Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn arddangos carwsél o dri sleid ar unwaith.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Mae dal a storio carbon yn hanfodol i gyflawni nodau Cytundeb Paris.Ffotosynthesis yw technoleg natur ar gyfer dal carbon.Gan dynnu ysbrydoliaeth o gennau, fe wnaethom ddatblygu biogyfansoddyn ffotosynthetig cyanobacteria 3D (hy dynwared cen) gan ddefnyddio polymer latecs acrylig wedi'i osod ar sbwng loofah.Cyfradd y defnydd o CO2 gan y biogyfansawdd oedd 1.57 ± 0.08 g CO2 g-1 o fiomas d-1.Mae'r gyfradd derbyn yn seiliedig ar fiomas sych ar ddechrau'r arbrawf ac mae'n cynnwys CO2 a ddefnyddir i dyfu biomas newydd yn ogystal â CO2 a gynhwysir mewn cyfansoddion storio fel carbohydradau.Roedd y cyfraddau defnydd hyn 14-20 gwaith yn uwch na mesurau rheoli slyri a gellid eu cynyddu o bosibl i ddal 570 t CO2 t-1 biomas y flwyddyn-1, sy’n cyfateb i 5.5-8.17 × 106 hectar o ddefnydd tir, gan ddileu 8-12 GtCO2 CO2 y flwyddyn.Mewn cyferbyniad, bio-ynni coedwigoedd gyda dal a storio carbon yw 0.4–1.2 × 109 ha.Arhosodd y biocomposite yn weithredol am 12 wythnos heb faetholion na dŵr ychwanegol, ac ar ôl hynny daeth yr arbrawf i ben.O fewn safiad technolegol amlweddog y ddynoliaeth i frwydro yn erbyn newid yn yr hinsawdd, mae gan fiogyfansoddion cyanobacterial wedi'u peiriannu a'u hoptimeiddio'r potensial ar gyfer defnydd cynaliadwy a graddadwy i gynyddu'r broses o gael gwared ar CO2 tra'n lleihau colledion dŵr, maetholion a defnydd tir.
Mae newid yn yr hinsawdd yn fygythiad gwirioneddol i fioamrywiaeth fyd-eang, sefydlogrwydd ecosystemau a phobl.Er mwyn lliniaru ei effeithiau gwaethaf, mae angen rhaglenni datgarbureiddio cydgysylltiedig a graddfa fawr, ac, wrth gwrs, mae angen rhyw fath o dynnu nwyon tŷ gwydr yn uniongyrchol o'r atmosffer.Er gwaethaf datgarboneiddio cadarnhaol o ran cynhyrchu trydan2,3, ar hyn o bryd nid oes unrhyw atebion technolegol economaidd gynaliadwy i leihau carbon deuocsid atmosfferig (CO2)4, er bod dal nwy ffliw yn mynd rhagddo5.Yn lle datrysiadau peirianyddol graddadwy ac ymarferol, dylai pobl droi at beirianwyr naturiol i ddal carbon - organebau ffotosynthetig (organebau ffotroffig).Ffotosynthesis yw technoleg dal a storio carbon natur, ond mae amheuaeth ynghylch ei allu i wrthdroi cyfoethogi carbon anthropogenig ar raddfeydd amser ystyrlon, mae ensymau yn aneffeithlon, ac mae amheuaeth ynghylch ei allu i ddefnyddio ar raddfeydd priodol.Llwybr posibl ar gyfer ffototroffi yw coedwigo, sy'n torri coed ar gyfer bio-ynni gyda dal a storio carbon (BECCS) fel technoleg allyriadau negyddol a all helpu i leihau allyriadau CO21 net.Fodd bynnag, er mwyn cyrraedd targed tymheredd Cytundeb Paris o 1.5°C gan ddefnyddio BECCS fel y prif ddull byddai angen 0.4 i 1.2 × 109 ha, sy’n cyfateb i 25–75% o’r tir âr byd-eang presennol6.Yn ogystal, mae'r ansicrwydd sy'n gysylltiedig ag effeithiau byd-eang ffrwythloni CO2 yn codi amheuaeth ynghylch effeithlonrwydd cyffredinol posibl planhigfeydd coedwigoedd7.Os ydym am gyrraedd y targedau tymheredd a osodwyd gan Gytundeb Paris, rhaid tynnu 100 eiliad o GtCO2 o nwyon tŷ gwydr (GGR) o’r atmosffer bob blwyddyn.Yn ddiweddar, cyhoeddodd Adran Ymchwil ac Arloesedd y DU gyllid ar gyfer pum prosiect GGR8 gan gynnwys rheoli mawndiroedd, gwella hindreulio creigiau, plannu coed, bio-olosg a chnydau lluosflwydd i fwydo’r broses BECCS.Costau tynnu mwy na 130 MtCO2 o’r atmosffer y flwyddyn yw 10-100 US$/tCO2, 0.2-8.1 MtCO2 y flwyddyn ar gyfer adfer mawndiroedd, 52-480 US$/tCO2 a 12-27 MtCO2 y flwyddyn ar gyfer hindreulio creigiau. , 0.4-30 USD y flwyddyn.tCO2, 3.6 MtCO2/y flwyddyn, cynnydd o 1% yn arwynebedd y goedwig, 0.4-30 US$/tCO2, 6-41 MtCO2/y flwyddyn, bio-olosg, 140-270 US$/tCO2, 20 –70 Mt CO2 y flwyddyn ar gyfer defnyddio cnydau parhaol BECCS9.
Gallai cyfuniad o’r dulliau hyn gyrraedd y targed o 130 Mt CO2 y flwyddyn o bosibl, ond mae costau hindreulio creigiau a BECCS yn uchel, ac mae bio-olosg, er ei fod yn gymharol rad ac nad yw’n ymwneud â defnydd tir, yn gofyn am borthiant ar gyfer y broses gynhyrchu bio-olosg.yn cynnig y datblygiad a'r rhif hwn i ddefnyddio technolegau GGR eraill.
Yn hytrach na chwilio am atebion ar y tir, edrychwch am ddŵr, yn enwedig ffototroffau ungell fel microalgâu a syanobacteria10.Mae algâu (gan gynnwys cyanobacteria) yn dal tua 50% o garbon deuocsid y byd, er mai dim ond 1% o fiomas y byd maen nhw'n cyfrif11.Cyanobacteria yw biogeobeirianwyr gwreiddiol natur, sy'n gosod y sylfaen ar gyfer metaboledd anadlol ac esblygiad bywyd amlgellog trwy ffotosynthesis ocsigenig12.Nid yw'r syniad o ddefnyddio cyanobacteria i ddal carbon yn newydd, ond mae dulliau arloesol o leoli corfforol yn agor gorwelion newydd i'r organebau hynafol hyn.
Mae pyllau agored a ffotobio-adweithyddion yn asedau rhagosodedig wrth ddefnyddio microalgâu a cyanobacteria at ddibenion diwydiannol.Mae'r systemau diwylliant hyn yn defnyddio diwylliant crog lle mae celloedd yn arnofio'n rhydd mewn cyfrwng twf14;fodd bynnag, mae gan byllau a ffotobio-adweithyddion lawer o anfanteision megis trosglwyddiad màs CO2 gwael, defnydd dwys o dir a dŵr, tueddiad i fio-baeddu, a chostau adeiladu a gweithredu uchel15,16.Mae bio-adweithyddion biofilm nad ydynt yn defnyddio diwylliannau crogiant yn fwy darbodus o ran dŵr a gofod, ond maent mewn perygl o gael eu difrodi gan ddysychiad, yn dueddol o ddatgysylltiad bioffilm (a thrwy hynny golli biomas gweithredol), ac maent yr un mor dueddol o gael biobaeddu17.
Mae angen dulliau gweithredu newydd i gynyddu cyfradd y defnydd o CO2 a mynd i'r afael â'r problemau sy'n cyfyngu ar adweithyddion slyri a bioffilm.Un dull o'r fath yw biogyfansoddion ffotosynthetig a ysbrydolwyd gan gennau.Mae cennau yn gymhlethdod o ffyngau a ffotobiontau (microalgâu a/neu syanobacteria) sy'n gorchuddio tua 12% o arwynebedd tir y Ddaear18.Mae'r ffyngau'n darparu cefnogaeth gorfforol, amddiffyniad ac angori'r swbstrad ffotobiotig, sydd yn ei dro yn darparu carbon i'r ffyngau (fel cynhyrchion ffotosynthetig gormodol).Mae'r biogyfansoddyn arfaethedig yn “feimetic cen”, lle mae poblogaeth gryno o syanobacteria yn cael ei atal rhag symud ar ffurf biogaenen denau ar swbstrad cludo.Yn ogystal â chelloedd, mae'r biocoating yn cynnwys matrics polymer a all ddisodli'r ffwng.Mae emylsiynau polymer seiliedig ar ddŵr neu “latecsau” yn cael eu ffafrio oherwydd eu bod yn fiogydnaws, yn wydn, yn rhad, yn hawdd eu trin ac ar gael yn fasnachol19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Mae cyfansoddiad y latecs a'r broses o ffurfio ffilm yn dylanwadu'n fawr ar osodiad celloedd â pholymerau latecs.Mae polymeroli emwlsiwn yn broses heterogenaidd a ddefnyddir i gynhyrchu rwber synthetig, haenau gludiog, selio, ychwanegion concrit, haenau papur a thecstilau, a phaent latecs27.Mae ganddo nifer o fanteision dros ddulliau polymerization eraill, megis cyfradd adwaith uchel ac effeithlonrwydd trosi monomer, yn ogystal â rhwyddineb rheoli cynnyrch27,28.Mae'r dewis o monomerau yn dibynnu ar briodweddau dymunol y ffilm polymer sy'n deillio o hynny, ac ar gyfer systemau monomer cymysg (hy, copolymerizations), gellir newid priodweddau'r polymer trwy ddewis cymarebau gwahanol o fonomerau sy'n ffurfio'r deunydd polymer sy'n deillio o hynny.Mae acrylate butyl a styrene ymhlith y monomerau latecs acrylig mwyaf cyffredin ac fe'u defnyddir yma.Yn ogystal, defnyddir cyfryngau cyfuno (ee Texanol) yn aml i hyrwyddo ffurfiant ffilm unffurf lle gallant newid priodweddau'r latecs polymer i gynhyrchu cotio cryf a “pharhaus” (cyfuno).Yn ein hastudiaeth prawf-cysyniad cychwynnol, arwynebedd arwyneb uchel, mandylledd uchel 3D biocomposite ei wneud gan ddefnyddio paent latecs masnachol wedi'i roi ar sbwng loofah.Ar ôl triniaethau hir a pharhaus (wyth wythnos), dangosodd y biocomposite allu cyfyngedig i gadw cyanobacteria ar y sgaffald loofah oherwydd bod twf celloedd yn gwanhau cyfanrwydd strwythurol y latecs.Yn yr astudiaeth gyfredol, ein nod oedd datblygu cyfres o bolymerau latecs acrylig o gemeg hysbys i'w defnyddio'n barhaus mewn cymwysiadau dal carbon heb aberthu diraddiad polymerau.Wrth wneud hynny, rydym wedi dangos y gallu i greu elfennau matrics polymer tebyg i gen sy'n darparu gwell perfformiad biolegol a hydwythedd mecanyddol sylweddol uwch o gymharu â biogyfansoddion profedig.Bydd optimeiddio pellach yn cyflymu'r defnydd o fiogyfansoddion ar gyfer dal carbon, yn enwedig o'u cyfuno â syanobacteria a addaswyd yn fetabolaidd i wella atafaeliad CO2.
Profwyd naw latecs gyda thri fformiwleiddiad polymer (H = “caled”, N = “normal”, S = “meddal”) a thri math o Texanol (0, 4, 12% v/v) am wenwyndra a chydberthynas straen.Gludiog.o ddau cyanobacteria.Dylanwadodd math latecs yn sylweddol ar S. elongatus PCC 7942 (prawf Shirer-Ray-Hare, latecs: DF=2, H=23.157, P=<0.001) a CCAP 1479/1A (ANOVA dwy ffordd, latecs: DF=2, F = 103.93, P = < 0.001) (Ffig. 1a).Nid oedd y crynodiad o texanol yn effeithio'n sylweddol ar dwf S. elongatus PCC 7942, dim ond N-latecs oedd yn ddiwenwyn (Ffig. 1a), a chynhaliodd 0 N a 4 N dwf o 26% a 35%, yn y drefn honno (Mann-). Whitney U, 0 N vs 4 N: W = 13.50, P = 0.245; 0 N yn erbyn rheolaeth: W = 25.0, P = 0.061; 4 N yn erbyn rheolaeth: W = 25.0, P = 0.061) a 12 N cynnal twf cymaradwy i reolaeth fiolegol (Prifysgol Mann-Whitney, 12 N vs rheolaeth: W = 17.0, P = 0.885).Ar gyfer S. elongatus CCAP 1479/1A, roedd cymysgedd latecs a chrynodiad texanol yn ffactorau pwysig, a gwelwyd rhyngweithio sylweddol rhwng y ddau (ANOVA dwy ffordd, latecs: 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).Roedd 0 N a phob latecs “meddal” yn hybu twf (Ffig. 1a).Mae tueddiad i wella twf gyda chyfansoddiad styren yn lleihau.
Profi gwenwyndra ac adlyniad cyanobacteria (Synechococcus elongatus PCC 7942 a CCAP 1479/1A) i fformwleiddiadau latecs, perthynas â thymheredd trawsnewid gwydr (Tg) a matrics penderfyniad yn seiliedig ar ddata gwenwyndra ac adlyniad.(a) Cynhaliwyd profion gwenwyndra gan ddefnyddio lleiniau ar wahân o dwf canrannol cyanobacteria wedi'i normaleiddio i reoli meithriniadau daliant.Mae triniaethau sydd wedi'u nodi â * yn sylweddol wahanol i'r rheolyddion.(b) Data twf cyanobacteria yn erbyn latecs Tg (cymedr ± SD; n = 3).(c) Nifer cronnus y syanobacteria a ryddhawyd o'r prawf adlyniad biogyfansawdd.(ch) Data adlyniad yn erbyn Tg y latecs (cymedr ± StDev; n = 3).e Matrics penderfyniadau yn seiliedig ar ddata gwenwyndra ac adlyniad.Cymhareb y styren i acrylate biwtyl yw 1:3 ar gyfer latecs “caled” (H), 1:1 ar gyfer “normal” (N) a 3:1 ar gyfer “meddal” (S).Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.
Yn y rhan fwyaf o achosion, gostyngodd hyfywedd celloedd gyda chrynodiad cynyddol texanol, ond nid oedd unrhyw gydberthynas arwyddocaol ar gyfer unrhyw un o'r straeniau (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0.208, P = 0.299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0.127, P = 0.527).Ar ffig.Mae 1b yn dangos y berthynas rhwng twf celloedd a thymheredd trawsnewid gwydr (Tg).Mae cydberthynas negyddol gref rhwng crynodiad texanol a gwerthoedd Tg (H-latecs: DF=7, r=-0.989, P=<0.001; N-latecs: DF=7, r=-0.964, P=<0.001 ; S- latecs: DF=7, r=-0.946, P=<0.001).Dangosodd y data mai'r Tg optimaidd ar gyfer twf S. elongatus PCC 7942 oedd tua 17 °C (Ffigur 1b), tra bod S. elongatus CCAP 1479/1A yn ffafrio Tg o dan 0 °C (Ffigur 1b).Dim ond S. elongatus CCAP 1479/1A oedd â chydberthynas negyddol gref rhwng data Tg a gwenwyndra (DF=25, r=-0.857, P=<0.001).
Roedd gan bob latecs affinedd adlyniad da, ac nid oedd yr un ohonynt yn rhyddhau mwy nag 1% o gelloedd ar ôl 72 h (Ffig. 1c).Nid oedd gwahaniaeth arwyddocaol rhwng latecsau'r ddau fath o S. elongatus (CSP 7942: prawf Scheirer-Ray-Hara, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Prawf Ray).– Prawf sgwarnog, latecs*texanol, DF=4, H=3.277, P=0.513).Wrth i grynodiad Texanol gynyddu, mae mwy o gelloedd yn cael eu rhyddhau (Ffigur 1c).o'i gymharu â S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001) (Ffigur 1d).At hynny, nid oedd unrhyw berthynas ystadegol rhwng Tg ac adlyniad celloedd y ddau straen (CSP 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147).
Ar gyfer y ddau straen, roedd polymerau latecs “caled” yn aneffeithiol.Mewn cyferbyniad, perfformiodd 4N a 12N orau yn erbyn S. elongatus PCC 7942, tra perfformiodd 4S a 12S orau yn erbyn CCAP 1479/1A (Ffig. 1e), er ei bod yn amlwg bod lle i optimeiddio'r matrics polymer ymhellach.Mae'r polymerau hyn wedi'u defnyddio mewn profion derbyniad CO2 net lled-swp.
Cafodd ffotoffisioleg ei fonitro am 7 diwrnod gan ddefnyddio celloedd wedi'u hongian mewn cyfansoddiad latecs dyfrllyd.Yn gyffredinol, mae’r gyfradd ffotosynthesis ymddangosiadol (PS) ac uchafswm cynnyrch cwantwm PSII (Fv/Fm) yn gostwng gydag amser, ond mae’r gostyngiad hwn yn anwastad ac mae rhai setiau data PS yn dangos ymateb deuffasig, sy’n awgrymu ymateb rhannol, er bod adferiad amser real. gweithgaredd DP byrrach (Ffig. 2a a 3b).Roedd yr ymateb deuphasig Fv/Fm yn llai amlwg (Ffigurau 2b a 3b).
(a) Cyfradd ffotosynthesis ymddangosiadol (PS) a (b) uchafswm cynnyrch cwantwm PSII (Fv/Fm) o Synechococcus elongatus PCC 7942 mewn ymateb i fformwleiddiadau latecs o gymharu â diwylliannau ataliad rheoli.Cymhareb y styren i acrylate biwtyl yw 1:3 ar gyfer latecs “caled” (H), 1:1 ar gyfer “normal” (N) a 3:1 ar gyfer “meddal” (S).Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.(cymedr ± gwyriad safonol; n = 3).
(a) Cyfradd ffotosynthesis ymddangosiadol (PS) a (b) uchafswm cynnyrch cwantwm PSII (Fv/Fm) o Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A mewn ymateb i fformwleiddiadau latecs o gymharu â diwylliannau ataliad rheoli.Cymhareb y styren i acrylate biwtyl yw 1:3 ar gyfer latecs “caled” (H), 1:1 ar gyfer “normal” (N) a 3:1 ar gyfer “meddal” (S).Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.(cymedr ± gwyriad safonol; n = 3).
Ar gyfer S. elongatus PCC 7942, nid oedd cyfansoddiad latecs a chrynodiad Texanol yn effeithio ar PS dros amser (GLM, Latex * Texanol * Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), er bod cyfansoddiad yn ffactor pwysig (GLM)., latecs* amser, DF = 14, F = 3.14, P = <0.001) (Ffig. 2a).Nid oedd unrhyw effaith sylweddol o grynodiad Texanol dros amser (GLM, Texanol* time, DF=14, F=1.63, P=0.078).Roedd rhyngweithio sylweddol yn effeithio ar Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).Cafodd y rhyngweithio rhwng llunio latecs a chrynodiad Texanol effaith sylweddol ar Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).Mae pob paramedr hefyd yn effeithio ar Fv/Fm dros amser (GLM, Latex* Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 a Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Cynhaliodd latecs 12H y gwerthoedd cyfartalog PS a Fv/Fm isaf (Ffig. 2b), sy'n dangos bod y polymer hwn yn fwy gwenwynig.
Roedd PS o S. elongatus CCAP 1479/1A yn sylweddol wahanol (GLM, latecs * Texanol * amser, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), gyda chyfansoddiad latecs yn hytrach na chrynodiad Texanol (GLM, amser latecs*, DF =14, F=6.38, P=<0.001, GLM, Texanol* amser, DF=14, F=1.26, P=0.239).Cynhaliodd polymerau “meddal” 0S a 4S lefelau ychydig yn uwch o berfformiad PS nag ataliadau rheoli (Mann-Whitney U, 0S yn erbyn rheolyddion, W = 686.0, P = 0.044, 4S yn erbyn rheolyddion, W = 713, P = 0.01) a chynnal a chadw a gwell Fv./Fm (Ffig. 3a) yn dangos trafnidiaeth fwy effeithlon i Photosystem II.Ar gyfer gwerthoedd Fv/Fm o gelloedd CCAP 1479/1A, roedd gwahaniaeth latecs sylweddol dros amser (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (Ffigur 3b).).
Ar ffig.Mae 4 yn dangos y PS ac Fv/Fm cyfartalog dros gyfnod o 7 diwrnod fel swyddogaeth twf celloedd ar gyfer pob straen.Nid oedd gan S. elongatus CSP 7942 batrwm clir (Ffig. 4a a b), fodd bynnag, dangosodd CCAP 1479/1A berthynas barabolig rhwng PS (Ffig. 4c) a Fv/Fm (Ffig. 4d) gwerthoedd fel y mae cymarebau styren ac acrylad biwtyl yn tyfu gyda newid.
Y berthynas rhwng twf a ffotoffisioleg Synechococcus longum ar baratoadau latecs.(a) Data gwenwyndra wedi'i blotio yn erbyn cyfradd ffotosynthetig ymddangosiadol (PS), (b) uchafswm cynnyrch cwantwm PSII (Fv/Fm) o CSP 7942. c Data gwenwyndra wedi'i blotio yn erbyn PS a d Fv/Fm CCAP 1479/1A.Cymhareb y styren i acrylate biwtyl yw 1:3 ar gyfer latecs “caled” (H), 1:1 ar gyfer “normal” (N) a 3:1 ar gyfer “meddal” (S).Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.(cymedr ± gwyriad safonol; n = 3).
Effaith gyfyngedig oedd gan y PCC biogyfansawdd 7942 ar gadw celloedd gyda thrwytholchi celloedd sylweddol yn ystod y pedair wythnos gyntaf (Ffigur 5).Ar ôl y cam cychwynnol o dderbyn CO2, dechreuodd celloedd a oedd wedi'u gosod â latecs 12 N ryddhau CO2, a pharhaodd y patrwm hwn rhwng dyddiau 4 a 14 (Ffig. 5b).Mae'r data hyn yn gyson ag arsylwadau o afliwiad pigment.Dechreuodd y defnydd o CO2 net eto o ddiwrnod 18. Er gwaethaf rhyddhau celloedd (Ffig. 5a), roedd y PCC 7942 12 N biocomposite yn dal i gronni mwy o CO2 na'r ataliad rheoli dros 28 diwrnod, er ychydig (U-prawf Mann-Whitney, W = 2275.5; P = 0.066).Cyfradd amsugno CO2 gan latecs 12 N a 4 N yw 0.51 ± 0.34 a 1.18 ± 0.29 g CO2 g-1 biomas d-1.Roedd gwahaniaeth ystadegol arwyddocaol rhwng triniaeth a lefelau amser (prawf Cadeirydd-Ray-Hare, triniaeth: DF=2, H=70.62, P=<0.001 amser: DF=13, H=23.63, P=0.034), ond mae'n nid oedd.roedd perthynas arwyddocaol rhwng triniaeth ac amser (prawf Cadeirydd-Ray-Har, triniaeth amser*: DF=26, H=8.70, P=0.999).
Profion mewnlifiad CO2 hanner swp ar fiogyfansoddion Synechococcus elongatus PCC 7942 gan ddefnyddio latecs 4N a 12N.(a) Mae delweddau'n dangos rhyddhau celloedd ac afliwiad pigment, yn ogystal â delweddau SEM o'r biogyfansawdd cyn ac ar ôl profi.Mae llinellau doredig gwyn yn nodi safleoedd dyddodiad celloedd ar y biogyfansawdd.(b) Defnydd cronnol net o CO2 dros gyfnod o bedair wythnos.Mae gan latecs “Normal” (N) gymhareb styren i acrylate biwtyl o 1:1.Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.(cymedr ± gwyriad safonol; n = 3).
Gwellwyd cadw celloedd yn sylweddol ar gyfer straen CCAP 1479/1A gyda 4S a 12S, er bod y pigment wedi newid lliw yn araf dros amser (Ffig. 6a).Mae biocomposite CCAP 1479/1A yn amsugno CO2 am 84 diwrnod llawn (12 wythnos) heb atchwanegiadau maethol ychwanegol.Cadarnhaodd dadansoddiad SEM (Ffig. 6a) arsylwi gweledol datgysylltiad celloedd bach.I ddechrau, roedd y celloedd wedi'u gorchuddio â gorchudd latecs a oedd yn cynnal ei gyfanrwydd er gwaethaf twf celloedd.Roedd y gyfradd derbyn CO2 yn sylweddol uwch na'r grŵp rheoli (prawf Scheirer-Ray-Har, triniaeth: DF=2; H=240.59; P=<0.001, amser: DF=42; H=112; P=<0.001) ( Ffig. 6b).Cyflawnodd y biocomposite 12S y cymeriant CO2 uchaf (1.57 ± 0.08 g CO2 biomas g-1 y dydd), tra bod y latecs 4S yn 1.13 ± 0.41 g CO2 g-1 biomas y dydd, ond nid oeddent yn wahanol iawn (Mann-Whitney U . prawf, W = 1507.50; P = 0.07) a dim rhyngweithio arwyddocaol rhwng triniaeth ac amser (prawf Shirer-Rey-Hara, amser * triniaeth: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000).
Hanner lot o brofion mewnlifiad CO2 gan ddefnyddio biogyfansoddion Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A gyda latecs 4N a 12N.(a) Mae delweddau'n dangos rhyddhau celloedd ac afliwiad pigment, yn ogystal â delweddau SEM o'r biogyfansawdd cyn ac ar ôl profi.Mae llinellau doredig gwyn yn nodi safleoedd dyddodiad celloedd ar y biogyfansawdd.(b) Defnydd cronnol net CO2 dros y cyfnod o ddeuddeng wythnos.Mae gan latecs “meddal” (S) gymhareb styren i acrylate biwtyl o 1:1.Mae'r rhifau blaenorol yn y cod latecs yn cyfateb i gynnwys Texanol.(cymedr ± gwyriad safonol; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Prawf Shirer-Ray-Har, triniaeth amser*: DF=4, H=3.243, P=0.518) neu fiogyfansawdd S. elongatus CCAP 1479/1A (dau-ANOVA, triniaeth amser*: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (Ffig. S4).Roedd gan CSP Biocomposite 7942 y cynnwys carbohydrad uchaf yn wythnos 2 (4 N = 59.4 ± 22.5 wt%, 12 N = 67.9 ± 3.3 wt%), tra bod gan yr ataliad rheolaeth gynnwys carbohydrad uchaf yn wythnos 4 pan (rheolaeth = 59.6 ± 2.84% w/w).Roedd cyfanswm cynnwys carbohydrad biocomposite CCAP 1479/1A yn debyg i'r ataliad rheoli ac eithrio ar ddechrau'r treial, gyda rhai newidiadau yn y latecs 12S yn wythnos 4. Y gwerthoedd uchaf ar gyfer y biocomposite oedd 51.9 ± 9.6 wt% ar gyfer 4S a 77.1 ± 17.0 wt% ar gyfer 12S.
Aethom ati i geisio dangos posibiliadau dylunio ar gyfer gwella cyfanrwydd strwythurol haenau polymer latecs ffilm denau fel elfen bwysig o'r cysyniad biogyfansawdd sy'n dynwared cen heb aberthu biogydnawsedd na pherfformiad.Yn wir, os goresgynnir yr heriau strwythurol sy'n gysylltiedig â thwf celloedd, rydym yn disgwyl gwelliannau perfformiad sylweddol dros ein biogyfansoddion arbrofol, sydd eisoes yn debyg i systemau dal carbon cyanobacteria a microalgâu eraill.
Rhaid i haenau fod yn anwenwynig, yn wydn, yn cefnogi adlyniad celloedd hirdymor, a rhaid iddynt fod yn fandyllog i hyrwyddo trosglwyddo màs CO2 effeithlon a degassing O2.Mae polymerau acrylig math latecs yn hawdd i'w paratoi ac fe'u defnyddir yn helaeth yn y diwydiannau paent, tecstilau a gludiog30.Fe wnaethom gyfuno cyanobacteria ag emwlsiwn polymer latecs acrylig seiliedig ar ddŵr wedi'i bolymeru â chymhareb benodol o ronynnau styren / biwtyl acrylate a chrynodiadau amrywiol o Texanol.Dewiswyd styrene a butyl acrylate i allu rheoli'r priodweddau ffisegol, yn enwedig elastigedd ac effeithlonrwydd cyfuno'r cotio (sy'n hanfodol ar gyfer cotio cryf a hynod gludiog), gan ganiatáu synthesis agregau gronynnau “caled” a “meddal”.Mae data gwenwyndra yn awgrymu nad yw latecs “caled” gyda chynnwys styren uchel yn ffafriol i oroesiad cyanobacteria.Yn wahanol i acrylate butyl, mae styrene yn cael ei ystyried yn wenwynig i algâu32,33.Roedd straeniau cyanobacteria yn adweithio'n dra gwahanol i latecs, a phennwyd y tymheredd trawsnewid gwydr gorau posibl (Tg) ar gyfer S. elongatus PCC 7942, tra bod S. elongatus CCAP 1479/1A yn dangos perthynas linellol negyddol â Tg.
Mae'r tymheredd sychu yn effeithio ar y gallu i ffurfio ffilm latecs unffurf barhaus.Os yw'r tymheredd sychu yn is na'r Isafswm Tymheredd Ffurfio Ffilm (MFFT), ni fydd y gronynnau latecs polymer yn uno'n llwyr, gan arwain at adlyniad yn y rhyngwyneb gronynnau yn unig.Mae gan y ffilmiau canlyniadol adlyniad gwael a chryfder mecanyddol a gallant hyd yn oed fod ar ffurf powdr29.Mae cysylltiad agos rhwng MFFT a Tg, y gellir ei reoli gan gyfansoddiad monomer ac ychwanegu cyfuniadau fel Texanol.Mae Tg yn pennu llawer o briodweddau ffisegol y cotio canlyniadol, a all fod mewn cyflwr rwber neu wydr34.Yn ôl hafaliad Flory-Fox35, mae Tg yn dibynnu ar y math o fonomer a'r cyfansoddiad canrannol cymharol.Gall ychwanegu coalescent ostwng y MFFT trwy atal Tg y gronynnau latecs yn ysbeidiol, sy'n caniatáu ffurfio ffilm ar dymheredd is, ond mae'n dal i ffurfio gorchudd caled a chryf oherwydd bod y coalescent yn anweddu'n araf dros amser neu wedi'i dynnu 36 .
Mae cynyddu crynodiad Texanol yn hyrwyddo ffurfio ffilm trwy feddalu'r gronynnau polymer (lleihau Tg) oherwydd amsugno gan y gronynnau wrth sychu, a thrwy hynny gynyddu cryfder y ffilm gydlynol a'r adlyniad celloedd.Oherwydd bod y biocomposite yn cael ei sychu ar dymheredd amgylchynol (~ 18-20 ° C), mae Tg (30 i 55 ° C) y latecs "caled" yn uwch na'r tymheredd sychu, sy'n golygu efallai na fydd cyfuniad gronynnau yn optimaidd, gan arwain at Mae ffilmiau B sy'n parhau i fod yn wydrog, priodweddau mecanyddol a gludiog gwael, elastigedd cyfyngedig a thrylededd30 yn y pen draw yn arwain at golli mwy o gelloedd.Mae ffurfio ffilm o bolymerau “normal” a “meddal” yn digwydd ar neu islaw Tg y ffilm bolymer, ac mae ffurfiant ffilm yn cael ei wella trwy gyfuno gwell, gan arwain at ffilmiau polymer parhaus gyda gwell priodweddau mecanyddol, cydlynol a gludiog.Bydd y ffilm canlyniadol yn parhau i fod yn rwber yn ystod arbrofion dal CO2 oherwydd bod ei Tg yn agos at gyfuniad (“normal”: 12 i 20ºC) neu gyfuniad llawer is (“meddal”: -21 i -13 °C ) i dymheredd amgylchynol 30 .Mae latecs “caled” (3.4 i 2.9 kgf mm–1) deirgwaith yn galetach na latecs “normal” (1.0 i 0.9 kgf mm–1).Ni ellir mesur caledwch latecsau “meddal” yn ôl micro-galedwch oherwydd eu rwberioldeb gormodol a'u gludiogrwydd ar dymheredd ystafell.Gall tâl arwyneb hefyd effeithio ar affinedd adlyniad, ond mae angen mwy o ddata i ddarparu gwybodaeth ystyrlon.Fodd bynnag, roedd pob latecs i bob pwrpas yn cadw'r celloedd, gan ryddhau llai nag 1%.
Mae cynhyrchiant ffotosynthesis yn lleihau dros amser.Mae bod yn agored i bolystyren yn arwain at amhariad ar y bilen a straen ocsideiddiol38,39,40,41.Roedd gwerthoedd Fv/Fm S. elongatus CCAP 1479/1A a oedd yn agored i 0S a 4S bron ddwywaith yn uwch o gymharu â'r rheolaeth atal, sydd mewn cytundeb da â chyfradd derbyn CO2 y biogyfansawdd 4S, yn ogystal â gwerthoedd PS cymedrig is.gwerthoedd.Mae gwerthoedd Fv/Fm uwch yn nodi y gallai cludo electronau i PSII ddarparu mwy o ffotonau42, a allai arwain at gyfraddau sefydlogi CO2 uwch.Fodd bynnag, dylid nodi y cafwyd data ffotoffisiolegol o gelloedd mewn toddiannau latecs dyfrllyd ac efallai na fydd modd eu cymharu'n uniongyrchol â biogyfansoddion aeddfed o reidrwydd.
Os yw latecs yn creu rhwystr i gyfnewid golau a/neu nwy gan arwain at gyfyngiad golau a CO2, gall achosi straen cellog a lleihau perfformiad, ac os yw'n effeithio ar ryddhau O2, ffotoresbiradaeth39.Gwerthuswyd trosglwyddiad golau'r haenau wedi'u halltu: dangosodd latecs “caled” ostyngiad bach mewn trosglwyddiad golau rhwng 440 a 480 nm (wedi'i wella'n rhannol trwy gynyddu'r crynodiad o Texanol oherwydd gwell cydlyniad ffilm), tra bod "meddal" a "rheolaidd" ” dangosodd latecs ostyngiad bach mewn trosglwyddiad golau.yn dangos dim colled amlwg.Perfformiwyd y profion, yn ogystal â'r holl ddeoriadau, ar ddwysedd golau isel (30.5 µmol m-2 s-1), felly bydd unrhyw ymbelydredd sy'n weithredol yn ffotosynthetig oherwydd y matrics polymer yn cael ei ddigolledu a gall hyd yn oed fod yn ddefnyddiol i atal ffoto-ataliaeth.ar ddwysedd golau niweidiol.
Gweithredodd biogyfansawdd CCAP 1479/1A yn ystod yr 84 diwrnod o brofi, heb drosiant maethol na cholled sylweddol o fiomas, sef un o amcanion allweddol yr astudiaeth.Gall debigmentu celloedd fod yn gysylltiedig â phroses clorosis mewn ymateb i newyn nitrogen i gyflawni goroesiad hirdymor (cyflwr gorffwys), a allai helpu celloedd i ailddechrau twf ar ôl i ddigon o nitrogen gronni.Cadarnhaodd y delweddau SEM fod y celloedd yn aros y tu mewn i'r cotio er gwaethaf rhaniad celloedd, gan ddangos elastigedd y latecs “meddal” ac felly'n dangos mantais glir dros y fersiwn arbrofol.Mae latecs “meddal” yn cynnwys tua 70% o acrylate biwtyl (yn ôl pwysau), sy'n llawer uwch na'r crynodiad a nodir ar gyfer cotio hyblyg ar ôl sychu44.
Roedd y defnydd net o CO2 yn sylweddol uwch na'r ataliad rheoli (14-20 a 3-8 gwaith yn uwch ar gyfer S. elongatus CCAP 1479/1A a PCC 7942, yn y drefn honno).Yn flaenorol, defnyddiwyd model trosglwyddo màs CO2 i ddangos mai prif yrrwr cymeriant CO2 uchel yw graddiant crynodiad CO2 sydyn ar wyneb y biogyfansawdd31 ac y gall perfformiad biogyfansawdd gael ei gyfyngu gan wrthwynebiad i drosglwyddo màs.Gellir goresgyn y broblem hon trwy ymgorffori cynhwysion nad ydynt yn wenwynig, nad ydynt yn ffurfio ffilm yn y latecs er mwyn cynyddu mandylledd a athreiddedd y cotio26, ond gall cadw celloedd gael ei beryglu gan y bydd y strategaeth hon yn anochel yn arwain at ffilm wannach20.Gellir newid y cyfansoddiad cemegol yn ystod polymerization i gynyddu mandylledd, sef y dewis gorau, yn enwedig o ran cynhyrchu diwydiannol a scalability45.
Dangosodd perfformiad y biogyfansawdd newydd o'i gymharu ag astudiaethau diweddar yn defnyddio biogyfansoddion o ficroalgâu a syanobacteria fanteision wrth addasu'r gyfradd llwytho celloedd (Tabl 1)21,46 a chydag amseroedd dadansoddi hirach (84 diwrnod yn erbyn 15 awr46 a 3 wythnos21).
Mae cynnwys cyfeintiol carbohydradau mewn celloedd yn cymharu’n ffafriol ag astudiaethau eraill47,48,49,50 sy’n defnyddio cyanobacteria ac fe’i defnyddir fel maen prawf posibl ar gyfer dal a defnyddio/adfer carbon, megis ar gyfer prosesau eplesu BECCS49,51 neu ar gyfer cynhyrchu bioddiraddadwy. bioblastigau52 .Fel rhan o'r rhesymeg dros yr astudiaeth hon, tybiwn nad yw coedwigo, hyd yn oed a ystyriwyd yng nghysyniad allyriadau negyddol BECCS, yn ateb i bob problem newid yn yr hinsawdd a'i fod yn defnyddio cyfran frawychus o dir âr y byd6.Fel arbrawf meddwl, amcangyfrifwyd y byddai angen tynnu rhwng 640 a 950 GtCO2 o'r atmosffer erbyn 2100 i gyfyngu ar y cynnydd yn nhymheredd y byd i 1.5°C53 (tua 8 i 12 GtCO2 y flwyddyn).Er mwyn cyflawni hyn gyda bio-gyfansoddyn sy'n perfformio'n well (574.08 ± 30.19 t CO2 t-1 biomas y flwyddyn-1) byddai angen ehangu cyfaint o 5.5 × 1010 i 8.2 × 1010 m3 (gydag effeithlonrwydd ffotosynthetig tebyg), yn cynnwys o 196 i 2.92 biliwn litr polymer.Gan dybio bod 1 m3 o fiogyfansoddion yn meddiannu 1 m2 o arwynebedd tir, yr arwynebedd sydd ei angen i amsugno'r targed cyfanswm blynyddol CO2 fydd rhwng 5.5 a 8.17 miliwn hectar, sy'n cyfateb i 0.18-0.27% o'r addas ar gyfer oes y tiroedd yn y trofannau, a lleihau arwynebedd y tir.angen BECCS o 98-99%.Dylid nodi bod y gymhareb dal damcaniaethol yn seiliedig ar yr amsugno CO2 a gofnodwyd mewn golau isel.Cyn gynted ag y bydd y biocomposite yn agored i olau naturiol mwy dwys, mae cyfradd y defnydd o CO2 yn cynyddu, gan leihau gofynion tir ymhellach a thipio'r graddfeydd ymhellach tuag at y cysyniad biogyfansawdd.Fodd bynnag, rhaid i'r gweithrediad fod ar y cyhydedd ar gyfer dwyster a hyd golau cefn cyson.
Mae effaith byd-eang ffrwythloni CO2, hy y cynnydd mewn cynhyrchiant llystyfiant a achosir gan gynnydd mewn argaeledd CO2, wedi gostwng ar y rhan fwyaf o ardaloedd tir, yn ôl pob tebyg oherwydd newidiadau mewn maetholion pridd allweddol (N a P) ac adnoddau dŵr7.Mae hyn yn golygu efallai na fydd ffotosynthesis daearol yn arwain at gynnydd yn y defnydd o CO2, er gwaethaf crynodiadau uwch o CO2 yn yr aer.Yn y cyd-destun hwn, mae strategaethau lliniaru newid yn yr hinsawdd ar y ddaear fel BECCS hyd yn oed yn llai tebygol o lwyddo.Os caiff y ffenomen fyd-eang hon ei chadarnhau, gallai ein biogyfansawdd a ysbrydolwyd gan gennau fod yn ased allweddol, gan drawsnewid microbau ffotosynthetig dyfrol ungell yn “gyfryngau daear.”Mae'r rhan fwyaf o blanhigion daearol yn trwsio CO2 trwy ffotosynthesis C3, tra bod planhigion C4 yn fwy ffafriol i gynefinoedd cynhesach, sychach ac yn fwy effeithlon gyda phwysau rhannol CO254 uwch.Mae cyanobacteria yn cynnig dewis arall a allai wneud iawn am y rhagfynegiadau brawychus o lai o ddatguddiad i garbon deuocsid mewn planhigion C3.Mae cyanobacteria wedi goresgyn cyfyngiadau ffoto-anadlol trwy ddatblygu mecanwaith cyfoethogi carbon effeithlon lle mae pwysau rhannol uwch o CO2 yn cael ei gyflwyno a'i gynnal gan ribulose-1,5-bisffosffad carboxylase/oxygenase (RuBisCo) o fewn carboxysomes o gwmpas.Os gellir cynyddu cynhyrchiant biocomposites cyanobacterial, gallai hyn ddod yn arf pwysig i ddynolryw yn y frwydr yn erbyn newid yn yr hinsawdd.
Mae biogyfansoddion (dynwared cen) yn cynnig manteision clir dros ddiwylliannau ataliad microalgâu a syanobacteria confensiynol, gan ddarparu cyfraddau uwch o CO2 sy'n cael ei gymryd, lleihau risgiau llygredd, ac osgoi CO2 cystadleuol addawol.Mae costau'n lleihau'r defnydd o dir, dŵr a maetholion yn sylweddol56.Mae'r astudiaeth hon yn dangos dichonoldeb datblygu a gweithgynhyrchu latecs biocompatible perfformiad uchel a all, o'i gyfuno â sbwng loofah fel swbstrad ymgeisio, ddarparu defnydd CO2 effeithlon ac effeithiol dros fisoedd o lawdriniaeth tra'n cadw colled celloedd i'r lleiafswm.Yn ddamcaniaethol, gallai biogyfansoddion ddal tua 570 t CO2 t-1 o fiomas y flwyddyn a gallant fod yn bwysicach na strategaethau coedwigo BECCS yn ein hymateb i newid yn yr hinsawdd.Gydag optimeiddio cyfansoddiad y polymer ymhellach, profi ar ddwysedd golau uwch, a'i gyfuno â pheirianneg metabolaidd cywrain, gall biogeobeirianwyr gwreiddiol natur ddod i'r adwy unwaith eto.
Paratowyd polymerau latecs acrylig gan ddefnyddio cymysgedd o fonomerau styrene, acrylate butyl ac asid acrylig, ac addaswyd y pH i 7 gyda sodiwm hydrocsid 0.1 M (tabl 2).Styrene ac acrylate biwtyl yw'r rhan fwyaf o'r cadwyni polymerau, tra bod asid acrylig yn helpu i gadw'r gronynnau latecs mewn daliant57.Mae priodweddau strwythurol latecs yn cael eu pennu gan y tymheredd trawsnewid gwydr (Tg), a reolir trwy newid y gymhareb styren a butyl acrylate, sy'n darparu eiddo "caled" a "meddal", yn y drefn honno58.Polymer latecs acrylig nodweddiadol yw 50:50 styrene: acrylate butyl 30, felly yn yr astudiaeth hon cyfeiriwyd at latecs gyda'r gymhareb hon fel latecs “normal”, a chyfeiriwyd at latecs â chynnwys styren uwch fel latecs â chynnwys styren is. .a elwir yn “meddal” fel “caled”.
Paratowyd emwlsiwn cynradd gan ddefnyddio dŵr distyll (174 g), sodiwm bicarbonad (0.5 g) a syrffactydd Rhodapex Ab/20 (30.92 g) (Solfach) i sefydlogi'r 30 defnyn monomer.Gan ddefnyddio chwistrell wydr (Peirianneg Gwydr Gwyddoniaeth) gyda phwmp chwistrell, ychwanegwyd aliquot eilaidd sy'n cynnwys styren, acrylate butyl ac asid acrylig a restrir yn Nhabl 2 dropwise ar gyfradd o 100 ml h-1 i'r emwlsiwn cynradd dros 4 awr (Cole -Palmer, Mount Vernon, Illinois).Paratowch ateb o ysgogydd polymerization 59 gan ddefnyddio dHO a pherswlffad amoniwm (100 ml, 3% w/w).
Trowch yr hydoddiant sy'n cynnwys dHO (206 g), sodiwm bicarbonad (1 g) a Rhodapex Ab/20 (4.42 g) gan ddefnyddio trowr uwchben (gwerth Heidolph Hei-TORQUE 100) gyda llafn gwthio dur di-staen a'i gynhesu i 82 ° C mewn a llestr â siaced ddŵr mewn baddon dŵr wedi'i gynhesu gan VWR Scientific 1137P.Ychwanegwyd hydoddiant pwysau llai o fonomer (28.21 g) a chychwynnwr (20.60 g) yn dropwise i'r llestr siaced a'i droi am 20 munud.Cymysgwch yr hydoddiannau monomer sy'n weddill (150 ml h-1) a chychwynnwr (27 ml h-1) yn egnïol i gadw'r gronynnau mewn daliant nes eu bod yn cael eu hychwanegu at y siaced ddŵr dros 5 h gan ddefnyddio chwistrelli 10 ml a 100 ml yn y drefn honno mewn cynhwysydd .wedi'i gwblhau gyda phwmp chwistrell.Cynyddwyd cyflymder y stirrer oherwydd y cynnydd mewn cyfaint slyri i sicrhau cadw slyri.Ar ôl ychwanegu'r cychwynnydd a'r emwlsiwn, codwyd tymheredd yr adwaith i 85 ° C, ei droi'n dda ar 450 rpm am 30 munud, yna ei oeri i 65 ° C.Ar ôl oeri, ychwanegwyd dau ddatrysiad dadleoli at y latecs: tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) (70% mewn dŵr) (5 g, 14% yn ôl pwysau) ac asid isoascorbig (5 g, 10% yn ôl pwysau)..Ychwanegu t-BHP galw heibio a gadael am 20 munud.Yna ychwanegwyd asid erythorbig ar gyfradd o 4 ml/h o chwistrell 10 ml gan ddefnyddio pwmp chwistrell.Yna cafodd yr hydoddiant latecs ei oeri i dymheredd ystafell a'i addasu i pH 7 gyda sodiwm hydrocsid 0.1M.
Ychwanegwyd monoisobutyrate 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol (Texanol) - coalescent bioddiraddadwy gwenwyndra isel ar gyfer paent latecs 37,60 - gyda chwistrell a phwmp mewn tair cyfrol (0, 4, 12% v/v) fel cyfrwng cyfuno ar gyfer cymysgedd latecs i hwyluso ffurfio ffilm yn ystod sychu37.Penderfynwyd ar ganran y solidau latecs trwy osod 100 µl o bob polymer mewn capiau ffoil alwminiwm wedi'u pwyso ymlaen llaw a'u sychu mewn popty ar 100 ° C am 24 awr.
Ar gyfer trawsyrru golau, cymhwyswyd pob cymysgedd latecs i sleid microsgop gan ddefnyddio ciwb gollwng dur gwrthstaen wedi'i raddnodi i gynhyrchu ffilmiau 100 µm a'i sychu ar 20 ° C am 48 awr.Mesurwyd trosglwyddiad golau (yn canolbwyntio ar ymbelydredd gweithredol ffotosynthetig, λ 400-700 nm) ar sbectroradiomedr SpectriLight ILT950 gyda synhwyrydd pellter o 35 cm o lamp fflwroleuol 30 W (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - lle mae'r golau ffynhonnell oedd cyanobacteria ac organebau Deunyddiau cyfansawdd yn cael eu cadw.Defnyddiwyd fersiwn meddalwedd SpectriLight III 3.5 i gofnodi goleuo a thrawsyriant yn yr ystod λ 400-700 nm61.Gosodwyd yr holl samplau ar ben y synhwyrydd, a defnyddiwyd sleidiau gwydr heb eu gorchuddio fel rheolyddion.
Ychwanegwyd samplau latecs at ddysgl pobi silicon a'u caniatáu i sychu am 24 awr cyn cael eu profi am galedwch.Rhowch y sampl latecs sych ar gap dur o dan ficrosgop x10.Ar ôl canolbwyntio, gwerthuswyd y samplau ar brofwr microhardness Buehler Micromet II.Roedd y sampl yn destun grym o 100 i 200 gram a gosodwyd yr amser llwytho i 7 eiliad i greu tolc diemwnt yn y sampl.Dadansoddwyd y print gan ddefnyddio amcan microsgop Bruker Alicona × 10 gyda meddalwedd mesur siâp ychwanegol.Defnyddiwyd fformiwla caledwch Vickers (Hyaliad 1) i gyfrifo caledwch pob latecs, lle HV yw'r rhif Vickers, F yw'r grym cymhwysol, a d yw cyfartaledd y croeslinau mewnoliad a gyfrifwyd o uchder a lled y latecs.gwerth mewnoliad.Ni ellir mesur latecs “meddal” oherwydd adlyniad ac ymestyniad yn ystod y prawf mewnoliad.
Er mwyn pennu tymheredd pontio gwydr (Tg) y cyfansoddiad latecs, gosodwyd samplau polymer mewn prydau gel silica, eu sychu am 24 awr, eu pwyso i 0.005 g, a'u gosod mewn prydau sampl.Cafodd y ddysgl ei chapio a’i gosod mewn lliwimedr sganio gwahaniaethol (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, meddalwedd dadansoddi data Pyris)62.Defnyddir y dull llif gwres i osod cwpanau cyfeirio a chwpanau sampl yn yr un popty gyda stiliwr tymheredd adeiledig i fesur y tymheredd.Defnyddiwyd cyfanswm o ddau ramp i greu cromlin gyson.Codwyd y dull samplu dro ar ôl tro o -20 ° C i 180 ° C ar gyfradd o 20 ° C y funud.Mae pob man cychwyn a gorffen yn cael ei storio am 1 munud i gyfrif am oedi tymheredd.
Er mwyn gwerthuso gallu'r biogyfansawdd i amsugno CO2, paratowyd samplau a'u profi yn yr un modd ag yn ein hastudiaeth flaenorol31.Cafodd y lliain golchi sych ac awtoclaf ei dorri'n stribedi o tua 1 × 1 × 5 cm a'i bwyso.Rhowch 600 µl o'r ddau fio-araen mwyaf effeithiol o bob straen cyanobacteria ar un pen pob stribed loofah, gan orchuddio tua 1 × 1 × 3 cm, a sychwch yn y tywyllwch ar 20 ° C am 24 awr.Oherwydd strwythur macroporous y loofah, cafodd rhywfaint o'r fformiwla ei wastraffu, felly nid oedd effeithlonrwydd llwytho celloedd yn 100%.Er mwyn goresgyn y broblem hon, penderfynwyd pwysau'r paratoad sych ar y loofah a'i normaleiddio i'r paratoad sych cyfeirio.Paratowyd rheolaethau anfiotig sy'n cynnwys loofah, latecs, a chyfrwng maethol di-haint mewn ffordd debyg.
I wneud prawf hanner swp mewnlifiad CO2, rhowch y biogyfansawdd (n = 3) mewn tiwb gwydr 50 ml fel bod un pen o'r biogyfansawdd (heb y biocoating) mewn cysylltiad â 5 ml o gyfrwng twf, gan ganiatáu i'r maetholyn dyfu. cael ei gludo gan weithred capilari..Mae'r botel wedi'i selio â chorc rwber butyl â diamedr o 20 mm a'i grimpio â chap alwminiwm ariannaidd.Ar ôl ei selio, chwistrellwch 45 ml o 5% CO2/aer gyda nodwydd di-haint wedi'i gysylltu â chwistrell sy'n dynn o nwy.Roedd dwysedd celloedd yr ataliad rheoli (n = 3) yn cyfateb i lwyth celloedd y biocomposite yn y cyfrwng maetholion.Cynhaliwyd y profion ar 18 ± 2 °C gyda ffotogyfnod o 16:8 a ffotogyfnod o 30.5 µmol m-2 s-1.Tynnwyd gofod pen bob dau ddiwrnod gyda chwistrell nwy-dynn a'i ddadansoddi gyda mesurydd CO2 gydag amsugno isgoch GEOTech G100 i bennu canran y CO2 sy'n cael ei amsugno.Ychwanegwch gyfaint cyfartal o gymysgedd nwy CO2.
Cyfrifir % CO2 Trwsiad fel a ganlyn: % CO2 Trwsio = 5% (v/v) – ysgrifennwch % CO2 (hafaliad 2) lle mae P = gwasgedd, V = cyfaint, T = tymheredd, ac R = cysonyn nwy delfrydol.
Cafodd cyfraddau derbyn CO2 a adroddwyd ar gyfer ataliadau rheoli syanobacteria a biogyfansoddion eu normaleiddio i reolaethau anfiolegol.Uned swyddogaethol biomas g yw faint o fio-màs sych sydd heb ei symud ar y lliain golchi.Fe'i pennir trwy bwyso samplau loofah cyn ac ar ôl gosod celloedd.Cyfrifo màs llwyth celloedd (cyfwerth â biomas) trwy bwyso'n unigol y paratoadau cyn ac ar ôl sychu a thrwy gyfrifo dwysedd y paratoad cell (hafaliad 3).Tybir bod paratoadau celloedd yn homogenaidd yn ystod gosodiad.
Defnyddiwyd Minitab 18 a Microsoft Excel gyda'r ategyn RealStatistics ar gyfer dadansoddiad ystadegol.Profwyd normalrwydd gan ddefnyddio prawf Anderson-Darling, a phrofwyd cydraddoldeb amrywiaethau gan ddefnyddio prawf Levene.Dadansoddwyd data a oedd yn bodloni'r rhagdybiaethau hyn gan ddefnyddio dadansoddiad dwy ffordd o amrywiant (ANOVA) gyda phrawf Tukey fel dadansoddiad post hoc.Dadansoddwyd data dwy ffordd nad oedd yn bodloni'r rhagdybiaethau o normalrwydd ac amrywiant cyfartal gan ddefnyddio prawf Shirer-Ray-Hara ac yna prawf-U Mann-Whitney i bennu arwyddocâd rhwng triniaethau.Defnyddiwyd modelau cymysg llinol cyffredinol (GLM) ar gyfer data annormal gyda thri ffactor, lle trawsnewidiwyd y data gan ddefnyddio trawsnewidiad Johnson63.Perfformiwyd cydberthynas eiliad o gynhyrchion Pearson i werthuso'r berthynas rhwng crynodiad Texanol, tymheredd trawsnewid gwydr, a data gwenwyndra latecs a adlyniad.
Amser postio: Ionawr-05-2023