Pseudomonas aeruginosa теңіз биофильмінің 2707 супер дуплексті баспайтын болаттан жасалған микробтық коррозияға әсері

Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бірден үш слайдтан тұратын карусельді көрсетеді.Бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін «Алдыңғы» және «Келесі» түймелерін пайдаланыңыз немесе бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін соңында сырғытпа түймелерін пайдаланыңыз.
Микробтық коррозия (МИК) көптеген салаларда үлкен проблема болып табылады, себебі ол үлкен экономикалық шығындарға әкелуі мүмкін.Супер дуплексті тот баспайтын болат 2707 (2707 HDSS) тамаша химиялық төзімділігіне байланысты теңіз орталарында қолданылады.Алайда оның MIC-ке төзімділігі тәжірибе жүзінде көрсетілмеген.Бұл зерттеу Pseudomonas aeruginosa теңіз аэробты бактериясынан туындаған MIC 2707 HDSS әрекетін зерттеді.Электрохимиялық талдау 2216E ортада Pseudomonas aeruginosa биоқабықшасы болған жағдайда коррозия потенциалы оң өзгергенін, ал коррозия тоғының тығыздығы жоғарылағанын көрсетті.Рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) талдауының нәтижелері биопленка астындағы үлгі бетіндегі Cr мазмұнының төмендеуін көрсетті.Шұңқыр кескіндерін талдау Pseudomonas aeruginosa биофильмдері 14 күн өсіруден кейін 0,69 мкм максималды шұңқыр тереңдігін түзетінін көрсетті.Бұл аз болса да, бұл 2707 HDSS P. aeruginosa биоқабықшаларының MIC-ге әсерінен толықтай иммунитетке ие емес екенін көрсетеді.
Дуплексті тот баспайтын болат (DSS) тамаша механикалық қасиеттер мен коррозияға төзімділіктің тамаша үйлесімі арқасында әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады1,2.Дегенмен, локализацияланған шұңқырлар әлі де болуы мүмкін, бұл осы болаттың тұтастығына әсер етуі мүмкін 3, 4 .DSS микробтық коррозиядан (MIC) қорғалмаған5,6.DSS қолдану аясы өте кең болғанымен, ұзақ мерзімді пайдалану үшін DSS коррозияға төзімділігі жеткіліксіз орталар әлі де бар.Бұл коррозияға төзімділігі жоғары қымбатырақ материалдар қажет екенін білдіреді.Jeon et al.7 тіпті супер дуплексті тот баспайтын болаттан (SDSS) коррозияға төзімділік тұрғысынан кейбір шектеулер бар екенін анықтады.Сондықтан кейбір қолданбаларда коррозияға төзімділігі жоғары супер дуплексті баспайтын болаттар (HDSS) қажет.Бұл жоғары легірленген HDSS-тің дамуына әкелді.
DSS коррозияға төзімділігі α-фазаның γ-фазаға қатынасымен және қайталама фазаларға іргелес Cr, Mo және W-де таусылған аудандармен анықталады8,9,10.HDSS құрамында Cr, Mo және N11 жоғары мазмұны бар, бұл оған тамаша коррозияға төзімділік пен жоғары мәнді (45-50) эквивалентті шұңқырға төзімділік мәнін (PREN) береді, ол масса% Cr + 3,3 (мас.% Mo) анықталады. + 0, 5 масса % W) + 16 масса %.N12.Оның тамаша коррозияға төзімділігі шамамен 50% феррит (α) және 50% аустениттік (γ) фазалары бар теңдестірілген құрамға байланысты.HDSS стандартты DSS13-пен салыстырғанда жақсартылған механикалық қасиеттерге және жоғары хлорға төзімділікке ие.Химиялық коррозияның сипаттамасы.Жақсартылған коррозияға төзімділік теңіз ортасы сияқты агрессивті хлоридті орталарда HDSS пайдалануды кеңейтеді.
MIC көптеген салаларда, соның ішінде мұнай-газ және сумен қамтамасыз ету14 маңызды проблема болып табылады.MIC барлық коррозиялық зақымдардың 20% құрайды15.MIC – көптеген орталарда байқалатын биоэлектрохимиялық коррозия16.Металл беттерінде биофильмдердің пайда болуы электрохимиялық жағдайларды өзгертеді және осылайша коррозия процесіне әсер етеді.MIC коррозиясы биоқабықшалардан туындайтыны жалпы қабылданған14.Электрогенді микроорганизмдер өмір сүру үшін энергия алу үшін металдарды жейді17.Соңғы MIC зерттеулері EET (клеткадан тыс электрон тасымалдау) электрогендік микроорганизмдермен индукцияланған MIC үшін шектеуші фактор екенін көрсетті.Чжан және т.б.18 электронды медиаторлардың Desulfovibrio vulgaris отырықсыз жасушалары мен 304 баспайтын болат арасындағы электрондарды тасымалдауды жеделдететінін көрсетті, нәтижесінде MIC шабуылы ауыр болады.Аннинг және т.б.19 және Wenzlaff et al.20 коррозиялық сульфатты төмендететін бактериялардың (SRBs) биоқабықшалары электрондарды металл субстраттардан тікелей сіңіре алатынын көрсетті, нәтижесінде қатты шұңқыр пайда болады.
DSS құрамында SRBs, темірді төмендететін бактериялар (IRBs) және т.б. бар орталарда MIC-ке сезімтал екені белгілі. 21 .Бұл бактериялар биофильмнің астындағы DSS бетінде локализацияланған шұңқырларды тудырады22,23.DSS-тен айырмашылығы, MIC HDSS24 туралы аз мәлімет бар.
Pseudomonas aeruginosa – табиғатта кең таралған грамтеріс, қозғалғыш, таяқша тәрізді бактерия25.Pseudomonas aeruginosa сонымен қатар теңіз ортасындағы болаттың MIC үшін жауапты негізгі микробиота болып табылады26.Pseudomonas түрлері коррозия процестеріне тікелей қатысады және биопленка түзу кезінде алғашқы колонизаторлар ретінде танылады27.Махат және т.б.28 және Юан және т.б.29 Pseudomonas aeruginosa су ортасындағы жұмсақ болат пен қорытпалардың коррозия жылдамдығын арттыруға бейім екенін көрсетті.
Бұл жұмыстың негізгі мақсаты электрохимиялық әдістерді, беттік талдау әдістерін және коррозия өнімдерін талдауды қолдана отырып, Pseudomonas aeruginosa теңіз аэробты бактериясы тудыратын 2707 HDSS MIC қасиеттерін зерттеу болып табылады.MIC 2707 HDSS әрекетін зерттеу үшін ашық тізбек потенциалы (OCP), сызықтық поляризация кедергісі (LPR), электрохимиялық кедергі спектроскопиясы (EIS) және динамикалық потенциал поляризациясын қамтитын электрохимиялық зерттеулер жүргізілді.Коррозияға ұшыраған беттердегі химиялық элементтерді анықтау үшін энергетикалық дисперсиялық спектроскопия (EDS) талдауы орындалады.Сонымен қатар, Pseudomonas aeruginosa бар теңіз ортасының әсерінен оксидті қабықша пассивациясының тұрақтылығы рентгендік фотоэлектрондық спектроскопиямен (XPS) анықталды.Шұңқырлардың тереңдігі конфокальды лазерлік сканерлеу микроскопында (CLSM) өлшенді.
1-кестеде 2707 HDSS химиялық құрамы көрсетілген.2-кестеде 2707 HDSS аққыштығы 650 МПа болатын тамаша механикалық қасиеттерге ие екендігі көрсетілген.Суретте.1 2707 HDSS термиялық өңделген ерітіндінің оптикалық микроқұрылымын көрсетеді.Аустениттік және ферритті фазалардың қайталама фазалары жоқ ұзартылған жолақтарын шамамен 50% аустениттік және 50% ферритті фазалардан тұратын микроқұрылымда көруге болады.
Суретте.2а 2216E абиотикалық ортада және Pseudomonas aeruginosa сорпасында 37°C температурада 14 күн ішінде 2707 HDSS үшін экспозиция уақытына қарсы ашық контур потенциалын (Eocp) көрсетеді.Eocp-тің ең айқын өзгерістері алғашқы 24 сағат ішінде болғаны анықталды.Екі жағдайда да Eocp мәндері шамамен 16 сағатта шамамен -145 мВ (SCE қарсы) шыңына жетті, содан кейін биологиялық емес үлгілер үшін -477 мВ (SCE қарсы) және -236 мВ (SCE қарсы) және салыстырмалы үшін P күрт төмендеді. SCE) сәйкесінше патина жапырақтары.24 сағаттан кейін Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS Eocp мәні -228 мВ (SCE-мен салыстырғанда) салыстырмалы түрде тұрақты болып қалды, ал биологиялық емес үлгі үшін сәйкес мән шамамен -442 мВ болды (SCE-мен салыстырғанда).Pseudomonas aeruginosa болған кезде Eocp айтарлықтай төмен болды.
Абиотикалық ортада және Pseudomonas aeruginosa сорпасында 2707 HDSS үлгілерін 37°C температурада электрохимиялық сынау:
(а) әсер ету уақытымен Eocp өзгеруі, (b) 14-ші күндегі поляризация қисығы, (c) әсер ету уақытымен Rp өзгеруі, (d) экспозиция уақытымен коррдың өзгеруі.
3-кесте 14 күн ішінде абиотикалық және P. aeruginosa егілген орталардың әсеріне ұшыраған 2707 HDSS үлгілерінің электрохимиялық коррозия параметрлерін көрсетеді.Анодтық және катодтық қисықтардың қиылысу нүктесіне тангенциалды экстраполяциясы стандартты әдістерге сәйкес коррозия тоғының тығыздығын (icorr), коррозия потенциалын (Ecorr) және Тафель еңісін (βα және βc) анықтауға мүмкіндік берді30,31.
2b-суретте көрсетілгендей, P. aeruginosa қисығының жоғары ығысуы абиотикалық қисықпен салыстырғанда Экоррдың жоғарылауына әкелді.Құрамында Pseudomonas aeruginosa бар үлгінің коррозия жылдамдығына пропорционалды дұрыс мәні 0,328 мкА см-2 дейін өсті, бұл биологиялық емес үлгінің (0,087 мкА см-2) көрсеткішінен төрт есе жоғары.
LPR - коррозияның бұзылмайтын экспресс талдауының классикалық электрохимиялық әдісі.Ол сонымен қатар MIC32 зерттеу үшін пайдаланылды.Суретте.2c экспозиция уақытына байланысты поляризация кедергісінің (Rp) өзгеруін көрсетеді.Жоғары Rp мәні аз коррозияны білдіреді.Алғашқы 24 сағат ішінде Rp 2707 HDSS биологиялық емес үлгілер үшін 1955 кОм см2 және Pseudomonas aeruginosa үлгілері үшін 1429 кОм см2 шегіне жетті.2c суреті сонымен қатар Rp мәні бір күннен кейін тез төмендегенін, содан кейін келесі 13 күнде салыстырмалы түрде өзгеріссіз қалғанын көрсетеді.Pseudomonas aeruginosa сынақ үлгісі үшін Rp мәні шамамен 40 кОм см2 құрайды, бұл биологиялық емес сынақ үлгісі үшін 450 кОм см2 мәнінен әлдеқайда төмен.
icorr мәні біркелкі коррозия жылдамдығына пропорционал.Оның мәнін келесі Стерн-Гири теңдеуінен есептеуге болады:
Zoe және т.б.33 Бұл жұмыста 26 мВ/дек типтік мән ретінде Тафельдің В еңісі қабылданды.Суретте.2d 2707 абиотикалық штаммының iccorr салыстырмалы түрде тұрақты болып қалғанын көрсетеді, ал Pseudomonas aeruginosa жолағының icorrы алғашқы 24 сағаттан кейін үлкен секіріспен қатты ауытқиды.Pseudomonas aeruginosa сынамасының iccorr мәні биологиялық емес бақылауға қарағанда үлкен дәрежеде болды.Бұл тенденция поляризацияға төзімділік нәтижелеріне сәйкес келеді.
EIS - коррозия интерфейсіндегі электрохимиялық реакцияларды сипаттау үшін қолданылатын басқа бұзбайтын әдіс34.Абиотикалық орталарға және Pseudomonas aeruginosa ерітінділеріне ұшыраған жолақтардың кедергі спектрлері мен сыйымдылық есептеулері, Rb – жолақ бетінде пайда болған пассивті/биопласттың кедергісі, Rct – зарядты тасымалдау кедергісі, Cdl – электрлік қос қабат.) және QCPE тұрақты фазалық элемент (CPE) параметрлері.Бұл параметрлер деректерді эквивалентті электр тізбегінің (ЕЭК) үлгісімен салыстыру арқылы қосымша талданды.
Суретте.3 абиотикалық ортадағы және Pseudomonas aeruginosa сорпасында әртүрлі инкубация уақыттарында 2707 HDSS үлгілерінің типтік Nyquist графиктерін (a және b) және Bode графиктерін (a' және b') көрсетеді.Pseudomonas aeruginosa болған кезде Nyquist ілмегі диаметрі азаяды.Bode графигі (3b'-сурет) жалпы кедергінің ұлғаюын көрсетеді.Релаксация уақытының тұрақтысы туралы ақпаратты фазалық максимумдардан алуға болады.Суретте.4 бір қабатты (а) және екі қабатты (b) негізіндегі физикалық құрылымдарды және сәйкес ЕЭК көрсетеді.CPE ЕЭК үлгісіне енгізілген.Оның рұқсаты мен кедергісі келесі түрде өрнектеледі:
2707 HDSS купондық кедергі спектрін орнатуға арналған екі физикалық модель және сәйкес эквивалентті схемалар:
Мұндағы Y0 - CPE шамасы, j - елестетілген сан немесе (−1)1/2, ω - бұрыштық жиілік, n - CPE қуат коэффициенті бір35-тен аз.Зарядты тасымалдау кедергісінің инверсиясы (яғни 1/Rct) коррозия жылдамдығына сәйкес келеді.Төмен Rct мәні жоғары коррозия жылдамдығын білдіреді27.14 күндік инкубациядан кейін Pseudomonas aeruginosa сынақ үлгісінің Rct мәні 32 кОм см2-ге жетті, бұл биологиялық емес сынақ үлгісінің 489 кОм см2-ден әлдеқайда аз (4-кесте).
CLSM кескіндері және SEM кескіндері күріш.5 HDSS үлгісі 2707 бетіндегі биофильмді жабу 7 күннен кейін өте тығыз болғанын анық көрсетеді.Алайда, 14 күннен кейін биопленка жабыны сиреп, кейбір өлі жасушалар пайда болды.5-кестеде Pseudomonas aeruginosa әсерінен 7 және 14 күн өткеннен кейін 2707 HDSS үлгілерінің биоқабықшасының қалыңдығы көрсетілген.Биопленканың максималды қалыңдығы 7 күннен кейін 23,4 мкм-ден 14 күннен кейін 18,9 мкм-ге дейін өзгерді.Биопленканың орташа қалыңдығы да бұл үрдісті растады.Ол 7 күннен кейін 22,2 ± 0,7 мкм-ден 14 күннен кейін 17,8 ± 1,0 мкм-ге дейін төмендеді.
(a) 7 күндегі 3-D CLSM кескіні, (b) 14 күндегі 3-D CLSM кескіні, (c) 7 күндегі SEM кескіні және (d) 14 күндегі SEM кескіні.
ЭМӨ 14 күн бойы Pseudomonas aeruginosa әсеріне ұшыраған сынамаларда биопленка мен коррозия өнімдерінде химиялық элементтер анықталды.Суретте.6-суретте биопленка мен коррозия өнімдерінің құрамындағы C, N, O, P мөлшері таза металға қарағанда анағұрлым жоғары екенін көрсетеді, өйткені бұл элементтер биопленкамен және оның метаболиттерімен байланысты.Микроорганизмдерге Cr және Fe аз мөлшерде ғана қажет.Биопленкадағы және сынама бетіндегі коррозия өнімдеріндегі Cr және Fe мөлшерінің жоғары болуы коррозия нәтижесінде металл матрицасындағы элементтердің жоғалуын көрсетеді.
14 күннен кейін 2216Е ортада P. aeruginosa бар және онсыз шұңқырлар байқалды.Инкубация алдында үлгілердің беті тегіс және ақаусыз болды (7а-сурет).Биопленка мен коррозия өнімдерін инкубациялау және жоюдан кейін үлгі бетіндегі ең терең шұңқырлар CLSM көмегімен зерттелді, 7б және в-суретте көрсетілген.Биологиялық емес бақылаудың бетінде айқын шұңқырлар табылған жоқ (шұңқырдың максималды тереңдігі 0,02 мкм).Pseudomonas aeruginosa тудырған максималды карьер тереңдігі 7 күннен кейін 0,52 мкм және 14 күннен кейін 0,69 мкм болды, бұл 3 үлгідегі орташа максималды тереңдікке негізделген (әр үлгі үшін 10 максималды тереңдік таңдалды) және 0, 42 ± 0,12 мкм жетті. .және 0,52 ± 0,15 мкм, тиісінше (5-кесте).Бұл шұңқыр тереңдігінің мәндері шағын, бірақ маңызды.
(а) әсер ету алдында;(b) абиотикалық ортада 14 күн;(c) P. aeruginosa сорпасында 14 күн.
Суретте.8-кестеде әртүрлі үлгі беттерінің XPS спектрлері көрсетілген және әрбір бет үшін талданған химия 6-кестеде жинақталған. 6-кестеде P. aeruginosa (А және В үлгілері) болған кезде Fe және Cr атомдық пайыздары әлдеқайда төмен болды. ) биологиялық емес бақылау жолақтарына қарағанда.(C және D үлгілері).Pseudomonas aeruginosa үлгісі үшін Cr 2p негізгі деңгейінің спектрлік қисығы Cr, Cr2O3, CrO3 және CrO3 үшін тағайындалған 574,4, 576,6, 578,3 және 586,8 эВ байланыс энергиялары (BE) бар төрт шың құраушысына орнатылды. 3, тиісінше (9а және б-сурет).Биологиялық емес үлгілер үшін Cr 2p негізгі деңгейінің спектрлері күріш.9c және d сәйкесінше Cr (BE 573,80 эВ) және Cr2O3 (BE 575,90 эВ) екі негізгі шыңын қамтиды.Абиотикалық купон мен P. aeruginosa купонының арасындағы ең таңғаларлық айырмашылық биопленка астында Cr6+ және Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) салыстырмалы жоғары фракциясының болуы болды.
2707 HDSS үлгілерінің кең беттік XPS спектрлері, тиісінше, 7 және 14 күн бойы екі медиада.
(a) P. aeruginosa экспозициясы 7 күн, (б) 14 күн P. aeruginosa экспозициясы, (c) 7 күн абиотикалық әсер, (d) 14 күн абиотикалық әсер.
HDSS көптеген орталарда коррозияға төзімділіктің жоғары деңгейін көрсетеді.Kim және т.б.2 HDSS UNS S32707 PREN мәні 45-тен жоғары жоғары легирленген DSS ретінде анықталғанын хабарлады. Бұл жұмыста HDSS 2707 үлгісінің PREN мәні 49 болды. Бұл жоғары Cr мазмұны мен Mo және жоғары деңгейлеріне байланысты. Ni, олар қышқыл ортада және хлоридтердің көп мөлшері бар ортада пайдалы.Сонымен қатар, жақсы теңдестірілген композиция және ақаусыз микроқұрылым құрылымдық тұрақтылық пен коррозияға төзімділікті қамтамасыз етеді.Тамаша химиялық төзімділікке қарамастан, осы жұмыстағы эксперименттік деректер 2707 HDSS Pseudomonas aeruginosa биофильмінің MIC-леріне толықтай иммунитетті емес екенін көрсетеді.
Электрохимиялық нәтижелер Pseudomonas aeruginosa сорпасында 2707 HDSS коррозиясының жылдамдығы биологиялық емес ортамен салыстырғанда 14 күннен кейін айтарлықтай жоғарылағанын көрсетті.2а суретінде абиотикалық ортада да, P. aeruginosa сорпасында да алғашқы 24 сағат ішінде Eocp төмендеуі байқалды.Осыдан кейін биофильм үлгінің бетін жауып бітеді және Eocp салыстырмалы түрде тұрақты болады.Алайда биотикалық Eocp деңгейі абиотикалық Eocp деңгейінен әлдеқайда жоғары болды.Бұл айырмашылық P.aeruginosa биоқабықшаларының түзілуімен байланысты деуге негіз бар.Суретте.2g, 2707 HDSS iccorr мәні Pseudomonas aeruginosa болған кезде 0,627 мкА см-2 жетті, бұл биологиялық емес бақылаудан (0,063 мкА см-2), бұл Rct сәйкес келеді. EIS арқылы өлшенген мән.Алғашқы бірнеше күн ішінде P. aeruginosa сорпасында импеданс мәндері P. aeruginosa жасушаларының қосылуы мен биофильмнің пайда болуына байланысты өсті.Алайда, биопленка үлгі бетін толығымен жауып тастаған кезде кедергі төмендейді.Қорғаныс қабаты, ең алдымен, биопленка мен биофильм метаболиттерінің пайда болуына байланысты шабуылға ұшырайды.Сондықтан коррозияға төзімділік уақыт өте төмендейді, ал Pseudomonas aeruginosa шөгінділері локализацияланған коррозияны тудырады.Абиотикалық ортадағы тенденциялар әртүрлі.Биологиялық емес бақылаудың коррозияға төзімділігі Pseudomonas aeruginosa сорпасына ұшыраған үлгілердің сәйкес мәнінен әлдеқайда жоғары болды.Сонымен қатар, абиотикалық үлгілер үшін Rct 2707 HDSS мәні 14-ші күні 489 кОм см2-ге жетті, бұл Pseudomonas aeruginosa (32 кОм см2) болған кездегіден 15 есе жоғары.Осылайша, 2707 HDSS стерильді ортада тамаша коррозияға төзімділікке ие, бірақ Pseudomonas aeruginosa биофильмінің MIC шабуылынан қорғалмаған.
Бұл нәтижелерді суреттегі поляризация қисықтарынан да байқауға болады.2b.Анодты тармақталу Pseudomonas aeruginosa биоқабықшасының түзілуімен және металдардың тотығу реакцияларымен байланысты.Сонымен қатар катодтық реакция оттегінің азаюы болып табылады.P. aeruginosa болуы коррозия ток тығыздығын айтарлықтай арттырды, ол абиотикалық бақылауға қарағанда шамамен бір рет жоғары болды.Бұл Pseudomonas aeruginosa биофильмінің 2707 HDSS локализацияланған коррозиясын күшейткенін көрсетті.Yuan және т.б.29 70/30 Cu-Ni қорытпасының коррозия ток тығыздығы Pseudomonas aeruginosa биофильмі арқылы жоғарылағанын анықтады.Бұл Pseudomonas aeruginosa биофильмімен оттегінің тотықсыздануының биокатализіне байланысты болуы мүмкін.Бұл бақылау осы жұмыстағы MIC 2707 HDSS-ті де түсіндіре алады.Аэробты биофильмдер олардың астындағы оттегінің мөлшерін де азайта алады.Осылайша, металл бетін оттегімен қайта пассивациялаудан бас тарту осы жұмыста MIC-ке ықпал ететін фактор болуы мүмкін.
Дикинсон және т.б.38 химиялық және электрохимиялық реакциялардың жылдамдығы үлгі бетіне бекітілген бактериялардың метаболизмдік белсенділігіне және коррозия өнімдерінің табиғатына тікелей байланысты екенін ұсынды.5-суретте және 5-кестеде көрсетілгендей, 14 күннен кейін жасушалардың саны мен биофильмнің қалыңдығы төмендеді.Мұны 14 күннен кейін 2707 HDSS бетіндегі анкерлі жасушалардың көпшілігінің 2216E ортасындағы қоректік заттардың азаюы немесе 2707 HDSS матрицасынан улы металл иондарының бөлінуіне байланысты өлу фактісімен дәлелді түрде түсіндіруге болады.Бұл топтамалық эксперименттердің шектелуі.
Бұл жұмыста Pseudomonas aeruginosa биофильмі 2707 HDSS бетіндегі биофильмнің астындағы Cr және Fe-нің жергілікті азаюына ықпал етті (6-сурет).6-кестеде C үлгісімен салыстырғанда D үлгісінде Fe және Cr азайған, бұл P. aeruginosa биофильмінен туындаған Fe және Cr еруінің алғашқы 7 күннен кейін сақталғанын көрсетеді.2216E ортасы теңіз ортасын модельдеу үшін пайдаланылады.Оның құрамында 17700 ppm Cl- бар, бұл оның табиғи теңіз суындағы мөлшерімен салыстыруға болады.17700 ppm Cl- болуы XPS арқылы талданған 7 күндік және 14 күндік биологиялық емес үлгілерде Cr төмендеуінің негізгі себебі болды.Pseudomonas aeruginosa сынамасының үлгісімен салыстырғанда абиотикалық сынамадағы Cr-ның еруі 2707 HDSS абиотикалық ортада хлорға күшті төзімділігіне байланысты әлдеқайда аз.Суретте.9 пассивтендіру қабықшасында Cr6+ бар екенін көрсетеді.Бұл Чен және Клейтон ұсынғандай P. aeruginosa биофильмдері арқылы болат беттерінен Cr-ны жоюмен байланысты болуы мүмкін39.
Бактериялардың өсуіне байланысты инкубацияға дейінгі және кейінгі ортаның рН мәндері сәйкесінше 7,4 және 8,2 болды.Осылайша, органикалық қышқылдардың коррозиясы P. aeruginosa биоқабықшаларының астында бұл жұмысқа үлес қосатыны екіталай, өйткені сусымалы ортадағы салыстырмалы түрде жоғары рН.Биологиялық емес бақылау ортасының рН мәні 14 күндік сынақ кезеңінде айтарлықтай өзгерген жоқ (бастапқы 7,4-тен соңғы 7,5-ке дейін).Инкубациядан кейін егілген ортада рН жоғарылауы Pseudomonas aeruginosa метаболикалық белсенділігімен байланысты болды, ал рН-ға дәл осындай әсер сынақ жолағы болмаған кезде анықталды.
Суретте көрсетілгендей.7, Pseudomonas aeruginosa биоқабықшасы тудырған карьердің максималды тереңдігі 0,69 мкм болды, бұл абиотикалық ортадағыдан (0,02 мкм) айтарлықтай жоғары.Бұл жоғарыда келтірілген электрохимиялық деректермен сәйкес келеді.Дәл осындай жағдайларда 0,69 мкм шұңқыр тереңдігі 2205 DSS40 үшін белгіленген 9,5 мкм мәннен он есе аз.Бұл деректер 2707 HDSS 2205 DSS қарағанда MIC-ке жақсы қарсылық көрсететінін көрсетеді.Бұл таңқаларлық емес, өйткені 2707 HDSS жоғары Cr деңгейі бар, ол ұзағырақ пассивацияға мүмкіндік береді, Pseudomonas aeruginosa-ны пассивациялауды қиындатады және Pitting41 зиянды қайталама жауын-шашынсыз процесті бастайды.
Қорытындылай келе, Pseudomonas aeruginosa сорпасында 2707 HDSS бетінде MIC шұңқырлары табылды, ал абиотикалық ортада шұңқырлар шамалы болды.Бұл жұмыс 2707 HDSS 2205 DSS-ге қарағанда MIC-ке жақсы төзімділігін көрсетеді, бірақ Pseudomonas aeruginosa биофильміне байланысты ол MIC-ке толықтай иммунитеті жоқ.Бұл нәтижелер теңіз ортасы үшін қолайлы тот баспайтын болаттарды және өмір сүру ұзақтығын таңдауға көмектеседі.
2707 HDSS үлгісін Шеньян, Қытай, Солтүстік-шығыс университеті (NEU) Металлургия мектебі қамтамасыз етті.2707 HDSS элементтік құрамы 1-кестеде көрсетілген, оны Солтүстік-Шығыс университетінің материалдарды талдау және сынау бөлімі талдаған.Барлық үлгілер 1 сағат бойы 1180°C температурада қатты ерітінді үшін өңделді.Коррозияға сынау алдында ашық беті 1 см2 болатын 2707 HDSS монета болаты кремний карбидті тегістеу қағазымен 2000 гритке дейін жылтыратылды, содан кейін 0,05 мкм Al2O3 ұнтағымен жылтыратылды.Бүйірлері мен түбі инертті бояумен қорғалған.Кептіруден кейін үлгілер стерильді деионизацияланған сумен жуылды және 75% (көлем/көлем) этанолмен 0,5 сағат бойы зарарсыздандырылды.Содан кейін олар ультракүлгін (УК) сәуле астында 0,5 сағат бойы пайдалану алдында кептірілді.
Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 теңіз штаммы Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Қытайдан сатып алынды.Marine 2216E сұйық ортасы (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Қытай) Pseudomonas aeruginosa-ны 250 мл колбаларда және 500 мл электрохимиялық шыны жасушаларда аэробты жағдайда 37 ° C температурасында өсіру үшін пайдаланылды.Ортада (г/л): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08, SrCl2, Na, 0,08, SrB0302, Na30302, SrB0302. , 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 ашытқы сығындысы және 0,1 темір цитраты.Егу алдында 20 минут бойы 121 °C автоклавта.Отырғызылған және планктондық жасушалар 400 есе үлкейту кезінде гемоцитометрдің көмегімен жарық микроскопында саналды.Планктоникалық P. aeruginosa жасушаларының егуден кейін бірден бастапқы концентрациясы шамамен 106 жасуша/мл болды.
Электрохимиялық сынақтар орташа көлемі 500 мл классикалық үш электродты шыны ұяшықта жүргізілді.Платина парағы және қаныққан каломель электроды (SCE) реакторға тұз көпірімен толтырылған Луггин капилляры арқылы қосылды және сәйкесінше қарсы және эталондық электродтар ретінде қызмет етті.Жұмыс электродты жасау үшін әрбір үлгіге резеңкемен қапталған мыс сым бекітіліп, эпоксидпен қапталған, жұмыс электрод үшін бір жағында шамамен 1 см2 бетінің ауданы қалдырылған.Электрохимиялық өлшеулер кезінде үлгілер 2216E ортасына салынып, су моншасында тұрақты инкубациялық температурада (37°C) ұсталды.OCP, LPR, EIS және әлеуетті динамикалық поляризация деректері Autolab потенциостатының көмегімен өлшенді (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., АҚШ).LPR сынақтары -5 және 5 мВ диапазонында 0,125 мВ с-1 сканерлеу жылдамдығымен және 1 Гц сынама алу жиілігімен Eocp арқылы жазылды.EIS 0,01-ден 10 000 Гц-ке дейінгі жиілік диапазонында синусоидпен 5 мВ қолданылатын кернеуді пайдалана отырып, Eocp тұрақты күйінде орындалды.Потенциалды сыпыру алдында электродтар 42 тұрақты бос коррозия потенциалына жеткенше ашық тізбек режимінде болды.бірге.Әрбір сынақ Pseudomonas aeruginosa бар және онсыз үш рет қайталанды.
Металлографиялық талдауға арналған үлгілер 2000 грит ылғалды SiC қағазымен механикалық жылтыратылды, содан кейін оптикалық бақылау үшін 0,05 мкм Al2O3 ұнтағымен жылтыратылды.Оптикалық микроскоптың көмегімен металлографиялық талдау жасалды.Үлгі массасының 10% калий гидроксиді ерітіндісімен өңделді43.
Инкубациядан кейін фосфатты буферленген тұзды ерітіндімен (PBS) (рН 7,4 ± 0,2) 3 рет жуыңыз, содан кейін биофильмді бекіту үшін 2,5% (көлем/көлем) глутаральдегидпен 10 сағат бекітіңіз.Ауамен кептіру алдында этанолмен сатылы түрде (көлемі бойынша 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% және 100%) кейінгі сусыздандыру.Соңында, SEM44 бақылауының өткізгіштігін қамтамасыз ету үшін үлгінің бетіне алтын пленка шашыранды.SEM кескіндері әрбір үлгінің бетінде ең көп орнатылған P. aeruginosa жасушалары бар орынға бағытталған.Химиялық элементтерді анықтау үшін ЭҚК талдауы жүргізілді.Шұңқырдың тереңдігін өлшеу үшін Zeiss конфокальды лазерлік сканерлеу микроскопы (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия) пайдаланылды.Биопленканың астындағы коррозиялық шұңқырларды байқау үшін сынақ үлгісі алдымен Қытай ұлттық стандартына (CNS) GB/T4334.4-2000 сәйкес сынама сынамасының бетінен коррозия өнімдері мен биопленканы кетіру үшін тазартылды.
Рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, АҚШ) байланыстыру энергияларының кең диапазонында монохроматикалық рентген көзін (энергиясы 1500 эВ және қуаты 150 Вт Al Kα сызығы) пайдалана отырып талдау 0 –1350 эВ стандартты жағдайлардан төмен.50 эВ өту энергиясын және 0,2 эВ қадам өлшемін пайдаланып жоғары ажыратымдылықтағы спектрлерді жазыңыз.
Инкубацияланған үлгіні алып тастаңыз және оны PBS (рН 7,4 ± 0,2) 15 с45 ішінде ақырын жуыңыз.Үлгідегі биопленканың бактериялық өміршеңдігін байқау үшін биопленка LIVE/DEAD BacLight бактериялық өміршеңдік жинағы (Invitrogen, Eugene, OR, АҚШ) көмегімен боялған.Жинақта екі флуоресцентті бояғыш бар: SYTO-9 жасыл флуоресцентті бояу және пропидий йодид (PI) қызыл флуоресцентті бояу.CLSM-де флуоресцентті жасыл және қызыл нүктелер сәйкесінше тірі және өлі жасушаларды білдіреді.Бояу үшін 3 мкл SYTO-9 және 3 мкл PI ерітіндісі бар 1 мл қоспаны бөлме температурасында (23°C) қараңғы жерде 20 минут бойы инкубациялаңыз.Осыдан кейін боялған үлгілер Nikon CLSM аппаратының (C2 Plus, Nikon, Жапония) көмегімен екі толқын ұзындығында (тірі жасушалар үшін 488 нм және өлі жасушалар үшін 559 нм) бақыланды.3-D сканерлеу режимінде биофильмнің қалыңдығын өлшеңіз.
Бұл мақаланы қалай келтіруге болады: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa теңіз биофильмінің 2707 супер дуплексті баспайтын болаттан жасалған микробтық коррозияға әсері.ғылым.6 үй, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Тиосульфаттың қатысуымен хлорид ерітінділеріндегі LDX 2101 дуплексті тот баспайтын болаттан жасалған кернеулі коррозиялық крекинг.коррозия.ғылым.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS және Park, YS Ерітінді термиялық өңдеудің және қорғайтын газдағы азоттың супер дуплексті тот баспайтын болаттан жасалған дәнекерлеудің шұңқырлы коррозияға төзімділігіне әсері.коррозия.ғылым.53, 1939–1947 (2011).
Ши, X., Avchi, R., Geyser, M. және Lewandowski, Z. 316L баспайтын болаттан микробтық және электрохимиялық шұңқырларды химиялық салыстырмалы зерттеу.коррозия.ғылым.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG және Xiao K. Хлоридтің қатысуымен әртүрлі рН мәндеріндегі сілтілі ерітінділердегі 2205 дуплексті баспайтын болаттың электрохимиялық әрекеті.электрохимия.Журнал.64, 211–220 (2012).