گرافن اکساید

مشخصات فنی گرافن اکساید

نام محصول: گرافن اکساید (Graphene Oxide)
از خانواده: گرافیت سنتزی
حالت: پودر
رنگ: خاکستری تیره
متوسط سایز نانو ذرات: بین 15 الی 70 نانومتر
حلالیت در آب در دمای (20 درجه سانتیگراد): محلول(آبدوست)
تست های لازم جهت شناسایی گرافن اکساید شامل آنالیز XRD و عکس AFM و پراکندگی سایز ذرات گرافن اکساید به عنوان اطلاعات شناسنامه ¬ای در ادامه آورده شده است.

طیف مربوط به آنالیز XRD:

نقشه توپوگرافی آنالیز AFM:

توزیع اندازه:

چکیده: آلودگی نیترات در آب‌های شیرین رو به افزایش است. در این مطالعه، اثرات دما و مواد اکسید گرافنی بر توابع بالقوه جوامع بی‌هوازی‌کننده در رسوبات دریاچه توسط متاژنوم بررسی شدند. افزودن اکسید گرافنی به طور قابل توجهی باعث تغییر فراوانی ژن‌های بی‌هوازی‌کننده مانند Nap و Nos شده است و به افزایش نقش Pseudomonas کمک کرده است، بدین ترتیب دمای پایین و افزودن مواد به فرآیند بی‌هوازی‌کنندگی کمک می‌کند. شبکه مدولی حاکی از آن است که دمای پایین مرکزیت بی‌هوازی‌کنندگی را در عملکردهای جامعه افزایش می‌دهد. در دماهای پایین، اکسید گرافنی با تحریک مصرف کربن آلی و تنظیم فراوانی ژن در چرخه اسید سیتریک و فسفریلاسیون نیمه-Entner-Doudoroff، به افزایش آنابولیسم جامعه کمک می‌کند و در نتیجه ممکن است سنتز و ترشح مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) را تحریک کند. علاوه بر این، اکسید گرافنی ممکن است با تأثیر بر فراوانی ژن های کمپلکس I و IV به تنظیم انتقال الکترون‌های کاهنده از NADH به آنزیم‌های بی‌هوازی‌کننده کمک کند.

مقدمه NO₃⁻-N یکی از اصلی‌ترین شکل‌های نیتروژن در محیط آبی است. فعالیت‌های انسانی، از جمله کاربرد کودها در تولید کشاورزی و دفع آب پس‌ماند از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، به طور مداوم مقدار زیادی NO₃⁻ را به محیط آبی وارد می‌کنند. غلظت‌های NO₃⁻ در آب‌های سطحی و زیرزمینی در برخی مناطق افزایش یافته و NO₃⁻ تأثیر منفی قابل توجهی بر سلامت انسان دارد. از دیدگاه جهانی، آلودگی NO₃⁻ در محیط آبی به یک مشکل فزاینده جدی تبدیل شده است.

بی‌هوازی‌کنندگی یک مسیر مهم برای محو شدن NO₃⁻ است. میکروارگانیسم‌های دارای عملکرد بی‌هوازی‌کنندگی عمدتاً شامل حدود 60 جنس باکتری، برخی آرکی‌ها و یوکاریوت‌ها هستند. تکنیک‌های ماکروژنومی به طور گسترده برای مشخص کردن پتانسیل بی‌هوازی‌کنندگی جوامع میکروبی پیچیده و تأثیرات شرایط محیطی متفاوت بر روی ژن‌های آنزیم‌های عملکردی بی‌هوازی‌کنندگی استفاده شده‌اند. تأثیرات فرایندهای مختلف تصفیه فاضلاب و عوامل محیطی متفاوت بر بی‌هوازی‌کنندگی جامعه به طور وسیع و عمیق مطالعه شده‌اند. در سال‌های اخیر، مطالعات بیشتری مکانیسم تأثیر مواد بر بی‌هوازی‌کنندگی جامعه را آشکار کرده‌اند که مواد ممکن است با تأثیر بر متابولیسم‌های کربوهیدرات‌های متفاوت و مسیرهای تولیدی، تابع بی‌هوازی‌کنندگی را تحت تأثیر قرار دهند. از طرفی، متاژنوم‌های طبقات مختلف ممکن است ژن‌های عملکردی مشابهی داشته باشند و تعاملاتی بین عملکردهای جامعه میکروبی باشد. مجموعه داده‌های متاژنوم می‌توانند الگوهای تعامل ژنی پایداری را نمایش دهند، چرا که ژن‌های عملکردی مشابه از طبقات مختلف ممکن است واکنش‌های مشابهی به تغییرات محیطی داشته باشند. با ساختن شبکه ارتباطی ژنتیکی، تعاملات بین عملکردهای مختلف در جامعه میکروبی می‌تواند آشکار شود، به طوری که ارتباطات مثبت نشان‌دهنده همبستگی‌های عملکردی است، در حالی که ارتباطات منفی نشان‌دهنده فرایندهای تنظیمی است. تأثیر غیر مستقیم مواد بر عملکرد بی‌هوازی‌کنندگی می‌تواند با بررسی تأثیر مواد بر شبکه ژن‌های عملکردی تجزیه و تحلیل شود.

اکسید گرافنی، مواد مهمی که در سال‌های اخیر به طور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است، در زمینه مهندسی تصفیه فاضلاب استفاده شده است و حتی به داخل اندام‌های آب طبیعی آزاد شده است. با این حال، توجه کمی به تأثیر اکسید گرافنی بر عملکرد بی‌هوازی‌کنندگی جوامع میکروبی شده است. رسوبات دریاچه‌ها نه تنها یک مخزن مهم برای اکسید گرافنی هستند، بلکه ناحیه فعالی برای واکنش‌های بی‌هوازی‌کنندگی میکروبی نیز می‌باشند. در مطالعات قبلی ما، مشاهده شد که اکسید گرافنی بی‌هوازی‌کنندگی Pseudomonas را در دمای 12 درجه سانتی‌گراد تقویت کرد و تأثیر قابل توجهی بر فرایند تجمع جامعه‌های باکتریایی و آرکائی داشت. با این حال، ما تأثیر اکسید گرافنی را بر جوامع میکروبی و ژن‌های عملکردی نمی‌دانیم.

این مطالعه بر اساس مکانیسم تأثیر اکسید گرافنی بر فرآیند اکولوژیکی جوامع بی‌هوازی‌کننده که پیش‌تر توسط ما منتشر شده بود (Liao et al., 2022) استوار بود. تغییرات مرتبط با فراوانی ژن بی‌هوازی‌کنندگی تحت تأثیر دماهای مختلف و مواد از طریق متاژنومیک تجزیه و تحلیل شد. با ساختن شبکه ارتباطی ژن‌های عملکردی، مکانیسم تأثیر اکسید گرافنی بر تابع بی‌هوازی‌کنندگی جامعه کشف شد.

قسمت‌های مقاله منابع اکسید گرافنی و میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی‌کننده اکسید گرافنی با روش هامرز تغییر یافته آماده شد (Marcano et al., 2010). اکسید گرافنی خشک شده با اولتراسوند در آب خالص به مدت 1 ساعت پراکنده شد تا سوسپانسیون اکسید گرافنی 5 گرم بر لیتر تهیه شود. رسوبات سطحی دریاچه از عمق 0 تا 15 سانتی‌متر در آوریل 2021 با استفاده از نمونه‌بردار پترسون در دریاچه Wuliangsuhai (40 °59′59.2″، 108 °50′58.9″)، چین، جمع‌آوری شدند. دمای آب پایینی دریاچه 10 درجه سانتی‌گراد بود. رسوبات در دمای منفی 20 درجه سانتی‌گراد ذخیره شدند و قبل از استفاده در دمای 4 درجه سانتی‌گراد آب‌شده‌اند.

آزمایش کشت فرآیند کشت میکروارگانیسم‌ها

تأثیر اکسید گرافنی بر بی‌هوازی‌کنندگی در مطالعه قبلی ما، مش��هده شد که اکسید گرافنی باعث افزایش سرعت حذف نیترات در 8 و 12 درجه سانتی‌گراد شده است که ممکن است به دلیل تأثیر اکسید گرافنی بر خواص پلیمرهای خارج سلولی باشد (Liao et al., 2021). ما تأثیر اکسید گرافنی بر بی‌هوازی‌کنندگی جوامع میکروبی در رسوبات دریاچه را بررسی کردیم و دریافتیم که جوامع باکتریایی و آرکائی در تحت تأثیر انتخاب ناهمگن توسط اکسید گرافنی استراتژی‌های اکولوژیکی مختلفی را نمایش دادند (Liao et al.,

نتیجه‌گیری افزودن اکسید گرافنی باعث افزایش مشارکت Pseudomonas spp. به ژن‌های عملکردی بی‌هوازی‌کننده در جامعه میکروبی رسوبات دریاچه شد، هم در 28 درجه سانتی‌گراد و هم در 8 درجه سانتی‌گراد. صرف نظر از افزودن اکسید گرافنی، فراوانی ماژول‌های گلیکولیز، مسیر فسفات پنتوز و ماژول‌های مسیر ED در متاژنوم جامعه 8 درجه سانتی‌گراد نسبت به جامعه 28 درجه سانتی‌گراد کاهش یافت، اما فراوانی ماژول‌های چرخه تری‌کربوکسیلیک اسید افزایش یافت. به این ترتیب دما

بیانیه مشارکت نویسنده CRediT یینهائو لیائو: نگارش – پیش‌نویس اصلی، متدولوژی، تجزیه و تحلیل رسمی، مفهوم‌پردازی. شنگ جی لی: نگارش – بازنگری و ویرایش. گودونگ جی: نگارش – بازنگری و ویرایش، اداره پروژه، کسب دارایی.

بیانیه منافع متضاد نویسندگان اعلام می‌کنند که هیچ منافع مالی رقابتی یا روابط شخصی شناخته‌شده‌ای که ممکن است تأثیر بر کار گزارش‌شده در این مقاله داشته باشد، ندارند.