जैविक कार्बन पृथक्करण में सुधार के लिए सक्रिय प्रकाश संश्लेषक बायोकंपोजिट विकसित किए गए हैं।

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पेरिस समझौते के लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए कार्बन कैप्चर और भंडारण आवश्यक है।प्रकाश संश्लेषण कार्बन ग्रहण करने की प्रकृति की तकनीक है।लाइकेन से प्रेरणा लेते हुए, हमने लूफै़ण स्पंज पर लगाए गए ऐक्रेलिक लेटेक्स पॉलिमर का उपयोग करके एक 3डी साइनोबैक्टीरिया प्रकाश संश्लेषक बायोकंपोजिट (यानी लाइकेन की नकल) विकसित किया।बायोकंपोजिट द्वारा CO2 ग्रहण करने की दर बायोमास d-1 का 1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 थी।प्रयोग की शुरुआत में ग्रहण दर शुष्क बायोमास पर आधारित है और इसमें नए बायोमास को विकसित करने के लिए उपयोग की जाने वाली CO2 के साथ-साथ कार्बोहाइड्रेट जैसे भंडारण यौगिकों में निहित CO2 भी शामिल है।ये ग्रहण दरें स्लरी नियंत्रण उपायों की तुलना में 14-20 गुना अधिक थीं और संभावित रूप से प्रति वर्ष 570 टन सीओ2 टी-1 बायोमास प्राप्त करने के लिए बढ़ाई जा सकती हैं, जो 5.5-8.17 × 106 हेक्टेयर भूमि उपयोग के बराबर है, जिससे 8-12 जीटीसीओ2 हटा दिया जाएगा। प्रति वर्ष CO2.इसके विपरीत, कार्बन कैप्चर और भंडारण के साथ वन जैव ऊर्जा 0.4-1.2 × 109 हेक्टेयर है।बायोकंपोजिट अतिरिक्त पोषक तत्वों या पानी के बिना 12 सप्ताह तक कार्यशील रहा, जिसके बाद प्रयोग समाप्त कर दिया गया।जलवायु परिवर्तन से निपटने के लिए मानवता के बहुआयामी तकनीकी रुख के भीतर, इंजीनियर और अनुकूलित साइनोबैक्टीरियल बायोकंपोजिट में पानी, पोषक तत्व और भूमि उपयोग के नुकसान को कम करते हुए CO2 निष्कासन को बढ़ाने के लिए टिकाऊ और स्केलेबल तैनाती की क्षमता है।
जलवायु परिवर्तन वैश्विक जैव विविधता, पारिस्थितिकी तंत्र स्थिरता और लोगों के लिए एक वास्तविक खतरा है।इसके सबसे बुरे प्रभावों को कम करने के लिए, समन्वित और बड़े पैमाने पर डीकार्बराइजेशन कार्यक्रमों की आवश्यकता है, और निश्चित रूप से, वायुमंडल से ग्रीनहाउस गैसों को किसी प्रकार से सीधे हटाने की आवश्यकता है।बिजली उत्पादन2,3 के सकारात्मक डीकार्बोनाइजेशन के बावजूद, वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2)4 को कम करने के लिए वर्तमान में कोई आर्थिक रूप से टिकाऊ तकनीकी समाधान नहीं हैं, हालांकि ग्रिप गैस कैप्चर प्रगति55 है।स्केलेबल और व्यावहारिक इंजीनियरिंग समाधानों के बजाय, लोगों को कार्बन कैप्चर के लिए प्राकृतिक इंजीनियरों की ओर रुख करना चाहिए - प्रकाश संश्लेषक जीव (फोटोट्रॉफिक जीव)।प्रकाश संश्लेषण प्रकृति की कार्बन पृथक्करण तकनीक है, लेकिन सार्थक समय के पैमाने पर मानवजनित कार्बन संवर्धन को उलटने की इसकी क्षमता संदिग्ध है, एंजाइम अक्षम हैं, और उचित पैमाने पर तैनात करने की इसकी क्षमता संदिग्ध है।फोटोट्रॉफी के लिए एक संभावित रास्ता वनीकरण है, जो एक नकारात्मक-उत्सर्जन तकनीक के रूप में कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (बीईसीसीएस) के साथ बायोएनर्जी के लिए पेड़ों को काटता है जो शुद्ध CO21 उत्सर्जन को कम करने में मदद कर सकता है।हालाँकि, मुख्य विधि के रूप में BECCS का उपयोग करके पेरिस समझौते के 1.5°C तापमान लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए 0.4 से 1.2 × 109 हेक्टेयर की आवश्यकता होगी, जो वर्तमान वैश्विक कृषि योग्य भूमि6 के 25-75% के बराबर है।इसके अलावा, CO2 निषेचन के वैश्विक प्रभावों से जुड़ी अनिश्चितता वन वृक्षारोपण7 की संभावित समग्र दक्षता पर सवाल उठाती है।यदि हमें पेरिस समझौते द्वारा निर्धारित तापमान लक्ष्य तक पहुंचना है, तो हर साल ग्रीनहाउस गैसों (जीजीआर) के 100 सेकंड GtCO2 को वायुमंडल से हटाना होगा।यूके के अनुसंधान और नवाचार विभाग ने हाल ही में बीईसीसीएस प्रक्रिया को बढ़ावा देने के लिए पीटलैंड प्रबंधन, उन्नत रॉक अपक्षय, वृक्षारोपण, बायोचार और बारहमासी फसलों सहित पांच जीजीआर8 परियोजनाओं के लिए वित्त पोषण की घोषणा की है।प्रति वर्ष वायुमंडल से 130 MtCO2 से अधिक हटाने की लागत 10-100 US$/tCO2, पीटलैंड बहाली के लिए 0.2-8.1 MtCO2 प्रति वर्ष, 52-480 US$/tCO2 और चट्टानों के अपक्षय के लिए 12-27 MtCO2 प्रति वर्ष है। , 0.4-30 USD/वर्ष।tCO2, 3.6 MtCO2/वर्ष, वन क्षेत्र में 1% वृद्धि, 0.4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/वर्ष, बायोचार, 140-270 US$/tCO2, स्थायी फसलों के उपयोग के लिए 20-70 MtCO2 प्रति वर्ष BECCS9.
इन दृष्टिकोणों का एक संयोजन संभावित रूप से 130 माउंट CO2 प्रति वर्ष लक्ष्य तक पहुंच सकता है, लेकिन रॉक अपक्षय और BECCS की लागत अधिक है, और बायोचार, हालांकि अपेक्षाकृत सस्ता और गैर-भूमि-उपयोग से संबंधित है, बायोचार उत्पादन प्रक्रिया के लिए फीडस्टॉक की आवश्यकता होती है।अन्य GGR प्रौद्योगिकियों को तैनात करने के लिए यह विकास और संख्या प्रदान करता है।
भूमि पर समाधान खोजने के बजाय, पानी की तलाश करें, विशेष रूप से माइक्रोएल्गे और सायनोबैक्टीरिया10 जैसे एकल-कोशिका फोटोट्रॉफ़ की तलाश करें।शैवाल (साइनोबैक्टीरिया सहित) दुनिया के लगभग 50% कार्बन डाइऑक्साइड पर कब्जा कर लेते हैं, हालांकि वे दुनिया के बायोमास11 का केवल 1% बनाते हैं।सायनोबैक्टीरिया प्रकृति के मूल बायोजियोइंजीनियर हैं, जो ऑक्सीजनयुक्त प्रकाश संश्लेषण12 के माध्यम से श्वसन चयापचय और बहुकोशिकीय जीवन के विकास की नींव रखते हैं।कार्बन को पकड़ने के लिए साइनोबैक्टीरिया का उपयोग करने का विचार नया नहीं है, लेकिन भौतिक प्लेसमेंट के नवीन तरीके इन प्राचीन जीवों के लिए नए क्षितिज खोलते हैं।
औद्योगिक उद्देश्यों के लिए माइक्रोएल्गे और साइनोबैक्टीरिया का उपयोग करते समय खुले तालाब और फोटोबायोरिएक्टर डिफ़ॉल्ट संपत्ति हैं।ये संस्कृति प्रणालियाँ एक निलंबन संस्कृति का उपयोग करती हैं जिसमें कोशिकाएँ विकास माध्यम14 में स्वतंत्र रूप से तैरती हैं;हालाँकि, तालाबों और फोटोबायोरिएक्टरों के कई नुकसान हैं जैसे कि खराब CO2 द्रव्यमान स्थानांतरण, भूमि और पानी का गहन उपयोग, जैव-ईंधन के प्रति संवेदनशीलता, और उच्च निर्माण और संचालन लागत15,16।बायोफिल्म बायोरिएक्टर जो निलंबन संस्कृतियों का उपयोग नहीं करते हैं, वे पानी और स्थान के मामले में अधिक किफायती हैं, लेकिन शुष्कन क्षति का खतरा है, बायोफिल्म अलग होने का खतरा है (और इसलिए सक्रिय बायोमास का नुकसान), और समान रूप से बायोफ्लिंग17 का खतरा है।
CO2 अवशोषण की दर बढ़ाने और घोल और बायोफिल्म रिएक्टरों को सीमित करने वाली समस्याओं का समाधान करने के लिए नए दृष्टिकोण की आवश्यकता है।ऐसा ही एक दृष्टिकोण लाइकेन से प्रेरित प्रकाश संश्लेषक बायोकंपोजिट है।लाइकेन कवक और फोटोबियोनट्स (माइक्रोएल्गे और/या साइनोबैक्टीरिया) का एक समूह है जो पृथ्वी के लगभग 12% भूमि क्षेत्र18 को कवर करता है।कवक फोटोबायोटिक सब्सट्रेट की भौतिक सहायता, सुरक्षा और एंकरिंग प्रदान करते हैं, जो बदले में कवक को कार्बन (अतिरिक्त प्रकाश संश्लेषक उत्पादों के रूप में) प्रदान करते हैं।प्रस्तावित बायोकंपोजिट एक "लाइकेन मिमेटिक" है, जिसमें साइनोबैक्टीरिया की एक केंद्रित आबादी एक वाहक सब्सट्रेट पर एक पतली बायोकोटिंग के रूप में स्थिर होती है।कोशिकाओं के अलावा, बायोकोटिंग में एक पॉलिमर मैट्रिक्स होता है जो कवक को प्रतिस्थापित कर सकता है।जल-आधारित पॉलिमर इमल्शन या "लेटेक्स" को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वे जैव-संगत, टिकाऊ, सस्ते, संभालने में आसान और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26।
लेटेक्स पॉलिमर के साथ कोशिकाओं का निर्धारण लेटेक्स की संरचना और फिल्म निर्माण की प्रक्रिया से काफी प्रभावित होता है।इमल्शन पोलीमराइजेशन एक विषम प्रक्रिया है जिसका उपयोग सिंथेटिक रबर, चिपकने वाली कोटिंग्स, सीलेंट, कंक्रीट एडिटिव्स, कागज और कपड़ा कोटिंग्स और लेटेक्स पेंट27 का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।अन्य पोलीमराइज़ेशन विधियों की तुलना में इसके कई फायदे हैं, जैसे उच्च प्रतिक्रिया दर और मोनोमर रूपांतरण दक्षता, साथ ही उत्पाद नियंत्रण में आसानी।मोनोमर्स की पसंद परिणामी पॉलिमर फिल्म के वांछित गुणों पर निर्भर करती है, और मिश्रित मोनोमर सिस्टम (यानी, कोपोलिमराइजेशन) के लिए, पॉलिमर के गुणों को मोनोमर्स के विभिन्न अनुपातों का चयन करके बदला जा सकता है जो परिणामी पॉलिमर सामग्री बनाते हैं।ब्यूटाइल एक्रिलेट और स्टाइरीन सबसे आम ऐक्रेलिक लेटेक्स मोनोमर्स में से हैं और यहां उपयोग किए जाते हैं।इसके अलावा, कोलेसिंग एजेंट (जैसे टेक्सानॉल) का उपयोग अक्सर एकसमान फिल्म निर्माण को बढ़ावा देने के लिए किया जाता है, जहां वे एक मजबूत और "निरंतर" (कोलेसिंग) कोटिंग का उत्पादन करने के लिए पॉलिमर लेटेक्स के गुणों को बदल सकते हैं।हमारे प्रारंभिक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययन में, लूफै़ण स्पंज पर लगाए गए वाणिज्यिक लेटेक्स पेंट का उपयोग करके एक उच्च सतह क्षेत्र, उच्च सरंध्रता 3डी बायोकंपोजिट का निर्माण किया गया था।लंबे और निरंतर हेरफेर (आठ सप्ताह) के बाद, बायोकंपोजिट ने लूफै़ण मचान पर साइनोबैक्टीरिया को बनाए रखने की सीमित क्षमता दिखाई क्योंकि कोशिका वृद्धि ने लेटेक्स की संरचनात्मक अखंडता को कमजोर कर दिया।वर्तमान अध्ययन में, हमने पॉलिमर क्षरण का त्याग किए बिना कार्बन कैप्चर अनुप्रयोगों में निरंतर उपयोग के लिए ज्ञात रसायन शास्त्र के ऐक्रेलिक लेटेक्स पॉलिमर की एक श्रृंखला विकसित करने का लक्ष्य रखा है।ऐसा करने में, हमने लाइकेन जैसे पॉलिमर मैट्रिक्स तत्वों को बनाने की क्षमता का प्रदर्शन किया है जो सिद्ध बायोकंपोजिट की तुलना में बेहतर जैविक प्रदर्शन और उल्लेखनीय रूप से बढ़ी हुई यांत्रिक लोच प्रदान करते हैं।आगे के अनुकूलन से कार्बन कैप्चर के लिए बायोकंपोजिट के ग्रहण में तेजी आएगी, खासकर जब सीओ2 पृथक्करण को बढ़ाने के लिए मेटाबोलिक रूप से संशोधित साइनोबैक्टीरिया के साथ जोड़ा जाता है।
तीन पॉलिमर फॉर्मूलेशन (एच = "हार्ड", एन = "सामान्य", एस = "सॉफ्ट") और तीन प्रकार के टेक्सानॉल (0, 4, 12% वी/वी) वाले नौ लेटेक्स का विषाक्तता और तनाव सहसंबंध के लिए परीक्षण किया गया था।चिपकने वाला.दो साइनोबैक्टीरिया से.लेटेक्स प्रकार ने एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 (शायर-रे-हेयर परीक्षण, लेटेक्स: डीएफ=2, एच=23.157, पी=<0.001) और सीसीएपी 1479/1ए (दो-तरफा एनोवा, लेटेक्स: डीएफ=2, एफ) को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित किया। = 103.93, पी = <0.001) (चित्र 1ए)।टेक्सानॉल की सांद्रता ने एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 की वृद्धि को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं किया, केवल एन-लेटेक्स गैर-विषाक्त था (चित्र 1 ए), और 0 एन और 4 एन ने क्रमशः 26% और 35% की वृद्धि बनाए रखी (मान-) व्हिटनी यू, 0 एन बनाम 4 एन: डब्ल्यू = 13.50, पी = 0.245; 0 एन बनाम नियंत्रण: डब्ल्यू = 25.0, पी = 0.061; 4 एन बनाम नियंत्रण: डब्ल्यू = 25.0, पी = 0.061) और 12 एन ने तुलनीय वृद्धि बनाए रखी जैविक नियंत्रण के लिए (मान-व्हिटनी विश्वविद्यालय, 12 एन बनाम नियंत्रण: डब्ल्यू = 17.0, पी = 0.885)।एस एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए के लिए, लेटेक्स मिश्रण और टेक्सानॉल सांद्रता दोनों महत्वपूर्ण कारक थे, और दोनों के बीच एक महत्वपूर्ण बातचीत देखी गई (दो-तरफा एनोवा, लेटेक्स: डीएफ=2, एफ=103.93, पी=<0.001, टेक्सानॉल : डीएफ=2, एफ=5.96, पी=0.01, लेटेक्स*टेक्सानोल: डीएफ=4, एफ=3.41, पी=0.03)।0 एन और सभी "मुलायम" लेटेक्स ने विकास को बढ़ावा दिया (छवि 1 ए)।स्टाइरीन संरचना में कमी के साथ विकास में सुधार की प्रवृत्ति है।
लेटेक्स फॉर्मूलेशन के लिए साइनोबैक्टीरिया (सिंनेकोकोकस एलॉन्गैटस पीसीसी 7942 और सीसीएपी 1479/1ए) की विषाक्तता और आसंजन परीक्षण, ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी) के साथ संबंध और विषाक्तता और आसंजन डेटा के आधार पर निर्णय मैट्रिक्स।(ए) निलंबन संस्कृतियों को नियंत्रित करने के लिए सामान्यीकृत साइनोबैक्टीरिया के प्रतिशत वृद्धि के अलग-अलग भूखंडों का उपयोग करके विषाक्तता परीक्षण किया गया था।* से चिह्नित उपचार नियंत्रण से काफी भिन्न हैं।(बी) साइनोबैक्टीरिया वृद्धि डेटा बनाम टीजी लेटेक्स (मतलब ± एसडी; एन = 3)।(सी) बायोकंपोजिट आसंजन परीक्षण से जारी साइनोबैक्टीरिया की संचयी संख्या।(डी) आसंजन डेटा बनाम लेटेक्स का टीजी (मतलब ± StDev; n = 3)।ई विषाक्तता और आसंजन डेटा के आधार पर निर्णय मैट्रिक्स।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात "हार्ड" (एच) लेटेक्स के लिए 1:3, "सामान्य" (एन) के लिए 1:1 और "सॉफ्ट" (एस) के लिए 3:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।
ज्यादातर मामलों में, टेक्सानॉल सांद्रता बढ़ने के साथ सेल व्यवहार्यता में कमी आई, लेकिन किसी भी उपभेद के लिए कोई महत्वपूर्ण सहसंबंध नहीं था (सीसीएपी 1479/1ए: डीएफ = 25, आर = -0.208, पी = 0.299; पीसीसी 7942: डीएफ = 25, आर = – 0.127, पी = 0.527).अंजीर पर.1बी कोशिका वृद्धि और ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी) के बीच संबंध दिखाता है।टेक्सानोल सांद्रता और टीजी मूल्यों (एच-लेटेक्स: डीएफ=7, आर=-0.989, पी=<0.001; एन-लेटेक्स: डीएफ=7, आर=-0.964, पी=<0.001) के बीच एक मजबूत नकारात्मक सहसंबंध है ; एस- लेटेक्स: डीएफ=7, आर=-0.946, पी=<0.001)।आंकड़ों से पता चला कि एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 की वृद्धि के लिए इष्टतम टीजी 17 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 1 बी) के आसपास था, जबकि एस. एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए ने 0 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 1 बी) से नीचे टीजी का पक्ष लिया।केवल एस. एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए में टीजी और विषाक्तता डेटा (डीएफ=25, आर=-0.857, पी=<0.001) के बीच एक मजबूत नकारात्मक सहसंबंध था।
सभी लेटेक्स में अच्छा आसंजन संबंध था, और उनमें से किसी ने भी 72 घंटे के बाद 1% से अधिक कोशिकाएं नहीं छोड़ीं (चित्र 1सी)।एस. एलोंगाटस के दो उपभेदों के लेटेक्स के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था (पीसीसी 7942: स्कीरर-रे-हारा परीक्षण, लेटेक्स*टेक्सानॉल, डीएफ=4, एच=0.903; पी=0.924; सीसीएपी 1479/1ए: स्कीरर- रे परीक्षण)।- हरे परीक्षण, लेटेक्स*टेक्सानोल, डीएफ=4, एच=3.277, पी=0.513)।जैसे-जैसे टेक्सानॉल की सांद्रता बढ़ती है, अधिक कोशिकाएं मुक्त होती हैं (चित्र 1सी)।एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 (डीएफ=25, आर=-0.660, पी=<0.001) (चित्र 1डी) की तुलना में।इसके अलावा, दो उपभेदों के टीजी और सेल आसंजन के बीच कोई सांख्यिकीय संबंध नहीं था (पीसीसी 7942: डीएफ=25, आर=0.301, पी=0.127; सीसीएपी 1479/1ए: डीएफ=25, आर=0.287, पी=0.147)।
दोनों उपभेदों के लिए, "कठोर" लेटेक्स पॉलिमर अप्रभावी थे।इसके विपरीत, 4N और 12N ने S. elongatus PCC 7942 के मुकाबले सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, जबकि 4S और 12S ने CCAP 1479/1A (चित्र 1e) के मुकाबले सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, हालांकि पॉलिमर मैट्रिक्स के आगे अनुकूलन के लिए स्पष्ट रूप से जगह है।इन पॉलिमर का उपयोग सेमी-बैच नेट CO2 ग्रहण परीक्षणों में किया गया है।
जलीय लेटेक्स संरचना में निलंबित कोशिकाओं का उपयोग करके 7 दिनों तक फोटोफिजियोलॉजी की निगरानी की गई।सामान्य तौर पर, स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (पीएस) और अधिकतम पीएसआईआई क्वांटम उपज (एफवी/एफएम) दोनों समय के साथ कम हो जाते हैं, लेकिन यह कमी असमान है और कुछ पीएस डेटासेट एक द्विध्रुवीय प्रतिक्रिया दिखाते हैं, जो आंशिक प्रतिक्रिया का सुझाव देता है, हालांकि वास्तविक समय में पुनर्प्राप्ति छोटी पीएस गतिविधि (चित्र 2ए और 3बी)।द्विध्रुवीय एफवी/एफएम प्रतिक्रिया कम स्पष्ट थी (आंकड़े 2बी और 3बी)।
(ए) स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (पीएस) और (बी) नियंत्रण निलंबन संस्कृतियों की तुलना में लेटेक्स फॉर्मूलेशन के जवाब में सिंटेकोकोकस इलांगटस पीसीसी 7942 की अधिकतम पीएसआईआई क्वांटम उपज (एफवी/एफएम)।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात "हार्ड" (एच) लेटेक्स के लिए 1:3, "सामान्य" (एन) के लिए 1:1 और "सॉफ्ट" (एस) के लिए 3:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।(मतलब ± मानक विचलन; n = 3)।
(ए) स्पष्ट प्रकाश संश्लेषण दर (पीएस) और (बी) नियंत्रण निलंबन संस्कृतियों की तुलना में लेटेक्स फॉर्मूलेशन के जवाब में सिन्टेकोकोकस इलांगटस सीसीएपी 1479/1ए की अधिकतम पीएसआईआई क्वांटम उपज (एफवी/एफएम)।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात "हार्ड" (एच) लेटेक्स के लिए 1:3, "सामान्य" (एन) के लिए 1:1 और "सॉफ्ट" (एस) के लिए 3:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।(मतलब ± मानक विचलन; n = 3)।
एस एलोंगेटस पीसीसी 7942 के लिए, लेटेक्स संरचना और टेक्सानॉल एकाग्रता ने समय के साथ पीएस को प्रभावित नहीं किया (जीएलएम, लेटेक्स * टेक्सानॉल * समय, डीएफ = 28, एफ = 1.49, पी = 0.07), हालांकि संरचना एक महत्वपूर्ण कारक थी (जीएलएम)।, लेटेक्स*समय, डीएफ = 14, एफ = 3.14, पी = <0.001) (चित्र 2ए)।समय के साथ टेक्सानॉल सांद्रता का कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा (जीएलएम, टेक्सानॉल*समय, डीएफ=14, एफ=1.63, पी=0.078)।एफवी/एफएम (जीएलएम, लेटेक्स*टेक्सानॉल*टाइम, डीएफ=28, एफ=4.54, पी=<0.001) को प्रभावित करने वाली एक महत्वपूर्ण बातचीत हुई।लेटेक्स फॉर्मूलेशन और टेक्सानॉल सांद्रता के बीच परस्पर क्रिया का Fv/Fm (GLM, लेटेक्स*टेक्सानॉल, DF=4, F=180.42, P=<0.001) पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा।प्रत्येक पैरामीटर समय के साथ Fv/Fm को भी प्रभावित करता है (GLM, लेटेक्स*समय, DF=14, F=9.91, P=<0.001 और टेक्सानॉल*समय, DF=14, F=10.71, P=< 0.001)।लेटेक्स 12एच ने न्यूनतम औसत पीएस और एफवी/एफएम मान (चित्र 2बी) बनाए रखा, जो दर्शाता है कि यह बहुलक अधिक विषैला है।
एस एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए का पीएस काफी अलग था (जीएलएम, लेटेक्स * टेक्सानॉल * समय, डीएफ = 28, एफ = 2.75, पी = <0.001), टेक्सानॉल एकाग्रता (जीएलएम, लेटेक्स * समय, डीएफ) के बजाय लेटेक्स संरचना के साथ =14, एफ=6.38, पी=<0.001, जीएलएम, टेक्सानोल*समय, डीएफ=14, एफ=1.26, पी=0.239)।"सॉफ्ट" पॉलिमर 0एस और 4एस ने नियंत्रण निलंबन (मैन-व्हिटनी यू, 0एस बनाम नियंत्रण, डब्ल्यू = 686.0, पी = 0.044, 4एस बनाम नियंत्रण, डब्ल्यू = 713, पी = 0.01) की तुलना में पीएस प्रदर्शन के थोड़ा उच्च स्तर बनाए रखा और एक बनाए रखा। बेहतर एफवी./एफएम (चित्र 3ए) फोटोसिस्टम II में अधिक कुशल परिवहन दिखाता है।सीसीएपी 1479/1ए कोशिकाओं के एफवी/एफएम मूल्यों के लिए, समय के साथ एक महत्वपूर्ण लेटेक्स अंतर था (जीएलएम, लेटेक्स*टेक्सानोल*समय, डीएफ=28, एफ=6.00, पी=<0.001) (चित्र 3बी)।).
अंजीर पर.4 प्रत्येक स्ट्रेन के लिए कोशिका वृद्धि के कार्य के रूप में 7 दिन की अवधि में औसत पीएस और एफवी/एफएम दिखाता है।एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 में कोई स्पष्ट पैटर्न नहीं था (चित्र 4ए और बी), हालांकि, सीसीएपी 1479/1ए ने पीएस (चित्र 4सी) और एफवी/एफएम (चित्र 4डी) मूल्यों के बीच एक परवलयिक संबंध दिखाया। स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात परिवर्तन के साथ बढ़ता है।
लेटेक्स तैयारियों पर सिंटेकोकोकस लोंगम के विकास और फोटोफिजियोलॉजी के बीच संबंध।(ए) स्पष्ट प्रकाश संश्लेषक दर (पीएस) के खिलाफ प्लॉट किया गया विषाक्तता डेटा, (बी) पीसीसी 7942 की अधिकतम पीएसआईआई क्वांटम उपज (एफवी/एफएम)। सी पीएस और डी एफवी/एफएम सीसीएपी 1479/1ए के खिलाफ प्लॉट किया गया विषाक्तता डेटा।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात "हार्ड" (एच) लेटेक्स के लिए 1:3, "सामान्य" (एन) के लिए 1:1 और "सॉफ्ट" (एस) के लिए 3:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।(मतलब ± मानक विचलन; n = 3)।
बायोकंपोजिट पीसीसी 7942 का पहले चार हफ्तों के दौरान महत्वपूर्ण सेल लीचिंग के साथ सेल प्रतिधारण पर सीमित प्रभाव पड़ा (चित्र 5)।CO2 ग्रहण के प्रारंभिक चरण के बाद, 12 N लेटेक्स के साथ स्थिर कोशिकाओं ने CO2 छोड़ना शुरू कर दिया, और यह पैटर्न 4 और 14 दिनों के बीच बना रहा (चित्र 5 बी)।ये डेटा वर्णक मलिनकिरण की टिप्पणियों के अनुरूप हैं।शुद्ध CO2 ग्रहण 18वें दिन से फिर से शुरू हो गया। सेल रिलीज (छवि 5 ए) के बावजूद, पीसीसी 7942 12 एन बायोकंपोजिट ने 28 दिनों में नियंत्रण निलंबन की तुलना में अभी भी अधिक सीओ2 जमा किया है, भले ही थोड़ा सा (मैन-व्हिटनी यू-टेस्ट, डब्ल्यू = 2275.5; पी = 0.066)।लेटेक्स 12 एन और 4 एन द्वारा सीओ2 के अवशोषण की दर बायोमास डी-1 का 0.51 ± 0.34 और 1.18 ± 0.29 ग्राम सीओ2 जी-1 है।उपचार और समय के स्तर के बीच सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर था (चेयरर-रे-हेयर परीक्षण, उपचार: डीएफ=2, एच=70.62, पी=<0.001 समय: डीएफ=13, एच=23.63, पी=0.034), लेकिन यह नहीं था.उपचार और समय के बीच एक महत्वपूर्ण संबंध था (चेयरर-रे-हर परीक्षण, समय*उपचार: डीएफ=26, एच=8.70, पी=0.999)।
4N और 12N लेटेक्स का उपयोग करके सिंटेकोकोकस एलोंगेटस पीसीसी 7942 बायोकंपोजिट पर आधे-बैच CO2 अवशोषण परीक्षण।(ए) छवियां सेल रिलीज और रंगद्रव्य मलिनकिरण, साथ ही परीक्षण से पहले और बाद में बायोकंपोजिट की एसईएम छवियां दिखाती हैं।सफेद बिंदीदार रेखाएं बायोकंपोजिट पर कोशिका जमाव के स्थानों को दर्शाती हैं।(बी) चार सप्ताह की अवधि में संचयी शुद्ध CO2 ग्रहण।"सामान्य" (एन) लेटेक्स में स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात 1:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।(मतलब ± मानक विचलन; n = 3)।
4एस और 12एस के साथ स्ट्रेन सीसीएपी 1479/1ए के लिए सेल प्रतिधारण में काफी सुधार हुआ था, हालांकि समय के साथ रंगद्रव्य का रंग धीरे-धीरे बदल गया (चित्र 6ए)।बायोकम्पोजिट CCAP 1479/1A अतिरिक्त पोषक तत्वों की खुराक के बिना पूरे 84 दिनों (12 सप्ताह) तक CO2 को अवशोषित करता है।एसईएम विश्लेषण (चित्र 6ए) ने छोटी कोशिका टुकड़ी के दृश्य अवलोकन की पुष्टि की।प्रारंभ में, कोशिकाओं को लेटेक्स कोटिंग में लपेटा गया था जिससे कोशिका वृद्धि के बावजूद इसकी अखंडता बनी रही।CO2 ग्रहण दर नियंत्रण समूह की तुलना में काफी अधिक थी (शेयरर-रे-हर परीक्षण, उपचार: DF=2; H=240.59; P=<0.001, समय: DF=42; H=112; P=<0.001 ) ( चित्र 6बी)।12S बायोकंपोजिट ने उच्चतम CO2 ग्रहण (1.57 ± 0.08 ग्राम CO2 g-1 बायोमास प्रति दिन) हासिल किया, जबकि 4S लेटेक्स ने 1.13 ± 0.41 ग्राम CO2 g-1 बायोमास प्रति दिन प्राप्त किया, लेकिन उनमें कोई खास अंतर नहीं था (मान-व्हिटनी यू) परीक्षण, डब्ल्यू = 1507.50; पी = 0.07) और उपचार और समय के बीच कोई महत्वपूर्ण बातचीत नहीं (शायर-रे-हारा परीक्षण, समय * उपचार: डीएफ = 82; एच = 10 .37; पी = 1.000)।
4N और 12N लेटेक्स के साथ सिंटेकोकोकस इलांगटस CCAP 1479/1A बायोकंपोजिट का उपयोग करके आधे लॉट CO2 ग्रहण परीक्षण।(ए) छवियां सेल रिलीज और रंगद्रव्य मलिनकिरण, साथ ही परीक्षण से पहले और बाद में बायोकंपोजिट की एसईएम छवियां दिखाती हैं।सफेद बिंदीदार रेखाएं बायोकंपोजिट पर कोशिका जमाव के स्थानों को दर्शाती हैं।(बी) बारह सप्ताह की अवधि में संचयी शुद्ध CO2 ग्रहण।"सॉफ्ट" (एस) लेटेक्स में स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट का अनुपात 1:1 है।लेटेक्स कोड में पिछले नंबर टेक्सानॉल की सामग्री से मेल खाते हैं।(मतलब ± मानक विचलन; n = 3)।
एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 (शिरर-रे-हर परीक्षण, समय*उपचार: डीएफ=4, एच=3.243, पी=0.518) या बायोकंपोजिट एस. एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए (दो-एनोवा, समय*उपचार: डीएफ=8) , एफ = 1.79, पी = 0.119) (चित्र एस4)।बायोकम्पोजिट पीसीसी 7942 में सप्ताह 2 में सबसे अधिक कार्बोहाइड्रेट सामग्री थी (4 एन = 59.4 ± 22.5 डब्ल्यूटी%, 12 एन = 67.9 ± 3.3 डब्ल्यूटी%), जबकि नियंत्रण निलंबन में सप्ताह 4 में उच्चतम कार्बोहाइड्रेट सामग्री थी जब (नियंत्रण = 59.6 ± 2.84%) w/w).सीसीएपी 1479/1ए बायोकंपोजिट की कुल कार्बोहाइड्रेट सामग्री परीक्षण की शुरुआत को छोड़कर नियंत्रण निलंबन के बराबर थी, 4 सप्ताह में 12एस लेटेक्स में कुछ बदलावों के साथ। बायोकंपोजिट के लिए उच्चतम मूल्य 51.9 ± 9.6 wt% थे। 4S के लिए और 12S के लिए 77.1 ± 17.0 wt%।
हम बायोकम्पैटिबिलिटी या प्रदर्शन से समझौता किए बिना लाइकेन मिमिक बायोकंपोजिट अवधारणा के एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में पतली फिल्म लेटेक्स पॉलिमर कोटिंग्स की संरचनात्मक अखंडता को बढ़ाने के लिए डिजाइन संभावनाओं का प्रदर्शन करने के लिए तैयार हैं।वास्तव में, यदि कोशिका वृद्धि से जुड़ी संरचनात्मक चुनौतियों पर काबू पा लिया जाता है, तो हम अपने प्रयोगात्मक बायोकंपोजिट पर महत्वपूर्ण प्रदर्शन सुधार की उम्मीद करते हैं, जो पहले से ही अन्य साइनोबैक्टीरिया और माइक्रोएल्गे कार्बन कैप्चर सिस्टम से तुलनीय हैं।
कोटिंग्स गैर-विषाक्त, टिकाऊ होनी चाहिए, दीर्घकालिक सेल आसंजन का समर्थन करना चाहिए, और कुशल CO2 द्रव्यमान स्थानांतरण और O2 डीगैसिंग को बढ़ावा देने के लिए छिद्रपूर्ण होना चाहिए।लेटेक्स-प्रकार के ऐक्रेलिक पॉलिमर तैयार करना आसान है और पेंट, कपड़ा और चिपकने वाले उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है30।हमने साइनोबैक्टीरिया को पानी आधारित ऐक्रेलिक लेटेक्स पॉलिमर इमल्शन के साथ जोड़ा, जिसे स्टाइरीन/ब्यूटाइल एक्रिलेट कणों और टेक्सानॉल के विभिन्न सांद्रता के एक विशिष्ट अनुपात के साथ पॉलिमराइज़ किया गया।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट को भौतिक गुणों, विशेष रूप से कोटिंग की लोच और सहसंयोजन दक्षता (एक मजबूत और अत्यधिक चिपकने वाली कोटिंग के लिए महत्वपूर्ण) को नियंत्रित करने में सक्षम होने के लिए चुना गया था, जिससे "कठोर" और "नरम" कण समुच्चय के संश्लेषण की अनुमति मिलती है।विषाक्तता डेटा से पता चलता है कि उच्च स्टाइरीन सामग्री वाला "कठोर" लेटेक्स साइनोबैक्टीरिया के अस्तित्व के लिए अनुकूल नहीं है।ब्यूटाइल एक्रिलेट के विपरीत, स्टाइरीन को शैवाल32,33 के लिए जहरीला माना जाता है।साइनोबैक्टीरिया उपभेदों ने लेटेक्स पर काफी अलग तरह से प्रतिक्रिया की, और एस. एलोंगाटस पीसीसी 7942 के लिए इष्टतम ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी) निर्धारित किया गया था, जबकि एस. एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए ने टीजी के साथ एक नकारात्मक रैखिक संबंध दिखाया।
सुखाने का तापमान एक सतत एकसमान लेटेक्स फिल्म बनाने की क्षमता को प्रभावित करता है।यदि सुखाने का तापमान न्यूनतम फिल्म निर्माण तापमान (एमएफएफटी) से कम है, तो पॉलिमर लेटेक्स कण पूरी तरह से एकजुट नहीं होंगे, जिसके परिणामस्वरूप केवल कण इंटरफ़ेस पर आसंजन होगा।परिणामी फिल्मों में खराब आसंजन और यांत्रिक शक्ति होती है और वे पाउडर के रूप में भी हो सकती हैं29।एमएफएफटी का टीजी से गहरा संबंध है, जिसे मोनोमर संरचना और टेक्सानॉल जैसे सहसंयोजकों को जोड़कर नियंत्रित किया जा सकता है।टीजी परिणामी कोटिंग के कई भौतिक गुणों को निर्धारित करता है, जो रबड़ जैसी या कांच जैसी अवस्था में हो सकता है34।फ्लोरी-फॉक्स समीकरण35 के अनुसार, टीजी मोनोमर के प्रकार और सापेक्ष प्रतिशत संरचना पर निर्भर करता है।कोलेसेंट को जोड़ने से लेटेक्स कणों के टीजी के आंतरायिक दमन से एमएफएफटी कम हो सकता है, जो कम तापमान पर फिल्म निर्माण की अनुमति देता है, लेकिन फिर भी एक कठोर और मजबूत कोटिंग बनाता है क्योंकि कोलेसेंट समय के साथ धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है या 36 निकाला गया है।
टेक्सानॉल की सांद्रता बढ़ने से सुखाने के दौरान कणों द्वारा अवशोषण के कारण पॉलिमर कणों को नरम करके (टीजी को कम करके) फिल्म निर्माण को बढ़ावा मिलता है, जिससे चिपकने वाली फिल्म और सेल आसंजन की ताकत बढ़ जाती है।क्योंकि बायोकंपोजिट को परिवेश के तापमान (~18-20°C) पर सुखाया जाता है, "कठोर" लेटेक्स का Tg (30 से 55°C) सुखाने के तापमान से अधिक होता है, जिसका अर्थ है कि कण सहसंयोजन इष्टतम नहीं हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बी फिल्में जो कांचयुक्त रहती हैं, खराब यांत्रिक और चिपकने वाले गुण, सीमित लोच और प्रसार30 अंततः अधिक कोशिका हानि का कारण बनती हैं।"सामान्य" और "नरम" पॉलिमर से फिल्म का निर्माण पॉलिमर फिल्म के टीजी पर या उसके नीचे होता है, और बेहतर सहसंयोजन द्वारा फिल्म निर्माण में सुधार होता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर यांत्रिक, एकजुट और चिपकने वाले गुणों के साथ निरंतर पॉलिमर फिल्में बनती हैं।परिणामी फिल्म CO2 कैप्चर प्रयोगों के दौरान रबड़ जैसी बनी रहेगी क्योंकि इसका टीजी परिवेश के तापमान 30 के करीब ("सामान्य" मिश्रण: 12 से 20 ºC) या बहुत कम ("नरम" मिश्रण: -21 से -13 डिग्री सेल्सियस) है।"हार्ड" लेटेक्स (3.4 से 2.9 किग्रा मिमी-1) "सामान्य" लेटेक्स (1.0 से 0.9 किग्रा मिमी-1) की तुलना में तीन गुना कठिन है।"मुलायम" लेटेक्स की कठोरता को कमरे के तापमान पर उनकी अत्यधिक रबरयुक्तता और चिपचिपाहट के कारण सूक्ष्म कठोरता से नहीं मापा जा सकता है।सतही आवेश आसंजन आत्मीयता को भी प्रभावित कर सकता है, लेकिन सार्थक जानकारी प्रदान करने के लिए अधिक डेटा की आवश्यकता होती है।हालाँकि, सभी लेटेक्स ने कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से बनाए रखा, 1% से कम रिलीज़ किया।
प्रकाश संश्लेषण की उत्पादकता समय के साथ घटती जाती है।पॉलीस्टाइनिन के संपर्क में आने से झिल्ली में व्यवधान और ऑक्सीडेटिव तनाव38,39,40,41 होता है।0S और 4S के संपर्क में आने वाले S. elongatus CCAP 1479/1A का Fv/Fm मान सस्पेंशन नियंत्रण की तुलना में लगभग दोगुना था, जो 4S बायोकंपोजिट के CO2 ग्रहण दर के साथ-साथ अच्छे समझौते में है। निम्न माध्य PS मान।मूल्य.उच्च Fv/Fm मान इंगित करते हैं कि PSII में इलेक्ट्रॉन परिवहन अधिक फोटॉन42 प्रदान कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च CO2 निर्धारण दर हो सकती है।हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फोटोफिजियोलॉजिकल डेटा जलीय लेटेक्स समाधानों में निलंबित कोशिकाओं से प्राप्त किया गया था और जरूरी नहीं कि सीधे परिपक्व बायोकंपोजिट से तुलनीय हो।
यदि लेटेक्स प्रकाश और/या गैस विनिमय में बाधा उत्पन्न करता है जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश और CO2 प्रतिबंध होता है, तो यह सेलुलर तनाव का कारण बन सकता है और प्रदर्शन को कम कर सकता है, और यदि यह O2 रिलीज को प्रभावित करता है, तो फोटोरेस्पिरेशन39।ठीक किए गए कोटिंग्स के प्रकाश संचरण का मूल्यांकन किया गया: "हार्ड" लेटेक्स ने 440 और 480 एनएम के बीच प्रकाश संचरण में मामूली कमी देखी (बेहतर फिल्म सहसंयोजन के कारण टेक्सानॉल की एकाग्रता में वृद्धि के कारण आंशिक रूप से सुधार हुआ), जबकि "नरम" और "नियमित" लेटेक्स ने प्रकाश संचरण में थोड़ी कमी दिखाई।हानि का कोई उल्लेखनीय नुकसान नहीं दिखता।परख, साथ ही सभी ऊष्मायन, कम रोशनी की तीव्रता (30.5 μmol m-2 s-1) पर किए गए थे, इसलिए पॉलिमर मैट्रिक्स के कारण किसी भी प्रकाश संश्लेषक सक्रिय विकिरण की भरपाई की जाएगी और यहां तक ​​कि फोटोइनहिबिशन को रोकने में भी उपयोगी हो सकता है।हानिकारक प्रकाश तीव्रता पर.
बायोकंपोजिट सीसीएपी 1479/1ए ने परीक्षण के 84 दिनों के दौरान पोषक तत्वों के कारोबार या बायोमास के महत्वपूर्ण नुकसान के बिना काम किया, जो अध्ययन का एक प्रमुख उद्देश्य है।दीर्घकालिक अस्तित्व (आराम की स्थिति) प्राप्त करने के लिए नाइट्रोजन भुखमरी के जवाब में कोशिका अपचयन क्लोरोसिस की प्रक्रिया से जुड़ा हो सकता है, जो पर्याप्त नाइट्रोजन संचय प्राप्त करने के बाद कोशिकाओं को विकास फिर से शुरू करने में मदद कर सकता है।एसईएम छवियों ने पुष्टि की कि कोशिका विभाजन के बावजूद कोशिकाएं कोटिंग के अंदर बनी रहीं, जो "नरम" लेटेक्स की लोच को प्रदर्शित करती हैं और इस प्रकार प्रयोगात्मक संस्करण पर स्पष्ट लाभ दिखाती हैं।"सॉफ्ट" लेटेक्स में लगभग 70% ब्यूटाइल एक्रिलेट (वजन के अनुसार) होता है, जो सूखने के बाद लचीली कोटिंग के लिए बताई गई सांद्रता से बहुत अधिक है44।
CO2 का शुद्ध ग्रहण नियंत्रण निलंबन की तुलना में काफी अधिक था (एस. एलोंगाटस सीसीएपी 1479/1ए और पीसीसी 7942 के लिए क्रमशः 14-20 और 3-8 गुना अधिक)।पहले, हमने यह दिखाने के लिए CO2 द्रव्यमान स्थानांतरण मॉडल का उपयोग किया था कि उच्च CO2 ग्रहण का मुख्य चालक बायोकंपोजिट31 की सतह पर एक तेज CO2 सांद्रता प्रवणता है और बायोकंपोजिट प्रदर्शन को बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के प्रतिरोध द्वारा सीमित किया जा सकता है।कोटिंग26 की सरंध्रता और पारगम्यता को बढ़ाने के लिए लेटेक्स में गैर विषैले, गैर-फिल्म बनाने वाले अवयवों को शामिल करके इस समस्या को दूर किया जा सकता है, लेकिन सेल प्रतिधारण से समझौता किया जा सकता है क्योंकि इस रणनीति के परिणामस्वरूप अनिवार्य रूप से कमजोर फिल्म20 होगी।सरंध्रता बढ़ाने के लिए पोलीमराइजेशन के दौरान रासायनिक संरचना को बदला जा सकता है, जो कि सबसे अच्छा विकल्प है, खासकर औद्योगिक उत्पादन और स्केलेबिलिटी45 के संदर्भ में।
माइक्रोएल्गे और साइनोबैक्टीरिया से बायोकंपोजिट का उपयोग करने वाले हाल के अध्ययनों की तुलना में नए बायोकंपोजिट के प्रदर्शन ने सेल लोडिंग दर (तालिका 1)21,46 को समायोजित करने और लंबे विश्लेषण समय (84 दिन बनाम 15 घंटे46 और 3 सप्ताह21) के साथ लाभ दिखाया।
कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट की वॉल्यूमेट्रिक सामग्री सायनोबैक्टीरिया का उपयोग करने वाले अन्य अध्ययनों के साथ अनुकूल रूप से तुलना करती है और इसका उपयोग कार्बन कैप्चर और उपयोग/पुनर्प्राप्ति अनुप्रयोगों के लिए संभावित मानदंड के रूप में किया जाता है, जैसे कि बीईसीसीएस किण्वन प्रक्रियाओं के लिए या बायोडिग्रेडेबल के उत्पादन के लिए। बायोप्लास्टिक्स52।इस अध्ययन के तर्क के हिस्से के रूप में, हम मानते हैं कि वनीकरण, यहां तक ​​कि बीईसीसीएस नकारात्मक उत्सर्जन अवधारणा में भी माना जाता है, जलवायु परिवर्तन के लिए रामबाण नहीं है और दुनिया की कृषि योग्य भूमि का एक खतरनाक हिस्सा खपत करता है।एक विचार प्रयोग के रूप में, यह अनुमान लगाया गया था कि वैश्विक तापमान वृद्धि को 1.5°C53 (लगभग 8 से 12 GtCO2 प्रति वर्ष) तक सीमित करने के लिए 2100 तक वायुमंडल से 640 और 950 GtCO2 को हटाने की आवश्यकता होगी।बेहतर प्रदर्शन करने वाले बायोकंपोजिट (574.08 ± 30.19 टन CO2 t-1 बायोमास प्रति वर्ष-1) के साथ इसे प्राप्त करने के लिए 5.5 × 1010 से 8.2 × 1010 m3 (तुलनीय प्रकाश संश्लेषक दक्षता के साथ) तक मात्रा विस्तार की आवश्यकता होगी, जिसमें 196 से 2.92 बिलियन लीटर तक मात्रा होगी। पॉलिमर.यह मानते हुए कि 1 एम3 बायोकंपोजिट 1 एम2 भूमि क्षेत्र पर कब्जा करता है, लक्ष्य वार्षिक कुल सीओ2 को अवशोषित करने के लिए आवश्यक क्षेत्र 5.5 और 8.17 मिलियन हेक्टेयर के बीच होगा, जो कि जीवन के लिए उपयुक्त भूमि के 0.18-0.27% के बराबर है। उष्णकटिबंधीय, और भूमि क्षेत्र को कम करें।बीईसीसीएस की आवश्यकता 98-99% है।यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सैद्धांतिक कैप्चर अनुपात कम रोशनी में दर्ज CO2 अवशोषण पर आधारित है।जैसे ही बायोकंपोजिट अधिक तीव्र प्राकृतिक प्रकाश के संपर्क में आता है, CO2 ग्रहण करने की दर बढ़ जाती है, जिससे भूमि की आवश्यकताएं कम हो जाती हैं और बायोकंपोजिट अवधारणा की ओर अधिक झुकाव होता है।हालाँकि, निरंतर बैकलाइट तीव्रता और अवधि के लिए कार्यान्वयन भूमध्य रेखा पर होना चाहिए।
CO2 निषेचन का वैश्विक प्रभाव, यानी CO2 की उपलब्धता में वृद्धि के कारण वनस्पति उत्पादकता में वृद्धि, अधिकांश भूमि क्षेत्रों पर कम हो गई है, संभवतः प्रमुख मिट्टी के पोषक तत्वों (एन और पी) और जल संसाधनों में परिवर्तन के कारण।इसका मतलब यह है कि हवा में बढ़ी हुई CO2 सांद्रता के बावजूद, स्थलीय प्रकाश संश्लेषण से CO2 ग्रहण में वृद्धि नहीं हो सकती है।इस संदर्भ में, बीईसीसीएस जैसी जमीनी-आधारित जलवायु परिवर्तन शमन रणनीतियों के सफल होने की संभावना भी कम है।यदि इस वैश्विक घटना की पुष्टि हो जाती है, तो हमारा लाइकेन-प्रेरित बायोकंपोजिट एक प्रमुख संपत्ति हो सकता है, जो एकल-कोशिका वाले जलीय प्रकाश संश्लेषक रोगाणुओं को "ग्राउंड एजेंट" में बदल देगा।अधिकांश स्थलीय पौधे C3 प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से CO2 को स्थिर करते हैं, जबकि C4 पौधे गर्म, शुष्क आवासों के लिए अधिक अनुकूल होते हैं और उच्च CO254 आंशिक दबाव पर अधिक कुशल होते हैं।सायनोबैक्टीरिया एक विकल्प प्रदान करता है जो C3 पौधों में कम कार्बन डाइऑक्साइड जोखिम की खतरनाक भविष्यवाणियों को दूर कर सकता है।सायनोबैक्टीरिया ने एक कुशल कार्बन संवर्धन तंत्र विकसित करके फोटोरेस्पिरेटरी सीमाओं को पार कर लिया है जिसमें आसपास के कार्बोक्सीसोम के भीतर राइबुलोज-1,5-बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज/ऑक्सीजिनेज (RuBisCo) द्वारा CO2 के उच्च आंशिक दबाव प्रस्तुत और बनाए रखा जाता है।यदि सायनोबैक्टीरियल बायोकंपोजिट का उत्पादन बढ़ाया जा सके तो यह जलवायु परिवर्तन के खिलाफ लड़ाई में मानव जाति के लिए एक महत्वपूर्ण हथियार बन सकता है।
बायोकंपोजिट (लाइकेन मिमिक्स) पारंपरिक माइक्रोएल्गे और साइनोबैक्टीरिया सस्पेंशन संस्कृतियों पर स्पष्ट लाभ प्रदान करते हैं, उच्च CO2 ग्रहण दर प्रदान करते हैं, प्रदूषण के जोखिम को कम करते हैं, और प्रतिस्पर्धी CO2 से बचाव का वादा करते हैं।लागत भूमि, पानी और पोषक तत्वों56 के उपयोग को काफी कम कर देती है।यह अध्ययन एक उच्च-प्रदर्शन वाले बायोकंपैटिबल लेटेक्स के विकास और निर्माण की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करता है, जो एक उम्मीदवार सब्सट्रेट के रूप में लूफै़ण स्पंज के साथ मिलकर, सेल हानि को न्यूनतम रखते हुए सर्जरी के महीनों में कुशल और प्रभावी CO2 ग्रहण प्रदान कर सकता है।बायोकंपोजिट सैद्धांतिक रूप से प्रति वर्ष लगभग 570 टन CO2 t-1 बायोमास ग्रहण कर सकते हैं और जलवायु परिवर्तन के प्रति हमारी प्रतिक्रिया में BECCS वनीकरण रणनीतियों से अधिक महत्वपूर्ण साबित हो सकते हैं।पॉलिमर संरचना के और अनुकूलन के साथ, उच्च प्रकाश तीव्रता पर परीक्षण, और विस्तृत चयापचय इंजीनियरिंग के साथ मिलकर, प्रकृति के मूल बायोजियोइंजीनियर एक बार फिर बचाव में आ सकते हैं।
ऐक्रेलिक लेटेक्स पॉलिमर स्टाइरीन मोनोमर्स, ब्यूटाइल एक्रिलेट और ऐक्रेलिक एसिड के मिश्रण का उपयोग करके तैयार किए गए थे, और पीएच को 0.1 एम सोडियम हाइड्रॉक्साइड (तालिका 2) के साथ 7 पर समायोजित किया गया था।स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट पॉलिमर श्रृंखलाओं का बड़ा हिस्सा बनाते हैं, जबकि ऐक्रेलिक एसिड लेटेक्स कणों को निलंबन57 में रखने में मदद करता है।लेटेक्स के संरचनात्मक गुण ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी) द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, जिसे स्टाइरीन और ब्यूटाइल एक्रिलेट के अनुपात को बदलकर नियंत्रित किया जाता है, जो क्रमशः "कठोर" और "नरम" गुण प्रदान करता है58।एक विशिष्ट ऐक्रेलिक लेटेक्स पॉलिमर 50:50 स्टाइरीन: ब्यूटाइल एक्रिलेट 30 है, इसलिए इस अध्ययन में इस अनुपात वाले लेटेक्स को "सामान्य" लेटेक्स के रूप में संदर्भित किया गया था, और उच्च स्टाइरीन सामग्री वाले लेटेक्स को कम स्टाइरीन सामग्री वाले लेटेक्स के रूप में संदर्भित किया गया था। ."नरम" को "कठोर" कहा जाता है।
30 मोनोमर बूंदों को स्थिर करने के लिए आसुत जल (174 ग्राम), सोडियम बाइकार्बोनेट (0.5 ग्राम) और रोडापेक्स एबी/20 सर्फेक्टेंट (30.92 ग्राम) (सोल्वे) का उपयोग करके एक प्राथमिक इमल्शन तैयार किया गया था।एक सिरिंज पंप के साथ एक ग्लास सिरिंज (साइंस ग्लास इंजीनियरिंग) का उपयोग करते हुए, तालिका 2 में सूचीबद्ध स्टाइरीन, ब्यूटाइल एक्रिलेट और ऐक्रेलिक एसिड युक्त एक माध्यमिक एलिकोट को 4 घंटे (कोल) में प्राथमिक इमल्शन में 100 मिलीलीटर एच-1 की दर से बूंद-बूंद करके जोड़ा गया था। -पामर, माउंट वर्नोन, इलिनोइस)।डीएचओ और अमोनियम परसल्फेट (100 मिली, 3% w/w) का उपयोग करके पोलीमराइजेशन इनिशियेटर 59 का एक समाधान तैयार करें।
डीएचओ (206 ग्राम), सोडियम बाइकार्बोनेट (1 ग्राम) और रोडापेक्स एबी/20 (4.42 ग्राम) युक्त घोल को एक स्टेनलेस स्टील प्रोपेलर के साथ ओवरहेड स्टिरर (हीडॉल्फ हेई-टॉर्क वैल्यू 100) का उपयोग करके हिलाएं और 82 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें। VWR साइंटिफिक 1137P गर्म पानी के स्नान में वॉटर जैकेट वाला बर्तन।मोनोमर (28.21 ग्राम) और इनिशिएटर (20.60 ग्राम) का कम वजन वाला घोल जैकेट वाले बर्तन में बूंद-बूंद करके डाला गया और 20 मिनट तक हिलाया गया।बचे हुए मोनोमर (150 मिली एच-1) और सर्जक (27 मिली एच-1) घोल को जोर से मिलाएं ताकि कणों को तब तक निलंबित रखा जा सके जब तक कि उन्हें एक कंटेनर में क्रमशः 10 मिली सीरिंज और 100 मिली का उपयोग करके 5 घंटे के लिए वॉटर जैकेट में न डाल दिया जाए। .एक सिरिंज पंप के साथ पूरा किया गया।घोल प्रतिधारण सुनिश्चित करने के लिए घोल की मात्रा में वृद्धि के कारण स्टिरर की गति बढ़ा दी गई थी।आरंभकर्ता और इमल्शन को जोड़ने के बाद, प्रतिक्रिया तापमान को 85 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया गया, 450 आरपीएम पर 30 मिनट के लिए अच्छी तरह से हिलाया गया, फिर 65 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया गया।ठंडा करने के बाद, लेटेक्स में दो विस्थापन समाधान जोड़े गए: टर्ट-ब्यूटाइल हाइड्रोपरॉक्साइड (टी-बीएचपी) (पानी में 70%) (5 ग्राम, वजन के हिसाब से 14%) और आइसोस्कॉर्बिक एसिड (5 ग्राम, वजन के हिसाब से 10%)।.बूंद-बूंद करके टी-बीएचपी डालें और 20 मिनट के लिए छोड़ दें।फिर एक सिरिंज पंप का उपयोग करके 10 मिलीलीटर सिरिंज से 4 मिलीलीटर/घंटा की दर से एरिथोरबिक एसिड जोड़ा गया।फिर लेटेक्स घोल को कमरे के तापमान तक ठंडा किया गया और 0.1M सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ pH 7 पर समायोजित किया गया।
2,2,4-ट्राइमेथाइल-1,3-पेंटेनेडियोल मोनोआइसोब्यूटाइरेट (टेक्सानॉल) - लेटेक्स पेंट्स के लिए कम विषाक्तता वाले बायोडिग्रेडेबल कोलेसेंट 37,60 - को एक सिरिंज और पंप के साथ तीन खंडों में जोड़ा गया था (0, 4, 12% वी/वी) सुखाने के दौरान फिल्म निर्माण को सुविधाजनक बनाने के लिए लेटेक्स मिश्रण के लिए सहसंयोजक एजेंट के रूप में37।लेटेक्स ठोस प्रतिशत का निर्धारण प्रत्येक पॉलिमर के 100 μl को पहले से तौले गए एल्यूमीनियम फ़ॉइल कैप में रखकर और 24 घंटे के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में सुखाकर किया गया था।
प्रकाश संचरण के लिए, प्रत्येक लेटेक्स मिश्रण को 100 µm फिल्म बनाने के लिए कैलिब्रेटेड स्टेनलेस स्टील ड्रॉप क्यूब का उपयोग करके माइक्रोस्कोप स्लाइड पर लगाया गया और 48 घंटों के लिए 20 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया।प्रकाश संचरण (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण पर केंद्रित, λ 400-700 एनएम) को 30 डब्ल्यू फ्लोरोसेंट लैंप (सिल्वेनिया लक्सलाइन प्लस, एन = 6) से 35 सेमी की दूरी पर एक सेंसर के साथ ILT950 स्पेक्ट्रिलाइट स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर पर मापा गया था - जहां प्रकाश स्रोत साइनोबैक्टीरिया और जीव थे, मिश्रित सामग्री संरक्षित हैं।स्पेक्ट्राइलाइट III सॉफ़्टवेयर संस्करण 3.5 का उपयोग λ 400-700 एनएम61 रेंज में रोशनी और संचरण को रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था।सभी नमूने सेंसर के शीर्ष पर रखे गए थे, और नियंत्रण के रूप में बिना लेपित ग्लास स्लाइड का उपयोग किया गया था।
लेटेक्स के नमूनों को एक सिलिकॉन बेकिंग डिश में जोड़ा गया और कठोरता के परीक्षण से पहले 24 घंटे तक सूखने दिया गया।सूखे लेटेक्स के नमूने को x10 माइक्रोस्कोप के नीचे स्टील कैप पर रखें।ध्यान केंद्रित करने के बाद, नमूनों का मूल्यांकन ब्यूहलर माइक्रोमेट II माइक्रोहार्डनेस परीक्षक पर किया गया।नमूने पर 100 से 200 ग्राम का बल लगाया गया और नमूने में हीरे की सेंध लगाने के लिए लोड समय 7 सेकंड निर्धारित किया गया।अतिरिक्त आकार माप सॉफ्टवेयर के साथ ब्रूकर एलिकोना × 10 माइक्रोस्कोप उद्देश्य का उपयोग करके प्रिंट का विश्लेषण किया गया था।प्रत्येक लेटेक्स की कठोरता की गणना करने के लिए विकर्स कठोरता सूत्र (समीकरण 1) का उपयोग किया गया था, जहां एचवी विकर्स संख्या है, एफ लागू बल है, और डी लेटेक्स की ऊंचाई और चौड़ाई से गणना की गई इंडेंट विकर्णों का औसत है।इंडेंट मान.इंडेंटेशन परीक्षण के दौरान आसंजन और खिंचाव के कारण "नरम" लेटेक्स को मापा नहीं जा सकता है।
लेटेक्स संरचना के ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी) को निर्धारित करने के लिए, पॉलिमर नमूनों को सिलिका जेल व्यंजनों में रखा गया था, 24 घंटे तक सुखाया गया, 0.005 ग्राम वजन किया गया, और नमूना व्यंजनों में रखा गया।डिश को कैप किया गया और एक डिफरेंशियल स्कैनिंग कलरमीटर (पर्किनएल्मर डीएससी 8500, इंटरकूलर II, पाइरिस डेटा एनालिसिस सॉफ्टवेयर)62 में रखा गया।तापमान को मापने के लिए अंतर्निर्मित तापमान जांच के साथ संदर्भ कप और नमूना कप को एक ही ओवन में रखने के लिए ताप प्रवाह विधि का उपयोग किया जाता है।एक सुसंगत वक्र बनाने के लिए कुल दो रैंप का उपयोग किया गया था।नमूना विधि को 20°C प्रति मिनट की दर से बार-बार -20°C से 180°C तक बढ़ाया गया।तापमान अंतराल को ध्यान में रखते हुए प्रत्येक प्रारंभ और समाप्ति बिंदु को 1 मिनट के लिए संग्रहीत किया जाता है।
सीओ2 को अवशोषित करने के लिए बायोकंपोजिट की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, नमूने हमारे पिछले अध्ययन31 की तरह ही तैयार और परीक्षण किए गए थे।सूखे और ऑटोक्लेव्ड वॉशक्लॉथ को लगभग 1×1×5 सेमी की पट्टियों में काटा गया और तौला गया।प्रत्येक साइनोबैक्टीरिया स्ट्रेन के दो सबसे प्रभावी बायोकोटिंग के 600 μl को प्रत्येक लूफै़ण पट्टी के एक छोर पर लगाएं, लगभग 1 × 1 × 3 सेमी को कवर करें, और 24 घंटे के लिए 20 डिग्री सेल्सियस पर अंधेरे में सुखाएं।लूफै़ण की मैक्रोपोरस संरचना के कारण, कुछ फॉर्मूला बर्बाद हो गया था, इसलिए सेल लोडिंग दक्षता 100% नहीं थी।इस समस्या को दूर करने के लिए, लूफै़ण पर सूखी तैयारी का वजन निर्धारित किया गया और संदर्भ सूखी तैयारी के लिए सामान्यीकृत किया गया।लूफै़ण, लेटेक्स और बाँझ पोषक माध्यम से युक्त अजैविक नियंत्रण समान तरीके से तैयार किए गए थे।
आधा-बैच CO2 ग्रहण परीक्षण करने के लिए, बायोकंपोजिट (n = 3) को 50 मिलीलीटर ग्लास ट्यूब में रखें ताकि बायोकंपोजिट का एक सिरा (बायोकोटिंग के बिना) 5 मिलीलीटर विकास माध्यम के संपर्क में रहे, जिससे पोषक तत्व मिल सके। केशिका क्रिया द्वारा परिवहन किया जाए।.बोतल को 20 मिमी व्यास वाले ब्यूटाइल रबर कॉर्क से सील किया गया है और चांदी की एल्यूमीनियम टोपी से दबाया गया है।एक बार सील करने के बाद, गैस-टाइट सिरिंज से जुड़ी एक बाँझ सुई के साथ 5% CO2/हवा के 45 मिलीलीटर इंजेक्ट करें।नियंत्रण निलंबन का सेल घनत्व (एन = 3) पोषक माध्यम में बायोकंपोजिट के सेल लोड के बराबर था।परीक्षण 18 ± 2 डिग्री सेल्सियस पर 16:8 की फोटो अवधि और 30.5 µmol m-2 s-1 की फोटो अवधि के साथ किए गए थे।गैस-टाइट सिरिंज के साथ हर दो दिन में हेड स्पेस को हटा दिया गया और अवशोषित CO2 का प्रतिशत निर्धारित करने के लिए इन्फ्रारेड अवशोषण GEOTech G100 के साथ CO2 मीटर का विश्लेषण किया गया।CO2 गैस मिश्रण की समान मात्रा डालें।
% CO2 फिक्स की गणना इस प्रकार की जाती है: % CO2 फिक्स = 5% (v/v) - %CO2 (समीकरण 2) लिखें जहां P = दबाव, V = आयतन, T = तापमान, और R = आदर्श गैस स्थिरांक।
सायनोबैक्टीरिया और बायोकंपोजिट के नियंत्रण निलंबन के लिए रिपोर्ट की गई CO2 ग्रहण दर को गैर-जैविक नियंत्रण के लिए सामान्यीकृत किया गया था।जी बायोमास की कार्यात्मक इकाई वॉशक्लॉथ पर स्थिर सूखे बायोमास की मात्रा है।यह कोशिका निर्धारण से पहले और बाद में लूफै़ण के नमूनों का वजन करके निर्धारित किया जाता है।सुखाने से पहले और बाद में तैयारियों को व्यक्तिगत रूप से तौलकर और सेल तैयारी के घनत्व की गणना करके सेल लोड द्रव्यमान (बायोमास समतुल्य) का लेखांकन (समीकरण 3)।निर्धारण के दौरान सेल तैयारियों को सजातीय माना जाता है।
सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए रियलस्टैटिस्टिक्स ऐड-इन के साथ मिनिटैब 18 और माइक्रोसॉफ्ट एक्सेल का उपयोग किया गया था।एंडरसन-डार्लिंग परीक्षण का उपयोग करके सामान्यता का परीक्षण किया गया था, और लेवेने परीक्षण का उपयोग करके भिन्नताओं की समानता का परीक्षण किया गया था।इन मान्यताओं को संतुष्ट करने वाले डेटा का विश्लेषण पोस्ट हॉक विश्लेषण के रूप में टकी के परीक्षण के साथ दो-तरफा विचरण विश्लेषण (एनोवा) का उपयोग करके किया गया था।दो-तरफ़ा डेटा जो सामान्यता और समान भिन्नता की धारणाओं को पूरा नहीं करते थे, उपचारों के बीच महत्व निर्धारित करने के लिए शिरर-रे-हारा परीक्षण और फिर मान-व्हिटनी यू-परीक्षण का उपयोग करके विश्लेषण किया गया था।तीन कारकों के साथ गैर-सामान्य डेटा के लिए सामान्यीकृत रैखिक मिश्रित (जीएलएम) मॉडल का उपयोग किया गया था, जहां जॉनसन ट्रांसफॉर्म 63 का उपयोग करके डेटा को रूपांतरित किया गया था।टेक्सानॉल एकाग्रता, ग्लास संक्रमण तापमान और लेटेक्स विषाक्तता और आसंजन डेटा के बीच संबंधों का मूल्यांकन करने के लिए पियर्सन उत्पादों के क्षणिक सहसंबंध का प्रदर्शन किया गया।