohajoavien aineiden tuotantoon. biomuovit52.Osana tämän tutkimuksen perusteluja oletamme, että metsitys, vaikka se huomioidaan BECCS:n negatiivisten päästöjen konseptissa, ei ole ihmelääke ilmastonmuutokselle ja kuluttaa hälyttävän osan maailman peltoalasta6.Ajatuskokeena arvioitiin, että 640–950 GtCO2 olisi poistettava ilmakehästä vuoteen 2100 mennessä, jotta maapallon lämpötilan nousu rajoitetaan 1,5 °C:een53 (noin 8–12 GtCO2 vuodessa).Tämän saavuttaminen tehokkaammalla biokomposiitilla (574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biomassaa vuodessa-1) vaatisi tilavuuden lisäämistä 5,5 × 1010:stä 8,2 × 1010 m3:iin (vertailulla fotosynteesiteholla), joka sisältää 196:sta 2 miljardiin litraan 92 miljardia litraa. polymeeri.Olettaen, että 1 m3 biokomposiittia kattaa 1 m2 maa-alaa, vuotuisen kokonaishiilidioksidin sitomiseen tarvittava pinta-ala on 5,5-8,17 miljoonaa hehtaaria, mikä vastaa 0,18-0,27 % maa-alueiden elinkaareen soveltuvuudesta. tropiikissa ja pienentää maa-alaa.BECCS:n tarve 98-99 %.On huomattava, että teoreettinen talteenottosuhde perustuu hämärässä mitattuun CO2-absorptioon.Heti kun biokomposiitti altistuu voimakkaammalle luonnonvalolle, hiilidioksidin ottonopeus kasvaa, mikä vähentää entisestään maan tarvetta ja kallistaa asteikkoja edelleen kohti biokomposiittikonseptia.Toteutuksen on kuitenkin oltava päiväntasaajalla tasaisen taustavalon voimakkuuden ja keston vuoksi.
CO2-lannoituksen globaali vaikutus eli lisääntyneen hiilidioksidin saatavuuden aiheuttama kasvillisuuden tuottavuuden kasvu on vähentynyt useimmilla maa-alueilla, mikä johtuu luultavasti maaperän tärkeimpien ravinteiden (N ja P) ja vesivarojen muutoksista7.Tämä tarkoittaa, että maanpäällinen fotosynteesi ei välttämättä lisää hiilidioksidin ottoa ilman kohonneista hiilidioksidipitoisuuksista huolimatta.Tässä yhteydessä maapohjaiset ilmastonmuutoksen hillitsemisstrategiat, kuten BECCS, menestyvät vielä vähemmän.Jos tämä globaali ilmiö vahvistetaan, jäkälän inspiroima biokomposiittimme voi olla keskeinen voimavara, joka muuttaa yksisoluiset vesifotosynteettiset mikrobit "maaaineiksi".Useimmat maakasvit sitovat hiilidioksidia C3-fotosynteesin kautta, kun taas C4-kasvit suosivat lämpimämpiä ja kuivempia elinympäristöjä ja ovat tehokkaampia korkeammissa CO254-ositapaineissa.Syanobakteerit tarjoavat vaihtoehdon, joka voi kumota hälyttäviä ennusteita hiilidioksidialtistuksen vähenemisestä C3-kasveissa.Syanobakteerit ovat voineet valohengityksen rajoitukset kehittämällä tehokkaan hiilen rikastusmekanismin, jossa ribuloosi-1,5-bisfosfaattikarboksylaasi/oksigenaasi (RuBisCo) tuottaa ja ylläpitää korkeampia hiilidioksidin osapaineita ympärillä olevissa karboksysomeissa.Jos sinilevien biokomposiittien tuotantoa voidaan lisätä, siitä voi tulla tärkeä ase ihmiskunnalle taistelussa ilmastonmuutosta vastaan.
Biokomposiitit (jäkäläjäljitelmät) tarjoavat selkeitä etuja perinteisiin mikrolevien ja syanobakteerien suspensioviljelmiin verrattuna, sillä ne tarjoavat suuremman hiilidioksidin oton, minimoivat saasteriskit ja lupaavat kilpailukykyisen hiilidioksidin välttämisen.Kustannukset vähentävät merkittävästi maan, veden ja ravinteiden käyttöä56.Tämä tutkimus osoittaa, että on mahdollista kehittää ja valmistaa korkean suorituskyvyn biologisesti yhteensopiva lateksi, joka yhdistettynä pesusienen kanssa ehdokassubstraatiksi voi tarjota tehokkaan ja tehokkaan CO2:n oton kuukausien leikkauksen aikana pitäen samalla soluhäviön minimissä.Biokomposiitit voisivat teoriassa sitoa noin 570 t CO2 t-1 biomassaa vuodessa, ja ne voivat osoittautua tärkeämmiksi kuin BECCS-metsitysstrategiat ilmastonmuutoksen hillitsemisessä.Polymeerikoostumuksen edelleen optimoinnin, korkeammalla valon intensiteetillä testaamisen ja monimutkaisen aineenvaihduntatekniikan ansiosta luonnon alkuperäiset biogeoinsinöörit voivat jälleen tulla apuun.
Akryylilateksipolymeerit valmistettiin käyttämällä styreenimonomeerien, butyyliakrylaatin ja akryylihapon seosta, ja pH säädettiin arvoon 7 0,1 M natriumhydroksidilla (taulukko 2).Styreeni ja butyyliakrylaatti muodostavat suurimman osan polymeeriketjuista, kun taas akryylihappo auttaa pitämään lateksihiukkaset suspensiossa57.Lateksin rakenteelliset ominaisuudet määräytyvät lasittumislämpötilan (Tg) mukaan, jota säädellään muuttamalla styreenin ja butyyliakrylaatin suhdetta, mikä antaa "kovat" ja "pehmeät" ominaisuudet, vastaavasti58.Tyypillinen akryylilateksipolymeeri on 50:50 styreeni:butyyliakrylaatti 30, joten tässä tutkimuksessa lateksia, jolla oli tämä suhde, kutsuttiin "normaaliksi" lateksiksi ja korkeamman styreenipitoisuuden omaavaa lateksia kutsuttiin lateksiksi, jonka styreenipitoisuus on pienempi. .kutsutaan "pehmeäksi" "kovaksi".
Primaarinen emulsio valmistettiin käyttämällä tislattua vettä (174 g), natriumbikarbonaattia (0,5 g) ja Rhodapex Ab/20 pinta-aktiivista ainetta (30,92 g) (Solvay) 30 monomeeripisaran stabiloimiseksi.Käyttämällä lasiruiskua (Science Glass Engineering) ruiskupumpulla primaariseen emulsioon lisättiin tipoittain taulukossa 2 lueteltu styreeniä, butyyliakrylaattia ja akryylihappoa sisältävä toissijainen erä 4 tunnin aikana (Cole) nopeudella 100 ml h-1 -Palmer, Mount Vernon, Illinois).Valmista liuos polymeroinnin initiaattorista 59 käyttämällä dHO:ta ja ammoniumpersulfaattia (100 ml, 3 % w/w).
Sekoita liuos, joka sisältää dHO:ta (206 g), natriumbikarbonaattia (1 g) ja Rhodapex Ab/20:tä (4,42 g) yläpuolisella sekoittimella (Heidolph Hei-TORQUE arvo 100) ruostumattomasta teräksestä valmistetun potkurin kanssa ja kuumenna 82 °C:seen vesivaipallinen astia VWR Scientific 1137P lämmitetyssä vesihauteessa.Vaipalla varustettuun astiaan lisättiin tipoittain monomeerin (28,21 g) ja initiaattorin (20,60 g) painoinen liuos ja sekoitettiin 20 minuuttia.Sekoita jäljellä olevat monomeeri- (150 ml h-1) ja initiaattoriliuokset (27 ml h-1) voimakkaasti, jotta hiukkaset pysyvät suspensiossa, kunnes ne lisätään vesivaippaan 5 tunnin aikana käyttämällä 10 ml:n ruiskuja ja 100 ml:n ruiskuja astiassa. .täydennetty ruiskupumpulla.Sekoittimen nopeutta nostettiin johtuen lietteen tilavuuden kasvusta lietteen pidättymisen varmistamiseksi.Initiaattorin ja emulsion lisäämisen jälkeen reaktiolämpötila nostettiin 85 °C:seen, sekoitettiin hyvin nopeudella 450 rpm 30 minuuttia, sitten jäähdytettiin 65 °C:seen.Jäähdytyksen jälkeen lateksiin lisättiin kaksi syrjäytysliuosta: tert-butyylihydroperoksidi (t-BHP) (70 % vedessä) (5 g, 14 paino-%) ja isoaskorbiinihappo (5 g, 10 paino-%)..Lisää t-BHP tipoittain ja anna vaikuttaa 20 minuuttia.Erytorbiinihappoa lisättiin sitten nopeudella 4 ml/h 10 ml:n ruiskusta käyttämällä ruiskupumppua.Lateksiliuos jäähdytettiin sitten huoneenlämpötilaan ja säädettiin pH-arvoon 7 0,1 M natriumhydroksidilla.
2,2,4-trimetyyli-1,3-pentaanidiolimonoisobutyraattia (Texanol) – vähän myrkyllistä biohajoavaa koalesenssia lateksimaaleille 37,60 – lisättiin ruiskulla ja pumpulla kolme tilavuutta (0, 4, 12 % v/v) tiivistysaineena lateksiseokseen helpottamaan kalvon muodostumista kuivauksen aikana37.Lateksin kiintoaineprosentti määritettiin asettamalla 100 ui kutakin polymeeriä esipunnittuihin alumiinifoliokorkkeihin ja kuivaamalla uunissa 100 °C:ssa 24 tuntia.
Valon läpäisemiseksi jokainen lateksiseos asetettiin mikroskoopin objektilasille käyttämällä ruostumattomasta teräksestä valmistettua tippakuutiota, joka oli kalibroitu tuottamaan 100 um kalvoja, ja kuivattiin 20 °C:ssa 48 tuntia.Valonläpäisy (keskittynyt fotosynteettisesti aktiiviseen säteilyyn, λ 400–700 nm) mitattiin ILT950 SpectriLight -spektroradiometrillä anturilla 35 cm:n etäisyydellä 30 W loistelampusta (Sylvania Luxline Plus, n = 6) – missä valo lähde oli syanobakteerit ja organismit Komposiittimateriaalit säilyvät.SpectrILight III -ohjelmistoversiota 3.5 käytettiin valaistuksen ja lähetyksen tallentamiseen alueella λ 400–700 nm61.Kaikki näytteet asetettiin anturin päälle ja kontrolleina käytettiin päällystämättömiä lasilevyjä.
Lateksinäytteet lisättiin silikoniuunivuokaan ja annettiin kuivua 24 tuntia ennen kovuustestausta.Aseta kuivattu lateksinäyte teräskorkin päälle x10-mikroskoopin alle.Fokusoinnin jälkeen näytteet arvioitiin Buehler Micromet II -mikrokovuusmittarilla.Näytteeseen kohdistettiin 100 - 200 gramman voima ja latausajaksi asetettiin 7 sekuntia timanttilamun luomiseksi näytteeseen.Tulosta analysoitiin käyttämällä Bruker Alicona × 10 -mikroskoopin objektiivia lisämuodonmittausohjelmiston kanssa.Kunkin lateksin kovuuden laskemiseen käytettiin Vickersin kovuuskaavaa (yhtälö 1), jossa HV on Vickersin luku, F on kohdistettu voima ja d on lateksin korkeuden ja leveyden perusteella laskettujen sisennysten diagonaalien keskiarvo.sisennyksen arvo."Pehmeää" lateksia ei voida mitata adheesion ja venytyksen vuoksi painaumatestin aikana.
Lateksikoostumuksen lasittumislämpötilan (Tg) määrittämiseksi polymeerinäytteet asetettiin silikageelimaljoille, kuivattiin 24 tuntia, punnittiin 0,005 g:aan ja asetettiin näytemaljoille.Malja suljettiin ja asetettiin differentiaaliseen pyyhkäisykolorimetriin (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris-dataanalyysiohjelmisto)62.Lämpövirtausmenetelmää käytetään vertailukuppien ja näytekuppien sijoittamiseen samaan uuniin, jossa on sisäänrakennettu lämpötila-anturi lämpötilan mittaamiseksi.Yhteensä kahta ramppia käytettiin yhtenäisen käyrän luomiseen.Näytemenetelmää nostettiin toistuvasti -20 °C:sta 180 °C:seen nopeudella 20 °C minuutissa.Jokainen aloitus- ja loppupiste tallennetaan 1 minuutiksi lämpötilaviiveen huomioon ottamiseksi.
Arvioidaksemme biokomposiitin kykyä absorboida CO2:ta valmistettiin ja testattiin näytteet samalla tavalla kuin edellisessä tutkimuksessamme31.Kuivattu ja autoklavoitu pesulappu leikattiin noin 1 x 1 x 5 cm:n suikaleiksi ja punnittiin.Levitä 600 µl kummankin sinileväkannan kahta tehokkainta biopinnoitetta kunkin pesusieniliuskan toiseen päähän, joka peittää noin 1 × 1 × 3 cm, ja kuivaa pimeässä 20 °C:ssa 24 tuntia.Sisaan makrohuokoisen rakenteen vuoksi osa kaavasta meni hukkaan, joten solujen lataustehokkuus ei ollut 100 %.Tämän ongelman voittamiseksi kuivan valmisteen paino pesusienellä määritettiin ja normalisoitiin vertailukuivaan valmisteeseen.Abioottiset kontrollit, jotka koostuivat pesusienistä, lateksista ja steriilistä ravintoalustasta, valmistettiin samalla tavalla.
Puolierän CO2-ottotestin suorittamiseksi biokomposiitti (n = 3) asetetaan 50 ml:n lasiputkeen siten, että biokomposiitin toinen pää (ilman biopinnoitetta) on kosketuksissa 5 ml:n kasvualustaa, jolloin ravintoaine imeytyy. kuljetetaan kapillaaritoiminnalla..Pullo on suljettu butyylikumikorkilla, jonka halkaisija on 20 mm, ja puristettu hopeanhohtoisella alumiinikorkilla.Kun se on suljettu, ruiskuta 45 ml 5 % CO2/ilmaa steriilillä neulalla, joka on kiinnitetty kaasutiiviiseen ruiskuun.Kontrollisuspension solutiheys (n = 3) vastasi biokomposiitin solukuormitusta ravintoalustassa.Testit suoritettiin 18 ± 2 °C:ssa valojaksolla 16:8 ja valojaksolla 30,5 µmol m-2 s-1.Päätila poistettiin joka toinen päivä kaasutiiviillä ruiskulla ja analysoitiin CO2-mittarilla, jossa oli infrapuna-absorptio GEOTech G100 absorboituneen CO2:n prosenttiosuuden määrittämiseksi.Lisää yhtä suuri määrä CO2-kaasuseosta.
% CO2 Fix lasketaan seuraavasti: % CO2 Fix = 5 % (v/v) – kirjoita %CO2 (yhtälö 2), jossa P = paine, V = tilavuus, T = lämpötila ja R = ihanteellinen kaasuvakio.
Syanobakteerien ja biokomposiittien kontrollisuspensioiden raportoidut CO2-ottonopeudet normalisoitiin ei-biologisiin kontrolleihin.Biomassan g:n toiminnallinen yksikkö on pesuliinalle immobilisoidun kuivan biomassan määrä.Se määritetään punnitsemalla pesusieninäytteitä ennen ja jälkeen solukiinnityksen.Solukuormitusmassan (biomassaekvivalentti) huomioon ottaminen punnitsemalla valmisteet yksitellen ennen kuivausta ja sen jälkeen sekä laskemalla soluvalmisteen tiheys (yhtälö 3).Soluvalmisteiden oletetaan olevan homogeenisia kiinnityksen aikana.
Tilastolliseen analyysiin käytettiin Minitab 18:aa ja Microsoft Exceliä RealStatistics-apuohjelman kanssa.Normaalisuus testattiin Anderson-Darling-testillä ja varianssien yhtäläisyys testattiin Levene-testillä.Nämä oletukset tyydyttävät tiedot analysoitiin käyttämällä kaksisuuntaista varianssianalyysiä (ANOVA) ja Tukeyn testiä post hoc -analyysinä.Kaksisuuntaiset tiedot, jotka eivät täyttäneet oletuksia normaalista ja tasaisesta varianssista, analysoitiin käyttämällä Shirer-Ray-Hara-testiä ja sitten Mann-Whitneyn U-testiä hoitojen välisen merkityksen määrittämiseksi.Yleistettyjä lineaarisia sekamalleja (GLM) käytettiin ei-normaalille datalle kolmella tekijällä, joissa tiedot muunnettiin Johnson-muunnolla63.Pearson-tuotteiden momenttikorrelaatiot suoritettiin Texanol-pitoisuuden, lasittumislämpötilan ja lateksin myrkyllisyys- ja adheesiotietojen välisen suhteen arvioimiseksi.
Postitusaika: 05.01.2023