Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Гурван слайдаас бүрдсэн тойргийг нэг дор харуулна.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Парисын хэлэлцээрийн зорилгод хүрэхийн тулд нүүрстөрөгчийг барьж, хадгалах нь чухал юм.Фотосинтез бол нүүрстөрөгчийг авах байгалийн технологи юм.Бид хагнаас урам зориг авч, 3D цианобактерийн фотосинтетик био нийлмэл бодисыг (жишээ нь, хагыг дуурайдаг) хөөсөн хөвөн дээр түрхсэн нийлэг латекс полимерийг бүтээсэн.Био нийлмэл CO2-ийн шингээлтийн хурд нь 1.57 ± 0.08 г CO2 г-1 биомасс d-1 байв.Шингээх хурдыг туршилтын эхэн үеийн хуурай биомасс дээр үндэслэсэн бөгөөд шинэ биомассыг ургуулахад ашигладаг CO2, мөн нүүрс ус зэрэг хадгалах нэгдлүүдэд агуулагдах CO2 орно.Эдгээр шингээлтийн хэмжээ нь зутантай тэмцэх арга хэмжээнээс 14-20 дахин их байсан бөгөөд жилд 570 тн CO2 t-1 биомассыг авах боломжтой бөгөөд энэ нь 5.5-8.17 × 106 га газар ашиглалттай тэнцэж, 8-12 GtCO2-ыг зайлуулдаг. Жилд CO2.Үүний эсрэгээр, нүүрстөрөгчийг барьж, хадгалсан ойн биоэнерги нь 0.4-1.2 × 109 га байна.Биокомпозит нь нэмэлт тэжээл, усгүйгээр 12 долоо хоногийн турш үйл ажиллагаагаа үргэлжлүүлж, туршилтыг зогсоосон.Хүн төрөлхтний уур амьсгалын өөрчлөлттэй тэмцэх олон талт технологийн байр суурийн хүрээнд инженерчлэгдсэн, оновчтой болгосон цианобактерийн био нийлмэл бодисууд нь ус, шим тэжээл, газар ашиглалтын алдагдлыг бууруулахын зэрэгцээ CO2-ийн ялгаралтыг нэмэгдүүлэхийн тулд тогтвортой, өргөтгөх боломжтой.
Уур амьсгалын өөрчлөлт нь дэлхийн биологийн олон янз байдал, экосистемийн тогтвортой байдал, хүмүүст бодит аюул занал учруулж байна.Үүний хамгийн муу үр дагаврыг багасгахын тулд нүүрстөрөгчийг ялгаруулах зохицуулалттай, өргөн цар хүрээтэй хөтөлбөрүүдийг хэрэгжүүлэх шаардлагатай бөгөөд мэдээжийн хэрэг хүлэмжийн хийг агаар мандлаас шууд зайлуулах шаардлагатай байна.Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд нүүрстөрөгчгүйжүүлэлт эерэг байгаа хэдий ч 2,3 утааны хийн олборлолт ахиц дэвшил гарч байгаа хэдий ч атмосферийн нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2)4-ыг бууруулах эдийн засгийн хувьд тогтвортой технологийн шийдэл одоогоор байхгүй байна5.Өргөтгөж болохуйц, практик инженерийн шийдлүүдийн оронд хүмүүс нүүрстөрөгчийг барьж авахын тулд байгалийн инженерүүдэд хандах хэрэгтэй - фотосинтезийн организм (фототроф организм).Фотосинтез бол байгалийн нүүрстөрөгчийг шингээх технологи боловч хүний үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй нүүрстөрөгчийн баяжуулалтыг цаг хугацааны хувьд үр дүнтэй болгох чадвар нь эргэлзээтэй, ферментүүд үр ашиггүй, зохих хэмжээнд байрлуулах чадвар нь эргэлзээтэй юм.Фототрофи хийх боломжит арга зам бол ойжуулалт бөгөөд нүүрстөрөгчийг барьж, хадгалах (BECCS) бүхий био эрчим хүч үйлдвэрлэх модыг огтолж, цэвэр CO21 ялгаруулалтыг бууруулахад туслах сөрөг ялгаруулалтын технологи юм.Гэсэн хэдий ч Парисын хэлэлцээрийн температурын зорилтот 1.5°С-д хүрэхийн тулд BECCS-ийг үндсэн арга болгон ашиглахын тулд 0.4-1.2 × 109 га шаардлагатай бөгөөд энэ нь одоогийн дэлхийн тариалангийн талбайн 25-75% -тай тэнцэх болно6.Түүнчлэн, CO2 бордооны дэлхийн нөлөөлөлтэй холбоотой тодорхойгүй байдал нь ойн тариалангийн нийт үр ашигт эргэлзээ төрүүлж байна7.Хэрэв бид Парисын хэлэлцээрээр тогтоосон температурын зорилтод хүрэхийн тулд жил бүр 100 секундын GtCO2 хүлэмжийн хийг (GGR) агаар мандлаас зайлуулах ёстой.Их Британийн Судалгаа, инновацийн яам саяхан BECCS-ийн үйл явцыг тэжээх зорилгоор хүлэрт газрын менежмент, чулуулгийн өгөршлийг сайжруулах, мод тарих, био нүүрс, олон наст ургамал тариалах зэрэг таван GGR8 төслийн санхүүжилтийг зарлалаа.Агаар мандлаас жилд 130 гаруй MtCO2 зайлуулах зардал нь 10-100 ам.доллар/тCO2, хүлэрт газрыг нөхөн сэргээхэд 0.2-8.1 MtCO2, чулуулгийг өгөршүүлэхэд 52-480 ам.доллар/тCO2, 12-27 MtCO2 байна. , 0.4-30 ам.доллар/жил.tCO2, 3.6 MtCO2/жил, 1%-иар нэмэгдэж ойн талбай, 0.4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/year, био нүүрс, 140-270 US$/tCO2, 20 –70 Mt CO2 ашиглах байнгын ургац. BECCS9.
Эдгээр аргуудын нэгдэл нь жилд 130 Мт CO2-ийн зорилтот түвшинд хүрэх боломжтой боловч чулуулгийн өгөршил, БЕКС-ийн зардал өндөр бөгөөд био нүүрс нь харьцангуй хямд бөгөөд газар ашиглалтаас хамааралгүй боловч био нүүрс үйлдвэрлэх процесст түүхий эд шаарддаг.бусад GGR технологийг ашиглахын тулд энэхүү хөгжүүлэлт болон дугаарыг санал болгож байна.
Газар дээр шийдэл хайхын оронд ус, ялангуяа бичил замаг, цианобактери зэрэг нэг эст фототрофуудыг хайж олох хэрэгтэй.Замаг (цианобактерийг оруулаад) дэлхийн нүүрстөрөгчийн давхар ислийн 50 орчим хувийг эзэлдэг ч дэлхийн биомассын дөнгөж 1 хувийг эзэлдэг.Цианобактери нь хүчилтөрөгчийн фотосинтезээр дамжуулан амьсгалын замын бодисын солилцоо, олон эсийн амьдралын хувьслын үндэс суурийг тавьсан байгалийн анхны биогеноинженерүүд юм12.Нүүрстөрөгчийг авахын тулд цианобактерийг ашиглах санаа нь шинэ зүйл биш боловч физик байршуулах шинэлэг аргууд нь эдгээр эртний организмуудад шинэ давхрага нээж өгдөг.
Бичил замаг, цианобактерийг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах үед ил цөөрөм, фотобиореактор нь үндсэн хөрөнгө юм.Эдгээр өсгөвөрлөх системүүд нь өсөлтийн орчинд эсүүд чөлөөтэй хөвдөг суспензийн өсгөврийг ашигладаг14;харин цөөрөм, фотобиореакторууд нь CO2-ийн массын шилжилт муу, газар, усыг эрчимтэй ашиглах, био бохирдолд өртөмтгий, барилгын болон ашиглалтын зардал өндөр зэрэг олон сул талуудтай15,16.Суспензийн өсгөвөр ашигладаггүй био хальсан биореакторууд нь ус болон орон зайн хувьд илүү хэмнэлттэй боловч хуурайшилтаас болж гэмтэх эрсдэлтэй, био хальс задрах (мөн идэвхтэй биомасс алдагдах) эрсдэлтэй, мөн биологийн бохирдолд адилхан өртөмтгий байдаг17.
CO2-ийн шингээлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх, зутан болон био хальсны реакторыг хязгаарлаж буй асуудлуудыг шийдвэрлэхэд шинэ арга барил шаардлагатай байна.Ийм аргуудын нэг бол хагнаас өдөөгдсөн фотосинтезийн биокомпозитууд юм.Хаг нь дэлхийн хуурай газрын 12 орчим хувийг эзэлдэг мөөгөнцөр ба фотобионтуудын (микро замаг ба/эсвэл цианобактери) цогц юм18.Мөөгөнцөр нь фотобиотик субстратын биет дэмжлэг, хамгаалалт, бэхэлгээг хангадаг бөгөөд энэ нь мөөгөнцөрийг нүүрстөрөгчөөр (илүүдэл фотосинтезийн бүтээгдэхүүн хэлбэрээр) хангадаг.Санал болгож буй биокомпозит нь цианобактерийн төвлөрсөн популяцийг зөөгч субстрат дээр нимгэн био бүрхүүл хэлбэрээр хөдөлгөөнгүй болгодог "хагны дуураймал" юм.Биологийн бүрхүүл нь эсээс гадна мөөгөнцрийг орлуулах полимер матрицыг агуулдаг.Усан дээр суурилсан полимер эмульс буюу "латекс" нь био нийцтэй, удаан эдэлгээтэй, хямд, ажиллахад хялбар, худалдаанд гарах боломжтой тул илүүд үздэг19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Латекс полимер бүхий эсийг бэхлэхэд латексийн найрлага, хальс үүсэх процесс ихээхэн нөлөөлдөг.Эмульсийн полимержилт нь нийлэг резин, наалдамхай бүрээс, чигжээс, бетоны нэмэлт, цаас, нэхмэлийн бүрээс, латекс будаг үйлдвэрлэхэд хэрэглэгддэг нэг төрлийн бус процесс юм27.Энэ нь бусад полимержих аргуудтай харьцуулахад өндөр урвалын хурд, мономер хувиргах үр ашиг, түүнчлэн бүтээгдэхүүнийг хянахад хялбар зэрэг олон давуу талтай байдаг27,28.Мономеруудын сонголт нь үүссэн полимер хальсны хүссэн шинж чанараас хамаардаг ба холимог мономер системүүдийн хувьд (өөрөөр хэлбэл, сополимержилт) үүссэн полимер материалыг бүрдүүлдэг мономеруудын янз бүрийн харьцааг сонгох замаар полимерийн шинж чанарыг өөрчилж болно.Бутил акрилат ба стирол нь хамгийн түгээмэл нийлэг латекс мономеруудын нэг бөгөөд энд ашиглагддаг.Нэмж дурдахад, нэгтгэх бодисууд (жишээ нь, Тексанол) нь полимер латексын шинж чанарыг өөрчилж, бат бөх, "тасралтгүй" (нийлдэг) бүрээсийг бий болгохын тулд жигд хальс үүсгэхэд ашиглагддаг.Бидний анхны концепцийг батлах судалгааны явцад хөөсөн хөвөн дээр түрхсэн арилжааны латекс будгийг ашиглан гадаргуугийн талбай өндөр, сүвэрхэг чанар сайтай 3D биокомпозитыг үйлдвэрлэсэн.Удаан үргэлжилсэн (найман долоо хоног) боловсруулалт хийсний дараа биокомпозит нь цианобактерийг латексын бүтцийн нэгдмэл байдлыг сулруулж байсан тул цианобактерийг шавар дээр нь хадгалах чадварыг харуулсан.Одоогийн судалгаанд бид полимерийн задралыг алдагдуулахгүйгээр нүүрстөрөгчийг барих хэрэглээнд тасралтгүй ашиглах химийн алдартай нийлэг латекс полимерүүдийг бүтээхийг зорьсон.Ингэхдээ бид батлагдсан био нийлмэл материалтай харьцуулахад биологийн үзүүлэлтийг сайжруулж, механик уян хатан чанарыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлдэг хаг төст полимер матрицын элементүүдийг бий болгох чадварыг харуулсан.Цаашдын оновчлол нь нүүрстөрөгчийг шингээх био нийлмэл бодисын шингээлтийг хурдасгах болно, ялангуяа нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шингээх чадварыг сайжруулахын тулд бодисын солилцооны өөрчлөлттэй цианобактеритай хослуулах болно.
Гурван полимер найрлагатай есөн латекс (H = "хатуу", N = "хэвийн", S = "зөөлөн") ба гурван төрлийн Тексанол (0, 4, 12% v/v) нь хоруу чанар, омгийн хамаарлыг туршиж үзсэн.Цавуу.хоёр цианобактериас гаралтай.Латекс төрөл нь S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare тест, латекс: DF=2, H=23.157, P=<0.001) ба CCAP 1479/1A (хоёр талын ANOVA, латекс: DF=2, F)-д ихээхэн нөлөөлсөн. = 103.93, P = < 0.001) (Зураг 1а).Тексанолын концентраци нь S. elongatus PCC 7942-ийн өсөлтөд төдийлөн нөлөөлөөгүй, зөвхөн N-латекс нь хоргүй (Зураг 1а), 0 N ба 4 N нь тус тус 26% ба 35% өсөлтийг хадгалсан (Mann- Whitney U, 0 N vs. 4 N: W = 13.50, P = 0.245; 0 N эсрэг хяналт: W = 25.0, P = 0.061; 4 N эсрэг хяналтын: W = 25.0, P = 0.061) болон 12 N харьцуулж болохуйц өсөлтийг хадгалсан. биологийн хяналтад (Mann-Whitney University, 12 N vs. control: W = 17.0, P = 0.885).S. elongatus CCAP 1479/1A-ийн хувьд латекс хольц ба тексанолын агууламж хоёулаа чухал хүчин зүйл байсан бөгөөд энэ хоёрын хооронд мэдэгдэхүйц харилцан үйлчлэл ажиглагдсан (хоёр талын 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 ба бүх "зөөлөн" латексууд өсөлтийг дэмжсэн (Зураг 1a).Стиролын найрлагыг бууруулснаар өсөлтийг сайжруулах хандлагатай байдаг.
Цианобактерийн (Synechococcus elongatus PCC 7942 ба CCAP 1479/1A) латекс найрлагад хоруу чанар ба наалдацын туршилт, шилэн шилжилтийн температур (Tg) болон шийдвэрийн матрицтай харьцах харьцаа нь хоруу чанар, наалдалтын өгөгдөлд үндэслэсэн.(a) Суспензийн өсгөвөрийг хянахын тулд хэвийн болгосон цианобактерийн өсөлтийн хувийн графикийг ашиглан хордлогын сорилыг хийсэн.* гэж тэмдэглэгдсэн эмчилгээ нь хяналтаас эрс ялгаатай.(б) Tg латекстай харьцуулахад цианобактерийн өсөлтийн өгөгдөл (дундаж ± SD; n = 3).(в) Био нийлмэл наалдамхай тестээс ялгарсан цианобактерийн хуримтлагдсан тоо.(г) Латексын Tg-тэй харьцуулахад наалдсан өгөгдөл (дундаж ± StDev; n = 3).e Шийдвэрлэх матриц нь хоруу чанар, наалдацын мэдээлэлд үндэслэсэн.Стирол ба бутил акрилатын харьцаа нь "хатуу" (H) латексын хувьд 1: 3, "хэвийн" (N) 1: 1, "зөөлөн" (S) нь 3: 1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.
Ихэнх тохиолдолд эсийн амьдрах чадвар нь тексанолын концентраци ихсэх тусам буурсан боловч аль нэг омгийн хувьд мэдэгдэхүйц хамаарал байгаагүй (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0.208, P = 0.299; PCC 7942: DF = 25, r). = – 0.127, P = 0.527).Зураг дээр.1b нь эсийн өсөлт ба шил шилжилтийн температур (Tg) хоорондын хамаарлыг харуулав.Тексанолын концентраци ба Tg утгуудын хооронд хүчтэй сөрөг хамаарал байдаг (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).Өгөгдөл нь S. elongatus PCC 7942-ийн өсөлтийн оновчтой Tg нь ойролцоогоор 17 ° C (Зураг 1b) байсан бол S. elongatus CCAP 1479/1A нь 0 ° C-аас доош Tg-ийг илүүд үздэг (Зураг 1b).Зөвхөн S. elongatus CCAP 1479/1A нь Tg болон хоруу чанарын өгөгдлийн хооронд хүчтэй сөрөг хамааралтай байсан (DF=25, r=-0.857, P=<0.001).
Бүх латексууд нь сайн наалддаг бөгөөд тэдгээрийн аль нь ч 72 цагийн дараа эсийн 1% -иас илүүгүй (Зураг 1c).S. elongatus-ийн хоёр омгийн латексуудын хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа байгаагүй (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara test, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Рэй тест).– Харе тест, латекс*тексанол, DF=4, H=3.277, P=0.513).Тексанолын концентраци нэмэгдэхийн хэрээр илүү олон эсүүд ялгардаг (Зураг 1c).S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001)-тай харьцуулсан (Зураг 1d).Цаашилбал, хоёр омгийн Tg болон эсийн наалдац хооронд статистик хамаарал байгаагүй (PCC 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147).
Хоёр омгийн хувьд "хатуу" латекс полимерууд үр дүнгүй байв.Үүний эсрэгээр 4N ба 12N нь S. elongatus PCC 7942-ийн эсрэг хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй байсан бол 4S ба 12S нь CCAP 1479/1A-ийн эсрэг хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй байсан (Зураг 1e), гэхдээ полимер матрицыг цаашид оновчтой болгох орон зай байгаа нь тодорхой.Эдгээр полимеруудыг хагас багцын цэвэр CO2 шингээлтийн туршилтанд ашигласан.
Усан латекс найрлагад түдгэлзүүлсэн эсийг ашиглан фотофизиологийг 7 хоногийн турш хянаж байсан.Ерөнхийдөө фотосинтезийн илэрхий хурд (PS) болон хамгийн их PSII квант гарц (Fv/Fm) хоёулаа цаг хугацааны явцад буурч байгаа боловч энэ бууралт жигд бус бөгөөд зарим PS мэдээллийн багц нь хоёр үе шаттай хариу үйлдэл үзүүлж байгаа нь бодит цагийн сэргэлт хэдий ч хэсэгчилсэн хариуг харуулж байна. богино PS үйл ажиллагаа (Зураг 2a ба 3b).Хоёр фазын Fv/Fm-ийн хариу урвал бага зэрэг тод ажиглагдсан (Зураг 2b ба 3b).
(a) латекс найрлагад хариу үйлдэл үзүүлэх Synechococcus elongatus PCC 7942-ийн фотосинтезийн илэрхий хурд (PS) ба (б) хяналтын суспензийн өсгөвөртэй харьцуулахад хамгийн их PSII квант гарц (Fv/Fm).Стирол ба бутил акрилатын харьцаа нь "хатуу" (H) латексын хувьд 1: 3, "хэвийн" (N) 1: 1, "зөөлөн" (S) нь 3: 1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.(дундаж ± стандарт хазайлт; n = 3).
(a) латекс найрлагад хариу үйлдэл үзүүлэх Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A-ийн фотосинтезийн илэрхий хурд (PS) ба (б) хяналтын суспензийн өсгөвөртэй харьцуулахад хамгийн их PSII квант гарц (Fv/Fm).Стирол ба бутил акрилатын харьцаа нь "хатуу" (H) латексын хувьд 1: 3, "хэвийн" (N) 1: 1, "зөөлөн" (S) нь 3: 1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.(дундаж ± стандарт хазайлт; n = 3).
S. elongatus PCC 7942-ийн хувьд найрлага нь чухал хүчин зүйл (GLM) байсан ч латекс найрлага болон тексанолын концентраци нь цаг хугацааны явцад PS-д нөлөөлөөгүй (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07)., латекс*цаг хугацаа, DF = 14, F = 3.14, P = <0.001) (Зураг 2a).Цаг хугацааны явцад Тексанолын концентрацид мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлээгүй (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)-д нөлөөлөх мэдэгдэхүйц харилцан үйлчлэл байсан.Латексын найрлага болон тексанолын концентраци хоорондын харилцан үйлчлэл нь Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001)-д ихээхэн нөлөөлсөн.Параметр бүр цаг хугацааны явцад Fv/Fm-д нөлөөлдөг (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 and Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Latex 12H нь хамгийн бага дундаж PS ба Fv/Fm утгыг хадгалсан (Зураг 2b) нь энэ полимер илүү хортой болохыг харуулж байна.
S. elongatus CCAP 1479/1A-ийн PS нь нилээд ялгаатай (GLM, латекс * Тексанол * хугацаа, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), Тексанолын агууламжаас илүү латекс найрлагатай (GLM, Latex*time, DF) =14, F=6.38, P=<0.001, GLM, Тексанол*хугацаа, DF=14, F=1.26, P=0.239)."Зөөлөн" полимер 0S ба 4S нь хяналтын суспензээс (Mann-Whitney U, 0S хяналтын эсрэг, W = 686.0, P = 0.044, 4S эсрэг удирдлагатай, W = 713, P = 0.01) PS гүйцэтгэлийн түвшинг арай өндөр түвшинд хадгалж, сайжруулсан Fv./Fm (Зураг 3a) нь Photosystem II руу илүү үр ашигтай тээвэрлэлтийг харуулж байна.CCAP 1479/1A эсийн Fv/Fm утгын хувьд цаг хугацааны явцад латексын ялгаа мэдэгдэхүйц байсан (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Зураг 3б).).
Зураг дээр.4-т омог тус бүрийн эсийн өсөлтийн функцээр 7 хоногийн хугацаанд дундаж PS ба Fv/Fm-ийг харуулав.S. elongatus PCC 7942 нь тодорхой загваргүй байсан (Зураг 4а ба б) Гэсэн хэдий ч CCAP 1479/1A нь PS (Зураг 4c) ба Fv/Fm (Зураг 4d) утгуудын хооронд параболик хамаарлыг харуулсан. стирол ба бутил акрилатын харьцаа өөрчлөгдөхөд нэмэгддэг.
Латекс бэлдмэл дээрх Synechococcus longum-ийн өсөлт ба фотофизиологийн хоорондын хамаарал.(a) Фотосинтезийн илэрхий хурдтай (PS) харьцсан хордлогын өгөгдөл, (б) PCC 7942-ын PSII квант гарцын дээд хэмжээ (Fv/Fm). c PS ба d Fv/Fm CCAP 1479/1A-тай харьцуулсан хоруу чанарын өгөгдөл.Стирол ба бутил акрилатын харьцаа нь "хатуу" (H) латексын хувьд 1: 3, "хэвийн" (N) 1: 1, "зөөлөн" (S) нь 3: 1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.(дундаж ± стандарт хазайлт; n = 3).
Биокомпозит PCC 7942 нь эхний дөрвөн долоо хоногт эсийг их хэмжээгээр уусгаж, эсийн хадгалалтад хязгаарлагдмал нөлөө үзүүлсэн (Зураг 5).CO2 шингээлтийн эхний үе шатны дараа 12 N латексоор бэхлэгдсэн эсүүд CO2 ялгаруулж эхэлсэн бөгөөд энэ хэв маяг 4-14 хоногийн хооронд үргэлжилсэн (Зураг 5b).Эдгээр өгөгдөл нь пигментийн өнгөний өөрчлөлтийн ажиглалттай нийцэж байна.CO2 цэвэр шингээлт 18 дахь өдрөөс дахин эхэлсэн. Эс ялгарч байгаа хэдий ч (Зураг 5а) PCC 7942 12 N био нийлмэл нь бага зэрэг ч гэсэн 28 хоногийн турш хяналтын суспензээс илүү их CO2 хуримтлагдсан хэвээр байна (Mann-Whitney U-test, W = 2275.5; P = 0.066).Латекс 12 N ба 4 N-ийн CO2 шингээх хурд нь d-1 биомассын 0.51 ± 0.34 ба 1.18 ± 0.29 г CO2 г-1 байна.Эмчилгээний болон хугацааны түвшний хооронд статистикийн хувьд мэдэгдэхүйц ялгаа байсан (Chairer-Ray-Hare тест, эмчилгээ: DF=2, H=70.62, P=<0.001 цаг: DF=13, H=23.63, P=0.034), гэхдээ энэ нь биш байсан.эмчилгээ ба цаг хугацааны хооронд мэдэгдэхүйц хамаарал байсан (Chairer-Ray-Har тест, цаг*эмчилгээ: DF=26, H=8.70, P=0.999).
4N ба 12N латекс ашиглан Synechococcus elongatus PCC 7942 био нийлмэл бүтээгдэхүүнд CO2 шингээх хагас багц туршилт.(a) Зураг дээр эсийн ялгаралт, пигментийн өнгө өөрчлөгдөх, мөн биокомпозитын SEM зургийг туршилтын өмнө болон дараа харуулж байна.Цагаан тасархай шугамууд нь биокомпозит дээр эсийн хуримтлагдах газрыг заана.(б) Дөрвөн долоо хоногийн хугацаанд хуримтлагдсан цэвэр CO2 шингээлт."Хэвийн" (N) латекс нь стирол ба бутил акрилатын харьцаа 1:1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.(дундаж ± стандарт хазайлт; n = 3).
4S ба 12S бүхий CCAP 1479/1A омгийн хувьд эсийн хадгалалт мэдэгдэхүйц сайжирсан боловч пигмент нь цаг хугацааны явцад аажмаар өнгөө өөрчилсөн (Зураг 6a).Биокомпозит CCAP 1479/1A нь нэмэлт тэжээлийн нэмэлтгүйгээр CO2-ыг 84 хоног (12 долоо хоног) шингээдэг.SEM шинжилгээ (Зураг 6a) нь жижиг эсийн салалтын харааны ажиглалтыг баталгаажуулсан.Эхэндээ эсүүд нь эсийн өсөлтийг үл харгалзан бүрэн бүтэн байдлаа хадгалсан латекс бүрхүүлээр бүрхэгдсэн байв.CO2 шингээлтийн түвшин хяналтын бүлгийнхээс хамаагүй өндөр байсан (Шейрер-Рэй-Хар тест, эмчилгээ: DF=2; H=240.59; P=<0.001, цаг: DF=42; H=112; P=<0.001 ) ( Зураг 6б).12S био нийлмэл нь CO2-ийн хамгийн их шингээлтийг (өдөрт 1.57 ± 0.08 г CO2 г-1 биомасс) олж авсан бол 4S латекс нь өдөрт 1.13 ± 0.41 г CO2 g-1 биомасстай байсан ч тэдгээр нь мэдэгдэхүйц ялгаатай байсангүй (Mann-Whitney U). тест, W = 1507.50; P = 0.07) эмчилгээ ба цаг хугацааны хооронд мэдэгдэхүйц харилцан үйлчлэл байхгүй (Ширер-Рей-Хара тест, цаг * эмчилгээ: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000).
4N ба 12N латекс бүхий Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A био нийлмэл бодисыг ашиглан СО2-ийн шингээлтийн хагас багц.(a) Зураг дээр эсийн ялгаралт, пигментийн өнгө өөрчлөгдөх, мөн биокомпозитын SEM зургийг туршилтын өмнө болон дараа харуулж байна.Цагаан тасархай шугамууд нь биокомпозит дээр эсийн хуримтлагдах газрыг заана.(б) Арван хоёр долоо хоногийн хугацаанд хуримтлагдсан цэвэр CO2 шингээлт."Зөөлөн" (S) латекс нь стирол ба бутил акрилатын харьцаа 1:1 байна.Латекс кодын өмнөх тоонууд нь Тексанолын агууламжтай тохирч байна.(дундаж ± стандарт хазайлт; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har тест, цаг*эмчилгээ: DF=4, H=3.243, P=0.518) эсвэл биокомпозит S. elongatus CCAP 1479/1A (хоёр-ANOVA, хугацаа*эмчилгээ: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (Зураг S4).Биокомпозит PCC 7942 нь 2 дахь долоо хоногт хамгийн их нүүрс усны агууламжтай байсан (4 N = 59.4 ± 22.5 жин%, 12 N = 67.9 ± 3.3 жин%), харин хяналтын суспенз нь 4 дэх долоо хоногт (хяналт = 59.6 ± 2.84%) нүүрс усны агууламж хамгийн их байсан. w/w).CCAP 1479/1A био нийлмэлийн нийт нүүрс усны агууламжийг туршилтын эхнээс бусад тохиолдолд хяналтын суспензтэй харьцуулж болох ба 4 дэх долоо хоногт 12S латекст зарим өөрчлөлт орсон. Биокомпозитын хамгийн өндөр утга нь 51.9 ± 9.6 жин% байв. 4S-ийн хувьд, 12S-ийн хувьд 77.1 ± 17.0 жингийн%.
Био нийцтэй байдал, гүйцэтгэлийг алдагдуулахгүйгээр хагны биокомпозитын концепцийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг болох нимгэн хальсан латекс полимер бүрээсийн бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг сайжруулах дизайны боломжуудыг бид харуулахыг зорьсон.Үнэхээр ч эсийн өсөлттэй холбоотой бүтцийн сорилтуудыг даван туулж чадвал бусад цианобактери болон микро замаг нүүрстөрөгчийг барих системтэй харьцуулж болохуйц туршилтын био нийлмэл материалуудын гүйцэтгэл мэдэгдэхүйц сайжирна гэж найдаж байна.
Бүрхүүл нь хоргүй, удаан эдэлгээтэй, эсийн урт хугацааны наалдацыг дэмждэг байх ёстой бөгөөд CO2 массын үр ашигтай дамжуулалт, O2 хийн саармагжуулалтыг дэмжих сүвэрхэг байх ёстой.Латекс төрлийн нийлэг полимер нь бэлтгэхэд хялбар бөгөөд будаг, нэхмэл, наалдамхай үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг30.Бид цианобактерийг стирол/бутил акрилатын тоосонцор болон янз бүрийн концентрацитай Тексанолын тодорхой харьцаатай полимержүүлсэн усан суурьтай нийлэг латекс полимер эмульстэй хослуулсан.Стирол ба бутил акрилатыг физик шинж чанар, ялангуяа бүрэхийн уян хатан чанар, нэгдэх үр ашгийг (хүчтэй, өндөр наалдамхай бүрхүүлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг) хянах чадвартай байхаар сонгосон бөгөөд энэ нь "хатуу" ба "зөөлөн" бөөмийн дүүргэгчийг нэгтгэх боломжийг олгодог.Хортой байдлын мэдээлэл нь стиролын өндөр агууламжтай "хатуу" латекс нь цианобактерийн оршин тогтноход тохиромжгүй болохыг харуулж байна.Бутил акрилатаас ялгаатай нь стирол нь замагт хортой гэж тооцогддог32,33.Цианобактерийн омгууд нь латекст тэс өөр хариу үйлдэл үзүүлж, шилжилтийн оновчтой температурыг (Tg) S. elongatus PCC 7942-д тодорхойлсон бол S. elongatus CCAP 1479/1A нь Tg-тэй сөрөг шугаман хамаарлыг харуулсан.
Хатаах температур нь тасралтгүй жигд латекс хальс үүсгэх чадварт нөлөөлдөг.Хэрэв хатаах температур нь хальс үүсгэх хамгийн бага температураас (MFFT) доогуур байвал полимер латекс хэсгүүд бүрэн нэгдэж чадахгүй тул зөвхөн бөөмийн интерфейс дээр наалдана.Үүссэн хальс нь наалдац, механик бат бөх чанар муутай бөгөөд нунтаг хэлбэрээр ч байж болно29.MFFT нь Tg-тэй нягт холбоотой бөгөөд үүнийг мономерын найрлага болон Тексанол зэрэг коалесцентийн нэмэлтээр хянах боломжтой.Tg нь резинэн эсвэл шилэн хэлбэртэй байж болох үр дүнд бий болсон бүрхүүлийн олон физик шинж чанарыг тодорхойлдог34.Флори-Фоксын тэгшитгэл35 дагуу Tg нь мономерын төрөл ба харьцангуй хувийн найрлагаас хамаарна.Коалесцент нэмэх нь латекс хэсгүүдийн Tg-ийг үе үе дарангуйлах замаар MFFT-ийг бууруулж болох бөгөөд энэ нь бага температурт хальс үүсгэх боломжийг олгодог боловч нэгдэл нь цаг хугацааны явцад аажмаар ууршдаг эсвэл олборлосон тул хатуу бөгөөд бат бөх бүрхүүл үүсгэдэг 36 .
Тексанолын концентрацийг ихэсгэх нь хатаах явцад хэсгүүдэд шингэдэг тул полимер тоосонцорыг зөөлрүүлж (Tg-ийг багасгах) хальс үүсэхийг дэмжиж, улмаар наалдамхай хальс болон эсийн наалдацыг нэмэгдүүлдэг.Биокомпозитыг орчны температурт (~18–20°C) хатаадаг тул “хатуу” латексийн Tg (30-55°C) нь хатаах температураас өндөр байдаг тул бөөмийн нэгдэл нь оновчтой биш байж болзошгүй гэсэн үг юм. Шилэн хэлбэртэй, механик болон наалдамхай шинж чанар муутай, уян хатан чанар, тархалт30 хязгаарлагдмал B хальс нь эцэстээ эсийн алдагдалд хүргэдэг."Хэвийн" ба "зөөлөн" полимерээс хальс үүсэх нь полимер хальсны Tg-ээс доош буюу түүнээс доош түвшинд үүсдэг ба нэгдэл сайжирснаар хальс үүсэх нь сайжирч, механик, наалдамхай, наалдамхай шинж чанартай тасралтгүй полимер хальс үүсдэг.Үүссэн хальс нь Tg нь орчны температур 30-тай ойролцоо ("хэвийн" хольц: 12-20 ºC) эсвэл хамаагүй бага ("зөөлөн" хольц: -21-ээс -13 °C) байдаг тул CO2 авах туршилтын явцад резинэн хальс хэвээр үлдэнэ."Хатуу" латекс (3.4-2.9 кгф мм-1) нь ердийн латексаас (1.0-0.9 кгф мм-1) гурав дахин хатуу байдаг."Зөөлөн" латексуудын хатуулгийг өрөөний температурт хэт их резин, наалдамхай шинж чанартай байдаг тул микро хатуулагаар хэмжих боломжгүй юм.Гадаргуугийн цэнэг нь наалдамхай чанарт нөлөөлдөг боловч утга учиртай мэдээлэл өгөхийн тулд илүү их мэдээлэл шаардлагатай.Гэсэн хэдий ч бүх латексууд нь эсийг үр дүнтэй хадгалж, 1% -иас бага хэмжээгээр ялгаруулдаг.
Цаг хугацаа өнгөрөх тусам фотосинтезийн бүтээмж буурдаг.Полистиролд өртөх нь мембраны эвдрэл, исэлдэлтийн стресст хүргэдэг38,39,40,41.0S ба 4S-д өртсөн S. elongatus CCAP 1479/1A-ийн Fv/Fm утга нь суспензийн хяналттай харьцуулахад бараг хоёр дахин их байсан нь 4S биокомпозитын CO2 шингээлтийн хурдтай сайн тохирч байна. бага дундаж PS утгууд.үнэт зүйлс.Fv/Fm-ийн өндөр утга нь PSII руу электрон тээвэрлэх нь илүү их фотон42 дамжуулж, улмаар CO2-ийн бэхэлгээний хурдыг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулж байна.Гэсэн хэдий ч фотофизиологийн өгөгдлийг усан латекс уусмалд түдгэлзүүлсэн эсүүдээс авсан бөгөөд боловсорч гүйцсэн био нийлмэл материалтай шууд харьцуулах боломжгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Хэрэв латекс нь гэрэл ба/эсвэл хийн солилцоонд саад учруулж, гэрэл болон CO2-ыг хязгаарлавал эсийн ачаалал үүсгэж, гүйцэтгэлийг бууруулж, O2 ялгаруулалтад нөлөөлдөг бол гэрэл зургийн амьсгал39.Хатуу бүрхүүлийн гэрлийн дамжуулалтыг үнэлэв: "хатуу" латекс нь 440-аас 480 нм-ийн хооронд гэрлийн дамжуулалт бага зэрэг буурсан (хэлсний нэгдэл сайжирсны улмаас Тексанолын концентрацийг хэсэгчлэн сайжруулсан), харин "зөөлөн" ба "энгийн" ” латекс нь гэрлийн дамжуулалт бага зэрэг буурсан байна.мэдэгдэхүйц алдагдалгүй байгааг харуулж байна.Шинжилгээ, түүнчлэн бүх инкубацийг гэрлийн бага эрчимтэй (30.5 мкмоль м-2 с-1) хийсэн тул полимер матрицаас үүдэлтэй аливаа фотосинтезийн идэвхтэй цацрагийг нөхөн төлж, фото дарангуйллаас урьдчилан сэргийлэхэд тустай байж болно.гэрлийн эрчмийг гэмтээх үед.
Биокомпозит CCAP 1479/1A нь туршилтын 84 хоногийн турш шим тэжээлийн бодисын эргэлт, биомассын мэдэгдэхүйц алдагдалгүй ажилласан нь судалгааны гол зорилго юм.Эсийн пигментаци нь азотын өлсгөлөнгийн хариуд хлорозын үйл явцтай холбоотой байж болох бөгөөд энэ нь азотын хангалттай хуримтлалд хүрсэний дараа эсийн өсөлтийг сэргээхэд тусалдаг.SEM зургууд нь эсүүд хуваагдсан ч бүрхүүл дотор үлдэж, "зөөлөн" латексын уян хатан чанарыг харуулсан бөгөөд туршилтын хувилбараас илт давуу талыг харуулсан."Зөөлөн" латекс нь бутил акрилатыг (жингийн хувьд) 70% агуулдаг бөгөөд энэ нь хатсаны дараа уян хатан бүрхүүлд заасан агууламжаас хамаагүй өндөр юм44.
CO2-ийн цэвэр шингээлт нь хяналтын суспензийнхээс хамаагүй өндөр байсан (S. elongatus CCAP 1479/1A ба PCC 7942 тус тус 14-20 ба 3-8 дахин их).Өмнө нь бид CO2-ийн их хэмжээний шингээлтийн гол хөдөлгөгч хүчин зүйл нь биокомпозитын гадаргуу дээрх CO2-ын концентрацийн огцом градиент31 бөгөөд биокомпозитын гүйцэтгэлийг масс дамжуулалтыг эсэргүүцэх замаар хязгаарлаж болохыг харуулахын тулд CO2 масс дамжуулах загварыг ашигласан.Латекст хоргүй, хальс үүсгэдэггүй орц найрлагыг оруулснаар бүрхүүлийн сүвэрхэг чанар, нэвчилтийг нэмэгдүүлэх замаар энэ асуудлыг даван туулах боломжтой26, гэхдээ энэ стратеги нь хальсыг сулруулахад хүргэдэг20 учир эсийн хадгалалт алдагдаж болзошгүй.Полимержих явцад химийн найрлагыг өөрчилж нүхжилтийг нэмэгдүүлэх боломжтой бөгөөд энэ нь ялангуяа үйлдвэрийн үйлдвэрлэл, өргөтгөх чадварын хувьд хамгийн сайн сонголт юм45.
Бичил замаг ба цианобактерийн био нийлмэл материалыг ашигласан сүүлийн үеийн судалгаатай харьцуулахад шинэ биокомпозитын гүйцэтгэл нь эсийн ачааллын хурдыг тохируулах давуу талтай (Хүснэгт 1)21,46, дүн шинжилгээ хийх хугацаа урт (84 хоног, 15 цаг46 ба 3 долоо хоног21) байсан.
Эс дэх нүүрс усны эзлэхүүний агууламж нь цианобактерийг ашигласан бусад судалгаатай харьцуулахад эерэг байдаг47,48,49,50 бөгөөд нүүрстөрөгчийг барьж авах, ашиглах/нөхөн сэргээх хэрэглээ, тухайлбал BECCS исгэх процесс49,51 эсвэл биологийн задралыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг. биопластик52.Энэхүү судалгааны үндэслэлийн нэг хэсэг болгон бид ойжуулалтыг BECCS-ийн сөрөг ялгаруулалтын үзэл баримтлалд тооцсон ч уур амьсгалын өөрчлөлтийг эмчлэх эм биш бөгөөд дэлхийн тариалангийн талбайн түгшүүртэй хэсгийг хэрэглэдэг гэж бид үзэж байна6.Бодлын туршилтын хувьд дэлхийн температурын өсөлтийг 1.5°C53 (жилд 8-12 GtCO2) хүртэл хязгаарлахын тулд 2100 он гэхэд 640-950 GtCO2-ыг агаар мандлаас зайлуулах шаардлагатай гэж тооцоолсон.Үүнийг илүү сайн гүйцэтгэлтэй биокомпозитоор (жилд 574.08 ± 30.19 т CO2 t-1 биомасс-1) хүрэхийн тулд эзлэхүүнийг 5.5 × 1010-аас 8.2 × 1010 м3 (харьцуулж болохуйц фотосинтезийн үр ашигтайгаар) 1929 тэрбум литр хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай. полимер.1 м3 био нийлмэл материал 1 м2 талбайг эзэлдэг гэж үзвэл жилийн зорилтот нийт CO2-ыг шингээхэд шаардагдах талбай нь 5.5-8.17 сая га байх бөгөөд энэ нь тус улсын нутаг дэвсгэрийн амьдрахад тохиромжтой газрын 0.18-0.27%-тай тэнцэнэ. халуун орны бүс нутаг, газрын талбайг багасгах.BECCS-ийн хэрэгцээ 98-99% байна.Онолын хувьд барих харьцаа нь бага гэрэлд бүртгэгдсэн CO2 шингээлт дээр суурилдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Био нийлмэл материал нь илүү хүчтэй байгалийн гэрэлд өртөхөд СО2-ийн шингээлтийн хэмжээ нэмэгдэж, газрын хэрэгцээг улам бүр бууруулж, биокомпозитын үзэл баримтлал руу чиглэнэ.Гэсэн хэдий ч, хэрэгжилт нь арын гэрлийн эрч хүч, үргэлжлэх хугацааг тогтмол байлгахын тулд экватор дээр байх ёстой.
CO2 бордооны дэлхий дахинд үзүүлэх нөлөө, өөрөөр хэлбэл, CO2-ийн хүртээмж нэмэгдсэнээс үүдэлтэй ургамлын бүтээмжийн өсөлт ихэнх газар нутагт багассан нь хөрсний гол шим тэжээл (N ба P) болон усны нөөцийн өөрчлөлтөөс шалтгаалсан байх магадлалтай7.Энэ нь агаар дахь CO2-ийн концентраци ихэссэн ч хуурай газрын фотосинтез нь CO2-ийн шингээлтийг нэмэгдүүлэхэд хүргэхгүй гэсэн үг юм.Энэ нөхцөлд BECCS зэрэг газар дээр суурилсан уур амьсгалын өөрчлөлтийг бууруулах стратеги нь амжилтанд хүрэх магадлал багатай юм.Дэлхий дахинд энэ үзэгдэл батлагдвал манай хагнаас өдөөгдсөн био нэгдэл нь усны нэг эст фотосинтезийн бичил биетүүдийг “газрын бодис” болгон хувиргах гол хөрөнгө болж чадна.Ихэнх хуурай газрын ургамлууд CO2-ыг C3 фотосинтезээр засдаг бол C4 ургамал нь илүү дулаан, хуурай орчинд амьдрахад илүү таатай байдаг бөгөөд CO254-ийн хэсэгчилсэн даралт ихсэх үед илүү үр дүнтэй байдаг.Цианобактери нь C3 үйлдвэрт нүүрстөрөгчийн давхар исэл багасна гэсэн түгшүүртэй таамаглалыг нөхөх өөр хувилбарыг санал болгож байна.Цианобактери нь рибулоз-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCo)-ийн нөлөөгөөр CO2-ийн илүү өндөр хэсэгчилсэн даралтыг бий болгож, эргэн тойрон дахь карбоксисомын нөлөөгөөр нүүрстөрөгчийг баяжуулах үр ашигтай механизмыг хөгжүүлснээр гэрэл зургийн амьсгалын замын хязгаарлалтыг даван туулсан.Хэрэв цианобактерийн био нийлмэл бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлж чадвал энэ нь хүн төрөлхтний уур амьсгалын өөрчлөлттэй тэмцэх чухал зэвсэг болж чадна.
Биокомпозитууд (хаг дуураймал) нь ердийн бичил замаг болон цианобактерийн суспензийн өсгөвөрөөс илт давуу талтай бөгөөд CO2-ыг илүү өндөр шингээж, бохирдлын эрсдлийг бууруулж, CO2-аас зайлсхийх боломжийг олгодог.Зардал нь газар, ус, шим тэжээлийн хэрэглээг ихээхэн бууруулдаг56.Энэхүү судалгаа нь өндөр хүчин чадалтай биологийн нийцтэй латексыг боловсруулж, үйлдвэрлэх боломжтойг харуулж байгаа бөгөөд үүнийг нэр дэвшигч субстрат болгон хөөсөн хөвөнтэй хослуулан хэрэглэснээр хэдэн сарын турш мэс заслын явцад үр дүнтэй, үр дүнтэй CO2 шингээж, эсийн алдагдлыг хамгийн бага хэмжээнд байлгадаг.Биокомпозитууд онолын хувьд жилд ойролцоогоор 570 тн CO2 t-1 биомассыг барьж чаддаг бөгөөд уур амьсгалын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэхэд BECCS-ийн ойжуулалтын стратегиас илүү чухал байж болох юм.Полимер найрлагыг улам оновчтой болгож, гэрлийн өндөр эрчимтэй туршилт хийж, бодисын солилцооны нарийн технологитой хослуулснаар байгалийн анхны биогео инженерүүд дахин аврах ажилд ирж чадна.
Нийлэг латекс полимерийг стирол мономер, бутил акрилат, акрилийн хүчлийн холимог ашиглан бэлтгэж, рН-ийг 0.1 М натрийн гидроксидоор 7 болгож тохируулсан (хүснэгт 2).Полимер гинжин хэлхээний дийлэнх хэсгийг стирол ба бутил акрилат бүрдүүлдэг бол нийлэг хүчил нь суспенз дэх латекс хэсгүүдийг хадгалахад тусалдаг57.Латексын бүтцийн шинж чанарыг шилэн шилжилтийн температур (Tg) тодорхойлдог бөгөөд энэ нь стирол ба бутил акрилатын харьцааг өөрчлөх замаар зохицуулагддаг бөгөөд энэ нь "хатуу" болон "зөөлөн" шинж чанарыг өгдөг58.Ердийн нийлэг латекс полимер нь 50:50 стирол: бутил акрилат 30 байдаг тул энэ судалгаанд ийм харьцаатай латексыг "хэвийн" латекс, стиролын өндөр агууламжтай латексыг стиролын бага агууламжтай латекс гэж нэрлэсэн. ."зөөлөн" гэж "хатуу" гэж нэрлэдэг.
30 мономер дуслыг тогтворжуулахын тулд нэрмэл ус (174 гр), натрийн бикарбонат (0.5 гр) болон Rhodapex Ab/20 гадаргуугийн идэвхтэй бодис (30.92 гр) (Солвай) ашиглан анхдагч эмульс бэлтгэсэн.Тариурын шахуургатай шилэн тариур (Science Glass Engineering) ашиглан 2-р хүснэгтэд жагсаасан стирол, бутил акрилат болон нийлэг хүчил агуулсан хоёрдогч аликвотыг 4 цагийн турш үндсэн эмульс дээр 100 мл ц-1 хурдтайгаар дуслаар нэмсэн (Коул) -Палмер, Маунт Вернон, Иллинойс).dHO ба аммонийн персульфат (100 мл, 3% жинтэй) ашиглан полимержих санаачлагч 59-ийн уусмал бэлтгэнэ.
dHO (206 гр), натрийн бикарбонат (1 гр) болон Rhodapex Ab/20 (4.42 гр) агуулсан уусмалыг зэвэрдэггүй ган сэнстэй гангаар хутгагч (Heidolph Hei-TORQUE утга 100) ашиглан хутгаад 82°С хүртэл халаана. VWR Scientific 1137P халаалттай усан ваннд усан хүрэмтэй сав.Мономер (28.21 г) ба санаачлага (20.60 гр) -ийн жин багассан уусмалыг хүрэмтэй саванд дуслаар нэмж, 20 минутын турш хутгана.Үлдэгдэл мономер (150 мл ц-1) болон санаачлагч (27 мл ц-1) уусмалыг саванд хийж 10 мл тариур, 100 мл-ийг ашиглан усан хантааз руу 5 цагийн турш нэмэх хүртэл суспензийн хэсгүүдийг сайтар холино. .тариурын шахуургаар дүүргэсэн.Зуухыг хадгалахын тулд зуурмагийн эзэлхүүнийг нэмэгдүүлснээр хутгуурын хурдыг нэмэгдүүлсэн.Санаачлагч болон эмульсийг нэмсний дараа урвалын температурыг 85 ° C хүртэл өсгөж, 450 rpm-д 30 минутын турш сайтар хутгаж, дараа нь 65 ° C хүртэл хөргөнө.Хөргөлтийн дараа латекс руу нүүлгэн шилжүүлэх хоёр уусмал нэмсэн: терт-бутил гидропероксид (t-BHP) (усанд 70%) (5 гр, жингийн 14%) ба изоаскорбины хүчил (5 гр, жингийн 10%)..t-BHP дусал дуслаар нэмээд 20 минут байлгана.Дараа нь эриторбины хүчлийг тариурын шахуурга ашиглан 10 мл тариураас 4 мл/ц хурдтайгаар нэмсэн.Дараа нь латекс уусмалыг тасалгааны температурт хөргөж, 0.1М натрийн гидроксидоор рН 7 хүртэл тохируулсан.
2,2,4-Триметил-1,3-пентандиол моноизобутират (Тексанол) – латекс будагд зориулсан хоруу чанар багатай био задрах бодис 37,60 – тариур, шахуургын тусламжтайгаар гурван боть (0, 4, 12% v/v) нэмсэн. хатаах явцад хальс үүсэхийг хөнгөвчлөх зорилгоор латекс хольцыг холбогч бодис болгон 37.Полимер бүрээс 100 мкл-ийг урьдчилан жинлэсэн хөнгөн цагаан тугалган таглаанд хийж, 100°С-т 24 цагийн турш шарах шүүгээнд хатааснаар латекс хатуу бодисын хувь хэмжээг тодорхойлсон.
Гэрлийг дамжуулахын тулд латекс хольц бүрийг 100 микрон хальс үүсгэхийн тулд тохируулсан зэвэрдэггүй ган дуслын шоо ашиглан микроскопын слайд дээр хэрэглэж, 20 ° C-т 48 цагийн турш хатаана.Гэрлийн дамжуулалтыг (фотосинтезийн идэвхтэй цацрагт төвлөрч, λ 400–700 нм) 30 Вт флюресцент лампаас (Sylvania Luxline Plus, n = 6) 35 см зайд мэдрэгч бүхий ILT950 SpectriLight спектр радиометрээр хэмжсэн. Эх сурвалж нь цианобактери ба организмууд Нийлмэл материалууд хадгалагдан үлджээ.SpectrILight III програм хангамжийн 3.5 хувилбарыг λ 400–700 nm61 мужид гэрэлтүүлэг болон дамжуулалтыг бүртгэхэд ашигласан.Бүх дээжийг мэдрэгч дээр байрлуулсан бөгөөд бүрхүүлгүй шилэн слайдыг хяналтын хэрэгсэл болгон ашигласан.
Латекс дээжийг силикон жигд таваг дээр нэмээд 24 цагийн турш хатааж, хатуулгийг шалгана.Хатаасан латекс дээжийг x10 микроскопоор ган малгай дээр хийнэ.Анхаарал хандуулсны дараа дээжийг Buehler Micromet II бичил хатуулаг шалгагч дээр үнэлэв.Дээжинд 100-200 граммын хүч хэрэглэж, ачаалах хугацааг 7 секунд болгож дээжинд алмаазан хонхорхой үүсгэсэн.Хэвлэмэл хэлбэрийг хэмжих нэмэлт программ хангамж бүхий Bruker Alicona × 10 микроскопын объектив ашиглан дүн шинжилгээ хийсэн.Латекс бүрийн хатуулгийг тооцоолохдоо Викерсийн хатуулгийн томъёог (1-р тэгшитгэл) ашигласан ба HV нь Викерсийн тоо, F нь хэрэглэсэн хүч, d нь латексын өндөр ба өргөнөөс тооцсон доголын диагональуудын дундаж юм.доголын утга.Доголын туршилтын явцад наалдац, суналтын улмаас "зөөлөн" латексыг хэмжих боломжгүй.
Латекс найрлагын шил шилжилтийн температурыг (Tg) тодорхойлохын тулд полимер дээжийг цахиурын гель саванд хийж, 24 цагийн турш хатааж, 0.005 г хүртэл жинлэж, дээжийн аяганд хийнэ.Таваг таглаж, дифференциал сканнердах колориметрт (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris өгөгдлийн шинжилгээний программ)62 байрлуулсан.Дулааны урсгалын арга нь жишиг аяга болон дээжийн аягыг температурыг хэмжих зориулалттай суурилуулсан температур мэдрэгч бүхий нэг зууханд байрлуулахад ашигладаг.Тогтмол муруй үүсгэхийн тулд нийт хоёр налуу замыг ашигласан.Дээж авах аргыг минутанд 20 хэмийн хурдтайгаар -20 хэмээс 180 хэм хүртэл дахин дахин нэмэгдүүлсэн.Температурын хоцролтыг тооцохын тулд эхлэл ба төгсгөлийн цэг бүрийг 1 минутын турш хадгална.
Био нийлмэлийн CO2 шингээх чадварыг үнэлэхийн тулд дээжийг бидний өмнөх судалгааны нэгэн адил бэлтгэж туршсан31.Хатаасан, автоклавт угаасан алчуурыг ойролцоогоор 1х1х5 см хэмжээтэй тууз болгон хувааж, жинлэв.Цианобактерийн омог тус бүрийн хамгийн үр дүнтэй хоёр биологийн бүрхүүлээс 600 мкл-ийг 1х1х3 см орчим зайтай хөөсний тууз бүрийн нэг үзүүрт түрхэж, харанхуй газар 20°С-т 24 цагийн турш хатаана.Лоофагийн макро сүвэрхэг бүтэцтэй тул зарим томъёо нь дэмий үрэгдэж байсан тул эсийн ачааллын үр ашиг 100% биш байв.Энэ асуудлыг даван туулахын тулд хуурай бэлдмэлийн жинг loofah дээр тодорхойлж, жишиг хуурай бэлдмэлийг хэвийн болгосон.Лоофа, латекс, ариутгасан тэжээллэг бодисоос бүрдэх абиотик хяналтыг ижил төстэй аргаар бэлтгэсэн.
Хагас багц CO2 шингээх туршилтыг хийхийн тулд био нийлмэл бодисыг (n = 3) 50 мл шилэн хоолойд хийж, био нэгдлийн нэг үзүүрийг (био бүрээсгүй) 5 мл өсөлтийн орчинтой шүргэж, шим тэжээлийг хялгасан судасны үйлчлэлээр тээвэрлэнэ..Уг лонхыг 20 мм-ийн диаметртэй бутил резинэн бөглөөтэй битүүмжилж, мөнгөлөг хөнгөн цагаан малгайгаар хавчуулсан байна.Битүүмжилсний дараа хий нэвтрүүлдэггүй тариурт залгасан ариутгасан зүүгээр 45 мл 5% CO2/агаар тарина.Хяналтын суспензийн эсийн нягт (n = 3) нь шим тэжээлийн орчин дахь биокомпозитын эсийн ачаалалтай тэнцүү байв.Туршилтыг 18 ± 2 ° C температурт 16:8 фото үе, 30.5 мкмоль м-2 с-1 фотопериодоор хийсэн.Толгойн зайг хоёр өдөр тутам хий нэвтрүүлдэггүй тариураар зайлуулж, хэт улаан туяаны шингээлттэй GEOTech G100 CO2 хэмжигчээр шинжилж, шингэсэн CO2-ийн хувийг тодорхойлно.CO2 хийн хольцыг тэнцүү хэмжээгээр нэмнэ.
% CO2 Fix-ийг дараах байдлаар тооцоолно: % CO2 Fix = 5% (v/v) – %CO2 (тэгшитгэл 2) гэж бичээд P = даралт, V = эзэлхүүн, T = температур, R = хамгийн тохиромжтой хийн тогтмол.
Цианобактери ба био нийлмэл бодисын хяналтын суспензийн CO2 шингээлтийн түвшинг биологийн бус хяналтад хэвийн болгосон.Г биомассын функциональ нэгж нь угаалгын алчуур дээр хөдөлгөөнгүй болсон хуурай биомассын хэмжээ юм.Үүнийг эсийг бэхлэхээс өмнө болон дараа нь хөөсний дээжийг жинлэх замаар тодорхойлно.Бэлдмэлийг хатаахын өмнө болон дараа нь тус тусад нь жинлэх, эсийн бэлдмэлийн нягтыг тооцоолох замаар эсийн ачааллын массыг (биомассаны эквивалент) бүртгэнэ (тэгшитгэл 3).Эсийн бэлдмэлийг бэхлэх явцад нэгэн төрлийн байна гэж үздэг.
Minitab 18 болон RealStatistics нэмэлттэй Microsoft Excel-ийг статистик шинжилгээнд ашигласан.Хэвийн байдлыг Андерсон-Дарлинг тестээр, дисперсийн тэгш байдлыг Левен тестээр шалгасан.Эдгээр таамаглалыг хангасан өгөгдлийг хоёр талын дисперсийн шинжилгээ (ANOVA) ашиглан Tukey-ийн тестээр дараах шинжилгээгээр шинжилсэн.Хэвийн болон тэнцүү дисперсийн таамаглалыг хангаагүй хоёр талын өгөгдөлд Ширер-Рэй-Хара тест, дараа нь Манн-Уитни У-тест ашиглан эмчилгээний хоорондын ач холбогдлыг тодорхойлох зорилгоор дүн шинжилгээ хийсэн.Гурван хүчин зүйл бүхий хэвийн бус өгөгдөлд ерөнхий шугаман холимог (GLM) загваруудыг ашигласан бөгөөд өгөгдлийг Жонсон хувиргалт63 ашиглан өөрчилсөн.Тексанолын концентраци, шилний шилжилтийн температур, латексын хоруу чанар, наалдсан өгөгдлийн хоорондын хамаарлыг үнэлэхийн тулд Pearson бүтээгдэхүүний моментийн хамаарлыг хийсэн.
Шуудангийн цаг: 2023-01-05