Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo v aplikaci Internet Explorer vypnout režim kompatibility). Mezitím budeme web vykreslovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Mikrobiální koroze (MIC) je vážným problémem v mnoha průmyslových odvětvích, protože může vést k obrovským ekonomickým ztrátám. Superduplexní nerezová ocel 2707 (2707 HDSS) se používá v mořském prostředí díky své vynikající chemické odolnosti. Její 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 dochází k pozitivní změně korozního potenciálu a ke zvýšení hustoty korozního proudu. Analýza rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) ukázala pokles obsahu Cr na povrchu vzorku pod biofilmem. Vizuální analýza důlků ukázala, že biofilm P. aeruginosa vytvořil během 14 dnů inkubace maximální hloubku důlků 0,69 µm. I když je to malé množství, naznačuje to, že 2707 HDSS není zcela imunní vůči MIC biofilmů P. aeruginosa.
Duplexní nerezové oceli (DSS) jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích díky perfektní kombinaci vynikajících mechanických vlastností a odolnosti proti korozi1,2. Přesto však dochází k lokálnímu pittingu, který ovlivňuje integritu této oceli3,4. DSS není odolná vůči mikrobiální korozi (MIC)5,6. Navzdory široké škále aplikací DSS stále existují prostředí, kde korozní odolnost DSS není dostatečná pro dlouhodobé používání. To znamená, že jsou vyžadovány dražší materiály s vyšší korozní odolností. Jeon a kol.7 zjistili, že i superduplexní nerezové oceli (SDSS) mají určitá omezení, pokud jde o korozní odolnost. Proto jsou v některých případech vyžadovány superduplexní nerezové oceli (HDSS) s vyšší korozní odolností. To vedlo k vývoji vysoce legovaných HDSS.
Odolnost proti korozi DSS závisí na poměru alfa a gama fází a je ochuzena o Cr, Mo a W v oblastech 8, 9, 10 sousedících s druhou fází. HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, proto má vynikající odolnost proti korozi a vysokou hodnotu (45-50) ekvivalentního čísla odolnosti proti důlkové korozi (PREN) určeného jako hmotnostní % Cr + 3,3 (hmotn. % Mo + 0,5 hm. % W) + 16 hm. % N12. Jeho vynikající odolnost proti korozi závisí na vyváženém složení obsahujícím přibližně 50 % feritických (α) a 50 % austenitických (γ) fází. HDSS má lepší mechanické vlastnosti a vyšší odolnost vůči chloridové korozi. Zlepšená odolnost proti korozi rozšiřuje použití HDSS v agresivnějších chloridových prostředích, jako je mořské prostředí.
MIC (minimální indukční koroze) představuje závažný problém v mnoha odvětvích, jako je ropný, plynárenský a vodohospodářský průmysl14. MIC představuje 20 % veškerého poškození korozí15. MIC je bioelektrochemická koroze, kterou lze pozorovat v mnoha prostředích. Biofilmy, které se tvoří na kovových površích, mění elektrochemické podmínky, a tím ovlivňují proces koroze. Všeobecně se věří, že koroze MIC je způsobena biofilmy. Elektrogenní mikroorganismy rozežírají kovy, aby získaly energii potřebnou k přežití17. Nedávné studie MIC ukázaly, že EET (extracelulární přenos elektronů) je faktorem limitujícím rychlost MIC indukované elektrogenními mikroorganismy. Zhang a kol.18 prokázali, že elektronové zprostředkovatelé urychlují přenos elektronů mezi buňkami Desulfovibrio sessificans a nerezovou ocelí 304, což vede k závažnějšímu napadení MIC. Anning a kol.19 a Wenzlaff a kol.20 ukázali, že biofilmy korozivních sulfát-redukujících bakterií (SRB) mohou přímo absorbovat elektrony z kovových substrátů, což vede k silné důlkové korozi.
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 biofilmy22,23. Na rozdíl od DSS není MIC HDSS24 dobře známá.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegativní, pohyblivá, tyčinkovitá bakterie, která je v přírodě široce rozšířená25. Pseudomonas aeruginosa je také významnou mikrobiální skupinou v mořském prostředí a způsobuje zvýšené koncentrace MIC. Pseudomonas se aktivně podílí na procesu koroze a je považována za průkopnického kolonizátora během tvorby biofilmu. Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 prokázali, že Pseudomonas aeruginosa má tendenci zvyšovat rychlost koroze nízkouhlíkové oceli a slitin ve vodním prostředí.
Hlavním cílem této práce bylo zkoumat vlastnosti HDSS MIC 2707 způsobeného mořskou aerobní bakterií Pseudomonas aeruginosa za použití elektrochemických metod, metod povrchové analýzy a analýzy korozních produktů. Pro studium chování HDSS MIC 2707 byly provedeny elektrochemické studie, včetně potenciálu otevřeného obvodu (OCP), lineárního polarizačního odporu (LPR), elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS) a potenciální dynamické polarizace. Pro detekci chemických prvků na korodovaném povrchu byla provedena energeticky disperzní spektrometrická analýza (EDS). Kromě toho byla použita rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) ke stanovení stability 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 oceli 2707 HDSS. Tabulka 2 ukazuje, že ocel 2707 HDSS má vynikající mechanické vlastnosti s mezí kluzu 650 MPa. Na obr. 1 je znázorněna optická mikrostruktura rozpouštěcí tepelně zpracované oceli 2707 HDSS. V mikrostruktuře obsahující přibližně 50 % austenitu a 50 % feritových fází jsou viditelné protáhlé pásy austenitových a feritových fází bez sekundárních fází.
Na obr. 2a je znázorněn potenciál otevřeného obvodu (Eocp) v závislosti na době expozice pro 2707 HDSS v abiotickém médiu 2216E a bujónu P. aeruginosa po dobu 14 dnů při 37 °C. Ukazuje se, že k největší a nejvýznamnější změně Eocp dochází během prvních 24 hodin. Hodnoty Eocp v obou případech dosáhly vrcholu -145 mV (ve srovnání s SCE) kolem 16 hodin a poté prudce klesly a dosáhly -477 mV (ve srovnání s SCE) a -236 mV (ve srovnání s SCE) pro abiotický vzorek a -236 mV (ve srovnání s SCE) pro P. aeruginosa (v uvedeném pořadí). Po 24 hodinách byla hodnota Eocp 2707 HDSS pro P. aeruginosa relativně stabilní na -228 mV (ve srovnání s SCE), zatímco odpovídající hodnota pro nebiologické vzorky byla přibližně -442 mV (ve srovnání s SCE). Eocp v přítomnosti P. aeruginosa byl poměrně nízký.
Elektrochemická studie 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu Pseudomonas aeruginosa při 37 °C:
(a) Eocp jako funkce doby expozice, (b) polarizační křivky 14. den, (c) Rp jako funkce doby expozice a (d) icorr jako funkce doby expozice.
Tabulka 3 ukazuje parametry elektrochemické koroze 2707 vzorků HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému Pseudomonas aeruginosa po dobu 14 dnů. Tečny anodové a katodové křivky byly extrapolovány za účelem získání průsečíků udávajících hustotu korozního proudu (icorr), korozní potenciál (Ecorr) a Tafelovu směrnici (βα a βc) podle standardních metod30,31.
Jak je znázorněno na obr. 2b, posun křivky P. aeruginosa směrem nahoru vedl ke zvýšení Ecorr ve srovnání s abiotickou křivkou. Hodnota icorr, která je úměrná rychlosti koroze, se ve vzorku Pseudomonas aeruginosa zvýšila na 0,328 µA cm-2, což je čtyřikrát více než v nebiologickém vzorku (0,087 µA cm-2).
LPR je klasická nedestruktivní elektrochemická metoda pro rychlou analýzu koroze. Byla také použita ke studiu MIC32. Na obr. 2c je znázorněn polarizační odpor (Rp) jako funkce doby expozice. Vyšší hodnota Rp znamená menší korozi. Během prvních 24 hodin dosáhl Rp 2707 HDSS vrcholu 1955 kΩ cm2 u abiotických vzorků a 1429 kΩ cm2 u vzorků Pseudomonas aeruginosa. Obrázek 2c také ukazuje, že hodnota Rp po jednom dni rychle klesla a poté zůstala relativně nezměněna během následujících 13 dnů. Hodnota Rp vzorku Pseudomonas aeruginosa je přibližně 40 kΩ cm2, což je mnohem méně než hodnota 450 kΩ cm2 u nebiologického vzorku.
Hodnota icorr je úměrná rovnoměrné rychlosti koroze. Její hodnotu lze vypočítat z následující Stern-Giriho rovnice:
Podle Zoe et al.33 byla typická hodnota Tafelovy směrnice B v této práci stanovena na 26 mV/dec. Obrázek 2d ukazuje, že icorr nebiologického vzorku 2707 zůstal relativně stabilní, zatímco vzorek P. aeruginosa po prvních 24 hodinách značně kolísal. Hodnoty icorr vzorků P. aeruginosa byly o řád vyšší než u nebiologických kontrol. Tento trend je v souladu s výsledky polarizačního odporu.
EIS je další nedestruktivní metoda používaná k charakterizaci elektrochemických reakcí na korodovaných površích. Byla použita impedanční spektra a vypočítané hodnoty kapacity vzorků vystavených abiotickému prostředí a roztoku Pseudomonas aeruginosa, odpor pasivního filmu/biofilmu Rb vytvořeného na povrchu vzorku, odpor přenosu náboje Rct, kapacita elektrické dvojité vrstvy Cdl (EDL) a konstantní parametry fázového prvku QCPE (CPE). Tyto parametry byly dále analyzovány fitováním dat pomocí modelu ekvivalentního obvodu (EEC).
Na obr. 3 jsou znázorněny typické Nyquistovy grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') pro 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu P. aeruginosa pro různé inkubační doby. Průměr Nyquistova kruhu se v přítomnosti Pseudomonas aeruginosa zmenšuje. Bodeho graf (obr. 3b') ukazuje nárůst celkové impedance. Informace o relaxační časové konstantě lze získat z fázových maxim. Na obr. 4 jsou znázorněny fyzikální struktury založené na monovrstvě (a) a dvojvrstvě (b) a odpovídajících EEC. Do modelu EEC je zaveden CPE. Jeho admitance a impedance jsou vyjádřeny následovně:
Dva fyzikální modely a odpovídající ekvivalentní obvody pro fitování impedančního spektra vzorku 2707 HDSS:
kde Y0 je hodnota KPI, j je imaginární číslo neboli (-1)1/2, ω je úhlová frekvence, n je index výkonu KPI menší než jedna35. Inverze odporu přenosu náboje (tj. 1/Rct) odpovídá rychlosti koroze. Čím menší Rct, tím vyšší je rychlost koroze27. Po 14 dnech inkubace dosáhl Rct vzorků Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, což je mnohem méně než 489 kΩ cm2 nebiologických vzorků (tabulka 4).
Snímky CLSM a SEM na obrázku 5 jasně ukazují, že biofilm na povrchu vzorku HDSS 2707 je po 7 dnech hustý. Po 14 dnech však bylo pokrytí biofilmem špatné a objevily se některé odumřelé buňky. Tabulka 5 ukazuje tloušťku biofilmu na vzorcích HDSS 2707 po expozici P. aeruginosa po dobu 7 a 14 dnů. Maximální tloušťka biofilmu se změnila z 23,4 µm po 7 dnech na 18,9 µm po 14 dnech. Průměrná tloušťka biofilmu tento trend také potvrdila. Snížila se z 22,2 ± 0,7 µm po 7 dnech na 17,8 ± 1,0 µm po 14 dnech.
(a) 3D CLSM snímek po 7 dnech, (b) 3D CLSM snímek po 14 dnech, (c) SEM snímek po 7 dnech a (d) SEM snímek po 14 dnech.
Elektromagnetické pole odhalilo chemické prvky v biofilmech a korozních produktech vzorků vystavených P. aeruginosa po dobu 14 dnů. Obrázek 6 ukazuje, že obsah C, N, O a P v biofilmech a korozních produktech je výrazně vyšší než v čistých kovech, protože tyto prvky jsou asociovány s biofilmy a jejich metabolity. Mikroby potřebují pouze stopové množství chromu a železa. Vysoké hladiny Cr a Fe v biofilmu a korozních produktech na povrchu vzorků naznačují, že kovová matrice ztratila prvky v důsledku koroze.
Po 14 dnech byly v médiu 2216E pozorovány důlky s P. aeruginosa a bez ní. Před inkubací byl povrch vzorků hladký a bez vad (obr. 7a). Po inkubaci a odstranění biofilmu a korozních produktů byly nejhlubší důlky na povrchu vzorků zkoumány pomocí CLSM, jak je znázorněno na obr. 7b a c. Na povrchu nebiologických kontrol nebyly zjištěny žádné zjevné důlky (maximální hloubka důlků 0,02 µm). Maximální hloubka důlků způsobená P. aeruginosa byla 0,52 µm po 7 dnech a 0,69 µm po 14 dnech, na základě průměrné maximální hloubky důlků ze 3 vzorků (pro každý vzorek bylo vybráno 10 maximálních hloubek důlků). Dosažení 0,42 ± 0,12 µm a 0,52 ± 0,15 µm (tabulka 5). Tyto hodnoty hloubky důlků jsou malé, ale důležité.
(a) před expozicí, (b) 14 dní v abiotickém prostředí a (c) 14 dní v bujónu Pseudomonas aeruginosa.
Na obr. Tabulka 8 ukazuje XPS spektra různých povrchů vzorků a chemické složení analyzované pro každý povrch je shrnuto v tabulce 6. V tabulce 6 byla atomová procenta Fe a Cr v přítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B) mnohem nižší než u nebiologických kontrol (vzorky C a D). U vzorku P. aeruginosa byla spektrální křivka na úrovni jádra Cr2p fitována na čtyři vrcholové složky s vazebnými energiemi (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, které lze připsat Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH)3 (obr. 9a a b). U nebiologických vzorků obsahuje spektrum hlavní úrovně Cr2p dva hlavní vrcholy pro Cr (573,80 eV pro BE) a Cr2O3 (575,90 eV pro BE) na obr. 9c a d. Nejvýraznějším rozdílem mezi abiotickými vzorky a vzorky P. aeruginosa byla přítomnost Cr6+ a vyšší relativní podíl Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmem.
Široká XPS spektra povrchu vzorku 2707 HDSS ve dvou médiích jsou 7, respektive 14 dní.
(a) 7denní expozice P. aeruginosa, (b) 14denní expozice P. aeruginosa, (c) 7 dní v abiotickém prostředí a (d) 14 dní v abiotickém prostředí.
HDSS vykazuje vysokou úroveň odolnosti proti korozi ve většině prostředí. Kim a kol.2 uvádějí, že HDSS UNS S32707 byl identifikován jako vysoce legovaný DSS s PREN vyšším než 45. Hodnota PREN vzorku 2707 HDSS v této práci byla 49. To je způsobeno vysokým obsahem chromu a vysokým obsahem molybdenu a niklu, které jsou užitečné v kyselém prostředí a prostředí s vysokým obsahem chloridů. Kromě toho je vyvážené složení a mikrostruktura bez defektů prospěšná pro strukturální stabilitu a odolnost proti korozi. Navzdory své vynikající chemické odolnosti však experimentální data v této práci naznačují, že 2707 HDSS není zcela imunní vůči MIC biofilmu P. aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázaly, že rychlost koroze 2707 HDSS v bujónu P. aeruginosa se po 14 dnech významně zvýšila 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 zcela pokryje povrch vzorku a Eocp se stává relativně stabilním36. Biologická hladina Eocp však byla mnohem vyšší než nebiologická hladina Eocp. Existují důvody se domnívat, že tento rozdíl je spojen s tvorbou biofilmů P. aeruginosa. Na obr. 2d v přítomnosti P. aeruginosa dosáhla hodnota icorr 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, což je o řád více než u abiotické kontroly (0,063 μA cm-2), což bylo v souladu s hodnotou Rct měřenou pomocí EIS. Během prvních několika dnů se hodnoty impedance v bujónu P. aeruginosa zvyšovaly v důsledku přichycení buněk P. aeruginosa a tvorby biofilmů. Jakmile však biofilm zcela pokryje povrch vzorku, impedance se snižuje. Ochranná vrstva je napadána primárně v důsledku tvorby biofilmů a jejich metabolitů. V důsledku toho se odolnost proti korozi v průběhu času snižovala a přichycení P. aeruginosa způsobilo lokalizovanou korozi. Trendy v abiotických prostředích byly odlišné. Odolnost proti korozi nebiologické kontroly byla mnohem vyšší než odpovídající hodnota vzorků vystavených bujónu P. aeruginosa. U abiotických vzorků navíc dosáhla hodnota Rct 2707 HDSS 14. den hodnoty 489 kΩ cm2, což je 15krát více než hodnota Rct (32 kΩ cm2) v přítomnosti P. aeruginosa. 2707 HDSS má tedy vynikající odolnost proti korozi ve sterilním prostředí, ale není odolný vůči MIC z biofilmů P. aeruginosa.
Tyto výsledky lze také pozorovat z polarizačních křivek na obr. 2b. Anodické větvení bylo spojeno s tvorbou biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakcemi oxidace kovů. V tomto případě je katodickou reakcí redukce kyslíku. Přítomnost P. aeruginosa významně zvýšila hustotu korozního proudu, přibližně o řád více než v abiotické kontrole. To naznačuje, že biofilm P. aeruginosa zvyšuje lokalizovanou korozi 2707 HDSS. Yuan a kol.29 zjistili, že hustota korozního proudu slitiny Cu-Ni 70/30 se zvýšila působením biofilmu P. aeruginosa. To může být způsobeno biokatalýzou redukce kyslíku biofilmy Pseudomonas aeruginosa. Toto pozorování může také vysvětlovat MIC 2707 HDSS v této práci. Pod aerobními biofilmy může být také méně kyslíku. Proto může být odmítnutí repasivace kovového povrchu kyslíkem faktorem přispívajícím k MIC v této práci.
Dickinson a kol.38 naznačili, že rychlost chemických a elektrochemických reakcí může být přímo ovlivněna metabolickou aktivitou přisedlých bakterií na povrchu vzorku a povahou korozních produktů. Jak je znázorněno na obrázku 5 a v tabulce 5, počet buněk a tloušťka biofilmu se po 14 dnech snížily. To lze rozumně vysvětlit skutečností, že po 14 dnech většina přisedlých buněk na povrchu 2707 HDSS uhynula v důsledku vyčerpání živin v médiu 2216E nebo uvolnění toxických kovových iontů z matrice 2707 HDSS. Toto je omezení dávkových experimentů.
V této práci přispěl biofilm P. aeruginosa k lokálnímu úbytku Cr a Fe pod biofilmem na povrchu 2707 HDSS (obr. 6). Tabulka 6 ukazuje snížení Fe a Cr ve vzorku D ve srovnání se vzorkem C, což naznačuje, že rozpuštěné Fe a Cr způsobené biofilmem P. aeruginosa přetrvávalo po dobu prvních 7 dnů. Prostředí 2216E bylo použito 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 7- a 14denních abiotických vzorcích analyzovaných pomocí XPS. Ve srovnání se vzorky P. aeruginosa bylo rozpouštění Cr v abiotických vzorcích mnohem menší kvůli silné rezistenci 2707 HDSS vůči chloru za abiotických podmínek. Na obr. 9 je znázorněna přítomnost Cr6+ v pasivačním filmu. Může se podílet na odstraňování chromu z ocelových povrchů biofilmy P. aeruginosa, jak naznačují Chen a Clayton.
V důsledku růstu bakterií byly hodnoty pH média před kultivací a po ní 7,4, respektive 8,2. Je tedy nepravděpodobné, že by pod biofilmem P. aeruginosa koroze organickými kyselinami k této práci přispívala, a to vzhledem k 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 způsobeno metabolickou aktivitou P. aeruginosa a bylo zjištěno, že má stejný vliv na pH i bez testovacích proužků.
Jak je znázorněno na obrázku 7, maximální hloubka důlků způsobená biofilmem P. aeruginosa byla 0,69 µm, což je mnohem více než v abiotickém médiu (0,02 µm). To je v souladu s výše popsanými elektrochemickými údaji. Hloubka důlků 0,69 µm je více než desetkrát menší než hodnota 9,5 µm uváděná pro 2205 DSS za stejných podmínek. Tato data ukazují, že 2707 HDSS vykazuje lepší odolnost vůči MIC než 2205 DSS. To by nemělo být překvapením, protože 2707 HDSS má vyšší hladiny Cr, což zajišťuje delší pasivaci, obtížněji se odstraňuje pasivace P. aeruginosa a díky své vyvážené fázové struktuře bez škodlivého sekundárního srážení způsobuje důlky.
Závěrem lze říci, že na povrchu 2707 HDSS v bujónu P. aeruginosa byly nalezeny důlky MIC ve srovnání s nevýznamnými důlky v abiotickém prostředí. Tato práce ukazuje, že 2707 HDSS má lepší odolnost vůči MIC než 2205 DSS, ale není vůči MIC zcela imunní kvůli biofilmu P. aeruginosa. Tyto výsledky pomáhají při výběru vhodných nerezových ocelí a očekávané životnosti pro mořské prostředí.
Kupón na slitinu 2707 HDSS poskytla Metalurgická fakulta Northeastern University (NEU) v Šen-jangu v Číně. Elementární složení slitiny 2707 HDSS je uvedeno v tabulce 1, kterou analyzovalo oddělení materiálové analýzy a testování NEU. Všechny vzorky byly ošetřeny na pevný roztok při teplotě 1180 °C po dobu 1 hodiny. Před korozními zkouškami byl slitin 2707 HDSS ve tvaru mince s horní otevřenou plochou 1 cm2 vyleštěn na zrnitost 2000 brusným papírem z karbidu křemíku a poté vyleštěn suspenzí prášku Al2O3 o zrnitosti 0,05 µm. Boky a dno jsou chráněny inertní barvou. Po vysušení byly vzorky omyty sterilní deionizovanou vodou a sterilizovány 75% (v/v) ethanolem po dobu 0,5 hodiny. Před použitím byly poté sušeny na vzduchu pod ultrafialovým (UV) světlem po dobu 0,5 hodiny.
Mořský kmen Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 byl zakoupen od Centra pro sbírku mořských kultur Xiamen (MCCC) v Číně. Pseudomonas aeruginosa byl pěstován za aerobních podmínek při 37 °C v 250ml baňkách a 500ml skleněných elektrochemických celách za použití kapalného média Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína). Médium obsahuje (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 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 pepton, 1,0 kvasničný extrakt a 0,1 citrátu železa. Před inokulací autoklávujte při 121 °C po dobu 20 minut. Přisedlé a planktonové buňky spočítejte hemocytometrem pod světelným mikroskopem při 400násobném zvětšení. Počáteční koncentrace planktonové Pseudomonas aeruginosa bezprostředně po inokulaci byla přibližně 106 buněk/ml.
Elektrochemické testy byly provedeny v klasické tříelektrodové skleněné cele s objemem média 500 ml. Platinový plech a nasycená kalomelová elektroda (SAE) byly k reaktoru připojeny Lugginovými kapilárami naplněnými solnými můstky, které sloužily jako protielektroda a referenční elektroda. Pro výrobu pracovních elektrod byl ke každému vzorku připevněn pogumovaný měděný drát a pokryt epoxidovou pryskyřicí, přičemž na jedné straně zbyla asi 1 cm2 nechráněné plochy pro pracovní elektrodu. Během elektrochemických měření byly vzorky umístěny do média 2216E a udržovány při konstantní inkubační teplotě (37 °C) ve vodní lázni. Data OCP, LPR, EIS a potenciální dynamická polarizace byla měřena pomocí potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Testy LPR byly zaznamenávány při rychlosti skenování 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 až 5 mV s Eocp a vzorkovací frekvencí 1 Hz. Elektroindukce koroze (EIS) byla provedena se sinusovou vlnou ve frekvenčním rozsahu 0,01 až 10 000 Hz s použitím aplikovaného napětí 5 mV při ustáleném stavu Eocp. Před měřením potenciálu byly elektrody v klidovém režimu, dokud nebylo dosaženo stabilní hodnoty volného korozního potenciálu. Polarizační křivky byly poté měřeny od -0,2 do 1,5 V jako funkce Eocp při rychlosti skenování 0,166 mV/s. Každý test byl opakován 3krát s P. aeruginosa a bez ní.
Vzorky pro metalografickou analýzu byly mechanicky vyleštěny mokrým SiC papírem o zrnitosti 2000 a poté dále vyleštěny suspenzí prášku Al2O3 o zrnitosti 0,05 µm pro optické pozorování. Metalografická analýza byla provedena pomocí optického mikroskopu. Vzorky byly leptány 10% roztokem hydroxidu draselného 43.
Po inkubaci byly vzorky třikrát promyty fosfátem pufrovaným fyziologickým roztokem (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a poté fixovány 2,5% (obj./obj.) glutaraldehydem po dobu 10 hodin pro fixaci biofilmů. Poté byly vzorky dehydratovány dávkovým ethanolem (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % objemových) a sušeny na vzduchu. Nakonec byl na povrch vzorku nanesen zlatý film, který zajistil vodivost pro pozorování SEM. Snímky SEM byly zaostřeny na místa s nejvíce přisedlými buňkami P. aeruginosa na povrchu každého vzorku. Pro nalezení chemických prvků byla provedena EDS analýza. Pro měření hloubky jamek byl použit konfokální laserový skenovací mikroskop Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Německo). Pro pozorování korozních jamek pod biofilmem byl testovaný vzorek nejprve vyčištěn podle čínské národní normy (CNS) GB/T4334.4-2000, aby se z povrchu testovaného vzorku odstranily produkty koroze a biofilm.
Analýza rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS, systém pro povrchovou analýzu ESCALAB250, Thermo VG, USA) byla provedena za použití monochromatického rentgenového zdroje (hliníková čára Kα s energií 1500 eV a výkonem 150 W) v širokém rozsahu vazebných energií 0 za standardních podmínek –1350 eV. Spektra s vysokým rozlišením byla zaznamenána s transmisní energií 50 eV a krokem 0,2 eV.
Inkubované vzorky byly vyjmuty a jemně promyty PBS (pH 7,4 ± 0,2) po dobu 15 sekund a 45 sekund. Pro pozorování životaschopnosti bakterií v biofilmech na vzorcích byly biofilmy obarveny pomocí sady 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 metodě CLSM představují fluorescenční zelené a červené tečky živé a mrtvé buňky. Pro barvení byl 1 ml směsi obsahující 3 µl roztoku SYTO-9 a 3 µl roztoku PI inkubován po dobu 20 minut při pokojové teplotě (23 °C) ve tmě. Poté byly obarvené vzorky zkoumány při dvou vlnových délkách (488 nm pro živé buňky a 559 nm pro mrtvé buňky) za použití přístroje Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko). Tloušťka biofilmu byla měřena v režimu 3D skenování.
Jak citovat tento článek: Li, H. a kol. Mikrobiální koroze superduplexní nerezové oceli 2707 mořským biofilmem Pseudomonas aeruginosa. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozní praskání v důsledku napětí duplexní nerezové oceli LDX 2101 v chloridových roztocích za přítomnosti thiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozní praskání v důsledku napětí duplexní nerezové oceli LDX 2101 v chloridových roztocích za přítomnosti thiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 v растворах хлоридов v присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozní praskání v důsledku napětí duplexní nerezové oceli LDX 2101 v chloridových roztocích za přítomnosti thiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相nerezová ocel在福代sulfate分下下南性性生于中傃像剣譧澾像剣譧澾像剣譧澾像剣譧澾像剣在福代sulfate Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 v растворе хлорида v присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozní praskání v důsledku napětí duplexní nerezové oceli LDX 2101 v roztoku chloridu za přítomnosti thiosíranu.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS. Vlivy rozpouštěcího kalení a dusíku v ochranném plynu na odolnost svarů hyperduplexní nerezové oceli proti bodové korozi. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS. Vlivy rozpouštěcího kalení a dusíku v ochranném plynu na odolnost svarů hyperduplexní nerezové oceli proti bodové korozi.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vliv rozpouštěcího tepelného zpracování a dusíku v ochranném plynu na odolnost svarů hyperduplexní nerezové oceli proti bodové korozi. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vliv rozpouštěcího tepelného zpracování a dusíku v ochranném plynu na odolnost svarů superduplexní nerezové oceli proti bodové korozi.koros. věda. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Srovnávací studie v chemii mikrobiálně a elektrochemicky indukované důlkové koroze nerezové oceli 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Srovnávací studie v chemii mikrobiálně a elektrochemicky indukované důlkové koroze nerezové oceli 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Srovnávací chemická studie mikrobiologické a elektrochemické důlkové koroze nerezové oceli 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Srovnávací chemická studie mikrobiologické a elektrochemicky indukované důlkové koroze v nerezové oceli 316L.koros. věda. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích s různým pH za přítomnosti chloridu. Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích s různým pH za přítomnosti chloridu.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích s různým pH za přítomnosti chloridu. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. 2205 Elektrochemické chování nerezové oceli 双相 v přítomnosti chloridu při různém pH v alkalickém roztoku.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích s různým pH za přítomnosti chloridu.Časopis Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI. Vliv mořských biofilmů na korozi: Stručný přehled. Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI. Vliv mořských biofilmů na korozi: Stručný přehled.Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI. Vliv mořských biofilmů na korozi: Stručný přehled. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Little, BJ, Lee, JS a Ray, RILittle, BJ, Lee, JS a Ray, RI. Vliv mořských biofilmů na korozi: Stručný přehled.Časopis Electrochem. 54, 2–7 (2008).