Effekt vum Pseudomonas aeruginosa Marine Biofilm op Mikrobieller Korrosioun vum 2707 Super Duplex Edelstol

Merci fir besicht Nature.com.Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).Zousätzlech, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Weist e Karussell vun dräi Rutschen op eemol.Benotzt d'Previous an Next Knäppercher fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen, oder benotzt d'Slider Knäppercher um Enn fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen.
Mikrobiell Korrosioun (MIC) ass e grousse Problem a ville Industrien well et zu grousse wirtschaftleche Verloschter féiere kann.Super Duplex Edelstol 2707 (2707 HDSS) gëtt a Marineëmfeld benotzt wéinst senger exzellenter chemescher Resistenz.Wéi och ëmmer, seng Resistenz géint MIC gouf net experimentell bewisen.Dës Etude iwwerpréift d'Behuele vum MIC 2707 HDSS verursaacht vun der Marine aerobe Bakterie Pseudomonas aeruginosa.Elektrochemesch Analyse huet gewisen datt an der Präsenz vum Pseudomonas aeruginosa Biofilm am 2216E Medium de Korrosiounspotenzial positiv geännert huet, an d'Korrosiounstroumdicht erhéicht.D'Resultater vun der Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) Analyse weisen eng Ofsenkung vum Cr Inhalt op der Probefläch ënner dem Biofilm.Analyse vun de Pit Biller huet gewisen datt Pseudomonas aeruginosa Biofilme eng maximal Pitdéift vun 0.69 µm no 14 Deeg Kultur produzéiert hunn.Obwuel dëst kleng ass, proposéiert et datt 2707 HDSS net komplett immun géint d'Effekter vu P. aeruginosa Biofilmen op MIC sinn.
Duplex STAINLESS Stol (DSS) ass vill an verschidden Industrien benotzt wéinst der perfekt Kombinatioun vun excellent mechanesch Eegeschaften an corrosion Resistenz1,2.Lokaliséiert Pitting kann awer nach optrieden, wat d'Integritéit vun dësem Stol 3, 4 beaflosse kann.DSS ass net géint mikrobieller Korrosioun (MIC)5,6 geschützt.Och wann d'Applikatiounspalette vun DSS ganz breet ass, ginn et nach ëmmer Ëmfeld wou d'Korrosiounsbeständegkeet vun DSS net genuch ass fir laangfristeg Notzung.Dëst bedeit datt méi deier Materialien mat méi héijer Korrosiounsbeständegkeet erfuerderlech sinn.Jeon et al.7 fonnt dass souguer super duplex STAINLESS Stol (SDSS) huet e puer Aschränkungen am Sënn vun corrosion Resistenz.Dofir gëtt et e Besoin fir Super Duplex Edelstahl (HDSS) mat méi héijer Korrosiounsbeständegkeet a bestëmmten Uwendungen.Dëst huet zu der Entwécklung vun héichlegéierten HDSS gefouert.
D'Korrosiounsbeständegkeet vun DSS gëtt vum Verhältnis vun der α-Phase zu der γ-Phas a Beräicher, déi am Cr, Mo a W niewent de sekundäre Phasen ofgeschaaft sinn, bestëmmt8,9,10.HDSS enthält en héijen Inhalt vu Cr, Mo an N11, wat et exzellent Korrosiounsbeständegkeet gëtt an en héije Wäert (45-50) gläichwäerteg Pittingresistenzwäert (PREN), deen duerch Wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo) definéiert ass + 0, 5 gew.% W) + 16 gew.%.N12.Seng exzellent Korrosiounsbeständegkeet hänkt vun enger ausgeglachener Zesummesetzung of, déi ongeféier 50% ferritesch (α) an 50% austenitesch (γ) Phasen enthält.HDSS huet verbessert mechanesch Eegeschaften a méi héich Chlor Resistenz am Verglach zu konventionell DSS13.Charakteristike vun der chemescher Korrosioun.Verbesserte Korrosiounsbeständegkeet verlängert d'Benotzung vun HDSS a méi aggressiv Chlorëmfeld wéi Marineëmfeld.
MIC ass e wesentleche Problem a ville Industrien, dorënner Ueleg a Gas a Waasserversuergung14.MIC stellt 20% vun allen Korrosiounsschued aus15.MIC ass eng bioelektrochemesch Korrosioun déi a ville Ëmfeld observéiert ka ginn16.D'Bildung vu Biofilmen op Metalloberflächen verännert d'elektrochemesch Bedéngungen an beaflosst domat de Korrosiounsprozess.Et gëtt allgemeng ugeholl datt MIC Korrosioun duerch Biofilme verursaacht gëtt14.Elektrogenesch Mikroorganismen iessen Metaller ewech fir Energie fir d'Iwwerliewe ze kréien17.Rezent MIC Studien hu gewisen datt EET (extrazellulär Elektronentransfer) de limitéierende Faktor ass fir MIC induzéiert vun elektrogene Mikroorganismen.Zhang et al.18 hunn bewisen datt Elektronenmediatoren den Elektronentransfer tëscht Desulfovibrio vulgaris sessile Zellen an 304 Edelstahl beschleunegen, wat zu méi schwéieren MIC Attacke resultéiert.Anning et al.19; Wenzlaff et al.20 hu gewisen datt Biofilme vu korrosive Sulfat-reduzéierter Bakterien (SRBs) Elektronen direkt aus Metallsubstrater absorbéiere kënnen, wat zu schwéiere Pitting resultéiert.
DSS ass bekannt fir MIC ufälleg ze sinn an Medien mat SRBs, Eisen-reduzéierende Bakterien (IRBs), etc.. 21 .Dës Bakterien verursaachen lokaliséiert Pitting op der Uewerfläch vum DSS ënner dem Biofilm22,23.Am Géigesaz zu DSS ass wéineg iwwer de MIC HDSS24 bekannt.
Pseudomonas aeruginosa ass eng Gram-negativ, beweeglech, staaffërmeg Bakterie déi wäit an der Natur verdeelt ass25.Pseudomonas aeruginosa ass och d'Haaptmikrobiota verantwortlech fir de MIC vu Stol am Marineëmfeld26.Pseudomonas Arten sinn direkt an de Korrosiounsprozesser involvéiert a ginn als éischt Kolonisatoren wärend der Biofilmbildung unerkannt27.Mahat et al.28; Yuan et al.29 huet bewisen datt Pseudomonas aeruginosa tendéiert d'Korrosiounsquote vu mëllem Stol an Legierungen an aquateschen Ëmfeld ze erhéijen.
D'Haaptziel vun dëser Aarbecht ass d'MIC Eegeschafte vun 2707 HDSS ze studéieren verursaacht vun der Marine aerobe Bakterie Pseudomonas aeruginosa mat elektrochemesche Methoden, Uewerflächenanalysemethoden a Korrosiounsproduktanalyse.Elektrochemesch Studien abegraff Open Circuit Potential (OCP), linear Polariséierungsresistenz (LPR), elektrochemesch Impedanzspektroskopie (EIS) an dynamesch Potenzial Polariséierung goufen duerchgefouert fir d'Behuele vum MIC 2707 HDSS ze studéieren.Energie dispersiv Spektroskopie (EDS) Analyse gëtt gemaach fir chemesch Elementer op korrodéierten Flächen z'entdecken.Zousätzlech gouf d'Stabilitéit vun der Oxidfilmpassivatioun ënner dem Afloss vun engem Marineëmfeld mat Pseudomonas aeruginosa duerch Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) bestëmmt.D'Tiefe vun de Gruef gouf ënner engem konfokale Laser-Scannermikroskop (CLSM) gemooss.
Tabell 1 weist d'chemesch Zesummesetzung vun 2707 HDSS.Table 2 weist datt 2707 HDSS exzellent mechanesch Eegeschafte mat enger Ausbezuelkraaft vu 650 MPa huet.Op Fig.1 weist d'optesch microstructure vun Léisung Hëtzt behandelt 2707 HDSS.Verlängerte Bande vun austeniteschen a ferriteschen Phasen ouni Secondaire Phasen kënnen an enger Mikrostruktur gesi ginn, déi ongeféier 50% austenitesch a 50% ferritesch Phasen enthält.
Op Fig.2a weist den Open Circuit Potential (Eocp) versus Beliichtungszäit fir 2707 HDSS am 2216E abiotesche Medium a Pseudomonas aeruginosa Bouillon fir 14 Deeg bei 37 ° C.Et gouf festgestallt datt déi meescht ausgeprägt Ännerungen am Eocp während den éischte 24 Stonnen geschitt sinn.Eocp Wäerter a béide Fäll sinn op ongeféier -145 mV (versus SCE) bei ongeféier 16 Stonnen eropgaang an sinn dann schaarf erofgaang op -477 mV (versus SCE) an -236 mV (versus SCE) fir net-biologesch Proben a P fir relativ SCE) Patina Blieder, respektiv.No 24 Stonnen, blouf den Eocp Wäert vun Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relativ stabil bei -228 mV (am Verglach zu SCE), während de entspriechende Wäert fir d'Net-biologesch Prouf ongeféier -442 mV war (am Verglach zu SCE).Eocp an der Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa war zimlech niddereg.
Elektrochemesch Tester vun 2707 HDSS Proben an abiotesche Medien a Pseudomonas aeruginosa Bouillon bei 37 ° C:
(a) Ännerung vun der Eocp mat Beliichtungszäit, (b) Polariséierungskurve um Dag 14, (c) Ännerung vun Rp mat Beliichtungszäit, (d) Ännerung am Korr mat Beliichtungszäit.
Table 3 weist d'elektrochemesch Korrosiounsparameter vun 2707 HDSS Echantillon ausgesat fir abiotesch a P. aeruginosa inokuléiert Medien iwwer eng Period vu 14 Deeg.Tangentiell Extrapolatioun vun den anodeschen a kathodesche Kéiren zum Kräizpunkt erlaabt d'Bestëmmung vun der Korrosiounstroumdicht (icorr), der Korrosiounspotenzial (Ecorr) an dem Tafelhang (βα a βc) no Standardmethoden30,31.
Wéi an der Figur 2b gewisen, huet d'Upward Verréckelung vun der P. aeruginosa Kéire zu enger Erhéijung vun der Ecorr am Verglach zu der abiotescher Kéire gefouert.Den icorr-Wäert vun der Probe mat Pseudomonas aeruginosa, proportional zu der Korrosiounsquote, ass op 0,328 µA cm-2 eropgaang, wat véiermol méi grouss ass wéi déi vun der net-biologescher Probe (0,087 µA cm-2).
LPR ass eng klassesch elektrochemesch Method fir net-zerstéierend ausdrécklech Analyse vu Korrosioun.Et gouf och benotzt fir MIC32 ze studéieren.Op Fig.2c weist d'Ännerung vun der Polariséierungsresistenz (Rp) ofhängeg vun der Beliichtungszäit.E méi héije Rp Wäert bedeit manner Korrosioun.Bannent den éischte 24 Stonnen huet Rp 2707 HDSS bei 1955 kΩ cm2 fir net-biologesch Exemplare an 1429 kΩ cm2 fir Pseudomonas aeruginosa Exemplare erreecht.Figur 2c weist och datt de Rp Wäert no engem Dag séier erofgaang ass an dann relativ onverännert an den nächsten 13 Deeg bliwwen ass.De Rp Wäert fir de Pseudomonas aeruginosa Test Exemplar ass ongeféier 40 kΩ cm2, wat vill méi niddereg ass wéi de 450 kΩ cm2 Wäert fir den net-biologeschen Test Exemplar.
De Wäert vun icorr ass proportional zu der eenheetlecher corrosion Taux.Säi Wäert kann aus der folgender Stern-Giri Equatioun berechent ginn:
Nach Zoe et al.33 den Tafel Hang B als typesch Wäert vun 26 mV / Dec an dëser Aarbecht geholl.Op Fig.2d weist datt d'Icorr vun der 2707 abiotescher Stamm relativ stabil bliwwen ass, während d'Icorr vun der Pseudomonas aeruginosa Band staark mat engem grousse Sprong no den éischte 24 Stonnen schwankt.Den icorr Wäert vun der Pseudomonas aeruginosa Test Echantillon war eng Uerdnung vun Magnitude méi héich wéi déi vun der Net-biologescher Kontroll.Dësen Trend ass konsequent mat de Resultater vun der Polariséierungsresistenz.
EIS ass eng aner net-zerstéierend Method déi benotzt gëtt fir elektrochemesch Reaktiounen op enger Korrosiounsinterface ze charakteriséieren34.Impedanzspektre a Kapazitanzberechnunge vu Sträifen, déi op abiotesch Medien a Léisunge vu Pseudomonas aeruginosa ausgesat sinn, Rb ass d'Resistenz vum Passiv / Biofilm geformt op der Uewerfläch vum Sträif, Rct ass d'Ladentransferresistenz, Cdl ass déi elektresch Duebelschicht.) an QCPE konstant Phase Element (CPE) Parameteren.Dës Parameteren goufen weider analyséiert andeems d'Daten mat engem gläichwäertege elektresche Circuit (EWG) Modell vergläicht.
Op Fig.3 weist typesch Nyquist Komplott (a an b) an Bode Komplott (a 'a b') vun 2707 HDSS Echantillon an abiotic Medien an Pseudomonas aeruginosa Bouillon bei verschiddenen incubation mol.An der Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa fällt den Duerchmiesser vun der Nyquist Loop erof.D'Bode Komplott (Fig. 3b ') weist d'Erhéijung vun total impedance.Informatioun iwwer d'Entspanungszäitkonstant kann aus Phase Maxima kritt ginn.Op Fig.4 weist déi physesch Strukturen an déi entspriechend EEC op Basis vun enger eenzeger Schicht (a) an Zwee-Schicht (b).CPE gëtt an den EEC Modell agefouert.Seng Admissioun an Impedanz ginn wéi follegt ausgedréckt:
Zwee kierperlech Modeller an entspriechend gläichwäerteg Kreesleef fir den 2707 HDSS Coupon Impedanz Spektrum ze passen:
Wou Y0 d'Gréisst vum CPE ass, j ass déi imaginär Zuel oder (−1) 1/2, ω ass d'Wénkelfrequenz, an n ass de CPE Kraaftfaktor manner wéi 135.D'Laaschttransferresistenz Inversioun (dh 1 / Rct) entsprécht der Korrosiounsquote.E méi nidderegen Rct Wäert bedeit e méi héije Korrosiounsquote27.No 14 Deeg vun der Inkubatioun erreecht de Rct vun der Testprobe vu Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, wat vill manner ass wéi d'489 kΩ cm2 vun der net-biologescher Testprobe (Table 4).
CLSM Biller an SEM Biller an Fig.5 weisen kloer datt d'Biofilmdeckung op der Uewerfläch vum HDSS Probe 2707 no 7 Deeg ganz dicht war.Wéi och ëmmer, no 14 Deeg ass d'Biofilmbeschichtung schaarf ginn an e puer doudeg Zellen erschéngen.Table 5 weist d'Biofilmdicke vun 2707 HDSS Echantillon no 7 a 14 Deeg Belaaschtung fir Pseudomonas aeruginosa.Déi maximal Biofilmdicke huet sech vun 23,4 µm no 7 Deeg op 18,9 µm no 14 Deeg geännert.Déi duerchschnëttlech Biofilmdicke huet och dësen Trend bestätegt.Et ass vun 22,2 ± 0,7 μm no 7 Deeg op 17,8 ± 1,0 μm no 14 Deeg erofgaang.
(a) 3-D CLSM Bild op 7 Deeg, (b) 3-D CLSM Bild op 14 Deeg, (c) SEM Bild op 7 Deeg, an (d) SEM Bild op 14 Deeg.
EMF huet chemesch Elementer a Biofilm a Korrosiounsprodukter op Proben opgedeckt, déi op Pseudomonas aeruginosa fir 14 Deeg ausgesat waren.Op Fig.Figure 6 weist datt den Inhalt vu C, N, O, P an de Biofilm a Korrosiounsprodukter vill méi héich ass wéi a purem Metall, well dës Elementer mam Biofilm a seng Metaboliten verbonne sinn.Mikroorganismen erfuerderen nëmme Spuermengen Cr a Fe.Den héije Inhalt vu Cr a Fe an de Biofilm a Korrosiounsprodukter op der Uewerfläch vun der Probe weisen op de Verloscht vun Elementer an der Metallmatrix als Resultat vu Korrosioun.
No 14 Deeg goufen Pitzen mat an ouni P. aeruginosa am mëttel 2216E observéiert.Virun Inkubatioun war d'Uewerfläch vun de Proben glat an ouni Mängel (Fig. 7a).No der Inkubatioun an der Entfernung vu Biofilm a Korrosiounsprodukter, goufen déi déifste Gruef op der Uewerfläch vun der Probe mat CLSM iwwerpréift, wéi am Lalumi 7b an c.Keen offensichtleche Pitting gouf op der Uewerfläch vun der net-biologescher Kontroll fonnt (maximal Pitdéift 0,02 µm).Déi maximal Pitdéift verursaacht duerch Pseudomonas aeruginosa war 0.52 µm no 7 Deeg an 0.69 µm no 14 Deeg, baséiert op der duerchschnëttlecher maximaler Pitdéift vun 3 Proben (10 maximal Pitdéiften goufen fir all Probe ausgewielt) an erreecht 0.42 ± 0.12 .an 0,52 ± 0,15 µm respektiv (Table 5).Dës Dimple Déift Wäerter si kleng awer wichteg.
(a) virun der Beliichtung;(b) 14 Deeg an engem abiotesche Ëmfeld;(c) 14 Deeg an P. aeruginosa Bouillon.
Op Fig.Table 8 weist d'XPS Spektre vu verschiddene Proufflächen, an d'Chemie, déi fir all Uewerfläch analyséiert gëtt, gëtt an Table 6. An Table 6. An Table 6 waren d'Atomprozentsätz vu Fe a Cr vill méi niddereg an der Präsenz vu P. aeruginosa (Proben A a B) ) wéi an den net-biologesche Kontrollstreifen.(Proben C an D).Fir eng Probe vu Pseudomonas aeruginosa gouf d'Cr 2p Kärniveau Spektralkurve op véier Peakkomponente mat verbindlechen Energien (BE) vu 574.4, 576.6, 578.3 an 586.8 eV gepasst, déi zu Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr (OH) zougewisen goufen. 3, respektiv (Fig. 9a a b).Fir netbiologesch Echantillon sinn d'Spektra vum Kärniveau Cr 2p a Fig.9c an d enthalen déi zwee Haaptpeaks vu Cr (BE 573.80 eV) an Cr2O3 (BE 575.90 eV), respektiv.Deen opfällegsten Ënnerscheed tëscht dem abiotesche Coupon an dem P. aeruginosa Coupon war d'Präsenz vu Cr6+ an eng relativ héich Fraktioun vu Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) ënner dem Biofilm.
Breet Uewerfläch XPS Spektrum vun 2707 HDSS Echantillon an zwee Medien fir 7 a 14 Deeg, respektiv.
(a) 7 Deeg P. aeruginosa Beliichtung, (b) 14 Deeg P. aeruginosa Beliichtung, (c) 7 Deeg abiotesch Beliichtung, (d) 14 Deeg abiotesch Beliichtung.
HDSS weist en héije Niveau vu Korrosiounsbeständegkeet an de meeschten Ëmfeld.Kim et al.2 gemellt dass HDSS UNS S32707 als héich dotéiert DSS identifizéiert gouf mat PREN méi grouss wéi 45. D'PREN Wäert vun HDSS Prouf 2707 an dëser Aarbecht war 49. Dëst ass wéinst dem héije Cr Inhalt an héich Niveau vun Mo an Ni, déi nëtzlech sinn an sauerem Ëmfeld an Ëmfeld mat engem héijen Inhalt vu Chloriden.Zousätzlech bitt déi gutt equilibréiert Zesummesetzung an defektfräi Mikrostruktur strukturell Stabilitéit a Korrosiounsbeständegkeet.Trotz exzellenter chemescher Resistenz weisen d'experimentell Daten an dëser Aarbecht datt 2707 HDSS net komplett immun ass géint Pseudomonas aeruginosa Biofilm MICs.
Elektrochemesch Resultater weisen datt d'Korrosiounsquote vun 2707 HDSS am Pseudomonas aeruginosa Bouillon wesentlech no 14 Deeg verglach mam net-biologeschen Ëmfeld eropgaang ass.An der Figur 2a, war eng Ofsenkung vun Eocp souwuel am abiotic mëttel- an P. aeruginosa Bouillon während den éischte 24 Stonnen observéiert.Duerno ass de Biofilm fäerdeg mat der Uewerfläch vun der Probe ze decken an Eocp gëtt relativ stabil.Wéi och ëmmer, de bioteschen Eocp Niveau war vill méi héich wéi den abiotesche Eocp Niveau.Et gi Grënn ze gleewen datt dësen Ënnerscheed mat der Bildung vu P. aeruginosa Biofilmen assoziéiert ass.Op Fig.2g, erreecht den icorr Wäert vun 2707 HDSS 0.627 µA cm-2 an der Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa, wat eng Uerdnung vun der Gréisst méi héich ass wéi déi vun der net-biologescher Kontroll (0.063 µA cm-2), wat konsequent mat der Rct ass. EIS gemooss.Während den éischten Deeg sinn d'Impedanzwäerter an der P. aeruginosa Bouillon eropgaang wéinst der Befestegung vu P. aeruginosa Zellen a Biofilmbildung.Wéi och ëmmer, d'Impedanz fällt wann de Biofilm d'Probefläche komplett ofdeckt.D'Schutzschicht gëtt haaptsächlech duerch d'Bildung vu Biofilm a Biofilm Metaboliten attackéiert.Dofir fällt d'Korrosiounsbeständegkeet mat der Zäit erof, an Depositioune vu Pseudomonas aeruginosa verursaachen lokaliséierter Korrosioun.D'Trends an abiotesch Ëmfeld sinn ënnerschiddlech.D'Korrosiounsbeständegkeet vun der net-biologescher Kontroll war vill méi héich wéi de entspriechende Wäert vun de Proben, déi op Pseudomonas aeruginosa Bouillon ausgesat waren.Zousätzlech, fir abiotesch Echantillon, erreecht de Rct 2707 HDSS Wäert 489 kΩ cm2 Dag 14, wat 15 Mol méi héich ass wéi an der Präsenz vun Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Also huet 2707 HDSS exzellent Korrosiounsbeständegkeet an engem sterile Ëmfeld, awer ass net geschützt vum MIC Attack vum Pseudomonas aeruginosa Biofilm.
Dës Resultater kënnen och aus de Polariséierungskurven a Fig.2b vun.Anod Verzweigung ass mat Pseudomonas aeruginosa Biofilmbildung a Metalloxidatiounsreaktiounen assoziéiert.Zur selwechter Zäit ass d'kathodesch Reaktioun d'Reduktioun vum Sauerstoff.D'Präsenz vu P. aeruginosa huet d'Korrosiounstroumdensitéit wesentlech erhéicht, déi ongeféier eng Uerdnung méi héich war wéi an der abiotescher Kontroll.Dëst huet uginn datt de Pseudomonas aeruginosa Biofilm déi lokaliséiert Korrosioun vum 2707 HDSS verbessert huet.Yuan et al.29 fonnt datt d'Korrosiounsstroumdicht vun enger 70/30 Cu-Ni Legierung duerch Pseudomonas aeruginosa Biofilm erhéicht gouf.Dëst kann wéinst der Biokatalyse vu Sauerstoffreduktioun duerch Pseudomonas aeruginosa Biofilm sinn.Dës Observatioun kann och de MIC 2707 HDSS an dësem Wierk erklären.Aerobe Biofilme kënnen och de Sauerstoffgehalt ënner hinnen reduzéieren.Also kann de Refus fir d'Metalloberfläche mat Sauerstoff ze repassivéieren e Faktor sinn, deen zu MIC bei dëser Aarbecht bäidréit.
Dickinson et al.38 huet virgeschloen datt den Taux vu chemeschen an elektrochemesche Reaktiounen direkt vun der metabolescher Aktivitéit vu Bakterien hänkt, déi un der Probefläche befestegt sinn an vun der Natur vun de Korrosiounsprodukter.Wéi an der Figur 5 an Table 5 gewisen, ass d'Zuel vun den Zellen an der Biofilmdicke no 14 Deeg ofgeholl.Dëst kann raisonnabel erkläert ginn duerch d'Tatsaach, datt no 14 Deeg déi meescht vun den verankerte Zellen op der 2707 HDSS Uewerfläch stierwen wéinst Nährstoffverarmung am 2216E Medium oder Verëffentlechung vun gëftege Metallionen aus der 2707 HDSS Matrix.Dëst ass eng Begrenzung vu Batch Experimenter.
An dëser Aarbecht, e Pseudomonas aeruginosa Biofilm gefördert lokal Ausschöpfung vun Cr a Fe ënnert der Biofilm op der Uewerfläch vun 2707 HDSS (Fig. 6).An Table 6, Fe an Cr ofgeholl an Prouf D am Verglach zu Prouf C, beweist, datt Fe an Cr Opléisung vun der P. aeruginosa biofilm verursaacht gouf no den éischten 7 Deeg erhale bleiwen.D'2216E Ëmfeld gëtt benotzt fir d'Marineëmfeld ze simuléieren.Et enthält 17700 ppm Cl-, wat mat hirem Inhalt am natierleche Mierwaasser vergläichbar ass.D'Präsenz vun 17700 ppm Cl- war den Haaptgrond fir d'Ofsenkung vun Cr an 7-Dag a 14-Dag net-biologesch Echantillon vun XPS analyséiert.Am Verglach zum Testprobe vu Pseudomonas aeruginosa ass d'Opléisung vum Cr an der abiotescher Testprobe vill manner wéinst der staarker Resistenz vum 2707 HDSS géint Chlor am abiotesche Ëmfeld.Op Fig.9 weist d'Präsenz vu Cr6+ am passivéierende Film.Dëst kann mat der Entfernung vu Cr aus Stahloberfläche vu P. aeruginosa Biofilme verbonne sinn, wéi vu Chen a Clayton39 proposéiert.
Wéinst bakterielle Wuesstum waren d'PH Wäerter vum Medium virun an no der Inkubatioun 7,4 respektiv 8,2.Also ass d'Korrosioun vun organeschen Säuren onwahrscheinlech zu dëser Aarbecht ënner P. aeruginosa Biofilme bäidroen wéinst dem relativ héije pH am Bulkmedium.Den pH vum net-biologesche Kontrollmedium huet sech net wesentlech geännert (vum initialen 7.4 bis endgülteg 7.5) während der 14 Deeg Testperiod.D'Erhéijung vum pH am Inokulummedium no der Inkubatioun war mat der metabolescher Aktivitéit vu Pseudomonas aeruginosa assoziéiert, an deeselwechten Effekt op pH gouf fonnt an der Verontreiung vum Teststreifen.
Wéi an der Fig.7, war déi maximal Pitdéift verursaacht vum Pseudomonas aeruginosa Biofilm 0,69 µm, wat wesentlech méi grouss ass wéi am abiotesche Medium (0,02 µm).Dëst stëmmt mat den uewe genannten elektrochemeschen Donnéeën.Ënnert deene selwechte Bedéngungen ass d'Groptiefe vun 0,69 µm méi wéi zéng Mol méi kleng wéi den 9,5 µm Wäert, dee fir 2205 DSS40 spezifizéiert ass.Dës Donnéeë weisen datt 2707 HDSS besser Resistenz géint MICs wéi 2205 DSS weist.Dëst ass net iwwerraschend well 2707 HDSS e méi héije Cr Niveau huet, wat méi laang Passivatioun erlaabt, Pseudomonas aeruginosa méi schwéier mécht ze depassivéieren, a fänkt de Prozess un ouni schiedlech sekundär Nidderschlag Pitting41.
Als Schlussfolgerung gouf MIC Pitting op 2707 HDSS Flächen an Pseudomonas aeruginosa Bouillon fonnt, während Pitting vernoléisseg an abiotesche Medien war.Dës Aarbecht weist datt 2707 HDSS besser Resistenz géint MIC huet wéi 2205 DSS, awer et ass net komplett immun géint MIC wéinst Pseudomonas aeruginosa Biofilm.Dës Resultater hëllefen bei der Auswiel vu passenden Edelstahl a Liewenserwaardung fir d'Marine Ëmfeld.
D'2707 HDSS Proben goufen vun der School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, China geliwwert.D'Elemental Zesummesetzung vum 2707 HDSS gëtt an der Tabell 1 gewisen, déi vun der Materials Analysis and Testing Department vun der Northeastern University analyséiert gouf.All Echantillon goufen fir fest Léisung bei 1180 ° C fir 1 Stonn behandelt.Virun der Korrosiounsprüfung gouf 2707 HDSS Mënzstahl mat enger exponéierter Uewerfläch vun 1 cm2 op 2000 Grit mat Siliziumkarbid Sandpapier poléiert an duerno weider mat enger 0,05 µm Al2O3 Pulverschlümmung poléiert.D'Säiten an ënnen sinn mat inert Lack geschützt.No der Trocknung goufen d'Proben mat sterilem deioniséierte Waasser gewascht a mat 75% (v/v) Ethanol fir 0,5 h steriliséiert.Si goufen dann ënner ultraviolet (UV) Liicht fir 0,5 h virum Gebrauch an der Loft getrocknegt.
Marine Stamm Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 gouf vun Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China kaaft.Marine 2216E Flëssegket Medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) gouf benotzt fir Pseudomonas aeruginosa an 250 ml Flaschen an 500 ml elektrochemesche Glaszellen ënner aerobe Bedéngungen bei 37 ° C ze kultivéieren.Medium enthält (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 SrBr02, 0,08 SrBr02, 0,03 08, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 Hefextrakt an 0,1 Eisencitrat.Autoklave bei 121 ° C fir 20 min virun der Impfung.Sessile a planktonesch Zellen goufen ënner engem Liichtmikroskop mat engem Hämozytometer bei 400x Vergréisserung gezielt.Déi initial Konzentratioun vu planktonesche P. aeruginosa Zellen direkt no der Impfung war ongeféier 106 Zellen /ml.
Elektrochemesch Tester goufen an enger klassescher Dräi-Elektrode-Glaszelle mat engem mëttleren Volume vu 500 ml duerchgefouert.E Platinplack an eng gesättigte Kalomelelektrode (SCE) goufe mam Reakter duerch eng Luggin-Kapillar verbonne mat enger Salzbréck gefëllt an als Konter- a Referenzelektroden gedéngt, respektiv.Fir d'Aarbechtselektrode ze kreéieren, gouf Gummi-beschichtete Kupferdrot un all Probe befestegt a mat Epoxy beschichtet, ongeféier 1 cm2 Uewerfläch op enger Säit fir d'Aarbechtselektrode verlooss.Wärend elektrochemesche Miessunge goufen d'Proben am 2216E Medium plazéiert a bei enger konstanter Inkubatiounstemperatur (37 ° C) an engem Waasserbad gehal.OCP, LPR, EIS a potenziell dynamesch Polariséierungsdaten goufen mat engem Autolab Potentiostat gemooss (Referenz 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR Tester goufen op engem Scan Taux vun 0,125 mV s-1 am -5 an 5 mV Beräich an Eocp mat engem Sampling Taux vun 1 Hz opgeholl.EIS gouf am steady state Eocp mat enger ugewandter Spannung vu 5 mV mat engem Sinusoid iwwer eng Frequenzbereich vun 0,01 bis 10.000 Hz gemaach.Virum Potentialsweep waren d'Elektroden am Open Circuit Modus bis e stabile fräie Korrosiounspotenzial vu 42 erreecht gouf.Mat.All Test gouf dräimol widderholl mat an ouni Pseudomonas aeruginosa.
Echantillon fir metallographesch Analyse goufen mechanesch poléiert mat 2000 Grit naass SiC Pabeier an dann poléiert mat engem 0.05 µm Al2O3 Pudder slurry fir opteschen Observatioun.Metallographesch Analyse gouf mat engem opteschen Mikroskop gemaach.D'Probe gouf mat 10 wt% Kaliumhydroxid Léisung43 geätzt.
No Inkubatioun, wäschen 3 Mol mat phosphate gebufferten Salins (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) an dann fix mat 2,5% (v / v) glutaraldehyde fir 10 Stonnen de biofilm ze fixéieren.Spéider Dehydratioun mat Ethanol an enger Schrëtt Serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% an 100% vum Volume) virum Lofttrocknung.Endlech gouf e Goldfilm op d'Uewerfläch vun der Probe gesputtert fir d'Konduktivitéit fir d'SEM44 Observatioun ze bidden.D'SEM Biller sinn op der Plaz konzentréiert mat de meeschte etabléiert P. aeruginosa Zellen op der Uewerfläch vun all Prouf.EMF Analyse gouf duerchgefouert fir chemesch Elementer z'entdecken.Fir d'Tiefe vum Gruef ze moossen, gouf e Zeiss konfokale Laser-Scannermikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Däitschland) benotzt.Fir Korrosiounsgruef ënner dem Biofilm ze beobachten, gouf d'Testprobe fir d'éischt gebotzt no dem Chinese National Standard (CNS) GB / T4334.4-2000 fir Korrosiounsprodukter a Biofilm vun der Uewerfläch vum Testprobe ze entfernen.
Röntgenfotoelektronespektroskopie (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) Analyse mat enger monochromatesch Röntgenquell (Al Kα Linn mat enger Energie vun 1500 eV an enger Kraaft vun 150 W) an enger breet Palette vu verbindlechen Energien 0 ënner de Standardbedéngungen vun -1350 eV.Rekord héich Opléisung Spektrum benotzt 50 eV Pass Energie an 0,2 eV Schrëtt Gréisst.
Ewechzehuelen der incubated Prouf a sanft wäschen et mat PBS (pH 7,4 ± 0,2) fir 15 s45.Fir d'bakteriell Viabilitéit vum Biofilm op der Probe ze beobachten, gouf de Biofilm mat dem LIVE / DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, ODER, USA) gefierft.De Kit enthält zwee fluorescent Faarfstoffer: SYTO-9 gréng fluorescent Faarf a Propidium Jodid (PI) rout fluorescent Faarf.Am CLSM representéieren fluoreszent gréng a rout Punkte lieweg an dout Zellen, respektiv.Fir d'Faarwen, inkubéiert 1 ml vun enger Mëschung mat 3 µl SYTO-9 an 3 µl PI Léisung bei Raumtemperatur (23 ° C) am Däischteren fir 20 Minutten.Duerno goufen déi gefierft Echantillon op zwou Wellelängten (488 nm fir liewen Zellen a 559 nm fir dout Zellen) mat engem Nikon CLSM Apparat (C2 Plus, Nikon, Japan) observéiert.Mooss d'Biofilmdicke am 3-D Scannen Modus.
Wéi zitéiert dësen Artikel: Li, H. et al.Effekt vum Pseudomonas aeruginosa Marine Biofilm op mikrobieller Korrosioun vum 2707 Super Duplex Edelstol.Wëssenschaft.Haus 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stresskorrosiounsrëss vum LDX 2101 Duplex Edelstahl an Chlorléisungen an der Präsenz vun Thiosulfat.corrosion.d'Wëssenschaft.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH.corrosion.d'Wëssenschaft.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. an Lewandowski, Z. Eng chemesch Comparativ Studie vu mikrobiellen an elektrochemesche Pitting am 316L Edelstahl.corrosion.d'Wëssenschaft.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG a Xiao K. Elektrochemescht Verhalen vum 2205 Duplex Edelstol an alkalesche Léisungen bei verschiddene pH-Wäerter an der Präsenz vu Chlorid.elektrochemie.Journal.64, 211–220 (2012).