Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay.Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang pagkuha at pag-iimbak ng carbon ay mahalaga upang makamit ang mga layunin ng Kasunduan sa Paris.Ang photosynthesis ay teknolohiya ng kalikasan para sa pagkuha ng carbon.Gumagawa ng inspirasyon mula sa mga lichen, nakabuo kami ng 3D cyanobacteria photosynthetic biocomposite (ibig sabihin, paggaya ng lichen) gamit ang isang acrylic latex polymer na inilapat sa isang loofah sponge.Ang rate ng CO2 uptake ng biocomposite ay 1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 ng biomass d-1.Ang rate ng uptake ay nakabatay sa dry biomass sa simula ng eksperimento at kasama ang CO2 na ginamit sa pagpapalago ng bagong biomass pati na rin ang CO2 na nasa storage compound gaya ng carbohydrates.Ang mga rate ng uptake na ito ay 14-20 beses na mas mataas kaysa sa slurry control measures at posibleng mapalaki upang makuha ang 570 t CO2 t-1 biomass bawat taon-1, katumbas ng 5.5-8.17 × 106 ektarya ng paggamit ng lupa, na nag-aalis ng 8-12 GtCO2 CO2 bawat taon.Sa kaibahan, ang bioenergy ng kagubatan na may carbon capture at storage ay 0.4–1.2 × 109 ha.Ang biocomposite ay nanatiling gumagana sa loob ng 12 linggo nang walang karagdagang sustansya o tubig, pagkatapos nito ay winakasan ang eksperimento.Sa loob ng multi-faceted teknolohikal na paninindigan ng sangkatauhan upang labanan ang pagbabago ng klima, ang mga engineered at na-optimize na cyanobacterial biocomposite ay may potensyal para sa sustainable at scalable deployment upang mapataas ang pag-aalis ng CO2 habang binabawasan ang pagkawala ng tubig, nutrient at paggamit ng lupa.
Ang pagbabago ng klima ay isang tunay na banta sa pandaigdigang biodiversity, katatagan ng ecosystem at mga tao.Upang mapagaan ang pinakamasamang epekto nito, kailangan ang coordinated at malakihang mga programa ng decarburization, at, siyempre, kailangan ang ilang anyo ng direktang pag-alis ng mga greenhouse gas sa atmospera.Sa kabila ng positibong decarbonization ng pagbuo ng kuryente2,3, sa kasalukuyan ay walang matipid na sustainable teknolohikal na solusyon upang bawasan ang atmospheric carbon dioxide (CO2)4, bagama't umuusad ang flue gas capture5.Sa halip na scalable at praktikal na mga solusyon sa engineering, ang mga tao ay dapat bumaling sa mga natural na inhinyero para sa pagkuha ng carbon - mga photosynthetic na organismo (phototrophic organisms).Ang photosynthesis ay ang teknolohiya ng carbon sequestration ng kalikasan, ngunit ang kakayahang baligtarin ang anthropogenic carbon enrichment sa makabuluhang sukat ng oras ay kaduda-dudang, ang mga enzyme ay hindi mabisa, at ang kakayahang mag-deploy sa naaangkop na mga antas ay kaduda-dudang.Ang isang potensyal na paraan para sa phototrophy ay pagtatanim ng gubat, na nagpuputol ng mga puno para sa bioenergy na may carbon capture and storage (BECCS) bilang isang teknolohiyang may negatibong emisyon na makakatulong na mabawasan ang mga net CO21 emissions.Gayunpaman, upang makamit ang target na temperatura ng Kasunduan sa Paris na 1.5°C gamit ang BECCS bilang pangunahing pamamaraan ay mangangailangan ng 0.4 hanggang 1.2 × 109 ha, katumbas ng 25–75% ng kasalukuyang pandaigdigang arable land6.Bilang karagdagan, ang kawalan ng katiyakan na nauugnay sa mga pandaigdigang epekto ng pagpapabunga ng CO2 ay nagtatanong sa potensyal na pangkalahatang kahusayan ng mga plantasyon sa kagubatan7.Kung gusto nating maabot ang mga target na temperatura na itinakda ng Kasunduan sa Paris, 100 segundo ng GtCO2 ng mga greenhouse gases (GGR) ay dapat alisin sa atmospera bawat taon.Ang UK Department of Research and Innovation kamakailan ay nag-anunsyo ng pagpopondo para sa limang proyekto ng GGR8 kabilang ang peatland management, pinahusay na rock weathering, tree planting, biochar at perennial crops para pakainin ang proseso ng BECCS.Ang mga gastos sa pag-alis ng higit sa 130 MtCO2 mula sa atmospera bawat taon ay 10-100 US$/tCO2, 0.2-8.1 MtCO2 bawat taon para sa pagpapanumbalik ng peatland, 52-480 US$/tCO2 at 12-27 MtCO2 bawat taon para sa weathering ng mga bato , 0.4-30 USD/taon.tCO2, 3.6 MtCO2/yr, 1% na pagtaas sa kagubatan, 0.4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/yr, biochar, 140-270 US$/tCO2, 20 –70 Mt CO2 bawat taon para sa permanenteng pananim na gumagamit BECCS9.
Ang kumbinasyon ng mga pamamaraang ito ay posibleng maabot ang 130 Mt CO2 bawat taon na target, ngunit ang mga gastos sa rock weathering at BECCS ay mataas, at ang biochar, bagama't medyo mura at hindi nauugnay sa paggamit ng lupa, ay nangangailangan ng feedstock para sa proseso ng produksyon ng biochar.nag-aalok ng development at numerong ito para mag-deploy ng iba pang teknolohiya ng GGR.
Sa halip na maghanap ng mga solusyon sa lupa, maghanap ng tubig, lalo na ang mga single-celled phototroph tulad ng microalgae at cyanobacteria10.Ang algae (kabilang ang cyanobacteria) ay kumukuha ng humigit-kumulang 50% ng carbon dioxide sa mundo, bagama't ang mga ito ay bumubuo lamang ng 1% ng biomass ng mundo11.Ang cyanobacteria ay mga orihinal na biogeoeengineer ng kalikasan, na naglalagay ng pundasyon para sa respiratory metabolism at ang ebolusyon ng multicellular na buhay sa pamamagitan ng oxygenic photosynthesis12.Ang ideya ng paggamit ng cyanobacteria upang makuha ang carbon ay hindi bago, ngunit ang mga makabagong pamamaraan ng pisikal na paglalagay ay nagbubukas ng mga bagong abot-tanaw para sa mga sinaunang organismong ito.
Ang mga open pond at photobioreactor ay mga default na asset kapag gumagamit ng microalgae at cyanobacteria para sa mga layuning pang-industriya.Gumagamit ang mga sistema ng kulturang ito ng kultura ng pagsususpinde kung saan ang mga cell ay malayang lumutang sa isang medium ng paglago14;gayunpaman, ang mga pond at photobioreactor ay may maraming disadvantages tulad ng mahinang CO2 mass transfer, masinsinang paggamit ng lupa at tubig, madaling kapitan sa biofouling, at mataas na gastos sa konstruksiyon at operasyon15,16.Ang mga biofilm bioreactors na hindi gumagamit ng mga suspension culture ay mas matipid sa mga tuntunin ng tubig at espasyo, ngunit nasa panganib ng pagkatuyo, madaling kapitan ng biofilm detachment (at samakatuwid ay nawawala ang aktibong biomass), at parehong madaling kapitan ng biofouling17.
Ang mga bagong diskarte ay kailangan upang mapataas ang rate ng pagkonsumo ng CO2 at matugunan ang mga problema na naglilimita sa mga slurry at biofilm na reactor.Ang isang ganoong diskarte ay ang mga photosynthetic biocomposite na inspirasyon ng lichens.Ang lichens ay isang complex ng fungi at photobionts (microalgae at/o cyanobacteria) na sumasaklaw sa humigit-kumulang 12% ng lupain ng Earth18.Ang fungi ay nagbibigay ng pisikal na suporta, proteksyon, at pag-angkla ng photobiotic substrate, na nagbibigay naman sa fungi ng carbon (bilang mga sobrang photosynthetic na produkto).Ang iminungkahing biocomposite ay isang "lichen mimetic", kung saan ang isang puro populasyon ng cyanobacteria ay hindi kumikilos sa anyo ng isang manipis na biocoating sa isang substrate ng carrier.Bilang karagdagan sa mga cell, ang biocoating ay naglalaman ng isang polymer matrix na maaaring palitan ang fungus.Ang mga water-based na polymer emulsion o "latex" ay mas gusto dahil ang mga ito ay biocompatible, matibay, mura, madaling hawakan at komersyal na magagamit19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Ang pag-aayos ng mga cell na may latex polymers ay lubos na naiimpluwensyahan ng komposisyon ng latex at ang proseso ng pagbuo ng pelikula.Ang emulsion polymerization ay isang heterogenous na proseso na ginagamit upang makagawa ng synthetic rubber, adhesive coatings, sealant, concrete additives, paper at textile coatings, at latex paints27.Ito ay may isang bilang ng mga pakinabang sa iba pang mga pamamaraan ng polymerization, tulad ng mataas na rate ng reaksyon at kahusayan ng conversion ng monomer, pati na rin ang kadalian ng kontrol ng produkto27,28.Ang pagpili ng mga monomer ay nakasalalay sa mga nais na katangian ng nagresultang polymer film, at para sa halo-halong mga sistema ng monomer (ibig sabihin, mga copolymerization), ang mga katangian ng polimer ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagpili ng iba't ibang mga ratio ng mga monomer na bumubuo sa nagresultang materyal na polimer.Ang butyl acrylate at styrene ay kabilang sa mga pinakakaraniwang acrylic latex monomer at ginagamit dito.Bilang karagdagan, ang mga ahente ng coalescing (eg Texanol) ay kadalasang ginagamit upang itaguyod ang unipormeng pagbuo ng pelikula kung saan maaari nilang baguhin ang mga katangian ng polymer latex upang makabuo ng isang malakas at "tuloy-tuloy" (coalescing) coating.Sa aming paunang proof-of-concept na pag-aaral, isang mataas na lugar sa ibabaw, mataas na porosity 3D biocomposite ay ginawa gamit ang isang komersyal na latex na pintura na inilapat sa isang loofah sponge.Matapos ang mahaba at tuluy-tuloy na pagmamanipula (walong linggo), ang biocomposite ay nagpakita ng limitadong kakayahan upang mapanatili ang cyanobacteria sa loofah scaffold dahil ang paglaki ng cell ay nagpapahina sa integridad ng istruktura ng latex.Sa kasalukuyang pag-aaral, nilalayon naming bumuo ng isang serye ng mga acrylic latex polymers ng kilalang kimika para sa patuloy na paggamit sa mga application ng pagkuha ng carbon nang hindi sinasakripisyo ang pagkasira ng polimer.Sa paggawa nito, ipinakita namin ang kakayahang lumikha ng mga elementong mala-lichen na polymer matrix na nagbibigay ng pinahusay na pagganap ng biyolohikal at makabuluhang pagtaas ng mekanikal na pagkalastiko kumpara sa mga napatunayang biocomposite.Ang karagdagang pag-optimize ay magpapabilis sa pagkuha ng mga biocomposite para sa pagkuha ng carbon, lalo na kapag pinagsama sa cyanobacteria na metabolically modified upang mapahusay ang CO2 sequestration.
Siyam na latex na may tatlong polymer formulations (H = "hard", N = "normal", S = "soft") at tatlong uri ng Texanol (0, 4, 12% v/v) ay sinubukan para sa toxicity at strain correlation.Pandikit.mula sa dalawang cyanobacteria.Malaki ang impluwensya ng uri ng latex sa S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare test, latex: DF=2, H=23.157, P=<0.001) at CCAP 1479/1A (two-way ANOVA, latex: DF=2, F = 103.93, P = <0.001) (Larawan 1a).Ang konsentrasyon ng texanol ay hindi gaanong nakaapekto sa paglago ng S. elongatus PCC 7942, tanging ang N-latex ay hindi nakakalason (Fig. 1a), at ang 0 N at 4 N ay nagpapanatili ng paglago ng 26% at 35%, ayon sa pagkakabanggit (Mann- Whitney U, 0 N kumpara sa 4 N: W = 13.50, P = 0.245; 0 N kumpara sa kontrol: W = 25.0, P = 0.061; 4 N kumpara sa kontrol: W = 25.0, P = 0.061) at 12 N na napanatili ang paglago na maihahambing sa biological control (Mann-Whitney University, 12 N vs. control: W = 17.0, P = 0.885).Para sa S. elongatus CCAP 1479/1A, ang parehong latex mixture at texanol concentration ay mahalagang mga salik, at isang makabuluhang interaksyon ang naobserbahan sa pagitan ng dalawa (two-way ANOVA, latex: DF=2, F=103.93, P=<0.001, Texanol : DF=2, F=5.96, P=0.01, Latex*Texanol: DF=4, F=3.41, P=0.03).0 N at lahat ng "malambot" na mga latex ay nagsulong ng paglaki (Larawan 1a).May posibilidad na mapabuti ang paglago na may pagbaba ng komposisyon ng styrene.
Toxicity at adhesion testing ng cyanobacteria (Synechococcus elongatus PCC 7942 at CCAP 1479/1A) sa mga formulation ng latex, kaugnayan sa glass transition temperature (Tg) at decision matrix batay sa toxicity at adhesion data.(a) Ang pagsubok sa toxicity ay isinagawa gamit ang hiwalay na mga plot ng porsyento ng paglaki ng cyanobacteria na na-normalize upang makontrol ang mga kultura ng suspensyon.Ang mga paggamot na may markang * ay makabuluhang naiiba sa mga kontrol.(b) Data ng paglago ng cyanobacteria kumpara sa Tg latex (mean ± SD; n = 3).(c) Ang pinagsama-samang bilang ng cyanobacteria na inilabas mula sa biocomposite adhesion test.(d) Data ng adhesion kumpara sa Tg ng latex (mean ± StDev; n = 3).e Decision matrix batay sa toxicity at adhesion data.Ang ratio ng styrene sa butyl acrylate ay 1:3 para sa “hard” (H) latex, 1:1 para sa “normal” (N) at 3:1 para sa “soft” (S).Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.
Sa karamihan ng mga kaso, nabawasan ang posibilidad ng cell sa pagtaas ng konsentrasyon ng texanol, ngunit walang makabuluhang ugnayan para sa alinman sa mga strain (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0.208, P = 0.299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0.127, P = 0.527).Sa fig.Ipinapakita ng 1b ang kaugnayan sa pagitan ng paglaki ng cell at temperatura ng paglipat ng salamin (Tg).Mayroong malakas na negatibong ugnayan sa pagitan ng konsentrasyon ng texanol at mga halaga ng Tg (H-latex: DF=7, r=-0.989, P=<0.001; N-latex: DF=7, r=-0.964, P=<0.001 ; S- latex: DF=7, r=-0.946, P=<0.001).Ipinakita ng data na ang pinakamainam na Tg para sa paglaki ng S. elongatus PCC 7942 ay nasa paligid ng 17 °C (Larawan 1b), habang ang S. elongatus CCAP 1479/1A ay pinaboran ang Tg sa ibaba ng 0 °C (Larawan 1b).Tanging ang S. elongatus CCAP 1479/1A lamang ang may malakas na negatibong ugnayan sa pagitan ng Tg at toxicity data (DF=25, r=-0.857, P=<0.001).
Ang lahat ng mga latex ay may magandang adhesion affinity, at wala sa kanila ang naglabas ng higit sa 1% ng mga cell pagkatapos ng 72 h (Fig. 1c).Walang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga latex ng dalawang strain ng S. elongatus (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara test, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Ray test).– Pagsusuri ng liyebre, latex*texanol, DF=4, H=3.277, P=0.513).Habang tumataas ang konsentrasyon ng Texanol, mas maraming cell ang inilabas (Larawan 1c).kumpara sa S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001) (Larawan 1d).Bukod dito, walang istatistikal na ugnayan sa pagitan ng Tg at cell adhesion ng dalawang strain (PCC 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147).
Para sa parehong mga strain, ang "hard" latex polymers ay hindi epektibo.Sa kaibahan, ang 4N at 12N ay pinakamahusay na gumanap laban sa S. elongatus PCC 7942, habang ang 4S at 12S ay pinakamahusay na gumanap laban sa CCAP 1479/1A (Larawan 1e), bagaman mayroong malinaw na puwang para sa karagdagang pag-optimize ng polymer matrix.Ang mga polymer na ito ay ginamit sa mga semi-batch net CO2 uptake test.
Ang photophysiology ay sinusubaybayan sa loob ng 7 araw gamit ang mga cell na nasuspinde sa isang may tubig na komposisyon ng latex.Sa pangkalahatan, ang maliwanag na photosynthesis rate (PS) at ang maximum na PSII quantum yield (Fv/Fm) ay bumababa sa paglipas ng panahon, ngunit ang pagbabang ito ay hindi pantay at ang ilang mga set ng PS ay nagpapakita ng isang biphasic na tugon, na nagmumungkahi ng isang bahagyang tugon, bagama't real-time na pagbawi mas maikling aktibidad ng PS (Larawan 2a at 3b).Ang biphasic Fv/Fm na tugon ay hindi gaanong binibigkas (Mga Larawan 2b at 3b).
(a) Maliwanag na rate ng photosynthesis (PS) at (b) maximum na PSII quantum yield (Fv/Fm) ng Synechococcus elongatus PCC 7942 bilang tugon sa mga formulation ng latex kumpara sa kontrol ng mga kultura ng suspensyon.Ang ratio ng styrene sa butyl acrylate ay 1:3 para sa “hard” (H) latex, 1:1 para sa “normal” (N) at 3:1 para sa “soft” (S).Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.(mean ± standard deviation; n = 3).
(a) Maliwanag na rate ng photosynthesis (PS) at (b) maximum na PSII quantum yield (Fv/Fm) ng Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A bilang tugon sa mga formulation ng latex kumpara sa mga control culture ng suspension.Ang ratio ng styrene sa butyl acrylate ay 1:3 para sa “hard” (H) latex, 1:1 para sa “normal” (N) at 3:1 para sa “soft” (S).Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.(mean ± standard deviation; n = 3).
Para sa S. elongatus PCC 7942, ang komposisyon ng latex at konsentrasyon ng Texanol ay hindi nakaapekto sa PS sa paglipas ng panahon (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), bagama't ang komposisyon ay isang mahalagang salik (GLM)., latex*time, DF = 14, F = 3.14, P = <0.001) (Fig. 2a).Walang makabuluhang epekto ng konsentrasyon ng Texanol sa paglipas ng panahon (GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.63, P=0.078).Nagkaroon ng makabuluhang pakikipag-ugnayan na nakakaapekto sa Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng latex formulation at Texanol concentration ay nagkaroon ng makabuluhang epekto sa Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).Naaapektuhan din ng bawat parameter ang Fv/Fm sa paglipas ng panahon (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 at Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Napanatili ng Latex 12H ang pinakamababang average na halaga ng PS at Fv/Fm (Larawan 2b), na nagpapahiwatig na ang polimer na ito ay mas nakakalason.
Malaki ang pagkakaiba ng PS ng S. elongatus CCAP 1479/1A (GLM, latex * Texanol * time, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), na may komposisyon ng latex kaysa sa konsentrasyon ng Texanol (GLM, Latex*time, DF =14, F=6.38, P=<0.001, GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.26, P=0.239).Ang "malambot" na polymer na 0S at 4S ay nagpapanatili ng bahagyang mas mataas na antas ng pagganap ng PS kaysa sa mga control suspension (Mann-Whitney U, 0S versus controls, W = 686.0, P = 0.044, 4S versus controls, W = 713, P = 0.01) at nagpapanatili ng isang pinahusay na Fv./Fm (Larawan 3a) ay nagpapakita ng mas mahusay na transportasyon sa Photosystem II.Para sa mga halaga ng Fv/Fm ng CCAP 1479/1A cells, nagkaroon ng makabuluhang pagkakaiba sa latex sa paglipas ng panahon (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Larawan 3b).).
Sa fig.Ipinapakita ng 4 ang average na PS at Fv/Fm sa loob ng 7 araw bilang isang function ng paglaki ng cell para sa bawat strain.Ang S. elongatus PCC 7942 ay walang malinaw na pattern (Larawan 4a at b), gayunpaman, ang CCAP 1479/1A ay nagpakita ng parabolic na ugnayan sa pagitan ng PS (Larawan 4c) at Fv/Fm (Larawan 4d) bilang ang Ang mga ratio ng styrene at butyl acrylate ay lumalaki nang may pagbabago.
Relasyon sa pagitan ng paglaki at photophysiology ng Synechococcus longum sa mga paghahanda ng latex.(a) Naka-plot ang data ng toxicity laban sa maliwanag na photosynthetic rate (PS), (b) maximum na PSII quantum yield (Fv/Fm) ng PCC 7942. c Naka-plot ang data ng toxicity laban sa PS at d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Ang ratio ng styrene sa butyl acrylate ay 1:3 para sa “hard” (H) latex, 1:1 para sa “normal” (N) at 3:1 para sa “soft” (S).Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.(mean ± standard deviation; n = 3).
Ang biocomposite PCC 7942 ay may limitadong epekto sa pagpapanatili ng cell na may makabuluhang cell leaching sa unang apat na linggo (Larawan 5).Matapos ang paunang yugto ng pag-uptake ng CO2, ang mga cell na naayos na may 12 N latex ay nagsimulang maglabas ng CO2, at ang pattern na ito ay nagpatuloy sa pagitan ng mga araw 4 at 14 (Larawan 5b).Ang mga datos na ito ay pare-pareho sa mga obserbasyon ng pagkawalan ng kulay ng pigment.Nagsimula muli ang net CO2 uptake mula sa araw na 18. Sa kabila ng paglabas ng cell (Fig. 5a), ang PCC 7942 12 N biocomposite ay nakaipon pa rin ng mas maraming CO2 kaysa sa control suspension sa loob ng 28 araw, kahit na bahagyang (Mann-Whitney U-test, W = 2275.5; P = 0.066).Ang rate ng pagsipsip ng CO2 sa pamamagitan ng latex 12 N at 4 N ay 0.51 ± 0.34 at 1.18 ± 0.29 g CO2 g-1 ng biomass d-1.Nagkaroon ng makabuluhang pagkakaiba sa istatistika sa pagitan ng paggamot at mga antas ng oras (Chairer-Ray-Hare test, paggamot: DF=2, H=70.62, P=<0.001 oras: DF=13, H=23.63, P=0.034), ngunit ito ay hindi.nagkaroon ng makabuluhang kaugnayan sa pagitan ng paggamot at oras (Chairer-Ray-Har test, time*treatment: DF=26, H=8.70, P=0.999).
Half-batch CO2 uptake tests sa Synechococcus elongatus PCC 7942 biocomposites gamit ang 4N at 12N latex.(a) Ipinapakita ng mga imahe ang paglabas ng cell at pagkawalan ng kulay ng pigment, pati na rin ang mga imahe ng SEM ng biocomposite bago at pagkatapos ng pagsubok.Ang mga puting tuldok na linya ay nagpapahiwatig ng mga site ng cell deposition sa biocomposite.(b) Pinagsama-samang net CO2 uptake sa loob ng apat na linggong panahon.Ang "Normal" (N) latex ay may ratio ng styrene sa butyl acrylate na 1:1.Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.(mean ± standard deviation; n = 3).
Ang pagpapanatili ng cell ay makabuluhang napabuti para sa strain CCAP 1479/1A na may 4S at 12S, kahit na ang pigment ay dahan-dahang nagbago ng kulay sa paglipas ng panahon (Larawan 6a).Ang Biocomposite CCAP 1479/1A ay sumisipsip ng CO2 sa buong 84 araw (12 linggo) nang walang karagdagang nutritional supplement.Ang pagsusuri ng SEM (Larawan 6a) ay nakumpirma ang visual na pagmamasid ng maliit na cell detachment.Sa una, ang mga cell ay nakabalot sa isang latex coating na nagpapanatili ng integridad nito sa kabila ng paglaki ng cell.Ang CO2 uptake rate ay makabuluhang mas mataas kaysa sa control group (Scheirer-Ray-Har test, paggamot: DF=2; H=240.59; P=<0.001, oras: DF=42; H=112; P=<0.001 ) ( Larawan 6b).Nakamit ng 12S biocomposite ang pinakamataas na CO2 uptake (1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 biomass bawat araw), habang ang 4S latex ay 1.13 ± 0.41 g CO2 g-1 biomass bawat araw, ngunit hindi sila nag-iba nang malaki (Mann-Whitney U .test, W = 1507.50; P = 0.07) at walang makabuluhang interaksyon sa pagitan ng paggamot at oras (Shirer-Rey-Hara test, oras * paggamot: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000).
Half lot CO2 uptake testing gamit ang Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A biocomposites na may 4N at 12N latex.(a) Ipinapakita ng mga imahe ang paglabas ng cell at pagkawalan ng kulay ng pigment, pati na rin ang mga imahe ng SEM ng biocomposite bago at pagkatapos ng pagsubok.Ang mga puting tuldok na linya ay nagpapahiwatig ng mga site ng cell deposition sa biocomposite.(b) Pinagsama-samang paggamit ng CO2 sa loob ng labindalawang linggo.Ang "Soft" (S) latex ay may ratio ng styrene sa butyl acrylate na 1:1.Ang mga nakaraang numero sa latex code ay tumutugma sa nilalaman ng Texanol.(mean ± standard deviation; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har test, time*treatment: DF=4, H=3.243, P=0.518) o biocomposite S. elongatus CCAP 1479/1A (two-ANOVA, time*treatment: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (Larawan S4).Ang Biocomposite PCC 7942 ay may pinakamataas na carbohydrate content sa linggo 2 (4 N = 59.4 ± 22.5 wt%, 12 N = 67.9 ± 3.3 wt%), habang ang control suspension ay may pinakamataas na carbohydrate content sa linggo 4 kung kailan (control = 59.6 ± 2.84% w/w).Ang kabuuang carbohydrate content ng CCAP 1479/1A biocomposite ay maihahambing sa control suspension maliban sa simula ng trial, na may ilang pagbabago sa 12S latex sa linggo 4. Ang pinakamataas na value para sa biocomposite ay 51.9 ± 9.6 wt% para sa 4S at 77.1 ± 17.0 wt% para sa 12S.
Nagtakda kami upang ipakita ang mga posibilidad sa disenyo para sa pagpapahusay ng integridad ng istruktura ng manipis na film latex polymer coatings bilang isang mahalagang bahagi ng konsepto ng lichen mimic biocomposite nang hindi sinasakripisyo ang biocompatibility o performance.Sa katunayan, kung ang mga hamon sa istruktura na nauugnay sa paglaki ng cell ay nagtagumpay, inaasahan namin ang makabuluhang pagpapabuti ng pagganap sa aming mga pang-eksperimentong biocomposites, na maihahambing na sa iba pang mga cyanobacteria at microalgae carbon capture system.
Ang mga coatings ay dapat na hindi nakakalason, matibay, sumusuporta sa pangmatagalang pagdirikit ng cell, at dapat na buhaghag upang maisulong ang mahusay na CO2 mass transfer at O2 degassing.Ang latex-type na acrylic polymer ay madaling ihanda at malawakang ginagamit sa mga industriya ng pintura, tela, at pandikit30.Pinagsama namin ang cyanobacteria sa isang water-based na acrylic latex polymer emulsion na polymerized na may partikular na ratio ng styrene/butyl acrylate particle at iba't ibang konsentrasyon ng Texanol.Pinili ang styrene at butyl acrylate upang makontrol ang mga pisikal na katangian, lalo na ang elasticity at coalescence na kahusayan ng coating (kritikal para sa isang malakas at mataas na adhesive coating), na nagpapahintulot sa synthesis ng "hard" at "soft" particle aggregates.Iminumungkahi ng data ng toxicity na ang "matigas" na latex na may mataas na nilalaman ng styrene ay hindi nakakatulong sa kaligtasan ng cyanobacteria.Hindi tulad ng butyl acrylate, ang styrene ay itinuturing na nakakalason sa algae32,33.Ang mga strain ng cyanobacteria ay medyo naiiba sa latex, at ang pinakamainam na temperatura ng transition ng salamin (Tg) ay natukoy para sa S. elongatus PCC 7942, habang ang S. elongatus CCAP 1479/1A ay nagpakita ng negatibong linear na relasyon sa Tg.
Ang temperatura ng pagpapatayo ay nakakaapekto sa kakayahang bumuo ng tuluy-tuloy na pare-parehong latex film.Kung ang temperatura ng pagpapatayo ay mas mababa sa Minimum Film Forming Temperature (MFFT), ang mga polymer latex particle ay hindi ganap na magsasama, na magreresulta sa pagdirikit lamang sa interface ng particle.Ang mga resultang pelikula ay may mahinang pagdirikit at mekanikal na lakas at maaaring nasa anyo ng pulbos29.Ang MFFT ay malapit na nauugnay sa Tg, na maaaring kontrolin ng komposisyon ng monomer at pagdaragdag ng mga coalescent tulad ng Texanol.Tinutukoy ng Tg ang marami sa mga pisikal na katangian ng nagreresultang coating, na maaaring nasa goma o malasalamin na estado34.Ayon sa Flory-Fox equation35, ang Tg ay nakasalalay sa uri ng monomer at sa relatibong porsyento na komposisyon.Ang pagdaragdag ng coalescent ay maaaring magpababa ng MFFT sa pamamagitan ng pasulput-sulpot na pagsugpo sa Tg ng mga latex particle, na nagpapahintulot sa pagbuo ng pelikula sa mas mababang temperatura, ngunit bumubuo pa rin ng isang matigas at malakas na patong dahil ang coalescent ay dahan-dahang sumingaw sa paglipas ng panahon o na-extract na 36 .
Ang pagtaas ng konsentrasyon ng Texanol ay nagtataguyod ng pagbuo ng pelikula sa pamamagitan ng paglambot ng mga particle ng polimer (pagbabawas ng Tg) dahil sa pagsipsip ng mga particle sa panahon ng pagpapatayo, at sa gayon ay tumataas ang lakas ng cohesive film at cell adhesion.Dahil ang biocomposite ay pinatuyo sa ambient temperature (~18–20°C), ang Tg (30 hanggang 55°C) ng “hard” latex ay mas mataas kaysa sa drying temperature, ibig sabihin, ang particle coalescence ay maaaring hindi optimal, na nagreresulta sa Ang mga pelikulang B na nananatiling vitreous, mahinang mekanikal at malagkit na katangian, limitadong pagkalastiko at diffusivity30 ay humahantong sa mas malaking pagkawala ng cell.Ang pagbuo ng pelikula mula sa "normal" at "malambot" na mga polimer ay nangyayari sa o ibaba ng Tg ng polymer film, at ang pagbuo ng pelikula ay pinabuting sa pamamagitan ng pinabuting coalescence, na nagreresulta sa tuluy-tuloy na mga polymer film na may pinahusay na mekanikal, cohesive, at adhesive na katangian.Ang magreresultang pelikula ay mananatiling rubbery sa panahon ng mga eksperimento sa pagkuha ng CO2 dahil ang Tg nito ay malapit sa (“normal” na timpla: 12 hanggang 20 ºC) o mas mababa (“malambot” na timpla: -21 hanggang -13 °C ) sa temperatura ng kapaligiran 30 .Ang "matigas" na latex (3.4 hanggang 2.9 kgf mm–1) ay tatlong beses na mas matigas kaysa sa "normal" na latex (1.0 hanggang 0.9 kgf mm–1).Ang katigasan ng "malambot" na mga latex ay hindi masusukat ng microhardness dahil sa kanilang labis na rubberiness at lagkit sa temperatura ng silid.Maaapektuhan din ng surface charge ang adhesion affinity, ngunit higit pang data ang kailangan para makapagbigay ng makabuluhang impormasyon.Gayunpaman, ang lahat ng mga latex ay epektibong nagpapanatili ng mga cell, na naglalabas ng mas mababa sa 1%.
Ang pagiging produktibo ng photosynthesis ay bumababa sa paglipas ng panahon.Ang pagkakalantad sa polystyrene ay humahantong sa pagkagambala ng lamad at oxidative stress38,39,40,41.Ang mga halaga ng Fv/Fm ng S. elongatus CCAP 1479/1A na nakalantad sa 0S at 4S ay halos dalawang beses na mas mataas kumpara sa kontrol ng suspensyon, na sumasang-ayon sa rate ng pag-uptake ng CO2 ng 4S biocomposite, gayundin sa mas mababang ibig sabihin ng mga halaga ng PS.mga halaga.Ang mas mataas na mga halaga ng Fv/Fm ay nagpapahiwatig na ang transportasyon ng elektron sa PSII ay maaaring maghatid ng mas maraming photons42, na maaaring magresulta sa mas mataas na mga rate ng pag-aayos ng CO2.Gayunpaman, dapat tandaan na ang data ng photophysiological ay nakuha mula sa mga cell na nasuspinde sa may tubig na mga solusyon sa latex at maaaring hindi direktang maihahambing sa mga mature na biocomposite.
Kung ang latex ay lumilikha ng isang hadlang sa liwanag at/o gas exchange na nagreresulta sa liwanag at CO2 restriction, maaari itong magdulot ng cellular stress at bawasan ang performance, at kung makakaapekto ito sa paglabas ng O2, photorespiration39.Ang light transmission ng cured coatings ay nasuri: ang "hard" latex ay nagpakita ng bahagyang pagbaba sa light transmission sa pagitan ng 440 at 480 nm (napabuti sa bahagi sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng Texanol dahil sa pinabuting film coalescence), habang ang "soft" at "regular ” ang latex ay nagpakita ng bahagyang pagbaba sa light transmission.hindi nagpapakita ng kapansin-pansing pagkawala ng pagkawala.Ang mga assay, pati na rin ang lahat ng incubation, ay isinagawa sa mababang intensity ng liwanag (30.5 µmol m-2 s-1), kaya ang anumang photosynthetically active radiation dahil sa polymer matrix ay mabayaran at maaaring maging kapaki-pakinabang sa pagpigil sa photoinhibition.sa nakakapinsalang intensity ng liwanag.
Ang Biocomposite CCAP 1479/1A ay gumana sa loob ng 84 na araw ng pagsubok, nang walang nutrient turnover o makabuluhang pagkawala ng biomass, na isang pangunahing layunin ng pag-aaral.Ang cell depigmentation ay maaaring nauugnay sa isang proseso ng chlorosis bilang tugon sa nitrogen starvation upang makamit ang pangmatagalang kaligtasan (resting state), na maaaring makatulong sa mga cell na ipagpatuloy ang paglaki pagkatapos na makamit ang sapat na nitrogen accumulation.Kinumpirma ng mga imahe ng SEM na ang mga cell ay nanatili sa loob ng patong sa kabila ng paghahati ng cell, na nagpapakita ng pagkalastiko ng "malambot" na latex at sa gayon ay nagpapakita ng isang malinaw na kalamangan sa eksperimentong bersyon.Ang "malambot" na latex ay naglalaman ng humigit-kumulang 70% butyl acrylate (ayon sa timbang), na mas mataas kaysa sa nakasaad na konsentrasyon para sa isang nababaluktot na patong pagkatapos matuyo44.
Ang net uptake ng CO2 ay makabuluhang mas mataas kaysa sa control suspension (14–20 at 3–8 beses na mas mataas para sa S. elongatus CCAP 1479/1A at PCC 7942, ayon sa pagkakabanggit).Noong nakaraan, gumamit kami ng modelo ng CO2 mass transfer upang ipakita na ang pangunahing driver ng mataas na pag-uptake ng CO2 ay isang matalim na gradient ng konsentrasyon ng CO2 sa ibabaw ng biocomposite31 at ang pagganap ng biocomposite ay maaaring limitado sa pamamagitan ng paglaban sa mass transfer.Ang problemang ito ay maaaring pagtagumpayan sa pamamagitan ng pagsasama ng mga sangkap na hindi nakakalason, hindi bumubuo ng pelikula sa latex upang mapataas ang porosity at permeability ng coating26, ngunit ang pagpapanatili ng cell ay maaaring makompromiso dahil ang diskarteng ito ay hindi maiiwasang magreresulta sa isang mas mahinang pelikula20.Ang kemikal na komposisyon ay maaaring baguhin sa panahon ng polymerization upang mapataas ang porosity, na siyang pinakamahusay na opsyon, lalo na sa mga tuntunin ng pang-industriyang produksyon at scalability45.
Ang pagganap ng bagong biocomposite kumpara sa mga kamakailang pag-aaral gamit ang mga biocomposite mula sa microalgae at cyanobacteria ay nagpakita ng mga pakinabang sa pagsasaayos ng cell loading rate (Talahanayan 1)21,46 at may mas mahabang oras ng pagsusuri (84 araw kumpara sa 15 oras46 at 3 linggo21).
Ang volumetric na nilalaman ng carbohydrates sa mga cell ay maihahambing sa iba pang mga pag-aaral47,48,49,50 gamit ang cyanobacteria at ginagamit bilang isang potensyal na pamantayan para sa pagkuha ng carbon at paggamit / pagbawi ng mga aplikasyon, tulad ng para sa mga proseso ng pagbuburo ng BECCS49,51 o para sa paggawa ng biodegradable. bioplastic52 .Bilang bahagi ng katwiran para sa pag-aaral na ito, ipinapalagay namin na ang pagtatanim ng gubat, kahit na isinasaalang-alang sa konsepto ng mga negatibong emisyon ng BECCS, ay hindi isang panlunas sa pagbabago ng klima at kumonsumo ng nakababahala na bahagi ng lupang taniman ng mundo6.Bilang isang eksperimento sa pag-iisip, tinatantya na sa pagitan ng 640 at 950 GtCO2 ay kailangang alisin sa atmospera pagsapit ng 2100 upang limitahan ang pagtaas ng temperatura sa mundo sa 1.5°C53 (mga 8 hanggang 12 GtCO2 bawat taon).Ang pagkamit nito sa isang mas mahusay na gumaganap na biocomposite (574.08 ± 30.19 t CO2 t-1 biomass bawat taon-1) ay mangangailangan ng pagpapalawak ng volume mula 5.5 × 1010 hanggang 8.2 × 1010 m3 (na may maihahambing na kahusayan sa photosynthetic), na naglalaman ng mula 196 hanggang 2.92 bilyong litro ng polimer.Ipagpalagay na ang 1 m3 ng biocomposites ay sumasakop sa 1 m2 ng lupain, ang lugar na kinakailangan upang sumipsip ng target na taunang kabuuang CO2 ay nasa pagitan ng 5.5 at 8.17 milyong ektarya, na katumbas ng 0.18-0.27% ng angkop para sa buhay ng mga lupain sa tropiko, at bawasan ang lawak ng lupain.kailangan ng BECCS ng 98-99%.Dapat pansinin na ang theoretical capture ratio ay batay sa pagsipsip ng CO2 na naitala sa mababang liwanag.Sa sandaling malantad ang biocomposite sa mas matinding natural na liwanag, tataas ang rate ng pag-uptake ng CO2, higit na binabawasan ang mga kinakailangan sa lupa at higit na nababawasan ang mga kaliskis patungo sa konsepto ng biocomposite.Gayunpaman, ang pagpapatupad ay dapat na nasa ekwador para sa patuloy na intensity at tagal ng backlight.
Ang pandaigdigang epekto ng pagpapabunga ng CO2, ibig sabihin, ang pagtaas ng produktibidad ng mga halaman na dulot ng pagtaas ng pagkakaroon ng CO2, ay bumaba sa karamihan ng mga lugar sa lupa, marahil dahil sa mga pagbabago sa mga pangunahing sustansya ng lupa (N at P) at mga mapagkukunan ng tubig7.Nangangahulugan ito na ang terrestrial photosynthesis ay maaaring hindi humantong sa pagtaas ng CO2 uptake, sa kabila ng mataas na CO2 concentrations sa hangin.Sa kontekstong ito, ang mga diskarte sa pagpapagaan ng pagbabago ng klima na nakabatay sa lupa gaya ng BECCS ay mas malamang na magtagumpay.Kung ang pandaigdigang phenomenon na ito ay makumpirma, ang aming lichen-inspired na biocomposite ay maaaring maging isang mahalagang asset, na ginagawang "ground agents" ang single-celled aquatic photosynthetic microbes.Karamihan sa mga terrestrial na halaman ay nag-aayos ng CO2 sa pamamagitan ng C3 photosynthesis, habang ang mga C4 na halaman ay mas pabor sa mas mainit, mas tuyo na mga tirahan at mas mahusay sa mas mataas na CO254 na partial pressure.Nag-aalok ang Cyanobacteria ng isang alternatibo na maaaring mabawi ang mga nakababahala na hula ng pinababang pagkakalantad ng carbon dioxide sa mga halaman ng C3.Nalampasan ng cyanobacteria ang mga limitasyon ng photorespiratory sa pamamagitan ng pagbuo ng isang mahusay na mekanismo ng pagpapayaman ng carbon kung saan ang mas mataas na partial pressure ng CO2 ay ipinakita at pinapanatili ng ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCo) sa loob ng mga carboxysome sa paligid.Kung madadagdagan ang produksyon ng cyanobacterial biocomposites, ito ay maaaring maging isang mahalagang sandata para sa sangkatauhan sa paglaban sa pagbabago ng klima.
Ang mga biocomposite (lichen mimics) ay nag-aalok ng malinaw na mga pakinabang kumpara sa conventional microalgae at cyanobacteria suspension culture, na nagbibigay ng mas mataas na CO2 uptake rate, pinapaliit ang mga panganib sa polusyon, at nangangako ng mapagkumpitensyang pag-iwas sa CO2.Malaki ang pagbabawas ng mga gastos sa paggamit ng lupa, tubig at sustansya56.Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng pagiging posible ng pagbuo at paggawa ng isang high-performance na biocompatible na latex na, kapag isinama sa isang loofah sponge bilang substrate ng kandidato, ay makakapagbigay ng mahusay at epektibong CO2 uptake sa mga buwan ng operasyon habang pinapanatili ang pagkawala ng cell sa pinakamababa.Ang mga biocomposite ay maaaring theoretically makakuha ng humigit-kumulang 570 t CO2 t-1 ng biomass bawat taon at maaaring mapatunayang mas mahalaga kaysa sa mga diskarte sa pagtatanim ng gubat ng BECCS sa ating pagtugon sa pagbabago ng klima.Sa karagdagang pag-optimize ng komposisyon ng polymer, pagsubok sa mas mataas na intensity ng liwanag, at pinagsama sa detalyadong metabolic engineering, ang mga orihinal na biogeoeengineer ng kalikasan ay muling makakasagip.
Ang mga acrylic latex polymers ay inihanda gamit ang isang halo ng styrene monomer, butyl acrylate at acrylic acid, at ang pH ay nababagay sa 7 na may 0.1 M sodium hydroxide (talahanayan 2).Styrene at butyl acrylate ang bumubuo sa karamihan ng mga polymer chain, habang ang acrylic acid ay nakakatulong na panatilihing nasa suspensyon ang mga latex particle57.Ang mga katangian ng istruktura ng latex ay tinutukoy ng temperatura ng transition ng salamin (Tg), na kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng ratio ng styrene at butyl acrylate, na nagbibigay ng "matigas" at "malambot" na mga katangian, ayon sa pagkakabanggit58.Ang isang tipikal na acrylic latex polymer ay 50:50 styrene:butyl acrylate 30, kaya sa pag-aaral na ito ang latex na may ganitong ratio ay tinukoy bilang "normal" na latex, at ang latex na may mas mataas na styrene content ay tinukoy bilang isang latex na may mas mababang styrene content .tinatawag na "malambot" bilang "matigas".
Ang isang pangunahing emulsyon ay inihanda gamit ang distilled water (174 g), sodium bikarbonate (0.5 g) at Rhodapex Ab/20 surfactant (30.92 g) (Solvay) upang patatagin ang 30 monomer droplets.Gamit ang isang glass syringe (Science Glass Engineering) na may syringe pump, ang pangalawang aliquot na naglalaman ng styrene, butyl acrylate at acrylic acid na nakalista sa Talahanayan 2 ay idinagdag nang patak-patak sa rate na 100 ml h-1 sa pangunahing emulsion sa loob ng 4 na oras (Cole -Palmer, Mount Vernon, Illinois).Maghanda ng solusyon ng polymerization initiator 59 gamit ang dHO at ammonium persulfate (100 ml, 3% w/w).
Haluin ang solusyon na naglalaman ng dHO (206 g), sodium bikarbonate (1 g) at Rhodapex Ab/20 (4.42 g) gamit ang overhead stirrer (Heidolph Hei-TORQUE value 100) na may stainless steel propeller at init hanggang 82°C sa isang water jacketed vessel sa isang VWR Scientific 1137P heated water bath.Ang isang pinababang timbang na solusyon ng monomer (28.21 g) at initiator (20.60 g) ay idinagdag na dropwise sa naka-jacket na sisidlan at hinalo ng 20 minuto.Masiglang paghaluin ang natitirang monomer (150 ml h-1) at initiator (27 ml h-1) na solusyon upang panatilihing nakasuspinde ang mga particle hanggang sa maidagdag ang mga ito sa water jacket sa loob ng 5 h gamit ang 10 ml syringes at 100 ml ayon sa pagkakabanggit sa isang lalagyan. .nakumpleto sa isang syringe pump.Ang bilis ng stirrer ay nadagdagan dahil sa pagtaas ng dami ng slurry upang matiyak ang pagpapanatili ng slurry.Pagkatapos idagdag ang initiator at ang emulsion, ang temperatura ng reaksyon ay itinaas sa 85°C, hinalo ng mabuti sa 450 rpm sa loob ng 30 minuto, pagkatapos ay pinalamig sa 65°C.Pagkatapos ng paglamig, dalawang displacement solution ang idinagdag sa latex: tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) (70% sa tubig) (5 g, 14% sa timbang) at isoascorbic acid (5 g, 10% sa timbang)..Magdagdag ng t-BHP patak ng patak at mag-iwan ng 20 minuto.Pagkatapos ay idinagdag ang erythorbic acid sa bilis na 4 ml/h mula sa 10 ml syringe gamit ang syringe pump.Ang latex solution ay pinalamig sa temperatura ng silid at naayos sa pH 7 na may 0.1M sodium hydroxide.
2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (Texanol) – low toxicity biodegradable coalescent para sa latex paints 37,60 – ay idinagdag sa isang syringe at pump sa tatlong volume (0, 4, 12% v/v) bilang coalescing agent para sa latex mixture upang mapadali ang pagbuo ng pelikula sa panahon ng pagpapatuyo37.Ang porsyento ng latex solids ay tinutukoy sa pamamagitan ng paglalagay ng 100 µl ng bawat polimer sa pre-weighed aluminum foil caps at pagpapatuyo sa oven sa 100°C sa loob ng 24 na oras.
Para sa light transmission, ang bawat latex mixture ay inilapat sa isang mikroskopyo slide gamit ang isang hindi kinakalawang na asero drop cube na naka-calibrate upang makagawa ng 100 µm na mga pelikula at pinatuyo sa 20°C sa loob ng 48 oras.Ang light transmission (nakatuon sa photosynthetically active radiation, λ 400-700 nm) ay sinusukat sa isang ILT950 SpectriLight spectroradiometer na may sensor sa layo na 35 cm mula sa isang 30 W fluorescent lamp (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - kung saan ang liwanag ang pinagmulan ay cyanobacteria at mga organismo Ang mga composite na materyales ay napreserba.Ang SpectrILight III software na bersyon 3.5 ay ginamit upang maitala ang pag-iilaw at paghahatid sa saklaw ng λ 400–700 nm61.Ang lahat ng mga sample ay inilagay sa ibabaw ng sensor, at ang mga uncoated glass slide ay ginamit bilang mga kontrol.
Ang mga sample ng latex ay idinagdag sa isang silicone baking dish at pinahintulutang matuyo sa loob ng 24 na oras bago masuri para sa katigasan.Ilagay ang pinatuyong sample ng latex sa isang takip ng bakal sa ilalim ng x10 mikroskopyo.Pagkatapos mag-focus, ang mga sample ay nasuri sa isang Buehler Micromet II microhardness tester.Ang sample ay sumailalim sa puwersa ng 100 hanggang 200 gramo at ang oras ng pagkarga ay itinakda sa 7 segundo upang lumikha ng isang brilyante na dent sa sample.Ang pag-print ay nasuri gamit ang isang layunin ng mikroskopyo ng Bruker Alicona × 10 na may karagdagang software sa pagsukat ng hugis.Ang Vickers hardness formula (Equation 1) ay ginamit upang kalkulahin ang tigas ng bawat latex, kung saan ang HV ay ang numero ng Vickers, F ang inilapat na puwersa, at ang d ay ang average ng mga indent na diagonal na kinakalkula mula sa taas at lapad ng latex.halaga ng indent.Ang "malambot" na latex ay hindi masusukat dahil sa pagdirikit at kahabaan sa panahon ng indentation test.
Upang matukoy ang temperatura ng paglipat ng salamin (Tg) ng komposisyon ng latex, ang mga sample ng polimer ay inilagay sa mga silica gel dish, pinatuyo sa loob ng 24 na oras, tinitimbang sa 0.005 g, at inilagay sa mga sample na pinggan.Ang ulam ay nilagyan ng takip at inilagay sa isang differential scanning colorimeter (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris data analysis software)62.Ang paraan ng daloy ng init ay ginagamit upang ilagay ang mga reference cup at sample cup sa parehong oven na may built-in na probe ng temperatura upang sukatin ang temperatura.Isang kabuuan ng dalawang rampa ang ginamit upang lumikha ng pare-parehong kurba.Ang sample na paraan ay paulit-ulit na itinaas mula -20°C hanggang 180°C sa bilis na 20°C kada minuto.Ang bawat pagsisimula at pagtatapos ay iniimbak ng 1 minuto upang isaalang-alang ang lag ng temperatura.
Upang suriin ang kakayahan ng biocomposite na sumipsip ng CO2, ang mga sample ay inihanda at nasubok sa parehong paraan tulad ng sa aming nakaraang pag-aaral31.Ang tuyo at na-autoclaved na washcloth ay pinutol sa mga piraso na humigit-kumulang 1×1×5 cm at tinimbang.Maglagay ng 600 µl ng dalawang pinakaepektibong biocoating ng bawat cyanobacteria strain sa isang dulo ng bawat loofah strip, na sumasaklaw sa humigit-kumulang 1 × 1 × 3 cm, at tuyo sa dilim sa 20°C sa loob ng 24 na oras.Dahil sa macroporous na istraktura ng loofah, ang ilan sa mga formula ay nasayang, kaya ang kahusayan sa paglo-load ng cell ay hindi 100%.Upang malampasan ang problemang ito, ang bigat ng tuyong paghahanda sa loofah ay natukoy at na-normalize sa sanggunian na tuyong paghahanda.Ang mga kontrol na abiotic na binubuo ng loofah, latex, at sterile nutrient medium ay inihanda sa katulad na paraan.
Upang magsagawa ng half-batch CO2 uptake test, ilagay ang biocomposite (n = 3) sa isang 50 ml glass tube upang ang isang dulo ng biocomposite (walang biocoating) ay madikit sa 5 ml ng growth medium, na nagpapahintulot sa nutrient na ay dinadala sa pamamagitan ng pagkilos ng maliliit na ugat..Ang bote ay tinatakan ng butyl rubber cork na may diameter na 20 mm at crimped na may silvery aluminum cap.Kapag nabuklod, mag-iniksyon ng 45 ml ng 5% CO2/hangin na may sterile na karayom na nakakabit sa isang gas-tight syringe.Ang cell density ng control suspension (n = 3) ay katumbas ng cell load ng biocomposite sa nutrient medium.Ang mga pagsusuri ay isinagawa sa 18 ± 2 °C na may photoperiod na 16:8 at isang photoperiod na 30.5 µmol m-2 s-1.Ang puwang sa ulo ay tinanggal bawat dalawang araw gamit ang isang gas-tight syringe at sinusuri gamit ang isang CO2 meter na may infrared na pagsipsip na GEOTech G100 upang matukoy ang porsyento ng CO2 na nasipsip.Magdagdag ng pantay na dami ng CO2 gas mixture.
Ang % CO2 Fix ay kinakalkula tulad ng sumusunod: % CO2 Fix = 5% (v/v) – isulat ang %CO2 (equation 2) kung saan P = pressure, V = volume, T = temperature, at R = ideal gas constant.
Ang mga naiulat na rate ng pag-uptake ng CO2 para sa mga control suspension ng cyanobacteria at biocomposites ay na-normalize sa mga non-biological na kontrol.Ang functional unit ng g biomass ay ang dami ng dry biomass na na-immobilize sa washcloth.Natutukoy ito sa pamamagitan ng pagtimbang ng mga sample ng loofah bago at pagkatapos ng pag-aayos ng cell.Accounting para sa cell load mass (biomass equivalent) sa pamamagitan ng indibidwal na pagtimbang ng mga paghahanda bago at pagkatapos ng pagpapatuyo at sa pamamagitan ng pagkalkula ng density ng paghahanda ng cell (equation 3).Ang mga paghahanda ng cell ay ipinapalagay na homogenous sa panahon ng pag-aayos.
Ang Minitab 18 at Microsoft Excel na may RealStatistics add-in ay ginamit para sa statistical analysis.Ang normalidad ay nasubok gamit ang Anderson-Darling test, at ang pagkakapantay-pantay ng mga pagkakaiba ay nasubok gamit ang Levene test.Ang mga datos na nakakatugon sa mga pagpapalagay na ito ay nasuri gamit ang two-way analysis of variance (ANOVA) kasama ang Tukey's test bilang post hoc analysis.Ang two-way na data na hindi nakakatugon sa mga pagpapalagay ng normalidad at pantay na pagkakaiba ay nasuri gamit ang Shirer-Ray-Hara test at pagkatapos ay ang Mann-Whitney U-test upang matukoy ang kahalagahan sa pagitan ng mga paggamot.Ginamit ang mga generalized linear mixed (GLM) na modelo para sa hindi normal na data na may tatlong salik, kung saan binago ang data gamit ang Johnson transform63.Ang mga sandali na ugnayan ng mga produkto ng Pearson ay isinagawa upang suriin ang kaugnayan sa pagitan ng konsentrasyon ng Texanol, temperatura ng paglipat ng salamin, at latex toxicity at data ng pagdirikit.
Oras ng post: Ene-05-2023