Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Voafetra ny fanohanana ny CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hamono ny fomba mifanaraka amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript izahay.
Olana goavana amin'ny indostria maro ny harafesina mikraoba (MIC) satria mety hiteraka fatiantoka ara-toekarena goavana. Ny vy tsy misy fangarony super duplex 2707 (2707 HDSS) dia nampiasaina tamin'ny tontolo an-dranomasina noho ny fanoherany simika tsara dia tsara. Na izany aza, ny fanoherany ny MIC dia tsy mbola naseho tamin'ny alalan'ny fanandramana. Ato amin'ity fandalinana ity, dia nodinihina ny fihetsiky ny MIC an'ny 2707 HDSS vokatry ny bakteria aerobika an-dranomasina Pseudomonas aeruginosa. Ny fanadihadiana elektrokimia dia naneho fa teo anatrehan'ny biofilm Pseudomonas aeruginosa tao amin'ny medium 2216E, dia nisy fiovana tsara teo amin'ny mety ho harafesina sy ny fitomboan'ny hakitroky ny herinaratra harafesina. Ny fanadihadiana X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) dia naneho fihenan'ny votoatin'ny Cr teo amin'ny velaran'ny santionany teo ambanin'ny biofilm. Ny fanadihadiana sary ny lavaka dia naneho fa ny biofilm P. aeruginosa dia namoaka halaliny lavaka ambony indrindra 0.69 μm nandritra ny 14 andro niompiana. Na dia kely aza izany, dia midika izany fa ny 2707 HDSS dia tsy voaaro tanteraka amin'ny MIC an'ny biofilm P. aeruginosa.
Ny vy tsy misy harafesina duplex (DSS) dia ampiasaina betsaka amin'ny indostria isan-karazany noho ny fitambarany tsara indrindra amin'ny toetra mekanika tsara sy ny fanoherana ny harafesina1,2. Na izany aza, mbola misy lavaka eo an-toerana ary misy fiantraikany amin'ny fahamarinan'ity vy ity izany3,4. Ny DSS dia tsy mahatohitra ny harafesina mikraoba (MIC)5,6. Na dia eo aza ny karazana fampiharana maro samihafa amin'ny DSS, dia mbola misy tontolo iainana izay tsy ampy ny fanoherana ny harafesin'ny DSS amin'ny fampiasana maharitra. Midika izany fa ilaina ny fitaovana lafo vidy kokoa izay manana fanoherana ny harafesina ambony kokoa. Jeon et al7 dia nahita fa na dia ny vy tsy misy harafesina super duplex (SDSS) aza dia manana fetrany amin'ny lafiny fanoherana ny harafesina. Noho izany, ny vy tsy misy harafesina super duplex (HDSS) izay manana fanoherana ny harafesina ambony kokoa dia ilaina amin'ny fampiharana sasany. Izany dia nitarika ny fivoaran'ny HDSS misy firaka be dia be.
Miankina amin'ny tahan'ny dingana alpha sy gamma ary ny faritra Cr, Mo ary W mihena 8, 9, 10 mifanila amin'ny dingana faharoa ny fanoheran'ny DSS amin'ny harafesina. Ahitana Cr, Mo ary N11 betsaka ny HDSS, ka manana fanoheran-dratsy tsara dia tsara amin'ny harafesina sy isa mitovy amin'ny Pitting Resistance (PREN) avo lenta (45-50), izay voafaritry ny wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Ny fanoherany ny harafesina tsara dia tsara dia miankina amin'ny firafitra voalanjalanja misy dingana ferrite (α) eo amin'ny 50% sy austenite (γ) eo amin'ny 50% eo ho eo, ny HDSS dia manana toetra mekanika tsara kokoa ary fanoherana ambony kokoa noho ny DSS13 mahazatra. Toetra ara-pahasimban'ny klôrida. Ny fanoherany ny harafesina nohatsaraina dia manitatra ny fampiasana ny HDSS amin'ny tontolo klôrida manimba kokoa, toy ny tontolo an-dranomasina.
Olana lehibe amin'ny indostria maro ny MIC toy ny solika sy entona ary ny orinasa mpamatsy rano14. Ny MIC dia mitentina 20% amin'ny fahasimbana rehetra ateraky ny harafesina15. Ny MIC dia harafesina bioelectrochemical izay azo jerena amin'ny tontolo iainana maro. Ny biofilms izay miforona amin'ny velaran'ny metaly dia manova ny toe-javatra elektrokimia, ka misy fiantraikany amin'ny fizotran'ny harafesina. Maro no mino fa ny harafesina MIC dia vokatry ny biofilms. Ny zavamananaina bitika elektrogenika dia manimba ny metaly mba hahazoana angovo maharitra mba ho velona17. Ny fanadihadiana MIC vao haingana dia naneho fa ny EET (famindrana elektrôna ivelan'ny sela) no anton-javatra mametra ny tahan'ny MIC vokatry ny zavamananaina bitika elektrogenika. Zhang et al. 18 dia naneho fa ny mpanelanelana elektrôna dia manafaingana ny famindrana elektrôna eo amin'ny sela Desulfovibrio sessificans sy ny vy tsy misy harafesina 304, izay mitarika amin'ny fanafihana MIC mafy kokoa. Enning et al. 19 sy Venzlaff et al. 20 dia naneho fa ny biofilms bakteria mampihena sulfate (SRB) dia afaka mandray mivantana ny elektrôna avy amin'ny substrates metaly, ka miteraka harafesina mafy amin'ny lavaka.
Fantatra fa mora voan'ny MIC ny DSS ao anaty tontolo misy SRB, bakteria mampihena vy (IRB), sns. 21. Ireo bakteria ireo dia miteraka lavaka eo amin'ny velaran'ny DSS eo ambanin'ny biofilms22,23. Tsy toy ny DSS, ny MIC an'ny HDSS24 dia tsy dia fantatra loatra.
Ny Pseudomonas aeruginosa dia bakteria miendrika tsorakazo mihetsika tsy gram-negatif izay miely patrana eny amin'ny natiora25. Ny Pseudomonas aeruginosa koa dia vondrona mikraoba lehibe ao amin'ny tontolo iainana an-dranomasina, izay miteraka MIC amin'ny vy. Ny Pseudomonas dia tafiditra akaiky amin'ny fizotran'ny harafesina ary fantatra fa mpisava lalana amin'ny fananganana biofilm. Mahat et al. 28 sy Yuan et al. 29 dia naneho fa ny Pseudomonas aeruginosa dia manana fironana hampitombo ny tahan'ny harafesina amin'ny vy malefaka sy ny firaka ao anaty tontolo iainana misy rano.
Ny tanjona lehibe amin'ity asa ity dia ny handinika ny toetran'ny MIC an'ny 2707 HDSS vokatry ny bakteria aerobika an-dranomasina Pseudomonas aeruginosa amin'ny alàlan'ny fomba elektrokimia, teknika famakafakana ny velarana ary famakafakana ny vokatra harafesina. Natao ny fanadihadiana elektrokimia anisan'izany ny Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarization Resistance (LPR), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), ary Potential Dynamic Polarization mba handinihana ny fihetsiky ny MIC an'ny 2707 HDSS. Natao ny famakafakana ny Energy dispersive spectrometer (EDS) mba hahitana singa simika eo amin'ny velarana harafesina. Ho fanampin'izany, nampiasaina ny famakafakana ny X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) mba hamaritana ny fahamarinan'ny passivation film oxide eo ambany fitaoman'ny tontolo an-dranomasina misy Pseudomonas aeruginosa. Norefesina tamin'ny alalan'ny mikroskopia confocal laser scanning (CLSM) ny halalin'ny lavaka.
Ny Tabilao 1 dia mitanisa ny firafitry ny simika ao amin'ny 2707 HDSS. Ny Tabilao 2 dia mampiseho fa ny 2707 HDSS dia manana toetra mekanika tena tsara miaraka amin'ny tanjaky ny vokatra 650 MPa. Ny Sary 1 dia mampiseho ny rafitra optika amin'ny vahaolana 2707 HDSS izay notsaboina tamin'ny hafanana. Ny tarika lava amin'ny dingana austenite sy ferrite tsy misy dingana faharoa dia hita ao amin'ny rafitra mikro izay misy dingana austenite 50% sy ferrite 50%.
Ny Sary 2a dia mampiseho ny mety ho fiasan'ny "open circuit potential" (Eocp) raha oharina amin'ny angon-drakitra momba ny fotoana isehoan'ny taratra ho an'ny HDSS 2707 ao anaty tontolo abiotika 2216E sy ny ron-kena P. aeruginosa mandritra ny 14 andro amin'ny 37 °C. Mampiseho izany fa ny fiovana lehibe indrindra sy manan-danja amin'ny Eocp dia mitranga ao anatin'ny 24 ora voalohany. Ny sandan'ny Eocp amin'ireo tranga roa ireo dia nahatratra ny fara tampony tamin'ny -145 mV (vs. SCE) manodidina ny 16 ora ary avy eo dia nidina tampoka, nahatratra -477 mV (vs. SCE) sy -236 mV (vs. SCE) ho an'ny santionany abiotika sy P). Tapakilan'ny Pseudomonas aeruginosa, tsirairay avy. Rehefa afaka 24 ora, ny sandan'ny Eocp an'ny 2707 HDSS ho an'ny P. aeruginosa dia somary marin-toerana amin'ny -228 mV (raha oharina amin'ny SCE), raha toa kosa ka eo amin'ny -442 mV eo ho eo ny sanda mifanaraka amin'izany ho an'ny santionany tsy biolojika (raha oharina amin'ny SCE). Somary ambany ny Eocp raha eo anatrehan'ny P. aeruginosa.
Fitsapana elektrokimia amin'ny santionany HDSS 2707 ao anaty tontolo abiotika sy ron-kena Pseudomonas aeruginosa amin'ny 37 °C:
(a) Eocp mifandraika amin'ny fotoana isehoan'ny hazavana, (b) fiolahana polarisation amin'ny andro faha-14, (c) Rp mifandraika amin'ny fotoana isehoan'ny hazavana ary (d) icorr mifandraika amin'ny fotoana isehoan'ny hazavana.
Ny Tabilao 3 dia mitanisa ny sandan'ny paramètre harafesina elektrokimia amin'ny santionany HDSS 2707 izay nampiharina tamin'ny tontolo abiotika sy ny tontolo notsindronina Pseudomonas aeruginosa nandritra ny 14 andro. Ny tangents amin'ny fiolahana anodika sy katodika dia nohadihadiana mba hahatongavana amin'ny fihaonan'ny current corrosion (icorr), corrosion potential (Ecorr) ary Tafel slopes (βα sy βc) araka ny fomba mahazatra 30,31.
Araka ny aseho amin'ny Sary 2b, ny fiakaran'ny fiolahana P. aeruginosa dia niafara tamin'ny fitomboan'ny Ecorr raha oharina amin'ny fiolahana abiotika. Ny sandan'ny icorr, izay mifanandrify amin'ny tahan'ny harafesina, dia nitombo ho 0.328 μA cm-2 tao amin'ny santionan'ny Pseudomonas aeruginosa, inefatra heny noho ny an'ny santionany tsy biolojika (0.087 μA cm-2).
Fomba elektrokimika tsy manimba mahazatra ny LPR ho an'ny famakafakana haingana ny harafesina. Nampiasaina handinihana ny MIC32 ihany koa izy io. Ny Sary 2c dia mampiseho ny fanoherana ny polarization (Rp) ho toy ny fiasan'ny fotoana isehoan'ny taratra. Ny sandan'ny Rp ambony kokoa dia midika fa harafesina kely kokoa. Tao anatin'ny 24 ora voalohany, ny Rp an'ny 2707 HDSS dia nahatratra ny sanda ambony indrindra 1955 kΩ cm2 ho an'ny santionany abiotika ary 1429 kΩ cm2 ho an'ny santionany Pseudomonas aeruginosa. Ny Sary 2c koa dia mampiseho fa nihena haingana ny sandan'ny Rp rehefa afaka iray andro ary avy eo dia nijanona tsy niova nandritra ny 13 andro manaraka. Ny sandan'ny Rp an'ny santionany Pseudomonas aeruginosa dia eo amin'ny 40 kΩ cm2 eo ho eo, izay ambany lavitra noho ny sandan'ny 450 kΩ cm2 an'ny santionany tsy biolojika.
Mifanohitra amin'ny tahan'ny harafesina mitovy ny sandan'ny icorr. Azo kajiana amin'ny alalan'ny fampitoviana Stern-Geary manaraka ny sandany,
Araka ny voalazan'i Zou et al. 33, ny sanda mahazatra amin'ny tehezan-kavoana Tafel B amin'ity asa ity dia noheverina ho 26 mV/dec. Ny sary 2d dia mampiseho fa ny icorr an'ny santionany tsy biolojika 2707 dia nijanona ho marin-toerana, raha toa kosa ka niovaova be ny santionany P. aeruginosa taorian'ny 24 ora voalohany. Ny sandan'ny icorr an'ny santionany P. aeruginosa dia ambony lavitra noho ny fanaraha-maso tsy biolojika. Mifanaraka amin'ny valin'ny fanoherana ny polarization io fironana io.
Teknika tsy manimba iray hafa ampiasaina hanavahana ny fihetsiky ny elektrokimia amin'ny fifandraisana harafesina ny EIS. Ny spektra impedance sy ny sandan'ny capacitance kajy amin'ny santionany tratran'ny media abiotika sy ny vahaolana Pseudomonas aeruginosa, ny fanoherana Rb amin'ny sarimihetsika/biofilm passive miforona eo amin'ny velaran'ny santionany, ny fanoherana ny famindrana fiampangana Rct, ny capacitance Cdl electric double layer (EDL) ary ny masontsivana QCPE Constant Phase Element (CPE). Ireo masontsivana ireo dia nohadihadiana bebe kokoa tamin'ny alàlan'ny fampifanarahana ny angon-drakitra tamin'ny fampiasana modely circuit mitovy (EEC).
Ny Sary 3 dia mampiseho ny teti-drà Nyquist mahazatra (a sy b) ary ny teti-drà Bode (a' sy b') amin'ny santionany HDSS 2707 ao anaty tontolo abiotika sy ny ron-kena P. aeruginosa mandritra ny fotoana fivelarana samihafa. Mihena ny savaivon'ny peratra Nyquist rehefa misy Pseudomonas aeruginosa. Ny teti-drà Bode (Sary 3b') dia mampiseho fitomboan'ny haben'ny impedance manontolo. Ny fampahalalana momba ny tsy miovaovan'ny fotoana fialan-tsasatra dia azo omena amin'ny alàlan'ny phase maxima. Ny Sary 4 dia mampiseho ny rafitra ara-batana mifototra amin'ny monolayer (a) sy bilayer (b) ary ny EEC mifandraika amin'izany. Ampidirina ao amin'ny modely EEC ny CPE. Ny fidirana sy ny impedance dia aseho toy izao manaraka izao:
Modely ara-batana roa sy fizaran-tany mitovy amin'izany ho an'ny fampifanarahana ny spectrum impedance an'ny santionany HDSS 2707:
izay Y0 ny haben'ny CPE, j ny isa foronina na (-1)1/2, ω ny fatran'ny zoro, ary n ny tondro herin'ny CPE latsaky ny iray35. Ny mifamadika amin'ny fanoherana ny famindrana fiampangana (ohatra 1/Rct) dia mifanandrify amin'ny tahan'ny harafesina. Ny Rct kely kokoa dia midika fa haingana kokoa ny tahan'ny harafesina27. Rehefa afaka 14 andro niorenana, ny Rct an'ny santionan'ny Pseudomonas aeruginosa dia nahatratra 32 kΩ cm2, kely kokoa noho ny 489 kΩ cm2 an'ny santionany tsy biolojika (Tabilao 4).
Ny sary CLSM sy ny sary SEM ao amin'ny Sary 5 dia mampiseho mazava tsara fa matevina ny fandrakofana biofilm eo amin'ny velaran'ny santionany HDSS 2707 rehefa afaka 7 andro. Na izany aza, rehefa afaka 14 andro, dia vitsy ny fandrakofana biofilm ary nisy sela maty nipoitra. Ny Tabilao 5 dia mampiseho ny hatevin'ny biofilm amin'ny santionany HDSS 2707 rehefa avy niharan'ny P. aeruginosa nandritra ny 7 sy 14 andro. Niova avy amin'ny 23.4 μm ny hatevin'ny biofilm ambony indrindra rehefa afaka 7 andro ho 18.9 μm rehefa afaka 14 andro. Ny hatevin'ny biofilm antonony koa dia nanamafy io fironana io. Nihena avy amin'ny 22.2 ± 0.7 μm rehefa afaka 7 andro ho 17.8 ± 1.0 μm rehefa afaka 14 andro izany.
(a) Sary CLSM 3-D rehefa afaka 7 andro, (b) Sary CLSM 3-D rehefa afaka 14 andro, (c) Sary SEM rehefa afaka 7 andro ary (d) Sary SEM rehefa afaka 14 andro.
Nasehon'ny EDS fa singa simika ao amin'ny biofilm sy vokatra harafesina amin'ny santionany voan'ny P. aeruginosa nandritra ny 14 andro. Ny Sary 6 dia mampiseho fa ny votoatin'ny C, N, O, ary P ao amin'ny biofilm sy vokatra harafesina dia avo kokoa noho ny ao amin'ny metaly miboridana, satria ireo singa ireo dia mifandray amin'ny biofilm sy ny metabolites-ny. Ny mikraoba dia mila fatra kely fotsiny amin'ny chromium sy vy. Ny haavon'ny Cr sy Fe avo lenta ao amin'ny biofilm sy ny vokatra harafesina eo amin'ny velaran'ny santionany dia manondro fa very singa ny matrix metaly noho ny harafesina.
Rehefa afaka 14 andro, dia hita tao anaty fitaovana 2216E ny lavaka misy sy tsy misy P. aeruginosa. Talohan'ny fandevenana, dia malama sy tsy nisy lesoka ny velaran'ny santionany (Sary 7a). Taorian'ny fandevenana sy ny fanesorana ny biofilm sy ny vokatra harafesina, dia nojerena tamin'ny CLSM ny lavaka lalina indrindra teo amin'ny velaran'ny santionany, araka ny aseho amin'ny Sary 7b sy c. Tsy nisy lavaka miharihary hita teo amin'ny velaran'ny santionany fanaraha-maso tsy biolojika (halalin'ny lavaka ambony indrindra 0.02 μm). Ny halalin'ny lavaka ambony indrindra vokatry ny Pseudomonas aeruginosa dia 0.52 μm rehefa afaka 7 andro ary 0.69 μm rehefa afaka 14 andro, mifototra amin'ny halalin'ny lavaka ambony indrindra amin'ny santionany 3 (10 ny sandan'ny halalin'ny lavaka ambony indrindra nofantenana ho an'ny santionany tsirairay) izay nahatratra 0.42 ± 0.12 μm sy 0.52 ± 0.15 μm (Tabilao 5). Kely nefa manan-danja ireo sandan'ny halalin'ny lavaka ireo.
(a) Alohan'ny hampiharina amin'ny vatana, (b) 14 andro ao anaty tontolo tsy biolojika ary (c) 14 andro ao anaty ron-kena Pseudomonas aeruginosa.
Ny Sary 8 dia mampiseho ny spektra XPS amin'ny velaran'ny santionany samihafa, ary ny singa simika nodinihina ho an'ny velarany tsirairay dia voafintina ao amin'ny Tabilao 6. Ao amin'ny Tabilao 6, ny isan-jaton'ny atôma amin'ny Fe sy Cr eo anatrehan'ny P. aeruginosa (santionany A sy B) dia ambany lavitra noho ny an'ny santionany fanaraha-maso tsy biolojika (santionany C sy D). Ho an'ny santionany P. aeruginosa, ny fiolahana spektra amin'ny ambaratonga fototra Cr 2p dia nampifanarahina tamin'ny singa tendrony efatra misy sanda angovo mifamatotra (BE) 574.4, 576.6, 578.3 ary 586.8 eV, izay azo lazaina fa avy amin'ny Cr, Cr2O3, CrO3 ary Cr(OH)3 (Sary 9a sy b). Ho an'ny santionany tsy biolojika, ny spektra amin'ny ambaratonga fototra Cr 2p dia misy tendrony lehibe roa ho an'ny Cr (573.80 eV ho an'ny BE) sy Cr2O3 (575.90 eV ho an'ny BE) ao amin'ny Sary 1. 9c sy d, tsirairay avy. Ny fahasamihafana miavaka indrindra teo amin'ny santionany abiotika sy ny P. aeruginosa dia ny fisian'ny Cr6+ sy ny ampahany betsaka kokoa amin'ny Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) eo ambanin'ny biofilm.
Ny spektrum XPS mivelatra amin'ny velaran'ny santionany HDSS 2707 ao amin'ireo media roa ireo dia 7 andro sy 14 andro tsirairay avy.
(a) 7 andro nidiran'ny P. aeruginosa, (b) 14 andro nidiran'ny P. aeruginosa, (c) 7 andro tao anaty tontolo tsy misy aina ary (d) 14 andro tao anaty tontolo tsy misy aina.
Maneho fanoherana avo lenta amin'ny harafesina ny HDSS amin'ny ankamaroan'ny tontolo iainana. Kim et al. 2 dia nitatitra fa ny UNS S32707 HDSS dia voafaritra ho DSS misy firaka be dia be miaraka amin'ny PREN mihoatra ny 45. Ny sandan'ny PREN an'ny santionany HDSS 2707 ato amin'ity asa ity dia 49. Izany dia noho ny votoatin'ny chromium avo lenta sy ny haavon'ny molybdenum sy Ni avo lenta, izay mahasoa amin'ny tontolo asidra sy klôro avo lenta. Ho fanampin'izany, ny firafitra voalanjalanja tsara sy ny rafitra bitika tsy misy lesoka dia ilaina amin'ny fahamarinan-toerana ara-drafitra sy ny fanoherana ny harafesina. Na izany aza, na dia eo aza ny fanoherana simika tsara dia tsara, ny angon-drakitra fanandramana ato amin'ity asa ity dia manondro fa ny 2707 HDSS dia tsy voaaro tanteraka amin'ny MIC an'ny biofilms P. aeruginosa.
Nasehon'ny valin'ny elektrokimia fa nitombo be ny tahan'ny harafesina tamin'ny ron-kena 2707 HDSS tao amin'ny ron-kena P. aeruginosa rehefa afaka 14 andro raha oharina amin'ny akora tsy biolojika. Ao amin'ny Sary 2a, hita fa nihena ny Eocp tao amin'ny akora abiotika sy ny ron-kena P. aeruginosa nandritra ny 24 ora voalohany. Taorian'izay, dia vita ny fandrakofan'ny biofilm ny velaran'ny santionany ary lasa marin-toerana ny Eocp36. Na izany aza, avo kokoa noho ny an'ny Eocp tsy biolojika ny haavon'ny Eocp biolojika. Misy antony tokony hinoana fa io fahasamihafana io dia vokatry ny fiforonan'ny biofilm P. aeruginosa. Ao amin'ny Sary 2d, teo anatrehan'ny P. aeruginosa, ny sandan'ny icorr an'ny 2707 HDSS dia nahatratra 0.627 μA cm-2, izay ambony lavitra noho ny an'ny fanaraha-maso abiotika (0.063 μA cm-2), izay mifanaraka amin'ny sandan'ny Rct refesina amin'ny EIS. Nandritra ny andro vitsivitsy voalohany, ny sandan'ny impedance ao amin'ny P. Nitombo ny ron-kena aeruginosa noho ny fifamatoran'ny sela P. aeruginosa sy ny fiforonan'ny biofilm. Na izany aza, rehefa mandrakotra tanteraka ny velaran'ny santionany ny biofilm, dia mihena ny fanoherana. Ny sosona fiarovana no voatafika voalohany noho ny fiforonan'ny biofilm sy ny metabolites biofilm. Noho izany, nihena ny fanoherana ny harafesina rehefa mandeha ny fotoana, ary ny fifamatoran'ny P. aeruginosa dia niteraka harafesina teo an-toerana. Samy hafa ny fironana amin'ny media abiotika. Ny fanoherana ny harafesina amin'ny fanaraha-maso tsy biolojika dia avo lavitra noho ny sandan'ny santionany mifandraika amin'izany izay niharan'ny ron-kena P. aeruginosa. Ankoatra izany, ho an'ny santionany abiotika, ny sandan'ny Rct an'ny 2707 HDSS dia nahatratra 489 kΩ cm2 tamin'ny andro faha-14, izay in-15 heny noho ny sandan'ny Rct (32 kΩ cm2) teo anatrehan'ny P. aeruginosa. Noho izany, ny 2707 HDSS dia manana fanoherana ny harafesina tsara amin'ny tontolo madio, saingy tsy mahatohitra ny fanafihan'ny MIC avy amin'ny biofilms P. aeruginosa.
Azo jerena avy amin'ny fiolahana polarisation ao amin'ny Sary 2b ihany koa ireo valiny ireo. Ny sampana anodika dia noho ny fiforonan'ny biofilm Pseudomonas aeruginosa sy ny fihetsiky ny oksidasiona metaly. Mandritra izany fotoana izany, ny fihetsika katodika dia ny fihenan'ny oksizenina. Ny fisian'ny P. aeruginosa dia nampitombo be ny hakitroky ny courant harafesina, eo amin'ny ambaratonga ambony kokoa noho ny fanaraha-maso abiotika. Izany dia manondro fa ny biofilm P. aeruginosa dia mampitombo ny harafesina eo an-toerana amin'ny 2707 HDSS. Yuan et al29 dia nahita fa ny hakitroky ny courant harafesina amin'ny firaka 70/30 Cu-Ni dia nitombo teo ambany fanamby tamin'ny biofilm P. aeruginosa. Mety ho vokatry ny biocatalysis ny fampihenana oksizenina amin'ny alàlan'ny biofilm Pseudomonas aeruginosa izany. Ity fandinihana ity dia mety hanazava ihany koa ny MIC amin'ny 2707 HDSS amin'ity asa ity. Ny biofilm aerobic dia mety manana oksizenina kely kokoa eo ambaniny. Noho izany, ny tsy fahombiazan'ny famerenana ny velaran'ny metaly amin'ny alàlan'ny oksizenina dia mety ho anton-javatra mandray anjara amin'ny MIC amin'ity asa ity.
Dickinson et al. 38 dia nanipy hevitra fa ny tahan'ny fihetsika simika sy elektrokimia dia mety hisy fiantraikany mivantana amin'ny tahan'ny metabolika amin'ny bakteria sessile eo amin'ny velaran'ny santionany sy ny toetran'ny vokatra harafesina. Araka ny aseho amin'ny Sary 5 sy Tabilao 5, nihena ny isan'ny sela sy ny hatevin'ny biofilm rehefa afaka 14 andro. Azo hazavaina tsara izany fa rehefa afaka 14 andro, ny ankamaroan'ny sela sessile eo amin'ny velaran'ny 2707 HDSS dia maty noho ny fihenan'ny otrikaina ao amin'ny medium 2216E na ny famoahana ion metaly misy poizina avy amin'ny matrix 2707 HDSS. Izany dia fetran'ny andrana andiany.
Ato amin'ity asa ity, ny biofilm P. aeruginosa dia nampiroborobo ny fihenan'ny Cr sy Fe eo ambanin'ny biofilm eo amin'ny velaran'ny HDSS 2707 (Sary 6). Ao amin'ny Tabilao 6, ny fihenan'ny Fe sy Cr ao amin'ny santionany D raha oharina amin'ny santionany C, izay manondro fa ny Fe sy Cr levona vokatry ny biofilm P. aeruginosa dia naharitra mihoatra ny 7 andro voalohany. Ny fitaovana 2216E dia ampiasaina hanahafana ny tontolo an-dranomasina. Mirakitra 17700 ppm Cl- izy io, izay azo ampitahaina amin'ny hita ao amin'ny ranomasina voajanahary. Ny fisian'ny 17700 ppm Cl- no antony lehibe nahatonga ny fihenan'ny Cr tao amin'ny santionany abiotika 7- sy 14 andro nodinihina tamin'ny XPS. Raha ampitahaina amin'ny santionany P. aeruginosa, ny fihenan'ny Cr tao amin'ny santionany abiotika dia kely kokoa noho ny fanoherana Cl− matanjaka an'ny 2707 HDSS ao amin'ny tontolo abiotika. Ny Sary 9 dia mampiseho ny fisian'ny Cr6+ ao amin'ny sarimihetsika passivation. Mety ho tafiditra amin'ny fanesorana ny Cr avy amin'ny velaran-vy nataon'ny biofilm P. aeruginosa, araka ny soso-kevitr'i Chen sy Clayton.
Noho ny fitomboan'ny bakteria, ny sandan'ny pH an'ny fitaovana taloha sy taorian'ny fambolena dia 7.4 sy 8.2 tsirairay avy. Noho izany, eo ambanin'ny biofilm P. aeruginosa, ny harafesina asidra organika dia tsy azo inoana fa anton-javatra mandray anjara amin'ity asa ity noho ny pH avo lenta ao amin'ny fitaovana betsaka. Ny pH an'ny fitaovana fanaraha-maso tsy biolojika dia tsy niova be (avy amin'ny 7.4 voalohany ka hatramin'ny 7.5 farany) nandritra ny fe-potoana fitsapana 14 andro. Ny fitomboan'ny pH tao amin'ny fitaovana fampidirana taorian'ny incubation dia vokatry ny fiasan'ny metabolisman'ny P. aeruginosa ary hita fa mitovy ny fiantraikany amin'ny pH raha tsy misy takelaka fitsapana.
Araka ny aseho amin'ny Sary 7, ny halaliny ambony indrindra ateraky ny biofilm P. aeruginosa dia 0.69 μm, izay lehibe lavitra noho ny an'ny tontolo abiotika (0.02 μm). Mifanaraka amin'ny angon-drakitra elektrokimia voalaza etsy ambony izany. Ny halaliny 0.69 μm dia mihoatra ny folo heny kely noho ny sandan'ny 9.5 μm voalaza ho an'ny 2205 DSS amin'ny toe-javatra mitovy. Ireo angon-drakitra ireo dia mampiseho fa ny 2707 HDSS dia mampiseho fanoherana MIC tsara kokoa raha oharina amin'ny 2205 DSS. Tsy tokony hahagaga izany, satria ny 2707 HDSS dia manana votoatin'ny chromium ambony kokoa, izay manome passivation maharitra kokoa, noho ny rafitra dingana voalanjalanja tsy misy precipitates faharoa manimba, ka mahatonga azy io ho sarotra kokoa ho an'ny P. aeruginosa ny manala passivation ary manarona ny teboka fanombohana.
Ho fehiny, hita teo amin'ny velaran'ny 2707 HDSS tao amin'ny ron-kena P. aeruginosa ny fisian'ny lavaka MIC raha oharina amin'ny lavaka kely ao amin'ny tontolo tsy misy fangarony. Ity asa ity dia mampiseho fa ny 2707 HDSS dia manana fanoherana MIC tsara kokoa noho ny 2205 DSS, saingy tsy voaaro tanteraka amin'ny MIC noho ny biofilm P. aeruginosa. Ireo zavatra hita ireo dia manampy amin'ny fisafidianana vy tsy misy harafesina mety sy ny tombanana ny androm-piainany ho an'ny tontolo iainana an-dranomasina.
Ny tapakila ho an'ny 2707 HDSS dia avy amin'ny Sekolin'ny Metallurgie ao amin'ny Oniversiten'i Northeastern (NEU) any Shenyang, Sina. Ny firafitry ny singa ao amin'ny 2707 HDSS dia aseho amin'ny Tabilao 1, izay nohadihadian'ny Departemantan'ny Famakafakana sy Fitsapana Fitaovana NEU. Ny santionany rehetra dia notsaboina tamin'ny 1180 °C nandritra ny 1 ora. Talohan'ny fitsapana harafesina, ny 2707 HDSS miendrika vola madinika miaraka amin'ny velaran-tany ambony mibaribary 1 cm2 dia nopolesina ho 2000 grit tamin'ny taratasy silicon carbide ary nopolesina tamin'ny vovoka Al2O3 0.05 μm. Ny sisiny sy ny ambany dia voaaro amin'ny loko tsy mihetsika. Rehefa avy maina, dia nosasana tamin'ny rano deionized sterile ireo santionany ary nodiovina tamin'ny etanol 75% (v/v) nandritra ny 0.5 ora. Avy eo dia nohamainina tamin'ny rivotra tamin'ny jiro ultraviolet (UV) nandritra ny 0.5 ora izy ireo talohan'ny fampiasana azy.
Novidina tao amin'ny Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Sina ny karazana Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 an-dranomasina. Novolena tamin'ny fomba aerobika tamin'ny 37°C tao anaty tavoahangy 250 ml sy sela fitaratra elektrokimia 500 ml ny Pseudomonas aeruginosa tamin'ny fampiasana ranoka Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Sina). Salasalany (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, peptone 5.0, yeast extract 1.0 ary ferric citrate 0.1. Afanaina amin'ny autoclave amin'ny 121°C mandritra ny 20 minitra alohan'ny hampidirana azy. Isao ny sela sessile sy planktonic amin'ny fampiasana hemocytometer eo ambanin'ny mikroskopia hazavana amin'ny fampitomboana 400X. Ny fifantohana voalohany amin'ny sela planktonic Pseudomonas aeruginosa avy hatrany taorian'ny fampidirana azy dia eo amin'ny 106 sela/ml eo ho eo.
Natao tao anaty sela fitaratra misy elektrôda telo mahazatra misy habe antonony 500 ml ny fitsapana elektrokimia. Nampifandraisina tamin'ny reaktora ny takelaka platina sy ny elektrôda kalomelina saturated (SCE) tamin'ny alàlan'ny kapila Luggin feno tetezana sira, izay miasa ho elektrôda mpanohitra sy fanondroana. Mba hanaovana ny elektrôda miasa, dia nampiarahina tamin'ny santionany tsirairay ny tariby varahina voarakotra fingotra ary norakofana epoxy, ka namela velaran-tany tokana misy lafiny 1 cm2 ho an'ny elektrôda miasa. Nandritra ny fandrefesana elektrokimia, dia napetraka tao anaty fitaovana 2216E ny santionany ary notazonina tamin'ny mari-pana tsy miovaova (37 °C) tao anaty rano fandroana. Norefesina tamin'ny fampiasana potentiostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., Etazonia) ny angon-drakitra momba ny polarization dinamika mety. Noraketina tamin'ny tahan'ny scan 0.125 mV s-1 ny fitsapana LPR teo amin'ny -5 sy 5 mV niaraka tamin'ny Eocp sy ny fatran'ny santionany 1 Hz. Natao tamin'ny onja sine tao amin'ny fatran'ny fatra ny EIS. 0.01 hatramin'ny 10.000 Hz amin'ny fampiasana voltase ampiharina 5 mV amin'ny Eocp tsy miovaova. Talohan'ny fampiasana ny potential sweep, dia tao amin'ny fomba open-circuit ireo elektroda mandra-pahatongan'ny sandan'ny potential harafesina malalaka sy marin-toerana. Avy eo dia nojerena ny fiolahana polarization nanomboka tamin'ny -0.2 hatramin'ny 1.5 V raha oharina amin'ny Eocp amin'ny tahan'ny scan 0.166 mV/s. Naverina in-3 ny fitsapana tsirairay niaraka tamin'ny sy tsy nisy P. aeruginosa.
Nopolesina tamin'ny taratasy SiC lena 2000 grit ireo santionany ho an'ny fanadihadiana metalografika ary avy eo nopolesina tamin'ny vovoka Al2O3 0.05 μm ho an'ny fandinihana optika. Natao tamin'ny alalan'ny mikroskopia optika ny fanadihadiana metalografika. Nosokirina tamin'ny vahaolana potasioma hidroksida 10 wt.% 43 ireo santionany.
Taorian'ny fandoroana azy, dia nosasana intelo tamin'ny vahaolana phosphate-buffered saline (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ny santionany ary avy eo dia nofatorana tamin'ny glutaraldehyde 2.5% (v/v) nandritra ny 10 ora mba hametahana ny biofilms. Avy eo dia nohamainina tamin'ny etanôla maromaro (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ary 100% v/v) izy io talohan'ny fanamainana amin'ny rivotra. Farany, dia nopetahana sarimihetsika volamena ny velaran'ny santionany mba hanomezana fitarihana ho an'ny fandinihana ny SEM. Nifantoka tamin'ireo teboka misy sela P. aeruginosa sessile indrindra eo amin'ny velaran'ny santionany tsirairay ny sary SEM. Manaova fanadihadiana EDS mba hahitana singa simika. Nampiasaina handrefesana ny halalin'ny lavaka ny Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Alemaina). Mba handinihana ireo lavaka harafesina eo ambanin'ny biofilm, dia nodiovina aloha ny sombin-javatra fitsapana araka ny Fenitra Nasionaly Shinoa. (CNS) GB/T4334.4-2000 mba hanesorana ny vokatry ny harafesina sy ny biofilm eo amin'ny velaran'ny sombin-javatra andrana.
Ny famakafakana ny spectroscopy photoelectron X-ray (XPS, ESCALAB250 surface analysis system, Thermo VG, USA) dia natao tamin'ny fampiasana loharano X-ray monochromatic (tsipika aluminium Kα amin'ny angovo 1500 eV sy hery 150 W) amin'ny alàlan'ny angovo mifamatotra midadasika 0 eo ambanin'ny fepetra mahazatra -1350 eV. Ny spectra avo lenta dia noraketina tamin'ny fampiasana angovo mandalo 50 eV sy habe dingana 0.2 eV.
Nesorina ireo santionany novolena ary nosasana moramora tamin'ny PBS (pH 7.4 ± 0.2) nandritra ny 15 s45. Mba hijerena ny fahaveloman'ny biofilms amin'ny santionany, dia nolokoina tamin'ny alalan'ny LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, Etazonia) ireo biofilms. Ny kitapo dia misy loko fluorescent roa, loko maitso fluorescent SYTO-9 ary loko mena fluorescent propidium iodide (PI). Eo ambanin'ny CLSM, ireo teboka misy maitso fluorescent sy mena dia maneho sela velona sy maty. Ho an'ny fandokoana, dia nolokoina nandritra ny 20 minitra tamin'ny mari-pana ao an-trano (23 oC) tao anaty haizina ny fangaro 1 ml misy vahaolana SYTO-9 3 μl sy PI 3 μl. Taorian'izay, dia nojerena tamin'ny halavan'ny onjam-peo roa (488 nm ho an'ny sela velona ary 559 nm ho an'ny sela maty) tamin'ny fampiasana milina Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japon). Ny hatevin'ny biofilm dia norefesina tamin'ny fomba fitiliana 3-D.
Ahoana no fomba hanonona ity lahatsoratra ity: Li, H. et al. Harafesina mikraoba amin'ny vy tsy misy fangarony super duplex 2707 nataon'ny biofilm an-dranomasina Pseudomonas aeruginosa.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fiparitahan'ny harafesina vokatry ny tsindry amin'ny vy tsy misy harafesina LDX 2101 duplex ao anaty vahaolana klôro eo anatrehan'ny thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Fiantraikan'ny fitsaboana amin'ny hafanana ny vahaolana sy ny azota amin'ny entona miaro amin'ny fanoherana ny harafesina amin'ny vy tsy misy fangarony super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Fandalinana Simika Mampitaha ny Harafesina vokatry ny Mikraoba sy ny Elektrosimika ao amin'ny Vy Tsy Miraikitra 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Fitondran-tena elektrokimika amin'ny vy tsy misy harafesina duplex 2205 ao anaty vahaolana alkaline amin'ny pH samihafa eo anatrehan'ny klôro.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ny fiantraikan'ny biofilm an-dranomasina amin'ny harafesina: famerenana fohy.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).