Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Kad užtikrintumėte geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodysime be stilių ir „JavaScript“.
Mikrobinė korozija (MSK) yra rimta problema daugelyje pramonės šakų, nes ji gali sukelti didžiulius ekonominius nuostolius. Jūrinėje aplinkoje dėl puikaus cheminio atsparumo buvo naudojamas 2707 superdupleksinis nerūdijantis plienas (2707 HDSS). Tačiau jo atsparumas MSK nebuvo eksperimentiškai įrodytas. Šiame tyrime buvo tiriamas jūrinės aerobinės bakterijos Pseudomonas aeruginosa sukeltas 2707 HDSS MSK elgesys. Elektrocheminė analizė parodė, kad esant Pseudomonas aeruginosa bioplėvelei 2216E terpėje, teigiamai pasikeitė korozijos potencialas ir padidėjo korozijos srovės tankis. Rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopijos (XPS) analizė parodė, kad po bioplėvele esančio bandinio paviršiuje sumažėjo Cr kiekis. Įdubimų vaizdinė analizė parodė, kad P. aeruginosa bioplėvelė per 14 inkubacijos dienų sukūrė maksimalų 0,69 μm įdubimų gylį. Nors tai yra maža, tai rodo, kad 2707 HDSS nėra visiškai atsparus P. aeruginosa MSK. bioplėvelės.
Dvipusis nerūdijantis plienas (DSS) yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl idealaus puikių mechaninių savybių ir atsparumo korozijai derinio1,2. Tačiau vis dar pasitaiko lokalizuotų taškinių įdubimų, kurie turi įtakos šio plieno vientisumui3,4. DSS nėra atsparus mikrobų korozijai (MIC)5,6. Nepaisant plataus DSS pritaikymo spektro, vis dar yra aplinkų, kuriose DSS atsparumas korozijai nėra pakankamas ilgalaikiam naudojimui. Tai reiškia, kad reikalingos brangesnės medžiagos, pasižyminčios didesniu atsparumu korozijai.Jeon ir kt.7 nustatė, kad net superdupleksinis nerūdijantis plienas (SDSS) turi tam tikrų apribojimų, susijusių su atsparumu korozijai. Todėl kai kuriose srityse reikalingi superdupleksinis nerūdijantis plienas (HDSS), pasižymintis didesniu atsparumu korozijai. Tai lėmė labai legiruoto HDSS sukūrimą.
DSS atsparumas korozijai priklauso nuo alfa ir gama fazių santykio bei Cr, Mo ir W nusodrintų sričių 8, 9, 10, esančių greta antrosios fazės. HDSS sudėtyje yra didelis Cr, Mo ir N11 kiekis, todėl jis pasižymi puikiu atsparumu korozijai ir didele (45–50) atsparumo taškiniam susidarymui ekvivalento skaičiumi (PREN), nustatomu pagal % (masės) Cr + 3,3 (% (masės) Mo + 0,5 % (masės) W) + 16 % (masės) N12. Puikus atsparumas korozijai priklauso nuo subalansuotos sudėties, kurioje yra maždaug 50 % ferito (α) ir 50 % austenito (γ) fazių. HDSS pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis ir didesniu atsparumu nei įprastas DSS13. Chloridų korozijos savybės. Pagerintas atsparumas korozijai išplečia HDSS naudojimą koroziškesnėje chloridų aplinkoje, pavyzdžiui, jūrinėje aplinkoje.
MIK yra didelė problema daugelyje pramonės šakų, tokių kaip naftos ir dujų bei vandens tiekimas14. MIK sudaro 20 % visų korozijos pažeidimų15. MIK yra bioelektrocheminė korozija, kurią galima stebėti įvairiose aplinkose. Ant metalinių paviršių susidarančios bioplėvelės keičia elektrochemines sąlygas ir taip veikia korozijos procesą. Plačiai manoma, kad MIK koroziją sukelia bioplėvelės. Elektrogeniniai mikroorganizmai korozuoja metalus, kad gautų energijos išgyvenimui17. Naujausi MIK tyrimai parodė, kad EET (tarpląstelinis elektronų perdavimas) yra ribojantis veiksnys, lemiantis elektrogeninių mikroorganizmų sukeltą MIK. Zhang ir kt.18 parodė, kad elektronų tarpininkai pagreitina elektronų perdavimą tarp Desulfovibrio sessificans ląstelių ir 304 nerūdijančio plieno, todėl MIK ataka dar labiau sustiprėja. Enning ir kt.19 bei Venzlaff ir kt.20 parodė, kad korozinės sulfatą redukuojančių bakterijų (SRB) bioplėvelės gali tiesiogiai absorbuoti elektronus iš metalinių pagrindų, sukeldamos stiprią taškinę koroziją.
Yra žinoma, kad DSS yra jautrios minimaliai slopinamai koncentracijai (MSK) aplinkoje, kurioje yra SRB, geležį redukuojančių bakterijų (IRB) ir kt.21. Šios bakterijos sukelia lokalizuotą duobutę ant DSS paviršių po bioplėvelėmis22,23. Skirtingai nuo DSS, HDSS24 MSK yra mažai žinoma.
Pseudomonas aeruginosa yra gramneigiama judri lazdelės formos bakterija, plačiai paplitusi gamtoje25. Pseudomonas aeruginosa taip pat yra pagrindinė mikrobų grupė jūrinėje aplinkoje, sukelianti plieno minimalią slopinamąją koncentraciją (MIC). Pseudomonas glaudžiai dalyvauja korozijos procesuose ir yra pripažintas pionieriumi kolonizatoriumi bioplėvelės formavimosi metu. Mahat ir kt.28 ir Yuan ir kt.29 parodė, kad Pseudomonas aeruginosa turi tendenciją padidinti mažaanglio plieno ir lydinių korozijos greitį vandeninėje aplinkoje.
Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti 2707 HDSS minimalios slopinamosios įtampos (MSK) savybes, kurias sukelia jūrinė aerobinė bakterija Pseudomonas aeruginosa, naudojant elektrocheminius metodus, paviršiaus analizės metodus ir korozijos produktų analizę. 2707 HDSS MSK elgsenai tirti buvo atlikti elektrocheminiai tyrimai, įskaitant atvirosios grandinės potencialą (OCP), tiesinės poliarizacijos varžą (LPR), elektrocheminės impedanso spektroskopiją (EIS) ir potencialo dinaminę poliarizaciją. Energijos dispersijos spektrometro (EDS) analizė buvo atlikta siekiant rasti cheminius elementus ant korozijos pažeisto paviršiaus. Be to, rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopijos (XPS) analizė buvo naudojama oksido plėvelės pasyvacijos stabilumui nustatyti veikiant jūrinei aplinkai, kurioje yra Pseudomonas aeruginosa. Duobės gylis buvo matuojamas konfokaliniu lazeriniu skenuojančiu mikroskopu (CLSM).
1 lentelėje pateikiama 2707 HDSS cheminė sudėtis. 2 lentelėje parodyta, kad 2707 HDSS pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, o takumo riba yra 650 MPa. 1 paveiksle parodyta tirpalo termiškai apdoroto 2707 HDSS optinė mikrostruktūra. Mikrostruktūroje, kurioje yra apie 50 % austenito ir 50 % ferito fazių, matomos pailgos austenito ir ferito fazių juostos be antrinių fazių.
2a paveiksle parodyti atvirosios grandinės potencialo (Eocp) ir ekspozicijos laiko duomenys 2707 HDSS abiotinėje 2216E terpėje ir P. aeruginosa sultinyje 14 dienų 37 °C temperatūroje. Jame parodyta, kad didžiausias ir reikšmingiausias Eocp pokytis įvyksta per pirmąsias 24 valandas. Abiem atvejais Eocp vertės pasiekė aukščiausią tašką ties -145 mV (palyginti su SCE) maždaug po 16 val., o po to staigiai sumažėjo ir abiotiniame mėginyje pasiekė -477 mV (palyginti su SCE) ir -236 mV (palyginti su SCE) (atitinkamai abiotiniame mėginyje ir P). Atitinkamai Pseudomonas aeruginosa kuponai. Po 24 valandų P. aeruginosa Eocp vertė, lygi 2707 HDSS, buvo santykinai stabili ties -228 mV (palyginti su SCE), o atitinkama nebiologinių mėginių vertė buvo maždaug -442 mV (palyginti su SCE). Eocp esant P. aeruginosa buvo gana žemas.
2707 HDSS mėginių elektrocheminis tyrimas abiotinėje terpėje ir Pseudomonas aeruginosa sultinyje 37 °C temperatūroje:
a) Eocp kaip ekspozicijos laiko funkcija, b) poliarizacijos kreivės 14 dieną, c) Rp kaip ekspozicijos laiko funkcija ir d) icorr kaip ekspozicijos laiko funkcija.
3 lentelėje pateikiamos 2707 HDSS mėginių, 14 dienų paveiktų abiotine terpe ir Pseudomonas aeruginosa inokuliuota terpe, elektrocheminės korozijos parametrų vertės. Anodinės ir katodinės kreivių liestinės buvo ekstrapoliuotos, kad būtų gautos sankirtos, gaunant korozijos srovės tankį (icorr), korozijos potencialą (Ecorr) ir Tafelio kreivių nuolydžius (βα ir βc) pagal standartinius metodus30,31.
Kaip parodyta 2b paveiksle, P. aeruginosa kreivės poslinkis į viršų lėmė Ecorr padidėjimą, palyginti su abiotine kreive. icorr vertė, proporcinga korozijos greičiui, Pseudomonas aeruginosa mėginyje padidėjo iki 0,328 μA cm⁻², keturis kartus daugiau nei nebiologiniame mėginyje (0,087 μA cm⁻²).
LPR yra klasikinis neardomasis elektrocheminis metodas greitai korozijos analizei. Jis taip pat buvo naudojamas MIC32 tyrimui. 2c paveiksle parodyta poliarizacijos varža (Rp) kaip ekspozicijos laiko funkcija. Didesnė Rp vertė reiškia mažesnę koroziją. Per pirmąsias 24 valandas 2707 HDSS Rp pasiekė maksimalią 1955 kΩ cm2 vertę abiotiniams mėginiams ir 1429 kΩ cm2 vertę Pseudomonas aeruginosa mėginiams. 2c paveiksle taip pat parodyta, kad Rp vertė po vienos dienos sparčiai sumažėjo ir po to išliko santykinai nepakitusi kitas 13 dienų. Pseudomonas aeruginosa mėginio Rp vertė yra apie 40 kΩ cm2, tai yra daug mažiau nei nebiologinio mėginio 450 kΩ cm2 vertė.
„icorr“ vertė yra proporcinga tolygiam korozijos greičiui. Jos vertę galima apskaičiuoti pagal šią Sterno-Geary lygtį:
Remiantis Zou ir kt. 33, šiame darbe tipinė Tafelio nuolydžio B vertė buvo laikoma 26 mV/dec. 2d paveiksle parodyta, kad nebiologinio 2707 mėginio icorr vertė išliko santykinai stabili, o P. aeruginosa mėginio vertė labai svyravo po pirmųjų 24 valandų. P. aeruginosa mėginių icorr vertės buvo eilės tvarka didesnės nei nebiologinių kontrolinių mėginių. Ši tendencija atitinka poliarizacijos varžos rezultatus.
EIS yra dar vienas neardomasis metodas, naudojamas elektrocheminėms reakcijoms korozijos paveiktose sąsajose apibūdinti. Impedanso spektrai ir apskaičiuotos talpos vertės bandiniams, paveiktiems abiotinėmis terpėmis ir Pseudomonas aeruginosa tirpalu, Rb varža pasyviosios plėvelės/bioplėvelės, susidariusios ant bandinio paviršiaus, Rct krūvio perdavimo varža, Cdl elektrinio dvigubo sluoksnio talpa (EDL) ir QCPE pastovios fazės elemento (CPE) parametrai. Šie parametrai buvo toliau analizuojami pritaikant duomenis naudojant ekvivalentinės grandinės (EEC) modelį.
3 paveiksle parodyti tipiniai 2707 HDSS mėginių Nyquist grafikai (a ir b) ir Bode grafikai (a' ir b'), gauti abiotinėje terpėje ir P. aeruginosa sultinyje, esant skirtingam inkubacijos laikui. Nyquist žiedo skersmuo mažėja esant Pseudomonas aeruginosa. Bode grafikas (3b' pav.) rodo bendros varžos dydžio padidėjimą. Informacijos apie relaksacijos laiko konstantą galima gauti iš fazės maksimumų. 4 paveiksle parodytos monosluoksnio (a) ir dvisluoksnio (b) pagrindu sukurtos fizinės struktūros ir jų atitinkamos elektros instaliacijos (EEC). Į EEC modelį įtraukta CPE. Jo admitansas ir varža išreiškiami taip:
Du fizikiniai modeliai ir atitinkamos ekvivalentinės grandinės 2707 HDSS bandinio impedanso spektrui pritaikyti:
kur Y0 yra KPP dydis, j yra įsivaizduojamas skaičius arba (-1)½, ω yra kampinis dažnis, o n yra KPP galios indeksas, mažesnis už vienetą35. Krūvio perdavimo varžos atvirkštinė vertė (t. y. 1/Rct) atitinka korozijos greitį. Mažesnis Rct reiškia didesnį korozijos greitį27. Po 14 inkubacijos dienų Pseudomonas aeruginosa mėginių Rct pasiekė 32 kΩ cm2, daug mažesnį nei nebiologinių mėginių 489 kΩ cm2 (4 lentelė).
5 paveiksle pateikti CLSM ir SEM vaizdai aiškiai rodo, kad po 7 dienų bioplėvelės sluoksnis ant 2707 HDSS mėginio paviršiaus yra tankus. Tačiau po 14 dienų bioplėvelės sluoksnis buvo retas ir atsirado keletas negyvų ląstelių. 5 lentelėje parodytas 2707 HDSS mėginių bioplėvelės storis po 7 ir 14 dienų sąlyčio su P. aeruginosa. Didžiausias bioplėvelės storis pasikeitė nuo 23,4 μm po 7 dienų iki 18,9 μm po 14 dienų. Vidutinis bioplėvelės storis taip pat patvirtino šią tendenciją. Jis sumažėjo nuo 22,2 ± 0,7 μm po 7 dienų iki 17,8 ± 1,0 μm po 14 dienų.
a) 3D CLSM vaizdas po 7 dienų, b) 3D CLSM vaizdas po 14 dienų, c) SEM vaizdas po 7 dienų ir d) SEM vaizdas po 14 dienų.
EDS atskleidė cheminių elementų buitinėse plėvelėse ir korozijos produktuose mėginiuose, kurie 14 dienų buvo paveikti P. aeruginosa. 6 paveiksle parodyta, kad C, N, O ir P kiekis bioplėvelėse ir korozijos produktuose yra daug didesnis nei grynuose metaluose, nes šie elementai yra susiję su bioplėvelėmis ir jų metabolitais. Mikrobams reikia tik chromo ir geležies pėdsakų. Didelis Cr ir Fe kiekis bioplėvelėje ir korozijos produktuose ant mėginių paviršiaus rodo, kad metalo matrica dėl korozijos prarado elementus.
Po 14 dienų 2216E terpėje buvo pastebėtas įdubimas su P. aeruginosa ir be jo. Prieš inkubaciją mėginio paviršius buvo lygus ir be defektų (7a pav.). Po inkubacijos ir bioplėvelės bei korozijos produktų pašalinimo giliausios mėginių paviršiaus įdubos buvo ištirtos naudojant CLSM, kaip parodyta 7b ir 7c paveiksluose. Nebiologinių kontrolinių mėginių paviršiuje akivaizdžių įdubimų nerasta (didžiausias įdubimo gylis 0,02 μm). Didžiausias Pseudomonas aeruginosa sukeltos įdubos gylis po 7 dienų buvo 0,52 μm, o po 14 dienų – 0,69 μm, remiantis 3 mėginių (kiekvienam mėginiui buvo pasirinkta 10 didžiausių įdubimo gylio verčių) vidutiniu maksimaliu įdubimo gyliu, kuris atitinkamai siekė 0,42 ± 0,12 μm ir 0,52 ± 0,15 μm (5 lentelė). Šios įdubimo gylio vertės yra mažos, bet svarbios.
a) Prieš ekspoziciją, b) 14 dienų abiotinėje terpėje ir c) 14 dienų Pseudomonas aeruginosa sultinyje.
8 paveiksle pateikti skirtingų mėginių paviršių XPS spektrai, o kiekvieno paviršiaus cheminė sudėtis apibendrinta 6 lentelėje. 6 lentelėje Fe ir Cr atomų procentinė dalis, esant P. aeruginosa (A ir B mėginiai), buvo daug mažesnė nei nebiologinių kontrolinių mėginių (C ir D mėginiai). P. aeruginosa mėginio Cr 2p šerdies lygio spektro kreivė buvo pritaikyta keturiems piko komponentams, kurių jungimosi energijos (BE) vertės buvo atitinkamai 574,4, 576,6, 578,3 ir 586,8 eV, kurias galima priskirti atitinkamai Cr, Cr2O3, CrO3 ir Cr(OH)3 (9a ir b pav.). Nebiologinių mėginių Cr 2p šerdies lygio spektre yra dvi pagrindinės Cr (573,80 eV BE) ir Cr2O3 (575,90 eV BE) smailės, atitinkamai 9c ir d paveiksluose. Ryškiausias skirtumas tarp abiotinio ir P. aeruginosa mėginiuose buvo Cr6+ buvimas ir didesnė santykinė Cr(OH)3 dalis (BE 586,8 eV) po bioplėvele.
2707 HDSS bandinio paviršiaus platūs XPS spektrai dviejose terpėse yra atitinkamai 7 dienos ir 14 dienų.
a) 7 dienas trukęs sąlytis su P. aeruginosa, b) 14 dienų sąlytis su P. aeruginosa, c) 7 dienas abiotinėje terpėje ir d) 14 dienų abiotinėje terpėje.
HDSS pasižymi dideliu atsparumu korozijai daugumoje aplinkų. Kim ir kt.2 pranešė, kad UNS S32707 HDSS buvo apibrėžtas kaip labai legiruotas DSS, kurio PREN vertė yra didesnė nei 45. Šiame darbe 2707 HDSS bandinio PREN vertė buvo 49. Taip yra dėl didelio chromo kiekio, molibdeno ir Ni kiekio, kurie yra naudingi rūgščioje ir chloridų turinčioje aplinkoje. Be to, gerai subalansuota sudėtis ir defektų neturinti mikrostruktūra yra naudingos konstrukcijos stabilumui ir atsparumui korozijai. Tačiau, nepaisant puikaus cheminio atsparumo, šio darbo eksperimentiniai duomenys rodo, kad 2707 HDSS nėra visiškai atsparus P. aeruginosa bioplėvelių MIK.
Elektrocheminiai rezultatai parodė, kad 2707 HDSS korozijos greitis P. aeruginosa sultinyje po 14 dienų reikšmingai padidėjo, palyginti su nebiologine terpe. 2a paveiksle parodytas Eocp sumažėjimas tiek abiotinėje terpėje, tiek P. aeruginosa sultinyje per pirmąsias 24 valandas. Vėliau bioplėvelė visiškai padengia mėginio paviršių ir Eocp tampa santykinai stabilus36. Tačiau biologinio Eocp lygis buvo daug didesnis nei nebiologinio Eocp. Yra pagrindo manyti, kad šis skirtumas atsiranda dėl P. aeruginosa bioplėvelės susidarymo. 2d paveiksle parodyta, kad esant P. aeruginosa, 2707 HDSS icorr vertė pasiekė 0,627 μA cm-2, tai yra eilės tvarka didesnė nei abiotinėje kontrolinėje terpėje (0,063 μA cm-2), kuri atitiko EIS išmatuotą Rct vertę. Per pirmąsias kelias dienas P. impedanso vertės... aeruginosa sultinio tankis padidėjo dėl P. aeruginosa ląstelių prisitvirtinimo ir bioplėvelių susidarymo. Tačiau, kai bioplėvelė visiškai padengia mėginio paviršių, varža sumažėjo. Pirmiausia atakuojamas apsauginis sluoksnis dėl bioplėvelių ir bioplėvelės metabolitų susidarymo. Todėl laikui bėgant atsparumas korozijai mažėjo, o P. aeruginosa prisitvirtinimas sukėlė lokalizuotą koroziją. Abiotinėse terpėse tendencijos buvo kitokios. Nebiologinės kontrolės atsparumas korozijai buvo daug didesnis nei atitinkama mėginių, paveiktų P. aeruginosa sultiniu, vertė. Be to, abiotiniuose mėginiuose 2707 HDSS Rct vertė 14 dieną pasiekė 489 kΩ cm2, tai yra 15 kartų didesnė nei Rct vertė (32 kΩ cm2) esant P. aeruginosa. Todėl 2707 HDSS pasižymi puikiu atsparumu korozijai sterilioje aplinkoje, tačiau nėra atsparus P. aeruginosa bioplėvelių sukeliamai MIC atakai.
Šiuos rezultatus taip pat galima stebėti iš 2b pav. pateiktų poliarizacijos kreivių. Anodinis išsišakojimas buvo priskirtas Pseudomonas aeruginosa bioplėvelės susidarymui ir metalo oksidacijos reakcijoms. Tuo pačiu metu katodinė reakcija yra deguonies redukcija. P. aeruginosa buvimas labai padidino korozijos srovės tankį, maždaug vienu dydžio eilės didesniu nei abiotinėje kontrolėje. Tai rodo, kad P. aeruginosa bioplėvelė padidina lokalizuotą 2707 HDSS koroziją. Yuan ir kt.29 nustatė, kad 70/30 Cu-Ni lydinio korozijos srovės tankis padidėjo veikiant P. aeruginosa bioplėvelei. Tai gali būti dėl deguonies redukcijos biokatalizės, kurią sukelia Pseudomonas aeruginosa bioplėvelės. Šis stebėjimas taip pat gali paaiškinti 2707 HDSS minimalią slopinamąją koncentraciją (MSK) šiame darbe. Aerobinės bioplėvelės taip pat gali turėti mažiau deguonies. Todėl metalo paviršiaus pakartotinio pasyvavimo deguonimi nesėkmė gali būti vienas iš veiksnių, lemiančių MSK šiame darbe.
Dickinson ir kt. 38 teigė, kad cheminių ir elektrocheminių reakcijų greitį gali tiesiogiai paveikti ant mėginio paviršiaus esančių sėdinčių bakterijų metabolinis aktyvumas ir korozijos produktų pobūdis. Kaip parodyta 5 paveiksle ir 5 lentelėje, po 14 dienų sumažėjo ir ląstelių skaičius, ir bioplėvelės storis. Tai galima pagrįstai paaiškinti tuo, kad po 14 dienų dauguma sėdinčių ląstelių ant 2707 HDSS paviršiaus žuvo dėl maistinių medžiagų išeikvojimo 2216E terpėje arba toksiškų metalų jonų išsiskyrimo iš 2707 HDSS matricos. Tai yra partijų eksperimentų apribojimas.
Šiame darbe P. aeruginosa bioplėvelė skatino vietinį Cr ir Fe išeikvojimą po bioplėvele ant 2707 HDSS paviršiaus (6 pav.). 6 lentelėje pateiktas Fe ir Cr sumažėjimas D mėginyje, palyginti su C mėginiu, rodo, kad P. aeruginosa bioplėvelės sukeltas ištirpęs Fe ir Cr išliko ilgiau nei pirmąsias 7 dienas. 2216E terpė naudojama jūrinei aplinkai imituoti. Joje yra 17700 ppm Cl⁻, kuris yra panašus į natūraliame jūros vandenyje esantį kiekį. 17700 ppm Cl⁻ buvimas buvo pagrindinė Cr sumažėjimo priežastis 7 ir 14 dienų abiotiniuose mėginiuose, analizuotuose XPS metodu. Palyginti su P. aeruginosa mėginiais, Cr ištirpimas abiotiniuose mėginiuose buvo daug mažesnis dėl stipraus 2707 HDSS atsparumo Cl⁻ abiotinėje aplinkoje. 9 paveiksle parodytas Cr6+ buvimas pasyvavimo plėvelėje. Jis gali būti susijęs su Cr šalinimu nuo plieno paviršių P. aeruginosa bioplėvelėmis. kaip siūlė Chen ir Clayton.
Dėl bakterijų augimo terpės pH vertės prieš ir po kultivavimo buvo atitinkamai 7,4 ir 8,2. Todėl žemiau P. aeruginosa bioplėvelės organinių rūgščių korozija greičiausiai nėra prisidėjęs prie šio darbo dėl santykinai aukšto pH terpėje. Nebiologinės kontrolinės terpės pH reikšmingai nepasikeitė (nuo pradinio 7,4 iki galutinio 7,5) per 14 dienų bandymo laikotarpį. pH padidėjimas inokuliacijos terpėje po inkubacijos buvo susijęs su P. aeruginosa metaboliniu aktyvumu ir nustatyta, kad jis turėjo tokį patį poveikį pH ir be bandymo juostelių.
Kaip parodyta 7 paveiksle, didžiausias P. aeruginosa bioplėvelės sukeltas duobės gylis buvo 0,69 μm, tai yra daug daugiau nei abiotinės terpės (0,02 μm). Tai atitinka aukščiau aprašytus elektrocheminius duomenis. 0,69 μm duobės gylis yra daugiau nei dešimt kartų mažesnis už 9,5 μm vertę, nurodytą 2205 DSS tomis pačiomis sąlygomis. Šie duomenys rodo, kad 2707 HDSS pasižymi geresniu MIC atsparumu, palyginti su 2205 DSS. Tai neturėtų stebinti, nes 2707 HDSS turi didesnį chromo kiekį, todėl pasyvacija trunka ilgiau dėl subalansuotos fazinės struktūros be kenksmingų antrinių nuosėdų, todėl P. aeruginosa sunkiau depasyvuoti ir užtemdyti starto taškus.
Apibendrinant, P. aeruginosa sultinyje 2707 HDSS paviršiuje aptikta minimaliai slopinamoji koncentracija (MSK) ir abiotinėse terpėse aptikta nežymių duobių. Šis darbas rodo, kad 2707 HDSS yra atsparesnis MSK nei 2205 DSS, tačiau dėl P. aeruginosa bioplėvelės jis nėra visiškai atsparus MSK. Šie rezultatai padeda parinkti tinkamą nerūdijantį plieną ir įvertinti jo tarnavimo laiką jūrinėje aplinkoje.
2707 HDSS kuponą pateikė Šiaurės rytų universiteto (NEU) Metalurgijos mokykla Šenjange, Kinijoje. 2707 HDSS elementinė sudėtis pateikta 1 lentelėje, kurią išanalizavo NEU Medžiagų analizės ir bandymų skyrius. Visi mėginiai buvo apdoroti tirpalu 1 valandą 1180 °C temperatūroje. Prieš korozijos bandymus monetos formos 2707 HDSS, kurio viršutinis atviras paviršiaus plotas buvo 1 cm2, buvo poliruotas iki 2000 grūdėtumo silicio karbido popieriumi ir toliau poliruotas 0,05 μm Al2O3 miltelių suspensija. Šonai ir dugnas apsaugoti inertiniais dažais. Išdžiovinus mėginius, jie buvo nuplauti steriliu dejonizuotu vandeniu ir sterilizuoti 75 % (v/v) etanoliu 0,5 valandos. Tada jie buvo džiovinami ore ultravioletinėje (UV) šviesoje 0,5 valandos prieš naudojimą.
Jūrinė Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 padermė buvo įsigyta iš Siameno jūrų kultūrų kolekcijos centro (MCCC), Kinija. Pseudomonas aeruginosa buvo auginama aerobinėmis sąlygomis 37 °C temperatūroje 250 ml kolbose ir 500 ml elektrocheminėse stiklo ląstelėse, naudojant Marine 2216E skystąją terpę (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Čingdao, Kinija). Terpė (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 peptonas, 1,0 mielių ekstrakto ir 0,1 geležies citrato. Prieš inokuliaciją autoklavuokite 121 °C temperatūroje 20 minučių. Sėdimųjų ir planktoninių ląstelių skaičiavimas hemocitometru, naudojant šviesos mikroskopą ir 400 kartų didinimą. Pradinė planktoninių Pseudomonas aeruginosa ląstelių koncentracija iškart po inokuliacijos buvo maždaug 106 ląstelių/ml.
Elektrocheminiai bandymai buvo atlikti klasikinėje trijų elektrodų stiklinėje kameroje, kurios terpės tūris buvo 500 ml. Platinos lakštas ir sočiųjų kalomelių elektrodas (SCE) buvo prijungti prie reaktoriaus per Luggino kapiliarus, užpildytus druskos tilteliais, kurie atitinkamai tarnavo kaip priešpriešinis ir etaloninis elektrodai. Darbiniams elektrodams pagaminti prie kiekvieno bandinio buvo pritvirtinta guma padengta varinė viela ir padengta epoksidine derva, paliekant apie 1 cm2 atviro vienpusio paviršiaus ploto darbiniam elektrodui. Elektrocheminių matavimų metu mėginiai buvo dedami į 2216E terpę ir palaikomi pastovioje inkubacijos temperatūroje (37 °C) vandens vonioje. OCP, LPR, EIS ir potencialo dinaminės poliarizacijos duomenys buvo matuojami naudojant „Autolab“ potenciostatą („Reference 600TM“, „Gamry Instruments, Inc.“, JAV). LPR bandymai buvo registruojami 0,125 mV s-1 skenavimo dažniu -5 ir 5 mV diapazone, naudojant Eocp ir 1 Hz diskretizavimo dažnį. EIS buvo atliktas su sinusine banga dažnių diapazone nuo 0,01 iki 10 000 Hz dažnis, naudojant 5 mV įtampą esant pastoviai Eocp būsenai. Prieš potencialo peržvalgą elektrodai buvo atvirosios grandinės režime, kol buvo pasiekta stabili laisvosios korozijos potencialo vertė. Tada buvo braižomos poliarizacijos kreivės nuo -0,2 iki 1,5 V Eocp atžvilgiu, skenavimo greičiu 0,166 mV/s. Kiekvienas bandymas buvo pakartotas 3 kartus su P. aeruginosa ir be jos.
Metalografinei analizei skirti mėginiai buvo mechaniškai poliruoti 2000 grūdėtumo šlapiu SiC popieriumi, o po to papildomai poliruoti 0,05 μm Al2O3 miltelių suspensija optiniam stebėjimui. Metalografinė analizė atlikta naudojant optinį mikroskopą. Mėginiai buvo ėsdinti 10 % (masės) kalio hidroksido tirpalu 43.
Po inkubacijos mėginiai buvo 3 kartus plaunami fosfatiniu buferiniu tirpalu (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ir 10 valandų fiksuojami 2,5 % (v/v) glutaraldehido tirpalu, kad būtų fiksuotos bioplėvelės. Vėliau mėginys buvo dehidratuotas laipsniškai modifikuotu (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % ir 100 % v/v) etanoliu prieš džiovinant ore. Galiausiai mėginio paviršius padengiamas aukso plėvele, kad būtų užtikrintas laidumas SEM stebėjimui. SEM vaizdai buvo sufokusuoti į taškus su mažiausiai pastoviomis P. aeruginosa ląstelėmis kiekvieno mėginio paviršiuje. Atlikta EDS analizė, siekiant rasti cheminius elementus. Duobės gyliui matuoti buvo naudojamas „Zeiss“ konfokalinis lazerinis skenuojantis mikroskopas (CLSM) (LSM 710, „Zeiss“, Vokietija). Norint stebėti korozijos duobes po bioplėvele, bandinys pirmiausia buvo išvalytas pagal Kinijos nacionalinį standartą (CNS). GB/T4334.4-2000, skirtas korozijos produktams ir bioplėvelei nuo bandinio paviršiaus pašalinti.
Rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopijos (XPS, ESCALAB250 paviršiaus analizės sistema, „Thermo VG“, JAV) analizė atlikta naudojant monochromatinį rentgeno spindulių šaltinį (aliuminio Kα linija, kurios energija 1500 eV, o galia 150 W) plačiame jungimosi energijos diapazone nuo 0 iki 1350 eV standartinėmis sąlygomis. Didelės skiriamosios gebos spektrai užfiksuoti naudojant 50 eV pralaidumo energiją ir 0,2 eV žingsnio dydį.
Inkubuoti mėginiai buvo išimti ir švelniai praplauti PBS (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45. Norint stebėti bioplėvelių bakterijų gyvybingumą mėginiuose, bioplėvelės buvo dažomos naudojant LIVE/DEAD BacLight bakterijų gyvybingumo rinkinį (Invitrogen, Eugene, OR, JAV). Rinkinyje yra du fluorescenciniai dažai: žali fluorescenciniai SYTO-9 dažai ir raudoni fluorescenciniai propidžio jodido (PI) dažai. CLSM metodu fluorescenciniai žali ir raudoni taškai atitinkamai žymi gyvas ir negyvas ląsteles. Dažymui 1 ml mišinio, kuriame yra 3 μl SYTO-9 ir 3 μl PI tirpalo, buvo inkubuojamas 20 minučių kambario temperatūroje (23 °C) tamsoje. Vėliau nudažyti mėginiai buvo stebimi dviem bangos ilgiais (488 nm gyvoms ląstelėms ir 559 nm negyvoms ląstelėms) naudojant „Nikon CLSM“ aparatą („C2 Plus“, Nikon, Japonija). Bioplėvelės storis buvo matuojamas 3D skenavimo režimu.
Kaip cituoti šį straipsnį: Li, H. ir kt. Jūrinės Pseudomonas aeruginosa biofilmo sukeltos 2707 superdupleksinio nerūdijančio plieno mikrobinės korozijos pasekmė. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ir Zucchi, F. LDX 2101 dupleksinio nerūdijančio plieno įtempių korozijos įtrūkimai chlorido tirpale, esant tiosulfatui. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YS. Tirpalo terminio apdorojimo ir azoto apsauginėse dujose įtaka superdupleksinio nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių atsparumui taškinei korozijai. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ir Lewandowski, Z. Lyginamasis cheminis tyrimas apie mikrobiologinę ir elektrocheminę koroziją 316L nerūdijančiame pliene. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG ir Xiao, K. 2205 dupleksinio nerūdijančio plieno elektrocheminis elgesys šarminiuose tirpaluose, kurių pH yra skirtingas, esant chloridui. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS ir Ray, RI. Jūrinių bioplėvelių poveikis korozijai: glausta apžvalga. Electrochim.Journal.54, 2–7 (2008).