Уплыў марской біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa на мікробную карозію супердуплекснай нержавеючай сталі 2707

Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Акрамя таго, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
Адлюстроўвае карусель з трох слайдаў адначасова.Выкарыстоўвайце кнопкі «Папярэдні» і «Наступны», каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова, або выкарыстоўвайце кнопкі паўзунка ў канцы, каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова.
Мікробная карозія (MIC) з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, таму што можа прывесці да велізарных эканамічных страт.Супердуплексная нержавеючая сталь 2707 (2707 HDSS) выкарыстоўваецца ў марскіх умовах дзякуючы сваёй выдатнай хімічнай устойлівасці.Аднак яго ўстойлівасць да MIC не была эксперыментальна прадэманстравана.Гэта даследаванне вывучала паводзіны MIC 2707 HDSS, выкліканага марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa.Электрахімічны аналіз паказаў, што ў прысутнасці біяплёнкі сінегнойнай палачкі ў асяроддзі 2216E патэнцыял карозіі змяніўся ў пазітыўны бок, а шчыльнасць току карозіі павялічылася.Вынікі аналізу рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS) паказалі зніжэнне ўтрымання Cr на паверхні ўзору пад біяплёнкай.Аналіз малюнкаў ямкі паказаў, што біяплёнкі сінегнойнай палачкі ствараюць максімальную глыбіню ямкі 0,69 мкм пасля 14 дзён культывавання.Хоць гэта мала, гэта сведчыць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам застрахаваны ад уздзеяння біяплёнак P. aeruginosa на MIC.
Дуплексная нержавеючая сталь (DSS) шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах прамысловасці дзякуючы ідэальнаму спалучэнню выдатных механічных уласцівасцей і ўстойлівасці да карозіі1,2.Тым не менш, лакалізаваныя вылучэнні могуць узнікнуць, што можа паўплываць на цэласнасць гэтай сталі 3, 4.DSS не абаронены ад мікробнай карозіі (MIC)5,6.Нягледзячы на ​​тое, што дыяпазон прымянення DSS вельмі шырокі, усё яшчэ ёсць асяроддзя, дзе каразійная стойкасць DSS недастатковая для працяглага выкарыстання.Гэта азначае, што патрабуюцца больш дарагія матэрыялы з больш высокай устойлівасцю да карозіі.Jeon et al.7 выявілі, што нават супердуплексная нержавеючая сталь (SDSS) мае некаторыя абмежаванні з пункту гледжання ўстойлівасці да карозіі.Такім чынам, існуе патрэба ў супердуплекснай нержавеючай сталі (HDSS) з больш высокай устойлівасцю да карозіі ў некаторых сферах прымянення.Гэта прывяло да распрацоўкі высокалегіраваных HDSS.
Каразійная ўстойлівасць DSS вызначаецца стаўленнем α-фазы да γ-фазы і абшараў, збедненых Cr, Mo і W, прылеглых да другасных фаз8,9,10.HDSS змяшчае высокае ўтрыманне Cr, Mo і N11, што забяспечвае выдатную каразійную ўстойлівасць і высокае значэнне (45-50) эквівалентнага ўстойлівасці да пітынгу (PREN), якое вызначаецца мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.% W) + 16 мас.%.N12.Яго выдатная ўстойлівасць да карозіі залежыць ад збалансаванага складу, які змяшчае прыблізна 50% ферытнай (α) і 50% аўстэнітнай (γ) фаз.HDSS мае палепшаныя механічныя ўласцівасці і больш высокую ўстойлівасць да хлору ў параўнанні са звычайным DSS13.Характарыстыка хімічнай карозіі.Палепшаная ўстойлівасць да карозіі пашырае выкарыстанне HDSS у больш агрэсіўных хларыдных асяроддзях, такіх як марскія асяроддзя.
ВПК з'яўляецца істотнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, уключаючы нафтагазавую і водазабеспячэнне14.На MIC прыходзіцца 20% усіх пашкоджанняў ад карозіі15.MIC - гэта біяэлектрахімічная карозія, якую можна назіраць у многіх асяроддзях16.Утварэнне біяплёнак на металічных паверхнях змяняе электрахімічныя ўмовы і, такім чынам, уплывае на працэс карозіі.Агульнапрызнана, што карозія MIC выклікана біяплёнкамі14.Электрагенныя мікраарганізмы з'ядаюць металы, каб атрымаць энергію для выжывання17.Нядаўнія даследаванні MIC паказалі, што EET (пазаклеткавы перанос электронаў) з'яўляецца фактарам, які абмяжоўвае MIC, выкліканы электрагеннымі мікраарганізмамі.Zhang et al.18 прадэманстравалі, што медыятары электронаў паскараюць перадачу электронаў паміж клеткамі Desulfovibrio vulgaris sessile і нержавеючай сталлю 304, што прыводзіць да больш сур'ёзнай атакі MIC.Анінг і інш.19 і Wenzlaff et al.20 паказалі, што біяплёнкі каразійных сульфатаднаўляючых бактэрый (SRB) могуць паглынаць электроны непасрэдна з металічных падкладак, што прыводзіць да сур'ёзнага пітынгу.
Вядома, што DSS успрымальны да MIC у асяроддзях, якія змяшчаюць SRB, бактэрыі, якія аднаўляюць жалеза (IRB), і г.д. 21 .Гэтыя бактэрыі выклікаюць лакалізаваныя вылучэнні на паверхні DSS пад біяплёнкай 22, 23.У адрозненне ад DSS, пра MIC HDSS24 мала што вядома.
Pseudomonas aeruginosa - гэта грамотріцательных рухомая палачкападобная бактэрыя, шырока распаўсюджаная ў прыродзе25.Pseudomonas aeruginosa таксама з'яўляецца асноўнай мікрабіётай, адказнай за МІК сталі ў марскім асяроддзі26.Віды Pseudomonas непасрэдна ўдзельнічаюць у працэсах карозіі і прызнаны першымі каланізатарамі падчас фарміравання біяплёнкі27.Махат і інш.28 і Юань і інш.29 прадэманстраваў, што сінегнойная палачка мае тэндэнцыю павялічваць хуткасць карозіі мяккай сталі і сплаваў у водным асяроддзі.
Асноўная мэта дадзенай працы - вывучэнне ўласцівасцей MIC 2707 HDSS, выкліканага марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa, з дапамогай электрахімічных метадаў, метадаў аналізу паверхні і аналізу прадуктаў карозіі.Для вывучэння паводзін MIC 2707 HDSS былі праведзены электрахімічныя даследаванні, уключаючы патэнцыял адкрытага контуру (OCP), лінейнае палярызацыйнае супраціўленне (LPR), спектраскапію электрахімічнага імпедансу (EIS) і дынамічную палярызацыю патэнцыялу.Энергадысперсійны спектраскапія (EDS) аналіз праводзіцца для выяўлення хімічных элементаў на карозіі паверхняў.Акрамя таго, метадам рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (РФЭС) вызначана ўстойлівасць пасівацыі аксіднай плёнкі пад уздзеяннем марскога асяроддзя, якое змяшчае сінегнойную палачку.Глыбіню ямак вымяралі пад канфакальным лазерным сканавальным мікраскопам (CLSM).
Табліца 1 паказвае хімічны склад 2707 HDSS.Табліца 2 паказвае, што 2707 HDSS мае выдатныя механічныя ўласцівасці з мяжой цякучасці 650 МПа.На мал.1 паказвае аптычную мікраструктуру тэрмічнаму апрацаванага раствора 2707 HDSS.Выцягнутыя палосы аўстэнітнай і ферытнай фаз без другасных фаз можна ўбачыць у мікраструктуры, якая змяшчае прыблізна 50% аўстэнітнай і 50% ферытнай фаз.
На мал.На малюнку 2а паказаны патэнцыял адкрытага контуру (Eocp) у залежнасці ад часу ўздзеяння 2707 HDSS у абіятычным асяроддзі 2216E і булёне сінегнойнай палачкі на працягу 14 дзён пры 37°C.Устаноўлена, што найбольш выяўленыя змены Eocp адбываюцца на працягу першых 24 гадзін.Значэнні Eocp у абодвух выпадках дасягнулі піка каля -145 мВ (супраць SCE) прыкладна праз 16 гадзін, а затым рэзка ўпалі да -477 мВ (супраць SCE) і -236 мВ (супраць SCE) для небіялагічных узораў і P для адносных SCE) лісце паціны, адпаведна.Праз 24 гадзіны значэнне Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS заставалася адносна стабільным на ўзроўні -228 мВ (у параўнанні з SCE), у той час як адпаведнае значэнне для небіялагічнага ўзору было прыблізна -442 мВ (у параўнанні з SCE).Eocp пры наяўнасці сінегнойную палачкі была даволі нізкай.
Электрахімічнае даследаванне 2707 узораў HDSS у абіятычных асяроддзях і булёне сінегнойнай палачкі пры 37°C:
(a) Змена Eocp з часам уздзеяння, (b) палярызацыйная крывая на 14 дзень, (c) змяненне Rp з часам уздзеяння, (d) змяненне corr з часам уздзеяння.
У табліцы 3 паказаны параметры электрахімічнай карозіі 2707 узораў HDSS, якія падвергліся ўздзеянню абіятычных асяроддзяў і асяроддзяў, інакуліраваных P. aeruginosa, на працягу 14 дзён.Тангенцыяльная экстрапаляцыя аноднай і катоднай крывых да кропкі перасячэння дазволіла вызначыць шчыльнасць току карозіі (icorr), патэнцыял карозіі (Ecorr) і нахіл Тафеля (βα і βc) у адпаведнасці са стандартнымі метадамі30,31.
Як паказана на малюнку 2b, зрух уверх крывой P. aeruginosa прывёў да павелічэння Ecorr у параўнанні з абіятычнай крывой.Значэнне icorr для ўзору, які змяшчае сінегнойную палачку, прапарцыйна хуткасці карозіі, павялічылася да 0,328 мкА см-2, што ў чатыры разы больш, чым у небіялагічнага ўзору (0,087 мкА см-2).
LPR - гэта класічны электрахімічны метад неразбуральнага экспрэс-аналізу карозіі.Ён таксама быў выкарыстаны для вывучэння MIC32.На мал.2в паказана змяненне палярызацыйнага супраціву (Rp) у залежнасці ад часу экспазіцыі.Больш высокае значэнне Rp азначае меншую карозію.На працягу першых 24 гадзін Rp 2707 HDSS дасягнуў піка ў 1955 кОм см2 для небіялагічных узораў і 1429 кОм см2 для ўзораў сінегнойнай палачкі.Малюнак 2c таксама паказвае, што значэнне Rp хутка знізілася праз адзін дзень, а потым заставалася адносна нязменным на працягу наступных 13 дзён.Значэнне Rp для доследнага ўзору Pseudomonas aeruginosa складае каля 40 кОм см2, што значна ніжэй, чым значэнне 450 кОм см2 для небіялагічнага доследнага ўзору.
Значэнне icorr прапарцыйна раўнамернай хуткасці карозіі.Яго значэнне можна вылічыць з наступнага ўраўнення Штэрна-Гіры:
Па дадзеных Zoe et al.33 нахіл Тафеля B быў прыняты за тыповае значэнне 26 мВ/дэк у гэтай працы.На мал.2d паказвае, што icorr абіятычнага штаму 2707 заставаўся адносна стабільным, у той час як icorr паласы Pseudomonas aeruginosa моцна вагаўся з вялікім скачком пасля першых 24 гадзін.Значэнне icorr доследнага ўзору Pseudomonas aeruginosa было на парадак вышэй, чым у небіялагічнага кантролю.Гэтая тэндэнцыя ўзгадняецца з вынікамі палярызацыйнага супраціву.
EIS - яшчэ адзін неразбуральны метад, які выкарыстоўваецца для характарыстыкі электрахімічных рэакцый на мяжы падзелу карозіі34.Спектры імпедансу і разлікі ёмістасці палосак, падвергнутых уздзеянню абіятычных асяроддзяў і раствораў сінегнойнай палачкі, Rb - супраціў пасіўнай/біяплёнкі, утворанай на паверхні палоскі, Rct - супраціў перадачы зарада, Cdl - двайны электрычны пласт.) і параметры элемента пастаяннай фазы QCPE (CPE).Гэтыя параметры былі дадаткова прааналізаваны шляхам параўнання дадзеных з мадэллю эквівалентнай электрычнай схемы (EEC).
На мал.3 паказвае тыповыя графікі Найквіста (a і b) і графікі Бодэ (a' і b') 2707 узораў HDSS у абіятычных асяроддзях і булёне сінегнойнай палачкі ў розныя часы інкубацыі.Пры наяўнасці сінегнойную палачкі дыяметр завесы Найквіста памяншаецца.Графік Бодэ (мал. 3b') паказвае павелічэнне агульнага імпедансу.Інфармацыю аб пастаяннай часу рэлаксацыі можна атрымаць з максімумаў фазы.На мал.4 паказаны фізічныя структуры і адпаведны ЕЭС на аснове аднаслаёвай (а) і двухслаёвай (б).CPE уводзіцца ў мадэль ЕЭС.Яго допуск і імпеданс выражаюцца наступным чынам:
Дзве фізічныя мадэлі і адпаведныя эквівалентныя схемы для падганяння спектру імпедансу купона HDSS 2707:
Дзе Y0 — велічыня CPE, j — уяўны лік або (−1)1/2, ω — вуглавая частата, а n — каэфіцыент магутнасці CPE, меншы за адзінку35.Інверсія супраціву перадачы зарада (г.зн. 1/Rct) адпавядае хуткасці карозіі.Больш нізкае значэнне Rct азначае больш высокую хуткасць карозіі27.Пасля 14 дзён інкубацыі Rct доследнага ўзору сінегнойную палачкі дасягнула 32 кОм см2, што значна менш, чым 489 кОм см2 небіялагічнага доследнага ўзору (табл. 4).
Выявы CLSM і выявы SEM на мал.5 ясна паказвае, што пакрыццё біяплёнкі на паверхні ўзору HDSS 2707 было вельмі шчыльным праз 7 дзён.Аднак праз 14 дзён пакрыццё біяплёнкі стала рэдкім і з'явіліся мёртвыя клеткі.Табліца 5 паказвае таўшчыню біяплёнкі 2707 узораў HDSS пасля 7 і 14 дзён уздзеяння сінегнойную палачкі.Максімальная таўшчыня біяплёнкі змянілася з 23,4 мкм праз 7 дзён да 18,9 мкм праз 14 дзён.Сярэдняя таўшчыня біяплёнкі таксама пацвярджае гэтую тэндэнцыю.Ён знізіўся з 22,2 ± 0,7 мкм праз 7 дзён да 17,8 ± 1,0 мкм праз 14 дзён.
(a) 3-D CLSM малюнак праз 7 дзён, (b) 3-D CLSM малюнак праз 14 дзён, (c) SEM малюнак праз 7 дзён і (d) SEM малюнак праз 14 дзён.
ЭМП выявіла хімічныя элементы ў біяплёнцы і прадуктах карозіі на ўзорах, падвергнутых ўздзеянню сінегнойную палачкі на працягу 14 дзён.На мал.На малюнку 6 відаць, што ўтрыманне C, N, O, P у биопленке і прадуктах карозіі значна вышэй, чым у чыстым метале, так як гэтыя элементы звязаны з биопленкой і яе метабалітамі.Мікраарганізмам патрэбныя толькі слядовыя колькасці Cr і Fe.Высокае ўтрыманне Cr і Fe ў біяплёнкі і прадукты карозіі на паверхні ўзору паказваюць на страту элементаў у металічнай матрыцы ў выніку карозіі.
Праз 14 дзён у асяроддзі 2216E назіраліся ямкі з і без P. aeruginosa.Да інкубацыі паверхня ўзораў была гладкай і без дэфектаў (мал. 7а).Пасля інкубацыі і выдалення біяплёнкі і прадуктаў карозіі самыя глыбокія ямкі на паверхні ўзору былі даследаваны з дапамогай CLSM, як паказана на мал. 7b і c.На паверхні небіялагічнага кантролю (максімальная глыбіня ямкі 0,02 мкм) не было выяўлена відавочных вылучэнняў.Максімальная глыбіня ямкі, выкліканая сінегнойнай палачкай, склала 0,52 мкм праз 7 дзён і 0,69 мкм праз 14 дзён, на аснове сярэдняй максімальнай глыбіні ямкі з 3 узораў (10 максімальных глыбінь ямкі было адабрана для кожнага ўзору) і дасягнула 0,42 ± 0,12 мкм. .і 0,52 ± 0,15 мкм адпаведна (табл. 5).Гэтыя значэнні глыбіні ямачак невялікія, але важныя.
(а) перад уздзеяннем;(b) 14 дзён у абіятычным асяроддзі;(с) 14 дзён у булёне P. aeruginosa.
На мал.У табліцы 8 паказаны спектры XPS розных паверхняў узораў, а хімічны склад, прааналізаваны для кожнай паверхні, зведзены ў табліцы 6. У табліцы 6 атамныя працэнты Fe і Cr былі значна ніжэйшымі ў прысутнасці P. aeruginosa (узоры A і B ), чым у небіялагічных кантрольных палосках.(узоры C і D).Для ўзору Pseudomonas aeruginosa спектральная крывая асноўнага ўзроўню Cr 2p была падагнана да чатырох пікавых кампанентаў з энергіямі сувязі (BE) 574,4, 576,6, 578,3 і 586,8 эВ, якія былі аднесены да Cr, Cr2O3, CrO3 і Cr(OH) 3 адпаведна (мал. 9а і б).Для небіялагічных узораў спектры асноўнага ўзроўню Cr 2p на мал.9c і d утрымліваюць два асноўныя пікі Cr (BE 573,80 эВ) і Cr2O3 (BE 575,90 эВ) адпаведна.Найбольш яркім адрозненнем паміж абіятычным купонам і купонам P. aeruginosa была наяўнасць Cr6+ і адносна высокая доля Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) пад біяплёнкай.
Шырокія паверхневыя XPS-спектры 2707 узораў HDSS у двух асяроддзях на працягу 7 і 14 дзён адпаведна.
(a) 7-дзённае ўздзеянне P. aeruginosa, (b) 14-дзённае ўздзеянне P. aeruginosa, (c) 7-дзённае абіятычнае ўздзеянне, (d) 14-дзённае абіятычнае ўздзеянне.
HDSS дэманструе высокі ўзровень устойлівасці да карозіі ў большасці асяроддзяў.Кім і інш.2 паведамілі, што HDSS UNS S32707 быў ідэнтыфікаваны як моцна легіраваны DSS з PREN больш за 45. Значэнне PREN для ўзору HDSS 2707 у гэтай працы было 49. Гэта звязана з высокім утрыманнем Cr і высокім узроўнем Mo і Mo Ni, якія карысныя ў кіслых асяроддзях і асяроддзях з высокім утрыманнем хларыдаў.Акрамя таго, добра збалансаваны склад і бездэфектная мікраструктура забяспечваюць структурную стабільнасць і ўстойлівасць да карозіі.Нягледзячы на ​​​​выдатную хімічную ўстойлівасць, эксперыментальныя дадзеныя ў гэтай працы паказваюць, што 2707 HDSS не цалкам застрахаваны ад MIC біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa.
Электрахімічныя вынікі паказалі, што хуткасць карозіі 2707 HDSS у булёне сінегнойнай палачкі значна павялічылася праз 14 дзён у параўнанні з небіялагічным асяроддзем.На малюнку 2а памяншэнне Eocp назіралася як у абіятычнай асяроддзі, так і ў булёне P. aeruginosa на працягу першых 24 гадзін.Пасля гэтага біяплёнка заканчвае пакрываць паверхню ўзору, і Eocp становіцца адносна стабільным.Аднак біятычны ўзровень Eocp быў значна вышэйшы за абіятычны ўзровень Eocp.Ёсць падставы меркаваць, што гэта адрозненне звязана з адукацыяй біяплёнкі P. aeruginosa.На мал.2g, значэнне icorr 2707 HDSS дасягнула 0,627 мкА см-2 у прысутнасці сінегнойнай палачкі, што на парадак вышэй, чым у небіялагічным кантролі (0,063 мкА см-2), што адпавядае Rct значэнне, вымеранае EIS.На працягу першых некалькіх дзён значэнні імпедансу ў булёне P. aeruginosa павялічваліся за кошт прымацавання клетак P. aeruginosa і адукацыі біяплёнкі.Аднак імпеданс памяншаецца, калі біяплёнка цалкам пакрывае паверхню ўзору.Ахоўны пласт падвяргаецца ў першую чаргу з-за адукацыі біяплёнкі і метабалітаў біяплёнкі.Такім чынам, каразійная ўстойлівасць з часам зніжаецца, і адклады сінегнойнай палачкі выклікаюць лакальную карозію.Тэндэнцыі ў абіятычных асяроддзях розныя.Каразійная ўстойлівасць небіялагічнага кантролю была значна вышэйшай, чым адпаведнае значэнне ўзораў, падвергнутых уздзеянню булёна сінегнойнай палачкі.Акрамя таго, для абіятычных узораў значэнне Rct 2707 HDSS дасягнула 489 кОм см2 на 14 дзень, што ў 15 разоў вышэй, чым у прысутнасці сінегнойную палачкі (32 кОм см2).Такім чынам, 2707 HDSS валодае выдатнай устойлівасцю да карозіі ў стэрыльным асяроддзі, але не абаронены ад атакі MIC біяплёнкай сінегнойнай палачкі.
Гэтыя вынікі таксама можна назіраць з палярызацыйных крывых на мал.2б.Аноднае галінаванне звязана з адукацыяй біяплёнкі сінегнойнай палачкі і рэакцыямі акіслення металаў.У той жа час катодная рэакцыя - гэта аднаўленне кіслароду.Прысутнасць P. aeruginosa істотна павялічвала шчыльнасць току карозіі, якая была прыкладна на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі.Гэта паказала, што біяплёнка сінегнойнай палачкі ўзмацняе лакалізаваную карозію 2707 HDSS.Yuan et al.29 выявілі, што біяплёнка Pseudomonas aeruginosa павялічвала шчыльнасць току карозіі сплаву Cu-Ni 70/30.Гэта можа быць звязана з біякаталізам аднаўлення кіслароду біяплёнкай сінегнойнай палачкі.Гэта назіранне таксама можа растлумачыць MIC 2707 HDSS у гэтай працы.Аэробныя біяплёнкі таксама могуць паменшыць утрыманне кіслароду пад імі.Такім чынам, адмова ад репассивации паверхні металу кіслародам можа быць фактарам, які спрыяе MIC ў гэтай працы.
Дзікінсан і інш.38 выказаў здагадку, што хуткасць хімічных і электрахімічных рэакцый наўпрост залежыць ад метабалічнай актыўнасці бактэрый, прымацаваных да паверхні ўзору, і ад прыроды прадуктаў карозіі.Як паказана на малюнку 5 і ў табліцы 5, колькасць клетак і таўшчыня біяплёнкі зменшыліся праз 14 дзён.Гэта разумна можна растлумачыць тым фактам, што праз 14 дзён большасць замацаваных клетак на паверхні 2707 HDSS загінула з-за знясілення пажыўных рэчываў у асяроддзі 2216E або вызвалення іёнаў таксічных металаў з матрыцы 2707 HDSS.Гэта абмежаванне серыйных эксперыментаў.
У гэтай працы біяплёнка сінегнойную палачкі спрыяла мясцоваму знясіленню Cr і Fe пад біяплёнкай на паверхні 2707 HDSS (мал. 6).У табліцы 6 Fe і Cr знізіліся ва ўзоры D у параўнанні з узорам C, што паказвае на тое, што растварэнне Fe і Cr, выкліканае біяплёнкай P. aeruginosa, захоўвалася пасля першых 7 дзён.Асяроддзе 2216E выкарыстоўваецца для мадэлявання марскога асяроддзя.Ён змяшчае 17700 праміле Cl-, што параўнальна з яго ўтрыманнем у натуральнай марской вадзе.Наяўнасць 17700 праміле Cl- была асноўнай прычынай зніжэння Cr у 7-дзённых і 14-дзённых небіялагічных узорах, прааналізаваных XPS.У параўнанні з доследным узорам Pseudomonas aeruginosa, растварэнне Cr у абіятычным доследным узоры значна меншае з-за моцнай устойлівасці 2707 HDSS да хлору ў абіятычным асяроддзі.На мал.9 паказвае наяўнасць Cr6+ у пасіўнай плёнцы.Гэта можа быць звязана з выдаленнем Cr са сталёвых паверхняў біяплёнкамі P. aeruginosa, як мяркуюць Чэн і Клейтан39.
З-за росту бактэрый значэнні рн асяроддзя да і пасля інкубацыі складалі 7,4 і 8,2 адпаведна.Такім чынам, карозія арганічных кіслот наўрад ці будзе садзейнічаць гэтай працы пад біяплёнкамі P. aeruginosa з-за адносна высокага pH у масавай асяроддзі.Рн небіялагічнай кантрольнай асяроддзя істотна не змяніўся (ад пачатковага 7,4 да канчатковага 7,5) на працягу 14-дзённага перыяду выпрабаванняў.Павелічэнне рн пасяўной асяроддзя пасля інкубацыі было звязана з метабалічнай актыўнасцю сінегнойную палачкі, і такі ж уплыў на рн быў выяўлены ў адсутнасць тэст-палоскі.
Як паказана на мал.7, максімальная глыбіня ямы, выкліканая біяплёнкай сінегнойнай палачкі, складала 0,69 мкм, што значна больш, чым у абіятычнай асяроддзі (0,02 мкм).Гэта ўзгадняецца з прыведзенымі вышэй электрахімічнымі дадзенымі.Пры тых жа ўмовах глыбіня ямкі 0,69 мкм больш чым у дзесяць разоў меншая за значэнне 9,5 мкм, вызначанае для 2205 DSS40.Гэтыя дадзеныя паказваюць, што 2707 HDSS праяўляе лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS.Гэта не дзіўна, бо 2707 HDSS мае больш высокі ўзровень Cr, што дазваляе больш працяглую пасівацыю, робіць больш цяжкім дэпасівацыю сінегнойную палачкі і запускае працэс без шкоднага другаснага асаджэння Пітынгінг41.
У заключэнне, пітынг MIC быў знойдзены на 2707 паверхнях HDSS у булёне Pseudomonas aeruginosa, у той час як пітынг быў нязначным у абіятычных асяроддзях.Гэтая праца паказвае, што 2707 HDSS мае лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS, але ён не цалкам застрахаваны ад MIC з-за біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa.Гэтыя вынікі дапамагаюць у выбары падыходнай нержавеючай сталі і чаканай працягласці жыцця для марскога асяроддзя.
2707 узораў HDSS былі прадастаўлены Школай металургіі Паўночна-Усходняга універсітэта (NEU), Шэньян, Кітай.Элементны склад 2707 HDSS паказаны ў табліцы 1, якая была прааналізавана Дэпартаментам аналізу і выпрабаванняў матэрыялаў Паўночна-Усходняга універсітэта.Усе ўзоры апрацоўвалі для атрымання цвёрдага раствора пры 1180°C на працягу 1 гадзіны.Перад выпрабаваннем на карозію манетная сталь 2707 HDSS з адкрытай плошчай паверхні 1 см2 была адпаліравана да зерністасці 2000 наждачнай паперай з карбіду крэмнію, а затым дадаткова адпаліравана суспензіяй парашка Al2O3 памерам 0,05 мкм.Бакі і дно абаронены інэртнай фарбай.Пасля высыхання ўзоры прамывалі стэрыльнай дэіянізаванай вадой і стэрылізавалі 75% (аб'ём / аб'ём) этанолам на працягу 0,5 гадзін.Затым іх сушылі на паветры пад ультрафіялетавым (УФ) святлом на працягу 0,5 гадзін перад выкарыстаннем.
Марскі штам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 быў набыты ў калекцыі марскіх культур Сямэня (MCCC), Кітай.Вадкае асяроддзе Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Кітай) выкарыстоўвалі для культывавання сінегнойную палачкі ў 250 мл колбах і 500 мл электрахімічных шкляных клетках у аэробных умовах пры 37°C.Асяроддзе змяшчае (г/л): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,008 , 0,008 Na4F0H20PO.1,0 дражджавога экстракта і 0,1 цытрата жалеза.Аўтаклаў пры 121 °C на працягу 20 хвілін перад прышчэпкай.Сядзячыя і планктонныя клеткі падлічвалі пад светлавым мікраскопам з дапамогай гемоцитометра пры 400-кратным павелічэнні.Пачатковая канцэнтрацыя планктонных клетак P. aeruginosa адразу пасля інакуляцыі складала прыкладна 106 клетак/мл.
Электрахімічныя выпрабаванні праводзіліся ў класічнай трехэлектродной шкляной ячэйцы сярэднім аб'ёмам 500 мл.Плацінавы ліст і насычаны каломельны электрод (SCE) падключаліся да рэактара праз капіляр Лаггіна, напоўнены саляным мастком, і служылі процілеглым электродам і электродам параўнання адпаведна.Каб стварыць працоўны электрод, медны дрот з гумовым пакрыццём быў прымацаваны да кожнага ўзору і пакрыты эпаксіднай смалой, пакідаючы каля 1 см2 плошчы паверхні з аднаго боку для працоўнага электрода.Пры электрахімічных вымярэннях ўзоры змяшчалі ў асяроддзе 2216E і вытрымлівалі пры пастаяннай тэмпературы інкубацыі (37°C) на вадзяной лазні.OCP, LPR, EIS і даныя патэнцыйнай дынамічнай палярызацыі вымяраліся з дапамогай патэнцыястата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ЗША).Тэсты LPR запісваліся пры частаце сканавання 0,125 мВ с-1 у дыяпазоне -5 і 5 мВ і Eocp з частатой выбаркі 1 Гц.EIS выконваўся ў стацыянарным стане Eocp з выкарыстаннем прыкладзенага напружання 5 мВ з сінусоідай у дыяпазоне частот ад 0,01 да 10 000 Гц.Перад разгорткай патэнцыялу электроды былі ў рэжыме адкрытай ланцуга, пакуль не быў дасягнуты стабільны патэнцыял свабоднай карозіі 42.з.Кожны тэст паўтаралі тры разы з сінегнойную палачкай і без яе.
Узоры для металаграфічнага аналізу былі механічна адшліфаваны змочанай SiC-паперай зерністасцю 2000, а затым адпаліраваны 0,05 мкм суспензіяй парашка Al2O3 для аптычнага назірання.Металаграфічны аналіз праводзіўся з дапамогай аптычнага мікраскопа.Узор быў пратручаны 10 мас.% растворам гідраксіду калію43.
Пасля інкубацыі прамыйце 3 разы фізіялагічным растворам з фасфатным буферам (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затым зафіксуйце 2,5% (аб'ём) глутаральдэгідам на працягу 10 гадзін для фіксацыі біяплёнкі.Наступнае абязводжванне этанолам у ступеністай серыі (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% па аб'ёме) перад сушкай на паветры.Нарэшце, залатую плёнку напылілі на паверхню ўзору, каб забяспечыць праводнасць для назірання SEM44.Выявы SEM сканцэнтраваны на месцы з найбольш вядомымі клеткамі P. aeruginosa на паверхні кожнага ўзору.Для выяўлення хімічных элементаў быў праведзены аналіз ЭМП.Для вымярэння глыбіні ямы быў выкарыстаны канфакальны лазерны сканавальны мікраскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германія).Каб назіраць за каразійнымі ямкамі пад біяплёнкай, тэставы ўзор быў спачатку ачышчаны ў адпаведнасці з кітайскім нацыянальным стандартам (CNS) GB/T4334.4-2000 для выдалення прадуктаў карозіі і біяплёнкі з паверхні тэставага ўзору.
Аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, ЗША) з выкарыстаннем монахраматычнай крыніцы рэнтгенаўскага выпраменьвання (лінія Al Kα з энергіяй 1500 эВ і магутнасцю 150 Вт) у шырокім дыяпазоне энергій сувязі 0 ніжэй за стандартныя ўмовы –1350 эВ.Запісвайце спектры высокага раздзялення з выкарыстаннем энергіі праходжання 50 эВ і памерам кроку 0,2 эВ.
Выдаліце ​​інкубаваны ўзор і асцярожна прамыйце яго PBS (pH 7,4 ± 0,2) на працягу 15 с45.Каб назіраць за жыццяздольнасцю бактэрый біяплёнкі на ўзоры, біяплёнку афарбоўвалі з дапамогай набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).У набор уваходзяць два флуоресцентные фарбавальнікі: зялёны флуоресцентный фарбавальнік SYTO-9 і чырвоны флуоресцентный фарбавальнік ёдыд прапідыю (PI).У CLSM флуоресцентные зялёныя і чырвоныя кропкі ўяўляюць жывыя і мёртвыя клеткі адпаведна.Для афарбоўвання інкубуйце 1 мл сумесі, якая змяшчае 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл раствора PI, пры пакаёвай тэмпературы (23°C) у цемры на працягу 20 хвілін.Пасля гэтага афарбаваныя ўзоры назіралі на двух даўжынях хваль (488 нм для жывых клетак і 559 нм для мёртвых клетак) з дапамогай апарата Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія).Вымерайце таўшчыню біяплёнкі ў рэжыме 3-D сканавання.
Як цытаваць гэты артыкул: Li, H. et al.Уплыў марской біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa на мікробную карозію супердуплекснай нержавеючай сталі 2707.навукі.дом 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у хларыдных растворах у прысутнасці тиосульфата.карозія.навука.80, 205–212 (2014).
Кім С.Т., Джанг С.Х., Лі І.С. і Парк Ю.С. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі супердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі.карозія.навука.53, 1939–1947 (2011).
Шы, X., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Хімічнае параўнальнае даследаванне мікробнага і электрахімічнага пітынгу ў нержавеючай сталі 316L.карозія.навука.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG і Xiao K. Электрахімічныя паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах пры розных значэннях pH у прысутнасці хларыду.электрахіміі.часопіс.64, 211–220 (2012).