Ефект на морския биофилм от Pseudomonas aeruginosa върху микробната корозия на 2707 Super Duplex неръждаема стомана

Благодарим ви, че посетихте Nature.com.Използвате версия на браузър с ограничена поддръжка на CSS.За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer).Освен това, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилове и JavaScript.
Показва въртележка от три слайда наведнъж.Използвайте бутоните Предишен и Следващ, за да преминете през три слайда наведнъж, или използвайте бутоните на плъзгача в края, за да преминете през три слайда наведнъж.
Микробната корозия (MIC) е основен проблем в много индустрии, тъй като може да доведе до огромни икономически загуби.Супердуплексната неръждаема стомана 2707 (2707 HDSS) се използва в морска среда поради отличната си химическа устойчивост.Неговата устойчивост към MIC обаче не е експериментално доказана.Това проучване изследва поведението на MIC 2707 HDSS, причинено от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa.Електрохимичният анализ показа, че в присъствието на биофилм на Pseudomonas aeruginosa в среда 2216E корозионният потенциал се променя положително и плътността на корозионния ток се увеличава.Резултатите от анализа с рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) показват намаляване на съдържанието на Cr върху повърхността на пробата под биофилма.Анализът на изображенията на ямките показа, че биофилмите на Pseudomonas aeruginosa произвеждат максимална дълбочина на ямките от 0,69 µm след 14 дни култивиране.Въпреки че това е малко, това предполага, че 2707 HDSS не са напълно имунизирани срещу ефектите на биофилмите на P. aeruginosa върху MIC.
Дуплексната неръждаема стомана (DSS) се използва широко в различни индустрии поради перфектната комбинация от отлични механични свойства и устойчивост на корозия1,2.Въпреки това все още може да се появи локализирана питинг, която може да повлияе на целостта на тази стомана 3, 4.DSS не е защитен срещу микробна корозия (MIC)5,6.Въпреки че диапазонът на приложение на DSS е много широк, все още има среди, където устойчивостта на корозия на DSS не е достатъчна за дългосрочна употреба.Това означава, че са необходими по-скъпи материали с по-висока устойчивост на корозия.Jeon et al.7 откриха, че дори супердуплексната неръждаема стомана (SDSS) има някои ограничения по отношение на устойчивостта на корозия.Следователно има нужда от супердуплексни неръждаеми стомани (HDSS) с по-висока устойчивост на корозия в определени приложения.Това доведе до разработването на високо легирани HDSS.
Корозионната устойчивост на DSS се определя от съотношението на α-фазата към γ-фазата и областите, обеднени на Cr, Mo и W, съседни на вторичните фази 8,9,10.HDSS съдържа високо съдържание на Cr, Mo и N11, което му придава отлична устойчивост на корозия и висока стойност (45-50) еквивалентна стойност на устойчивост на питинг (PREN), която се определя от тегл.% Cr + 3,3 (тегл.% Mo + 0,5 тегл. % W) + 16 тегл. %.N12.Неговата отлична устойчивост на корозия зависи от балансиран състав, съдържащ приблизително 50% феритна (α) и 50% аустенитна (γ) фази.HDSS има подобрени механични свойства и по-висока устойчивост на хлор в сравнение с конвенционалния DSS13.Характеристики на химическата корозия.Подобрената устойчивост на корозия разширява използването на HDSS в по-агресивни хлоридни среди, като морска среда.
MIC е значителен проблем в много индустрии, включително нефт и газ и водоснабдяване14.MIC представлява 20% от всички щети от корозия15.MIC е биоелектрохимична корозия, която може да се наблюдава в много среди16.Образуването на биофилми върху метални повърхности променя електрохимичните условия и по този начин влияе върху процеса на корозия.Общоприето е, че MIC корозията се причинява от биофилми14.Електрогенните микроорганизми разяждат метали, за да получат енергия за оцеляване17.Последните проучвания на MIC показват, че EET (извънклетъчен електронен трансфер) е ограничаващият фактор за MIC, индуциран от електрогенни микроорганизми.Zhang et al.18 показаха, че електронните медиатори ускоряват трансфера на електрони между клетките Desulfovibrio vulgaris sessile и 304 неръждаема стомана, което води до по-тежка MIC атака.Anning и др.19 и Wenzlaff et al.20 са показали, че биофилмите от корозивни сулфат-редуциращи бактерии (SRBs) могат да абсорбират електрони директно от метални субстрати, което води до тежки питинги.
Известно е, че DSS е податлив на MIC в среди, съдържащи SRBs, желязо-редуциращи бактерии (IRBs) и др. 21 .Тези бактерии причиняват локализирана питинг на повърхността на DSS под биофилма 22, 23.За разлика от DSS, малко се знае за MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa е грам-отрицателна, подвижна, пръчковидна бактерия, която е широко разпространена в природата25.Pseudomonas aeruginosa също е основната микробиота, отговорна за MIC на стоманата в морската среда26.Видовете Pseudomonas са пряко включени в процесите на корозия и са признати за първите колонизатори по време на образуването на биофилм27.Махат и др.28 и Yuan et al.29 демонстрира, че Pseudomonas aeruginosa има тенденция да повишава скоростта на корозия на мека стомана и сплави във водна среда.
Основната цел на тази работа е да се изследват MIC свойствата на 2707 HDSS, причинени от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa, като се използват електрохимични методи, методи за повърхностен анализ и анализ на корозионни продукти.Електрохимични изследвания, включително потенциал на отворена верига (OCP), линейно поляризационно съпротивление (LPR), електрохимична импедансна спектроскопия (EIS) и динамична поляризация на потенциала, бяха извършени за изследване на поведението на MIC 2707 HDSS.Анализът с енергийна дисперсионна спектроскопия (EDS) се извършва за откриване на химически елементи върху корозирали повърхности.В допълнение, стабилността на пасивирането на оксиден филм под въздействието на морска среда, съдържаща Pseudomonas aeruginosa, се определя чрез рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS).Дълбочината на ямите се измерва под конфокален лазерен сканиращ микроскоп (CLSM).
Таблица 1 показва химичния състав на 2707 HDSS.Таблица 2 показва, че 2707 HDSS има отлични механични свойства с граница на провлачване от 650 MPa.На фиг.1 показва оптичната микроструктура на термично обработен разтвор 2707 HDSS.Удължени ивици от аустенитни и феритни фази без вторични фази могат да се видят в микроструктура, съдържаща приблизително 50% аустенитни и 50% феритни фази.
На фиг.2а показва потенциала на отворена верига (Eocp) спрямо времето на експозиция за 2707 HDSS в абиотична среда 2216E и бульон на Pseudomonas aeruginosa за 14 дни при 37°C.Установено е, че най-изразените промени в Eocp са настъпили през първите 24 часа.Стойностите на Eocp и в двата случая достигнаха максимум от около -145 mV (срещу SCE) на около 16 часа и след това рязко спаднаха до -477 mV (срещу SCE) и -236 mV (срещу SCE) за небиологични проби и P за относителни SCE) патинирани листа, съответно.След 24 часа стойността на Eocp на Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS остава относително стабилна при -228 mV (в сравнение с SCE), докато съответната стойност за небиологичната проба е приблизително -442 mV (в сравнение с SCE).Eocp при наличие на Pseudomonas aeruginosa беше доста нисък.
Електрохимично изследване на 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон на Pseudomonas aeruginosa при 37°C:
(a) Промяна в Eocp с времето на експозиция, (b) поляризационна крива на 14-ия ден, (c) промяна в Rp с времето на експозиция, (d) промяна в corr с времето на експозиция.
Таблица 3 показва параметрите на електрохимичната корозия на 2707 HDSS проби, изложени на абиотична и P. aeruginosa инокулирана среда за период от 14 дни.Тангенциалната екстраполация на анодните и катодните криви до пресечната точка позволи определянето на плътността на корозионния ток (icorr), корозионния потенциал (Ecorr) и наклона на Tafel (βα и βc) съгласно стандартните методи 30,31.
Както е показано на фигура 2b, изместването нагоре на кривата на P. aeruginosa води до увеличаване на Ecorr в сравнение с абиотичната крива.Стойността на icorr на пробата, съдържаща Pseudomonas aeruginosa, пропорционална на скоростта на корозия, нараства до 0,328 µA cm-2, което е четири пъти по-голямо от това на небиологичната проба (0,087 µA cm-2).
LPR е класически електрохимичен метод за безразрушителен експресен анализ на корозия.Той също така е използван за изследване на MIC32.На фиг.2в показва промяната в поляризационното съпротивление (Rp) в зависимост от времето на експозиция.По-високата стойност на Rp означава по-малко корозия.В рамките на първите 24 часа Rp 2707 HDSS достигна своя връх при 1955 kΩ cm2 за небиологични проби и 1429 kΩ cm2 за проби от Pseudomonas aeruginosa.Фигура 2в също показва, че стойността на Rp намалява бързо след един ден и след това остава относително непроменена през следващите 13 дни.Стойността на Rp за тестовия образец на Pseudomonas aeruginosa е около 40 kΩ cm2, което е много по-ниско от стойността от 450 kΩ cm2 за небиологичния тестов образец.
Стойността на icorr е пропорционална на равномерната скорост на корозия.Стойността му може да се изчисли от следното уравнение на Стърн-Гири:
Според Zoe et al.33 наклонът на Tafel B е взет като типична стойност от 26 mV/dec в тази работа.На фиг.2d показва, че icorr на абиотичния щам 2707 остава относително стабилен, докато icorr на лентата Pseudomonas aeruginosa се колебае силно с голям скок след първите 24 часа.Icorr стойността на тестовата проба на Pseudomonas aeruginosa е с порядък по-висока от тази на небиологичната контрола.Тази тенденция е в съответствие с резултатите от поляризационното съпротивление.
EIS е друг неразрушителен метод, използван за характеризиране на електрохимични реакции при корозионна повърхност34.Импедансни спектри и изчисления на капацитет на ленти, изложени на абиотична среда и разтвори на Pseudomonas aeruginosa, Rb е съпротивлението на пасивния/биофилма, образуван на повърхността на лентата, Rct е съпротивлението на пренос на заряда, Cdl е двойният електрически слой.) и QCPE параметри на елемент с постоянна фаза (CPE).Тези параметри бяха допълнително анализирани чрез сравняване на данните с модел на еквивалентна електрическа верига (EEC).
На фиг.3 показва типични диаграми на Найкуист (а и b) и графики на Боде (а' и b') на 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон на Pseudomonas aeruginosa при различни времена на инкубация.При наличие на Pseudomonas aeruginosa диаметърът на бримката на Nyquist намалява.Графиката на Bode (фиг. 3b') показва увеличението на общия импеданс.Информация за времеконстантата на релаксация може да бъде получена от фазовите максимуми.На фиг.4 показва физическите структури и съответното ЕИО на базата на еднослоен (a) и двуслоен (b).CPE се въвежда в модела на ЕИО.Неговият вход и импеданс се изразяват, както следва:
Два физически модела и съответните еквивалентни вериги за монтиране на импедансния спектър на купон 2707 HDSS:
Където Y0 е величината на CPE, j е имагинерното число или (−1)1/2, ω е ъгловата честота, а n е факторът на мощността на CPE, по-малък от едно35.Инверсията на съпротивлението при пренос на заряд (т.е. 1/Rct) съответства на скоростта на корозия.По-ниска стойност на Rct означава по-висока скорост на корозия27.След 14 дни инкубация, Rct на тестовата проба от Pseudomonas aeruginosa достигна 32 kΩ cm2, което е много по-малко от 489 kΩ cm2 на небиологичната тестова проба (Таблица 4).
CLSM изображения и SEM изображения на фиг.5 ясно показват, че покритието от биофилм върху повърхността на HDSS проба 2707 е много плътно след 7 дни.Въпреки това, след 14 дни покритието от биофилм стана рядко и се появиха някои мъртви клетки.Таблица 5 показва дебелината на биофилма на 2707 HDSS проби след 7 и 14 дни на излагане на Pseudomonas aeruginosa.Максималната дебелина на биофилма се промени от 23,4 µm след 7 дни до 18,9 µm след 14 дни.Средната дебелина на биофилма също потвърждава тази тенденция.Той намалява от 22,2 ± 0,7 μm след 7 дни до 17,8 ± 1,0 μm след 14 дни.
(a) 3-D CLSM изображение на 7 дни, (b) 3-D CLSM изображение на 14 дни, (c) SEM изображение на 7 дни и (d) SEM изображение на 14 дни.
EMF разкрива химически елементи в биофилм и продукти от корозия върху проби, изложени на Pseudomonas aeruginosa в продължение на 14 дни.На фиг.Фигура 6 показва, че съдържанието на C, N, O, P в биофилма и продуктите от корозия е много по-високо, отколкото в чистия метал, тъй като тези елементи са свързани с биофилма и неговите метаболити.Микроорганизмите изискват само следи от Cr и Fe.Високото съдържание на Cr и Fe в биофилма и корозионните продукти на повърхността на пробата показват загуба на елементи в металната матрица в резултат на корозия.
След 14 дни се наблюдават ями със и без P. aeruginosa в среда 2216E.Преди инкубацията повърхността на пробите беше гладка и без дефекти (фиг. 7а).След инкубиране и отстраняване на биофилм и продукти на корозия, най-дълбоките ями на повърхността на пробата бяха изследвани с помощта на CLSM, както е показано на Фиг. 7b и c.На повърхността на небиологичната контрола не бяха открити очевидни вдлъбнатини (максимална дълбочина на вдлъбнатините 0,02 µm).Максималната дълбочина на вдлъбнатините, причинена от Pseudomonas aeruginosa, беше 0,52 µm след 7 дни и 0,69 µm след 14 дни, въз основа на средната максимална дълбочина на вдлъбнатините от 3 проби (10 максимални дълбочини на вдлъбнатини бяха избрани за всяка проба) и достигна 0,42 ± 0,12 µm .и 0,52 ± 0,15 µm, съответно (Таблица 5).Тези стойности на дълбочината на трапчинките са малки, но важни.
а) преди експозиция;б) 14 дни в абиотична среда;(c) 14 дни в бульон от P. aeruginosa.
На фиг.Таблица 8 показва XPS спектрите на различни повърхности на пробите и химията, анализирана за всяка повърхност, е обобщена в таблица 6. В таблица 6 атомните проценти на Fe и Cr са много по-ниски в присъствието на P. aeruginosa (проби A и B ), отколкото в небиологичните контролни ленти.(проби C и D).За проба от Pseudomonas aeruginosa, спектралната крива на нивото на ядрото на Cr 2p беше напасната към четири пикови компонента с енергии на свързване (BE) от 574,4, 576,6, 578,3 и 586,8 eV, които бяха приписани на Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH) 3, съответно (фиг. 9а и б).За небиологични проби, спектрите на основното ниво Cr 2p на фиг.9c и d съдържат двата основни пика на Cr (BE 573.80 eV) и Cr2O3 (BE 575.90 eV), съответно.Най-забележителната разлика между абиотичния купон и купона на P. aeruginosa е наличието на Cr6+ и относително висока фракция на Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) под биофилма.
Широки повърхностни XPS спектри на 2707 HDSS проби в две среди съответно за 7 и 14 дни.
(a) 7-дневна експозиция на P. aeruginosa, (b) 14-дневна експозиция на P. aeruginosa, (c) 7-дневна абиотична експозиция, (d) 14-дневна абиотична експозиция.
HDSS показва високо ниво на устойчивост на корозия в повечето среди.Kim et al.2 съобщават, че HDSS UNS S32707 е идентифициран като силно легиран DSS с PREN по-голям от 45. Стойността на PREN на HDSS проба 2707 в тази работа е 49. Това се дължи на високото съдържание на Cr и високите нива на Mo и Ni, които са полезни в киселинни среди и среди с високо съдържание на хлориди.В допълнение, добре балансираният състав и микроструктурата без дефекти осигуряват структурна стабилност и устойчивост на корозия.Въпреки отличната химическа устойчивост, експерименталните данни в тази работа показват, че 2707 HDSS не е напълно имунизиран срещу MIC на биофилма на Pseudomonas aeruginosa.
Електрохимичните резултати показват, че скоростта на корозия на 2707 HDSS в бульона на Pseudomonas aeruginosa се увеличава значително след 14 дни в сравнение с небиологичната среда.На фигура 2а се наблюдава намаляване на Eocp както в абиотичната среда, така и в бульона на P. aeruginosa през първите 24 часа.След това биофилмът завършва да покрива повърхността на пробата и Eocp става относително стабилен.Биотичното ниво на Eocp обаче е много по-високо от абиотичното ниво на Eocp.Има причини да се смята, че тази разлика е свързана с образуването на биофилми от P. aeruginosa.На фиг.2g, стойността на icorr на 2707 HDSS достигна 0,627 µA cm-2 в присъствието на Pseudomonas aeruginosa, което е с порядък по-висок от този на небиологичната контрола (0,063 µA cm-2), което е в съответствие с Rct стойност, измерена от EIS.През първите няколко дни стойностите на импеданса в бульона на P. aeruginosa се повишават поради прикрепването на клетките на P. aeruginosa и образуването на биофилм.Въпреки това, импедансът намалява, когато биофилмът напълно покрие повърхността на пробата.Защитният слой се атакува основно поради образуването на биофилм и метаболити на биофилма.Следователно устойчивостта на корозия намалява с времето и отлаганията на Pseudomonas aeruginosa причиняват локализирана корозия.Тенденциите в абиотичните среди са различни.Устойчивостта на корозия на небиологичния контрол беше много по-висока от съответната стойност на пробите, изложени на бульон от Pseudomonas aeruginosa.В допълнение, за абиотични проби стойността на Rct 2707 HDSS достигна 489 kΩ cm2 на ден 14, което е 15 пъти по-високо, отколкото в присъствието на Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).По този начин 2707 HDSS има отлична устойчивост на корозия в стерилна среда, но не е защитен от MIC атака от биофилма на Pseudomonas aeruginosa.
Тези резултати могат да се наблюдават и от поляризационните криви на фиг.2б.Анодното разклоняване е свързано с образуването на биофилм от Pseudomonas aeruginosa и реакциите на окисляване на метали.В същото време катодната реакция е редукцията на кислорода.Наличието на P. aeruginosa значително повишава плътността на корозионния ток, която е с около порядък по-висока, отколкото в абиотичния контрол.Това показва, че биофилмът на Pseudomonas aeruginosa засилва локализираната корозия на 2707 HDSS.Yuan et al.29 установиха, че плътността на корозионния ток на 70/30 Cu-Ni сплав се увеличава от биофилма на Pseudomonas aeruginosa.Това може да се дължи на биокатализата на намаляването на кислорода от биофилма на Pseudomonas aeruginosa.Това наблюдение може също да обясни MIC 2707 HDSS в тази работа.Аеробните биофилми също могат да намалят съдържанието на кислород под тях.По този начин, отказът да се пасивира металната повърхност с кислород може да бъде фактор, допринасящ за MIC в тази работа.
Дикинсън и др.38 предполага, че скоростта на химичните и електрохимичните реакции директно зависи от метаболитната активност на бактериите, прикрепени към повърхността на пробата, и от естеството на корозионните продукти.Както е показано на Фигура 5 и Таблица 5, броят на клетките и дебелината на биофилма намалява след 14 дни.Това може разумно да се обясни с факта, че след 14 дни повечето от закотвените клетки на повърхността на 2707 HDSS умират поради изчерпване на хранителните вещества в средата 2216E или освобождаване на токсични метални йони от матрицата 2707 HDSS.Това е ограничение на партидните експерименти.
В тази работа биофилмът на Pseudomonas aeruginosa насърчава локалното изчерпване на Cr и Fe под биофилма на повърхността на 2707 HDSS (фиг. 6).В таблица 6 Fe и Cr намаляват в проба D в сравнение с проба C, което показва, че разтварянето на Fe и Cr, причинено от биофилма на P. aeruginosa, се поддържа след първите 7 дни.Средата 2216E се използва за симулиране на морската среда.Съдържа 17700 ppm Cl-, което е сравнимо със съдържанието му в естествената морска вода.Наличието на 17700 ppm Cl- е основната причина за намаляването на Cr в 7-дневни и 14-дневни небиологични проби, анализирани чрез XPS.В сравнение с тестовата проба от Pseudomonas aeruginosa, разтварянето на Cr в абиотичната тестова проба е много по-малко поради силната устойчивост на 2707 HDSS към хлор в абиотичната среда.На фиг.9 показва наличието на Cr6+ в пасивиращия филм.Това може да е свързано с отстраняването на Cr от стоманени повърхности от биофилми на P. aeruginosa, както е предложено от Chen и Clayton39.
Поради бактериалния растеж стойностите на рН на средата преди и след инкубацията бяха съответно 7,4 и 8,2.По този начин е малко вероятно корозията на органичните киселини да допринесе за тази работа под биофилми на P. aeruginosa поради относително високото pH в насипната среда.рН на небиологичната контролна среда не се промени значително (от първоначално 7,4 до крайно 7,5) по време на 14-дневния тестов период.Повишаването на рН в инокулативната среда след инкубация се свързва с метаболитната активност на Pseudomonas aeruginosa и същият ефект върху рН се установява при отсъствие на тест лента.
Както е показано на фиг.7, максималната дълбочина на ямата, причинена от биофилма на Pseudomonas aeruginosa, е 0,69 µm, което е значително по-голямо, отколкото в абиотичната среда (0,02 µm).Това е в съответствие с горните електрохимични данни.При същите условия дълбочината на вдлъбнатината от 0,69 µm е повече от десет пъти по-малка от стойността от 9,5 µm, определена за 2205 DSS40.Тези данни показват, че 2707 HDSS проявява по-добра устойчивост на MIC от 2205 DSS.Това не е изненадващо, тъй като 2707 HDSS има по-високо ниво на Cr, което позволява по-продължителна пасивация, прави Pseudomonas aeruginosa по-трудна за депасивация и стартира процеса без вредно вторично утаяване Pitting41.
В заключение, MIC питинг беше открит на 2707 HDSS повърхности в бульон на Pseudomonas aeruginosa, докато питингът беше незначителен в абиотична среда.Тази работа показва, че 2707 HDSS има по-добра устойчивост на MIC от 2205 DSS, но не е напълно имунизиран срещу MIC поради биофилма на Pseudomonas aeruginosa.Тези резултати помагат при избора на подходящи неръждаеми стомани и продължителността на живота за морската среда.
2707 HDSS проби бяха предоставени от Факултета по металургия, Североизточния университет (NEU), Шенянг, Китай.Елементният състав на 2707 HDSS е показан в таблица 1, която е анализирана от отдела за анализ на материалите и тестване на Североизточния университет.Всички проби бяха третирани за твърд разтвор при 1180°C в продължение на 1 час.Преди теста за корозия стомана за монети 2707 HDSS с открита повърхност от 1 cm2 беше полирана до 2000 песъчинки с шкурка от силициев карбид и след това допълнително полирана с 0,05 µm Al2O3 суспензия на прах.Страните и дъното са защитени с инертна боя.След изсушаване, пробите се промиват със стерилна дейонизирана вода и се стерилизират със 75% (v/v) етанол в продължение на 0.5 h.След това те бяха изсушени на въздух под ултравиолетова (UV) светлина за 0, 5 часа преди употреба.
Морски щам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 е закупен от Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Китай.Морска течна среда 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Китай) се използва за култивиране на Pseudomonas aeruginosa в 250 ml колби и 500 ml електрохимични стъклени клетки при аеробни условия при 37°C.Средата съдържа (g/l): 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 екстракт от дрожди и 0,1 железен цитрат.Автоклавирайте при 121 °C за 20 минути преди инокулацията.Сесилните и планктонните клетки се преброяват под светлинен микроскоп с помощта на хемоцитометър при 400x увеличение.Първоначалната концентрация на планктонни P. aeruginosa клетки веднага след инокулацията е приблизително 106 клетки/mL.
Електрохимичните тестове бяха проведени в класическа триелектродна стъклена клетка със среден обем от 500 ml.Платинен лист и наситен каломелов електрод (SCE) бяха свързани към реактора чрез капиляра на Luggin, пълна със солен мост и служеха съответно като противоположни и референтни електроди.За да се създаде работният електрод, медна тел с гумено покритие беше прикрепена към всяка проба и покрита с епоксидна смола, оставяйки около 1 cm2 повърхностна площ от едната страна за работния електрод.По време на електрохимичните измервания пробите се поставят в среда 2216E и се държат при постоянна температура на инкубация (37°C) във водна баня.OCP, LPR, EIS и данни за потенциална динамична поляризация бяха измерени с помощта на Autolab потенциостат (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR тестовете бяха записани при скорост на сканиране от 0,125 mV s-1 в диапазона -5 и 5 mV и Eocp с честота на вземане на проби от 1 Hz.EIS се извършва при Eocp в стационарно състояние, като се използва приложено напрежение от 5 mV със синусоида в честотен диапазон от 0,01 до 10 000 Hz.Преди измерването на потенциала електродите бяха в режим на отворена верига, докато се достигне стабилен свободен корозионен потенциал от 42.с.Всеки тест се повтаря три пъти със и без Pseudomonas aeruginosa.
Пробите за металографски анализ бяха механично полирани с 2000 грит мокра SiC хартия и след това полирани с 0,05 µm Al2O3 прахообразна суспензия за оптично наблюдение.Металографският анализ се извършва с помощта на оптичен микроскоп.Пробата беше гравирана с 10 тегл.% разтвор на калиев хидроксид43.
След инкубиране, измийте 3 пъти с фосфатно буфериран физиологичен разтвор (PBS) (рН 7,4 ± 0,2) и след това фиксирайте с 2,5% (v/v) глутаралдехид за 10 часа, за да фиксирате биофилма.Последваща дехидратация с етанол в стъпаловидни серии (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% обемни) преди изсушаване на въздух.Накрая върху повърхността на пробата се напръсква златен филм, за да се осигури проводимост за SEM44 наблюдение.SEM изображенията са фокусирани върху мястото с най-утвърдените клетки на P. aeruginosa на повърхността на всяка проба.Извършен е анализ на ЕМП за откриване на химични елементи.За измерване на дълбочината на ямата беше използван Zeiss конфокален лазерен сканиращ микроскоп (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия).За да се наблюдават корозионни ями под биофилма, тестовата проба първо беше почистена в съответствие с китайския национален стандарт (CNS) GB/T4334.4-2000, за да се отстранят корозионните продукти и биофилмът от повърхността на тестовата проба.
Рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, САЩ) анализ с използване на монохроматичен рентгенов източник (Al Kα линия с енергия 1500 eV и мощност 150 W) в широк диапазон от енергии на свързване 0 под стандартните условия от –1350 eV.Запишете спектри с висока разделителна способност, като използвате енергия на преминаване от 50 eV и размер на стъпка от 0,2 eV.
Отстранете инкубираната проба и внимателно я измийте с PBS (pH 7,4 ± 0,2) за 15 s45.За да се наблюдава бактериалната жизнеспособност на биофилма върху пробата, биофилмът се оцветява с помощта на LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Комплектът съдържа две флуоресцентни багрила: SYTO-9 зелена флуоресцентна боя и пропидиев йодид (PI) червена флуоресцентна боя.В CLSM флуоресцентните зелени и червени точки представляват съответно живи и мъртви клетки.За оцветяване, инкубирайте 1 ml от смес, съдържаща 3 µl SYTO-9 и 3 µl разтвор на PI при стайна температура (23°C) на тъмно за 20 минути.След това оцветените проби се наблюдават при две дължини на вълната (488 nm за живи клетки и 559 nm за мъртви клетки) с помощта на апарат Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Япония).Измерете дебелината на биофилма в режим на 3-D сканиране.
Как да цитирам тази статия: Li, H. et al.Ефект на морския биофилм от Pseudomonas aeruginosa върху микробната корозия на 2707 супердуплексна неръждаема стомана.наука.Къща 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване на LDX 2101 дуплексна неръждаема стомана в хлоридни разтвори в присъствието на тиосулфат.корозия.науката.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS и Park, YS Ефект на топлинна обработка с разтвор и азот в защитен газ върху устойчивостта на точкова корозия на супердуплексни заварки от неръждаема стомана.корозия.науката.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. и Lewandowski, Z. Химическо сравнително изследване на микробни и електрохимични питинги в неръждаема стомана 316L.корозия.науката.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG и Xiao K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори при различни стойности на pH в присъствието на хлорид.електрохимия.Журнал.64, 211–220 (2012).