BBY PSII traktowane MWCNT-COOH
Zależności parametrów charakteryzujących krzywe Kautsky’ego obserwowane dla próbek BBY PSII modyfikowanych karboksylowanymi nanorurkami węglowymi (MWCNT-COOH) przedstawiono na Rys. 4.66.
W oparciu o uzyskane dane eksperymentalne można poczynić następujące obserwacje:
Udział najszybszej składowej A1 oraz związana z nią stała czasowa t1 wykazują oscylacje, ale wartości obu parametrów nie przekraczają granic niepewności oszacowanych dla wartości kontrolnych, za wyjątkiem wielkości A1 otrzymanej dla stężenia 0.18 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Warto zauważyć, że dla stężeń > 0.15 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wielkości parametru A1 systematycznie są wyższe od wartości średniej kontroli poza jednym punktem dla stężenia 0.63 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Stała czasowa t1 dla stężeń 0.00035, 0.0025, 0.005 i 0.75 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] osiąga lokalne minima i jednocześnie jest mniejsza od wartości kontrolnej, a dla stężeń 0.013 i 0.25 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wykazuje lokalne maksima i wartości większe od kontrolnej.
Udział składowej A2 prawie w całym zakresie stosowanych stężeń MWCNTs-COOH jest zbliżony do wartości kontrolnej poza dwoma stężeniami 0.015 i 0.05 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], kiedy rośnie o ok. 14.7% względem kontroli i 0.5 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], gdy maleje o ok. 8.2%. Różnice te nie przekraczają jednak wartości niepewności pomiarowej oszacowanej dla kontroli. Natomiast stała czasowa t2 wykazuje zmienność oscylacyjną i dla stężeń 0.00088, 0.0038 i 0.013 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] ulega wyraźnemu wydłużeniu w stosunku do wielkości średniej otrzymanej dla kontroli (różnica przekracza wartość niepewności), a dla stężeń 0.0013, 0.0025, 0.015, 0.18 i 0.63 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wykazuje lokalne minima, przy czym najmniejszą oraz statystycznie istotnie różną wartość zaobserwowano jedynie dla najmniejszego stężenia MWCNTs : ChlBBYPSII,równego 0.00025 [mg:mg].
Można jednak wskazać dwa stężenia, dla których wyraźnie wzrosła o ok. 10.7%. Maksimum dla mniejszego stężenia 0.05 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] jest związane ze wzrostem udziału A2, a dla większego 0.38 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] zarówno parametru A2 jak i A1. Dla stężeń > 0.13 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] przebieg F0 w funkcji stężeń nanorurek węglowych przypomina zależność obserwowaną dla A1.
Zmiany parametrów charakteryzujących najwolniejszą składową fluorescencji modulowanej wykazują zmienność oscylacyjną dla całego zakresu stosowanych stężeń MWCNTs. Udział A3 (=FV) zachowuje się komplementarne do F0, a jego wartości są statystycznie istotnie mniejsze od wielkości kontrolnej dla stężeń: 0.0005, 0.00088, 0.0018, 0.015, 0.05, 0.18-0.38 i 0.75 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], natomiast większe jedynie dla 0.63 [ mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Stała czasowa t3
dla stężeń < 0.2 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] zachowuje się podobnie jak t2, a dla stężeń wyższych jak t1. Dla szerokiego zakresu stężeń t3 wykazuje statystycznie istotnie różne wartości od kontroli: mniejsze dla 0.00025, 0.00038, 0.0013, 0.0025, 0.18 oraz > 0.5 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], a większe dla 0.00088, 0.0018, 0.0038, 0.018, 0.025-0.5 i 0.25-0.38 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]). Maksymalne różnice Δt3 sięgają nawet 16.8%.
Rys. 4.66. Zmiany parametrów uzyskanych z dopasowania krzywych Kautsky'ego w zależności od stężenia A11 (TiO2 o strukturze anatazu):
A) t1 , B) A1, C) t2, D) A2, E) t3, F) A3, G) F0. Średnie wartości parametrów dla kontroli wynoszą:
dla A1: 0.088 ± 0.012 i t1: 217 ± 25 µs; dla A2: 0.127 ± 0.014 i t2: 829 ± 75 µs; dla AV: 0.771 ± 0.003 i t3: 313 ± 4 ms; dla F0: 0.215 ± 0.019.
BBY PSII traktowane MWCNT-COONH4
Zależności parametrów charakteryzujących krzywe Kautsky’ego zarejestrowane dla próbek BBY PSII modyfikowanych nanorurkami węglowymi funkcjonalizowanymi grupami -COONH4 (MWCNT-COONH4) pokazano na Rys. 4.67.
W oparciu o uzyskane wyniki można zauważyć, że:
Udział najszybszej składowej A1 wykazuje oscylacje w funkcji stężenia MWCNTs. Jednakże jedynie minimum dla stężenia 0.13 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] i maksimum dla 0.43 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] przekraczają granice niepewności pomiaru kontroli. Stała czasowa t1 zachowuje się jak A1 dla stężeń > 0.4 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Również dla 0.43 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] czas t1
statystycznie istotnie rośnie w porównaniu z kontrolą o ok. 18.5%. W zakresie stężeń 0.0018-0.0038 i 0.013-0.13 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wartości parametru t1
systematycznie układają się powyżej średniej wartości uzyskanej dla kontroli, natomiast w zakresie 0.21 – 0.38 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] poniżej niej z minimum dla 0.25 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII].
Zmiany udziału A2 i stałej czasowej t2 mają inny charakter niż zmiany dla A1 i t1. Wyjątkiem jest tu minimum wartości parametru t2 dla stężenia 0.25 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. W całym zakresie stężeń MWCNTs-COONH4 wartości A2 mieszczą się w granicach niepewności kontroli poza stężeniami 0.021 i 0.13 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], kiedy pojawiają się lokalne maksima (różnice do ok. 31%). Lokalne maksimum dla parametru A2 można też wskazać dla 0.25 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], natomiast minima dla 0.018 i 0.18 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Parametr t2 z kolei wykazuje maksimum dla 0.18 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], a minimum dla 0.25 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII]. Dla stężeń < 0.0013 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wartości parametru t2 systematycznie leżą poniżej średniej wartości wyznaczonej dla kontroli, a dla stężeń 0.00038 i 0.00088 ich różnice są statystycznie istotne.
Zależność parametru F0 dla stężeń poniżej 0.15 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] zdeterminowana jest składową A2, a powyżej - składową A1.
Rys. 4.67. Zmiany parametrów uzyskanych z dopasowania krzywych Kautsky'ego w zależności od stężenia A11 (TiO2 o strukturze anatazu):
A) t1 , B) A1, C) t2, D) A2, E) t3, F) A3, G) F0.
Średnie wartości parametrów dla kontroli wynoszą:
dla A1: 0.088 ± 0.012 i t1: 217 ± 25 µs; dla A2: 0.127 ± 0.014 i t2: 829 ± 75 µs; dla AV: 0.771 ± 0.003 i t3: 313 ± 4 ms; dla F0: 0.215 ± 0.019.
Zmiany udziału najwolniejszej składowej A3 (FV) wykazują cztery charakterystyczne minima dla 0.0018, 0.021, 0.13 i 0.43 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII], dla których spadek tego parametru wyniósł ok. 2.2 – 3.7%. W zakresach: < 0.0013, 0.0038-0.018, 0.025-0.05 oraz > 0.43 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] wartości A3 utrzymują się przeważnie na poziomie lub poniżej kontroli. Jedynie dla zakresów 0.18 – 0.21 i 0.33 – 0.38 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] obserwujemy statystycznie istotny wzrost A3. Zmiany stałej czasowej t3 dla stężeń < 0.1 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] są zbliżone do zachowań parametru t2, przy czym różnice względem średniej wartości kontroli są znacznie większe (sięgają nawet ok. 17.3%) i statystycznie istotne. Natomiast dla stężeń > 0.2 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] zmiany czasu t3 wykazują zależności od stężeń przeciwne do t1. W zakresie pośrednich stężeń obserwowane zmiany t3 są przeciwne do zmian dla t2. Dla stężeń 0.00025-0.00088, 0.0025-0.0038, 0.18, 0.15, 0.21 0.33, 0.38-0.43 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] czas t3 ulega skróceniu w porównaniu do kontroli, a dla stężeń 0.005 – 0.012, 0.0018, 0.021 – 0.13, 0.18, 0.33 i 0.5 – 0.75 [mg MWCNTs : mg ChlBBYPSII] przyjmuje wartości większe od średniej wartości kontroli.
5. Podsumowanie
Przestrzenny rozkład układów BBY PSII + TiO2 i BBY PSII + MWCNT
Obrazy próbek BBY PSII zmierzonych na mice i powierzchni napylonej zlotem, otrzymane przy użyciu mikroskopu sił atomowych charakteryzowały się ich jednorodnym rozmieszczeniem PSII na obu powierzchniach. Obserwowano większe fragmenty błon o średniej grubości (14,3 ± 0,5) nm, mniejsze struktury o średniej wysokości h = (11,7 ± 0,3) nm i szerokości połówkowej d½ = (71,4 ± 2,7) nm oraz nanostruktury o średniej wysokości h = (2,5 ± 0,2) nm i szerokości połówkowej d½ = (23,3 ± 0,3) nm. Te ostatnie wykazywały charakterystyczne uporządkowanie.
Zbadano przestrzenny rozkład nanocząstek tlenku tytanu o strukturze anatazu na mice oraz podłożu napylonym złotem, uzyskując jednorodny rozkład nanocząstek jedynie na powierzchni złotej. Posłużyło to do wyboru powierzchni przewodzącej do dalszych badań układów PSII-TiO2 i PSII-MWCNT metodą AFM. Powierzchnia próbek otrzymanych przez nałożenie BBY PSII na uprzednio zaadsorbowane nanocząstki TiO2 charakteryzowała się jednorodnym rozmieszczeniem badanych nanostruktur. Analiza obrazów AFM dla układów nanorurek węglowych pokrytych BBY PSII pozwoliła stwierdzić, że również w tym przypadku powierzchnia z wcześniej naniesionymi MWCNTs, całkowicie pokryta tylakoidami wzbogaconymi w PSII charakteryzuje się obecnością uporządkowanych fotosystemów II. Jednakże długie, równoległe struktury BBY PSII widoczne są jedynie na powierzchni nanorurek. Układają się wzdłuż rdzenia MWCNTs i są niezależnie od ich funkcjonalizacji, czyli znaku ładunku eksponowanego przez grupy funkcyjne: COOH i COONH4.
Pomiary AFM pokazały, że nie ma tendencji do tworzenia się agregatów tlenków tytanu w obecności BBY PSII oraz, że funkcjonalizowane nanorurki węglowe równomiernie są pokrywane błonami tylakoidalnymi. Ponieważ pomiary efektywności transferu energii i liniowego transportu elektronów były wykonywane dla układów hybrydowych zawierających BBY PSII nietraktowane lub traktowane nanocząstkami TiO2 oraz MWCNTs-COOH/COONH4 w zawiesinie, postanowiono sprawdzić organizację przestrzenną tych układów w objętości. Informacja ta była przede wszystkim istotna, jeśli chodzi o nanocząstki tlenku tytanu, aby sprawdzić jednorodność układów. Ze względu na bliski sferycznemu kształt nanocząstek TiO2 możliwe było sprawdzenie ich przestrzennych rozkładów za pomocą
metody dynamicznego rozpraszania światła (DLS). Ponadto zmierzony został potencjał zeta czystych nanoczastek tlenku tytanu i BBY PSII, jak i utworzonych z nich układów hybrydowych, zawieszonych w buforze Hepes I. Same nanocząstki tworzyły głównie struktury o wielkości (0,80 ± 0,16) nm i (1,5 ± 0,2) nm z niewielkimi, wykrywalnymi w większości przypadków tylko w rozkładach po intensywności, mikrometrowymi agregatami. Wyjątkiem były tu nanocząstki RD5 o strukturze rutylu, dla których zarejestrowano dwie, porównywalne liczebnie, frakcje cząstek o średnich wielkościach (129 ± 17) nm i (541 ± 100) nm. W próbkach zawierających czyste układy BBY PSII formowane były struktury o średniej wielkości (3,1 ± 0,9) µm. Natomiast w układach hybrydowych, BBY PSII + TiO2 zmierzone struktury były prawie dwukrotnie mniejsze, (1,6 ± 0,4) µm. Największą różnicę w stosunku do próbek BBY PSII obserwowano dla układów modyfikowanych nanocząstkami RD5, dla których średnie wielkości formowanych struktur wynosiły (419 ± 60) nm i (1,0 ± 0,07) μm. Spośród nanocząstek tlenku tytanu domieszkowanych żelazem, najmniejsze struktury pojawiały się dla TiO2–Fe 5% (930 nm) i ich frakcja była bliska 50%. Potencjał zeta dla próbek BBY PSII był lekko ujemny i wynosił -8,9 mV. Chociaż układy te po włączeniu nanocząstek wykazywały potencjał zeta zbliżony do wartości otrzymanej dla BBY PSII, to jednak zróżnicowanie potencjału samych nanocząstek mogło mieć wpływ na wielkość formowanych struktur w próbkach BBY PSII + TiO2.
Badania efektywności transferu elektronów dla układów BBY PSII + TiO2.
Pomiaryefektu Kautsky’ego.
Wszystkie badane nanocząstki tlenku tytanu powodowały oscylacyjne zmiany wydajności liniowego transferu elektronów (znormalizowany parametr Fv) oraz frakcji „otwartych” centrów reakcji PSII (znormalizowany parametr F0), posiadających utleniony plastochinon w miejscu QA (jest on odpowiedzialny za gaszenie fluorescencji) w funkcji stosowanych stężeń nanocząstek w zakresie od 10-3 do kilku [TiO2 mg : Chl mg]. Rosnąca wartość Fv względem kontroli oznacza wzrost efektywności procesów fotochemicznych związanych z liniowym transportem elektronów w obrębie PSII wskutek oddziaływań fotosystemu z nanocząstkami. Towarzyszący mu jednocześnie spadek wartości F0, odzwierciedla stany redoks strony akceptorowej jak i efektywność strony donorowej PSII w dostarczaniu elektronów. Do opisania krzywych Kautsky’ego wykorzystano rosnącą funkcję eskponencjalną składającą się z trzech składowych. Dwie o stałych czasowych ok. 200 μs i
800 μs (dane dla kontroli) związane są odpowiednio z procesami redukcji/utleniania QA, gdy QB jest utlenione i gdy QB posiada jeden ładunek ujemny (QB.-), a trzecia składowa o stałej czasowej ok. 310 ms (dane dla kontroli) dotyczy procesów wymiany podwójnie zredukowanego i uprotonowanego plastochinonu QBH2 z utlenionym plastochinonem z puli zewnętrznej. Czas ten jest czuły zarówno na stany redoksowe plastochinonu w miejscu QB, jego efektywność w wymianie chinonów, jak i na wielkość dostępnej zewnętrznej utlenionej puli plastochinonowej. Tak więc, np. skrócenie tego czasu względem kontroli może oznaczać wzrost utlenionej zewnętrznej puli plastochinonów jak i szybszą, łatwiejszą, wymianę PQH2→PQ w miejscu QB, wynikającą z jego strukturalnej reorganizacji i zmiany potencjału. Wyniki uzyskane z analizy krzywych Kautsky’ego pozwoliły nam stwierdzić, że:
a) nanocząstki A11
- w zakresie stężeń A11 < 0.01 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] można zaobserwować wzrost wydajności liniowego transferu elektronów w obrębie PSII, poza stężeniem 0.0038 [TiO2
mg : Chl mg], co wynikało głównie ze wzrostu frakcji utlenionego plastochinonu w miejscu QA i przyśpieszenia wymiany PQ w miejscu QB;
- wraz ze wzrostem stężenia nanocząstek A11 obserwowano systematyczne skrócenie czasu wymiany PQ w miejscu QB, ale bynajmniej nie wynikało to ze wzrostu utlenionej zewnętrznej puli plastochinonowej, gdyż towarzyszył temu spadek Fv i wzrost F0;
- dopiero dla stężeń A11 >1 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] można było zauważyć spadek F0
wynikający ze wzrostu efektywności redukcji QB.- i wzrost Fv względem kontroli. Towarzyszyła temu tendencja skrócenia wszystkich trzech stałych czasowych, ale największe zmiany zaobserwowano dla wzrostu szybkości redukcji QB.- i wymiany QBH2
na utleniony zewnętrzny PQ; b) nanocząstki A11-S
- dla stężeń A11-S < 0.007 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] zarejestrowano wyraźny spadek Fv
przy jednoczesnym wzroście F0 wynikającym z inhibicji miejsca QB bez znaczących zmian kinetyki procesów redukcji QA i QB (w tym przypadku niezależnie od akumulacji ładunku);
- w zakresie stężeń 0.007 – 0.03 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] z kolei nie ma znaczących zmian F0 i Fv, ale za to rośnie szybkość wymiany PQ w miejscu QB lub też efektywne utlenianie QB2- w wyniku oddziaływań z nanocząstkami A11-S; wyjątkiem jest tu stężenie 0.025 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], dla którego zmiany parametrów opisujących efekt Kautsky’ego są zbliżone, jak dla niższych stężeń powyżej opisanych, choć warto zaznaczyć, że wzrost F0 jest skorelowany ze wzrostem czasu redukcji QA, a to może
oznaczać spowolnienie donowania elektronów z kompleksu manganowego;
- dla stężeń 0.1 – 0.7 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] wydajność fotochemiczna rośnie nieco powyżej kontrolnej w wyniku efektywniejszego utleniania plastochinonu w miejscu QB
(wymiany QBH2 z zewnętrzną pulą, bądź utleniania bezpośredniego przez nanocząstki, ponieważ obserwuje się skrócenie czasu t3); wyjątkiem jest stężenie 0.25 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], dla którego obserwuje się odwrotną zależność;
- stężenia A11-S > 0.7 [TiO2 mg : Chl mg] związane są z wydłużeniem czasu przepływu elektronów pomiędzy QA. -, a utlenionym QB z jednoczesnym zwiększeniem akumulacji semichinonu QB. -, co w rezultacie powoduje obniżenie FV; ponieważ tym efektom towarzyszy dodatkowo skrócenie czasu t3, można wnioskować, że skoro miejsce wiązania QB zostało zmodyfikowane, to układ zachowuje się, jakby wzrosła dostępna pula utlenionych plastochinonów, a to wskazywałoby na bezpośredni udział nanocząstek w utlenianiu PQH2;
c) nanocząstki RD5
- w szerokim zakresie stężeń RD5 0.0025-0.025 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] 0.13-0.63 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] nie widać znaczących zmian F0 i Fv względem kontroli poza stężeniem 0.01 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], kiedy wydajność fotochemiczna wzrasta, czemu towarzyszy skrócenie czasu t3 (maleje o ok. 18%), co świadczy o wzroście efektywności wymiany zredukowanego plastochinonu na utleniony w miejscu QB oraz łatwiejszej reoksydacji PQH2. Natomiast dla pozostałych zmierzonych stężeń RD5 z zakresu 0.005-0.013 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] stała czasowa t3 rośnie o ok. 10% w stosunku do kontroli, co sugeruje także i w tym przypadku modyfikacje miejsca wiązania QB, ale w kierunku spowolnienia wymiany plastochinolu z zewnętrzną pulą utlenionych PQ bez wpływu na jej wielkość;
- dla stężenia 0.038 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] rośnie wydajność liniowego transportu elektronów, ale proces wymiany z zewnętrzną pulą PQ jest spowolniony, co wskazuje, że mamy tu do czynienia ze wzrostem dostępnej puli utlenionych plastochinonów najprawdopodobniej w wyniku oddziaływania z nanocząstkami TiO2;
- dla stężeń 0.5 – 0.1 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] wydajność liniowego transferu elektronów maleje, ale zmiany stałej czasowej względem wartości kontrolnej są zmienne, co może wynikać z odmiennego oddziaływania nanocząstek z PSII, wywołanego specyficznymi zmianami konfiguracyjnymi układu hybrydowego szczególnie wrażliwego dla tego zakresu stężeń;
modyfikacji miejsca QB na stronie akceptorowej PSII ułatwiając wymianę plastochinonu zredukowanego na utleniony bez wpływu na wielkość dostępnej utlenionej zewnętrznej puli PQ dla stężeń nie przekraczających 0.63 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] i dodatkowej stymulacji utleniania PQH2 dla wyższych stężeń (rośnie FV, a maleje składowa F0
odpowiedzialna za wymianę chinonów w miejscu QB). d) nanocząstki TM
- wydajność liniowego transportu elektronów dla nanocząstek TM nie wykazuje tak dużych zmian jak w powyższych przypadkach TiO2 i jedynie można wskazać nieznaczną jego stymulację dla stężeń 0.005 i 0.0075 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] oraz inhibicję dla 0,18, 0.25 i 1.25 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII];
- ponieważ prawie w całym zakresie badanych stężeń obecność nanocząstek w układzie powodowała skrócenie stałych czasowych t3 (nawet o ok. 15%), a dla stężeń > 1.25 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] a także t2 można stwierdzić, że modyfikowały miejsce wiązania QB, ułatwiając wymianę PQH2→PQ; wyjątkiem są stężenia 0.5, 0.1, 0.25, 1.3 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], kiedy czas wymiany nie różnił się istotnie od kontroli oraz 0.5 i 1.0 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], gdy wymiana była nieco wolniejsza;
- warto zauważyć, że największym przyśpieszeniom wymiany chinonu zredukowanego na utleniony towarzyszy także znacznie efektywniejsza redukcja QB. -, co może oznaczać także modyfikację strony donorowej PSII.
e) nanocząstki TiO2-Fe 1%
- stężenia tych nanocząstek w zakresach 0.0025, 0.0038 i > 0.02 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] przyśpieszały wymianę PQH2→PQ w miejscu QB (nawet o ok. 15% w przypadku najwyższego z zastosowanych stężeń, tj. 0.75 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII]); ich stężenia 0.0013 i 0.018 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] powodowały spowolnienie tego procesu, a 0.005 i 0.013 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] nie wpływały na jego kinetykę;
- zmiany stałej czasowej t3 względem kontroli nie są w żaden sposób skorelowane ze zmianami wydajności fotochemicznej, która wzrasta wyłącznie dla 0.0038 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], a dla stężeń 0.005-0.018 i 0.18 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] spada; zmiany wydajności liniowego transferu elektronów w przypadku tych nanocząstek wydają się być całkowicie związane z akumulacją QB.- i efektywniejszym przekazem elektronów z QA. - do QB.
f) nanocząstki TiO2-Fe 5%
- jedyne znaczące zmiany wydajności fotochemicznej w przypadku tych nanocząstek zarejestrowano jedynie dla 0.25 i 10 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], kiedy nieznacznie rośnie
oraz dla 0.43 i 0.63 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], gdy spada; zmiany te są wywołane odpowiednim zmniejszeniem bądź zwiększeniem obsadzenia stanów QB. -, ale nie towarzyszą temu praktycznie zmiany kinetyki transferu elektronów pomiędzy dwoma akceptorami chinonowymi QA i QB niezależnie od stanu redoks QB;
- natomiast obserwuje się istotne zmiany kinetyki wymiany plastochinolu na plastochinon w miejscu QB i mają one charakter oscylacyjny wokół wartości średnich uzyskanych dla kontroli w całym zakresie stężeń; największe spowolnienie tego procesu zarejestrowano dla stężeń 0.025, 0.5 i 10 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], a największe przyspieszenie dla 0.01 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII];
- opisane powyżej zmiany sugerują, że nanocząstki TiO2-Fe 5% mają wpływ jedynie na szybkość wymiany PQH2→PQ i jest to efekt silnie zależny od ich stężenia, tj. organizacji układów hybrydowych.
g) nanocząstki TiO2-Fe 15%
- nie zaobserwowano dla tych nanocząstek znaczącej stymulacji wydajności fotochemicznej względem kontroli, natomiast stężenia 0.005, 0.01, 0.2, 0.38, 0.63 i 1.25 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] powodowały nieznaczne jej zahamowanie;
- jednakże szybkość wymiany plastochinolu na plastochinon w miejscu QB wykazuje oscylacje względem średniej wartości uzyskanej dla kontroli w całym zakresie badanych stężeń nanocząstek, przy czym ich amplituda rośnie dla stężeń > 0.02 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], ale tylko dla stężeń > 0.38 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] są skorelowane ze spowolnieniem bądź przyspieszeniem transferu elektronu pomiędzy QA a QB/ QB. -.
Pomiary termoluminescencji.
Eksperymenty termoluminescencyjne pozwalają monitorować rekombinacje ładunku pomiędzy powstałymi stanami metastabilnymi wynikających z pułapkowania elektronów na plastochinonach QA i QB oraz utlenionymi stanami kompleksu wydzielającego tlen, kompleksu manganowego, konkretnie jego stanami S2 i/lub S3. Dla próbki kontrolnej zawierającej nietraktowane tylakoidy wzbogacone w PSII obserwowano rekombinację QA
.-S2(S3) w ok. 70% przypadków, a jedynie 30% sygnału termoluminescencyjnego pochodziło z rekombinacji QB.-S2(S3). W pierwszym przypadku jest to składowa, dla której położenie maksimum przypada dla ok. 21°C, a w drugim dla ok. 39.4°C (dane dla kontroli). Przesunięcie położenia maksimów w kierunku wyższych temperatur oznacza wzrost udziału stanów S2 w tych procesach względem próbki kontrolnej, a w kierunku niższych temperatur
wzrost udziału stanów S3, czemu jednocześnie towarzyszy odpowiednio wzrost albo spadek intensywności termoluminescencji. Jednakże maksymalny wzrost intensywności następuje, gdy udział stanów S2 i S3 w tych reakcjach jest zbliżony.
W oparciu o pomiary termoluminescencji można zauważyć, że wszystkie badane nanocząstki miały wpływ na zmiany stabilizacji stanów metastabilnych QA. -/S2(S3) i QB.
-/S2(S3), ale ich oddziaływania były zróżnicowane. Zarówno nanocząstki A11 i RD5 stymulują przede wszystkim stabilizacje stanów metastabilnych pierwotnego akceptora chinonowego QA
i obniżają prawdopodobieństwo stabilizacji takich stanów dla QB. Dla całego zakresu stężeń anatazu obserwuje się wzrost reakcji rekombinacji obu semichinonowych form ze stanami S2
w mniejszym lub większym stopniu, poza stężeniem 0.15 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], kiedy udział stanu S3 nieznacznie wzrósł. Rutyl powodował znaczny wzrost udziału stanów S3 w procesie rekombinacji QB. - w szerokim zakresie stężeń począwszy od 0.038 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], aż po 0.75 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] poza stężeniami 0.1 i 0.2 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII]. Zarówno dla A11, jak i RD5 widoczna jest korelacja wzrostu udziału metastabilnego stanu QA.-/S2 ze wzrostem/spadkiem parametru F0/Fv, a więc spadkiem wydajności fotochemicznej w PSII.
Nanocząstki anatazu A11-S wykazywały odmienny wpływ na efekt Kautsky’ego, a także na widma termoluminescencyjne, niż A11. Jednak i w tym przypadku spadek wydajności liniowego transferu elektronów w obrębie PSII dla stężeń > 0.5 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] związany jest ze wzrostem liczby metastabilnych stanów QA.-/S2. Natomiast obniżenie Fv w zakresie 0.01-0.1 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] nie wykazuje już tak prostej zależności i obserwowany efekt jest najprawdopodobniej złożeniem zmniejszenia wydajności transportu elektronów ze strony donorowej na akceptorową PSII, jak i modyfikacji samych stanów S2/S3
kompleksu manganowego. Żeby móc wskazać konkretny mechanizm należałoby ten zakres stężeń zagęścić punktami pomiarowymi, głównie w badaniach efektu Kautsky’ego.
Domieszka brukitu w nanocząstkach anatazu TM całkowicie zmieniła charakter zmian fluorescencji indukowanej BBY PSII w funkcji ich stężenia w porównaniu z anatazem A11 i A11-S. Niewielkie zmiany wydajności transportu elektronów w obrębie PSII dla nanocząstek TM zarówno dla zakresu stężeń 0.001 – 0.01 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII], jak i 0.1 – 0.5 [mg TiO2 : mg ChlBBYPSII] wykazują korelację ze zmianami intensywności widm termo-luminescencyjnych, będących wypadkową wzrostu udziału metastabilnych stanów QA. - i spadkiem udziału QB.- oraz zwiększonego udziału stanów S3 w procesach rekombinacji dla obu zakresów stężeń w przypadku QB. - i wyłącznie w tym wyższym zakresie w przypadku QA. – i dodatkowo wzrostem udziału stanów S2 w rekombinacji z QA. - dla stężeń 0.0038 i 0.008
[mg TiO2 : mg ChlBBY PSII].
Spośród wszystkich nanocząstek domieszkowanych żelazem zbadano widma termoluminescencyjne wyłącznie dla TiO2-Fe 1%, dla którego obserwowano największe zmiany wydajności fluorescencji. Dla stężeń 0.0038 i 0.02 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] nastąpił znaczny wzrost udziału stanów S3 w rekombinacji ładunków z QB.- i mniejszy z QA.- nie zmieniając istotnie udziału obu akceptorów w tym procesie. Natomiast dla stężeń > 0.1 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] zmalała liczba stanów metastabilnych związanych z QB a wzrosła z QA
za wyjątkiem stężenia 0.13 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII]. W tym zakresie stężeń udział rekombinacji ładunku pomiędzy QA.- i S2 rośnie, ale dla 0.25 i 0.5 [mg TiO2 : mg ChlBBY PSII] rośnie rekombinacja QB.- z S3 w porównaniu z kontrolą. W tym jednym przypadku nie da się wskazać prostej zależności pomiędzy wydajnością fotochemiczną PSII a wynikami uzyskanymi z pomiarów termoluminescencji, ale można zauważyć korelację pomiędzy