Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que uses un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, renderizaremos o sitio sen estilos nin JavaScript.
A corrosión microbiana (MIC) é un problema grave en moitas industrias, xa que pode provocar enormes perdas económicas. O aceiro inoxidable superdúplex 2707 (2707 HDSS) utilízase en ambientes mariños debido á súa excelente resistencia química. Non obstante, a súa resistencia ao MIC non se demostrou experimentalmente. Este estudo examinou o comportamento do MIC 2707 HDSS causado pola bacteria aeróbica mariña Pseudomonas aeruginosa. A análise electroquímica mostrou que en presenza de biopelícula de Pseudomonas aeruginosa no medio 2216E, prodúcese un cambio positivo no potencial de corrosión e un aumento na densidade de corrente de corrosión. A análise da espectroscopia fotoelectrónica de raios X (XPS) mostrou unha diminución no contido de Cr na superficie da mostra baixo a biopelícula. A análise visual das fosas mostrou que a biopelícula de P. aeruginosa produciu unha profundidade máxima de fosas de 0,69 µm durante 14 días de incubación. Aínda que isto é pequeno, indica que o 2707 HDSS non é completamente inmune á concentración mínima inhibitoria (MIC) dos biofilmes de P. aeruginosa.
Os aceiros inoxidables dúplex (DSS) úsanse amplamente en diversas industrias debido á combinación perfecta de excelentes propiedades mecánicas e resistencia á corrosión1,2. Non obstante, aínda se producen picaduras localizadas que afectan á integridade deste aceiro3,4. O DSS non é resistente á corrosión microbiana (MIC)5,6. A pesar da ampla gama de aplicacións para o DSS, aínda hai ambientes onde a resistencia á corrosión do DSS non é suficiente para o uso a longo prazo. Isto significa que se requiren materiais máis caros con maior resistencia á corrosión. Jeon et al7 descubriron que mesmo os aceiros inoxidables superdúplex (SDSS) teñen algunhas limitacións en termos de resistencia á corrosión. Polo tanto, nalgúns casos, requírense aceiros inoxidables superdúplex (HDSS) con maior resistencia á corrosión. Isto levou ao desenvolvemento de HDSS altamente aliados.
A resistencia á corrosión do aceiro inoxidable disuelto (DSS) depende da proporción entre as fases alfa e gamma e empobrece as rexións 8, 9 e 10 de Cr, Mo e W adxacentes á segunda fase. O HDSS contén un alto contido de Cr, Mo e N11, polo que ten unha excelente resistencia á corrosión e un valor elevado (45-50) do número de resistencia equivalente á picadura (PREN) determinado pola % en peso de Cr + 3,3 (% en peso de Mo + 0,5 % en peso de W) + 16 % en peso de N12. A súa excelente resistencia á corrosión depende dunha composición equilibrada que contén aproximadamente un 50 % de fases ferríticas (α) e un 50 % de fases austeníticas (γ). O HDSS ten mellores propiedades mecánicas e unha maior resistencia á corrosión por cloruros. A mellora da resistencia á corrosión amplía o uso do HDSS en ambientes con cloruros máis agresivos, como os ambientes mariños.
As bacterias redutoras de sulfato (MIC) son un problema importante en moitas industrias, como as industrias do petróleo e o gas e a da auga14. A MIC representa o 20 % de todos os danos por corrosión15. A MIC é unha corrosión bioelectroquímica que se pode observar en moitos ambientes. As biopelículas que se forman nas superficies metálicas cambian as condicións electroquímicas, afectando así o proceso de corrosión. Crese amplamente que a corrosión da MIC é causada por biopelículas. Os microorganismos electroxénicos consumen os metais para obter a enerxía que necesitan para sobrevivir17. Estudos recentes da MIC demostraron que a EET (transferencia extracelular de electróns) é o factor limitante da velocidade na MIC inducida por microorganismos electroxénicos. Zhang et al. 18 demostraron que os intermediarios de electróns aceleran a transferencia de electróns entre as células de Desulfovibrio sessificans e o aceiro inoxidable 304, o que resulta nun ataque de MIC máis grave. Anning et al. 19 e Wenzlaff et al. 20 demostraron que as biopelículas de bacterias redutoras de sulfato (SRB) corrosivas poden absorber directamente electróns dos substratos metálicos, o que resulta en picaduras graves.
Sábese que os DSS son susceptibles á concentración mínima inhibitoria (CMI) en medios que conteñen SRB, bacterias redutoras de ferro (IRB) etc.21. Estas bacterias causan picaduras localizadas na superficie dos DSS baixo os biofilmes22,23. A diferenza dos DSS, a CMI dos HDSS24 non é ben coñecida.
Pseudomonas aeruginosa é unha bacteria gramnegativa, móbil e con forma de bastón que está amplamente distribuída na natureza25. Pseudomonas aeruginosa tamén é un grupo microbiano importante no ambiente mariño, o que provoca concentracións elevadas de concentración mínima inhibitoria (CMI). Pseudomonas participa activamente no proceso de corrosión e é recoñecida como unha colonizadora pioneira durante a formación de biopelículas. Mahat et al. 28 e Yuan et al. 29 demostraron que Pseudomonas aeruginosa tende a aumentar a taxa de corrosión do aceiro doce e as aliaxes en ambientes acuáticos.
O obxectivo principal deste traballo foi investigar as propiedades do HDSS MIC 2707 causadas pola bacteria aeróbica mariña Pseudomonas aeruginosa utilizando métodos electroquímicos, métodos de análise superficial e análise de produtos de corrosión. Realizáronse estudos electroquímicos, incluíndo potencial de circuíto aberto (OCP), resistencia á polarización lineal (LPR), espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) e polarización dinámica potencial, para estudar o comportamento do HDSS MIC 2707. Realizouse unha análise espectrométrica de dispersión de enerxía (EDS) para detectar elementos químicos nunha superficie corroída. Ademais, utilizouse a espectroscopia fotoelectrónica de raios X (XPS) para determinar a estabilidade da pasivación da película de óxido baixo a influencia dun ambiente mariño que contén Pseudomonas aeruginosa. A profundidade dos pozos mediuse baixo un microscopio confocal de varrido láser (CLSM).
A táboa 1 mostra a composición química do HDSS 2707. A táboa 2 mostra que o HDSS 2707 ten excelentes propiedades mecánicas cun límite elástico de 650 MPa. Na figura 1 móstrase a microestrutura óptica do HDSS 2707 tratado termicamente en solución. Na microestrutura que contén aproximadamente un 50 % de fases de austenita e un 50 % de ferrita, son visibles bandas alongadas de fases de austenita e ferrita sen fases secundarias.
Na figura 2a móstrase o potencial de circuíto aberto (Eocp) fronte ao tempo de exposición para 2707 HDSS en medio abiótico 2216E e caldo de P. aeruginosa durante 14 días a 37 °C. Mostra que o cambio maior e máis significativo en Eocp ocorre dentro das primeiras 24 horas. Os valores de Eocp en ambos os casos alcanzaron un máximo de -145 mV (en comparación con SCE) arredor das 16 h e despois caeron bruscamente, alcanzando -477 mV (en comparación con SCE) e -236 mV (en comparación con SCE) para a mostra abiótica e os cupóns de P. Pseudomonas aeruginosa, respectivamente). Despois de 24 horas, o valor de Eocp 2707 HDSS para P. aeruginosa foi relativamente estable a -228 mV (en comparación con SCE), mentres que o valor correspondente para mostras non biolóxicas foi de aproximadamente -442 mV (en comparación con SCE). A Eocp en presenza de P. aeruginosa foi bastante baixa.
Estudo electroquímico de 2707 mostras de HDSS en medio abiótico e caldo de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Eocp como función do tempo de exposición, (b) curvas de polarización no día 14, (c) Rp como función do tempo de exposición e (d) icorr como función do tempo de exposición.
A táboa 3 mostra os parámetros de corrosión electroquímica de 2707 mostras de HDSS expostas a medios abióticos e inoculados con Pseudomonas aeruginosa durante un período de 14 días. As tanxentes das curvas do ánodo e do cátodo extrapoláronse para obter interseccións que dan a densidade de corrente de corrosión (icorr), o potencial de corrosión (Ecorr) e a pendente de Tafel (βα e βc) segundo os métodos estándar30,31.
Como se mostra na figura 2b, un desprazamento cara arriba na curva de P. aeruginosa provocou un aumento de Ecorr en comparación coa curva abiótica. O valor de icorr, que é proporcional á taxa de corrosión, aumentou a 0,328 µA cm-2 na mostra de Pseudomonas aeruginosa, catro veces maior que na mostra non biolóxica (0,087 µA cm-2).
A LPR é un método electroquímico non destrutivo clásico para a análise rápida da corrosión. Tamén se empregou para estudar a MIC32. Na figura 2c móstrase a resistencia á polarización (Rp) en función do tempo de exposición. Un valor de Rp máis alto significa menos corrosión. Nas primeiras 24 horas, o Rp 2707 HDSS alcanzou un máximo de 1955 kΩ cm2 para mostras abióticas e de 1429 kΩ cm2 para mostras de Pseudomonas aeruginosa. A figura 2c tamén mostra que o valor de Rp diminuíu rapidamente despois dun día e logo permaneceu relativamente sen cambios durante os seguintes 13 días. O valor de Rp dunha mostra de Pseudomonas aeruginosa é duns 40 kΩ cm2, que é moito menor que o valor de 450 kΩ cm2 dunha mostra non biolóxica.
O valor de icorr é proporcional á taxa de corrosión uniforme. O seu valor pódese calcular a partir da seguinte ecuación de Stern-Giri:
Segundo Zoe et al. 33, o valor típico da pendente de Tafel B neste traballo tomouse en 26 mV/dec. A figura 2d mostra que a icorr da mostra non biolóxica 2707 permaneceu relativamente estable, mentres que a mostra de P. aeruginosa fluctuou moito despois das primeiras 24 horas. Os valores de icorr das mostras de P. aeruginosa foron unha orde de magnitude superiores aos dos controis non biolóxicos. Esta tendencia é consistente cos resultados da resistencia á polarización.
A EIS é outro método non destrutivo empregado para caracterizar as reaccións electroquímicas en superficies corroídas. Espectros de impedancia e valores de capacitancia calculados de mostras expostas a un ambiente abiótico e a unha solución de Pseudomonas aeruginosa, resistencia á película pasiva/biopelícula Rb formada na superficie da mostra, resistencia á transferencia de carga Rct, capacitancia eléctrica de dobre capa Cdl (EDL) e parámetros constantes do elemento de fase QCPE (CPE). Estes parámetros analizáronse posteriormente axustando os datos cun modelo de circuíto equivalente (EEC).
Na figura 3 móstranse gráficos típicos de Nyquist (a e b) e gráficos de Bode (a' e b') para 2707 mostras de HDSS en medios abióticos e caldo de P. aeruginosa para diferentes tempos de incubación. O diámetro do anel de Nyquist diminúe en presenza de Pseudomonas aeruginosa. O diagrama de Bode (figura 3b') mostra o aumento da impedancia total. A información sobre a constante de tempo de relaxación pódese obter a partir dos máximos de fase. Na figura 4 móstranse as estruturas físicas baseadas nunha monocapa (a) e unha bicapa (b) e os EEC correspondentes. O CPE introdúcese no modelo de EEC. A súa admitancia e impedancia exprésanse do seguinte xeito:
Dous modelos físicos e os circuítos equivalentes correspondentes para axustar o espectro de impedancia da mostra 2707 HDSS:
onde Y0 é o valor do KPI, j é o número imaxinario ou (-1)1/2, ω é a frecuencia angular e n é o índice de potencia do KPI menor que un35. A inversión da resistencia á transferencia de carga (é dicir, 1/Rct) corresponde á taxa de corrosión. Canto menor sexa o Rct, maior será a taxa de corrosión27. Despois de 14 días de incubación, o Rct das mostras de Pseudomonas aeruginosa alcanzou os 32 kΩ cm2, o que é moito menos que os 489 kΩ cm2 das mostras non biolóxicas (Táboa 4).
As imaxes CLSM e as imaxes SEM da Figura 5 mostran claramente que o revestimento do biofilm na superficie da mostra HDSS 2707 despois de 7 días é denso. Non obstante, despois de 14 días, a cobertura do biofilm foi deficiente e apareceron algunhas células mortas. A Táboa 5 mostra o grosor do biofilm nas mostras HDSS 2707 despois da exposición a P. aeruginosa durante 7 e 14 días. O grosor máximo do biofilm cambiou de 23,4 µm despois de 7 días a 18,9 µm despois de 14 días. O grosor medio do biofilm tamén confirmou esta tendencia. Diminuíu de 22,2 ± 0,7 μm despois de 7 días a 17,8 ± 1,0 μm despois de 14 días.
(a) Imaxe CLSM en 3D aos 7 días, (b) Imaxe CLSM en 3D aos 14 días, (c) Imaxe SEM aos 7 días e (d) Imaxe SEM aos 14 días.
Os campos electromagnéticos (CEM) revelou elementos químicos en biopelículas e produtos de corrosión en mostras expostas a P. aeruginosa durante 14 días. Na figura 6 móstrase que o contido de C, N, O e P en biopelículas e produtos de corrosión é significativamente maior que en metais puros, xa que estes elementos están asociados con biopelículas e os seus metabolitos. Os microbios só necesitan cantidades residuais de cromo e ferro. Os altos niveis de Cr e Fe en biopelículas e produtos de corrosión na superficie das mostras indican que a matriz metálica perdeu elementos debido á corrosión.
Despois de 14 días, observáronse deniveles con e sen P. aeruginosa no medio 2216E. Antes da incubación, a superficie das mostras era lisa e sen defectos (Fig. 7a). Despois da incubación e da eliminación do biofilme e dos produtos de corrosión, examináronse os deniveles máis profundos da superficie das mostras mediante CLSM, como se mostra na Fig. 7b e c. Non se atoparon deniveles evidentes na superficie dos controis non biolóxicos (profundidade máxima de deniveles 0,02 µm). A profundidade máxima de deniveles causada por P. aeruginosa foi de 0,52 µm aos 7 días e de 0,69 µm aos 14 días, baseándose na profundidade máxima media dos deniveles de 3 mostras (seleccionáronse 10 profundidades máximas de deniveles para cada mostra). Conseguíronse 0,42 ± 0,12 µm e 0,52 ± 0,15 µm, respectivamente (Táboa 5). Estes valores de profundidade de buratos son pequenos pero importantes.
(a) antes da exposición, (b) 14 días nun ambiente abiótico e (c) 14 días en caldo de Pseudomonas aeruginosa.
Na figura 8 móstranse os espectros XPS de varias superficies de mostras, e a composición química analizada para cada superficie resúmese na táboa 6. Na táboa 6, as porcentaxes atómicas de Fe e Cr en presenza de P. aeruginosa (mostras A e B) foron moito menores que as dos controis non biolóxicos (mostras C e D). Para unha mostra de P. aeruginosa, a curva espectral ao nivel do núcleo Cr2p axustouse a catro compoñentes de pico con enerxías de enlace (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 e 586,8 eV, que se poden atribuír a Cr, Cr2O3, CrO3 e Cr(OH)3, respectivamente (figura 9a e b). Para mostras non biolóxicas, o espectro do nivel principal de Cr2p contén dous picos principais para Cr (573,80 eV para BE) e Cr2O3 (575,90 eV para BE) nas figuras 9c e d, respectivamente. A diferenza máis rechamante entre as mostras abióticas e as mostras de P. aeruginosa foi a presenza de Cr6+ e unha maior proporción relativa de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) baixo o biofilme.
Os amplos espectros XPS da superficie da mostra 2707 HDSS en dous medios son de 7 e 14 días, respectivamente.
(a) 7 días de exposición a P. aeruginosa, (b) 14 días de exposición a P. aeruginosa, (c) 7 días nun ambiente abiótico e (d) 14 días nun ambiente abiótico.
O HDSS presenta un alto nivel de resistencia á corrosión na maioría dos ambientes. Kim et al.2 informaron de que o HDSS UNS S32707 foi identificado como un DSS altamente aliado cun PREN superior a 45. O valor PREN da mostra 2707 HDSS neste traballo foi de 49. Isto débese ao alto contido de cromo e ao alto contido de molibdeno e níquel, que son útiles en ambientes ácidos e ambientes con alto contido de cloruros. Ademais, unha composición ben equilibrada e unha microestrutura libre de defectos son beneficiosas para a estabilidade estrutural e a resistencia á corrosión. Non obstante, a pesar da súa excelente resistencia química, os datos experimentais deste traballo suxiren que o HDSS 2707 non é completamente inmune ás concentracións mínimas inhibitorias (MIC) do biofilme de P. aeruginosa.
Os resultados electroquímicos mostraron que a taxa de corrosión do HDSS 2707 no caldo de P. aeruginosa aumentou significativamente despois de 14 días en comparación co ambiente non biolóxico. Na Figura 2a, observouse unha diminución da Eocp tanto no medio abiótico como no caldo de P. aeruginosa durante as primeiras 24 horas. Despois diso, o biofilme cobre completamente a superficie da mostra e a Eocp vólvese relativamente estable36. Non obstante, o nivel biolóxico de Eocp foi moito maior que o nivel non biolóxico de Eocp. Hai razóns para crer que esta diferenza está asociada coa formación de biofilmes de P. aeruginosa. Na figura 2d, en presenza de P. aeruginosa, o valor de icorr 2707 HDSS alcanzou os 0,627 μA cm-2, unha orde de magnitude superior ao do control abiótico (0,063 μA cm-2), o que foi consistente co valor de Rct medido por EIS. Durante os primeiros días, os valores de impedancia no caldo de P. aeruginosa aumentaron debido á adhesión de células de P. aeruginosa e á formación de biopelículas. Non obstante, cando o biopelícula cobre completamente a superficie da mostra, a impedancia diminúe. A capa protectora é atacada principalmente debido á formación de biopelículas e metabolitos de biopelículas. En consecuencia, a resistencia á corrosión diminuíu co tempo e a adhesión de P. aeruginosa causou corrosión localizada. As tendencias en ambientes abióticos foron diferentes. A resistencia á corrosión do control non biolóxico foi moito maior que o valor correspondente das mostras expostas ao caldo de P. aeruginosa. Ademais, para as accesións abióticas, o valor de Rct 2707 HDSS alcanzou os 489 kΩ cm2 no día 14, o que é 15 veces maior que o valor de Rct (32 kΩ cm2) en presenza de P. aeruginosa. Polo tanto, o 2707 HDSS ten unha excelente resistencia á corrosión nun ambiente estéril, pero non é resistente ás concentracións mínimas inhibitorias (MIC) das biopelículas de P. aeruginosa.
Estes resultados tamén se poden observar a partir das curvas de polarización das figuras 2b. A ramificación anódica asociouse coa formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa e as reaccións de oxidación de metais. Neste caso, a reacción catódica é a redución de osíxeno. A presenza de P. aeruginosa aumentou significativamente a densidade de corrente de corrosión, aproximadamente unha orde de magnitude maior que no control abiótico. Isto indica que a biopelícula de P. aeruginosa potencia a corrosión localizada do HDSS 2707. Yuan et al.29 descubriron que a densidade de corrente de corrosión da aliaxe Cu-Ni 70/30 aumentaba baixo a acción da biopelícula de P. aeruginosa. Isto pode deberse á biocatálise da redución de osíxeno polas biopelículas de Pseudomonas aeruginosa. Esta observación tamén pode explicar a MIC do HDSS 2707 neste traballo. Tamén pode haber menos osíxeno baixo as biopelículas aeróbicas. Polo tanto, a negativa a repasivar a superficie metálica con osíxeno pode ser un factor que contribúa á MIC neste traballo.
Dickinson et al. 38 suxeriron que a velocidade das reaccións químicas e electroquímicas pode verse afectada directamente pola actividade metabólica das bacterias sésiles na superficie da mostra e a natureza dos produtos de corrosión. Como se mostra na Figura 5 e na Táboa 5, o número de células e o grosor do biofilm diminuíron despois de 14 días. Isto pódese explicar razoablemente polo feito de que despois de 14 días, a maioría das células sésiles na superficie do HDSS 2707 morreron debido ao esgotamento de nutrientes no medio 2216E ou á liberación de ións metálicos tóxicos da matriz do HDSS 2707. Esta é unha limitación dos experimentos por lotes.
Neste traballo, un biofilme de P. aeruginosa contribuíu ao esgotamento local de Cr e Fe baixo o biofilme na superficie do HDSS 2707 (Fig. 6). A táboa 6 mostra a redución de Fe e Cr na mostra D en comparación coa mostra C, o que indica que o Fe e Cr disoltos causados ​​polo biofilme de P. aeruginosa persistiron durante os primeiros 7 días. O ambiente 2216E utilízase para simular o ambiente mariño. Contén 17700 ppm de Cl-, o que é comparable ao seu contido na auga de mar natural. A presenza de 17700 ppm de Cl- foi a principal razón da diminución de Cr nas mostras abióticas de 7 e 14 días analizadas por XPS. En comparación coas mostras de P. aeruginosa, a disolución de Cr nas mostras abióticas foi moito menor debido á forte resistencia do HDSS 2707 ao cloro en condicións abióticas. Na figura 9 móstrase a presenza de Cr6+ na película pasivante. Pode estar implicado na eliminación de cromo das superficies de aceiro polos biofilmes de P. aeruginosa, como suxeriron Chen e Clayton.
Debido ao crecemento bacteriano, os valores de pH do medio antes e despois do cultivo foron de 7,4 e 8,2, respectivamente. Polo tanto, debaixo do biofilm de P. aeruginosa, é improbable que a corrosión por ácidos orgánicos contribúa a este traballo debido ao pH relativamente alto no medio a granel. O pH do medio de control non biolóxico non cambiou significativamente (de 7,4 inicial a 7,5 final) durante o período de proba de 14 días. O aumento do pH no medio de sementeira despois da incubación debeuse á actividade metabólica de P. aeruginosa e comprobouse que tiña o mesmo efecto sobre o pH en ausencia de tiras reactivas.
Como se mostra na Figura 7, a profundidade máxima das picaduras causada polo biofilme de P. aeruginosa foi de 0,69 µm, moito maior que a do medio abiótico (0,02 µm). Isto é consistente cos datos electroquímicos descritos anteriormente. A profundidade das picaduras de 0,69 µm é máis de dez veces menor que o valor de 9,5 µm informado para o DSS 2205 nas mesmas condicións. Estes datos mostran que o HDSS 2707 presenta unha mellor resistencia ás concentracións mínimas inhibitorias (MIC) que o DSS 2205. Isto non debería sorprender, xa que o HDSS 2707 ten niveis de Cr máis altos, o que proporciona unha pasivación máis longa, unha despasivación máis difícil de P. aeruginosa e, debido á súa estrutura de fase equilibrada sen precipitación secundaria nociva, que provoca picaduras.
En conclusión, atopáronse corentes MIC na superficie do aceiro inoxidable de alta densidade (HDSS) 2707 en caldo de P. aeruginosa en comparación con corentes insignificantes no ambiente abiótico. Este traballo demostra que o HDSS 2707 ten unha mellor resistencia á MIC que o DSS 2205, pero non é completamente inmune á MIC debido ao biofilm de P. aeruginosa. Estes resultados axudan na selección de aceiros inoxidables e esperanza de vida axeitados para o ambiente mariño.
Cupón para o HDSS 2707 proporcionado pola Escola de Metalurxia da Universidade Northeastern (NEU) en Shenyang, China. A composición elemental do HDSS 2707 móstrase na Táboa 1, que foi analizada polo Departamento de Análise e Ensaios de Materiais da NEU. Todas as mostras foron tratadas para unha solución sólida a 1180 °C durante 1 hora. Antes das probas de corrosión, un HDSS 2707 con forma de moeda cunha superficie aberta superior de 1 cm2 foi pulido a 2000 grans con lixa de carburo de silicio e despois pulido cunha suspensión en po de Al2O3 de 0,05 µm. Os laterais e a parte inferior están protexidos con pintura inerte. Despois do secado, as mostras laváronse con auga desionizada estéril e esterilizáronse con etanol ao 75 % (v/v) durante 0,5 h. Despois secáronse ao aire con luz ultravioleta (UV) durante 0,5 h antes do seu uso.
A cepa mariña de *Pseudomonas aeruginosa* MCCC 1A00099 adquiriuse no Centro de Recollida de Cultivos Mariños de Xiamen (MCCC), China. *Pseudomonas aeruginosa* cultivouse en condicións aeróbicas a 37 °C en frascos de 250 ml e celas electroquímicas de vidro de 500 ml utilizando o medio líquido Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). O medio contén (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 peptona, 1,0 extracto de lévedo e 0,1 citrato de ferro. Autoclavar a 121 °C durante 20 minutos antes da inoculación. Contar as células sésiles e planctónicas cun hemocitómetro baixo un microscopio óptico cun aumento de 400x. A concentración inicial de Pseudomonas aeruginosa planctónica inmediatamente despois da inoculación foi de aproximadamente 106 células/ml.
As probas electroquímicas realizáronse nunha cela de vidro clásica de tres eléctrodos cun volume de medio de 500 ml. A lámina de platino e o eléctrodo de calomelano saturado (SAE) conectáronse ao reactor a través de capilares de Luggin cheos de pontes salinas, que serviron como contraelectródos e electrodos de referencia, respectivamente. Para a fabricación dos eléctrodos de traballo, uniuse fío de cobre cauchutado a cada mostra e cubriuse con resina epoxi, deixando aproximadamente 1 cm2 de área desprotexida para o eléctrodo de traballo nun lado. Durante as medicións electroquímicas, as mostras colocáronse no medio 2216E e mantivéronse a unha temperatura de incubación constante (37 °C) nun baño de auga. Os datos de OCP, LPR, EIS e polarización dinámica potencial medíronse usando un potenciostato Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA). As probas LPR rexistráronse a unha velocidade de varrido de 0,125 mV s-1 no rango de -5 a 5 mV con Eocp e unha velocidade de mostraxe de 1 Hz. A EIS realizouse cunha onda sinusoidal nun rango de frecuencias de 0,01 a 10 000 Hz usando unha tensión aplicada de 5 mV a Eocp en estado estacionario. Antes do varrido de potencial, os eléctrodos estaban en modo inactivo ata que se alcanzou un valor estable do potencial de corrosión libre. As curvas de polarización medíronse entón de -0,2 a 1,5 V en función de Eocp a unha velocidade de varrido de 0,166 mV/s. Cada proba repetiuse 3 veces con e sen P. aeruginosa.
As mostras para a análise metalográfica pulíronse mecanicamente con papel de SiC húmido de gran 2000 e, a continuación, pulíronse aínda máis cunha suspensión de po de Al2O3 de 0,05 µm para a súa observación óptica. A análise metalográfica realizouse mediante un microscopio óptico. As mostras graváronse cunha solución ao 10 % en peso de hidróxido de potasio 43.
Despois da incubación, as mostras laváronse 3 veces con solución salina tamponada con fosfato (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) e despois fixáronse con glutaraldehído ao 2,5 % (v/v) durante 10 horas para fixar os biofilmes. Despois deshidratáronse con etanol discontinuo (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % e 100 % en volume) antes de secalas ao aire. Finalmente, deposítase unha película de ouro sobre a superficie da mostra para proporcionar condutividade para a observación por SEM. As imaxes por SEM enfocáronse nos puntos coas células de P. aeruginosa máis sésiles na superficie de cada mostra. Realice unha análise EDS para atopar elementos químicos. Utilizouse un microscopio láser confocal de varrido (CLSM) Zeiss (LSM 710, Zeiss, Alemaña) para medir a profundidade da depresión. Para observar as fisuras de corrosión baixo o biofilm, a mostra de ensaio limpouse primeiro segundo a Norma Nacional Chinesa (CNS) GB/T4334.4-2000 para eliminar os produtos de corrosión e o biofilm da superficie da mostra de ensaio.
A análise por espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS, sistema de análise superficial ESCALAB250, Thermo VG, EUA) realizouse empregando unha fonte de raios X monocromática (liña Kα de aluminio cunha enerxía de 1500 eV e unha potencia de 150 W) nun amplo rango de enerxías de enlace 0 en condicións estándar de –1350 eV. Rexistráronse espectros de alta resolución empregando unha enerxía de transmisión de 50 eV e un paso de 0,2 eV.
As mostras incubadas retiráronse e laváronse suavemente con PBS (pH 7,4 ± 0,2) durante 15 s45. Para observar a viabilidade bacteriana dos biofilmes nas mostras, os biofilmes tinguíronse usando o kit de viabilidade bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA). O kit contén dous colorantes fluorescentes: colorante fluorescente verde SYTO-9 e colorante fluorescente vermello ioduro de propidio (PI). No CLSM, os puntos verdes e vermellos fluorescentes representan as células vivas e mortas, respectivamente. Para a tinción, incubouse 1 ml dunha mestura que contiña 3 µl de SYTO-9 e 3 µl de solución de PI durante 20 minutos a temperatura ambiente (23 °C) na escuridade. Despois, as mostras tinguidas examináronse a dúas lonxitudes de onda (488 nm para células vivas e 559 nm para células mortas) usando un aparato Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Xapón). O grosor do biofilme mediuse en modo de dixitalización 3D.
Como citar este artigo: Li, H. et al. Corrosión microbiana do aceiro inoxidable superdúplex 2707 por biofilme mariño de Pseudomonas aeruginosa. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. e Zucchi, F. Fisuración por corrosión baixo tensión do aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solucións de cloruro en presenza de tiosulfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. e Zucchi, F. Fisuración por corrosión baixo tensión do aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solucións de cloruro en presenza de tiosulfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. e Zucchi, F. Fisuración por corrosión baixo tensión do aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solucións de cloruro en presenza de tiosulfato. 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stainless steel在福代sulfate分下下南性性生于中图像倧惂像剧惂 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. e Zucchi, F. Fisuración por corrosión baixo tensión do aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solución de cloruro en presenza de tiosulfato.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS. Efectos do tratamento térmico en solución e nitróxeno no gas de protección sobre a resistencia á corrosión por picaduras das soldaduras de aceiro inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS. Efectos do tratamento térmico en solución e nitróxeno no gas de protección sobre a resistencia á corrosión por picaduras das soldaduras de aceiro inoxidable hiperdúplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS. Efecto do tratamento térmico en solución e nitróxeno no gas de protección sobre a resistencia á corrosión por picaduras das soldaduras de aceiro inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS. Efecto do tratamento térmico en solución e nitróxeno no gas de protección sobre a resistencia á corrosión por picaduras das soldaduras de aceiro inoxidable superdúplex.Koros. A ciencia. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. e Lewandowski, Z. Estudo comparativo en química da picadura inducida microbiana e electroquimicamente do aceiro inoxidable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. e Lewandowski, Z. Estudo comparativo en química da picadura inducida microbiana e electroquimicamente do aceiro inoxidable 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. e Lewandowski, Z. Estudo químico comparativo da picadura microbiolóxica e electroquímica do aceiro inoxidable 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. e Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. e Lewandowski, Z. Estudo químico comparativo da picadura microbiolóxica e inducida electroquimicamente en aceiro inoxidable 316L.Koros. A ciencia. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG e Xiao, K. O comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas con diferente pH en presenza de cloruro. Luo, H., Dong, CF, Li, XG e Xiao, K. O comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas con diferente pH en presenza de cloruro.Luo H., Dong KF, Lee HG e Xiao K. Comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas con diferente pH en presenza de cloruro. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的町电化化 Luo, H., Dong, CF, Li, XG e Xiao, K. 2205 Comportamento electroquímico do aceiro inoxidable 双相 en presenza de cloruro a diferentes pH en solución alcalina.Luo H., Dong KF, Lee HG e Xiao K. Comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas con diferente pH en presenza de cloruro.Revista Electroquímica. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS e Ray, RI. A influencia dos biofilmes mariños na corrosión: unha revisión concisa. Little, BJ, Lee, JS e Ray, RI. A influencia dos biofilmes mariños na corrosión: unha revisión concisa.Little, BJ, Lee, JS e Ray, RI. Efectos dos biofilmes mariños na corrosión: unha breve revisión. 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 e Ray, RILittle, BJ, Lee, JS e Ray, RI. Efectos dos biofilmes mariños na corrosión: unha breve revisión.Revista Electroquímica. 54, 2-7 (2008).