Vliv mořského biofilmu Pseudomonas aeruginosa na mikrobiální korozi nerezové oceli 2707 Super Duplex

Děkujeme, že jste navštívili Nature.com.Používáte verzi prohlížeče s omezenou podporou CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Abychom zajistili trvalou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Zobrazí karusel tří snímků najednou.Pomocí tlačítek Předchozí a Další můžete procházet třemi snímky najednou nebo pomocí tlačítek posuvníku na konci procházet třemi snímky najednou.
Mikrobiální koroze (MIC) je hlavním problémem v mnoha průmyslových odvětvích, protože může vést k obrovským ekonomickým ztrátám.Super duplexní nerezová ocel 2707 (2707 HDSS) se používá v mořském prostředí díky své vynikající chemické odolnosti.Jeho odolnost vůči MIC však nebyla experimentálně prokázána.Tato studie zkoumala chování MIC 2707 HDSS způsobené mořskou aerobní bakterií Pseudomonas aeruginosa.Elektrochemická analýza ukázala, že v přítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E se korozní potenciál pozitivně změnil a hustota korozního proudu se zvýšila.Výsledky analýzy rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) ukázaly pokles obsahu Cr na povrchu vzorku pod biofilmem.Analýza snímků jamek ukázala, že biofilmy Pseudomonas aeruginosa produkovaly maximální hloubku jamky 0,69 µm po 14 dnech kultivace.Ačkoli je to malé, naznačuje to, že 2707 HDSS nejsou zcela imunní vůči účinkům biofilmů P. aeruginosa na MIC.
Duplexní nerezová ocel (DSS) je široce používána v různých průmyslových odvětvích díky dokonalé kombinaci vynikajících mechanických vlastností a odolnosti proti korozi1,2.Stále však může docházet k lokalizované důlkové korozi, která může ovlivnit integritu této oceli 3, 4 .DSS není chráněn proti mikrobiální korozi (MIC)5,6.Přestože rozsah použití DSS je velmi široký, stále existují prostředí, kde odolnost DSS proti korozi není dostatečná pro dlouhodobé používání.To znamená, že jsou vyžadovány dražší materiály s vyšší odolností proti korozi.Jeon a kol.7 zjistili, že i super duplexní nerezová ocel (SDSS) má určitá omezení, pokud jde o odolnost proti korozi.Proto existuje potřeba super duplexních nerezových ocelí (HDSS) s vyšší odolností proti korozi v určitých aplikacích.To vedlo k vývoji vysoce legovaných HDSS.
Korozní odolnost DSS je určena poměrem α-fáze k γ-fázi a ploch ochuzených o Cr, Mo a W sousedících se sekundárními fázemi8,9,10.HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, což mu dává vynikající odolnost proti korozi a vysokou hodnotu (45-50) ekvivalentní hodnotu odolnosti proti důlkové korozi (PREN), která je definována hm. % Cr + 3,3 (hm. % Mo + 0,5 % hmotn. W) + 16 % hmotn.N12.Jeho vynikající korozní odolnost závisí na vyváženém složení obsahujícím přibližně 50 % feritické (α) a 50 % austenitické (γ) ​​fáze.HDSS má ve srovnání s konvenčním DSS13 vylepšené mechanické vlastnosti a vyšší odolnost vůči chlóru.Charakteristika chemické koroze.Zlepšená odolnost proti korozi rozšiřuje použití HDSS v agresivnějších chloridových prostředích, jako je mořské prostředí.
MIC je významným problémem v mnoha průmyslových odvětvích, včetně dodávek ropy, plynu a vody14.MIC představuje 20 % všech korozních poškození15.MIC je bioelektrochemická koroze, kterou lze pozorovat v mnoha prostředích16.Tvorba biofilmů na kovových površích mění elektrochemické podmínky a tím ovlivňuje korozní proces.Obecně se uznává, že korozi MIC způsobují biofilmy14.Elektrogenní mikroorganismy požírají kovy, aby získaly energii pro přežití17.Nedávné studie MIC ukázaly, že EET (extracelulární přenos elektronů) je limitujícím faktorem pro MIC indukovaný elektrogenními mikroorganismy.Zhang et al.18 prokázali, že elektronové mediátory urychlují přenos elektronů mezi přisedlými články Desulfovibrio vulgaris a nerezovou ocelí 304, což vede k závažnějšímu napadení MIC.Anning a kol.19 a Wenzlaff a kol.20 ukázaly, že biofilmy korozivních bakterií redukujících sírany (SRB) mohou absorbovat elektrony přímo z kovových substrátů, což má za následek vážné důlkové koroze.
Je známo, že DSS je citlivý na MIC v médiích obsahujících SRB, bakterie redukující železo (IRB) atd. 21 .Tyto bakterie způsobují lokalizované důlky na povrchu DSS pod biofilmem22,23.Na rozdíl od DSS je o MIC HDSS24 málo známo.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegativní, pohyblivá, tyčinkovitá bakterie, která je v přírodě široce rozšířena25.Pseudomonas aeruginosa je také hlavní mikroflórou odpovědnou za MIC oceli v mořském prostředí26.Druhy Pseudomonas se přímo podílejí na korozních procesech a jsou uznávány jako první kolonizátory během tvorby biofilmu27.Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 prokázal, že Pseudomonas aeruginosa má tendenci zvyšovat rychlost koroze měkké oceli a slitin ve vodním prostředí.
Hlavním cílem této práce je studium MIC vlastností 2707 HDSS způsobených mořskou aerobní bakterií Pseudomonas aeruginosa pomocí elektrochemických metod, metod povrchové analýzy a analýzy korozních produktů.Pro studium chování MIC 2707 HDSS byly provedeny elektrochemické studie zahrnující potenciál otevřeného obvodu (OCP), lineární polarizační odpor (LPR), elektrochemickou impedanční spektroskopii (EIS) a dynamickou polarizaci potenciálu.K detekci chemických prvků na zkorodovaných površích se provádí analýza energeticky disperzní spektroskopie (EDS).Kromě toho byla pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) stanovena stabilita pasivace oxidového filmu pod vlivem mořského prostředí obsahujícího Pseudomonas aeruginosa.Hloubka důlků byla měřena pod konfokálním laserovým skenovacím mikroskopem (CLSM).
Tabulka 1 ukazuje chemické složení 2707 HDSS.Tabulka 2 ukazuje, že 2707 HDSS má vynikající mechanické vlastnosti s mezí kluzu 650 MPa.Na Obr.1 ukazuje optickou mikrostrukturu roztokem tepelně zpracovaného 2707 HDSS.Protáhlé pásy austenitických a feritických fází bez sekundárních fází lze vidět v mikrostruktuře obsahující přibližně 50 % austenitických a 50 % feritických fází.
Na Obr.2a ukazuje potenciál otevřeného okruhu (Eocp) versus doba expozice pro 2707 HDSS v abiotickém médiu 2216E a bujónu Pseudomonas aeruginosa po dobu 14 dnů při 37 °C.Bylo zjištěno, že k nejvýraznějším změnám Eocp došlo během prvních 24 hodin.Hodnoty Eocp v obou případech dosáhly vrcholu asi -145 mV (proti SCE) asi za 16 hodin a poté prudce klesly na -477 mV (proti SCE) a -236 mV (proti SCE) pro nebiologické vzorky a P pro relativní SCE) patinové listy, resp.Po 24 hodinách zůstala hodnota Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relativně stabilní na -228 mV (ve srovnání s SCE), zatímco odpovídající hodnota pro nebiologický vzorek byla přibližně -442 mV (ve srovnání s SCE).Eocp v přítomnosti Pseudomonas aeruginosa byl poměrně nízký.
Elektrochemické testování 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu Pseudomonas aeruginosa při 37 °C:
(a) Změna Eocp s dobou expozice, (b) polarizační křivka 14. den, (c) změna Rp s dobou expozice, (d) změna corr s dobou expozice.
Tabulka 3 ukazuje parametry elektrochemické koroze 2707 vzorků HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému P. aeruginosa po dobu 14 dnů.Tangenciální extrapolace anodické a katodické křivky na průsečík umožnila stanovení hustoty korozního proudu (icorr), korozního potenciálu (Ecorr) a Tafelova sklonu (βα a βc) podle standardních metod30,31.
Jak je znázorněno na obrázku 2b, posun křivky P. aeruginosa směrem nahoru vedl ke zvýšení Ecorr ve srovnání s abiotickou křivkou.Hodnota icorr vzorku obsahujícího Pseudomonas aeruginosa, úměrná rychlosti koroze, se zvýšila na 0,328 µA cm-2, což je čtyřikrát více než u nebiologického vzorku (0,087 µA cm-2).
LPR je klasická elektrochemická metoda pro nedestruktivní expresní analýzu koroze.Byl také použit ke studiu MIC32.Na Obr.2c ukazuje změnu polarizačního odporu (Rp) v závislosti na době expozice.Vyšší hodnota Rp znamená méně koroze.Během prvních 24 hodin dosáhl Rp 2707 HDSS vrcholu na 1955 kΩ cm2 pro nebiologické vzorky a 1429 kΩ cm2 pro vzorky Pseudomonas aeruginosa.Obrázek 2c také ukazuje, že hodnota Rp rychle klesla po jednom dni a poté zůstala relativně nezměněna během následujících 13 dnů.Hodnota Rp pro testovací vzorek Pseudomonas aeruginosa je asi 40 kΩ cm2, což je mnohem méně než hodnota 450 kΩ cm2 pro nebiologický testovací vzorek.
Hodnota icorr je úměrná jednotné rychlosti koroze.Jeho hodnotu lze vypočítat z následující Stern-Giriho rovnice:
Podle Zoe a kol.33 Tafelova strmost B byla v této práci brána jako typická hodnota 26 mV/dec.Na Obr.2d ukazuje, že icorr abiotického kmene 2707 zůstal relativně stabilní, zatímco icorr pásu Pseudomonas aeruginosa silně kolísal s velkým skokem po prvních 24 hodinách.Hodnota icorr u testovaného vzorku Pseudomonas aeruginosa byla řádově vyšší než u nebiologické kontroly.Tento trend je v souladu s výsledky polarizačního odporu.
EIS je další nedestruktivní metoda používaná k charakterizaci elektrochemických reakcí na korozním rozhraní34.Impedanční spektrum a kapacitní výpočty pásků vystavených abiotickým médiím a roztokům Pseudomonas aeruginosa, Rb je odpor pasivu/biofilmu vytvořeného na povrchu pásku, Rct je odpor přenosu náboje, Cdl je elektrická dvojvrstva.) a parametry prvku s konstantní fází (CPE) QCPE.Tyto parametry byly dále analyzovány porovnáním dat s modelem ekvivalentního elektrického obvodu (EEC).
Na Obr.3 ukazuje typické Nyquistovy grafy (aab) a Bodeovy grafy (a' a b') 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu Pseudomonas aeruginosa v různých dobách inkubace.V přítomnosti Pseudomonas aeruginosa se průměr Nyquistovy kličky zmenšuje.Bodeův graf (obr. 3b') ukazuje nárůst celkové impedance.Informace o relaxační časové konstantě lze získat z fázových maxim.Na Obr.4 ukazuje fyzikální struktury a odpovídající EEC založené na jednovrstvé (a) a dvouvrstvé (b).CPE je zavedeno do modelu EEC.Jeho vstup a impedance jsou vyjádřeny takto:
Dva fyzické modely a odpovídající ekvivalentní obvody pro přizpůsobení spektra kuponové impedance 2707 HDSS:
Kde Y0 je velikost CPE, j je imaginární číslo nebo (−1)1/2, ω je úhlová frekvence a n je účiník CPE menší než jedna35.Inverze odporu přenosu náboje (tj. 1/Rct) odpovídá rychlosti koroze.Nižší hodnota Rct znamená vyšší rychlost koroze27.Po 14 dnech inkubace dosáhl Rct testovaného vzorku Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, což je mnohem méně než 489 kΩ cm2 nebiologického testovacího vzorku (tabulka 4).
Obrázky CLSM a obrázky SEM na obr.5 jasně ukazuje, že pokrytí biofilmem na povrchu vzorku HDSS 2707 bylo po 7 dnech velmi husté.Po 14 dnech se však povlak biofilmu stal řídkým a objevilo se několik mrtvých buněk.Tabulka 5 ukazuje tloušťku biofilmu 2707 vzorků HDSS po 7 a 14 dnech expozice Pseudomonas aeruginosa.Maximální tloušťka biofilmu se změnila z 23,4 µm po 7 dnech na 18,9 µm po 14 dnech.Tento trend potvrdila i průměrná tloušťka biofilmu.Snížila se z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dnech na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dnech.
(a) 3-D CLSM snímek po 7 dnech, (b) 3-D CLSM snímek po 14 dnech, (c) SEM snímek po 7 dnech a (d) SEM snímek po 14 dnech.
EMF odhalilo chemické prvky v biofilmu a korozních produktech na vzorcích vystavených Pseudomonas aeruginosa po dobu 14 dnů.Na Obr.Obrázek 6 ukazuje, že obsah C, N, O, P v biofilmu a korozních produktech je mnohem vyšší než v čistém kovu, protože tyto prvky jsou spojeny s biofilmem a jeho metabolity.Mikroorganismy vyžadují pouze stopová množství Cr a Fe.Vysoký obsah Cr a Fe v biofilmu a korozní produkty na povrchu vzorku ukazují na ztrátu prvků v kovové matrici v důsledku koroze.
Po 14 dnech byly v médiu 2216E pozorovány jamky s a bez P. aeruginosa.Před inkubací byl povrch vzorků hladký a bez defektů (obr. 7a).Po inkubaci a odstranění biofilmu a korozních produktů byly pomocí CLSM prozkoumány nejhlubší důlky na povrchu vzorku, jak je znázorněno na obr. 7b a c. Obr.Na povrchu nebiologické kontroly nebyla zjištěna žádná zjevná důlková koroze (maximální hloubka důlku 0,02 µm).Maximální hloubka jámy způsobená Pseudomonas aeruginosa byla 0,52 µm po 7 dnech a 0,69 µm po 14 dnech, na základě průměrné maximální hloubky jámy ze 3 vzorků (pro každý vzorek bylo vybráno 10 maximálních hloubek jámy) a dosáhla 0,42 ± 0,12 µm .a 0,52 ± 0,15 um, v daném pořadí (tabulka 5).Tyto hodnoty hloubky důlků jsou malé, ale důležité.
a) před expozicí;b) 14 dní v abiotickém prostředí;(c) 14 dní v bujónu P. aeruginosa.
Na Obr.Tabulka 8 ukazuje XPS spektra různých povrchů vzorků a chemie analyzovaná pro každý povrch je shrnuta v tabulce 6. V tabulce 6 byla atomová procenta Fe a Cr mnohem nižší v přítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B ) než v nebiologických kontrolních proužcích.(vzorky C a D).U vzorku Pseudomonas aeruginosa byla spektrální křivka na úrovni jádra Cr 2p proložena čtyřmi vrcholovými složkami s vazebnými energiemi (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, které byly přiřazeny Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH) 3 (obr. 9a a b).Pro nebiologické vzorky jsou spektra hladiny Cr 2p v jádře na Obr.9c a d obsahují dva hlavní píky Cr (BE 573,80 eV) a Cr203 (BE 575,90 eV).Nejvýraznějším rozdílem mezi abiotickým kupónem a kupónem P. aeruginosa byla přítomnost Cr6+ a relativně vysoká frakce Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmem.
Širokopovrchová XPS spektra 2707 vzorků HDSS ve dvou médiích po dobu 7 a 14 dnů, v daném pořadí.
(a) 7denní expozice P. aeruginosa, (b) 14denní expozice P. aeruginosa, (c) 7denní abiotická expozice, (d) 14denní abiotická expozice.
HDSS vykazuje vysokou úroveň odolnosti proti korozi ve většině prostředí.Kim et al.2 uvedli, že HDSS UNS S32707 byl identifikován jako vysoce dopovaný DSS s PREN větším než 45. Hodnota PREN vzorku HDSS 2707 v této práci byla 49. To je způsobeno vysokým obsahem Cr a vysokými hladinami Mo a Ni, které jsou užitečné v kyselém prostředí a prostředí s vysokým obsahem chloridů.Kromě toho dobře vyvážené složení a mikrostruktura bez defektů poskytují strukturální stabilitu a odolnost proti korozi.Navzdory vynikající chemické odolnosti experimentální data v této práci ukazují, že 2707 HDSS není zcela imunní vůči MIC biofilmu Pseudomonas aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázaly, že rychlost koroze 2707 HDSS v bujónu Pseudomonas aeruginosa významně vzrostla po 14 dnech ve srovnání s nebiologickým prostředím.Na obrázku 2a byl pozorován pokles Eocp jak v abiotickém médiu, tak v bujónu P. aeruginosa během prvních 24 hodin.Poté biofilm pokryje povrch vzorku a Eocp se stane relativně stabilní.Biotická úroveň Eocp však byla mnohem vyšší než abiotická úroveň Eocp.Existují důvody domnívat se, že tento rozdíl je spojen s tvorbou biofilmů P. aeruginosa.Na Obr.2g, hodnota icorr 2707 HDSS dosáhla 0,627 µA cm-2 v přítomnosti Pseudomonas aeruginosa, což je řádově vyšší hodnota než u nebiologické kontroly (0,063 µA cm-2), což je v souladu s Rct hodnota naměřená EIS.Během prvních několika dnů se hodnoty impedance v bujónu P. aeruginosa zvýšily díky uchycení buněk P. aeruginosa a tvorbě biofilmu.Impedance však klesá, když biofilm zcela pokryje povrch vzorku.Ochranná vrstva je napadána především v důsledku tvorby biofilmu a metabolitů biofilmu.Proto se odolnost proti korozi v průběhu času snižuje a usazeniny Pseudomonas aeruginosa způsobují lokalizovanou korozi.Trendy v abiotických prostředích jsou různé.Korozní odolnost nebiologické kontroly byla mnohem vyšší než odpovídající hodnota vzorků vystavených bujónu Pseudomonas aeruginosa.Navíc u abiotických vzorků dosáhla hodnota Rct 2707 HDSS 14. den 489 kΩ cm2, což je 15krát více než v přítomnosti Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).2707 HDSS má tedy vynikající odolnost proti korozi ve sterilním prostředí, ale není chráněn před MIC napadením biofilmem Pseudomonas aeruginosa.
Tyto výsledky lze také pozorovat z polarizačních křivek na Obr.2b.Anodické větvení je spojeno s tvorbou biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakcemi oxidace kovů.Katodickou reakcí je přitom redukce kyslíku.Přítomnost P. aeruginosa významně zvýšila hustotu korozního proudu, která byla zhruba o řád vyšší než u abiotické kontroly.To naznačuje, že biofilm Pseudomonas aeruginosa zvýšil lokalizovanou korozi 2707 HDSS.Yuan et al.29 zjistili, že hustota korozního proudu slitiny Cu-Ni 70/30 byla zvýšena biofilmem Pseudomonas aeruginosa.To může být způsobeno biokatalýzou redukce kyslíku biofilmem Pseudomonas aeruginosa.Toto pozorování může také vysvětlit MIC 2707 HDSS v této práci.Aerobní biofilmy mohou také snížit obsah kyslíku pod nimi.Odmítnutí repasivace kovového povrchu kyslíkem tedy může být faktorem přispívajícím k MIC v této práci.
Dickinson a kol.38 naznačil, že rychlost chemických a elektrochemických reakcí přímo závisí na metabolické aktivitě bakterií připojených k povrchu vzorku a na povaze korozních produktů.Jak je znázorněno na obrázku 5 a tabulce 5, počet buněk a tloušťka biofilmu se po 14 dnech snížily.To lze rozumně vysvětlit skutečností, že po 14 dnech většina ukotvených buněk na povrchu 2707 HDSS zemřela v důsledku vyčerpání živin v médiu 2216E nebo uvolnění toxických kovových iontů z matrice 2707 HDSS.Toto je omezení dávkových experimentů.
V této práci biofilm Pseudomonas aeruginosa podporoval lokální depleci Cr a Fe pod biofilmem na povrchu 2707 HDSS (obr. 6).V tabulce 6 se Fe a Cr ve vzorku D snížily ve srovnání se vzorkem C, což ukazuje, že rozpouštění Fe a Cr způsobené biofilmem P. aeruginosa bylo zachováno po prvních 7 dnech.Prostředí 2216E se používá k simulaci mořského prostředí.Obsahuje 17700 ppm Cl-, což je srovnatelné s jeho obsahem v přírodní mořské vodě.Přítomnost 17700 ppm Cl- byla hlavním důvodem poklesu Cr v 7denních a 14denních nebiologických vzorcích analyzovaných pomocí XPS.Ve srovnání s testovaným vzorkem Pseudomonas aeruginosa je rozpouštění Cr v abiotickém testovacím vzorku mnohem menší díky silné odolnosti 2707 HDSS vůči chlóru v abiotickém prostředí.Na Obr.9 ukazuje přítomnost Cr6+ v pasivačním filmu.To může souviset s odstraňováním Cr z ocelových povrchů biofilmy P. aeruginosa, jak navrhují Chen a Clayton39.
V důsledku růstu bakterií byly hodnoty pH média před a po inkubaci 7,4 a 8,2.Je tedy nepravděpodobné, že by koroze organických kyselin přispěla k této práci pod biofilmy P. aeruginosa kvůli relativně vysokému pH v objemovém médiu.Hodnota pH nebiologického kontrolního média se během 14denního testovacího období významně nezměnila (z počátečních 7,4 na konečných 7,5).Zvýšení pH v inokulačním médiu po inkubaci bylo spojeno s metabolickou aktivitou Pseudomonas aeruginosa a stejný účinek na pH byl zjištěn i bez testovacího proužku.
Jak je znázorněno na Obr.7, maximální hloubka jámy způsobená biofilmem Pseudomonas aeruginosa byla 0,69 µm, což je výrazně více než v abiotickém médiu (0,02 µm).To souhlasí s výše uvedenými elektrochemickými údaji.Za stejných podmínek je hloubka jámy 0,69 µm více než desetkrát menší než hodnota 9,5 µm specifikovaná pro 2205 DSS40.Tato data ukazují, že 2707 HDSS vykazuje lepší odolnost vůči MIC než 2205 DSS.To není překvapivé, protože 2707 HDSS má vyšší hladinu Cr, což umožňuje delší pasivaci, ztěžuje depasivaci Pseudomonas aeruginosa a zahajuje proces bez škodlivého sekundárního srážení Pitting41.
Závěrem lze konstatovat, že důlková kornatění MIC bylo nalezeno na 2707 površích HDSS v bujónu Pseudomonas aeruginosa, zatímco důlkové důlky byly v abiotických médiích zanedbatelné.Tato práce ukazuje, že 2707 HDSS má lepší odolnost vůči MIC než 2205 DSS, ale není zcela imunní vůči MIC kvůli biofilmu Pseudomonas aeruginosa.Tyto výsledky pomáhají při výběru vhodných nerezových ocelí a očekávané životnosti pro mořské prostředí.
2707 vzorků HDSS poskytla School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Čína.Elementární složení 2707 HDSS je uvedeno v tabulce 1, která byla analyzována oddělením analýzy a testování materiálů na Northeastern University.Všechny vzorky byly ošetřeny na pevný roztok při 1180 °C po dobu 1 hodiny.Před korozním testováním byla mincovní ocel 2707 HDSS s exponovaným povrchem 1 cm2 vyleštěna na zrnitost 2000 brusným papírem z karbidu křemíku a poté dále leštěna 0,05 µm práškovou kaší Al2O3.Boky a dno jsou chráněny inertním nátěrem.Po vysušení byly vzorky promyty sterilní deionizovanou vodou a sterilizovány 75% (v/v) ethanolem po dobu 0,5 hodiny.Poté byly před použitím sušeny na vzduchu pod ultrafialovým (UV) světlem po dobu 0,5 hodiny.
Mořský kmen Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 byl zakoupen od Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Čína.Kapalné médium Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína) bylo použito pro kultivaci Pseudomonas aeruginosa v 250 ml baňkách a 500 ml elektrochemických skleněných kyvetách za aerobních podmínek při 37 °C.Médium obsahuje (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2C03, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr22, 0,08 SrBr22, 0,08 SrBr22, 0,08 SrBr2, 0,08 H03030,0,00 0,008 Na4F0H20PO.1,0 kvasnicového extraktu a 0,1 citrátu železa.Před inokulací autoklávujte při 121 °C po dobu 20 minut.Přisedlé a planktonické buňky byly počítány pod světelným mikroskopem za použití hemocytometru při 400x zvětšení.Počáteční koncentrace planktonických buněk P. aeruginosa bezprostředně po inokulaci byla přibližně 106 buněk/ml.
Elektrochemické testy byly prováděny v klasické tříelektrodové skleněné cele o středním objemu 500 ml.Platinová deska a nasycená kalomelová elektroda (SCE) byly připojeny k reaktoru přes Lugginovu kapiláru naplněnou solným můstkem a sloužily jako počítací a referenční elektrody.Pro vytvoření pracovní elektrody byl ke každému vzorku připojen měděný drát potažený pryží a potažen epoxidem, přičemž na jedné straně zůstalo asi 1 cm2 plochy pro pracovní elektrodu.Během elektrochemických měření byly vzorky umístěny do média 2216E a udržovány při konstantní inkubační teplotě (37 °C) ve vodní lázni.Údaje OCP, LPR, EIS a potenciální dynamické polarizace byly měřeny pomocí potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Testy LPR byly zaznamenány při rychlosti skenování 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 a 5 mV a Eocp se vzorkovací frekvencí 1 Hz.EIS byla provedena v ustáleném stavu Eocp s použitím aplikovaného napětí 5 mV se sinusoidou v frekvenčním rozsahu 0,01 až 10 000 Hz.Před potenciálním rozmítáním byly elektrody v režimu otevřeného okruhu, dokud nebylo dosaženo stabilního volného korozního potenciálu 42.S.Každý test byl opakován třikrát s a bez Pseudomonas aeruginosa.
Vzorky pro metalografickou analýzu byly mechanicky vyleštěny mokrým SiC papírem o zrnitosti 2000 a poté vyleštěny 0,05 µm práškovou suspenzí Al2O3 pro optické pozorování.Metalografická analýza byla provedena pomocí optického mikroskopu.Vzorek byl leptán 10% hmotn. roztokem hydroxidu draselného43.
Po inkubaci promyjte 3krát fyziologickým roztokem pufrovaným fosfátem (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a poté fixujte 2,5% (v/v) glutaraldehydem po dobu 10 hodin, aby se biofilm fixoval.Následná dehydratace ethanolem ve stupňovité sérii (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% a 100% objemových) před sušením vzduchem.Nakonec byl na povrch vzorku naprášen zlatý film, aby byla zajištěna vodivost pro pozorování SEM44.SEM snímky jsou zaměřeny na místo s nejvíce zavedenými buňkami P. aeruginosa na povrchu každého vzorku.Pro detekci chemických prvků byla provedena EMF analýza.Pro měření hloubky jámy byl použit Zeissův konfokální laserový skenovací mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Německo).Pro pozorování korozních důlků pod biofilmem byl testovaný vzorek nejprve vyčištěn podle čínského národního standardu (CNS) GB/T4334.4-2000, aby se odstranily korozní produkty a biofilm z povrchu testovaného vzorku.
Rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analýza pomocí monochromatického zdroje rentgenového záření (řada Al Ka ​​s energií 1500 eV a výkonem 150 W) v širokém rozsahu vazebných energií 0 pod standardními podmínkami –1350 eV.Zaznamenejte spektra s vysokým rozlišením pomocí 50 eV průchodové energie a velikosti kroku 0,2 eV.
Vyjměte inkubovaný vzorek a jemně jej promývejte PBS (pH 7,4 ± 0,2) po dobu 15 s45.K pozorování bakteriální životaschopnosti biofilmu na vzorku byl biofilm obarven pomocí LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Sada obsahuje dvě fluorescenční barviva: zelené fluorescenční barvivo SYTO-9 a červené fluorescenční barvivo propidium jodid (PI).V CLSM představují fluorescenční zelené a červené tečky živé a mrtvé buňky.Pro barvení inkubujte 1 ml směsi obsahující 3 µl SYTO-9 a 3 µl roztoku PI při pokojové teplotě (23 °C) ve tmě po dobu 20 minut.Poté byly obarvené vzorky pozorovány při dvou vlnových délkách (488 nm pro živé buňky a 559 nm pro mrtvé buňky) pomocí přístroje Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko).Změřte tloušťku biofilmu v režimu 3D skenování.
Jak citovat tento článek: Li, H. et al.Vliv mořského biofilmu Pseudomonas aeruginosa na mikrobiální korozi nerezové oceli 2707 super duplex.Věda.Dům 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozní praskání LDX 2101 duplexní nerezové oceli v chloridových roztocích v přítomnosti thiosíranu.koroze.věda.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vliv rozpouštěcího tepelného zpracování a dusíku v ochranném plynu na odolnost proti důlkové korozi superduplexních svarů nerezové oceli.koroze.věda.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Chemická srovnávací studie mikrobiálních a elektrochemických důlků v nerezové oceli 316L.koroze.věda.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG a Xiao K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích při různých hodnotách pH v přítomnosti chloridu.elektrochemie.Časopis.64, 211–220 (2012).