Diolch i chi am ymweld â Nature.com. Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth gyfyngedig ar gyfer CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod chi'n defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu'n diffodd y modd cydnawsedd yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn arddangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Mae cyrydiad microbaidd (MIC) yn broblem ddifrifol mewn llawer o ddiwydiannau gan y gall achosi colledion economaidd enfawr. Defnyddiwyd dur di-staen uwch-ddwplecs 2707 (2707 HDSS) mewn amgylcheddau morol oherwydd ei wrthwynebiad cemegol rhagorol. Fodd bynnag, nid yw ei wrthwynebiad i MIC wedi'i ddangos yn arbrofol. Yn yr astudiaeth hon, ymchwiliwyd i ymddygiad MIC 2707 HDSS a achosir gan y bacteriwm aerobig morol Pseudomonas aeruginosa. Dangosodd dadansoddiad electrogemegol, ym mhresenoldeb biofilm Pseudomonas aeruginosa mewn cyfrwng 2216E, fod newid cadarnhaol mewn potensial cyrydiad a chynnydd mewn dwysedd cerrynt cyrydiad. Dangosodd dadansoddiad sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS) ostyngiad yng nghynnwys Cr ar wyneb y sbesimen o dan y biofilm. Dangosodd dadansoddiad delweddu o'r pyllau fod y biofilm P. aeruginosa wedi cynhyrchu dyfnder pwll mwyaf o 0.69 μm yn ystod 14 diwrnod o ddeori. Er bod hyn yn fach, mae'n dangos nad yw 2707 HDSS yn gwbl imiwn i MIC Bioffilmiau P. aeruginosa.
Defnyddir duroedd gwrthstaen deuplex (DSS) yn helaeth mewn amrywiol ddiwydiannau am eu cyfuniad delfrydol o briodweddau mecanyddol rhagorol a gwrthiant cyrydiad1,2. Fodd bynnag, mae twll lleol yn dal i ddigwydd ac mae'n effeithio ar gyfanrwydd y dur hwn3,4. Nid yw DSS yn gwrthsefyll cyrydiad microbaidd (MIC)5,6. Er gwaethaf yr ystod eang o gymwysiadau ar gyfer DSS, mae yna amgylcheddau o hyd lle nad yw gwrthiant cyrydiad DSS yn ddigonol ar gyfer defnydd hirdymor. Mae hyn yn golygu bod angen deunyddiau drutach gyda gwrthiant cyrydiad uwch. Canfu Jeon et al7 fod gan dduroedd gwrthstaen super deuplex (SDSS) rai cyfyngiadau o ran gwrthiant cyrydiad. Felly, mae angen duroedd gwrthstaen super deuplex (HDSS) gyda gwrthiant cyrydiad uwch mewn rhai cymwysiadau. Arweiniodd hyn at ddatblygu HDSS wedi'i aloi'n fawr.
Mae ymwrthedd cyrydiad DSS yn dibynnu ar gymhareb y cyfnodau alffa a gama a'r rhanbarthau disbyddedig Cr, Mo a W 8, 9, 10 gerllaw'r ail gyfnod. Mae HDSS yn cynnwys cynnwys uchel o Cr, Mo ac N11, felly mae ganddo ymwrthedd cyrydiad rhagorol a Rhif Cyfwerth Ymwrthedd Pitting (PREN) gwerth uchel (45-50), a bennir gan wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Mae ei ymwrthedd cyrydiad rhagorol yn dibynnu ar gyfansoddiad cytbwys sy'n cynnwys tua 50% o gyfnodau ferrite (α) a 50% austenite (γ), mae gan HDSS briodweddau mecanyddol gwell a gwrthiant uwch na DSS13 confensiynol. Priodweddau cyrydiad clorid. Mae'r ymwrthedd cyrydiad gwell yn ehangu'r defnydd o HDSS mewn amgylcheddau clorid mwy cyrydol, fel amgylcheddau morol.
Mae MICs yn broblem fawr mewn llawer o ddiwydiannau fel olew a nwy a chyfleustodau dŵr14. Mae MIC yn cyfrif am 20% o'r holl ddifrod cyrydiad15. Mae MIC yn gyrydiad bioelectrogemegol y gellir ei arsylwi mewn llawer o amgylcheddau. Mae bioffilmiau sy'n ffurfio ar arwynebau metel yn newid yr amodau electrogemegol, gan effeithio felly ar y broses cyrydiad. Credir yn eang mai bioffilmiau sy'n achosi cyrydiad MIC. Mae micro-organebau electrogenig yn cyrydu metelau i gael egni cynnaliol i oroesi17. Mae astudiaethau MIC diweddar wedi dangos mai EET (trosglwyddo electronau allgellog) yw'r ffactor sy'n cyfyngu ar y gyfradd mewn MIC a achosir gan ficro-organebau electrogenig. Dangosodd Zhang et al.18 fod cyfryngwyr electronau yn cyflymu trosglwyddo electronau rhwng celloedd Desulfovibrio sessificans a dur di-staen 304, gan arwain at ymosodiad MIC mwy difrifol. Dangosodd Enning et al.19 a Venzlaff et al.20 y gall bioffilmiau bacteria cyrydol sy'n lleihau sylffad (SRB) amsugno electronau'n uniongyrchol o swbstradau metel, gan arwain at gyrydiad twll difrifol.
Mae'n hysbys bod DSS yn agored i MIC mewn amgylcheddau sy'n cynnwys SRB, bacteria sy'n lleihau haearn (IRB), ac ati. 21. Mae'r bacteria hyn yn achosi tyllau lleol ar arwynebau DSS o dan fiofilmiau 22,23. Yn wahanol i DSS, nid yw MIC HDSS 24 yn hysbys iawn.
Mae Pseudomonas aeruginosa yn bacteriwm symudol siâp gwialen gram-negatif sydd wedi'i ddosbarthu'n eang yn y byd natur25. Mae Pseudomonas aeruginosa hefyd yn grŵp microbaidd pwysig yn yr amgylchedd morol, gan achosi MIC i ddur. Mae Pseudomonas yn ymwneud yn agos â phrosesau cyrydiad ac fe'i cydnabyddir fel gwladychwr arloesol yn ystod ffurfio bioffilm. Dangosodd Mahat et al.28 a Yuan et al.29 fod gan Pseudomonas aeruginosa duedd i gynyddu cyfradd cyrydiad dur ysgafn ac aloion mewn amgylcheddau dyfrllyd.
Prif amcan y gwaith hwn oedd ymchwilio i briodweddau MIC 2707 HDSS a achosir gan y bacteriwm aerobig morol Pseudomonas aeruginosa gan ddefnyddio dulliau electrocemegol, technegau dadansoddol arwyneb a dadansoddi cynnyrch cyrydiad. Perfformiwyd astudiaethau electrocemegol gan gynnwys Potensial Cylchdaith Agored (OCP), Gwrthiant Polareiddio Llinol (LPR), Sbectrosgopeg Impedans Electrocemegol (EIS), a Pholareiddio Dynamig Potensial i astudio ymddygiad MIC 2707 HDSS. Perfformiwyd dadansoddiad sbectromedr gwasgaru ynni (EDS) i ddod o hyd i elfennau cemegol ar yr wyneb cyrydedig. Yn ogystal, defnyddiwyd dadansoddiad sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS) i bennu sefydlogrwydd goddefedd ffilm ocsid o dan ddylanwad amgylchedd morol sy'n cynnwys Pseudomonas aeruginosa. Mesurwyd dyfnder y pwll o dan ficrosgop sganio laser confocal (CLSM).
Mae Tabl 1 yn rhestru cyfansoddiad cemegol 2707 HDSS. Mae Tabl 2 yn dangos bod gan 2707 HDSS briodweddau mecanyddol rhagorol gyda chryfder cynnyrch o 650 MPa. Mae Ffigur 1 yn dangos microstrwythur optegol 2707 HDSS wedi'i drin â gwres hydoddiant. Gellir gweld bandiau hirgul o gyfnodau austenit a ferrite heb gyfnodau eilaidd yn y microstrwythur sy'n cynnwys tua 50% o gyfnodau austenit a 50% o gyfnodau ferrite.
Mae Ffigur 2a yn dangos potensial cylched agored (Eocp) yn erbyn data amser amlygiad ar gyfer 2707 HDSS mewn cyfrwng abiotig 2216E a broth P. aeruginosa am 14 diwrnod ar 37 °C. Mae'n dangos bod y newid mwyaf ac arwyddocaol yn Eocp yn digwydd o fewn y 24 awr gyntaf. Cyrhaeddodd gwerthoedd Eocp yn y ddau achos uchafbwynt o -145 mV (yn erbyn SCE) tua 16 awr ac yna gostyngasant yn sydyn, gan gyrraedd -477 mV (yn erbyn SCE) a -236 mV (yn erbyn SCE) ar gyfer y sampl abiotig a P, yn y drefn honno. Cwponau Pseudomonas aeruginosa, yn y drefn honno. Ar ôl 24 awr, roedd gwerth Eocp o 2707 HDSS ar gyfer P. aeruginosa yn gymharol sefydlog ar -228 mV (vs. SCE), tra bod y gwerth cyfatebol ar gyfer samplau anfiolegol tua -442 mV (vs. SCE). Roedd Eocp ym mhresenoldeb P. aeruginosa yn eithaf isel.
Profi electrocemegol o 2707 o sbesimenau HDSS mewn cyfrwng abiotig a broth Pseudomonas aeruginosa ar 37 °C:
(a) Eocp fel swyddogaeth o amser amlygiad, (b) cromliniau polareiddio ar ddiwrnod 14, (c) Rp fel swyddogaeth o amser amlygiad a (d) icorr fel swyddogaeth o amser amlygiad.
Mae Tabl 3 yn rhestru gwerthoedd paramedr cyrydiad electrocemegol 2707 o samplau HDSS a gafodd eu hamlygu i gyfrwng abiotig a chyfrwng wedi'i frechu â Pseudomonas aeruginosa am 14 diwrnod. Cafodd tangiadau'r cromliniau anodig a chathodig eu hallosod i gyrraedd y croestoriadau gan gynhyrchu dwysedd cerrynt cyrydiad (icorr), potensial cyrydiad (Ecorr) a llethrau Tafel (βα a βc) yn ôl dulliau safonol30,31.
Fel y dangosir yn Ffigur 2b, arweiniodd y symudiad tuag i fyny yng nghromlin P. aeruginosa at gynnydd yn Ecorr o'i gymharu â'r gromlin abiotig. Cynyddodd y gwerth icorr, sy'n gymesur â'r gyfradd cyrydiad, i 0.328 μA cm-2 yn y sampl Pseudomonas aeruginosa, pedair gwaith gwerth y sampl anfiolegol (0.087 μA cm-2).
Mae LPR yn ddull electrogemegol clasurol nad yw'n ddinistriol ar gyfer dadansoddi cyrydiad cyflym. Fe'i defnyddiwyd hefyd i astudio MIC32. Mae Ffigur 2c yn dangos y gwrthiant polareiddio (Rp) fel swyddogaeth o amser amlygiad. Mae gwerth Rp uwch yn golygu llai o gyrydiad. O fewn yr 24 awr gyntaf, cyrhaeddodd Rp 2707 HDSS werth uchaf o 1955 kΩ cm2 ar gyfer samplau abiotig a 1429 kΩ cm2 ar gyfer samplau Pseudomonas aeruginosa. Mae Ffigur 2c hefyd yn dangos bod y gwerth Rp wedi gostwng yn gyflym ar ôl un diwrnod ac yna wedi aros yn gymharol ddigyfnewid am y 13 diwrnod nesaf. Mae gwerth Rp y sampl Pseudomonas aeruginosa tua 40 kΩ cm2, sy'n llawer is na gwerth 450 kΩ cm2 y sampl anfiolegol.
Mae'r gwerth icorr yn gymesur â'r gyfradd cyrydiad unffurf. Gellir cyfrifo ei werth o'r hafaliad Stern-Geary canlynol,
Yn dilyn Zou et al. 33, tybiwyd bod gwerth nodweddiadol llethr Tafel B yn y gwaith hwn yn 26 mV/dec. Mae Ffigur 2d yn dangos bod icorr y sampl 2707 anfiolegol wedi aros yn gymharol sefydlog, tra bod y sampl P. aeruginosa wedi amrywio'n fawr ar ôl y 24 awr gyntaf. Roedd gwerthoedd icorr y samplau P. aeruginosa yn orchymyn maint yn uwch na'r rheolyddion anfiolegol. Mae'r duedd hon yn gyson â chanlyniadau'r ymwrthedd polareiddio.
Mae EIS yn dechneg arall nad yw'n ddinistriol a ddefnyddir i nodweddu adweithiau electrocemegol ar ryngwynebau wedi cyrydu. Sbectrwm rhwystriant a gwerthoedd cynhwysedd cyfrifedig sbesimenau a oedd wedi'u hamlygu i gyfryngau abiotig a hydoddiant Pseudomonas aeruginosa, gwrthiant Rb ffilm/bioffilm goddefol a ffurfiwyd ar wyneb y sbesimen, gwrthiant trosglwyddo gwefr Rct, cynhwysedd haen ddwbl trydan Cdl (EDL) a pharamedrau Elfen Cyfnod Cyson (CPE) QCPE. Dadansoddwyd y paramedrau hyn ymhellach trwy ffitio'r data gan ddefnyddio model cylched gyfwerth (EEC).
Mae Ffigur 3 yn dangos plotiau Nyquist nodweddiadol (a a b) a plotiau Bode (a' a b') o 2707 o samplau HDSS mewn cyfrwng abiotig a broth P. aeruginosa ar gyfer gwahanol amseroedd deori. Mae diamedr y cylch Nyquist yn lleihau ym mhresenoldeb Pseudomonas aeruginosa. Mae'r plot Bode (Ffig. 3b') yn dangos cynnydd ym maint y rhwystriant cyfan. Gellir darparu gwybodaeth am y cysonyn amser ymlacio gan y maxima cyfnod. Mae Ffigur 4 yn dangos y strwythurau ffisegol sy'n seiliedig ar haen unhaen (a) a haen ddeuhaen (b) a'u EECs cyfatebol. Cyflwynir CPE i'r model EEC. Mynegir ei fynediad a'i rwystriant fel a ganlyn:
Dau fodel ffisegol a chylchedau cyfatebol cyfatebol ar gyfer ffitio sbectrwm impedans y sbesimen 2707 HDSS:
lle mae Y0 yn faint y CPE, j yw'r rhif dychmygol neu (-1)1/2, ω yw'r amledd onglog, ac n yw mynegai pŵer y CPE sy'n llai nag uned35. Mae gwrthdro'r gwrthiant trosglwyddo gwefr (h.y. 1/Rct) yn cyfateb i'r gyfradd cyrydu. Mae Rct llai yn golygu cyfradd cyrydu gyflymach27. Ar ôl 14 diwrnod o ddeori, cyrhaeddodd Rct y samplau Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, llawer llai na'r 489 kΩ cm2 o'r samplau anfiolegol (Tabl 4).
Mae'r delweddau CLSM a'r delweddau SEM yn Ffigur 5 yn dangos yn glir bod y gorchudd bioffilm ar wyneb y sbesimen 2707 HDSS ar ôl 7 diwrnod yn drwchus. Fodd bynnag, ar ôl 14 diwrnod, roedd y gorchudd bioffilm yn brin ac ymddangosodd rhai celloedd marw. Mae Tabl 5 yn dangos trwch y bioffilm ar sbesimenau 2707 HDSS ar ôl dod i gysylltiad â P. aeruginosa am 7 a 14 diwrnod. Newidiodd y trwch bioffilm mwyaf o 23.4 μm ar ôl 7 diwrnod i 18.9 μm ar ôl 14 diwrnod. Cadarnhaodd y trwch bioffilm cyfartalog y duedd hon hefyd. Gostyngodd o 22.2 ± 0.7 μm ar ôl 7 diwrnod i 17.8 ± 1.0 μm ar ôl 14 diwrnod.
(a) Delwedd CLSM 3-D ar ôl 7 diwrnod, (b) Delwedd CLSM 3-D ar ôl 14 diwrnod, (c) Delwedd SEM ar ôl 7 diwrnod a (d) Delwedd SEM ar ôl 14 diwrnod.
Datgelodd EDS elfennau cemegol mewn bioffilmiau a chynhyrchion cyrydiad ar samplau a oedd wedi'u hamlygu i P. aeruginosa am 14 diwrnod. Mae Ffigur 6 yn dangos bod cynnwys C, N, O, a P mewn bioffilmiau a chynhyrchion cyrydiad yn llawer uwch nag mewn metelau noeth, oherwydd bod yr elfennau hyn yn gysylltiedig â bioffilmiau a'u metabolion. Dim ond symiau bach o gromiwm a haearn sydd eu hangen ar ficrobau. Mae lefelau uchel o Cr a Fe yn y bioffilm a chynhyrchion cyrydiad ar wyneb y sbesimenau yn dangos bod y matrics metel wedi colli elfennau oherwydd cyrydiad.
Ar ôl 14 diwrnod, gwelwyd pyllau gyda a heb P. aeruginosa mewn cyfrwng 2216E. Cyn y deori, roedd wyneb y sbesimen yn llyfn ac yn rhydd o ddiffygion (Ffig. 7a). Ar ôl y deori a chael gwared â biofilm a chynhyrchion cyrydu, archwiliwyd y pyllau dyfnaf ar wyneb y sbesimenau o dan CLSM, fel y dangosir yn Ffigur 7b ac c. Ni chanfuwyd unrhyw byllau amlwg ar wyneb y samplau rheoli anfiolegol (dyfnder mwyaf y pwll 0.02 μm). Y dyfnder mwyaf a achosir gan Pseudomonas aeruginosa oedd 0.52 μm ar ôl 7 diwrnod a 0.69 μm ar ôl 14 diwrnod, yn seiliedig ar y dyfnder mwyaf cyfartalog o 3 sampl (dewiswyd 10 gwerth dyfnder mwyaf ar gyfer pob sampl) a gyrhaeddodd 0.42 ± 0.12 μm a 0.52 ± 0.15 μm, yn y drefn honno (Tabl 5). Mae'r gwerthoedd dyfnder pwll hyn yn fach ond yn bwysig.
(a) Cyn dod i gysylltiad, (b) 14 diwrnod mewn cyfrwng abiotig a (c) 14 diwrnod mewn cawl Pseudomonas aeruginosa.
Mae Ffigur 8 yn dangos sbectrwm XPS gwahanol arwynebau sampl, a chrynhoir y cyfansoddiadau cemegol a ddadansoddwyd ar gyfer pob arwyneb yn Nhabl 6. Yn Nhabl 6, roedd canrannau atomig Fe a Cr ym mhresenoldeb P. aeruginosa (samplau A a B) yn llawer is na chanrannau'r samplau rheoli anfiolegol (samplau C a D). Ar gyfer y sampl P. aeruginosa, ffitiwyd y gromlin sbectrwm lefel craidd Cr 2p i bedwar cydran brig gyda gwerthoedd egni rhwymo (BE) o 574.4, 576.6, 578.3 a 586.8 eV, y gellir eu priodoli i Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH)3, yn y drefn honno (Ffig. 9a a b). Ar gyfer sbesimenau anfiolegol, mae'r sbectrwm lefel craidd Cr 2p yn cynnwys dau brif gopa ar gyfer Cr (573.80 eV ar gyfer BE) a Cr2O3 (575.90 eV ar gyfer BE) yn Ffig. 9c a d, yn y drefn honno. Y Y gwahaniaeth mwyaf trawiadol rhwng y samplau abiotig a P. aeruginosa oedd presenoldeb Cr6+ a chyfran gymharol uwch o Cr(OH)3 (BE o 586.8 eV) o dan y bioffilm.
Mae sbectrwm XPS eang wyneb y sbesimen 2707 HDSS yn y ddau gyfrwng yn 7 diwrnod a 14 diwrnod, yn y drefn honno.
(a) 7 diwrnod o amlygiad i P. aeruginosa, (b) 14 diwrnod o amlygiad i P. aeruginosa, (c) 7 diwrnod mewn cyfrwng abiotig a (d) 14 diwrnod mewn cyfrwng abiotig.
Mae HDSS yn arddangos lefelau uchel o wrthwynebiad cyrydiad yn y rhan fwyaf o amgylcheddau. Adroddodd Kim et al. 2 fod UNS S32707 HDSS wedi'i ddiffinio fel DSS wedi'i aloi'n fawr gyda PREN o fwy na 45. Roedd gwerth PREN y sbesimen 2707 HDSS yn y gwaith hwn yn 49. Mae hyn oherwydd ei gynnwys cromiwm uchel a'i lefelau uchel o folybdenwm a Ni, sy'n fuddiol mewn amgylcheddau asidig a chlorid uchel. Yn ogystal, mae cyfansoddiad cytbwys a microstrwythur di-ddiffygion yn ddefnyddiol ar gyfer sefydlogrwydd strwythurol a gwrthsefyll cyrydiad. Fodd bynnag, er gwaethaf ei wrthwynebiad cemegol rhagorol, mae'r data arbrofol yn y gwaith hwn yn awgrymu nad yw 2707 HDSS yn gwbl imiwn i MIC bioffilmiau P. aeruginosa.
Dangosodd canlyniadau electrocemegol fod cyfradd cyrydiad 2707 HDSS mewn cawl P. aeruginosa wedi cynyddu'n sylweddol ar ôl 14 diwrnod o'i gymharu â chyfrwng anfiolegol. Yn Ffigur 2a, gwelwyd gostyngiad yn Eocp yn y cyfrwng abiotig a'r cawl P. aeruginosa yn ystod y 24 awr gyntaf. Wedi hynny, mae'r bioffilm wedi cwblhau gorchuddio wyneb y sbesimen ac mae'r Eocp yn dod yn gymharol sefydlog36. Fodd bynnag, roedd lefel yr Eocp biolegol yn llawer uwch na lefel yr Eocp anfiolegol. Mae rheswm i gredu bod y gwahaniaeth hwn oherwydd ffurfio bioffilm P. aeruginosa. Yn Ffig. 2d, ym mhresenoldeb P. aeruginosa, cyrhaeddodd gwerth icorr 2707 HDSS 0.627 μA cm-2, a oedd yn orchymyn maint yn uwch na gwerth y rheolaeth abiotig (0.063 μA cm-2), a oedd yn gyson â'r gwerth Rct a fesurwyd gan EIS. Yn ystod yr ychydig ddyddiau cyntaf, gwerthoedd impedans yn P. Cynyddodd cawl aeruginosa oherwydd ymlyniad celloedd P. aeruginosa a ffurfio bioffilmiau. Fodd bynnag, pan fydd y bioffilm yn gorchuddio wyneb y sbesimen yn llwyr, mae'r rhwystriant yn lleihau. Ymosodir ar yr haen amddiffynnol yn gyntaf oherwydd ffurfio bioffilmiau a metabolion bioffilm. Felly, gostyngodd y gwrthiant cyrydiad dros amser, ac achosodd ymlyniad P. aeruginosa gyrydiad lleol. Roedd y tueddiadau mewn cyfryngau abiotig yn wahanol. Roedd gwrthiant cyrydiad y rheolaeth anfiolegol yn llawer uwch na gwerth cyfatebol y samplau a oedd yn agored i gawl P. aeruginosa. Ar ben hynny, ar gyfer samplau abiotig, cyrhaeddodd gwerth Rct 2707 HDSS 489 kΩ cm2 ar ddiwrnod 14, a oedd 15 gwaith y gwerth Rct (32 kΩ cm2) ym mhresenoldeb P. aeruginosa. Felly, mae gan 2707 HDSS wrthiant cyrydiad rhagorol mewn amgylchedd di-haint, ond nid yw'n gallu gwrthsefyll ymosodiad MIC gan bioffilmiau P. aeruginosa.
Gellir gweld y canlyniadau hyn hefyd o'r cromliniau polareiddio yn Ffig. 2b. Priodolwyd y ganghennu anodig i ffurfio bioffilm Pseudomonas aeruginosa ac adweithiau ocsideiddio metel. Ar yr un pryd, yr adwaith cathodig yw lleihau ocsigen. Cynyddodd presenoldeb P. aeruginosa ddwysedd cerrynt cyrydiad yn fawr, tua maint yn uwch na'r rheolaeth abiotig. Mae hyn yn dangos bod bioffilm P. aeruginosa yn cynyddu cyrydiad lleol 2707 HDSS. Canfu Yuan et al29 fod dwysedd cerrynt cyrydiad aloi Cu-Ni 70/30 wedi cynyddu o dan her bioffilm P. aeruginosa. Gall hyn fod oherwydd biogatalysis lleihau ocsigen gan fioffilmiau Pseudomonas aeruginosa. Gall yr arsylwi hwn hefyd egluro MIC 2707 HDSS yn y gwaith hwn. Gall bioffilmiau aerobig hefyd gynnwys llai o ocsigen oddi tanynt. Felly, gall y methiant i ail-oddefoli wyneb y metel gan ocsigen fod yn ffactor sy'n cyfrannu at y MIC yn y gwaith hwn.
Awgrymodd Dickinson et al. 38 y gall gweithgaredd metabolaidd bacteria mes-digoes ar wyneb y sbesimen a natur y cynhyrchion cyrydiad effeithio'n uniongyrchol ar gyfraddau adweithiau cemegol ac electrocemegol. Fel y dangosir yn Ffigur 5 a Thabl 5, gostyngodd nifer y celloedd a thrwch y bioffilm ar ôl 14 diwrnod. Gellir esbonio hyn yn rhesymol, ar ôl 14 diwrnod, bod y rhan fwyaf o'r celloedd mes-digoes ar wyneb 2707 HDSS wedi marw oherwydd diffyg maetholion yn y cyfrwng 2216E neu ryddhau ïonau metel gwenwynig o fatrics 2707 HDSS. Mae hwn yn gyfyngiad ar arbrofion swp.
Yn y gwaith hwn, hyrwyddodd y biofilm P. aeruginosa ddisbyddiad lleol Cr ac Fe o dan y biofilm ar wyneb y 2707 HDSS (Ffig. 6). Yn Nhabl 6, mae'r gostyngiad mewn Fe a Cr yn sampl D o'i gymharu â sampl C, sy'n dangos bod y Fe a'r Cr toddedig a achosir gan y biofilm P. aeruginosa wedi parhau y tu hwnt i'r 7 diwrnod cyntaf. Defnyddir y cyfrwng 2216E i efelychu amgylcheddau morol. Mae'n cynnwys 17700 ppm Cl-, sy'n gymharol â'r hyn a geir mewn dŵr môr naturiol. Presenoldeb 17700 ppm Cl- oedd y prif reswm dros y gostyngiad mewn Cr yn y samplau abiotig 7 a 14 diwrnod a ddadansoddwyd gan XPS. O'i gymharu â samplau P. aeruginosa, roedd diddymiad Cr mewn samplau abiotig yn llawer llai oherwydd ymwrthedd Cl− cryf 2707 HDSS mewn amgylcheddau abiotig. Mae Ffigur 9 yn dangos presenoldeb Cr6+ yn y ffilm goddefol. Gall fod yn rhan o dynnu Cr o arwynebau dur gan P. bioffilmiau aeruginosa, fel yr awgrymwyd gan Chen a Clayton.
Oherwydd twf bacteria, roedd gwerthoedd pH y cyfrwng cyn ac ar ôl ei drin yn 7.4 ac 8.2, yn y drefn honno. Felly, islaw bioffilm P. aeruginosa, mae'n annhebygol y bydd cyrydiad asid organig yn ffactor sy'n cyfrannu at y gwaith hwn oherwydd y pH cymharol uchel yn y cyfrwng swmp. Ni newidiodd pH y cyfrwng rheoli anfiolegol yn sylweddol (o 7.4 cychwynnol i 7.5 terfynol) yn ystod y cyfnod prawf 14 diwrnod. Roedd y cynnydd mewn pH yn y cyfrwng brechu ar ôl magu oherwydd gweithgaredd metabolaidd P. aeruginosa a chanfuwyd bod ganddo'r un effaith ar pH yn absenoldeb stribedi prawf.
Fel y dangosir yn Ffigur 7, y dyfnder twll mwyaf a achosir gan fiofilm P. aeruginosa oedd 0.69 μm, a oedd yn llawer mwy na dyfnder y cyfrwng abiotig (0.02 μm). Mae hyn yn gyson â'r data electrocemegol a ddisgrifiwyd uchod. Mae dyfnder y twll o 0.69 μm fwy na deg gwaith yn llai na'r gwerth 9.5 μm a adroddwyd ar gyfer y 2205 DSS o dan yr un amodau. Mae'r data hyn yn dangos bod 2707 HDSS yn arddangos gwell ymwrthedd i MIC o'i gymharu â 2205 DSS. Ni ddylai hyn fod yn syndod, gan fod gan 2707 HDSS gynnwys cromiwm uwch, gan ddarparu goddefedd hirach, oherwydd y strwythur cyfnod cytbwys heb waddodion eilaidd niweidiol, gan ei gwneud hi'n anoddach i P. aeruginosa ddad-oddefeddu a dechrau eclipse pwyntiau.
I gloi, canfuwyd tyllau MIC ar wyneb 2707 HDSS mewn cawl P. aeruginosa o'i gymharu â thyllau dibwys mewn cyfryngau abiotig. Mae'r gwaith hwn yn dangos bod gan 2707 HDSS wrthwynebiad MIC gwell na 2205 DSS, ond nid yw'n gwbl imiwn i MIC oherwydd bioffilm P. aeruginosa. Mae'r canfyddiadau hyn yn cynorthwyo wrth ddewis dur gwrthstaen addas a bywyd gwasanaeth amcangyfrifedig ar gyfer yr amgylchedd morol.
Darperir y cwpon ar gyfer 2707 HDSS gan Ysgol Meteleg Prifysgol Northeastern (NEU) yn Shenyang, Tsieina. Dangosir cyfansoddiad elfennol 2707 HDSS yn Nhabl 1, a ddadansoddwyd gan Adran Dadansoddi a Phrofi Deunyddiau NEU. Cafodd pob sampl eu trin â thoddiant ar 1180 °C am 1 awr. Cyn profi cyrydiad, cafodd 2707 HDSS siâp darn arian gydag arwynebedd agored uchaf o 1 cm2 ei sgleinio i 2000 grit gyda phapur silicon carbid ac wedi'i sgleinio ymhellach gydag ataliad powdr Al2O3 0.05 μm. Mae'r ochrau a'r gwaelod wedi'u hamddiffyn gan baent anadweithiol. Ar ôl sychu, rinsiwyd y sbesimenau â dŵr dad-ïonedig di-haint a'u sterileiddio ag ethanol 75% (v/v) am 0.5 awr. Yna cawsant eu sychu yn yr awyr o dan olau uwchfioled (UV) am 0.5 awr cyn eu defnyddio.
Prynwyd straen MCCC 1A00099 o Pseudomonas aeruginosa Morol o Ganolfan Casglu Diwylliant Morol Xiamen (MCCC), Tsieina. Tyfwyd Pseudomonas aeruginosa yn aerobig ar 37°C mewn fflasgiau 250 ml a chelloedd gwydr electrocemegol 500 ml gan ddefnyddio cyfrwng hylif Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Tsieina). Cyfrwng (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, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4 , 5.0 pepton, 1.0 dyfyniad burum a 0.1 sitrad fferrig. Awtoclafio ar 121°C am 20 munud cyn brechu. Cyfrifwch gelloedd mesgo a phlanctonig gan ddefnyddio hemocytomedr o dan ficrosgop golau ar chwyddiad 400X. Roedd crynodiad celloedd cychwynnol Pseudomonas aeruginosa planctonig yn syth ar ôl brechu tua 106 celloedd/ml.
Perfformiwyd profion electrocemegol mewn cell wydr clasurol tair-electrod gyda chyfaint canolig o 500 ml. Cysylltwyd dalen platinwm ac electrod calomel dirlawn (SCE) â'r adweithydd trwy gapilarïau Luggin wedi'u llenwi â phontydd halen, gan wasanaethu fel electrodau gwrthgyferbyniol ac electrodau cyfeirio, yn y drefn honno. I wneud yr electrodau gweithio, atodwyd gwifren gopr wedi'i gorchuddio â rwber i bob sbesimen a'i gorchuddio ag epocsi, gan adael tua 1 cm2 o arwynebedd un ochr agored ar gyfer yr electrod gweithio. Yn ystod mesuriadau electrocemegol, gosodwyd samplau mewn cyfrwng 2216E a'u cynnal ar dymheredd deori cyson (37 °C) mewn baddon dŵr. Mesurwyd OCP, LPR, EIS a data polareiddio deinamig posibl gan ddefnyddio potentiostat Autolab (Cyfeirnod 600TM, Gamry Instruments, Inc., UDA). Cofnodwyd profion LPR ar gyfradd sganio o 0.125 mV s-1 dros yr ystod o -5 a 5 mV gydag Eocp ac amledd samplu o 1 Hz. Perfformiwyd EIS gyda thon sin yn yr ystod amledd 0.01 i 10,000 Hz gan ddefnyddio foltedd cymhwysol o 5 mV ar Eocp cyflwr cyson. Cyn yr ysgub potensial, roedd yr electrodau mewn modd cylched agored nes cyrraedd gwerth potensial cyrydiad rhydd sefydlog. Yna rhedwyd cromliniau polareiddio o -0.2 i 1.5 V yn erbyn Eocp ar gyfradd sganio o 0.166 mV/s. Ailadroddwyd pob prawf 3 gwaith gyda a heb P. aeruginosa.
Cafodd sbesimenau ar gyfer dadansoddiad metelograffig eu sgleinio'n fecanyddol gyda phapur SiC gwlyb 2000 grit ac yna eu sgleinio ymhellach gydag ataliad powdr Al2O3 0.05 μm ar gyfer arsylwi optegol. Perfformiwyd dadansoddiad metelograffig gan ddefnyddio microsgop optegol. Cafodd y sbesimenau eu hysgythru gyda hydoddiant potasiwm hydrocsid 10% pwysau 43.
Ar ôl magu, golchwyd y samplau 3 gwaith gyda hydoddiant halwynog wedi'i glustogi â ffosffad (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ac yna eu trwsio gyda 2.5% (v/v) glutaraldehyd am 10 awr i drwsio bioffilmiau. Wedi hynny, cafodd ei ddadhydradu gyda chyfres raddol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% a 100% v/v) o ethanol cyn sychu yn yr awyr. Yn olaf, caiff wyneb y sampl ei chwistrellu â ffilm aur i ddarparu dargludedd ar gyfer arsylwi SEM. Canolbwyntiwyd y delweddau SEM ar y smotiau gyda'r celloedd P. aeruginosa mwyaf llonydd ar wyneb pob sbesimen. Perfformiwch ddadansoddiad EDS i ddod o hyd i elfennau cemegol. Defnyddiwyd Microsgop Sganio Laser Confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, yr Almaen) i fesur dyfnder y twll. Er mwyn arsylwi'r tyllau cyrydiad o dan y bioffilm, glanhawyd y darn prawf yn gyntaf yn unol â Safon Genedlaethol Tsieina. (CNS) GB/T4334.4-2000 i gael gwared ar y cynhyrchion cyrydiad a'r bioffilm ar wyneb y darn prawf.
Perfformiwyd dadansoddiad sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS, system dadansoddi arwyneb ESCALAB250, Thermo VG, UDA) gan ddefnyddio ffynhonnell pelydr-X monocromatig (llinell alwminiwm Kα ar ynni 1500 eV a phŵer 150 W) dros ystod ynni rhwymo eang 0 o dan amodau safonol –1350 eV. Cofnodwyd sbectra cydraniad uchel gan ddefnyddio ynni pasio 50 eV a maint cam 0.2 eV.
Tynnwyd y sbesimenau wedi'u deori a'u rinsio'n ysgafn â PBS (pH 7.4 ± 0.2) am 15 eiliad a 45 munud. Er mwyn arsylwi hyfywedd bacteriol y bioffilmiau ar y samplau, staeniwyd y bioffilmiau gan ddefnyddio'r Pecyn Hyfywedd Bacteriol BacLight LIVE/DEAD (Invitrogen, Eugene, OR, UDA). Mae gan y pecyn ddau liw fflwroleuol, llifyn SYTO-9 fflwroleuol gwyrdd a llifyn propidiwm ïodid (PI) fflwroleuol coch. O dan CLSM, mae dotiau gyda gwyrdd a choch fflwroleuol yn cynrychioli celloedd byw a marw, yn y drefn honno. Ar gyfer staenio, deorwyd cymysgedd 1 ml yn cynnwys 3 μl o doddiant SYTO-9 a 3 μl o doddiant PI am 20 munud ar dymheredd ystafell (23 oC) yn y tywyllwch. Wedi hynny, arsylwyd y samplau wedi'u staenio ar ddau donfedd (488 nm ar gyfer celloedd byw a 559 nm ar gyfer celloedd marw) gan ddefnyddio peiriant Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japan). Mesurwyd trwch y bioffilm mewn modd sganio 3-D.
Sut i ddyfynnu'r erthygl hon: Li, H. et al.Cyrydiad microbaidd dur gwrthstaen uwch-ddwplecs 2707 gan biofilm morol Pseudomonas aeruginosa.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Cracio cyrydiad straen dur gwrthstaen deuplex LDX 2101 mewn hydoddiant clorid ym mhresenoldeb thiosylffad.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Effaith triniaeth gwres toddiant a nitrogen mewn nwy amddiffynnol ar wrthwynebiad cyrydiad twll weldiadau dur di-staen uwch-ddwplecs.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z. Astudiaeth Gemegol Gymharol o Gyrydiad Pitting a Achosir gan Ficrobau ac Electrogemegol mewn Dur Di-staen 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Ymddygiad electrocemegol dur gwrthstaen deuplex 2205 mewn toddiannau alcalïaidd o wahanol pH ym mhresenoldeb clorid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Effaith bioffilmiau morol ar gyrydiad: adolygiad cryno. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).