Epekto sa Pseudomonas aeruginosa Marine Biofilm sa Microbial Corrosion sa 2707 Super Duplex Stainless Steel

Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Nagpakita sa usa ka carousel sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Ang microbial corrosion (MIC) usa ka dakong problema sa daghang mga industriya tungod kay kini mahimong mosangpot sa dako nga pagkawala sa ekonomiya.Super duplex stainless steel 2707 (2707 HDSS) gigamit sa marine palibot tungod sa maayo kaayo nga kemikal nga pagsukol.Bisan pa, ang pagbatok niini sa MIC wala pa gipakita sa eksperimento.Kini nga pagtuon nagsusi sa kinaiya sa MIC 2707 HDSS tungod sa marine aerobic bacterium nga Pseudomonas aeruginosa.Gipakita sa electrochemical analysis nga sa presensya sa Pseudomonas aeruginosa biofilm sa 2216E medium, ang potensyal sa corrosion nausab nga positibo, ug ang corrosion current density misaka.Ang mga resulta sa X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis nagpakita sa pagkunhod sa Cr content sa sample surface ubos sa biofilm.Ang pag-analisa sa mga hulagway sa pit nagpakita nga ang Pseudomonas aeruginosa biofilms nakagama ug pinakataas nga giladmon sa pit nga 0.69 µm human sa 14 ka adlaw nga kultura.Bisan tuod kini gamay, kini nagsugyot nga ang 2707 HDSS dili hingpit nga immune sa mga epekto sa P. aeruginosa biofilms sa MIC.
Duplex stainless steel (DSS) kaylap nga gigamit sa nagkalain-laing mga industriya tungod sa hingpit nga kombinasyon sa maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan ug corrosion resistance1,2.Bisan pa, ang lokal nga pitting mahimo pa nga mahitabo, nga mahimong makaapekto sa integridad niini nga asero 3, 4.Ang DSS dili mapanalipdan batok sa microbial corrosion (MIC)5,6.Bisan kung ang sakup sa aplikasyon sa DSS lapad kaayo, adunay mga palibot diin ang resistensya sa corrosion sa DSS dili igo alang sa dugay nga paggamit.Nagpasabot kini nga gikinahanglan ang mas mahal nga mga materyales nga adunay mas taas nga resistensya sa corrosion.Nakaplagan ni Jeon et al.7 nga bisan ang super duplex stainless steel (SDSS) adunay pipila ka limitasyon sa termino sa corrosion resistance.Busa, adunay panginahanglan alang sa super duplex stainless steels (HDSS) uban sa mas taas nga corrosion resistensya sa pipila ka mga aplikasyon.Kini misangpot sa pag-uswag sa highly alloyed HDSS.
Ang corrosion resistance sa DSS gitino pinaagi sa ratio sa α-phase ngadto sa γ-phase ug mga lugar nga nahurot sa Cr, Mo ug W nga kasikbit sa secondary phases8,9,10.Ang HDSS adunay taas nga sulud sa Cr, Mo ug N11, nga naghatag niini nga maayo kaayo nga pagsukol sa kaagnasan ug taas nga kantidad (45-50) nga katumbas nga kantidad sa resistensya sa pitting (PREN), nga gihubit sa wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0, 5 wt % W) + 16 wt %.N12.Ang maayo kaayo nga resistensya sa corrosion nagdepende sa usa ka balanse nga komposisyon nga adunay gibana-bana nga 50% nga ferritic (α) ug 50% nga austenitic (γ) nga mga hugna.Ang HDSS nakapauswag sa mekanikal nga mga kabtangan ug mas taas nga chlorine nga resistensya kumpara sa naandan nga DSS13.Mga kinaiya sa kemikal nga corrosion.Ang gipaayo nga resistensya sa kaagnasan nagpalugway sa paggamit sa HDSS sa labi ka agresibo nga mga palibot nga chloride sama sa mga palibot sa dagat.
Ang MIC usa ka mahinungdanong problema sa daghang mga industriya, lakip ang lana ug gas ug suplay sa tubig14.Ang MIC maoy hinungdan sa 20% sa tanang kadaot sa kaagnasan15.Ang MIC usa ka bioelectrochemical corrosion nga makita sa daghang palibot16.Ang pagporma sa mga biofilm sa mga ibabaw nga metal nagbag-o sa mga kondisyon sa electrochemical ug sa ingon nakaimpluwensya sa proseso sa corrosion.Gidawat sa kadaghanan nga ang kaagnasan sa MIC gipahinabo sa mga biofilm14.Ang mga electrogenic microorganism mokaon og metal aron makakuha og enerhiya para mabuhi17.Gipakita sa bag-ong mga pagtuon sa MIC nga ang EET (extracellular electron transfer) mao ang limiting factor alang sa MIC nga gipahinabo sa electrogenic microorganisms.Gipakita ni Zhang et al.18 nga ang mga electron mediator nagpadali sa pagbalhin sa elektron tali sa Desulfovibrio vulgaris sessile cells ug 304 stainless steel, nga miresulta sa mas grabe nga pag-atake sa MIC.Anning et al.19 ug Wenzlaff et al.20 nagpakita nga ang biofilms sa corrosive sulfate-reducing bacteria (SRBs) makasuhop sa mga electron direkta gikan sa metal substrates, nga moresulta sa grabeng pitting.
Ang DSS nahibal-an nga delikado sa MIC sa media nga adunay mga SRB, iron-reducing bacteria (IRBs), ug uban pa 21.Kini nga mga bakterya hinungdan sa localized pitting sa ibabaw sa DSS ubos sa biofilm22,23.Dili sama sa DSS, gamay ra ang nahibal-an bahin sa MIC HDSS24.
Ang Pseudomonas aeruginosa kay Gram-negative, motile, bacterium nga pormag rod nga kaylap nga naapod-apod sa kinaiyahan25.Ang Pseudomonas aeruginosa mao usab ang nag-unang microbiota nga responsable sa MIC sa asero sa palibot sa dagat26.Ang mga espisye sa Pseudomonas direktang nalangkit sa mga proseso sa corrosion ug giila nga unang mga kolonisador atol sa biofilm formation27.Mahat et al.28 ug Yuan et al.Gipakita sa 29 nga ang Pseudomonas aeruginosa adunay kalagmitan nga magpataas sa rate sa kaagnasan sa malumo nga asero ug mga alloy sa mga palibot sa tubig.
Ang panguna nga katuyoan sa kini nga trabaho mao ang pagtuon sa mga kabtangan sa MIC sa 2707 HDSS nga gipahinabo sa marine aerobic bacterium nga Pseudomonas aeruginosa gamit ang mga pamaagi sa electrochemical, mga pamaagi sa pag-analisar sa nawong ug pagtuki sa produkto sa corrosion.Ang mga pagtuon sa electrochemical lakip na ang open circuit potential (OCP), linear polarization resistance (LPR), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) ug dynamic potential polarization gihimo aron tun-an ang kinaiya sa MIC 2707 HDSS.Ang pagtuki sa Energy dispersive spectroscopy (EDS) gihimo aron makit-an ang mga elemento sa kemikal sa mga corroded surface.Dugang pa, ang kalig-on sa oxide film passivation ubos sa impluwensya sa usa ka marine environment nga adunay Pseudomonas aeruginosa gitino pinaagi sa X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).Ang giladmon sa mga gahong gisukod ubos sa confocal laser scanning microscope (CLSM).
Ang talaan 1 nagpakita sa kemikal nga komposisyon sa 2707 HDSS.Gipakita sa Talaan 2 nga ang 2707 HDSS adunay maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan nga adunay kusog nga ani nga 650 MPa.Sa fig.1 nagpakita sa optical microstructure sa solusyon init nga pagtratar 2707 HDSS.Ang mga elongated bands sa austenitic ug ferritic nga mga hugna nga walay ikaduhang hugna makita sa usa ka microstructure nga adunay gibana-bana nga 50% nga austenitic ug 50% nga ferritic nga mga hugna.
Sa fig.2a nagpakita sa open circuit potential (Eocp) versus exposure time para sa 2707 HDSS sa 2216E abiotic medium ug Pseudomonas aeruginosa broth sulod sa 14 ka adlaw sa 37°C.Nasuta nga ang labing gipahayag nga mga pagbag-o sa Eocp nahitabo sulod sa unang 24 ka oras.Ang mga kantidad sa Eocp sa duha ka mga kaso mitaas sa mga -145 mV (versus SCE) sa mga 16 ka oras ug dayon mikunhod pag-ayo sa -477 mV (versus SCE) ug -236 mV (versus SCE) alang sa dili biolohikal nga mga sample ug P alang sa paryente SCE) dahon sa patina, matag usa.Human sa 24 ka oras, ang Eocp value sa Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS nagpabilin nga medyo stable sa -228 mV (itandi sa SCE), samtang ang katumbas nga bili alang sa non-biological sample kay gibana-bana nga -442 mV (itandi sa SCE).Ang Eocp sa presensya sa Pseudomonas aeruginosa medyo ubos.
Electrochemical testing sa 2707 HDSS samples sa abiotic media ug Pseudomonas aeruginosa broth sa 37°C:
(a) Pagbag-o sa Eocp nga adunay oras sa pagkaladlad, (b) kurba sa polarization sa adlaw nga 14, (c) pagbag-o sa Rp sa oras sa pagkaladlad, (d) pagbag-o sa corr nga adunay oras sa pagkaladlad.
Ang talaan 3 nagpakita sa electrochemical corrosion parameters sa 2707 HDSS samples nga naladlad sa abiotic ug P. aeruginosa inoculated media sulod sa 14 ka adlaw.Ang tangential extrapolation sa anodic ug cathodic curves ngadto sa intersection point nagtugot sa pagtino sa corrosion current density (icorr), corrosion potential (Ecorr) ug Tafel slope (βα ug βc) sumala sa standard method30,31.
Sama sa gipakita sa Figure 2b, ang pataas nga pagbalhin sa P. aeruginosa curve miresulta sa pag-usbaw sa Ecorr kumpara sa abiotic curve.Ang icorr value sa sample nga adunay Pseudomonas aeruginosa, proporsyonal sa corrosion rate, misaka ngadto sa 0.328 μA cm-2, nga upat ka pilo nga mas dako kay sa non-biological sample (0.087 μA cm-2).
Ang LPR usa ka klasiko nga pamaagi sa electrochemical alang sa dili makadaot nga ekspresyon nga pagtuki sa kaagnasan.Gigamit usab kini sa pagtuon sa MIC32.Sa fig.Gipakita sa 2c ang pagbag-o sa resistensya sa polarization (Rp) depende sa oras sa pagkaladlad.Ang mas taas nga kantidad sa Rp nagpasabot nga dili kaayo corrosion.Sulod sa unang 24 ka oras, ang Rp 2707 HDSS mitaas sa 1955 kΩ cm2 para sa non-biological specimens ug 1429 kΩ cm2 para sa Pseudomonas aeruginosa specimens.Gipakita usab sa Figure 2c nga ang kantidad sa Rp paspas nga mius-os pagkahuman sa usa ka adlaw ug dayon nagpabilin nga wala mausab sa sunod nga 13 ka adlaw.Ang Rp bili para sa Pseudomonas aeruginosa test specimen maoy mga 40 kΩ cm2, nga mas ubos kay sa 450 kΩ cm2 value para sa non-biological test specimen.
Ang bili sa icorr kay proporsyonal sa uniporme nga corrosion rate.Ang bili niini mahimong kalkulado gikan sa mosunod nga Stern-Giri equation:
Sumala sa Zoe et al.33 ang Tafel slope B gikuha isip tipikal nga kantidad nga 26 mV/dec niini nga trabaho.Sa fig.2d nagpakita nga ang icorr sa 2707 abiotic strain nagpabilin nga medyo lig-on, samtang ang icorr sa Pseudomonas aeruginosa band kusog nga nag-usab-usab sa usa ka dako nga paglukso pagkahuman sa unang 24 ka oras.Ang icorr nga kantidad sa sample sa pagsulay sa Pseudomonas aeruginosa usa ka han-ay sa kadako nga mas taas kaysa sa dili biolohikal nga kontrol.Kini nga uso nahiuyon sa mga resulta sa pagsukol sa polarization.
Ang EIS maoy laing dili makadaut nga pamaagi nga gigamit sa pag-ila sa electrochemical reactions sa corrosion interface34.Ang impedance spectra ug capacitance kalkulasyon sa mga strips nga naladlad sa abiotic media ug mga solusyon sa Pseudomonas aeruginosa, Rb mao ang pagsukol sa passive/biofilm nga naporma sa ibabaw sa strip, Rct mao ang charge transfer resistance, Cdl mao ang electrical double layer.) ug mga parametro sa QCPE constant phase element (CPE).Kini nga mga parameter gisusi pa pinaagi sa pagtandi sa datos sa usa ka katumbas nga modelo sa electrical circuit (EEC).
Sa fig.3 nagpakita sa tipikal nga Nyquist plots (a ug b) ug Bode plots (a' ug b') sa 2707 HDSS samples sa abiotic media ug Pseudomonas aeruginosa sabaw sa lain-laing mga panahon sa paglumlum.Sa presensya sa Pseudomonas aeruginosa, ang diametro sa Nyquist loop mikunhod.Ang Bode plot (Fig. 3b ') nagpakita sa pagtaas sa kinatibuk-ang impedance.Ang kasayuran bahin sa kanunay nga oras sa pagpahayahay makuha gikan sa phase maxima.Sa fig.4 nagpakita sa pisikal nga mga istruktura ug ang katugbang nga EEC base sa usa ka-layer (a) ug duha-layer (b).Ang CPE gipaila sa modelo sa EEC.Ang pag-admit ug impedance niini gipahayag ingon sa mosunod:
Duha ka pisikal nga mga modelo ug katugbang nga katumbas nga mga sirkito alang sa pagpaangay sa 2707 HDSS kupon impedance spectrum:
Diin ang Y0 mao ang magnitude sa CPE, ang j mao ang hinanduraw nga numero o (−1)1/2, ω ang angular frequency, ug ang n mao ang CPE power factor nga ubos sa usa35.Ang pagbalit-ad sa pagsukol sa pagbalhin sa bayad (ie 1/Rct) katumbas sa gikusgon sa kaagnasan.Ang ubos nga Rct value nagpasabot ug mas taas nga corrosion rate27.Human sa 14 ka adlaw nga paglumlum, ang Rct sa test sample sa Pseudomonas aeruginosa miabot sa 32 kΩ cm2, nga mas ubos pa kay sa 489 kΩ cm2 sa non-biological test sample (Table 4).
Ang mga imahe sa CLSM ug mga imahe sa SEM sa fig.5 tin-aw nga nagpakita nga ang biofilm coverage sa ibabaw sa HDSS sample 2707 dasok kaayo human sa 7 ka adlaw.Apan, human sa 14 ka adlaw ang biofilm coating nahimong nihit ug pipila ka patay nga mga selula mitungha.Table 5 nagpakita sa biofilm gibag-on sa 2707 HDSS samples human sa 7 ug 14 ka adlaw sa exposure sa Pseudomonas aeruginosa.Ang kinatas-ang gibag-on sa biofilm nausab gikan sa 23.4 µm human sa 7 ka adlaw ngadto sa 18.9 µm human sa 14 ka adlaw.Ang kasagaran nga gibag-on sa biofilm nagpamatuod usab niini nga uso.Kini mikunhod gikan sa 22.2 ± 0.7 μm human sa 7 ka adlaw ngadto sa 17.8 ± 1.0 μm human sa 14 ka adlaw.
(a) 3-D CLSM image sa 7 ka adlaw, (b) 3-D CLSM image sa 14 ka adlaw, (c) SEM image sa 7 ka adlaw, ug (d) SEM image sa 14 ka adlaw.
Gipadayag sa EMF ang mga kemikal nga elemento sa biofilm ug mga produkto sa corrosion sa mga sample nga na-expose sa Pseudomonas aeruginosa sulod sa 14 ka adlaw.Sa fig.Gipakita sa Figure 6 nga ang sulud sa C, N, O, P sa biofilm ug mga produkto sa corrosion labi ka taas kaysa sa puro nga metal, tungod kay kini nga mga elemento adunay kalabotan sa biofilm ug mga metabolite niini.Ang mga mikroorganismo nanginahanglan lamang og pagsubay nga kantidad sa Cr ug Fe.Ang taas nga sulod sa Cr ug Fe sa biofilm ug corrosion nga mga produkto sa ibabaw sa sample nagpakita sa pagkawala sa mga elemento sa metal matrix isip resulta sa corrosion.
Human sa 14 ka adlaw, ang mga gahong nga adunay ug walay P. aeruginosa naobserbahan sa medium 2216E.Sa wala pa ang paglumlum, ang nawong sa mga sample hapsay ug walay mga depekto (Fig. 7a).Human sa paglumlum ug pagtangtang sa biofilm ug corrosion nga mga produkto, ang pinakalawom nga mga gahong sa ibabaw sa sample gisusi gamit ang CLSM, sama sa gipakita sa Fig. 7b ug c.Walay klarong pitting nga nakit-an sa ibabaw sa non-biological control (maximum pit depth 0.02 µm).Ang pinakataas nga giladmon sa gahong tungod sa Pseudomonas aeruginosa mao ang 0.52 µm human sa 7 ka adlaw ug 0.69 µm human sa 14 ka adlaw, base sa kasagarang kinatas-ang giladmon sa gahong gikan sa 3 ka sample (10 ka maximum pit depth ang gipili alang sa matag sample) ug niabot sa 0. 42 ± 0.12 µm. .ug 0.52 ± 0.15 µm, matag usa (Table 5).Kini nga mga kantidad sa giladmon sa dimple gamay ra apan hinungdanon.
(a) sa wala pa maladlad;(b) 14 ka adlaw sa abiotic nga palibot;(c) 14 ka adlaw sa sabaw sa P. aeruginosa.
Sa fig.Ang Table 8 nagpakita sa XPS spectra sa nagkalain-laing sample surface, ug ang chemistry nga gi-analisa alang sa matag surface gisumada sa Table 6. Sa Table 6, ang atomic nga porsyento sa Fe ug Cr mas ubos sa presensya sa P. aeruginosa (sample A ug B ) kay sa non-biological control strips.(mga sample C ug D).Alang sa usa ka sample sa Pseudomonas aeruginosa, ang Cr 2p core level spectral curve gipaangay sa upat ka peak component nga adunay binding energies (BE) nga 574.4, 576.6, 578.3 ug 586.8 eV, nga gi-assign sa Cr, Cr2O3, CrO3 ug Cr( 3, matag usa (Fig. 9a ug b).Para sa nonbiological sample, ang spectra sa core level Cr 2p sa Fig.Ang 9c ug d naglangkob sa duha ka nag-unang mga taluktok sa Cr (BE 573.80 eV) ug Cr2O3 (BE 575.90 eV), matag usa.Ang labing talagsaong kalainan tali sa abiotic nga kupon ug sa P. aeruginosa nga kupon mao ang presensya sa Cr6+ ug medyo taas nga tipik sa Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) ubos sa biofilm.
Ang lapad nga nawong sa XPS spectra sa 2707 HDSS nga mga sample sa duha ka media alang sa 7 ug 14 ka adlaw, matag usa.
(a) 7 ka adlaw nga P. aeruginosa exposure, (b) 14 ka adlaw nga P. aeruginosa exposure, (c) 7 ka adlaw nga abiotic exposure, (d) 14 ka adlaw nga abiotic exposure.
Ang HDSS nagpakita sa taas nga lebel sa pagsukol sa kaagnasan sa kadaghanan nga mga palibot.Si Kim et al.2 nagtaho nga ang HDSS UNS S32707 giila nga usa ka highly doped DSS nga adunay PREN nga labaw sa 45. Ang PREN value sa HDSS sample 2707 niini nga trabaho kay 49. Kini tungod sa taas nga Cr content ug taas nga lebel sa Mo ug Ni, nga mapuslanon sa acidic nga mga palibot ug mga palibot nga adunay taas nga sulud sa chloride.Dugang pa, ang balanse nga komposisyon ug wala’y depekto nga microstructure naghatag kalig-on sa istruktura ug resistensya sa corrosion.Bisan pa sa maayo kaayo nga pagsukol sa kemikal, ang datos sa eksperimento niini nga trabaho nagpakita nga ang 2707 HDSS dili hingpit nga immune sa Pseudomonas aeruginosa biofilm MICs.
Electrochemical resulta nagpakita nga ang corrosion rate sa 2707 HDSS sa Pseudomonas aeruginosa sabaw misaka kamahinungdanon human sa 14 ka adlaw itandi sa non-biological nga palibot.Sa Figure 2a, ang pagkunhod sa Eocp nakita sa abiotic medium ug sa P. aeruginosa nga sabaw sulod sa unang 24 ka oras.Human niana, ang biofilm mahuman sa pagtabon sa nawong sa sample ug ang Eocp mahimong medyo lig-on.Bisan pa, ang lebel sa biotic nga Eocp labi ka taas kaysa sa lebel sa abiotic nga Eocp.Adunay mga rason sa pagtuo nga kini nga kalainan nalangkit sa pagporma sa P. aeruginosa biofilms.Sa fig.2g, ang icorr nga kantidad sa 2707 HDSS nakaabot sa 0.627 μA cm-2 sa presensya sa Pseudomonas aeruginosa, nga usa ka han-ay sa magnitude nga mas taas kay sa non-biological control (0.063 μA cm-2), nga nahiuyon sa Rct bili nga gisukod sa EIS.Atol sa unang pipila ka mga adlaw, ang impedance values ​​​​sa P. aeruginosa sabaw misaka tungod sa attachment sa P. aeruginosa cells ug biofilm formation.Bisan pa, ang impedance mikunhod kung ang biofilm hingpit nga nagtabon sa sample nga nawong.Ang proteksiyon nga layer giatake sa panguna tungod sa pagporma sa biofilm ug biofilm metabolites.Busa, ang resistensya sa corrosion mikunhod sa paglabay sa panahon, ug ang mga deposito sa Pseudomonas aeruginosa maoy hinungdan sa localized corrosion.Ang mga uso sa abiotic nga palibot lahi.Ang resistensya sa corrosion sa non-biological control mas taas kaysa katumbas nga kantidad sa mga sample nga na-expose sa sabaw sa Pseudomonas aeruginosa.Dugang pa, alang sa abiotic nga mga sample, ang Rct 2707 HDSS nga kantidad miabot sa 489 kΩ cm2 sa adlaw nga 14, nga 15 ka beses nga mas taas kaysa sa presensya sa Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Sa ingon, ang 2707 HDSS adunay maayo kaayo nga pagsukol sa kaagnasan sa usa ka sterile nga palibot, apan wala mapanalipdan gikan sa pag-atake sa MIC sa biofilm sa Pseudomonas aeruginosa.
Kini nga mga resulta mahimo usab nga maobserbahan gikan sa polarization curves sa Fig.2b.Ang anodic branching nalangkit sa Pseudomonas aeruginosa biofilm formation ug metal oxidation reactions.Sa samang higayon, ang cathodic nga reaksyon mao ang pagkunhod sa oxygen.Ang presensya sa P. aeruginosa kamahinungdanon nagdugang sa kaagnasan kasamtangan nga Densidad, nga mao ang mahitungod sa usa ka han-ay sa magnitude mas taas kay sa abiotic kontrol.Kini nagpakita nga ang Pseudomonas aeruginosa biofilm nagpalambo sa localized corrosion sa 2707 HDSS.Nakaplagan ni Yuan et al.29 nga ang corrosion current density sa 70/30 Cu-Ni alloy gidugangan sa Pseudomonas aeruginosa biofilm.Mahimo kini tungod sa biocatalysis sa pagkunhod sa oxygen pinaagi sa biofilm sa Pseudomonas aeruginosa.Kini nga obserbasyon mahimo usab nga ipasabut ang MIC 2707 HDSS sa kini nga trabaho.Ang aerobic biofilms makapakunhod usab sa oxygen sulod niini.Sa ingon, ang pagdumili sa pag-repassivate sa metal nga nawong nga adunay oxygen mahimong usa ka hinungdan nga nakatampo sa MIC sa kini nga trabaho.
Dickinson ug uban pa.Gisugyot sa 38 nga ang rate sa kemikal ug electrochemical nga mga reaksyon direkta nga nagdepende sa metaboliko nga kalihokan sa bakterya nga gilakip sa sample nga nawong ug sa kinaiyahan sa mga produkto sa corrosion.Ingon sa gipakita sa Figure 5 ug Table 5, ang gidaghanon sa mga selula ug biofilm gibag-on mikunhod human sa 14 ka adlaw.Kini makatarunganon nga ipasabut sa kamatuoran nga human sa 14 ka adlaw kadaghanan sa mga nakaangkla nga mga selula sa 2707 HDSS nawong namatay tungod sa nutrient depletion sa 2216E medium o pagpagawas sa makahilo nga metal ions gikan sa 2707 HDSS matrix.Kini usa ka limitasyon sa mga eksperimento sa batch.
Niini nga buhat, ang usa ka Pseudomonas aeruginosa biofilm nagpasiugda sa lokal nga pagkunhod sa Cr ug Fe ubos sa biofilm sa ibabaw sa 2707 HDSS (Fig. 6).Sa Talaan 6, ang Fe ug Cr mikunhod sa sample D kumpara sa sample C, nga nagpakita nga ang Fe ug Cr dissolution tungod sa P. aeruginosa biofilm gipadayon human sa unang 7 ka adlaw.Ang 2216E nga palibot gigamit sa pagsundog sa marine environment.Naglangkob kini sa 17700 ppm Cl-, nga ikatandi sa sulud niini sa natural nga tubig sa dagat.Ang presensya sa 17700 ppm Cl- mao ang nag-unang hinungdan sa pagkunhod sa Cr sa 7-adlaw ug 14-adlaw nga non-biological sample nga gisusi sa XPS.Kung itandi sa sample sa pagsulay sa Pseudomonas aeruginosa, ang pagkatunaw sa Cr sa abiotic nga sample sa pagsulay labi ka gamay tungod sa kusog nga pagsukol sa 2707 HDSS sa klorin sa abiotic nga palibot.Sa fig.Ang 9 nagpakita sa presensya sa Cr6+ sa passive nga pelikula.Kini mahimong may kalabutan sa pagtangtang sa Cr gikan sa steel surfaces pinaagi sa P. aeruginosa biofilms, sumala sa gisugyot ni Chen ug Clayton39.
Tungod sa pagtubo sa bakterya, ang mga kantidad sa pH sa medium sa wala pa ug pagkahuman sa paglumlum mao ang 7.4 ug 8.2, sa tinuud.Busa, ang kaagnasan sa mga organikong asido dili lagmit nga makatampo niini nga trabaho ubos sa P. aeruginosa biofilms tungod sa medyo taas nga pH sa bulk medium.Ang pH sa non-biological control medium wala kaayo nagbag-o (gikan sa inisyal nga 7.4 hangtod sa katapusan nga 7.5) sa panahon sa 14 ka adlaw nga pagsulay.Ang pagtaas sa pH sa medium nga inoculum pagkahuman sa paglumlum nalangkit sa kalihokan sa metaboliko sa Pseudomonas aeruginosa, ug ang parehas nga epekto sa pH nakit-an kung wala ang test strip.
Ingon sa gipakita sa fig.7, ang pinakataas nga giladmon sa gahong tungod sa Pseudomonas aeruginosa biofilm kay 0.69 µm, nga mas dako kay sa abiotic medium (0.02 µm).Nahiuyon kini sa datos sa electrochemical sa ibabaw.Ubos sa parehas nga mga kondisyon, ang giladmon sa pit nga 0.69 µm labaw pa sa napulo ka beses nga mas gamay kaysa sa kantidad nga 9.5 µm nga gitakda alang sa 2205 DSS40.Kini nga mga datos nagpakita nga ang 2707 HDSS nagpakita sa mas maayo nga pagsukol sa mga MIC kaysa 2205 DSS.Dili kini katingad-an tungod kay ang 2707 HDSS adunay mas taas nga lebel sa Cr, nga nagtugot sa mas taas nga pagpasibo, naghimo sa Pseudomonas aeruginosa nga mas lisud nga ma-depassivate, ug nagsugod sa proseso nga walay makadaot nga secondary precipitation Pitting41.
Sa konklusyon, ang MIC pitting nakit-an sa 2707 HDSS nga mga ibabaw sa Pseudomonas aeruginosa nga sabaw, samtang ang pitting gipasagdan sa abiotic media.Kini nga buhat nagpakita nga ang 2707 HDSS adunay mas maayo nga pagsukol sa MIC kaysa 2205 DSS, apan kini dili hingpit nga immune sa MIC tungod sa Pseudomonas aeruginosa biofilm.Kini nga mga resulta makatabang sa pagpili sa angay nga mga stainless steels ug pagpaabut sa kinabuhi alang sa kalikopan sa dagat.
Ang 2707 HDSS nga mga sample gihatag sa School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, China.Ang elemental nga komposisyon sa 2707 HDSS gipakita sa Table 1, nga gisusi sa Materials Analysis and Testing Department sa Northeastern University.Ang tanan nga mga sample gitambalan alang sa solid nga solusyon sa 1180 ° C sulod sa 1 ka oras.Sa wala pa ang pagsulay sa kaagnasan, ang 2707 HDSS nga sensilyo nga asero nga adunay gibutyag nga lugar sa nawong nga 1 cm2 gipasinaw sa 2000 grit nga adunay silicon carbide sandpaper ug dayon gipasinaw sa usa ka 0.05 µm Al2O3 powder slurry.Ang mga kilid ug ubos gipanalipdan sa inert nga pintura.Human sa pagpauga, ang mga sample gihugasan sa sterile deionized nga tubig ug gi-sterilize sa 75% (v / v) nga ethanol sulod sa 0.5 ka oras.Dayon sila gipauga sa hangin ubos sa ultraviolet (UV) nga kahayag sulod sa 0.5 ka oras sa dili pa gamiton.
Ang Marine strain nga Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 gipalit gikan sa Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China.Ang Marine 2216E liquid medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) gigamit sa pag-kultura sa Pseudomonas aeruginosa sa 250 ml nga flasks ug 500 ml nga electrochemical glass nga mga selula ubos sa aerobic nga kondisyon sa 37 °C.Medium adunay (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, 0.02 SrCl2, 0.02 SrBr2, 0.08 SrBr2, 0.08 SrBr2 0.008, 0.008 Na4F0H20PO.1.0 yeast extract ug 0.1 iron citrate.Autoclave sa 121 °C sulod sa 20 min sa wala pa ang inoculation.Ang sessile ug planktonic nga mga selula giihap ubos sa usa ka light microscope gamit ang hemocytometer sa 400x nga pagpadako.Ang inisyal nga konsentrasyon sa planktonic P. aeruginosa mga selula diha-diha dayon human sa inoculation mao ang gibana-bana nga 106 mga selula/mL.
Ang mga pagsulay sa electrochemical gihimo sa usa ka klasiko nga tulo-ka-electrode nga baso nga cell nga adunay medium nga gidaghanon nga 500 ml.Usa ka platinum sheet ug usa ka saturated calomel electrode (SCE) konektado sa reactor pinaagi sa usa ka Luggin capillary nga puno sa usa ka salt bridge ug nagsilbi nga counter ug reference electrodes, sa tinagsa.Aron mahimo ang nagtrabaho nga electrode, ang goma nga adunay sapaw nga copper wire gilakip sa matag sample ug gitabonan sa epoxy, nagbilin mga 1 cm2 nga lugar sa ibabaw sa usa ka kilid alang sa nagtrabaho nga electrode.Atol sa mga pagsukod sa electrochemical, ang mga sample gibutang sa 2216E medium ug gitipigan sa usa ka kanunay nga temperatura sa paglumlum (37 ° C) sa usa ka kaligoanan sa tubig.Ang OCP, LPR, EIS ug potensyal nga dinamikong polarization data gisukod gamit ang Autolab potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Ang mga pagsulay sa LPR natala sa usa ka scan rate nga 0.125 mV s-1 sa -5 ug 5 mV range ug Eocp nga adunay sampling rate nga 1 Hz.Ang EIS gihimo sa steady state Eocp gamit ang usa ka gipadapat nga boltahe sa 5 mV nga adunay sinusoid sa usa ka frequency range nga 0.01 ngadto sa 10,000 Hz.Sa wala pa ang potensyal nga pagsilhig, ang mga electrodes anaa sa open circuit mode hangtud nga ang usa ka lig-on nga free corrosion potensyal sa 42 naabot.Uban sa.Ang matag pagsulay gisubli tulo ka beses nga adunay ug wala ang Pseudomonas aeruginosa.
Ang mga sample para sa metallographic analysis kay mekanikal nga gipasinaw gamit ang 2000 grit wet SiC nga papel ug dayon gipasinaw gamit ang 0.05 µm Al2O3 powder slurry para sa optical observation.Ang pagtuki sa metallographic gihimo gamit ang usa ka optical microscope.Ang sample gikulit sa 10 wt% potassium hydroxide solution43.
Human sa paglumlum, hugasi ang 3 ka beses gamit ang phosphate buffered saline (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ug dayon ayoha gamit ang 2.5% (v/v) glutaraldehyde sulod sa 10 ka oras aron ayohon ang biofilm.Ang sunod nga dehydration nga adunay ethanol sa usa ka sunod-sunod nga stepped (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ug 100% sa gidaghanon) sa dili pa ang pagpauga sa hangin.Sa katapusan, usa ka bulawan nga pelikula ang gisabwag sa ibabaw sa sample aron mahatagan ang conductivity alang sa SEM44 nga obserbasyon.Ang mga imahe sa SEM naka-focus sa lokasyon nga adunay labing natukod nga mga selula sa P. aeruginosa sa ibabaw sa matag sample.Ang pag-analisar sa EMF gihimo aron mahibal-an ang mga elemento sa kemikal.Aron masukod ang giladmon sa gahong, gigamit ang Zeiss confocal laser scanning microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germany).Aron maobserbahan ang mga lungag sa kaagnasan sa ilawom sa biofilm, ang sample sa pagsulay una nga gilimpyohan sumala sa Chinese National Standard (CNS) GB / T4334.4-2000 aron makuha ang mga produkto sa corrosion ug biofilm gikan sa nawong sa sample sa pagsulay.
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analysis gamit ang monochromatic X-ray source (Al Kα nga linya nga adunay kusog nga 1500 eV ug usa ka gahum nga 150 W) sa usa ka halapad nga nagbugkos nga kusog 0 ubos sa standard nga kondisyon sa –1350 eV.Irekord ang high resolution spectra gamit ang 50 eV pass energy ug 0.2 eV step size.
Kuhaa ang incubated sample ug hinayhinay nga hugasan gamit ang PBS (pH 7.4 ± 0.2) sulod sa 15 s45.Aron maobserbahan ang bacterial viability sa biofilm sa sample, ang biofilm gimantsa gamit ang LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Ang kit adunay duha ka fluorescent dyes: SYTO-9 green fluorescent dye ug propidium iodide (PI) red fluorescent dye.Sa CLSM, ang fluorescent nga berde ug pula nga mga tulbok nagrepresentar sa buhi ug patay nga mga selula, matag usa.Alang sa pagmantsa, paglumlum sa 1 ml sa usa ka sagol nga adunay 3 µl sa SYTO-9 ug 3 µl nga solusyon sa PI sa temperatura sa kwarto (23 ° C) sa kangitngit sulod sa 20 minuto.Human niana, ang mga sampol nga namansahan naobserbahan sa duha ka wavelength (488 nm alang sa buhi nga mga selula ug 559 nm alang sa patay nga mga selula) gamit ang Nikon CLSM apparatus (C2 Plus, Nikon, Japan).Sukda ang gibag-on sa biofilm sa 3-D scanning mode.
Giunsa pagkutlo kining artikuloha: Li, H. et al.Epekto sa Pseudomonas aeruginosa marine biofilm sa microbial corrosion sa 2707 super duplex stainless steel.siyensya.Balay 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking sa LDX 2101 duplex stainless steel sa chloride solutions sa presensya sa thiosulfate.kaagnasan.ang siyensya.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ug Park, YS Epekto sa solusyon sa kainit nga pagtambal ug nitroheno sa shielding gas sa pitting corrosion pagsukol sa super duplex stainless steel welds.corrosion.ang siyensya.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ug Lewandowski, Z. Usa ka kemikal nga pagtandi nga pagtuon sa microbial ug electrochemical pitting sa 316L stainless steel.kaagnasan.ang siyensya.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG ug Xiao K. Electrochemical kinaiya sa 2205 duplex stainless steel sa alkaline solusyon sa lain-laing mga pH bili sa atubangan sa chloride.electrochemistry.Journal.64, 211–220 (2012).