Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS.Aby uzyskać najlepszą jakość, zalecamy użycie zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer).Dodatkowo, aby zapewnić bieżące wsparcie, pokazujemy witrynę bez stylów i JavaScript.
Wyświetla karuzelę z trzema slajdami jednocześnie.Użyj przycisków Poprzedni i Następny, aby przejść przez trzy slajdy jednocześnie, lub użyj przycisków suwaka na końcu, aby przejść przez trzy slajdy jednocześnie.
Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla jest niezbędne do osiągnięcia celów Porozumienia paryskiego.Fotosynteza to naturalna technologia wychwytywania węgla.Czerpiąc inspirację z porostów, opracowaliśmy trójwymiarowy biokompozyt fotosyntetyczny z cyjanobakteriami (tj. naśladujący porosty) przy użyciu akrylowego polimeru lateksowego nałożonego na gąbkę luffa.Szybkość pobierania CO2 przez biokompozyt wynosiła 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomasy d-1.Stopień absorpcji opiera się na suchej biomasie na początku eksperymentu i obejmuje CO2 zużyty do uprawy nowej biomasy, a także CO2 zawarty w związkach magazynujących, takich jak węglowodany.Te wskaźniki absorpcji były 14–20 razy wyższe niż środki kontroli gnojowicy i można je potencjalnie zwiększyć do wychwytywania 570 t CO2 t-1 biomasy rocznie-1, co odpowiada 5,5–8,17 × 106 hektarów użytkowania gruntów, usuwając 8–12 GtCO2 CO2 rocznie.Natomiast bioenergia leśna z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla wynosi 0,4–1,2 × 109 ha.Biokompozyt pozostawał funkcjonalny przez 12 tygodni bez dodatkowych składników odżywczych i wody, po czym eksperyment zakończono.W ramach wieloaspektowego podejścia technologicznego ludzkości do walki ze zmianami klimatycznymi zaprojektowane i zoptymalizowane biokompozyty sinicowe mają potencjał do zrównoważonego i skalowalnego wdrożenia w celu zwiększenia usuwania CO2 przy jednoczesnym zmniejszeniu strat wody, składników odżywczych i użytkowania gruntów.
Zmiana klimatu stanowi realne zagrożenie dla globalnej różnorodności biologicznej, stabilności ekosystemów i ludzi.Aby złagodzić jego najgorsze skutki, potrzebne są skoordynowane programy odwęglania zakrojone na szeroką skalę i oczywiście pewna forma bezpośredniego usuwania gazów cieplarnianych z atmosfery.Pomimo pozytywnej dekarbonizacji wytwarzania energii elektrycznej2,3, obecnie nie ma zrównoważonych ekonomicznie rozwiązań technologicznych pozwalających na redukcję atmosferycznego dwutlenku węgla (CO2)4, chociaż postępuje wychwytywanie gazów spalinowych5.Zamiast skalowalnych i praktycznych rozwiązań inżynieryjnych ludzie powinni zwrócić się do naturalnych inżynierów w sprawie wychwytywania dwutlenku węgla – organizmów fotosyntetycznych (organizmów fototroficznych).Fotosynteza jest naturalną technologią sekwestracji węgla, ale jej zdolność do odwracania antropogenicznego wzbogacania węgla w znaczących skalach czasowych jest wątpliwa, enzymy są nieefektywne, a jej zdolność do zastosowania w odpowiednich skalach jest wątpliwa.Potencjalną drogą do fototrofii jest zalesianie, które polega na wycinaniu drzew w celu wykorzystania bioenergii z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (BECCS) jako technologią ujemną emisję, która może pomóc w zmniejszeniu emisji netto CO21.Jednakże, aby osiągnąć docelowy poziom temperatury 1,5°C określony w Porozumieniu paryskim, stosując BECCS jako główną metodę, potrzeba 0,4 do 1,2 × 109 ha, co odpowiada 25–75% obecnych światowych gruntów ornych6.Ponadto niepewność związana z globalnymi skutkami nawożenia CO2 stawia pod znakiem zapytania potencjalną ogólną efektywność plantacji leśnych7.Jeśli mamy osiągnąć cele temperaturowe określone w Porozumieniu paryskim, każdego roku należy usunąć z atmosfery 100 sekund GtCO2 gazów cieplarnianych (GGR).Brytyjski Departament Badań i Innowacji ogłosił niedawno finansowanie pięciu projektów GGR8, obejmujących zarządzanie torfowiskami, ulepszone wietrzenie skał, sadzenie drzew, biowęgiel i uprawy wieloletnie na potrzeby procesu BECCS.Koszty usunięcia z atmosfery ponad 130 MtCO2 rocznie wynoszą 10-100 USD/tCO2, 0,2-8,1 MtCO2 rocznie w przypadku renaturyzacji torfowisk, 52-480 USD/tCO2 i 12-27 MtCO2 rocznie w przypadku wietrzenia skał , 0,4-30 USD/rok.tCO2, 3,6 MtCO2/rok, 1% wzrost powierzchni lasów, 0,4-30 USD/tCO2, 6-41 MtCO2/rok, biowęgiel, 140-270 USD/tCO2, 20 –70 Mt CO2 rocznie w przypadku upraw trwałych z wykorzystaniem BECCS9.
Połączenie tych podejść mogłoby potencjalnie osiągnąć cel 130 Mt CO2 rocznie, ale koszty wietrzenia skał i BECCS są wysokie, a biowęgiel, choć stosunkowo tani i niezwiązany z użytkowaniem gruntów, wymaga surowca w procesie produkcji biowęgla.oferuje ten rozwój i liczbę do wdrażania innych technologii GGR.
Zamiast szukać rozwiązań na lądzie, szukaj wody, zwłaszcza jednokomórkowych fototrofów, takich jak mikroalgi i sinice10.Glony (w tym sinice) wychwytują około 50% światowego dwutlenku węgla, choć stanowią jedynie 1% światowej biomasy11.Sinice są pierwotnymi biogeoinżynierami natury, kładącymi podwaliny pod metabolizm oddechowy i ewolucję życia wielokomórkowego poprzez fotosyntezę tlenową12.Pomysł wykorzystania cyjanobakterii do wychwytywania węgla nie jest nowy, ale innowacyjne metody fizycznego umieszczania otwierają nowe horyzonty dla tych starożytnych organizmów.
Otwarte stawy i fotobioreaktory to domyślne aktywa w przypadku wykorzystania mikroalg i cyjanobakterii do celów przemysłowych.Te systemy hodowli wykorzystują hodowlę zawiesinową, w której komórki swobodnie unoszą się w pożywce wzrostowej14;jednakże stawy i fotobioreaktory mają wiele wad, takich jak słaby transfer masy CO2, intensywne użytkowanie gruntów i wody, podatność na biofouling oraz wysokie koszty budowy i eksploatacji15,16.Bioreaktory z biofilmem, w których nie stosuje się kultur zawiesinowych, są bardziej ekonomiczne pod względem wody i przestrzeni, ale są narażone na ryzyko uszkodzeń spowodowanych wysychaniem, podatne na odrywanie się biofilmu (a tym samym utratę aktywnej biomasy) i są równie podatne na biofouling17.
Potrzebne są nowe podejścia, aby zwiększyć tempo absorpcji CO2 i rozwiązać problemy ograniczające reaktory szlamowe i biofilmowe.Jednym z takich podejść są biokompozyty fotosyntetyczne inspirowane porostami.Porosty to zespół grzybów i fotobiontów (mikroalg i/lub cyjanobakterii), który zajmuje około 12% powierzchni lądowej Ziemi18.Grzyby zapewniają fizyczne wsparcie, ochronę i zakotwiczenie substratu fotobiotycznego, który z kolei dostarcza grzybom węgiel (w postaci nadmiarowych produktów fotosyntezy).Proponowany biokompozyt to „mimetyk porostów”, w którym skoncentrowana populacja cyjanobakterii jest immobilizowana w postaci cienkiej biopowłoki na podłożu nośnym.Oprócz komórek biopowłoka zawiera matrycę polimerową, która może zastąpić grzyba.Preferowane są wodne emulsje polimerowe lub „lateksy”, ponieważ są biokompatybilne, trwałe, niedrogie, łatwe w obsłudze i dostępne w handlu19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Na utrwalenie komórek polimerami lateksowymi duży wpływ ma skład lateksu i proces tworzenia folii.Polimeryzacja emulsyjna jest heterogenicznym procesem stosowanym do produkcji kauczuku syntetycznego, powłok klejących, uszczelniaczy, dodatków do betonu, powłok papierowych i tekstylnych oraz farb lateksowych27.Ma wiele zalet w porównaniu z innymi metodami polimeryzacji, takich jak duża szybkość reakcji i wydajność konwersji monomerów, a także łatwość kontroli produktu27,28.Wybór monomerów zależy od pożądanych właściwości powstałej folii polimerowej, a w przypadku mieszanych układów monomerów (tj. kopolimeryzacji) właściwości polimeru można zmieniać dobierając różne proporcje monomerów tworzących powstały materiał polimerowy.Akrylan butylu i styren należą do najpowszechniejszych monomerów lateksu akrylowego i są tutaj stosowane.Ponadto często stosuje się środki koalescencyjne (np. Texanol) w celu ułatwienia tworzenia jednolitej powłoki, gdzie mogą zmieniać właściwości lateksu polimerowego, tworząc mocną i „ciągłą” (koalescencyjną) powłokę.W naszym wstępnym badaniu weryfikującym koncepcję wytworzono biokompozyt 3D o dużej powierzchni i wysokiej porowatości przy użyciu dostępnej w handlu farby lateksowej nałożonej na gąbkę luffa.Po długich i ciągłych manipulacjach (osiem tygodni) biokompozyt wykazał ograniczoną zdolność do zatrzymywania sinic na rusztowaniu luffa, ponieważ wzrost komórek osłabił integralność strukturalną lateksu.W bieżącym badaniu naszym celem było opracowanie serii polimerów lateksu akrylowego o znanym składzie chemicznym do ciągłego stosowania w zastosowaniach wychwytywania dwutlenku węgla bez utraty degradacji polimeru.W ten sposób wykazaliśmy możliwość tworzenia elementów matrycy polimerowej przypominających porosty, które zapewniają lepszą wydajność biologiczną i znacznie zwiększoną elastyczność mechaniczną w porównaniu ze sprawdzonymi biokompozytami.Dalsza optymalizacja przyspieszy wykorzystanie biokompozytów do wychwytywania dwutlenku węgla, zwłaszcza w połączeniu z cyjanobakteriami zmodyfikowanymi metabolicznie w celu zwiększenia sekwestracji CO2.
Dziewięć lateksów z trzema formułami polimerowymi (H = „twardy”, N = „normalny”, S = „miękki”) i trzema rodzajami Texanolu (0, 4, 12% v/v) zbadano pod kątem toksyczności i korelacji odkształceń.Spoiwo.z dwóch cyjanobakterii.Rodzaj lateksu znacząco wpływał na S. elongatus PCC 7942 (test Shirera-Ray-Hare'a, lateks: DF=2, H=23,157, P=<0,001) i CCAP 1479/1A (dwuczynnikowa ANOVA, lateks: DF=2, F = 103,93, P = < 0,001) (ryc. 1a).Stężenie teksanolu nie wpłynęło znacząco na wzrost S. elongatus PCC 7942, jedynie N-lateks był nietoksyczny (ryc. 1a), a 0 N i 4 N utrzymały wzrost odpowiednio 26% i 35% (Mann- Whitney U, 0 N vs. 4 N: W = 13,50, P = 0,245, 0 N w porównaniu z kontrolą: W = 25,0, P = 0,061, 4 N w porównaniu z kontrolą: W = 25,0, P = 0,061) i 12 N utrzymały wzrost porównywalny do kontroli biologicznej (Uniwersytet Mann-Whitney, 12 N vs. kontrola: W = 17,0, P = 0,885).W przypadku S. elongatus CCAP 1479/1A ważnymi czynnikami były zarówno mieszanina lateksu, jak i stężenie teksanolu, przy czym zaobserwowano istotną interakcję między nimi (dwuczynnikowa ANOVA, lateks: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Texanol : DF=2, F=5,96, P=0,01, Lateks*Texanol: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N i wszystkie „miękkie” lateksy sprzyjały wzrostowi (ryc. 1a).Istnieje tendencja do poprawy wzrostu wraz ze zmniejszaniem się składu styrenu.
Badanie toksyczności i adhezji cyjanobakterii (Synechococcus elongatus PCC 7942 i CCAP 1479/1A) do preparatów lateksowych, związek z temperaturą zeszklenia (Tg) i matrycą decyzyjną opartą na danych dotyczących toksyczności i przyczepności.(a) Badanie toksyczności przeprowadzono przy użyciu oddzielnych wykresów procentowego wzrostu cyjanobakterii znormalizowanych w celu kontroli kultur zawiesinowych.Zabiegi oznaczone * znacząco różnią się od kontroli.( b ) Dane dotyczące wzrostu sinic w porównaniu z lateksem Tg (średnia ± SD; n = 3).(c) Skumulowana liczba sinic uwolnionych w wyniku testu przyczepności biokompozytu.(d) Dane dotyczące przyczepności w funkcji Tg lateksu (średnia ± StDev; n = 3).e Matryca decyzyjna oparta na danych dotyczących toksyczności i przyczepności.Stosunek styrenu do akrylanu butylu wynosi 1:3 dla lateksu „twardego” (H), 1:1 dla „normalnego” (N) i 3:1 dla „miękkiego” (S).Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.
W większości przypadków żywotność komórek spadała wraz ze wzrostem stężenia teksanolu, jednak nie stwierdzono istotnej korelacji dla żadnego ze szczepów (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).Na ryc.1b pokazuje związek między wzrostem komórek a temperaturą zeszklenia (Tg).Istnieje silna ujemna korelacja pomiędzy stężeniem teksanolu a wartościami Tg (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).Dane wykazały, że optymalna Tg dla wzrostu S. elongatus PCC 7942 wynosiła około 17 °C (ryc. 1b), podczas gdy dla S. elongatus CCAP 1479/1A preferowana była Tg poniżej 0 °C (ryc. 1b).Tylko S. elongatus CCAP 1479/1A wykazywał silną ujemną korelację pomiędzy Tg a danymi dotyczącymi toksyczności (DF=25, r=-0,857, P=<0,001).
Wszystkie lateksy charakteryzowały się dobrym powinowactwem adhezyjnym i żaden z nich nie uwolnił więcej niż 1% komórek po 72 godzinach (ryc. 1c).Nie stwierdzono istotnej różnicy pomiędzy lateksami dwóch szczepów S. elongatus (PCC 7942: test Scheirera-Ray-Hara, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- próba promieniowa).– test Hare’a, lateks*teksanol, DF=4, H=3,277, P=0,513).Wraz ze wzrostem stężenia Texanolu uwalnianych jest więcej komórek (ryc. 1c).w porównaniu z S. elongatus PCC 7942 (DF = 25, r = -0, 660, P = <0, 001) (ryc. 1d).Ponadto nie było statystycznego związku między Tg a adhezją komórek dwóch szczepów (PCC 7942: DF=25, r=0,301, P=0,127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0,287, P=0,147).
W przypadku obu szczepów „twarde” polimery lateksowe okazały się nieskuteczne.Natomiast 4N i 12N radziły sobie najlepiej w porównaniu z S. elongatus PCC 7942, podczas gdy 4S i 12S radziły sobie najlepiej w porównaniu z CCAP 1479/1A (ryc. 1e), chociaż wyraźnie jest miejsce na dalszą optymalizację matrycy polimerowej.Polimery te zastosowano w półpartyjnych badaniach absorpcji CO2 netto.
Fotofizjologię monitorowano przez 7 dni, stosując komórki zawieszone w wodnej kompozycji lateksowej.Ogólnie rzecz biorąc, zarówno pozorna szybkość fotosyntezy (PS), jak i maksymalna wydajność kwantowa PSII (Fv/Fm) zmniejszają się z czasem, ale spadek ten jest nierównomierny, a niektóre zbiory danych PS wykazują odpowiedź dwufazową, co sugeruje częściową odpowiedź, chociaż odzysk w czasie rzeczywistym krótsza aktywność PS (ryc. 2a i 3b).Dwufazowa odpowiedź Fv/Fm była mniej wyraźna (ryc. 2b i 3b).
(a) Pozorna szybkość fotosyntezy (PS) i (b) maksymalna wydajność kwantowa PSII (Fv/Fm) Synechococcus elongatus PCC 7942 w odpowiedzi na preparaty lateksowe w porównaniu z kontrolnymi kulturami zawiesinowymi.Stosunek styrenu do akrylanu butylu wynosi 1:3 dla lateksu „twardego” (H), 1:1 dla „normalnego” (N) i 3:1 dla „miękkiego” (S).Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.(średnia ± odchylenie standardowe; n = 3).
(a) Pozorna szybkość fotosyntezy (PS) i (b) maksymalna wydajność kwantowa PSII (Fv/Fm) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A w odpowiedzi na preparaty lateksowe w porównaniu z kontrolnymi kulturami zawiesinowymi.Stosunek styrenu do akrylanu butylu wynosi 1:3 dla lateksu „twardego” (H), 1:1 dla „normalnego” (N) i 3:1 dla „miękkiego” (S).Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.(średnia ± odchylenie standardowe; n = 3).
W przypadku S. elongatus PCC 7942 skład lateksu i stężenie Texanolu nie wpływały na PS w czasie (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), chociaż skład był ważnym czynnikiem (GLM)., lateks*czas, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (ryc. 2a).Nie stwierdzono istotnego wpływu stężenia Texanolu w czasie (GLM, Texanol*czas, DF=14, F=1,63, P=0,078).Wystąpiła znacząca interakcja wpływająca na Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4,54, P=<0,001).Interakcja pomiędzy formułą lateksu a stężeniem Texanolu miała istotny wpływ na Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180,42, P=<0,001).Każdy parametr wpływa również na Fv/Fm w czasie (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9,91, P=<0,001 i Texanol*Time, DF=14, F=10,71, P=< 0,001).Lateks 12H zachował najniższe średnie wartości PS i Fv/Fm (rys. 2b), co wskazuje, że polimer ten jest bardziej toksyczny.
PS S. elongatus CCAP 1479/1A był znacząco różny (GLM, lateks * Texanol * czas, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), raczej składem lateksu niż stężeniem Texanolu (GLM, Latex*czas, DF =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Texanol*czas, DF=14, F=1,26, P=0,239).„Miękkie” polimery 0S i 4S zachowały nieco wyższy poziom wydajności PS niż zawiesiny kontrolne (Mann-Whitney U, 0S w porównaniu z kontrolami, W = 686,0, P = 0,044, 4S w porównaniu z kontrolami, W = 713, P = 0,01) i utrzymały ulepszone Fv./Fm (ryc. 3a) przedstawia bardziej efektywny transport do Photosystemu II.W przypadku wartości Fv/Fm ogniw CCAP 1479/1A występowała znacząca różnica w lateksie w czasie (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6,00, P=<0,001) (Rysunek 3b).).
Na ryc.4 przedstawia średnie PS i Fv/Fm w okresie 7 dni jako funkcję wzrostu komórek dla każdego szczepu.S. elongatus PCC 7942 nie miał wyraźnego wzoru (ryc. 4a i b), jednakże CCAP 1479/1A wykazał paraboliczną zależność pomiędzy wartościami PS (ryc. 4c) i Fv/Fm (ryc. 4d) jako proporcje styrenu i akrylanu butylu rosną wraz ze zmianą.
Związek wzrostu i fotofizjologii Synechococcus longum na preparatach lateksowych.(a) Dane dotyczące toksyczności wykreślone w funkcji pozornej szybkości fotosyntezy (PS), (b) maksymalna wydajność kwantowa PSII (Fv/Fm) PCC 7942. c Dane toksyczności wykreślone w funkcji PS i d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Stosunek styrenu do akrylanu butylu wynosi 1:3 dla lateksu „twardego” (H), 1:1 dla „normalnego” (N) i 3:1 dla „miękkiego” (S).Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.(średnia ± odchylenie standardowe; n = 3).
Biokompozyt PCC 7942 miał ograniczony wpływ na retencję komórek ze znacznym wymywaniem komórek w ciągu pierwszych czterech tygodni (ryc. 5).Po początkowej fazie wchłaniania CO2 komórki utrwalone 12 N lateksem zaczęły uwalniać CO2 i ten wzorzec utrzymywał się między 4. a 14. dniem (ryc. 5b).Dane te są zgodne z obserwacjami przebarwień pigmentu.Pobieranie netto CO2 rozpoczęło się ponownie od 18 dnia. Pomimo uwolnienia komórek (ryc. 5a), biokompozyt PCC 7942 12 N w ciągu 28 dni nadal akumulował więcej CO2 niż zawiesina kontrolna, choć nieznacznie (test U Manna-Whitneya, W = 2275,5; P = 0,066).Szybkość absorpcji CO2 przez lateks 12 N i 4 N wynosi 0,51 ± 0,34 i 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1 biomasy d-1.Występowała statystycznie istotna różnica pomiędzy poziomem leczenia a czasem (test Chairera-Raya-Hare'a, leczenie: DF=2, H=70,62, P=<0,001 czas: DF=13, H=23,63, P=0,034), ale nie było.stwierdzono istotną zależność pomiędzy leczeniem a czasem (test Chairera-Ray-Hara, czas*traktowanie: DF=26, H=8,70, P=0,999).
Półpartyjne badania absorpcji CO2 na biokompozytach Synechococcus elongatus PCC 7942 z użyciem lateksu 4N i 12N.( a ) Obrazy pokazują uwalnianie komórek i odbarwienie pigmentu, a także obrazy SEM biokompozytu przed i po badaniu.Białe przerywane linie wskazują miejsca osadzania się komórek na biokompozycie.b) Skumulowany pobór CO2 netto w okresie czterech tygodni.Lateks „normalny” (N) ma stosunek styrenu do akrylanu butylu wynoszący 1:1.Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.(średnia ± odchylenie standardowe; n = 3).
Retencja komórek uległa znacznej poprawie w przypadku szczepu CCAP 1479/1A z 4S i 12S, chociaż pigment powoli zmieniał kolor w miarę upływu czasu (ryc. 6a).Biokompozyt CCAP 1479/1A pochłania CO2 przez pełne 84 dni (12 tygodni) bez stosowania dodatkowych suplementów diety.Analiza SEM (ryc. 6a) potwierdziła wizualną obserwację odwarstwienia małych komórek.Początkowo komórki zamknięto w powłoce lateksowej, która zachowała swoją integralność pomimo wzrostu komórek.Szybkość wchłaniania CO2 była znacząco wyższa niż w grupie kontrolnej (test Scheirera-Ray-Hara, leczenie: DF=2; H=240,59; P=<0,001, czas: DF=42; H=112; P=<0,001) ( Ryc. 6b).Największy pobór CO2 osiągał biokompozyt 12S (1,57 ± 0,08 g biomasy CO2 g-1 dziennie), natomiast lateks 4S 1,13 ± 0,41 g biomasy CO2 g-1 dziennie, ale nie różniły się one istotnie (Mann-Whitney U. , test, W = 1507,50; P = 0,07) i brak istotnej interakcji pomiędzy leczeniem a czasem (test Shirera-Rey-Hary, czas * leczenie: DF = 82; H = 10,37; P = 1,000).
Badanie absorpcji CO2 w połowie partii przy użyciu biokompozytów Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A z lateksem 4N i 12N.( a ) Obrazy pokazują uwalnianie komórek i odbarwienie pigmentu, a także obrazy SEM biokompozytu przed i po badaniu.Białe przerywane linie wskazują miejsca osadzania się komórek na biokompozycie.b) Skumulowany pobór CO2 netto w okresie dwunastu tygodni.Lateks „miękki” (S) ma stosunek styrenu do akrylanu butylu wynoszący 1:1.Poprzednie cyfry w kodzie lateksu odpowiadają zawartości Texanolu.(średnia ± odchylenie standardowe; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (test Shirera-Ray-Hara, czas*traktowania: DF=4, H=3,243, P=0,518) lub biokompozyt S. elongatus CCAP 1479/1A (dwa-ANOVA, czas*traktowania: DF=8 , F = 1,79, P = 0,119) (ryc. S4).Biokompozyt PCC 7942 miał najwyższą zawartość węglowodanów w 2. tygodniu (4 N = 59,4 ± 22,5% wag., 12 N = 67,9 ± 3,3% wag.), podczas gdy zawiesina kontrolna miała najwyższą zawartość węglowodanów w 4. tygodniu (kontrola = 59,6 ± 2,84% w W).Całkowita zawartość węglowodanów w biokompozytie CCAP 1479/1A była porównywalna z zawiesiną kontrolną, z wyjątkiem początku badania, z pewnymi zmianami w lateksie 12S w 4. tygodniu. Najwyższe wartości dla biokompozytu wyniosły 51,9 ± 9,6% wag. dla 4S i 77,1 ± 17,0% wag. dla 12S.
Postanowiliśmy zademonstrować możliwości projektowania zwiększania integralności strukturalnej cienkowarstwowych powłok polimerowych z lateksu jako ważnego elementu koncepcji biokompozytu naśladującego porosty, bez poświęcania biokompatybilności i wydajności.Rzeczywiście, jeśli pokonane zostaną wyzwania strukturalne związane ze wzrostem komórek, spodziewamy się znacznej poprawy wydajności w porównaniu z naszymi eksperymentalnymi biokompozytami, które są już porównywalne z innymi systemami wychwytywania dwutlenku węgla przez sinice i mikroalgi.
Powłoki muszą być nietoksyczne, trwałe, zapewniać długoterminową przyczepność komórek i muszą być porowate, aby sprzyjać efektywnemu przenoszeniu masy CO2 i odgazowywaniu O2.Polimery akrylowe typu lateksowego są łatwe w przygotowaniu i szeroko stosowane w przemyśle farbiarskim, tekstylnym i klejącym30.Połączyliśmy cyjanobakterie z wodną emulsją polimeru lateksu akrylowego, polimeryzowaną o określonym stosunku cząstek styrenu/akrylanu butylu i różnych stężeniach Texanolu.Styren i akrylan butylu wybrano tak, aby móc kontrolować właściwości fizyczne, zwłaszcza elastyczność i skuteczność koalescencji powłoki (krytyczne dla mocnej i wysoce przyczepnej powłoki), umożliwiając syntezę „twardych” i „miękkich” agregatów cząstek.Dane dotyczące toksyczności sugerują, że „twardy” lateks o dużej zawartości styrenu nie sprzyja przeżywaniu sinic.W przeciwieństwie do akrylanu butylu, styren jest uważany za toksyczny dla alg32,33.Szczepy sinic reagowały zupełnie inaczej na lateks i wyznaczono optymalną temperaturę zeszklenia (Tg) dla S. elongatus PCC 7942, natomiast dla S. elongatus CCAP 1479/1A wykazano ujemną liniową zależność z Tg.
Temperatura suszenia wpływa na zdolność do tworzenia ciągłej, jednolitej folii lateksowej.Jeśli temperatura suszenia jest niższa od minimalnej temperatury tworzenia filmu (MFFT), cząstki lateksu polimerowego nie ulegną całkowitej koalescencji, co spowoduje adhezję tylko na styku cząstek.Powstałe folie mają słabą przyczepność i wytrzymałość mechaniczną i mogą nawet występować w postaci proszku29.MFFT jest blisko spokrewnione z Tg, którą można kontrolować składem monomerów i dodatkiem środków koalescencyjnych, takich jak Texanol.Tg określa wiele właściwości fizycznych powstałej powłoki, która może mieć stan gumowaty lub szklisty34.Zgodnie z równaniem Flory’ego-Foxa35, Tg zależy od rodzaju monomeru i względnego składu procentowego.Dodatek środka koalescencyjnego może obniżyć MFFT poprzez okresowe tłumienie Tg cząstek lateksu, co umożliwia tworzenie filmu w niższych temperaturach, ale nadal tworzy twardą i mocną powłokę, ponieważ koalescencja powoli odparowuje z czasem lub została wyekstrahowana 36 .
Zwiększanie stężenia Texanolu sprzyja tworzeniu się filmu poprzez zmiękczanie cząstek polimeru (zmniejszanie Tg) w wyniku absorpcji przez cząstki podczas suszenia, zwiększając w ten sposób wytrzymałość spoistej błony i przyczepność komórek.Ponieważ biokompozyt suszy się w temperaturze otoczenia (~18–20°C), Tg (30–55°C) „twardego” lateksu jest wyższa niż temperatura suszenia, co oznacza, że koalescencja cząstek może nie być optymalna, co skutkuje Folie B, które pozostają szkliste, słabe właściwości mechaniczne i adhezyjne, ograniczona elastyczność i dyfuzyjność30 ostatecznie prowadzą do większej utraty komórek.Tworzenie się filmu z „normalnych” i „miękkich” polimerów następuje na poziomie Tg lub poniżej Tg filmu polimerowego, a tworzenie filmu jest poprawione poprzez ulepszoną koalescencję, w wyniku czego powstają ciągłe filmy polimerowe o ulepszonych właściwościach mechanicznych, kohezyjnych i adhezyjnych.Powstała folia pozostanie gumowata podczas eksperymentów wychwytywania CO2 ze względu na jej Tg bliską („normalna” mieszanka: 12 do 20°C) lub znacznie niższą („miękka” mieszanka: -21 do -13°C) do temperatury otoczenia 30 .Lateks „twardy” (3,4 do 2,9 kgf mm–1) jest trzy razy twardszy niż lateks „normalny” (1,0 do 0,9 kgf mm–1).Twardości „miękkich” lateksów nie można zmierzyć mikrotwardością ze względu na ich nadmierną gumowatość i lepkość w temperaturze pokojowej.Ładunek powierzchniowy może również wpływać na powinowactwo adhezji, ale potrzeba więcej danych, aby dostarczyć znaczących informacji.Jednakże wszystkie lateksy skutecznie zatrzymywały komórki, uwalniając mniej niż 1%.
Z czasem wydajność fotosyntezy maleje.Narażenie na działanie polistyrenu prowadzi do uszkodzenia błony komórkowej i stresu oksydacyjnego38,39,40,41.Wartości Fv/Fm S. elongatus CCAP 1479/1A wystawionej na działanie 0S i 4S były prawie dwukrotnie wyższe w porównaniu z kontrolą zawiesiny, co dobrze zgadza się z szybkością absorpcji CO2 biokompozytu 4S, a także z niższe średnie wartości PS.wartości.Wyższe wartości Fv/Fm wskazują, że transport elektronów do PSII może dostarczyć więcej fotonów42, co może skutkować większymi szybkościami wiązania CO2.Należy jednak zauważyć, że dane fotofizjologiczne uzyskano z komórek zawieszonych w wodnych roztworach lateksu i niekoniecznie mogą być bezpośrednio porównywalne z dojrzałymi biokompozytami.
Jeśli lateks tworzy barierę dla wymiany światła i/lub gazu, powodując ograniczenie światła i CO2, może powodować stres komórkowy i zmniejszać wydajność, a jeśli wpływa na uwalnianie O2, fotooddychanie39.Oceniono przepuszczalność światła utwardzonych powłok: „twardy” lateks wykazywał nieznaczny spadek przepuszczalności światła w zakresie od 440 do 480 nm (poprawiony częściowo poprzez zwiększenie stężenia Texanolu w wyniku poprawy koalescencji filmu), natomiast „miękki” i „regularny” ”lateks wykazał nieznaczny spadek przepuszczalności światła.nie wykazuje zauważalnych strat.Testy, jak również wszystkie inkubacje przeprowadzono przy niskim natężeniu światła (30,5 µmol m-2 s-1), więc wszelkie fotosyntetycznie aktywne promieniowanie wytwarzane przez matrycę polimerową zostanie skompensowane i może nawet być przydatne w zapobieganiu fotoinhibicji.przy szkodliwym natężeniu światła.
Biokompozyt CCAP 1479/1A funkcjonował przez 84 dni badań bez obrotu składnikami pokarmowymi i znaczącej utraty biomasy, co jest kluczowym celem badań.Depigmentacja komórek może być powiązana z procesem chlorozy w odpowiedzi na niedobór azotu w celu osiągnięcia długotrwałego przeżycia (stan spoczynku), co może pomóc komórkom w wznowieniu wzrostu po osiągnięciu wystarczającej akumulacji azotu.Obrazy SEM potwierdziły, że komórki pozostały wewnątrz powłoki pomimo podziału komórek, wykazując elastyczność „miękkiego” lateksu i tym samym wykazując wyraźną przewagę nad wersją eksperymentalną.„Miękki” lateks zawiera około 70% akrylanu butylu (wagowo), czyli znacznie więcej niż podane stężenie dla elastycznej powłoki po wyschnięciu44.
Pobór netto CO2 był istotnie wyższy niż w przypadku zawiesiny kontrolnej (odpowiednio 14–20 i 3–8 razy wyższy dla S. elongatus CCAP 1479/1A i PCC 7942).Wcześniej używaliśmy modelu transferu masy CO2, aby wykazać, że głównym czynnikiem powodującym wysoki pobór CO2 jest ostry gradient stężenia CO2 na powierzchni biokompozytu31 oraz że wydajność biokompozytu może być ograniczona przez opór przenoszenia masy.Problem ten można przezwyciężyć poprzez dodanie do lateksu nietoksycznych, niebłonotwórczych składników w celu zwiększenia porowatości i przepuszczalności powłoki26, ale retencja komórek może zostać zagrożona, ponieważ taka strategia nieuchronnie doprowadzi do słabszego filmu20.Skład chemiczny można zmieniać podczas polimeryzacji w celu zwiększenia porowatości, co jest najlepszą opcją, szczególnie pod względem produkcji przemysłowej i skalowalności45.
Wydajność nowego biokompozytu w porównaniu z ostatnimi badaniami z użyciem biokompozytów z mikroalg i cyjanobakterii wykazała przewagę w dostosowaniu szybkości ładowania komórek (Tabela 1)21,46 i przy dłuższym czasie analizy (84 dni w porównaniu z 15 godzinami46 i 3 tygodniami21).
Objętościowa zawartość węglowodanów w komórkach wypada korzystnie w porównaniu z innymi badaniami47,48,49,50 z wykorzystaniem cyjanobakterii i jest wykorzystywana jako potencjalne kryterium w zastosowaniach wychwytywania i utylizacji/odzyskiwania dwutlenku węgla, takich jak procesy fermentacji BECCS49,51 lub do produkcji biodegradowalnych biotworzywa52 .W uzasadnieniu niniejszego badania przyjmujemy, że zalesianie, nawet uwzględnione w koncepcji ujemnych emisji BECCS, nie jest panaceum na zmiany klimatyczne i pochłania alarmującą część światowych gruntów ornych6.W ramach eksperymentu myślowego oszacowano, że do 2100 r. trzeba będzie usunąć z atmosfery od 640 do 950 GtCO2, aby ograniczyć wzrost globalnej temperatury do 1,5°C53 (około 8 do 12 GtCO2 rocznie).Osiągnięcie tego przy użyciu biokompozytu o lepszych parametrach (574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biomasy rocznie-1) wymagałoby zwiększenia objętości z 5,5 × 1010 do 8,2 × 1010 m3 (przy porównywalnej wydajności fotosyntezy), zawierającej od 196 do 2,92 miliarda litrów polimer.Zakładając, że 1 m3 biokompozytów zajmuje 1 m2 powierzchni gruntu, powierzchnia potrzebna do absorpcji docelowej rocznej całkowitej emisji CO2 będzie wynosić od 5,5 do 8,17 mln ha, co odpowiada 0,18-0,27% powierzchni nadającej się do życia gruntów w tropikach i zmniejszyć powierzchnię lądu.zapotrzebowanie na BECCS o 98-99%.Należy zauważyć, że teoretyczny współczynnik wychwytywania opiera się na absorpcji CO2 zarejestrowanej w słabym świetle.Gdy tylko biokompozyt zostanie wystawiony na działanie intensywniejszego światła naturalnego, tempo pochłaniania CO2 wzrasta, co jeszcze bardziej zmniejsza wymagania dotyczące gruntów i przechyla szalę jeszcze bardziej w kierunku koncepcji biokompozytu.Jednakże implementacja musi znajdować się na równiku, aby zapewnić stałą intensywność i czas trwania podświetlenia.
Globalny efekt nawożenia CO2, tj. wzrost produktywności roślinności spowodowany zwiększoną dostępnością CO2, zmniejszył się na większości obszarów lądowych, prawdopodobnie ze względu na zmiany w kluczowych składnikach pokarmowych gleby (N i P) oraz zasobach wodnych7.Oznacza to, że fotosynteza naziemna może nie prowadzić do wzrostu poboru CO2, pomimo podwyższonego stężenia CO2 w powietrzu.W tym kontekście naziemne strategie łagodzenia zmiany klimatu, takie jak BECCS, mają jeszcze mniejsze szanse powodzenia.Jeśli to globalne zjawisko zostanie potwierdzone, nasz biokompozyt inspirowany porostami może okazać się kluczowym atutem, przekształcającym jednokomórkowe wodne drobnoustroje fotosyntetyzujące w „czynniki naziemne”.Większość roślin lądowych wiąże CO2 poprzez fotosyntezę C3, podczas gdy rośliny C4 preferują cieplejsze, bardziej suche siedliska i są bardziej wydajne przy wyższych ciśnieniach cząstkowych CO254.Sinice stanowią alternatywę, która może zrównoważyć alarmujące przewidywania dotyczące zmniejszonego narażenia na dwutlenek węgla w roślinach C3.Sinice przezwyciężyły ograniczenia fotooddechowe, opracowując skuteczny mechanizm wzbogacania węgla, w którym wyższe ciśnienia parcjalne CO2 są prezentowane i utrzymywane przez karboksylazę/oksygenazę rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBisCo) w otaczających karboksysomach.Jeśli uda się zwiększyć produkcję biokompozytów sinicowych, mogą one stać się ważną bronią ludzkości w walce ze zmianami klimatycznymi.
Biokompozyty (naśladujące porosty) oferują wyraźną przewagę nad konwencjonalnymi kulturami zawiesinowymi mikroalg i cyjanobakterii, zapewniając wyższy współczynnik absorpcji CO2, minimalizując ryzyko zanieczyszczenia i obiecując konkurencyjne unikanie CO2.Koszty znacznie zmniejszają wykorzystanie gruntów, wody i składników odżywczych56.Badanie to wykazuje wykonalność opracowania i wyprodukowania wysokowydajnego biokompatybilnego lateksu, który w połączeniu z gąbką luffa jako potencjalnym podłożem może zapewnić wydajne i skuteczne pobieranie CO2 przez miesiące operacji, utrzymując jednocześnie minimalną utratę komórek.Biokompozyty mogłyby teoretycznie wychwytywać około 570 t CO2 t-1 biomasy rocznie i mogą okazać się ważniejsze niż strategie zalesiania BECCS w naszej reakcji na zmiany klimatyczne.Dzięki dalszej optymalizacji składu polimeru, testom przy większym natężeniu światła i połączeniu ze skomplikowaną inżynierią metaboliczną, oryginalni biogeoinżynierowie natury mogą po raz kolejny przyjść na ratunek.
Polimery lateksu akrylowego przygotowano stosując mieszaninę monomerów styrenu, akrylanu butylu i kwasu akrylowego, a pH doprowadzono do 7 za pomocą 0,1 M wodorotlenku sodu (tabela 2).Styren i akrylan butylu stanowią większość łańcuchów polimeru, podczas gdy kwas akrylowy pomaga utrzymać cząstki lateksu w zawiesinie57.O właściwościach strukturalnych lateksu decyduje temperatura zeszklenia (Tg), którą reguluje się poprzez zmianę proporcji styrenu i akrylanu butylu, co zapewnia odpowiednio właściwości „twarde” i „miękkie”58.Typowym polimerem lateksu akrylowego jest styren:akrylan butylu 30 w stosunku 50:50, dlatego w tym badaniu lateks o takim stosunku określano jako lateks „normalny”, a lateks o wyższej zawartości styrenu określano jako lateks o niższej zawartości styrenu .nazywane „miękkimi” jako „twardymi”.
Przygotowano pierwotną emulsję, stosując wodę destylowaną (174 g), wodorowęglan sodu (0,5 g) i środek powierzchniowo czynny Rhodapex Ab/20 (30,92 g) (Solvay) w celu stabilizacji 30 kropelek monomeru.Używając szklanej strzykawki (Science Glass Engineering) z pompką strzykawkową, drugą porcję zawierającą styren, akrylan butylu i kwas akrylowy wymienione w Tabeli 2 dodano kroplami w ilości 100 ml h-1 do emulsji pierwotnej w ciągu 4 godzin (Cole -Palmer, Mount Vernon, Illinois).Przygotować roztwór inicjatora polimeryzacji 59, stosując dHO i nadsiarczan amonu (100 ml, 3% wag.).
Wymieszać roztwór zawierający dHO (206 g), wodorowęglan sodu (1 g) i Rhodapex Ab/20 (4,42 g) za pomocą mieszadła górnego (Heidolph Hei-TORQUE wartość 100) ze śmigłem ze stali nierdzewnej i ogrzać do 82°C w naczynie z płaszczem wodnym w podgrzewanej łaźni wodnej VWR Scientific 1137P.Do naczynia z płaszczem wkroplono roztwór monomeru (28,21 g) i inicjatora (20,60 g) o zmniejszonej masie i mieszano przez 20 minut.Energicznie wymieszać pozostałe roztwory monomeru (150 ml h-1) i inicjatora (27 ml h-1), aby utrzymać cząstki w zawiesinie do czasu ich dodania do płaszcza wodnego w ciągu 5 godzin za pomocą odpowiednio strzykawek 10 ml i 100 ml w pojemniku .uzupełniony pompą strzykawkową.Zwiększono prędkość mieszadła ze względu na zwiększenie objętości zawiesiny, aby zapewnić jej zatrzymanie.Po dodaniu inicjatora i emulsji temperaturę reakcji podniesiono do 85°C, dobrze mieszano przy 450 obr/min przez 30 minut, następnie ochłodzono do 65°C.Po ochłodzeniu do lateksu dodano dwa roztwory wypierające: wodoronadtlenek tert-butylu (t-BHP) (70% w wodzie) (5 g, 14% wag.) i kwas izoaskorbinowy (5 g, 10% wag.)..Dodawaj kropla po kropli t-BHP i pozostaw na 20 minut.Następnie dodano kwas erytorbowy z szybkością 4 ml/h ze 10 ml strzykawki przy użyciu pompy strzykawkowej.Roztwór lateksu następnie ochłodzono do temperatury pokojowej i doprowadzono pH do 7 za pomocą 0,1 M wodorotlenku sodu.
Monoizomaślan 2,2,4-trimetylo-1,3-pentanodiolu (Texanol) – biodegradowalny koalescencyjny o niskiej toksyczności do farb lateksowych 37,60 – dodano za pomocą strzykawki i pompy w trzech objętościach (0, 4, 12% v/v) jako środek koalescencyjny do mieszaniny lateksowej w celu ułatwienia tworzenia filmu podczas suszenia37.Procentową zawartość substancji stałych lateksowych określono umieszczając 100 µl każdego polimeru we wstępnie zważonych nakrętkach z folii aluminiowej i susząc w piecu w temperaturze 100°C przez 24 godziny.
W celu przepuszczania światła każdą mieszaninę lateksu nałożono na szkiełko mikroskopowe przy użyciu sześcianu kroplowego ze stali nierdzewnej skalibrowanego w celu wytworzenia folii o grubości 100 µm i suszono w temperaturze 20°C przez 48 godzin.Transmisję światła (skupioną na promieniowaniu fotosyntetycznie aktywnym, λ 400–700 nm) mierzono na spektroradiometrze ILT950 SpectriLight z czujnikiem w odległości 35 cm od świetlówki o mocy 30 W (Sylvania Luxline Plus, n = 6) – gdzie światło źródłem były sinice i organizmy. Materiały kompozytowe są zachowane.Do rejestracji natężenia oświetlenia i transmisji w zakresie λ 400–700 nm61 wykorzystano oprogramowanie SpectrILight III w wersji 3.5.Wszystkie próbki umieszczono na górze czujnika, a niepowlekane szkiełka zastosowano jako kontrole.
Próbki lateksu dodano do silikonowego naczynia do pieczenia i pozostawiono do wyschnięcia na 24 godziny przed sprawdzeniem twardości.Umieść wysuszoną próbkę lateksu na stalowym wieczku pod mikroskopem x10.Po skupieniu próbki poddano ocenie w mikrotwardościomierzu Buehler Micromet II.Próbkę poddano działaniu siły od 100 do 200 gramów, a czas obciążenia ustawiono na 7 sekund, aby utworzyć w próbce wgniecenie diamentowe.Do analizy wydruku wykorzystano obiektyw mikroskopowy Bruker Alicona × 10 z dodatkowym oprogramowaniem do pomiaru kształtu.Do obliczenia twardości każdego lateksu wykorzystano wzór na twardość Vickersa (Równanie 1), gdzie HV to liczba Vickersa, F to przyłożona siła, a d to średnia przekątnych wcięć obliczonych na podstawie wysokości i szerokości lateksu.wartość wcięcia.„Miękkiego” lateksu nie można zmierzyć ze względu na przyczepność i rozciągnięcie podczas testu wciskania.
Aby określić temperaturę zeszklenia (Tg) kompozycji lateksu, próbki polimeru umieszczono w naczyniach z żelem krzemionkowym, suszono przez 24 godziny, zważono do 0,005 g i umieszczono w naczyniach na próbki.Naczynie zamknięto i umieszczono w różnicowym kolorymetrze skaningowym (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, oprogramowanie do analizy danych Pyris)62.Metodę przepływu ciepła stosuje się do umieszczania kubków referencyjnych i kubków na próbki w tym samym piecu z wbudowanym czujnikiem temperatury do pomiaru temperatury.Aby utworzyć spójną krzywiznę, wykorzystano w sumie dwie rampy.Metodę pobierania próbek wielokrotnie zwiększano z -20°C do 180°C z szybkością 20°C na minutę.Każdy punkt początkowy i końcowy jest przechowywany przez 1 minutę, aby uwzględnić opóźnienie temperaturowe.
Aby ocenić zdolność biokompozytu do pochłaniania CO2, próbki przygotowano i przetestowano w taki sam sposób, jak w naszym poprzednim badaniu31.Wysuszoną i autoklawowaną myjkę pocięto na paski o wymiarach około 1 x 1 x 5 cm i zważono.Nałożyć 600 µl dwóch najskuteczniejszych powłok biologicznych każdego szczepu cyjanobakterii na jeden koniec każdego paska luffy, pokrywając w przybliżeniu 1 × 1 × 3 cm i suszyć w ciemności w temperaturze 20°C przez 24 godziny.Ze względu na makroporowatą strukturę luffy część receptury została zmarnowana, przez co skuteczność ładowania komórek nie była 100%.Aby przezwyciężyć ten problem, określono masę suchego preparatu luffy i znormalizowano ją w stosunku do suchego preparatu odniesienia.W podobny sposób przygotowano kontrole abiotyczne składające się z luffy, lateksu i sterylnej pożywki.
Aby wykonać badanie absorpcji CO2 w połowie porcji, należy umieścić biokompozyt (n = 3) w szklanej probówce o pojemności 50 ml tak, aby jeden koniec biokompozytu (bez biopowłoki) stykał się z 5 ml podłoża wzrostowego, umożliwiając wchłonięcie składnika odżywczego być transportowane na zasadzie działania kapilarnego..Butelka zamknięta jest korkiem z gumy butylowej o średnicy 20 mm i zabezpieczona srebrzystą aluminiową nakrętką.Po zamknięciu wstrzyknąć 45 ml 5% CO2/powietrze za pomocą sterylnej igły dołączonej do gazoszczelnej strzykawki.Gęstość komórek zawiesiny kontrolnej (n = 3) była równoważna liczbie komórek biokompozytu w pożywce.Badania przeprowadzono w temperaturze 18 ± 2°C z fotoperiodem 16:8 i fotoperiodem 30,5 µmol m-2 s-1.Co dwa dni usuwano przestrzeń nad wodą za pomocą gazoszczelnej strzykawki i analizowano za pomocą miernika CO2 z absorpcją w podczerwieni GEOTech G100 w celu określenia procentu zaabsorbowanego CO2.Dodać taką samą objętość mieszaniny gazów CO2.
% CO2 Fix oblicza się w następujący sposób: % CO2 Fix = 5% (v/v) – wpisz %CO2 (równanie 2) gdzie P = ciśnienie, V = objętość, T = temperatura, a R = stała gazu idealnego.
Zgłoszone współczynniki absorpcji CO2 dla kontrolnych zawiesin cyjanobakterii i biokompozytów znormalizowano do kontroli niebiologicznych.Jednostką funkcjonalną g biomasy jest ilość suchej biomasy unieruchomionej na myjce.Określa się go poprzez ważenie próbek luffy przed i po utrwaleniu komórek.Uwzględnienie masy ładunku komórek (ekwiwalentu biomasy) poprzez indywidualne ważenie preparatów przed i po suszeniu oraz obliczenie gęstości preparatu komórkowego (równanie 3).Zakłada się, że preparaty komórkowe są jednorodne podczas utrwalania.
Do analizy statystycznej wykorzystano program Minitab 18 oraz Microsoft Excel z dodatkiem RealStatistics.Normalność badano za pomocą testu Andersona-Darlinga, a równość wariancji testowano za pomocą testu Levene’a.Dane spełniające te założenia analizowano za pomocą dwukierunkowej analizy wariancji (ANOVA) z testem Tukeya jako analizą post hoc.Dane dwuczynnikowe, które nie spełniały założeń normalności i równej wariancji, analizowano za pomocą testu Shirera-Ray-Hary, a następnie testu U Manna-Whitneya w celu określenia istotności pomiędzy terapiami.W przypadku danych nietypowych z trzema czynnikami zastosowano uogólnione liniowe modele mieszane (GLM), a dane przekształcono za pomocą transformaty Johnsona63.Przeprowadzono korelacje momentowe produktów Pearson w celu oceny związku pomiędzy stężeniem Texanolu, temperaturą zeszklenia oraz danymi dotyczącymi toksyczności i przyczepności lateksu.
Czas publikacji: 05 stycznia 2023 r