ביו-מרוכבים פוטוסינתטיים פעילים פותחו כדי לשפר את קיבוע הפחמן הביולוגי.

תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בבת אחת.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם, או השתמש בלחצני המחוון שבקצה כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם.
לכידה ואחסון פחמן חיוניים להשגת יעדי הסכם פריז.פוטוסינתזה היא הטכנולוגיה של הטבע ללכידת פחמן.בהשראת חזזיות, פיתחנו ביו-קומפוזיט פוטוסינתטי של ציאנובקטריה תלת-ממדית (כלומר מחקה חזזית) באמצעות פולימר לטקס אקרילי המוחל על ספוג ליפה.קצב ספיגת ה-CO2 על ידי ה-biocomposite היה 1.57 ± 0.08 גרם CO2 g-1 של ביומסה d-1.קצב הספיגה מבוסס על ביומסה יבשה בתחילת הניסוי וכולל CO2 המשמש לגידול ביומסה חדשה וכן CO2 הכלול בתרכובות אגירה כגון פחמימות.שיעורי הספיגה הללו היו גבוהים פי 14-20 מאמצעי בקרת התיבול ואפשר להגדיל אותם כדי ללכוד 570 טונות CO2 t-1 ביומסה לשנה-1, שווה ערך ל-5.5-8.17 × 106 דונם של שימוש בקרקע, תוך הסרת 8-12 GtCO2 CO2 לשנה.לעומת זאת, ביו-אנרגיה של יער עם לכידה ואגירת פחמן היא 0.4–1.2 × 109 דונם.ה-biocomposite נשאר פונקציונלי במשך 12 שבועות ללא חומרים מזינים נוספים או מים, ולאחר מכן הניסוי הופסק.במסגרת העמדה הטכנולוגית רבת הפנים של האנושות למלחמה בשינויי האקלים, לרכיבים ביו-בקטריאליים מהונדסים ומוטבים יש פוטנציאל לפריסה בת קיימא וניתנת להרחבה כדי להגביר את הסרת ה-CO2 תוך הפחתת הפסדי מים, חומרי הזנה ושימוש בקרקע.
שינויי האקלים הם איום אמיתי על המגוון הביולוגי העולמי, יציבות המערכת האקולוגית ואנשים.כדי למתן את ההשפעות הקשות ביותר שלה, יש צורך בתוכניות שחרור קרבוריזציה מתואמות ובקנה מידה גדול, וכמובן נדרשת צורה כלשהי של סילוק ישיר של גזי חממה מהאטמוספרה.למרות שחרור פחמן חיובי של ייצור חשמל2,3, אין כיום פתרונות טכנולוגיים ברי קיימא כלכלית להפחתת פחמן דו חמצני (CO2)4 באטמוספירה, אם כי לכידת גזי הפליטה מתקדמת5.במקום פתרונות הנדסיים ניתנים להרחבה ומעשיים, אנשים צריכים לפנות למהנדסים טבעיים ללכידת פחמן - אורגניזמים פוטוסינתטיים (אורגניזמים פוטוטרופיים).פוטוסינתזה היא טכנולוגיית קיבוע הפחמן של הטבע, אך היכולת שלה להפוך את העשרת הפחמן האנתרופוגנית בסקאלות זמן משמעותיות מוטלת בספק, אנזימים אינם יעילים, ויכולתה לפרוס בהיקפים מתאימים מוטלת בספק.שדרה פוטנציאלית לפוטוטרופיה היא ייעור, אשר כורתת עצים לביו-אנרגיה עם לכידה ואגירת פחמן (BECCS) כטכנולוגיה בעלת פליטות שליליות שיכולה לסייע בהפחתת פליטת CO21 נטו.עם זאת, כדי להשיג את יעד הטמפרטורה של הסכם פריז של 1.5 מעלות צלזיוס באמצעות BECCS כשיטה העיקרית, יידרש 0.4 עד 1.2 × 109 דונם, שווה ערך ל-25-75% מהשטח הראוי לעיבוד עולמי 6.בנוסף, אי הוודאות הקשורה להשפעות העולמיות של הפריית CO2 מעמידה בספק את היעילות הכוללת הפוטנציאלית של מטעי יער.אם אנחנו רוצים להגיע ליעדי הטמפרטורה שנקבעו בהסכם פריז, יש להוציא 100 שניות של GtCO2 של גזי חממה (GGR) מהאטמוספרה מדי שנה.מחלקת המחקר והחדשנות של בריטניה הודיעה לאחרונה על מימון לחמישה פרויקטים של GGR8, כולל ניהול אדמת כבול, בליה משופרת של סלעים, שתילת עצים, ביוצ'אר וגידולים רב-שנתיים כדי להזין את תהליך BECCS.העלויות של הוצאת יותר מ-130 MtCO2 מהאטמוספרה לשנה הן 10-100 US$/tCO2, 0.2-8.1 MtCO2 לשנה לשיקום אדמת כבול, 52-480 US$/tCO2 ו-12-27 MtCO2 לשנה עבור בליה של סלעים , 0.4-30 דולר לשנה.tCO2, 3.6 MtCO2/שנה, גידול של 1% בשטח היער, 0.4-30 MtCO2/tCO2, 6-41 MtCO2/שנה, ביוצ'אר, 140-270 US$/tCO2, 20-70 Mt CO2 לשנה עבור גידולי קבע באמצעות BECCS9.
שילוב של גישות אלו עשוי להגיע ליעד של 130 Mt CO2 לשנה, אך העלויות של בליית סלעים ו-BECCS גבוהות, וביו-פחם, למרות שהוא זול יחסית ואינו קשור לשימוש בקרקע, דורש חומרי גלם לתהליך ייצור הביוצ'ר.מציע את הפיתוח והמספר הזה לפריסת טכנולוגיות GGR אחרות.
במקום לחפש פתרונות ביבשה, חפשו מים, במיוחד פוטוטרופים חד-תאיים כמו מיקרו-אצות וציאנובקטריה10.אצות (כולל ציאנובקטריות) לוכדות כ-50% מהפחמן הדו-חמצני בעולם, למרות שהן מהוות רק 1% מהביומסה בעולם11.ציאנובקטריה הם המהנדסים הביוגאו-גיאו המקוריים של הטבע, ומניחים את הבסיס למטבוליזם נשימתי ולהתפתחות החיים הרב-תאיים באמצעות פוטוסינתזה חמצנית12.הרעיון של שימוש בציאנובקטריה ללכידת פחמן אינו חדש, אך שיטות חדשניות של מיקום פיזי פותחות אופקים חדשים עבור האורגניזמים העתיקים הללו.
בריכות פתוחות ופוטוביוריאקטורים הם נכסי ברירת מחדל בעת שימוש במיקרו-אצות ובציאנובקטריה למטרות תעשייתיות.מערכות תרבית אלו משתמשות בתרבית תרחיף שבה תאים צפים בחופשיות במצע גידול14;עם זאת, לבריכות ול-photobioreactors יש חסרונות רבים כמו העברת מסת CO2 לקויה, שימוש אינטנסיבי בקרקע ובמים, רגישות ל-biofouling ועלויות בנייה ותפעול גבוהות15,16.ביו-ריאקטורים של ביופילם שאינם משתמשים בתרביות תרחיף חסכוניים יותר מבחינת מים וחלל, אך נמצאים בסיכון לנזקי התייבשות, מועדים להתנתקות ביופילם (ומכאן לאובדן ביומסה פעילה), ונוטים באותה מידה להתבגרות ביולוגית17.
יש צורך בגישות חדשות כדי להגביר את קצב ספיגת ה-CO2 ולטפל בבעיות המגבילות את כורי הרחצה וביופילם.גישה אחת כזו היא ביו-מרוכבים פוטוסינתטיים בהשראת חזזיות.חזזיות הן קומפלקס של פטריות ופוטוביונטים (מיקרו-אצות ו/או ציאנובקטריה) המכסים כ-12% משטח כדור הארץ18.הפטריות מספקות תמיכה פיזית, הגנה ועיגון של המצע הפוטוביוטי, אשר בתורם מספקים לפטריות פחמן (כעודף מוצרים פוטוסינתטיים).הביו-מרוכב המוצע הוא "חיקוי חזזיות", שבו אוכלוסייה מרוכזת של ציאנובקטריה משותקת בצורה של ציפוי ביולוגי דק על מצע נשא.בנוסף לתאים, הציפוי הביולוגי מכיל מטריצה ​​פולימרית שיכולה להחליף את הפטרייה.תחליב פולימר על בסיס מים או "לטקסים" מועדפים מכיוון שהם תואמים ביולוגיים, עמידים, לא יקרים, קלים לטיפול וזמינים מסחרית19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
קיבוע תאים עם פולימרים לטקס מושפע מאוד מהרכב הלטקס ומתהליך היווצרות הסרט.פילמור אמולסיה הוא תהליך הטרוגני המשמש לייצור גומי סינטטי, ציפויים דבקים, חומרי איטום, תוספי בטון, ציפויי נייר וטקסטיל וצבעי לטקס27.יש לו מספר יתרונות על פני שיטות פילמור אחרות, כגון קצב תגובה גבוה ויעילות המרת מונומר, כמו גם קלות בקרת המוצר27,28.בחירת המונומרים תלויה בתכונות הרצויות של סרט הפולימר המתקבל, ולמערכות מונומרים מעורבות (כלומר, קופולימריזציות), ניתן לשנות את תכונות הפולימר על ידי בחירת יחסי מונומרים שונים היוצרים את החומר הפולימרי שנוצר.בוטיל אקרילט וסטירן הם בין המונומרים האקריליים הנפוצים ביותר לטקס ומשמשים כאן.בנוסף, חומרי איחוי (למשל טקסנול) משמשים לעתים קרובות כדי לקדם היווצרות סרט אחיד שבו הם יכולים לשנות את התכונות של הלטקס הפולימרי כדי לייצר ציפוי חזק ו"רציף" (מתלכד).במחקר ההוכחה הראשוני שלנו, חומר ביולוגי תלת מימדי בעל שטח פנים גבוה ונקבוביות גבוהה הופק באמצעות צבע לטקס מסחרי שהוחל על ספוג ליפה.לאחר מניפולציות ארוכות ומתמשכות (שמונה שבועות), הביו-מרוכב הראה יכולת מוגבלת לשמר ציאנובקטריות על פיגום הליפה מכיוון שגידול תאים החליש את השלמות המבנית של הלטקס.במחקר הנוכחי, שאפנו לפתח סדרה של פולימרים לטקס אקריליים בעלי כימיה ידועה לשימוש מתמשך ביישומי לכידת פחמן מבלי לוותר על פירוק הפולימר.בכך, הוכחנו את היכולת ליצור אלמנטים מטריצת פולימר דמויי חזזיות המספקים ביצועים ביולוגיים משופרים וגמישות מכנית מוגברת משמעותית בהשוואה לביו-מרוכבים מוכחים.אופטימיזציה נוספת תאיץ את קליטתם של חומרים ביו מרוכבים ללכידת פחמן, במיוחד בשילוב עם ציאנובקטריות שעברו שינוי מטבולי כדי לשפר את ריבוד ה-CO2.
תשעה לטקסים עם שלושה ניסוחים פולימריים (H = "קשה", N = "רגיל", S = "רך") ושלושה סוגים של טקסנול (0, 4, 12% v/v) נבדקו עבור רעילות ומתאם מתח.דבק.משני ציאנובקטריות.סוג הלטקס השפיע באופן משמעותי על S. elongatus PCC 7942 (בדיקת Shirer-Ray-Hare, לטקס: DF=2, H=23.157, P=<0.001) ו-CCAP 1479/1A (דו-כיווני ANOVA, לטקס: DF=2, F = 103.93, P = < 0.001) (איור 1א).ריכוז הטקסנול לא השפיע באופן משמעותי על הצמיחה של S. elongatus PCC 7942, רק N-latex היה לא רעיל (איור 1a), ו-0 N ו-4 N שמרו על צמיחה של 26% ו-35%, בהתאמה (Mann- Whitney U, 0 N לעומת 4 N: W = 13.50, P = 0.245; 0 N לעומת שליטה: W = 25.0, P = 0.061; 4 N לעומת שליטה: W = 25.0, P = 0.061) ו-12 N נשמרה צמיחה דומה לבקרה ביולוגית (אוניברסיטת מאן-וויטני, 12 N לעומת שליטה: W = 17.0, P = 0.885).עבור S. elongatus CCAP 1479/1A, גם תערובת לטקס וגם ריכוז טקסנול היו גורמים חשובים, ונצפתה אינטראקציה משמעותית בין השניים (דו-כיווני ANOVA, לטקס: DF=2, F=103.93, P=<0.001, Texanol : DF=2, F=5.96, P=0.01, לטקס*טקסנול: DF=4, F=3.41, P=0.03).0 N וכל הלטקסים "הרכים" קידמו צמיחה (איור 1א).יש נטייה לשפר את הצמיחה עם ירידה בהרכב סטירן.
בדיקת רעילות והיצמדות של ציאנובקטריה (Synechococcus elongatus PCC 7942 ו-CCAP 1479/1A) לניסוחי לטקס, קשר עם טמפרטורת מעבר זכוכית (Tg) ומטריצת החלטה על בסיס נתוני רעילות והידבקות.(א) בדיקת רעילות בוצעה באמצעות חלקות נפרדות של אחוזי צמיחה של ציאנובקטריות מנורמלות לשליטה בתרביות ההשעיה.טיפולים המסומנים ב-* שונים באופן משמעותי מהביקורות.(ב) נתוני גידול ציאנובקטריה לעומת לטקס Tg (ממוצע ± SD; n = 3).(ג) המספר המצטבר של ציאנובקטריות המשתחררות מבדיקת הידבקות ביו-מרוכבים.(ד) נתוני הידבקות מול Tg של הלטקס (ממוצע ± StDev; n = 3).ה מטריצת החלטה מבוססת על נתוני רעילות והידבקות.היחס בין סטירן לבוטיל אקרילט הוא 1:3 עבור לטקס "קשה" (H), 1:1 עבור "רגיל" (N) ו-3:1 עבור "רך" (S).המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.
ברוב המקרים, כדאיות התא ירדה עם עליית ריכוז הטקסנול, אך לא היה מתאם מובהק לאף אחד מהזנים (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0.208, P = 0.299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0.127, P = 0.527).על איור.1b מציג את הקשר בין צמיחת תאים וטמפרטורת מעבר זכוכית (Tg).קיים מתאם שלילי חזק בין ריכוז טקסנול וערכי Tg (H-latex: DF=7, r=-0.989, P=<0.001; N-latex: DF=7, r=-0.964, P=<0.001 ; S- לטקס: DF=7, r=-0.946, P=<0.001).הנתונים הראו שה-Tg האופטימלי לצמיחה של S. elongatus PCC 7942 היה סביב 17 מעלות צלזיוס (איור 1b), בעוד ש-S. elongatus CCAP 1479/1A העדיף Tg מתחת ל-0 מעלות צלזיוס (איור 1b).רק ל-S. elongatus CCAP 1479/1A היה מתאם שלילי חזק בין Tg ונתוני רעילות (DF=25, r=-0.857, P=<0.001).
לכל הלטקסים הייתה זיקה הדבקה טובה, ואף אחד מהם לא שחרר יותר מ-1% מהתאים לאחר 72 שעות (איור 1c).לא היה הבדל משמעותי בין הלטקסים של שני הזנים של S. elongatus (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara test, Latex*Texanol, DF=4, H=0.903; P=0.924; CCAP 1479/1A: Scheirer- מבחן קרני).– בדיקת ארנבת, לטקס*טקסנול, DF=4, H=3.277, P=0.513).ככל שריכוז הטקסנול עולה, משתחררים יותר תאים (איור 1c).לעומת S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0.660, P=<0.001) (איור 1ד).יתר על כן, לא היה קשר סטטיסטי בין Tg והיצמדות תאים של שני הזנים (PCC 7942: DF=25, r=0.301, P=0.127; CCAP 1479/1A: DF=25, r=0.287, P=0.147).
עבור שני הזנים, פולימרי לטקס "קשים" לא היו יעילים.לעומת זאת, 4N ו-12N הציגו את הביצועים הטובים ביותר מול S. elongatus PCC 7942, בעוד ש-4S ו-12S התמודדו בצורה הטובה ביותר מול CCAP 1479/1A (איור 1e), אם כי ברור שיש מקום לאופטימיזציה נוספת של מטריצת הפולימר.פולימרים אלה שימשו במבחני ספיגת CO2 נטו למחצה.
הפוטופיזיולוגיה נוטרה במשך 7 ימים באמצעות תאים שהושעו בהרכב לטקס מימי.באופן כללי, הן קצב הפוטוסינתזה הנראה (PS) והן התשואה הקוונטית המקסימלית של PSII (Fv/Fm) יורדים עם הזמן, אך ירידה זו אינה אחידה וחלק מערכי הנתונים של PS מציגים תגובה דו-פאזית, מה שמרמז על תגובה חלקית, אם כי התאוששות בזמן אמת פעילות PS קצרה יותר (איור 2a ו-3b).תגובת ה-Fv/Fm הדו-פאזית הייתה פחות בולטת (איורים 2b ו-3b).
(א) קצב פוטוסינתזה לכאורה (PS) ו-(ב) תשואה קוונטית PSII מקסימלית (Fv/Fm) של Synechococcus elongatus PCC 7942 בתגובה לניסוחי לטקס בהשוואה לתרביות תרחיף בקרה.היחס בין סטירן לבוטיל אקרילט הוא 1:3 עבור לטקס "קשה" (H), 1:1 עבור "רגיל" (N) ו-3:1 עבור "רך" (S).המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.(ממוצע ± סטיית תקן; n = 3).
(א) קצב פוטוסינתזה לכאורה (PS) ו-(ב) תשואה קוונטית PSII מקסימלית (Fv/Fm) של Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A בתגובה לניסוחי לטקס בהשוואה לתרביות תרחיף בקרה.היחס בין סטירן לבוטיל אקרילט הוא 1:3 עבור לטקס "קשה" (H), 1:1 עבור "רגיל" (N) ו-3:1 עבור "רך" (S).המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.(ממוצע ± סטיית תקן; n = 3).
עבור S. elongatus PCC 7942, הרכב הלטקס וריכוז הטקסנול לא השפיעו על PS לאורך זמן (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1.49, P = 0.07), למרות שההרכב היה גורם חשוב (GLM)., לטקס*זמן, DF = 14, F = 3.14, P = <0.001) (איור 2א).לא הייתה השפעה משמעותית של ריכוז טקסנול לאורך זמן (GLM, Texanol*time, DF=14, F=1.63, P=0.078).הייתה אינטראקציה משמעותית שהשפיעה על Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001).לאינטראקציה בין ניסוח לטקס לריכוז טקסנול הייתה השפעה משמעותית על Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol, DF=4, F=180.42, P=<0.001).כל פרמטר משפיע גם על Fv/Fm לאורך זמן (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 ו-Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Latex 12H שמר על ערכי ה-PS ו-Fv/Fm הממוצעים הנמוכים ביותר (איור 2b), מה שמצביע על כך שפולימר זה רעיל יותר.
PS של S. elongatus CCAP 1479/1A היה שונה באופן משמעותי (זמן GLM, לטקס * טקסנול *, DF = 28, F = 2.75, P = <0.001), עם הרכב לטקס ולא ריכוז טקסנול (GLM, לטקס*זמן, DF =14, F=6.38, P=<0.001, GLM, Texanol*זמן, DF=14, F=1.26, P=0.239).פולימרים "רכים" 0S ו-4S שמרו על רמות מעט גבוהות יותר של ביצועי PS מאשר מתלי בקרה (Mann-Whitney U, 0S לעומת בקרות, W = 686.0, P = 0.044, 4S לעומת בקרות, W = 713, P = 0.01) ושמרו על משופר Fv./Fm (איור 3a) מציג תחבורה יעילה יותר ל-Photosystem II.עבור ערכי Fv/Fm של תאי CCAP 1479/1A, היה הבדל לטקס משמעותי לאורך זמן (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6.00, P=<0.001) (איור 3b).).
על איור.4 מציג את ה-PS ו-Fv/Fm הממוצעים על פני תקופה של 7 ימים כפונקציה של צמיחת תאים עבור כל זן.ל-S. elongatus PCC 7942 לא היה תבנית ברורה (איור 4a ו-b), עם זאת, CCAP 1479/1A הראה קשר פרבולי בין ערכי PS (איור 4c) ו-Fv/Fm (איור 4d). היחס בין סטירן ובוטיל אקרילט גדל עם השינוי.
הקשר בין גדילה ופוטופיזיולוגיה של Synechococcus longum על תכשירי לטקס.(א) נתוני רעילות משורטטים כנגד קצב פוטוסינתטי לכאורה (PS), (ב) תשואה קוונטית PSII מקסימלית (Fv/Fm) של PCC 7942. ג נתוני רעילות משורטטים כנגד PS ו-d Fv/Fm CCAP 1479/1A.היחס בין סטירן לבוטיל אקרילט הוא 1:3 עבור לטקס "קשה" (H), 1:1 עבור "רגיל" (N) ו-3:1 עבור "רך" (S).המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.(ממוצע ± סטיית תקן; n = 3).
ל-biocomposite PCC 7942 הייתה השפעה מוגבלת על שימור תאים עם שטיפת תאים משמעותית במהלך ארבעת השבועות הראשונים (איור 5).לאחר השלב הראשוני של ספיגת CO2, תאים מקובעים עם 12 N לטקס החלו לשחרר CO2, ודפוס זה נמשך בין ימים 4 ל-14 (איור 5b).נתונים אלה עולים בקנה אחד עם תצפיות על שינוי צבע הפיגמנט.ספיגת CO2 נטו החלה שוב מיום 18. למרות שחרור התא (איור 5a), הרכיב הביולוגי PCC 7942 12 N עדיין צבר יותר CO2 מהשעיה הבקרה במשך 28 ימים, אם כי מעט (מבחן U-Mann-Whitney, W = 2275.5; P = 0.066).קצב הספיגה של CO2 על ידי לטקס 12 N ו-4 N הוא 0.51 ± 0.34 ו-1.18 ± 0.29 גרם CO2 g-1 של ביומסה d-1.היה הבדל מובהק סטטיסטית בין רמות הטיפול לזמן (מבחן Chairer-Ray-Hare, טיפול: DF=2, H=70.62, P=<0.001 זמן: DF=13, H=23.63, P=0.034), אבל זה לא היה.היה קשר מובהק בין טיפול לזמן (מבחן Chairer-Ray-Har, זמן*טיפול: DF=26, H=8.70, P=0.999).
בדיקות ספיגת CO2 בחצי אצווה על חומרים ביו מרוכבים של Synechococcus elongatus PCC 7942 באמצעות לטקס 4N ו-12N.(א) תמונות מציגות שחרור תאים ושינוי צבע פיגמנט, כמו גם תמונות SEM של הרכיב הביולוגי לפני ואחרי הבדיקה.קווים מנוקדים לבנים מציינים את האתרים של שקיעת תאים על הרכיב הביולוגי.(ב) ספיגת CO2 נטו מצטברת על פני תקופה של ארבעה שבועות.ללטקס "רגיל" (N) יש יחס בין סטירן לבוטיל אקרילט של 1:1.המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.(ממוצע ± סטיית תקן; n = 3).
שימור התאים השתפר באופן משמעותי עבור זן CCAP 1479/1A עם 4S ו-12S, אם כי הפיגמנט שינה לאט את צבעו לאורך זמן (איור 6a).Biocomposite CCAP 1479/1A סופג CO2 למשך 84 ימים מלאים (12 שבועות) ללא תוספי תזונה נוספים.ניתוח SEM (איור 6א) אישרה את התצפית החזותית של ניתוק תאים קטנים.בתחילה, התאים היו עטופים בציפוי לטקס ששמר על שלמותו למרות צמיחת התאים.שיעור ספיגת ה-CO2 היה גבוה משמעותית מקבוצת הביקורת (מבחן Scheirer-Ray-Har, טיפול: DF=2; H=240.59; P=<0.001, זמן: DF=42; H=112; P=<0.001 ) ( איור 6ב).הביו-מרוכב 12S השיג את ספיגת ה-CO2 הגבוהה ביותר (1.57 ± 0.08 גרם ביומסה CO2 g-1 ליום), בעוד שה-4S לטקס היה 1.13 ± 0.41 גרם ביומסה CO2 g-1 ליום, אך הם לא היו שונים באופן משמעותי (Mann-Whitney U. מבחן, W = 1507.50; P = 0.07) וללא אינטראקציה משמעותית בין טיפול לזמן (מבחן שירר-ריי-הרה, זמן * טיפול: DF = 82; H = 10 .37; P = 1.000).
בדיקת ספיגת CO2 בחצי מנה באמצעות חומרים ביו-מרוכבים של Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A עם לטקס 4N ו-12N.(א) תמונות מציגות שחרור תאים ושינוי צבע פיגמנט, כמו גם תמונות SEM של הרכיב הביולוגי לפני ואחרי הבדיקה.קווים מנוקדים לבנים מציינים את האתרים של שקיעת תאים על הרכיב הביולוגי.(ב) ספיגת CO2 נטו מצטברת על פני תקופה של שנים עשר שבועות.ללטקס "רך" (S) יש יחס בין סטירן לבוטיל אקרילט של 1:1.המספרים הקודמים בקוד הלטקס תואמים את התוכן של טקסנול.(ממוצע ± סטיית תקן; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (בדיקת Shirer-Ray-Har, זמן*טיפול: DF=4, H=3.243, P=0.518) או biocomposite S. elongatus CCAP 1479/1A (שני-ANOVA, זמן*טיפול: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (איור S4).Biocomposite PCC 7942 היה בעל תכולת הפחמימות הגבוהה ביותר בשבוע 2 (4 N = 59.4 ± 22.5% משקל, 12 N = 67.9 ± 3.3 משקל%), בעוד שתרחיף הבקרה היה בעל תכולת הפחמימות הגבוהה ביותר בשבוע 4 כאשר (ביקורת = 59.6 ± 2.84% w/w).תכולת הפחמימות הכוללת של הרכיב הביולוגי CCAP 1479/1A הייתה דומה להשעיית הביקורת למעט בתחילת הניסוי, עם כמה שינויים בלטקס 12S בשבוע 4. הערכים הגבוהים ביותר עבור הרכיב הביולוגי היו 51.9 ± 9.6% משקל. עבור 4S ו-77.1 ± 17.0% משקל עבור 12S.
יצאנו להדגים אפשרויות עיצוב לשיפור השלמות המבנית של ציפויי פולימר לטקס סרט דק כמרכיב חשוב בתפיסת החזזיות המחקות ביו-מרוכבות מבלי לוותר על תאימות ביולוגית או ביצועים.ואכן, אם יתגברו על האתגרים המבניים הקשורים לצמיחת תאים, אנו מצפים לשיפורי ביצועים משמעותיים בהשוואה לביו-מרוכבים הניסויים שלנו, שכבר ניתן להשוות למערכות לכידת פחמן של ציאנובקטריות ומיקרו-אצות אחרות.
ציפויים חייבים להיות לא רעילים, עמידים, לתמוך בהדבקה ארוכת טווח של תאים, וחייבים להיות נקבוביים כדי לקדם העברת מסה יעילה של CO2 וסילוק O2.פולימרים אקריליים מסוג לטקס קלים להכנה ונמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הצבע, הטקסטיל והדבק30.שילבנו ציאנובקטריה עם תחליב פולימר לטקס אקרילי על בסיס מים שעבר פילמר עם יחס ספציפי של חלקיקי סטירן/בוטיל אקרילט וריכוזים שונים של טקסנול.סטירן ובוטיל אקרילט נבחרו כדי להיות מסוגלים לשלוט בתכונות הפיזיקליות, במיוחד הגמישות ויעילות ההתלכדות של הציפוי (קריטי לציפוי חזק ודביק במיוחד), המאפשרים סינתזה של אגרגטים של חלקיקים "קשים" ו"רכים".נתוני רעילות מצביעים על כך שלטקס "קשה" עם תכולת סטירן גבוהה אינו תורם להישרדותם של ציאנובקטריה.שלא כמו בוטיל אקרילט, סטירן נחשב רעיל לאצות32,33.זני Cyanobacteria הגיבו בצורה שונה למדי ללטקס, וטמפרטורת מעבר הזכוכית האופטימלית (Tg) נקבעה עבור S. elongatus PCC 7942, בעוד S. elongatus CCAP 1479/1A הראה קשר ליניארי שלילי עם Tg.
טמפרטורת הייבוש משפיעה על היכולת ליצור סרט לטקס אחיד רציף.אם טמפרטורת הייבוש היא מתחת לטמפרטורת יצירת הסרט המינימלית (MFFT), חלקיקי הלטקס הפולימריים לא יתלכדו במלואם, וכתוצאה מכך הידבקות רק בממשק החלקיקים.לסרטים המתקבלים יש הידבקות וחוזק מכני גרוע ועשויים להיות אפילו בצורת אבקה29.MFFT קשור קשר הדוק ל-Tg, שניתן לשלוט בו על ידי הרכב מונומר והוספת חומרים מתלכדים כגון טקסנול.Tg קובע רבות מהתכונות הפיזיקליות של הציפוי המתקבל, אשר עשוי להיות במצב גומי או זגוגי34.לפי משוואת Flory-Fox35, Tg תלוי בסוג המונומר ובהרכב האחוז היחסי.תוספת של מתלכד יכולה להוריד את ה-MFFT על ידי דיכוי לסירוגין של ה-Tg של חלקיקי הלטקס, מה שמאפשר היווצרות סרט בטמפרטורות נמוכות יותר, אך עדיין יוצר ציפוי קשיח וחזק מכיוון שהמתלכד מתאדה לאט עם הזמן או הוצא 36 .
הגדלת ריכוז הטקסנול מקדמת יצירת סרט על ידי ריכוך חלקיקי הפולימר (הפחתת Tg) עקב ספיגה על ידי החלקיקים במהלך הייבוש, ובכך מגבירה את חוזק הסרט המלוכד והיצמדות התא.מכיוון שהביו-מרוכב מיובש בטמפרטורת הסביבה (~18-20 מעלות צלזיוס), ה-Tg (30 עד 55 מעלות צלזיוס) של הלטקס ה"קשה" גבוה יותר מטמפרטורת הייבוש, כלומר ייתכן שהתאחדות החלקיקים לא תהיה אופטימלית, וכתוצאה מכך סרטי B שנשארים זגוגיים, תכונות מכניות והדבקות גרועות, גמישות מוגבלת ודיפוזטיביות30 מובילים בסופו של דבר לאובדן תאים גדול יותר.היווצרות סרט מפולימרים "רגילים" ו"רכיים" מתרחשת ב-Tg או מתחת ל-Tg של סרט הפולימר, ויצירת הסרט משתפרת על ידי התאחדות משופרת, וכתוצאה מכך סרטים פולימרים רציפים עם תכונות מכניות, מלוכדות והדבקות משופרות.הסרט המתקבל יישאר גומי במהלך ניסויי לכידת CO2 בגלל שה-Tg שלו קרוב ל-(תערובת "רגילה": 12 עד 20 מעלות צלזיוס) או נמוך בהרבה (תערובת "רכה": -21 עד -13 מעלות צלזיוס) לטמפרטורת הסביבה 30.לטקס "קשה" (3.4 עד 2.9 ק"ג מ"מ-1) קשה פי שלושה מלטקס "רגיל" (1.0 עד 0.9 ק"ג מ"מ-1).לא ניתן למדוד את הקשיות של לטקסים "רכים" על ידי מיקרו קשיות בגלל הגומיות והדביקות המוגזמת שלהם בטמפרטורת החדר.טעינת פני השטח יכולה גם להשפיע על זיקת הידבקות, אך נדרשים נתונים נוספים כדי לספק מידע משמעותי.עם זאת, כל הלטקסים שמרו ביעילות על התאים, ושחררו פחות מ-1%.
הפרודוקטיביות של הפוטוסינתזה יורדת עם הזמן.חשיפה לפוליסטירן מובילה לשיבוש ממברנה וללחץ חמצוני38,39,40,41.ערכי ה-Fv/Fm של S. elongatus CCAP 1479/1A שנחשפו ל-0S ו-4S היו גבוהים כמעט פי שניים בהשוואה לבקרת המתלים, שתואמת היטב את קצב ספיגת ה-CO2 של ה-4S הביו-מרוכב, כמו גם עם ערכי PS ממוצעים נמוכים יותר.ערכים.ערכי Fv/Fm גבוהים יותר מציינים שהעברת אלקטרונים ל-PSII עשויה לספק יותר פוטונים42, מה שעלול לגרום לשיעורי קיבוע CO2 גבוהים יותר.עם זאת, יש לציין כי נתונים פוטו-פיזיולוגיים התקבלו מתאי התלויים בתמיסות לטקס מימיות ולא בהכרח ניתן להשוות ישירות לביו-מרוכבים בוגרים.
אם לטקס יוצר מחסום לחילופי אור ו/או גזים וכתוצאה מכך להגבלת אור ו-CO2, הוא יכול לגרום ללחץ תאי ולהפחית את הביצועים, ואם הוא משפיע על שחרור O2, photorespiration39.העברת האור של הציפויים שנרפאו הוערכה: לטקס "קשה" הראה ירידה קלה בהעברת האור בין 440 ל-480 ננומטר (השתפר בחלקו על ידי הגדלת ריכוז הטקסנול עקב שיפור התאחדות הסרט), בעוד "רך" ו"רגיל " לטקס הראה ירידה קלה בהעברת האור.לא מראה אובדן בולט של אובדן.המבחנים, כמו גם כל הדגירות, בוצעו בעוצמת אור נמוכה (30.5 µmol m-2 s-1), כך שכל קרינה פעילה פוטוסינתטית עקב מטריצת הפולימר תזכה לפיצוי ואף עשויה להיות שימושית במניעת עיכוב פוטו.בעוצמות אור מזיקות.
Biocomposite CCAP 1479/1A פעל במהלך 84 ימי הבדיקה, ללא תחלופה של חומרים מזינים או אובדן משמעותי של ביומסה, שהיא יעד מרכזי של המחקר.דפיגמנטציה של תאים עשויה להיות קשורה לתהליך של כלורוזיס בתגובה להרעבת חנקן להשגת הישרדות ארוכת טווח (מצב מנוחה), מה שעשוי לסייע לתאים לחדש את הצמיחה לאחר שהושגה הצטברות מספקת של חנקן.תמונות ה-SEM אישרו שהתאים נשארו בתוך הציפוי למרות חלוקת התא, והדגימו את הגמישות של הלטקס ה"רך" ובכך הראו יתרון ברור על הגרסה הניסיונית.לטקס "רך" מכיל כ-70% בוטיל אקרילט (במשקל), שהוא הרבה יותר גבוה מהריכוז הנקוב לציפוי גמיש לאחר ייבוש44.
הספיגה נטו של CO2 הייתה גבוהה משמעותית מזו של מתלה הבקרה (14-20 ופי 3-8 גבוה יותר עבור S. elongatus CCAP 1479/1A ו-PCC 7942, בהתאמה).בעבר, השתמשנו במודל העברת מסה של CO2 כדי להראות שהגורם העיקרי לספיגת CO2 גבוהה הוא שיפוע חד של ריכוז CO2 על פני השטח של ה-biocomposite31 ושניתן להגביל את ביצועי ה-biocomposite על ידי התנגדות להעברת מסה.ניתן להתגבר על בעיה זו על ידי שילוב מרכיבים לא רעילים, שאינם יוצרים סרט לתוך הלטקס כדי להגביר את הנקבוביות והחדירות של הציפוי26, אך שימור התאים עלול להיפגע מכיוון שאסטרטגיה זו תגרום בהכרח לסרט חלש יותר20.ניתן לשנות את ההרכב הכימי במהלך הפילמור כדי להגדיל את הנקבוביות, וזו האפשרות הטובה ביותר, במיוחד מבחינת ייצור תעשייתי ומדרגיות45.
הביצועים של ה-biocomposite החדש בהשוואה למחקרים עדכניים המשתמשים ביו-מרוכבים ממיקרו-אצות וציאנובקטריה הראו יתרונות בהתאמת קצב טעינת התא (טבלה 1)21,46 ועם זמני ניתוח ארוכים יותר (84 ימים לעומת 15 שעות46 ו-3 שבועות21).
התוכן הנפחי של פחמימות בתאים משתווה לטובה עם מחקרים אחרים47,48,49,50 המשתמשים בציאנובקטריה ומשמש כקריטריון פוטנציאלי ליישומי לכידה וניצול/החלמה של פחמן, כגון עבור תהליכי תסיסה של BECCS49,51 או לייצור של מתכלה ביולוגית ביו-פלסטיקה52.כחלק מהרציונל למחקר זה, אנו מניחים שיעור, אפילו נחשב בתפיסת הפליטות השליליות של BECCS, אינו תרופת פלא לשינויי אקלים וצורך נתח מדאיג מהאדמה הניתנת לעיבוד של העולם6.כניסוי מחשבתי, הוערך כי יהיה צורך להסיר בין 640 ל-950 GtCO2 מהאטמוספרה עד שנת 2100 כדי להגביל את עליית הטמפרטורה העולמית ל-1.5°C53 (כ-8 עד 12 GtCO2 בשנה).כדי להשיג זאת באמצעות ביו-מרוכב בעל ביצועים טובים יותר (574.08 ± 30.19 t ביומסה CO2 t-1 לשנה-1) תדרוש הרחבת נפח מ-5.5 × 1010 ל-8.2 × 1010 מ"ק (עם יעילות פוטוסינתטית דומה), המכילה בין 196 ל-2.92 מיליארד ליטר. פּוֹלִימֵר.בהנחה ש-1 מ"ק של ביו-מרוכבים תופסים 1 מ"ר של שטח קרקע, השטח הנדרש לקליטת יעד ה-CO2 השנתי יעמוד על בין 5.5 ל-8.17 מיליון דונם, השווה ל-0.18-0.27% מההתאמה לחיי הקרקעות בשטח. טרופיים, ולצמצם את שטח היבשה.צורך ב-BECCS ב-98-99%.יש לציין שיחס הלכידה התיאורטי מבוסס על ספיגת ה-CO2 שנרשמה באור נמוך.ברגע שהחומר הביו-מרוכב נחשף לאור טבעי חזק יותר, קצב ספיגת ה-CO2 עולה, מה שמפחית עוד יותר את דרישות הקרקע ומטה את הכף לכיוון הרעיון של ביו-מרוכבים.עם זאת, היישום חייב להיות בקו המשווה עבור עוצמת ומשך התאורה האחורית קבועים.
ההשפעה העולמית של דישון CO2, כלומר העלייה בפריון הצמחייה הנגרמת על ידי זמינות מוגברת של CO2, ירדה ברוב שטחי הקרקע, ככל הנראה עקב שינויים ברכיבי תזונה מרכזיים בקרקע (N ו-P) ומשאבי מים7.משמעות הדבר היא שפוטוסינתזה יבשתית עשויה שלא להוביל לעלייה בספיגת CO2, למרות ריכוזי CO2 גבוהים באוויר.בהקשר זה, אסטרטגיות להפחתת שינויי אקלים קרקעיים כמו BECCS נוטות אפילו פחות להצליח.אם התופעה הגלובלית הזו תאושר, הרכיב הביולוגי בהשראת החזזיות שלנו עשוי להיות נכס מרכזי, שיהפוך חיידקים פוטוסינתטיים מימיים חד-תאיים ל"סוכנים קרקעיים".רוב הצמחים היבשתיים מקבעים CO2 דרך פוטוסינתזה של C3, בעוד שצמחי C4 נוחים יותר לבתי גידול חמים ויבשים יותר ויעילים יותר בלחצים חלקיים גבוהים יותר של CO254.ציאנובקטריות מציעות חלופה שיכולה לקזז את התחזיות המדאיגות של חשיפה מופחתת לפחמן דו חמצני במפעלי C3.ציאנובקטריות התגברו על מגבלות פוטו-נשימה על ידי פיתוח מנגנון יעיל של העשרת פחמן, שבו לחצים חלקיים גבוהים יותר של CO2 מוצגים ונשמרים על ידי ריבולוז-1,5-ביספוספט קרבוקסילאז/אוקסיגנאז (RuBisCo) בתוך הקרבוקסיזומים מסביב.אם ניתן להגביר את הייצור של רכיבים ביו-בקטריאליים, זה יכול להפוך לנשק חשוב עבור האנושות במאבק בשינויי האקלים.
ביו-מרוכבים (מחקות חזזיות) מציעים יתרונות ברורים על פני תרביות תרחיף קונבנציונליות של מיקרו-אצות וציאנובקטריה, מספקים שיעורי ספיגת CO2 גבוהים יותר, מזעור סיכוני זיהום ומבטיח הימנעות תחרותית מ-CO2.עלויות מפחיתות משמעותית את השימוש בקרקע, מים וחומרי הזנה56.מחקר זה מדגים את ההיתכנות של פיתוח וייצור לטקס ביו-תואם בעל ביצועים גבוהים, אשר בשילוב עם ספוג ליפה כמצע מועמד, יכול לספק ספיגת CO2 יעילה ואפקטיבית במשך חודשים של ניתוח תוך שמירה על אובדן תאים למינימום.ביו-מרוכבים יכולים באופן תיאורטי ללכוד כ-570 t CO2 t-1 של ביומסה בשנה ועשויים להתברר כחשובים יותר מאסטרטגיות ייעור BECCS בתגובה שלנו לשינויי האקלים.עם אופטימיזציה נוספת של הרכב הפולימר, בדיקה בעוצמות אור גבוהות יותר, ובשילוב עם הנדסה מטבולית משוכללת, מהנדסי הביוגאו המקוריים של הטבע יכולים שוב לבוא להצלה.
פולימרים לטקס אקריליים הוכנו באמצעות תערובת של מונומרים סטירן, בוטיל אקרילט וחומצה אקרילית, וה-pH הותאם ל-7 עם 0.1 M נתרן הידרוקסיד (טבלה 2).סטירן ובוטיל אקרילט מהווים את עיקר שרשראות הפולימר, בעוד חומצה אקרילית מסייעת לשמור על חלקיקי הלטקס בתרחיף57.התכונות המבניות של הלטקס נקבעות על ידי טמפרטורת מעבר הזכוכית (Tg), אשר נשלטת על ידי שינוי היחס בין סטירן ובוטיל אקרילט, המספק תכונות "קשות" ו"רכות", בהתאמה58.פולימר לטקס אקרילי טיפוסי הוא 50:50 סטירן: בוטיל אקרילט 30, כך שבמחקר זה לטקס עם יחס זה כונה לטקס "רגיל", ולטקס עם תכולת סטירן גבוהה יותר כונה לטקס עם תכולת סטירן נמוכה יותר .נקרא "רך" כ"קשה".
תחליב ראשוני הוכן באמצעות מים מזוקקים (174 גרם), נתרן ביקרבונט (0.5 גרם) וחומר פעיל שטח Rhodapex Ab/20 (30.92 גרם) (Solvay) כדי לייצב את 30 טיפות המונומר.באמצעות מזרק זכוכית (Science Glass Engineering) עם משאבת מזרק, הוסף מנה משני המכיל סטירן, בוטיל אקרילט וחומצה אקרילית המפורטים בטבלה 2 בקצב של 100 מ"ל h-1 לאמולסיה הראשונית במשך 4 שעות (Cole) -פאלמר, מאונט ורנון, אילינוי).הכן תמיסה של יוזם פילמור 59 באמצעות dHO ואמוניום פרסולפט (100 מ"ל, 3% w/w).
מערבבים את התמיסה המכילה dHO (206 גרם), נתרן ביקרבונט (1 גרם) ו-Rodapex Ab/20 (4.42 גרם) באמצעות בוחש עילי (ערך Heidolph Hei-TORQUE 100) עם מדחף נירוסטה ומחממים ל-82 מעלות צלזיוס. כלי מעוטר מים באמבט מים מחומם VWR Scientific 1137P.תמיסה במשקל מופחת של מונומר (28.21 גרם) ויוזם (20.60 גרם) נוספה בצורה טיפה לכלי העטוף וערבבה במשך 20 דקות.מערבבים במרץ את יתרת המונומר (150 מ"ל h-1) ואת תמיסת היזם (27 מ"ל h-1) כדי לשמור את החלקיקים בתרחיף עד שהם יוספו למעיל המים במשך 5 שעות באמצעות מזרקים של 10 מ"ל ו-100 מ"ל בהתאמה במיכל. .הושלם עם משאבת מזרק.מהירות המערבל הוגדלה עקב הגידול בנפח הסליפה כדי להבטיח שימור הרחצה.לאחר הוספת היוזם והתחליב, טמפרטורת התגובה הועלתה ל-85 מעלות צלזיוס, ערבבה היטב ב-450 סל"ד למשך 30 דקות, ולאחר מכן מקוררה ל-65 מעלות צלזיוס.לאחר הקירור, נוספו ללטקס שתי תמיסות עקירה: tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) (70% במים) (5 גרם, 14% לפי משקל) וחומצה איזו-אסקורבית (5 גרם, 10% לפי משקל)..הוסף t-BHP טיפה אחר טיפה והשאיר למשך 20 דקות.לאחר מכן נוספה חומצה אריתורבית בקצב של 4 מ"ל לשעה ממזרק של 10 מ"ל באמצעות משאבת מזרק.לאחר מכן מקורר תמיסת הלטקס לטמפרטורת החדר והותאם ל-pH 7 עם 0.1M נתרן הידרוקסיד.
2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (Texanol) - מתכלה מתכלה רעילות נמוכה עבור צבעי לטקס 37,60 - הוספה עם מזרק ומשאבה בשלושה נפחים (0, 4, 12% v/v) כחומר איחוי לתערובת לטקס כדי להקל על היווצרות הסרט במהלך הייבוש37.אחוז מוצקי הלטקס נקבע על ידי הנחת 100 μl מכל פולימר במכסי רדיד אלומיניום שקולים מראש וייבוש בתנור ב-100 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.
עבור העברת אור, כל תערובת לטקס הונחה על שקופית מיקרוסקופ באמצעות קוביית טיפה מנירוסטה מכויל לייצור סרטים בגודל 100 מיקרומטר ויובשה ב-20 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות.העברת אור (ממוקדת בקרינה פעילה פוטוסינתטית, λ 400–700 ננומטר) נמדדה בספקטרורדיומטר ILT950 SpectriLight עם חיישן במרחק של 35 ס"מ ממנורת פלורסנט 30W (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - כאשר האור המקור היה ציאנובקטריה ואורגניזמים חומרים מרוכבים נשמרים.תוכנת SpectrILight III גרסה 3.5 שימשה להקלטת עוצמת הארה ושידור בטווח λ 400–700 ננומטר61.כל הדגימות הונחו על גבי החיישן, ושקופיות זכוכית לא מצופים שימשו כפקדים.
דגימות לטקס הוספו לתבנית אפייה מסיליקון והותרו להתייבש במשך 24 שעות לפני בדיקת קשיות.מניחים את דגימת הלטקס המיובש על מכסה פלדה תחת מיקרוסקופ x10.לאחר התמקדות, הדגימות הוערכו על בודק מיקרו-קשיות Buehler Micromet II.המדגם הופעל בכוח של 100 עד 200 גרם וזמן הטעינה נקבע ל-7 שניות ליצירת שקע יהלום בדגימה.ההדפסה נותחה באמצעות מטרת מיקרוסקופ Bruker Alicona × 10 עם תוכנה נוספת למדידת צורה.נוסחת קשיות ויקרס (משוואה 1) שימשה לחישוב הקשיות של כל לטקס, כאשר HV הוא מספר ויקרס, F הוא הכוח המופעל, ו-d הוא הממוצע של אלכסוני השקע המחושבים מהגובה והרוחב של הלטקס.ערך הכניסה.לא ניתן למדוד לטקס "רך" עקב הידבקות ומתיחה במהלך בדיקת הזחה.
כדי לקבוע את טמפרטורת מעבר הזכוכית (Tg) של הרכב הלטקס, דגימות פולימר הונחו בכלי סיליקה ג'ל, יובשו במשך 24 שעות, נשקלו ל-0.005 גרם והונחו בכלים לדוגמה.המנה כוסתה והונחה בקולורימטר סריקה דיפרנציאלי (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, תוכנת ניתוח נתונים Pyris)62.שיטת זרימת החום משמשת להצבת כוסות ייחוס וכוסות מדגם באותו תנור עם בדיקת טמפרטורה מובנית למדידת הטמפרטורה.בסך הכל נעשה שימוש בשתי רמפות ליצירת עקומה עקבית.שיטת המדגם הועלתה שוב ושוב מ-20°C ל-180°C בקצב של 20°C לדקה.כל נקודת התחלה וסיום מאוחסנת במשך דקה אחת כדי לקחת בחשבון את פיגור הטמפרטורה.
כדי להעריך את יכולתו של הביו-מרוכב לספוג CO2, דגימות הוכנו ונבדקו באותו אופן כמו במחקר הקודם שלנו31.מטלית הכביסה המיובשת והאוטוקלאב נחתכה לרצועות של כ-1×1×5 ס"מ ונשקללה.יש למרוח 600 μl משני הציפויים הביולוגיים היעילים ביותר של כל זן ציאנובקטריה על קצה אחד של כל רצועת ליפה, המכסה בערך 1 × 1 × 3 ס"מ, ולייבש בחושך ב-20 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.בשל המבנה המקרו-נקבי של הליפה, חלק מהפורמולה התבזבז, כך שיעילות טעינת התאים לא הייתה 100%.כדי להתגבר על בעיה זו, נקבע משקל התכשיר היבש על הליפה ונורמל לתכשיר היבש הייחוס.בקרות אביוטיות המורכבות מליפה, לטקס ומצע תזונתי סטרילי הוכנו בצורה דומה.
לביצוע בדיקת חצי אצווה של ספיגת CO2, הנח את ה-biocomposite (n=3) בצינור זכוכית של 50 מ"ל כך שקצה אחד של ה-biocomposite (ללא ה-biocoating) יהיה במגע עם 5 מ"ל של מצע גידול, מה שמאפשר לחומר התזונתי להיות מועבר בפעולה נימית..הבקבוק אטום בפקק גומי בוטיל בקוטר 20 מ"מ ומכווץ בפקק אלומיניום כסוף.לאחר האטימה, הזרקו 45 מ"ל של 5% CO2/אוויר עם מחט סטרילית המחוברת למזרק אטום לגז.צפיפות התאים של תרחיף הבקרה (n = 3) הייתה שווה ערך לעומס התא של הרכיב הביולוגי במדיום המזין.הבדיקות בוצעו בטמפרטורה של 18 ± 2 מעלות צלזיוס עם תקופת צילום של 16:8 ותקופת צילום של 30.5 µmol m-2 s-1.מרווח ראש הוסר כל יומיים עם מזרק אטום לגז ונותח עם מד CO2 עם בליעת אינפרא אדום GEOTech G100 כדי לקבוע את אחוז ה-CO2 שנספג.הוסף נפח שווה של תערובת גז CO2.
% CO2 Fix מחושב באופן הבא: % CO2 Fix = 5% (v/v) – כתוב %CO2 (משואה 2) כאשר P = לחץ, V = נפח, T = טמפרטורה, ו-R = קבוע גז אידיאלי.
שיעורי ספיגת ה-CO2 המדווחים עבור השעיות בקרה של ציאנובקטריות וביו-מרוכבים נורמלו לבקרות לא ביולוגיות.היחידה הפונקציונלית של ביומסה g היא כמות הביומסה היבשה המקובעת על מטלית הכביסה.הוא נקבע על ידי שקילת דגימות ליפה לפני ואחרי קיבוע התא.התחשבנות במסת עומס התא (מקבילה לביומסה) על ידי שקילה פרטנית של התכשירים לפני ואחרי הייבוש ועל ידי חישוב צפיפות ההכנה של התא (משוואה 3).מניחים שההכנות לתאים יהיו הומוגניות במהלך הקיבוע.
Minitab 18 ו-Microsoft Excel עם התוספת RealStatistics שימשו לניתוח סטטיסטי.נורמליות נבדקה באמצעות מבחן אנדרסון-דארלינג, ושוויון השונות נבדק באמצעות מבחן Levene.נתונים העונים על הנחות אלו נותחו באמצעות ניתוח דו-כיווני של שונות (ANOVA) עם המבחן של Tukey כניתוח פוסט-הוק.נתונים דו-כיווניים שלא עמדו בהנחות של נורמליות ושונות שווה נותחו באמצעות מבחן Shirer-Ray-Hara ולאחר מכן מבחן U-Man-Whitney כדי לקבוע מובהקות בין טיפולים.מודלים מעורבים ליניאריים כלליים (GLM) שימשו עבור נתונים לא נורמליים עם שלושה גורמים, כאשר הנתונים הומרו באמצעות טרנספורמציה של Johnson63.מתאמי רגעים של מוצרי פירסון בוצעו כדי להעריך את הקשר בין ריכוז טקסנול, טמפרטורת מעבר זכוכית ונתוני רעילות והידבקות לטקס.