Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir una assistència continuada, mostrarem el lloc web sense estils ni JavaScript.
La corrosió microbiana (MIC) és un problema greu en moltes indústries, ja que pot causar enormes pèrdues econòmiques. L'acer inoxidable súper dúplex 2707 (2707 HDSS) s'ha utilitzat en entorns marins a causa de la seva excel·lent resistència química. Tanmateix, la seva resistència al MIC no s'ha demostrat experimentalment. En aquest estudi, es va investigar el comportament MIC del 2707 HDSS causat pel bacteri aeròbic marí Pseudomonas aeruginosa. L'anàlisi electroquímica va mostrar que en presència de biofilm de Pseudomonas aeruginosa en medi 2216E, hi havia un canvi positiu en el potencial de corrosió i un augment de la densitat de corrent de corrosió. L'anàlisi d'espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) va mostrar una disminució del contingut de Cr a la superfície de la mostra sota el biofilm. L'anàlisi d'imatges dels forats va mostrar que el biofilm de P. aeruginosa va produir una profunditat màxima de forats de 0,69 μm durant 14 dies d'incubació. Tot i que això és petit, indica que el 2707 HDSS no és completament immune al MIC de P. aeruginosa. biofilms.
Els acers inoxidables dúplex (DSS) s'utilitzen àmpliament en diverses indústries per la seva combinació ideal d'excel·lents propietats mecàniques i resistència a la corrosió1,2. Tanmateix, encara es produeixen picadures localitzades que afecten la integritat d'aquest acer3,4. El DSS no és resistent a la corrosió microbiana (MIC)5,6. Malgrat l'àmplia gamma d'aplicacions del DSS, encara hi ha entorns on la resistència a la corrosió del DSS no és suficient per a un ús a llarg termini. Això significa que es requereixen materials més cars amb una major resistència a la corrosió. Jeon et al7 van descobrir que fins i tot els acers inoxidables superdúplex (SDSS) tenen algunes limitacions pel que fa a la resistència a la corrosió. Per tant, en algunes aplicacions es requereixen acers inoxidables superdúplex (HDSS) amb una major resistència a la corrosió. Això va conduir al desenvolupament d'HDSS altament aliats.
La resistència a la corrosió del DSS depèn de la proporció entre les fases alfa i gamma i de les regions 8, 9, 10 amb menys Cr, Mo i W adjacents a la segona fase. El HDSS conté un alt contingut de Cr, Mo i N11, per la qual cosa té una excel·lent resistència a la corrosió i un nombre equivalent de resistència a les picadures (PREN) d'alt valor (45-50), determinat pel % en pes de Cr + 3,3 (% en pes de Mo + 0,5% en pes de W) + 16% en pes de N12. La seva excel·lent resistència a la corrosió es basa en una composició equilibrada que conté aproximadament un 50% de fases de ferrita (α) i un 50% d'austenita (γ). El HDSS té millors propietats mecàniques i una resistència més alta que el DSS13 convencional. Propietats de corrosió per clorur. La resistència a la corrosió millorada amplia l'ús del HDSS en ambients amb clorur més corrosius, com ara els ambients marins.
Els MIC són un problema important en moltes indústries com ara les de petroli i gas i aigua14. El MIC representa el 20% de tots els danys per corrosió15. El MIC és una corrosió bioelectroquímica que es pot observar en molts entorns. Les biopel·lícules que es formen a les superfícies metàl·liques alteren les condicions electroquímiques, afectant així el procés de corrosió. Es creu àmpliament que la corrosió del MIC és causada per biopel·lícules. Els microorganismes electrogènics corroeixen els metalls per obtenir energia de manteniment per sobreviure17. Estudis recents del MIC han demostrat que l'EET (transferència extracel·lular d'electrons) és el factor limitant de la velocitat en el MIC induït per microorganismes electrogènics. Zhang et al. 18 van demostrar que els mediadors d'electrons acceleren la transferència d'electrons entre les cèl·lules de Desulfovibrio sessificans i l'acer inoxidable 304, cosa que provoca un atac de MIC més greu. Enning et al. 19 i Venzlaff et al. 20 van mostrar que els biopel·lícules de bacteris reductors de sulfat corrosius (SRB) poden absorbir directament electrons dels substrats metàl·lics, cosa que provoca una corrosió per picadura greu.
Se sap que els DSS són susceptibles a la concentració mínima inhibitòria (MIC) en ambients que contenen SRB, bacteris reductors de ferro (IRB), etc.21. Aquests bacteris causen picadures localitzades a les superfícies dels DSS sota els biofilms22,23. A diferència dels DSS, la MIC dels HDSS24 és poc coneguda.
Pseudomonas aeruginosa és un bacteri gramnegatiu mòbil en forma de bastó que es distribueix àmpliament a la natura25. Pseudomonas aeruginosa també és un grup microbià important en el medi marí, que causa la MIC a l'acer. Pseudomonas està estretament involucrada en els processos de corrosió i és reconeguda com a colonitzadora pionera durant la formació de biofilms. Mahat et al. 28 i Yuan et al. 29 van demostrar que Pseudomonas aeruginosa tendeix a augmentar la velocitat de corrosió de l'acer suau i els aliatges en ambients aquosos.
L'objectiu principal d'aquest treball va ser investigar les propietats de la MIC del 2707 HDSS causades pel bacteri aeròbic marí Pseudomonas aeruginosa mitjançant mètodes electroquímics, tècniques analítiques de superfície i anàlisi de productes de corrosió. Es van realitzar estudis electroquímics que inclouen el potencial de circuit obert (OCP), la resistència de polarització lineal (LPR), l'espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS) i la polarització dinàmica potencial per estudiar el comportament de la MIC del 2707 HDSS. Es va realitzar una anàlisi d'espectròmetre de dispersió d'energia (EDS) per trobar elements químics a la superfície corroïda. A més, es va utilitzar l'anàlisi d'espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) per determinar l'estabilitat de la passivació de la pel·lícula d'òxid sota la influència d'un entorn marí que conté Pseudomonas aeruginosa. La profunditat del forat es va mesurar sota un microscopi confocal d'escaneig làser (CLSM).
La taula 1 mostra la composició química del 2707 HDSS. La taula 2 mostra que el 2707 HDSS té excel·lents propietats mecàniques amb un límit elàstic de 650 MPa. La figura 1 mostra la microestructura òptica del 2707 HDSS tractat tèrmicament en solució. A la microestructura que conté aproximadament un 50% d'austenita i un 50% de ferrita es poden observar bandes allargades de fases d'austenita i ferrita sense fases secundàries.
La figura 2a mostra les dades de potencial de circuit obert (Eocp) versus temps d'exposició per a 2707 HDSS en medi abiòtic 2216E i brou de P. aeruginosa durant 14 dies a 37 °C. Mostra que el canvi més gran i significatiu en Eocp es produeix dins de les primeres 24 hores. Els valors d'Eocp en ambdós casos van assolir un màxim de -145 mV (vs. SCE) al voltant de les 16 h i després van disminuir bruscament, arribant a -477 mV (vs. SCE) i -236 mV (vs. SCE) per a la mostra abiòtica i P, respectivament). Cupons de Pseudomonas aeruginosa, respectivament. Després de 24 hores, el valor d'Eocp de 2707 HDSS per a P. aeruginosa va ser relativament estable a -228 mV (vs. SCE), mentre que el valor corresponent per a mostres no biològiques va ser d'aproximadament -442 mV (vs. SCE). L'Eocp en presència de P. aeruginosa va ser força baix.
Proves electroquímiques de 2707 mostres de HDSS en medi abiòtic i brou de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Eocp com a funció del temps d'exposició, (b) corbes de polarització al dia 14, (c) Rp com a funció del temps d'exposició i (d) icorr com a funció del temps d'exposició.
La Taula 3 enumera els valors dels paràmetres de corrosió electroquímica de 2707 mostres de HDSS exposades a un medi abiòtic i a un medi inoculat amb Pseudomonas aeruginosa durant 14 dies. Les tangents de les corbes anòdica i catòdica es van extrapolar per arribar a les interseccions que donen lloc a la densitat de corrent de corrosió (icorr), el potencial de corrosió (Ecorr) i els pendents de Tafel (βα i βc) segons els mètodes estàndard30,31.
Com es mostra a la Figura 2b, el desplaçament ascendent de la corba de P. aeruginosa va provocar un augment d'Ecorr en comparació amb la corba abiòtica. El valor d'icorr, que és proporcional a la velocitat de corrosió, va augmentar fins a 0,328 μA cm-2 a la mostra de Pseudomonas aeruginosa, quatre vegades més que en la mostra no biològica (0,087 μA cm-2).
LPR és un mètode electroquímic no destructiu clàssic per a l'anàlisi ràpida de la corrosió. També es va utilitzar per estudiar MIC32. La figura 2c mostra la resistència a la polarització (Rp) en funció del temps d'exposició. Un valor de Rp més alt significa menys corrosió. Dins de les primeres 24 hores, la Rp del 2707 HDSS va assolir un valor màxim de 1955 kΩ cm2 per a mostres abiòtiques i 1429 kΩ cm2 per a mostres de Pseudomonas aeruginosa. La figura 2c també mostra que el valor de Rp va disminuir ràpidament després d'un dia i després es va mantenir relativament sense canvis durant els següents 13 dies. El valor de Rp de la mostra de Pseudomonas aeruginosa és d'uns 40 kΩ cm2, que és molt inferior al valor de 450 kΩ cm2 de la mostra no biològica.
El valor d'icorr és proporcional a la velocitat de corrosió uniforme. El seu valor es pot calcular a partir de la següent equació de Stern-Geary,
Seguint Zou et al. 33, es va assumir que un valor típic del pendent de Tafel B en aquest treball era de 26 mV/dec. La figura 2d mostra que l'icorr de la mostra no biològica 2707 es va mantenir relativament estable, mentre que la mostra de P. aeruginosa va fluctuar molt després de les primeres 24 hores. Els valors d'icorr de les mostres de P. aeruginosa van ser un ordre de magnitud superiors als dels controls no biològics. Aquesta tendència és coherent amb els resultats de resistència a la polarització.
L'EIS és una altra tècnica no destructiva utilitzada per caracteritzar les reaccions electroquímiques en interfícies corroïdes. Espectres d'impedància i valors de capacitància calculats de mostres exposades a medis abiòtics i a la solució de Pseudomonas aeruginosa, resistència Rb de la pel·lícula passiva/biofilm formada a la superfície de la mostra, resistència a la transferència de càrrega Rct, capacitància elèctrica de doble capa Cdl (EDL) i paràmetres de l'element de fase constant QCPE (CPE). Aquests paràmetres es van analitzar més a fons ajustant les dades mitjançant un model de circuit equivalent (EEC).
La figura 3 mostra els diagrames típics de Nyquist (a i b) i de Bode (a' i b') de 2707 mostres HDSS en medi abiòtic i brou de P. aeruginosa per a diferents temps d'incubació. El diàmetre de l'anell de Nyquist disminueix en presència de Pseudomonas aeruginosa. El diagrama de Bode (Fig. 3b') mostra un augment de la magnitud de la impedància total. Els màxims de fase poden proporcionar informació sobre la constant de temps de relaxació. La figura 4 mostra les estructures físiques basades en monocapa (a) i bicapa (b) i els seus EEC corresponents. El CPE s'introdueix al model EEC. La seva admitància i impedància s'expressen de la següent manera:
Dos models físics i circuits equivalents corresponents per ajustar l'espectre d'impedància de la mostra 2707 HDSS:
on Y0 és la magnitud del CPE, j és el nombre imaginari o (-1)1/2, ω és la freqüència angular i n és l'índex de potència del CPE inferior a la unitat35. L'invers de la resistència de transferència de càrrega (és a dir, 1/Rct) correspon a la velocitat de corrosió. Un Rct més petit significa una velocitat de corrosió més ràpida27. Després de 14 dies d'incubació, l'Rct de les mostres de Pseudomonas aeruginosa va arribar als 32 kΩ cm2, molt més petit que els 489 kΩ cm2 de les mostres no biològiques (Taula 4).
Les imatges CLSM i les imatges SEM de la Figura 5 mostren clarament que la cobertura de biofilm a la superfície de la mostra 2707 HDSS després de 7 dies és densa. Tanmateix, després de 14 dies, la cobertura de biofilm era escassa i van aparèixer algunes cèl·lules mortes. La Taula 5 mostra el gruix del biofilm en mostres 2707 HDSS després de l'exposició a P. aeruginosa durant 7 i 14 dies. El gruix màxim del biofilm va canviar de 23,4 μm després de 7 dies a 18,9 μm després de 14 dies. El gruix mitjà del biofilm també va confirmar aquesta tendència. Va disminuir de 22,2 ± 0,7 μm després de 7 dies a 17,8 ± 1,0 μm després de 14 dies.
(a) Imatge CLSM en 3D després de 7 dies, (b) Imatge CLSM en 3D després de 14 dies, (c) Imatge SEM després de 7 dies i (d) Imatge SEM després de 14 dies.
L'EDS va revelar elements químics en biofilms i productes de corrosió en mostres exposades a P. aeruginosa durant 14 dies. La figura 6 mostra que el contingut de C, N, O i P en biofilms i productes de corrosió és molt més alt que en metalls nus, perquè aquests elements estan associats amb biofilms i els seus metabòlits. Els microbis només necessiten traces de crom i ferro. Els alts nivells de Cr i Fe en el biofilm i els productes de corrosió a la superfície de les mostres indiquen que la matriu metàl·lica ha perdut elements a causa de la corrosió.
Després de 14 dies, es van observar picadures amb i sense P. aeruginosa en el medi 2216E. Abans de la incubació, la superfície de la mostra era llisa i sense defectes (Fig. 7a). Després de la incubació i l'eliminació del biofilm i els productes de corrosió, es van examinar les cavitats més profundes de la superfície de les mostres sota CLSM, tal com es mostra a la Figura 7b i c. No es van trobar cavitats evidents a la superfície de les mostres de control no biològiques (profunditat màxima de la cavitat 0,02 μm). La profunditat màxima de la cavitat causada per Pseudomonas aeruginosa va ser de 0,52 μm després de 7 dies i de 0,69 μm després de 14 dies, basada en la profunditat màxima mitjana de la cavitat de 3 mostres (es van seleccionar 10 valors màxims de profunditat de cavitat per a cada mostra) que van assolir 0,42 ± 0,12 μm i 0,52 ± 0,15 μm, respectivament (Taula 5). Aquests valors de profunditat de la cavitat són petits però importants.
(a) Abans de l'exposició, (b) 14 dies en medi abiòtic i (c) 14 dies en brou de Pseudomonas aeruginosa.
La figura 8 mostra els espectres XPS de diferents superfícies de mostra, i les composicions químiques analitzades per a cada superfície es resumeixen a la taula 6. A la taula 6, els percentatges atòmics de Fe i Cr en presència de P. aeruginosa (mostres A i B) van ser molt més baixos que els de les mostres de control no biològiques (mostres C i D). Per a la mostra de P. aeruginosa, la corba espectral a nivell del nucli de Cr2p es va ajustar a quatre components de pic amb valors d'energia d'enllaç (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, que es poden atribuir a Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3, respectivament (Fig. 9a i b). Per a mostres no biològiques, l'espectre a nivell del nucli de Cr2p conté dos pics principals per a Cr (573,80 eV per a BE) i Cr2O3 (575,90 eV per a BE) a la figura 9c i d, respectivament. La diferència més sorprenent entre les mostres abiòtiques i les de P. aeruginosa va ser la presència de Cr6+ i una fracció relativa més alta de Cr(OH)3 (BE de 586,8 eV) sota el biofilm.
Els amplis espectres XPS de la superfície de la mostra 2707 HDSS en els dos medis són de 7 dies i 14 dies, respectivament.
(a) 7 dies d'exposició a P. aeruginosa, (b) 14 dies d'exposició a P. aeruginosa, (c) 7 dies en medi abiòtic i (d) 14 dies en medi abiòtic.
L'HDSS presenta alts nivells de resistència a la corrosió en la majoria d'entorns. Kim et al. 2 van informar que l'UNS S32707 HDSS es definia com un DSS altament aliat amb un PREN superior a 45. El valor PREN de la mostra 2707 HDSS en aquest treball era de 49. Això es deu al seu alt contingut de crom i als alts nivells de molibdè i Ni, que són beneficiosos en ambients àcids i amb alt contingut de clorur. A més, una composició ben equilibrada i una microestructura sense defectes són útils per a l'estabilitat estructural i la resistència a la corrosió. Tanmateix, malgrat la seva excel·lent resistència química, les dades experimentals d'aquest treball suggereixen que l'HDSS 2707 no és completament immune a la MIC dels biofilms de P. aeruginosa.
Els resultats electroquímics van mostrar que la velocitat de corrosió del 2707 HDSS en el brou de P. aeruginosa va augmentar significativament després de 14 dies en comparació amb el medi no biològic. A la Figura 2a, es va observar una reducció de l'Eocp tant en el medi abiòtic com en el brou de P. aeruginosa durant les primeres 24 hores. Posteriorment, el biofilm ha acabat de cobrir la superfície de la mostra i l'Eocp es torna relativament estable36. Tanmateix, el nivell d'Eocp biològic va ser molt més alt que el de l'Eocp no biològic. Hi ha motius per creure que aquesta diferència es deu a la formació de biofilm de P. aeruginosa. A la Fig. 2d, en presència de P. aeruginosa, el valor d'icorr del 2707 HDSS va arribar als 0,627 μA cm-2, que va ser un ordre de magnitud superior al del control abiòtic (0,063 μA cm-2), cosa que va ser coherent amb el valor de Rct mesurat per EIS. Durant els primers dies, els valors d'impedància en el brou de P. aeruginosa va augmentar a causa de l'adhesió de cèl·lules de P. aeruginosa i la formació de biofilms. Tanmateix, quan el biofilm cobreix completament la superfície de la mostra, la impedància disminueix. La capa protectora és atacada primer a causa de la formació de biofilms i metabòlits de biofilm. Per tant, la resistència a la corrosió va disminuir amb el temps i l'adhesió de P. aeruginosa va causar corrosió localitzada. Les tendències en els medis abiòtics van ser diferents. La resistència a la corrosió del control no biològic va ser molt més alta que el valor corresponent de les mostres exposades al brou de P. aeruginosa. A més, per a les mostres abiòtiques, el valor Rct de 2707 HDSS va arribar als 489 kΩ cm2 el dia 14, que era 15 vegades el valor Rct (32 kΩ cm2) en presència de P. aeruginosa. Per tant, 2707 HDSS té una excel·lent resistència a la corrosió en un entorn estèril, però no és resistent a l'atac MIC dels biofilms de P. aeruginosa.
Aquests resultats també es poden observar a partir de les corbes de polarització de la figura 2b. La ramificació anòdica es va atribuir a la formació de biofilms de Pseudomonas aeruginosa i a les reaccions d'oxidació de metalls. Al mateix temps, la reacció catòdica és la reducció d'oxigen. La presència de P. aeruginosa va augmentar considerablement la densitat de corrent de corrosió, aproximadament un ordre de magnitud superior al control abiòtic. Això indica que el biofilm de P. aeruginosa augmenta la corrosió localitzada del 2707 HDSS. Yuan et al29 van trobar que la densitat de corrent de corrosió de l'aliatge Cu-Ni 70/30 va augmentar sota el desafiament del biofilm de P. aeruginosa. Això pot ser degut a la biocatàlisi de la reducció d'oxigen pels biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Aquesta observació també pot explicar la MIC del 2707 HDSS en aquest treball. Els biofilms aeròbics també poden tenir menys oxigen a sota. Per tant, el fet de no re-passivar la superfície metàl·lica per oxigen pot ser un factor que contribueix a la MIC en aquest treball.
Dickinson et al. 38 van suggerir que les taxes de les reaccions químiques i electroquímiques poden veure's directament afectades per l'activitat metabòlica dels bacteris sèssils a la superfície de la mostra i la naturalesa dels productes de corrosió. Com es mostra a la Figura 5 i la Taula 5, tant el nombre de cèl·lules com el gruix del biofilm van disminuir després de 14 dies. Això es pot explicar raonablement que després de 14 dies, la majoria de les cèl·lules sèssils a la superfície del 2707 HDSS van morir a causa de l'esgotament de nutrients al medi 2216E o l'alliberament d'ions metàl·lics tòxics de la matriu del 2707 HDSS. Aquesta és una limitació dels experiments per lots.
En aquest treball, el biofilm de P. aeruginosa va promoure l'esgotament local de Cr i Fe sota el biofilm a la superfície del 2707 HDSS (Fig. 6). A la Taula 6, la reducció de Fe i Cr a la mostra D en comparació amb la mostra C, indica que el Fe i Cr dissolts causats pel biofilm de P. aeruginosa van persistir més enllà dels primers 7 dies. El medi 2216E s'utilitza per simular ambients marins. Conté 17700 ppm de Cl-, que és comparable al que es troba a l'aigua de mar natural. La presència de 17700 ppm de Cl- va ser la raó principal de la reducció de Cr a les mostres abiòtiques de 7 i 14 dies analitzades per XPS. En comparació amb les mostres de P. aeruginosa, la dissolució de Cr en mostres abiòtiques va ser molt menor a causa de la forta resistència al Cl− del 2707 HDSS en ambients abiòtics. La Figura 9 mostra la presència de Cr6+ a la pel·lícula de passivació. Pot estar implicat en l'eliminació de Cr de superfícies d'acer per biofilms de P. aeruginosa, tal com suggereixen Chen i Clayton.
A causa del creixement bacterià, els valors de pH del medi abans i després del cultiu van ser de 7,4 i 8,2, respectivament. Per tant, per sota del biofilm de P. aeruginosa, és poc probable que la corrosió per àcids orgànics sigui un factor que contribueixi a aquest treball a causa del pH relativament alt del medi a granel. El pH del medi de control no biològic no va canviar significativament (d'un 7,4 inicial a un 7,5 final) durant el període de prova de 14 dies. L'augment del pH en el medi d'inoculació després de la incubació va ser degut a l'activitat metabòlica de P. aeruginosa i es va trobar que tenia el mateix efecte sobre el pH en absència de tires reactives.
Com es mostra a la Figura 7, la profunditat màxima de la cavitat causada pel biofilm de P. aeruginosa va ser de 0,69 μm, molt més gran que la del medi abiòtic (0,02 μm). Això és coherent amb les dades electroquímiques descrites anteriorment. La profunditat de la cavitat de 0,69 μm és més de deu vegades menor que el valor de 9,5 μm reportat per al DSS 2205 en les mateixes condicions. Aquestes dades demostren que el 2707 HDSS presenta una millor resistència a la MIC en comparació amb el 2205 DSS. Això no hauria de sorprendre, ja que el 2707 HDSS té un contingut de crom més alt, cosa que proporciona una passivació més duradora, a causa de l'estructura de fase equilibrada sense precipitats secundaris nocius, cosa que dificulta la despassivació de P. aeruginosa i l'eclipsi dels punts d'inici.
En conclusió, es van trobar picadures de MIC a la superfície de 2707 HDSS en brou de P. aeruginosa en comparació amb picadures insignificants en medis abiòtics. Aquest treball demostra que el 2707 HDSS té una millor resistència a la MIC que el 2205 DSS, però no és completament immune a la MIC a causa del biofilm de P. aeruginosa. Aquestes troballes ajuden en la selecció d'acers inoxidables adequats i en l'estimació de la vida útil per al medi marí.
El cupó per al 2707 HDSS és proporcionat per l'Escola de Metal·lúrgia de la Universitat del Nord-est (NEU) a Shenyang, Xina. La composició elemental del 2707 HDSS es mostra a la Taula 1, que va ser analitzada pel Departament d'Anàlisi i Proves de Materials de la NEU. Totes les mostres es van tractar en solució a 1180 °C durant 1 hora. Abans de les proves de corrosió, el 2707 HDSS en forma de moneda amb una superfície superior exposada d'1 cm2 es va polir a 2000 gra amb paper de carbur de silici i es va polir encara més amb una suspensió de pols d'Al2O3 de 0,05 μm. Els costats i la part inferior estan protegits per pintura inert. Després de l'assecat, les mostres es van esbandir amb aigua desionitzada estèril i es van esterilitzar amb etanol al 75% (v/v) durant 0,5 h. A continuació, es van assecar a l'aire sota llum ultraviolada (UV) durant 0,5 hores abans del seu ús.
La soca marina de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 es va adquirir al Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Xina. Pseudomonas aeruginosa es va cultivar aeròbicament a 37 °C en matrassos de 250 ml i cel·les electroquímiques de vidre de 500 ml utilitzant el medi líquid Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Xina). Medi (g/L): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 peptona, 1,0 extracte de llevat i 0,1 citrat fèrric. Autoclau a 121 °C durant 20 minuts abans de la inoculació. Compteu les cèl·lules sèssils i planctòniques amb un hemocitòmetre sota un microscopi òptic amb un augment de 400X. La concentració cel·lular inicial de Pseudomonas aeruginosa planctònica immediatament després de la inoculació va ser d'aproximadament 106 cèl·lules/ml.
Les proves electroquímiques es van realitzar en una cel·la de vidre clàssica de tres elèctrodes amb un volum de medi de 500 ml. Una làmina de platí i un elèctrode de calomel saturat (SCE) es van connectar al reactor mitjançant capil·lars de Luggin plens de ponts salins, que servien com a contraelèctrodes i elèctrodes de referència, respectivament. Per fabricar els elèctrodes de treball, es va fixar un cable de coure recobert de goma a cada mostra i es va cobrir amb epoxi, deixant aproximadament 1 cm2 de superfície exposada d'una sola cara per a l'elèctrode de treball. Durant les mesures electroquímiques, les mostres es van col·locar en un medi 2216E i es van mantenir a una temperatura d'incubació constant (37 °C) en un bany d'aigua. Les dades d'OCP, LPR, EIS i polarització dinàmica potencial es van mesurar mitjançant un potenciostat Autolab (Referència 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA). Les proves LPR es van registrar a una velocitat d'escaneig de 0,125 mV s-1 en el rang de -5 i 5 mV amb Eocp i una freqüència de mostreig d'1 Hz. L'EIS es va realitzar amb una ona sinusoidal en el rang de freqüència. De 0,01 a 10.000 Hz utilitzant un voltatge aplicat de 5 mV a Eocp en estat estacionari. Abans de l'escombrat de potencial, els elèctrodes estaven en mode de circuit obert fins que es va assolir un valor de potencial de corrosió lliure estable. A continuació, es van executar les corbes de polarització de -0,2 a 1,5 V vs. Eocp a una velocitat d'escaneig de 0,166 mV/s. Cada prova es va repetir 3 vegades amb i sense P. aeruginosa.
Les mostres per a l'anàlisi metal·logràfica es van polir mecànicament amb paper de SiC humit de gra 2000 i després es van polir amb una suspensió de pols d'Al2O3 de 0,05 μm per a l'observació òptica. L'anàlisi metal·logràfica es va realitzar mitjançant un microscopi òptic. Les mostres es van gravar amb una solució d'hidròxid de potassi al 10% en pes 43.
Després de la incubació, les mostres es van rentar 3 vegades amb solució salina tamponada amb fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) i després es van fixar amb glutaraldehid al 2,5% (v/v) durant 10 hores per fixar els biofilms. Posteriorment, es va deshidratar amb una sèrie graduada (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% v/v) d'etanol abans d'assecar-les a l'aire. Finalment, la superfície de la mostra es polvoritza amb una pel·lícula d'or per proporcionar conductivitat per a l'observació SEM. Les imatges SEM es van enfocar als punts amb les cèl·lules de P. aeruginosa més sèssils a la superfície de cada mostra. Realitzeu una anàlisi EDS per trobar elements químics. Es va utilitzar un microscopi confocal de rastreig làser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Alemanya) per mesurar la profunditat dels forats. Per observar els forats de corrosió sota el biofilm, primer es va netejar la peça de prova segons la normativa nacional xinesa. Estàndard (CNS) GB/T4334.4-2000 per eliminar els productes de corrosió i el biofilm a la superfície de la peça de prova.
L'anàlisi per espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS, sistema d'anàlisi de superfície ESCALAB250, Thermo VG, EUA) es va dur a terme utilitzant una font de raigs X monocromàtica (línia Kα d'alumini a 1500 eV d'energia i 150 W de potència) sobre un ampli rang d'energia d'enllaç de 0 a –1350 eV en condicions estàndard. Es van registrar espectres d'alta resolució utilitzant una energia de pas de 50 eV i una mida de pas de 0,2 eV.
Les mostres incubades es van retirar i es van esbandir suaument amb PBS (pH 7,4 ± 0,2) durant 15 s45. Per observar la viabilitat bacteriana dels biofilms a les mostres, els biofilms es van tenyir amb el kit de viabilitat bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA). El kit té dos colorants fluorescents, un colorant verd fluorescent SYTO-9 i un colorant vermell fluorescent de iodur de propidi (PI). Sota CLSM, els punts amb verd i vermell fluorescents representen cèl·lules vives i mortes, respectivament. Per a la tinció, es va incubar una barreja d'1 ml que contenia 3 μl de solució SYTO-9 i 3 μl de PI durant 20 minuts a temperatura ambient (23 oC) a la foscor. Després, es van observar les mostres tenyides a dues longituds d'ona (488 nm per a cèl·lules vives i 559 nm per a cèl·lules mortes) utilitzant una màquina Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japó). El gruix del biofilm es va mesurar en mode d'escaneig 3D.
Com citar aquest article: Li, H. et al. Corrosió microbiana de l'acer inoxidable superdúplex 2707 per Pseudomonas aeruginosa marina biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Esquerdament per corrosió sota tensió de l'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solució de clorur en presència de tiosulfat.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS. Efecte del tractament tèrmic en solució i nitrogen en gas protector sobre la resistència a la corrosió per picadura de les soldadures d'acer inoxidable súper dúplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Un estudi químic comparatiu de la corrosió per picadura induïda per microbis i electroquímicament en acer inoxidable 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines de diferents pH en presència de clorur. Electrochim. Journal. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI. L'efecte dels biofilms marins sobre la corrosió: una revisió concisa. Electrochim. Journal. 54, 2-7 (2008).