Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir atlıkarınca görüntüler.Aynı anda üç slaytta ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanın veya aynı anda üç slaytta ilerlemek için sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Paris Anlaşması'nın hedeflerine ulaşmak için karbon yakalama ve depolama esastır.Fotosentez, doğanın karbon yakalama teknolojisidir.Likenlerden ilham alarak, bir lif kabağı süngerine uygulanan akrilik lateks polimeri kullanarak 3 boyutlu bir siyanobakteri fotosentetik biyokompoziti (yani likeni taklit eden) geliştirdik.Biyokompozitin CO2 alım oranı, biyokütle d-1'in 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1'iydi.Alım oranı, deneyin başlangıcındaki kuru biyokütleye dayanmaktadır ve yeni biyokütle yetiştirmek için kullanılan CO2'nin yanı sıra karbonhidratlar gibi depolama bileşiklerinde bulunan CO2'yi de içerir.Bu alım oranları, bulamaç kontrol önlemlerinden 14-20 kat daha yüksekti ve potansiyel olarak yıllık 1 başına 570 t CO2 t-1 biyokütle elde edecek şekilde ölçeklendirilebilir; bu, 5,5-8,17 × 106 hektar arazi kullanımına eşdeğerdir ve 8-12 GtCO2'yi ortadan kaldırır. Yıllık CO2.Buna karşılık, karbon yakalama ve depolama ile orman biyoenerjisi 0,4–1,2 × 109 hektardır.Biyokompozit, ilave besin veya su olmadan 12 hafta boyunca fonksiyonel kaldı, ardından deney sonlandırıldı.İnsanlığın iklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik çok yönlü teknolojik duruşu kapsamında, tasarlanmış ve optimize edilmiş siyanobakteriyel biyokompozitler, su, besin ve arazi kullanımı kayıplarını azaltırken CO2 giderimini artırmak için sürdürülebilir ve ölçeklenebilir dağıtım potansiyeline sahiptir.
İklim değişikliği küresel biyolojik çeşitlilik, ekosistem istikrarı ve insanlar için gerçek bir tehdittir.En kötü etkilerini hafifletmek için koordineli ve büyük ölçekli karbon giderme programlarına ihtiyaç vardır ve elbette sera gazlarının atmosferden bir tür doğrudan uzaklaştırılması da gereklidir.Elektrik üretiminin pozitif karbonsuzlaştırılmasına rağmen2,3, baca gazı yakalamada ilerleme kaydedilse de5, atmosferik karbondioksiti (CO2)4 azaltmaya yönelik ekonomik açıdan sürdürülebilir teknolojik çözümler mevcut değildir5.İnsanlar, ölçeklenebilir ve pratik mühendislik çözümleri yerine, karbon yakalama, fotosentetik organizmalar (fototrofik organizmalar) için doğa mühendislerine yönelmelidir.Fotosentez, doğanın karbon tutma teknolojisidir, ancak antropojenik karbon zenginleşmesini anlamlı zaman ölçeklerinde tersine çevirme yeteneği sorgulanabilir, enzimler verimsizdir ve uygun ölçeklerde yayılma yeteneği sorgulanabilir.Fototrofi için potansiyel bir yol, net CO21 emisyonlarının azaltılmasına yardımcı olabilecek bir negatif emisyon teknolojisi olarak karbon yakalama ve depolama (BECCS) ile biyoenerji için ağaçları kesen ağaçlandırmadır.Bununla birlikte, ana yöntem olarak BECCS'yi kullanarak Paris Anlaşması 1,5°C sıcaklık hedefine ulaşmak için 0,4 ila 1,2 × 109 ha, yani mevcut küresel ekilebilir arazinin %25-75'ine eşdeğer olacaktır6.Ayrıca, CO2 gübrelemesinin küresel etkileriyle ilgili belirsizlik, orman plantasyonlarının potansiyel genel verimliliğinin sorgulanmasına yol açmaktadır7.Paris Anlaşması'nın belirlediği sıcaklık hedeflerine ulaşmak istiyorsak, her yıl 100 saniyelik GtCO2 sera gazının (GGR) atmosferden uzaklaştırılması gerekiyor.Birleşik Krallık Araştırma ve İnovasyon Departmanı yakın zamanda BECCS sürecini beslemek için turbalık yönetimi, gelişmiş kaya iklimlendirme, ağaç dikimi, biyokömür ve çok yıllık mahsuller dahil olmak üzere beş GGR8 projesine finansman sağladığını duyurdu.Atmosferden yılda 130 MtCO2'den fazlasının uzaklaştırılmasının maliyeti 10-100 ABD Doları/tCO2, turbalık restorasyonu için yılda 0,2-8,1 MtCO2, kayaların aşınması için yılda 52-480 ABD Doları/tCO2 ve 12-27 MtCO2'dir. , 0,4-30 USD/yıl.tCO2, 3,6 MtCO2/yıl, orman alanında %1 artış, 0,4-30 ABD$/tCO2, 6-41 MtCO2/yıl, biyokömür, 140-270 ABD$/tCO2, kalıcı mahsuller için yılda 20 –70 Mt CO2 BECCS9.
Bu yaklaşımların bir kombinasyonu potansiyel olarak yıllık 130 Mt CO2 hedefine ulaşabilir, ancak kayaların aşınması ve BECCS'nin maliyetleri yüksektir ve biyokömür, nispeten ucuz ve arazi kullanımıyla ilgili olmasa da, biyokömür üretim süreci için hammadde gerektirir.diğer GGR teknolojilerini kullanmak için bu gelişmeyi ve numarayı sunuyor.
Karada çözüm aramak yerine suyu, özellikle de mikroalg ve siyanobakteriler gibi tek hücreli fototrofları arayın10.Algler (siyanobakteriler dahil) dünya biyokütlesinin yalnızca %1'ini oluşturmalarına rağmen dünyadaki karbondioksitin yaklaşık %50'sini yakalar11.Siyanobakteriler, solunum metabolizmasının ve oksijenli fotosentez yoluyla çok hücreli yaşamın evriminin temelini oluşturan doğanın orijinal biyojeomühendisleridir12.Karbonu yakalamak için siyanobakterilerin kullanılması fikri yeni değil ancak yenilikçi fiziksel yerleştirme yöntemleri, bu antik organizmalar için yeni ufuklar açıyor.
Açık havuzlar ve fotobiyoreaktörler, mikroalgler ve siyanobakterilerin endüstriyel amaçlarla kullanılması durumunda varsayılan varlıklardır.Bu kültür sistemleri, hücrelerin bir büyüme ortamında serbestçe yüzdüğü bir süspansiyon kültürü kullanır14;ancak havuzlar ve fotobiyoreaktörlerin zayıf CO2 kütle transferi, yoğun toprak ve su kullanımı, biyolojik kirlenmeye yatkınlık ve yüksek inşaat ve işletme maliyetleri gibi birçok dezavantajı vardır15,16.Süspansiyon kültürleri kullanmayan biyofilm biyoreaktörleri su ve alan açısından daha ekonomiktir ancak kuruma hasarı riski taşır, biyofilm ayrılmasına (ve dolayısıyla aktif biyokütle kaybına) eğilimlidir ve aynı derecede biyolojik kirlenmeye eğilimlidir17.
CO2 alım oranını artırmak ve bulamaç ve biyofilm reaktörlerini sınırlayan sorunları çözmek için yeni yaklaşımlara ihtiyaç vardır.Böyle bir yaklaşım likenlerden ilham alan fotosentetik biyokompozitlerdir.Likenler, Dünya kara alanının yaklaşık %12'sini kaplayan mantar ve fotobiyontlardan (mikroalg ve/veya siyanobakteriler) oluşan bir komplekstir18.Mantarlar fotobiyotik substratın fiziksel desteğini, korunmasını ve sabitlenmesini sağlar ve bu da mantarlara karbon (fazla fotosentetik ürünler olarak) sağlar.Önerilen biyokompozit, konsantre bir siyanobakteri popülasyonunun bir taşıyıcı substrat üzerinde ince bir biyokaplama formunda hareketsiz hale getirildiği bir "liken taklididir".Biyokaplama, hücrelere ek olarak mantarın yerini alabilecek bir polimer matrisi de içeriyor.Su bazlı polimer emülsiyonlar veya "lateksler" biyolojik olarak uyumlu, dayanıklı, ucuz, kullanımı kolay ve ticari olarak temin edilebilir oldukları için tercih edilmektedir19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Hücrelerin lateks polimerlerle sabitlenmesi, lateksin bileşiminden ve film oluşumu sürecinden büyük ölçüde etkilenir.Emülsiyon polimerizasyonu, sentetik kauçuk, yapışkan kaplamalar, sızdırmazlık malzemeleri, beton katkı maddeleri, kağıt ve tekstil kaplamaları ve lateks boyalar27 üretmek için kullanılan heterojen bir işlemdir.Yüksek reaksiyon hızı ve monomer dönüşüm verimliliğinin yanı sıra ürün kontrolünün kolaylığı gibi diğer polimerizasyon yöntemlerine göre çok sayıda avantajı vardır.Monomerlerin seçimi, elde edilen polimer filmin istenen özelliklerine bağlıdır ve karışık monomer sistemleri (yani kopolimerizasyonlar) için, polimerin özellikleri, elde edilen polimer malzemeyi oluşturan farklı monomer oranları seçilerek değiştirilebilir.Butil akrilat ve stiren en yaygın akrilik lateks monomerleri arasındadır ve burada kullanılır.Ek olarak, birleştirici maddeler (örn. Texanol), güçlü ve "sürekli" (birleştirici) bir kaplama üretmek için polimer lateksin özelliklerini değiştirebilecekleri tekdüze film oluşumunu teşvik etmek için sıklıkla kullanılır.İlk konsept kanıtlama çalışmamızda, bir lif kabağı süngerine uygulanan ticari bir lateks boya kullanılarak yüksek yüzey alanına sahip, yüksek gözenekliliğe sahip 3D biyokompozit üretildi.Uzun ve sürekli manipülasyonlardan sonra (sekiz hafta), biyokompozit, hücre büyümesi lateksin yapısal bütünlüğünü zayıflattığı için lif kabağı iskelesi üzerinde siyanobakterileri tutma konusunda sınırlı bir yetenek gösterdi.Bu çalışmada, polimer bozunmasından ödün vermeden karbon yakalama uygulamalarında sürekli kullanım için kimyası bilinen bir dizi akrilik lateks polimer geliştirmeyi amaçladık.Bunu yaparak, kanıtlanmış biyokompozitlerle karşılaştırıldığında gelişmiş biyolojik performans ve önemli ölçüde artan mekanik elastikiyet sağlayan liken benzeri polimer matris elemanları oluşturma yeteneğini gösterdik.Daha fazla optimizasyon, özellikle CO2 tutulumunu arttırmak için metabolik olarak değiştirilmiş siyanobakterilerle birleştirildiğinde, karbon yakalama için biyokompozitlerin alımını hızlandıracaktır.
Üç polimer formülasyonuna (H = "sert", N = "normal", S = "yumuşak") ve üç tür Texanol'e (%0, 4, %12 v/v) sahip dokuz lateks, toksisite ve gerinim korelasyonu açısından test edildi.Yapışkan.iki siyanobakteriden.Lateks tipi S. elongatus PCC 7942'yi (Shirer-Ray-Hare testi, lateks: DF=2, H=23,157, P=<0,001) ve CCAP 1479/1A'yı (iki yönlü ANOVA, lateks: DF=2, F) önemli ölçüde etkilemiştir = 103.93, P = <0.001) (Şekil 1a).Teksanol konsantrasyonu, S. elongatus PCC 7942'nin büyümesini önemli ölçüde etkilemedi, yalnızca N-lateks toksik değildi (Şekil 1a) ve 0 N ve 4 N, sırasıyla %26 ve %35'lik büyümeyi sürdürdü (Mann- Whitney U, 0 N'ye karşı 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N'ye karşı kontrol: W = 25,0, P = 0,061; 4 N'ye karşı kontrol: W = 25,0, P = 0,061) ve 12 N, karşılaştırılabilir büyümeyi sürdürdü biyolojik kontrole (Mann-Whitney Üniversitesi, 12 N vs. kontrol: W = 17.0, P = 0.885).S. elongatus CCAP 1479/1A için hem lateks karışımı hem de texanol konsantrasyonu önemli faktörlerdi ve ikisi arasında önemli bir etkileşim gözlendi (iki yönlü ANOVA, lateks: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Texanol) : DF=2, F=5,96, P=0,01, Lateks*Teksanol: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N ve tüm "yumuşak" lateksler büyümeyi destekledi (Şekil 1a).Stiren bileşiminin azalmasıyla büyümeyi artırma eğilimi vardır.
Siyanobakterilerin (Synechococcus elongatus PCC 7942 ve CCAP 1479/1A) lateks formülasyonlarına toksisitesi ve yapışma testi, cam geçiş sıcaklığı (Tg) ile ilişki ve toksisite ve yapışma verilerine dayalı karar matrisi ile ilişki.(a) Toksisite testi, süspansiyon kültürlerini kontrol etmek için normalize edilmiş siyanobakterilerin büyüme yüzdesinin ayrı grafikleri kullanılarak yapıldı.* ile işaretlenen tedaviler kontrollerden önemli ölçüde farklıdır.(b) Tg lateksine karşı Siyanobakteri büyüme verileri (ortalama ± SD; n = 3).(c) Biyokompozit yapışma testinden salınan siyanobakterilerin kümülatif sayısı.(d) Lateksin Tg'sine karşı yapışma verileri (ortalama ± StDev; n = 3).e Toksisite ve yapışma verilerine dayalı karar matrisi.Stirenin bütil akrilat oranı "sert" (H) lateks için 1:3, "normal" (N) için 1:1 ve "yumuşak" (S) için 3:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.
Çoğu durumda, artan texanol konsantrasyonuyla birlikte hücre canlılığı azaldı, ancak suşların hiçbiri için anlamlı bir korelasyon yoktu (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r) = – 0,127, P = 0,527).Şek.Şekil lb, hücre büyümesi ile cam geçiş sıcaklığı (Tg) arasındaki ilişkiyi göstermektedir.Teksasanol konsantrasyonu ile Tg değerleri arasında güçlü bir negatif korelasyon vardır (H-lateks: DF=7, r=-0,989, P=<0,001; N-lateks: DF=7, r=-0,964, P=<0,001) ;S-lateks: DF=7, r=-0,946, P=<0,001).Veriler, S. elongatus PCC 7942'nin büyümesi için optimal Tg'nin yaklaşık 17 °C olduğunu (Şekil 1b), S. elongatus CCAP 1479/1A'nın ise 0 °C'nin altındaki Tg'yi tercih ettiğini gösterdi (Şekil 1b).Yalnızca S. elongatus CCAP 1479/1A'nın Tg ile toksisite verileri arasında güçlü bir negatif korelasyonu vardı (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Tüm lateksler iyi yapışma afinitesine sahipti ve hiçbiri 72 saat sonra hücrelerin %1'inden fazlasını serbest bırakmadı (Şekil 1c).İki S. elongatus suşunun lateksleri arasında anlamlı bir fark yoktu (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara testi, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Işın testi).– Tavşan testi, lateks*teksanol, DF=4, H=3.277, P=0.513).Texanol konsantrasyonu arttıkça daha fazla hücre salınır (Şekil 1c).S. elongatus PCC 7942 ile karşılaştırıldığında (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) (Şekil 1d).Ayrıca, iki suşun Tg ile hücre yapışması arasında istatistiksel bir ilişki yoktu (PCC 7942: DF=25, r=0,301, P=0,127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0,287, P=0,147).
Her iki suş için de “sert” lateks polimerler etkisizdi.Buna karşılık, 4N ve 12N, S. elongatus PCC 7942'ye karşı en iyi performansı gösterirken, 4S ve 12S, CCAP 1479/1A'ya karşı en iyi performansı gösterdi (Şekil 1e), ancak polimer matrisinin daha fazla optimizasyonu için açıkça yer var.Bu polimerler yarı-parti net CO2 alım testlerinde kullanılmıştır.
Fotofizyoloji, sulu bir lateks bileşimi içinde süspanse edilen hücreler kullanılarak 7 gün boyunca izlendi.Genel olarak, hem görünen fotosentez hızı (PS) hem de maksimum PSII kuantum verimi (Fv/Fm) zamanla azalır, ancak bu azalma eşit değildir ve bazı PS veri kümeleri, gerçek zamanlı iyileşmeye rağmen kısmi bir tepkiyi düşündüren iki fazlı bir tepki gösterir. daha kısa PS aktivitesi (Şekil 2a ve 3b).Bifazik Fv/Fm tepkisi daha az belirgindi (Şekil 2b ve 3b).
(a) Kontrol süspansiyon kültürleriyle karşılaştırıldığında lateks formülasyonlarına yanıt olarak Synechococcus elongatus PCC 7942'nin görünen fotosentez hızı (PS) ve (b) maksimum PSII kuantum verimi (Fv/Fm).Stirenin bütil akrilat oranı "sert" (H) lateks için 1:3, "normal" (N) için 1:1 ve "yumuşak" (S) için 3:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.(ortalama ± standart sapma; n = 3).
(a) Kontrol süspansiyon kültürleriyle karşılaştırıldığında lateks formülasyonlarına yanıt olarak Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A'nın görünen fotosentez hızı (PS) ve (b) maksimum PSII kuantum verimi (Fv/Fm).Stirenin bütil akrilat oranı "sert" (H) lateks için 1:3, "normal" (N) için 1:1 ve "yumuşak" (S) için 3:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.(ortalama ± standart sapma; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 için, bileşim önemli bir faktör olmasına rağmen (GLM), lateks bileşimi ve Texanol konsantrasyonu zamanla PS'yi etkilememiştir (GLM, Lateks*Texanol*Süre, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07)., lateks*zaman, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (Şekil 2a).Texanol konsantrasyonunun zaman içinde anlamlı bir etkisi yoktu (GLM, Texanol*zaman, DF=14, F=1.63, P=0.078).Fv/Fm'yi etkileyen önemli bir etkileşim vardı (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).Lateks formülasyonu ile Texanol konsantrasyonu arasındaki etkileşimin Fv/Fm üzerinde önemli bir etkisi vardı (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).Her parametre aynı zamanda zaman içinde Fv/Fm'yi de etkiler (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 ve Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Latex 12H en düşük ortalama PS ve Fv/Fm değerlerini korumuştur (Şekil 2b), bu polimerin daha toksik olduğunu göstermektedir.
S. elongatus CCAP 1479/1A'nın PS'si önemli ölçüde farklıydı (GLM, lateks * Texanol * süre, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), Texanol konsantrasyonu yerine lateks bileşimi (GLM, Lateks*zaman, DF) =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Teksasanol*zaman, DF=14, F=1,26, P=0,239)."Yumuşak" polimerler 0S ve 4S, kontrol süspansiyonlarına göre biraz daha yüksek PS performansı seviyelerini korudu (Mann-Whitney U, kontrollere karşı 0S, W = 686.0, P = 0.044, kontrollere karşı 4S, W = 713, P = 0.01) ve geliştirilmiş Fv./Fm (Şekil 3a), Fotosistem II'ye daha verimli aktarımı gösterir.CCAP 1479/1A hücrelerinin Fv/Fm değerleri için zaman içinde anlamlı bir lateks farklılığı vardı (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Şekil 3b).).
Şek.Şekil 4, her suş için hücre büyümesinin bir fonksiyonu olarak 7 günlük bir süre boyunca ortalama PS ve Fv/Fm'yi gösterir.S. elongatus PCC 7942 net bir yapıya sahip değildi (Şekil 4a ve b), ancak CCAP 1479/1A, PS (Şekil 4c) ve Fv/Fm (Şekil 4d) değerleri arasında parabolik bir ilişki gösterdi. stiren ve bütil akrilat oranları değişimle birlikte artar.
Lateks preparatlarında Synechococcus longum'un büyümesi ve fotofizyolojisi arasındaki ilişki.(a) Görünen fotosentetik hıza (PS) göre çizilmiş toksisite verileri, (b) PCC 7942'nin maksimum PSII kuantum verimi (Fv/Fm). c PS ve d Fv/Fm CCAP 1479/1A'ya göre çizilmiş toksisite verileri.Stirenin bütil akrilat oranı "sert" (H) lateks için 1:3, "normal" (N) için 1:1 ve "yumuşak" (S) için 3:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.(ortalama ± standart sapma; n = 3).
Biyokompozit PCC 7942'nin, ilk dört hafta boyunca önemli hücre sızıntısı ile hücre tutulması üzerinde sınırlı bir etkisi vardı (Şekil 5).CO2 alımının başlangıç aşamasından sonra, 12 N lateks ile sabitlenen hücreler CO2 salmaya başladı ve bu model 4 ile 14. günler arasında devam etti (Şekil 5b).Bu veriler pigment renk değişikliği gözlemleriyle tutarlıdır.Net CO2 alımı 18. günden itibaren yeniden başladı. Hücre salınımına rağmen (Şekil 5a), PCC 7942 12 N biyokompoziti, az da olsa 28 gün boyunca kontrol süspansiyonundan daha fazla CO2 biriktirdi (Mann-Whitney U-testi, W = 2275.5; P = 0,066).CO2'nin lateks 12 N ve 4 N tarafından emilme oranı, biyokütle d-1'in 0,51 ± 0,34 ve 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1'idir.Tedavi ve süre düzeyleri arasında istatistiksel olarak anlamlı fark vardı (Chairer-Ray-Hare testi, tedavi: DF=2, H=70.62, P=<0.001 süre: DF=13, H=23.63, P=0.034), ancak değildi.tedavi ile zaman arasında anlamlı bir ilişki vardı (Chairer-Ray-Har testi, zaman*tedavi: DF=26, H=8.70, P=0.999).
4N ve 12N lateks kullanılarak Synechococcus elongatus PCC 7942 biyokompozitleri üzerinde yarım parti CO2 alım testleri.(a) Görüntüler, hücre salınımını ve pigment renk değişikliğinin yanı sıra testten önce ve sonra biyokompozitin SEM görüntülerini gösterir.Beyaz noktalı çizgiler biyokompozit üzerindeki hücre birikim bölgelerini gösterir.(b) Dört haftalık bir süre boyunca kümülatif net CO2 alımı."Normal" (N) lateksin stiren/bütil akrilat oranı 1:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.(ortalama ± standart sapma; n = 3).
4S ve 12S ile CCAP 1479/1A suşu için hücre tutulması önemli ölçüde iyileştirildi, ancak pigment zamanla yavaş yavaş renk değiştirdi (Şekil 6a).Biyokompozit CCAP 1479/1A, ek besin takviyesi olmadan tam 84 gün (12 hafta) boyunca CO2'yi emer.SEM analizi (Şekil 6a), küçük hücre ayrılmasının görsel gözlemini doğruladı.Başlangıçta hücreler, hücre büyümesine rağmen bütünlüğünü koruyan bir lateks kaplamayla kaplandı.CO2 alım oranı kontrol grubuna göre anlamlı derecede yüksekti (Scheirer-Ray-Har testi, tedavi: DF=2; H=240,59; P=<0,001, süre: DF=42; H=112; P=<0,001) ( Şekil 6b).12S biyokompoziti en yüksek CO2 alımını elde etti (günde 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biyokütle), 4S lateksi ise günde 1,13 ± 0,41 g CO2 g-1 biyokütleydi, ancak bunlar önemli ölçüde farklılık göstermedi (Mann-Whitney U) test, W = 1507,50; P = 0,07) ve tedavi ile zaman arasında anlamlı bir etkileşim yoktur (Shirer-Rey-Hara testi, zaman * tedavi: DF = 82; H = 10 0,37; P = 1,000).
4N ve 12N lateksli Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A biyokompozitleri kullanılarak yarım parti CO2 alım testi.(a) Görüntüler, hücre salınımını ve pigment renk değişikliğinin yanı sıra testten önce ve sonra biyokompozitin SEM görüntülerini gösterir.Beyaz noktalı çizgiler biyokompozit üzerindeki hücre birikim bölgelerini gösterir.(b) On iki haftalık dönem boyunca kümülatif net CO2 alımı."Yumuşak" (S) lateksin stiren/bütil akrilat oranı 1:1'dir.Lateks kodundaki önceki sayılar Texanol içeriğine karşılık gelir.(ortalama ± standart sapma; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har testi, zaman*tedavi: DF=4, H=3,243, P=0,518) veya biyokompozit S. elongatus CCAP 1479/1A (iki-ANOVA, zaman*tedavi: DF=8) , F = 1,79, P = 0,119) (Şekil S4).Biyokompozit PCC 7942, 2. haftada en yüksek karbonhidrat içeriğine sahipken (4 N = ağırlıkça %59,4 ± 22,5, 12 N = ağırlıkça %67,9 ± 3,3), kontrol süspansiyonu ise 4. haftada en yüksek karbonhidrat içeriğine sahipti (kontrol = %59,6 ± 2,84). w/w).CCAP 1479/1A biyokompozitinin toplam karbonhidrat içeriği, 4. haftada 12S lateksinde bazı değişikliklerle birlikte, denemenin başlangıcı haricinde kontrol süspansiyonu ile karşılaştırılabilir düzeydeydi. Biyokompozit için en yüksek değerler ağırlıkça %51,9 ± 9,6 idi. 4S için ve 12S için ağırlıkça %77,1 ± 17,0.
Liken mimik biyokompozit konseptinin önemli bir bileşeni olarak ince film lateks polimer kaplamaların yapısal bütünlüğünü biyouyumluluk veya performanstan ödün vermeden geliştirmeye yönelik tasarım olanaklarını göstermek için yola çıktık.Aslında, hücre büyümesiyle ilişkili yapısal zorlukların üstesinden gelinirse, diğer siyanobakteriler ve mikroalg karbon yakalama sistemleriyle halihazırda karşılaştırılabilir olan deneysel biyokompozitlerimiz üzerinde önemli performans iyileştirmeleri bekliyoruz.
Kaplamalar toksik olmamalı, dayanıklı olmalı, uzun vadeli hücre yapışmasını desteklemeli ve verimli CO2 kütle aktarımını ve O2 gazını gidermeyi desteklemek için gözenekli olmalıdır.Lateks tipi akrilik polimerlerin hazırlanması kolaydır ve boya, tekstil ve yapıştırıcı endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır30.Siyanobakterileri, belirli oranda stiren/bütil akrilat parçacıkları ve çeşitli konsantrasyonlarda Texanol ile polimerize edilmiş su bazlı akrilik lateks polimer emülsiyonuyla birleştirdik.Stiren ve bütil akrilat, fiziksel özellikleri, özellikle de kaplamanın elastikiyetini ve birleşme verimliliğini (güçlü ve oldukça yapışkan bir kaplama için kritik) kontrol edebilmek ve "sert" ve "yumuşak" parçacık agregatlarının sentezine olanak sağlamak üzere seçildi.Toksisite verileri, yüksek stiren içeriğine sahip "sert" lateksin siyanobakterilerin hayatta kalmasına yardımcı olmadığını göstermektedir.Bütil akrilattan farklı olarak stirenin alglere karşı toksik olduğu düşünülmektedir32,33.Siyanobakteri türleri latekse oldukça farklı tepki vermiş ve S. elongatus PCC 7942 için optimum cam geçiş sıcaklığı (Tg) belirlenmiş, S. elongatus CCAP 1479/1A ise Tg ile negatif doğrusal bir ilişki göstermiştir.
Kurutma sıcaklığı, sürekli, tekdüze bir lateks film oluşturma yeteneğini etkiler.Kurutma sıcaklığı Minimum Film Oluşturma Sıcaklığının (MFFT) altındaysa, polimer lateks parçacıkları tamamen birleşmeyecek ve yalnızca parçacık arayüzünde yapışmayla sonuçlanacaktır.Ortaya çıkan filmler zayıf yapışma ve mekanik dayanıma sahiptir ve hatta toz halinde bile olabilir29.MFFT, monomer bileşimi ve Texanol gibi birleştiricilerin eklenmesiyle kontrol edilebilen Tg ile yakından ilişkilidir.Tg, kauçuksu veya camsı durumda olabilen, ortaya çıkan kaplamanın birçok fiziksel özelliğini belirler34.Flory-Fox denklemine35 göre Tg, monomerin türüne ve bağıl yüzde bileşimine bağlıdır.Birleştiricinin eklenmesi, lateks parçacıklarının Tg'sinin aralıklı olarak bastırılmasıyla MFFT'yi düşürebilir; bu, daha düşük sıcaklıklarda film oluşumuna olanak tanır, ancak birleştirici zamanla yavaş yavaş buharlaştığından veya ekstrakte edildiğinden yine de sert ve güçlü bir kaplama oluşturur36.
Texanol konsantrasyonunun arttırılması, kuruma sırasında partiküller tarafından emilme nedeniyle polimer partiküllerini yumuşatarak (Tg'yi azaltarak) film oluşumunu destekler, böylece kohezif filmin ve hücre yapışmasının mukavemeti artar.Biyokompozit ortam sıcaklığında (~18–20°C) kurutulduğundan, “sert” lateksin Tg'si (30 ila 55°C) kurutma sıcaklığından daha yüksektir; bu da parçacık birleşiminin optimal olmayabileceği anlamına gelir; Camsı kalan B filmleri, zayıf mekanik ve yapışkan özellikler, sınırlı elastikiyet ve yayılma30 sonuçta daha fazla hücre kaybına yol açar."Normal" ve "yumuşak" polimerlerden film oluşumu, polimer filmin Tg'sinde veya altında meydana gelir ve film oluşumu, iyileştirilmiş birleşme ile iyileştirilir, bu da gelişmiş mekanik, kohezif ve yapışkan özelliklere sahip sürekli polimer filmlerle sonuçlanır.Ortaya çıkan film, Tg'sinin ortam sıcaklığına 30 °C'ye yakın (“normal” karışım: 12 ila 20 °C) veya çok daha düşük (“yumuşak” karışım: -21 ila -13 °C) olması nedeniyle CO2 yakalama deneyleri sırasında lastiksi kalacaktır.“Sert” lateks (3,4 ila 2,9 kgf mm–1), “normal” lateksten (1,0 ila 0,9 kgf mm–1) üç kat daha serttir."Yumuşak" latekslerin sertliği, aşırı kauçuksulukları ve oda sıcaklığında yapışkanlıkları nedeniyle mikro sertlikle ölçülemez.Yüzey yükü aynı zamanda yapışma eğilimini de etkileyebilir ancak anlamlı bilgi sağlamak için daha fazla veriye ihtiyaç vardır.Bununla birlikte, tüm lateksler hücreleri etkili bir şekilde korudu ve %1'den daha azını serbest bıraktı.
Fotosentezin verimliliği zamanla azalır.Polistirene maruz kalmak membran bozulmasına ve oksidatif strese neden olur38,39,40,41.0S ve 4S'ye maruz kalan S. elongatus CCAP 1479/1A'nın Fv/Fm değerleri, süspansiyon kontrolüyle karşılaştırıldığında neredeyse iki kat daha yüksekti; bu, 4S biyokompozitinin CO2 alım oranıyla ve ayrıca daha düşük ortalama PS değerleri.değerler.Daha yüksek Fv/Fm değerleri, PSII'ye elektron taşınmasının daha fazla foton42 iletebileceğini ve bunun da daha yüksek CO2 sabitleme oranlarıyla sonuçlanabileceğini gösterir.Bununla birlikte, fotofizyolojik verilerin sulu lateks solüsyonlarında süspanse edilen hücrelerden elde edildiği ve olgun biyokompozitlerle doğrudan karşılaştırılabilir olmayabileceği unutulmamalıdır.
Lateks ışık ve/veya gaz değişimine karşı bir bariyer oluşturarak ışık ve CO2 kısıtlamasına neden oluyorsa hücresel strese neden olabilir ve performansı azaltabilir, O2 salınımını ve fotorespirasyonu etkiliyorsa39.Kürlenmiş kaplamaların ışık geçirgenliği değerlendirildi: "sert" lateks, 440 ile 480 nm arasında ışık geçirgenliğinde hafif bir azalma gösterdi (gelişmiş film birleşimi nedeniyle Texanol konsantrasyonunun arttırılmasıyla kısmen iyileştirildi), "yumuşak" ve "düzenli" ” lateks ışık geçirgenliğinde hafif bir azalma gösterdi.gözle görülür bir kayıp kaybı görünmüyor.Tüm inkübasyonların yanı sıra tahliller de düşük ışık yoğunluğunda (30,5 µmol m-2 s-1) gerçekleştirildi, böylece polimer matristen kaynaklanan fotosentetik olarak aktif radyasyon telafi edilecek ve hatta fotoinhibisyonu önlemede faydalı olabilecektir.ışık yoğunluklarına zarar verir.
Biyokompozit CCAP 1479/1A, çalışmanın temel amacı olan 84 günlük test boyunca besin dönüşümü veya önemli biyokütle kaybı olmadan çalıştı.Hücre depigmentasyonu, uzun süreli hayatta kalmayı (dinlenme durumu) sağlamak için nitrojen açlığına yanıt olarak bir kloroz süreci ile ilişkili olabilir; bu, yeterli nitrojen birikimi elde edildikten sonra hücrelerin büyümeye devam etmesine yardımcı olabilir.SEM görüntüleri, hücre bölünmesine rağmen hücrelerin kaplamanın içinde kaldığını doğrulayarak "yumuşak" lateksin esnekliğini ortaya koydu ve böylece deneysel versiyona göre açık bir avantaj ortaya koydu."Yumuşak" lateks, kuruduktan sonra esnek bir kaplama için belirtilen konsantrasyondan çok daha yüksek olan yaklaşık %70 (ağırlıkça) bütil akrilat içerir44.
Net CO2 alımı, kontrol süspansiyonundan önemli ölçüde daha yüksekti (S. elongatus CCAP 1479/1A ve PCC 7942 için sırasıyla 14-20 ve 3-8 kat daha yüksek).Daha önce, yüksek CO2 alımının ana etkeninin biyokompozit31 yüzeyindeki keskin CO2 konsantrasyonu gradyanı olduğunu ve biyokompozit performansının kütle transferine direnç nedeniyle sınırlanabileceğini göstermek için bir CO2 kütle transfer modeli kullanmıştık.Kaplamanın gözenekliliğini ve geçirgenliğini arttırmak için latekse toksik olmayan, film oluşturmayan bileşenler dahil edilerek bu sorunun üstesinden gelinebilir26, ancak bu strateji kaçınılmaz olarak daha zayıf bir film20 ile sonuçlanacağından hücre tutulması tehlikeye girebilir.Özellikle endüstriyel üretim ve ölçeklenebilirlik açısından en iyi seçenek olan gözenekliliği artırmak için polimerizasyon sırasında kimyasal bileşim değiştirilebilir45.
Yeni biyokompozitin performansı, mikroalg ve siyanobakterilerden elde edilen biyokompozitlerin kullanıldığı son çalışmalarla karşılaştırıldığında, hücre yükleme hızının ayarlanmasında (Tablo 1)21,46 ve daha uzun analiz sürelerinde (15 saat46 ve 3 hafta21'e karşı 84 gün) avantajlar gösterdi.
Hücrelerdeki karbonhidratların hacimsel içeriği, siyanobakterilerin kullanıldığı diğer çalışmalar47,48,49,50 ile olumlu şekilde karşılaştırılır ve BECCS fermantasyon süreçleri49,51 veya biyolojik olarak parçalanabilen ürünlerin üretimi gibi karbon yakalama ve kullanım/geri kazanım uygulamaları için potansiyel bir kriter olarak kullanılır. biyoplastikler52 .Bu çalışmanın gerekçesinin bir parçası olarak, BECCS negatif emisyon konsepti kapsamında bile ağaçlandırmanın iklim değişikliği için her derde deva olmadığını ve dünyadaki ekilebilir alanların endişe verici bir kısmını tükettiğini varsayıyoruz6.Bir düşünce deneyi olarak, küresel sıcaklık artışını 1,5°C53 (yılda yaklaşık 8 ila 12 GtCO2) ile sınırlamak için 2100 yılına kadar atmosferden 640 ila 950 GtCO2'nin uzaklaştırılması gerekeceği tahmin edildi.Bunu daha iyi performans gösteren bir biyokompozitle (yıllık 574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biyokütle-1) elde etmek, 196 ila 2,92 milyar litre karbon içeren 5,5 × 1010 m3'ten 8,2 × 1010 m3'e (karşılaştırılabilir fotosentetik verimlilikle) hacim genişlemesi gerektirecektir. polimer.1 m3 biyokompozitin 1 m2 arazi alanı kapladığını varsayarsak, hedef yıllık toplam CO2'yi absorbe etmek için gereken alan 5,5 ila 8,17 milyon hektar arasında olacaktır; bu da Dünya'daki arazilerin yaşamına uygun alanın %0,18-0,27'sine eşdeğerdir. tropikler ve arazi alanını azaltır.BECCS ihtiyacı %98-99 oranında arttı.Teorik yakalama oranının düşük ışıkta kaydedilen CO2 emilimine dayandığına dikkat edilmelidir.Biyokompozit daha yoğun doğal ışığa maruz kaldığında CO2 alım oranı artar, arazi gereksinimleri daha da azalır ve ölçekler biyokompozit konseptine doğru daha da eğilir.Ancak sabit arka ışık yoğunluğu ve süresi için uygulamanın ekvatorda olması gerekir.
CO2 gübrelemesinin küresel etkisi, yani artan CO2 mevcudiyetinin neden olduğu bitki örtüsü verimliliğindeki artış, muhtemelen temel toprak besin maddeleri (N ve P) ve su kaynaklarındaki değişikliklere bağlı olarak çoğu arazi alanında azalmıştır7.Bu, havadaki yüksek CO2 konsantrasyonlarına rağmen karasal fotosentezin CO2 alımında bir artışa yol açamayacağı anlamına gelir.Bu bağlamda, BECCS gibi zemine dayalı iklim değişikliği azaltım stratejilerinin başarılı olma ihtimali daha da düşük.Bu küresel fenomen doğrulanırsa likenden ilham alan biyokompozitimiz, tek hücreli suda yaşayan fotosentetik mikropları "toprak ajanlarına" dönüştüren önemli bir varlık olabilir.Çoğu karasal bitki CO2'yi C3 fotosenteziyle sabitlerken, C4 bitkileri daha sıcak, daha kuru habitatlara daha uygundur ve daha yüksek CO254 kısmi basınçlarında daha verimlidir.Siyanobakteriler, C3 tesislerinde karbondioksit maruziyetinin azalmasına ilişkin endişe verici tahminleri dengeleyebilecek bir alternatif sunuyor.Siyanobakteriler, etrafındaki karboksizomlar içindeki ribuloz-1,5-bisfosfat karboksilaz/oksijenaz (RuBisCo) tarafından daha yüksek kısmi CO2 basınçlarının sunulduğu ve muhafaza edildiği etkili bir karbon zenginleştirme mekanizması geliştirerek fotorespiratuar sınırlamaların üstesinden gelmiştir.Siyanobakteriyel biyokompozitlerin üretimi artırılabilirse bu, iklim değişikliğiyle mücadelede insanlığın önemli bir silahı haline gelebilir.
Biyokompozitler (liken taklitleri), geleneksel mikroalg ve siyanobakteri süspansiyon kültürlerine göre açık avantajlar sunar; daha yüksek CO2 alım oranları sağlar, kirlilik risklerini en aza indirir ve rekabetçi CO2 önleme vaat eder.Maliyetler toprak, su ve besin kullanımını önemli ölçüde azaltır56.Bu çalışma, aday substrat olarak lif kabağı süngeriyle birleştirildiğinde, hücre kaybını minimumda tutarken aylar süren ameliyatlar boyunca verimli ve etkili CO2 alımı sağlayabilen yüksek performanslı, biyouyumlu bir lateksin geliştirilmesi ve üretilmesinin fizibilitesini göstermektedir.Biyokompozitler teorik olarak yılda yaklaşık 570 t CO2 t-1 biyokütle tutabilir ve iklim değişikliğine tepkimizde BECCS ağaçlandırma stratejilerinden daha önemli olduğu kanıtlanabilir.Polimer bileşiminin daha da optimize edilmesi, daha yüksek ışık yoğunluklarında test edilmesi ve ayrıntılı metabolik mühendislikle birleştirilmesiyle doğanın orijinal biyojeomühendisleri bir kez daha kurtarmaya gelebilir.
Akrilik lateks polimerleri, stiren monomerleri, bütil akrilat ve akrilik asitten oluşan bir karışım kullanılarak hazırlandı ve pH, 0,1 M sodyum hidroksit ile 7'ye ayarlandı (tablo 2).Stiren ve bütil akrilat polimer zincirlerinin büyük kısmını oluştururken, akrilik asit lateks parçacıklarının süspansiyon halinde tutulmasına yardımcı olur57.Lateksin yapısal özellikleri, sırasıyla "sert" ve "yumuşak" özellikler sağlayan stiren ve bütil akrilat oranının değiştirilmesiyle kontrol edilen cam geçiş sıcaklığı (Tg) tarafından belirlenir58.Tipik bir akrilik lateks polimeri 50:50 stiren:bütil akrilat 30'dur, dolayısıyla bu çalışmada bu orana sahip lateks "normal" lateks olarak anılmıştır ve daha yüksek stiren içeriğine sahip lateks, daha düşük stiren içeriğine sahip bir lateks olarak adlandırılmıştır. .“yumuşak”, “sert” olarak adlandırıldı.
30 monomer damlacığını stabilize etmek için damıtılmış su (174 g), sodyum bikarbonat (0.5 g) ve Rhodapex Ab/20 yüzey aktif madde (30.92 g) (Solvay) kullanılarak bir birincil emülsiyon hazırlandı.Şırınga pompalı bir cam şırınga (Science Glass Engineering) kullanılarak, Tablo 2'de listelenen stiren, bütil akrilat ve akrilik asit içeren ikincil bir kısım, 4 saat boyunca birincil emülsiyona 100 ml saat-1 oranında damla damla ilave edildi (Cole) -Palmer, Vernon Dağı, Illinois).DH2O ve amonyum persülfat (100 mi, %3 a/a) kullanılarak polimerizasyon başlatıcısı 59'dan oluşan bir çözelti hazırlayın.
dH2O (206 g), sodyum bikarbonat (1 g) ve Rhodapex Ab/20 (4,42 g) içeren çözeltiyi, paslanmaz çelik pervaneli bir üst karıştırıcı (Heidolph Hei-TORQUE değeri 100) kullanarak karıştırın ve 82°C'ye ısıtın. VWR Scientific 1137P ısıtmalı su banyosunda su ceketli kap.Monomer (28.21 g) ve başlatıcıdan (20.60 g) oluşan ağırlığı azaltılmış bir çözelti, ceketli kaba damla damla ilave edildi ve 20 dakika karıştırıldı.Kalan monomer (150 ml saat-1) ve başlatıcı (27 ml saat-1) çözeltilerini, parçacıkları bir kapta sırasıyla 10 ml şırınga ve 100 ml kullanarak 5 saat boyunca su ceketine eklenene kadar süspansiyonda tutmak için kuvvetlice karıştırın. .şırınga pompasıyla tamamlandı.Bulamacın tutulmasını sağlamak için bulamaç hacmindeki artışa bağlı olarak karıştırıcı hızı arttırıldı.Başlatıcı ve emülsiyonun eklenmesinden sonra reaksiyon sıcaklığı 85°C'ye yükseltildi, 450 rpm'de 30 dakika iyice karıştırıldı, ardından 65°C'ye soğutuldu.Soğutulduktan sonra latekse iki yer değiştirme çözeltisi ilave edildi: tert-butil hidroperoksit (t-BHP) (suda %70) (5 g, ağırlıkça %14) ve izoaskorbik asit (5 g, ağırlıkça %10)..t-BHP'yi damla damla ekleyin ve 20 dakika bekletin.Daha sonra bir şırınga pompası kullanılarak 10 ml'lik bir şırıngadan 4 ml/saat oranında eritorbik asit ilave edildi.Lateks çözeltisi daha sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu ve 0.1 M sodyum hidroksit ile pH 7'ye ayarlandı.
2,2,4-Trimetil-1,3-pentandiol monoizobütirat (Texanol) – lateks boyalar için düşük toksisiteli, biyolojik olarak parçalanabilen birleştirici 37,60 – bir şırınga ve pompa ile üç hacim halinde eklenmiştir (%0, 4, 12 v/v) kurutma sırasında film oluşumunu kolaylaştırmak amacıyla lateks karışımı için birleştirici madde olarak kullanılır37.Lateks katı yüzdesi, her polimerden 100 ul'nin önceden tartılmış alüminyum folyo kapaklara yerleştirilmesi ve 100°C'deki bir fırında 24 saat kurutulmasıyla belirlendi.
Işık iletimi için her bir lateks karışımı, 100 µm filmler üretecek şekilde kalibre edilmiş paslanmaz çelik bir damla küp kullanılarak bir mikroskop lamine uygulandı ve 20°C'de 48 saat kurutuldu.Işık iletimi (fotosentetik olarak aktif radyasyona odaklanmış, λ 400–700 nm), 30 W floresan lambadan (Sylvania Luxline Plus, n = 6) 35 cm uzaklıkta bir sensöre sahip bir ILT950 SpectriLight spektroradyometre üzerinde ölçülmüştür; burada ışık kaynağı siyanobakteriler ve organizmalardı. Kompozit malzemeler korunur.λ 400–700 nm61 aralığında aydınlatmayı ve iletimi kaydetmek için SpectrILight III yazılımının 3.5 sürümü kullanıldı.Tüm numuneler sensörün üstüne yerleştirildi ve kontrol olarak kaplanmamış cam slaytlar kullanıldı.
Lateks numuneleri bir silikon pişirme kabına eklendi ve sertlik açısından test edilmeden önce 24 saat kurumaya bırakıldı.Kurutulmuş lateks örneğini x10 mikroskobu altında çelik bir kapağa yerleştirin.Odaklanmanın ardından numuneler bir Buehler Micromet II mikrosertlik test cihazında değerlendirildi.Numune 100 ila 200 gramlık bir kuvvete maruz bırakıldı ve numunede elmas bir diş oluşturmak için yükleme süresi 7 saniyeye ayarlandı.Baskı, ek şekil ölçüm yazılımıyla birlikte bir Bruker Alicona × 10 mikroskop hedefi kullanılarak analiz edildi.Her bir lateksin sertliğini hesaplamak için Vickers sertlik formülü (Denklem 1) kullanıldı; burada HV, Vickers sayısıdır, F uygulanan kuvvettir ve d, lateksin yüksekliği ve genişliğinden hesaplanan girinti köşegenlerinin ortalamasıdır.girinti değeri.Girinti testi sırasında yapışma ve gerilme nedeniyle "Yumuşak" lateks ölçülemez.
Lateks bileşiminin cam geçiş sıcaklığını (Tg) belirlemek için polimer numuneleri silika jel kaplarına yerleştirildi, 24 saat kurutuldu, 0,005 g'a kadar tartıldı ve numune kaplarına yerleştirildi.Kabın kapağı kapatıldı ve diferansiyel taramalı kolorimetreye (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris veri analiz yazılımı)62 yerleştirildi.Isı akışı yöntemi, sıcaklığı ölçmek için referans kaplarını ve numune kaplarını aynı fırına yerleşik bir sıcaklık probu ile yerleştirmek için kullanılır.Tutarlı bir eğri oluşturmak için toplam iki rampa kullanıldı.Numune yöntemi, dakikada 20°C'lik bir hızla -20°C'den 180°C'ye tekrar tekrar yükseltildi.Sıcaklık gecikmesini hesaba katmak için her başlangıç ve bitiş noktası 1 dakika süreyle saklanır.
Biyokompozitin CO2 absorbe etme yeteneğini değerlendirmek için numuneler önceki çalışmamızda31 olduğu gibi hazırlandı ve test edildi.Kurutulmuş ve otoklavlanmış el bezi yaklaşık 1x1x5 cm'lik şeritler halinde kesilmiş ve tartılmıştır.Her bir lif kabağı şeridinin bir ucuna, yaklaşık 1 x 1 x 3 cm kaplayacak şekilde, her siyanobakteri suşunun en etkili iki biyolojik kaplamasından 600 ul uygulayın ve 24 saat boyunca karanlıkta 20°C'de kurutun.Lif kabağının makro gözenekli yapısı nedeniyle formülün bir kısmı boşa gitti, dolayısıyla hücre yükleme verimliliği %100 olmadı.Bu sorunun üstesinden gelmek için, lif kabağı üzerindeki kuru preparatın ağırlığı belirlendi ve referans kuru preparata göre normalleştirildi.Lif kabağı, lateks ve steril besin ortamından oluşan abiyotik kontroller de benzer şekilde hazırlandı.
Yarım partili CO2 alım testi gerçekleştirmek için biyokompoziti (n = 3) 50 ml'lik bir cam tüpe yerleştirin, böylece biyokompozitin bir ucu (biyokaplama olmadan) 5 ml büyüme ortamı ile temas halinde olacak ve besin maddesinin kılcal hareketle taşınır..Şişe, 20 mm çapında bir bütil kauçuk mantarla kapatılmış ve gümüş rengi alüminyum bir kapakla kıvrılmıştır.Kapatıldıktan sonra, gaz geçirmez bir şırıngaya takılı steril bir iğne ile 45 ml %5 CO2/hava enjekte edin.Kontrol süspansiyonunun hücre yoğunluğu (n = 3), besin ortamındaki biyokompozitin hücre yüküne eşdeğerdi.Testler 18 ± 2 °C'de 16:8 fotoperiyodu ve 30,5 µmol m-2 s-1 fotoperiyoduyla gerçekleştirildi.Kafa boşluğu her iki günde bir gaz geçirmez bir şırınga ile çıkarıldı ve emilen CO2 yüzdesini belirlemek için kızılötesi absorpsiyonlu GEOTech G100 CO2 ölçer ile analiz edildi.Eşit hacimde CO2 gaz karışımı ekleyin.
% CO2 Sabitleme şu şekilde hesaplanır: % CO2 Sabitleme = %5 (h/h) – %CO2 yazın (denklem 2) burada P = basınç, V = hacim, T = sıcaklık ve R = ideal gaz sabiti.
Siyanobakterilerin ve biyokompozitlerin kontrol süspansiyonları için bildirilen CO2 alım oranları, biyolojik olmayan kontrollere göre normalleştirildi.Gram biyokütlenin fonksiyonel birimi, bez üzerinde hareketsiz kalan kuru biyokütle miktarıdır.Hücre fiksasyonu öncesinde ve sonrasında lif kabağı örneklerinin tartılmasıyla belirlenir.Müstahzarları kurutmadan önce ve sonra ayrı ayrı tartarak ve hücre preparasyonunun yoğunluğunu hesaplayarak hücre yük kütlesinin (biyokütle eşdeğeri) muhasebeleştirilmesi (denklem 3).Sabitleme sırasında hücre preparatlarının homojen olduğu varsayılır.
İstatistiksel analiz için Minitab 18 ve RealStatistics eklentili Microsoft Excel kullanıldı.Normallik Anderson-Darling testi kullanılarak test edildi ve varyansların eşitliği Levene testi kullanılarak test edildi.Bu varsayımları karşılayan veriler, iki yönlü varyans analizi (ANOVA) ve post hoc analiz olarak Tukey testi kullanılarak analiz edildi.Normallik ve eşit varyans varsayımlarını karşılamayan iki yönlü veriler, tedaviler arasındaki anlamlılığı belirlemek için Shirer-Ray-Hara testi ve ardından Mann-Whitney U testi kullanılarak analiz edildi.Üç faktörlü normal olmayan veriler için genelleştirilmiş doğrusal karma (GLM) modeller kullanıldı ve veriler Johnson dönüşümü63 kullanılarak dönüştürüldü.Texanol konsantrasyonu, cam geçiş sıcaklığı ve lateks toksisitesi ve yapışma verileri arasındaki ilişkiyi değerlendirmek için Pearson ürünlerinin moment korelasyonları yapıldı.
Gönderim zamanı: Ocak-05-2023