Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-ийн дэмжлэг хязгаарлагдмал байна. Хамгийн сайн туршлагын тулд бид танд шинэчлэгдсэн хөтчийг ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд бид үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд сайтыг хэв маяг болон JavaScriptгүйгээр харуулах болно.
Микробын зэврэлт (MIC) нь эдийн засгийн асар их алдагдалд хүргэж болзошгүй тул олон салбарт ноцтой асуудал болж байна. 2707 супер дуплекс зэвэрдэггүй ган (2707 HDSS) нь маш сайн химийн эсэргүүцэлтэй тул далайн орчинд ашиглагдаж ирсэн. Гэсэн хэдий ч MIC-д тэсвэртэй болохыг туршилтаар харуулаагүй байна. Энэхүү судалгаанд далайн аэробик бактери Pseudomonas aeruginosa-ийн үүсгэсэн 2707 HDSS-ийн MIC зан төлөвийг судалсан. Электрохимийн шинжилгээгээр 2216E орчинд Pseudomonas aeruginosa био хальс байгаа үед зэврэлтийн потенциал эерэг өөрчлөлт гарч, зэврэлтийн гүйдлийн нягтрал нэмэгдсэн болохыг харуулсан. Рентген фотоэлектрон спектроскопи (XPS) шинжилгээгээр био хальсны доорх дээжийн гадаргуу дээрх Cr агууламж буурсан болохыг харуулсан. Нүхний дүрслэлийн шинжилгээгээр P. aeruginosa био хальс нь 14 хоногийн инкубацийн хугацаанд хамгийн ихдээ 0.69 μм нүхний гүн үүсгэсэн болохыг харуулсан. Энэ нь бага боловч 2707 HDSS нь бүрэн дархлаатай биш гэдгийг харуулж байна. P. aeruginosa-ийн биофильмүүдийн MIC.
Дуплекс зэвэрдэггүй ган (DSS) нь маш сайн механик шинж чанар болон зэврэлтээс хамгаалах чадварын төгс хослолын ачаар янз бүрийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг1,2. Гэсэн хэдий ч орон нутгийн хонхорхой үүсэх нь хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь энэхүү гангийн бүрэн бүтэн байдалд нөлөөлдөг3,4.DSS нь бичил биетний зэврэлтэнд (MIC) тэсвэртэй биш5,6.DSS-ийн өргөн хүрээний хэрэглээтэй хэдий ч DSS-ийн зэврэлтээс хамгаалах чадвар нь удаан хугацаанд ашиглахад хангалтгүй орчин байсаар байна. Энэ нь зэврэлтээс хамгаалах чадвар өндөртэй илүү үнэтэй материал шаардлагатай гэсэн үг юм. Jeon et al7 нь супер дуплекс зэвэрдэггүй ган (SDSS) хүртэл зэврэлтээс хамгаалах чадварын хувьд зарим хязгаарлалттай болохыг тогтоожээ. Тиймээс зарим хэрэглээнд илүү өндөр зэврэлтээс хамгаалах чадвартай супер дуплекс зэвэрдэггүй ган (HDSS) шаардлагатай байдаг. Энэ нь өндөр хайлштай HDSS-ийг хөгжүүлэхэд хүргэсэн.
DSS-ийн зэврэлтээс хамгаалах чадвар нь альфа ба гамма фазын харьцаа болон хоёрдугаар фазын зэргэлдээ орших Cr, Mo болон W-ийн сулралттай бүсүүдийн 8, 9, 10-аас хамаарна. HDSS нь Cr, Mo болон N11-ийн өндөр агууламжтай тул маш сайн зэврэлтээс хамгаалах чадвартай бөгөөд жингийн% Cr + 3.3 (жингийн% Mo + 0.5 жингийн% W) + 16 жингийн% N12-ээр тодорхойлогддог өндөр утгатай (45-50) нүхжилтийн эсэргүүцлийн эквивалент тоо (PREN)-тэй. Үүний маш сайн зэврэлтээс хамгаалах чадвар нь ойролцоогоор 50% феррит (α) ба 50% аустенит (γ) фазуудыг агуулсан тэнцвэртэй найрлагаас хамаардаг бөгөөд HDSS нь уламжлалт DSS13-ээс илүү сайн механик шинж чанартай бөгөөд өндөр эсэргүүцэлтэй байдаг. Хлоридын зэврэлтийн шинж чанар. Сайжруулсан зэврэлтээс хамгаалах чадвар нь HDSS-ийг далайн орчин гэх мэт илүү идэмхий хлорид орчинд ашиглах боломжийг өргөжүүлдэг.
MIC нь газрын тос, байгалийн хий, усны хангамж зэрэг олон салбарт томоохон асуудал болж байна14. MIC нь зэврэлтийн бүх гэмтлийн 20%-ийг эзэлдэг15. MIC нь олон орчинд ажиглагдаж болох биоэлектрохимийн зэврэлт юм. Металл гадаргуу дээр үүссэн биофильм нь электрохимийн нөхцлийг өөрчилж, улмаар зэврэлтийн процесст нөлөөлдөг. MIC зэврэлт нь биофильмээс үүдэлтэй гэж өргөнөөр үздэг. Цахилгаан үүсгэгч бичил биетүүд амьд үлдэхийн тулд тогтвортой энерги авахын тулд металлыг зэврүүлдэг17. Сүүлийн үеийн MIC судалгаагаар EET (эсийн гаднах электрон дамжуулалт) нь электроген бичил биетнүүдээр өдөөгдсөн MIC-ийн хурдыг хязгаарлах хүчин зүйл болохыг харуулсан. Zhang et al. 18 нь электрон зуучлагчид Desulfovibrio sessificans эсүүд болон 304 зэвэрдэггүй гангийн хоорондох электрон дамжуулалтыг хурдасгаж, MIC-ийн илүү хүнд халдлагад хүргэдэг болохыг харуулсан. Enning et al. 19 болон Venzlaff et al. 20 нь зэврэлт сульфат бууруулагч бактери (SRB) биофильм нь металлын субстратаас электроныг шууд шингээж, улмаар хүчтэй нүхжилтийн зэврэлт үүсгэдэг болохыг харуулсан.
DSS нь SRB, төмөр бууруулдаг бактери (IRB) гэх мэт агуулсан орчинд MIC-д мэдрэмтгий болох нь мэдэгдэж байна. 21 Эдгээр бактери нь биофильм дор DSS гадаргуу дээр орон нутгийн нүхжилт үүсгэдэг. 22,23. DSS-ээс ялгаатай нь HDSS24-ийн MIC нь сайн мэдэгддэггүй.
Pseudomonas aeruginosa нь байгальд өргөн тархсан грам сөрөг хөдөлгөөнтэй саваа хэлбэртэй бактери юм25. Pseudomonas aeruginosa нь далайн орчинд MIC үүсгэдэг гол бичил биетний бүлэг юм. Pseudomonas нь зэврэлтийн процесст нягт оролцдог бөгөөд био хальс үүсэх үед анхдагч колоничлогч гэдгээрээ алдартай. Mahat et al. 28 болон Yuan et al. 29 нь Pseudomonas aeruginosa нь усан орчинд зөөлөн ган болон хайлшийн зэврэлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх хандлагатай болохыг харуулсан.
Энэхүү ажлын гол зорилго нь далайн аэробик бактери Pseudomonas aeruginosa-ийн үүсгэсэн 2707 HDSS-ийн MIC шинж чанарыг электрохимийн арга, гадаргуугийн аналитик арга, зэврэлтийн бүтээгдэхүүний шинжилгээ ашиглан судлах явдал байв. 2707 HDSS-ийн MIC зан төлөвийг судлахын тулд нээлттэй хэлхээний потенциал (OCP), шугаман туйлшралын эсэргүүцэл (LPR), электрохимийн импеданс спектроскопи (EIS), потенциалын динамик туйлшрал зэрэг электрохимийн судалгааг хийсэн. Зэврэлтэнд өртсөн гадаргуу дээрх химийн элементүүдийг олохын тулд энергийн тархалтын спектрометр (EDS) шинжилгээг хийсэн. Үүнээс гадна, Pseudomonas aeruginosa агуулсан далайн орчны нөлөөн дор исэл хальсны идэвхгүйжилтийн тогтвортой байдлыг тодорхойлохын тулд рентген фотоэлектрон спектроскопи (XPS) шинжилгээг ашигласан. Нүхний гүнийг конфокал лазер сканнердах микроскоп (CLSM) ашиглан хэмжсэн.
Хүснэгт 1-т 2707 HDSS-ийн химийн найрлагыг жагсаав. Хүснэгт 2-т 2707 HDSS нь 650 МПа урсалтын бат бэхтэй маш сайн механик шинж чанартай болохыг харуулав. Зураг 1-т уусмалын дулааны боловсруулалттай 2707 HDSS-ийн оптик бичил бүтцийг харуулав. Хоёрдогч фазгүй аустенит ба феррит фазын сунасан туузыг ойролцоогоор 50% аустенит ба 50% феррит фаз агуулсан бичил бүтцээс харж болно.
Зураг 2a-д абиотик 2216E орчин болон P. aeruginosa шөлөнд 37 °C-д 14 хоногийн турш 2707 HDSS-ийн нээлттэй хэлхээний потенциал (Eocp)-ийг өртөлтийн хугацааны өгөгдөлтэй харьцуулсан үзүүлэлтийг харуулав. Энэ нь Eocp-ийн хамгийн том бөгөөд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт эхний 24 цагийн дотор явагддаг болохыг харуулж байна. Хоёр тохиолдолд Eocp-ийн утга 16 цагийн орчимд -145 мВ (SCE-тэй харьцуулахад)-д оргил үедээ хүрч, дараа нь огцом буурч, абиотик дээж болон P-ийн хувьд -477 мВ (SCE-тэй харьцуулахад) болон -236 мВ (SCE-тэй харьцуулахад) тус тус хүрсэн. Pseudomonas aeruginosa-ийн купонууд тус тус. 24 цагийн дараа P. aeruginosa-ийн 2707 HDSS-ийн Eocp утга нь -228 мВ (SCE-тэй харьцуулахад)-д харьцангуй тогтвортой байсан бол биологийн бус дээжийн харгалзах утга нь ойролцоогоор -442 мВ (SCE-тэй харьцуулахад) байв. P. aeruginosa-ийн дэргэд Eocp харьцангуй бага байсан.
Абиотик орчин болон Pseudomonas aeruginosa шөлөнд 37 °C-д 2707 HDSS дээжийг электрохимийн шинжилгээгээр шинжилсэн:
(a) Eocp-г өртөлтийн хугацааны функц, (b) 14 дэх өдрийн туйлшралын муруй, (c) Rp-г өртөлтийн хугацааны функц болон (d) icorr-г өртөлтийн хугацааны функц.
Хүснэгт 3-т абиотик орчин болон Pseudomonas aeruginosa-г тарьсан орчинд 14 хоногийн турш өртсөн 2707 HDSS дээжийн электрохимийн зэврэлтийн параметрийн утгуудыг жагсаав. Анод ба катодын муруйнуудын тангенсийг стандарт аргуудын дагуу зэврэлтийн гүйдлийн нягтрал (icorr), зэврэлтийн потенциал (Ecorr) болон Тафелийн налуу (βα ба βc) гэсэн огтлолцол дээр хүрэхийн тулд экстраполяци хийсэн.
Зураг 2b-д үзүүлсэнчлэн, P. aeruginosa муруйн дээш шилжилт нь абиотик муруйтай харьцуулахад Ecorr-ийн өсөлтөд хүргэсэн. Зэврэлтийн хурдтай пропорциональ icorr утга нь Pseudomonas aeruginosa дээжинд 0.328 μA см-2 болж өссөн нь биологийн бус дээжийнхээс (0.087 μA см-2) дөрөв дахин их байна.
LPR нь зэврэлтийг хурдан шинжлэх сонгодог үл эвдэх электрохимийн арга юм. Үүнийг мөн MIC32-ийг судлахад ашигласан. Зураг 2c нь туйлшралын эсэргүүцэл (Rp)-ийг өртөх хугацааны функц болгон харуулж байна. Rp утга өндөр байх нь зэврэлт багатай гэсэн үг юм. Эхний 24 цагийн дотор 2707 HDSS-ийн Rp нь абиотик дээжийн хувьд 1955 кΩ см2, Pseudomonas aeruginosa дээжийн хувьд 1429 кΩ см2 дээд утгад хүрсэн. Зураг 2c нь мөн нэг өдрийн дараа Rp утга хурдан буурч, дараа нь дараагийн 13 хоногийн турш харьцангуй өөрчлөгдөөгүй байгааг харуулж байна. Pseudomonas aeruginosa дээжийн Rp утга нь ойролцоогоор 40 кΩ см2 бөгөөд энэ нь биологийн бус дээжийн 450 кΩ см2 утгаас хамаагүй бага байна.
icorr утга нь жигд зэврэлтийн хурдтай пропорциональ байна. Үүний утгыг дараах Стерн-Гирийн тэгшитгэлээс тооцоолж болно.
Зоу болон бусад 33-ын дагуу энэхүү бүтээлд Тафелийн налуугийн B-ийн ердийн утгыг 26 мВ/декс гэж үзсэн. Зураг 2d-д биологийн бус 2707 дээжийн icorr харьцангуй тогтвортой хэвээр байгаа бол P. aeruginosa дээж эхний 24 цагийн дараа ихээхэн хэлбэлзэж байгааг харуулж байна. P. aeruginosa дээжийн icorr утга нь биологийн бус хяналтынхаас хэд дахин өндөр байв. Энэ хандлага нь туйлшралын эсэргүүцлийн үр дүнтэй нийцэж байна.
EIS нь зэврэлттэй интерфэйс дэх электрохимийн урвалыг тодорхойлоход ашигладаг өөр нэг эвдэхгүй арга юм. Абиотик орчин болон Pseudomonas aeruginosa уусмалд өртсөн дээжийн импедансын спектр ба тооцоолсон багтаамжийн утга, дээжийн гадаргуу дээр үүссэн идэвхгүй хальс/био хальсны Rb эсэргүүцэл, Rct цэнэгийн дамжуулалтын эсэргүүцэл, Cdl цахилгаан давхар давхаргын багтаамж (EDL) болон QCPE тогтмол фазын элемент (CPE) параметрүүд. Эдгээр параметрүүдийг эквивалент хэлхээний (EEC) загварыг ашиглан өгөгдлийг тохируулснаар цаашид шинжилсэн.
Зураг 3-т абиотик орчин болон P. aeruginosa шөл дэх 2707 HDSS дээжийн өөр өөр инкубацийн хугацаанд зориулсан ердийн Nyquist график (a ба b) болон Bode график (a' ба b')-г харуулав. Pseudomonas aeruginosa-ийн дэргэд Nyquist цагирагны диаметр буурдаг. Bode график (Зураг 3b') нь нийт импедансын хэмжээ нэмэгдэж байгааг харуулж байна. Амрах хугацааны тогтмолын талаарх мэдээллийг фазын максимумаар өгч болно. Зураг 4-т нэг давхарга (a) ба хоёр давхарга (b) дээр суурилсан физик бүтэц болон тэдгээрийн харгалзах EEC-ийг харуулав. CPE-г EEC загварт оруулсан. Түүний нэвтрэх болон импедансыг дараах байдлаар илэрхийлнэ.
2707 HDSS дээжийн импедансын спектрийг тохируулах хоёр физик загвар ба харгалзах эквивалент хэлхээ:
энд Y0 нь CPE-ийн хэмжээ, j нь хуурмаг тоо буюу (-1)1/2, ω нь өнцгийн давтамж, n нь нэгдлээс бага CPE чадлын индекс юм35. Цэнэг дамжуулах эсэргүүцлийн урвуу (өөрөөр хэлбэл 1/Rct) нь зэврэлтийн хурдтай тохирч байна. Rct бага байх нь зэврэлтийн хурд хурдан гэсэн үг27. 14 хоногийн инкубацийн дараа Pseudomonas aeruginosa дээжийн Rct нь 32 кΩ см2 хүрсэн нь биологийн бус дээжийн 489 кΩ см2-ээс хамаагүй бага байна (Хүснэгт 4).
Зураг 5-д үзүүлсэн CLSM болон SEM зургуудаас харахад 7 хоногийн дараа 2707 HDSS дээжийн гадаргуу дээрх био хальсны бүрхүүл нягт байгааг тодорхой харуулж байна. Гэсэн хэдий ч 14 хоногийн дараа био хальсны бүрхүүл сийрэг байсан бөгөөд зарим үхсэн эсүүд гарч ирсэн. Хүснэгт 5-д P. aeruginosa-д 7 ба 14 хоногийн турш өртсөний дараа 2707 HDSS дээж дээрх био хальсны зузааныг харуулав. Био хальсны хамгийн их зузаан нь 7 хоногийн дараа 23.4 μм-ээс 14 хоногийн дараа 18.9 μм болж өөрчлөгдсөн. Био хальсны дундаж зузаан нь энэ хандлагыг баталсан. Энэ нь 7 хоногийн дараа 22.2 ± 0.7 μм-ээс 14 хоногийн дараа 17.8 ± 1.0 μм болж буурсан.
(a) 7 хоногийн дараах 3 хэмжээст CLSM зураг, (b) 14 хоногийн дараах 3 хэмжээст CLSM зураг, (c) 7 хоногийн дараах SEM зураг болон (d) 14 хоногийн дараах SEM зураг.
EDS нь P. aeruginosa-д 14 хоногийн турш өртсөн дээжинд био хальс болон зэврэлтийн бүтээгдэхүүнд химийн элементүүд байгааг илрүүлсэн. Зураг 6-д био хальс болон зэврэлтийн бүтээгдэхүүнд агуулагдах C, N, O, P-ийн агууламж нь нүцгэн металлаас хамаагүй өндөр байгааг харуулж байна, учир нь эдгээр элементүүд нь био хальс болон тэдгээрийн метаболитуудтай холбоотой байдаг. Микробуудад зөвхөн ул мөр хэмжээний хром болон төмрийг л шаарддаг. Био хальс болон дээжийн гадаргуу дээрх зэврэлтийн бүтээгдэхүүнд Cr болон Fe-ийн өндөр түвшин байгаа нь металл матриц зэврэлтийн улмаас элементүүдээ алдсан болохыг харуулж байна.
14 хоногийн дараа 2216E орчинд P. aeruginosa-тай болон P. aeruginosa-гүй нүхжилт ажиглагдсан. Инкубаци хийхээс өмнө дээжийн гадаргуу гөлгөр, согоггүй байсан (Зураг 7a). Инкубаци хийж, био хальс болон зэврэлтийн бүтээгдэхүүнийг зайлуулсны дараа дээжийн гадаргуу дээрх хамгийн гүн нүхийг Зураг 7b ба c-д үзүүлсэнчлэн CLSM-ийн дор шалгасан. Биологийн бус хяналтын дээжийн гадаргуу дээр илэрхий нүх олдсонгүй (нүхний хамгийн их гүн 0.02 μм). Pseudomonas aeruginosa-ийн үүсгэсэн хамгийн их нүхний гүн нь 7 хоногийн дараа 0.52 μм, 14 хоногийн дараа 0.69 μм байсан бөгөөд 3 дээжийн дундаж хамгийн их нүхний гүн дээр үндэслэн (дээж тус бүрт хамгийн их 10 нүхний гүний утгыг сонгосон) тус тус 0.42 ± 0.12 μм ба 0.52 ± 0.15 μм хүрсэн (Хүснэгт 5). Эдгээр нүхний гүний утга нь бага боловч чухал юм.
(a) Халдварт өртөхөөс өмнө, (b) абиотик орчинд 14 хоног, (c) Pseudomonas aeruginosa шөлөнд 14 хоног байлгана.
Зураг 8-д өөр өөр дээжийн гадаргуугийн XPS спектрийг харуулсан бөгөөд гадаргуу бүрийн шинжилсэн химийн найрлагыг Хүснэгт 6-д нэгтгэн харуулав. Хүснэгт 6-д P. aeruginosa (А ба В дээжүүд)-ийн дэргэд Fe ба Cr-ийн атомын хувь нь биологийн бус хяналтын дээжүүдээс (C ба D дээжүүд) хамаагүй бага байв. P. aeruginosa дээжийн хувьд Cr 2p цөмийн түвшний спектрийн муруйг 574.4, 576.6, 578.3 ба 586.8 eV холболтын энергийн (BE) утгатай дөрвөн оргил бүрэлдэхүүн хэсэгт тохируулсан бөгөөд үүнийг тус тус Cr, Cr2O3, CrO3 ба Cr(OH)3-тэй холбож болно (Зураг 9a ба b). Биологийн бус дээжийн хувьд Cr 2p цөмийн түвшний спектр нь Зураг 1-д үзүүлсэн Cr (BE-ийн хувьд 573.80 eV) ба Cr2O3 (BE-ийн хувьд 575.90 eV) гэсэн хоёр үндсэн оргил агуулдаг. 9c ба d тус тус байна. Абиотик ба P. aeruginosa дээжийн хоорондох хамгийн гайхалтай ялгаа нь Cr6+ болон био хальсны доор Cr(OH)3-ийн харьцангуй өндөр фракц (BE нь 586.8 eV) байсан явдал юм.
Хоёр орчин дахь 2707 HDSS дээжийн гадаргуугийн өргөн XPS спектрүүд нь тус тус 7 хоног ба 14 хоног байна.
(a) P. aeruginosa-д 7 хоног өртсөн, (b) P. aeruginosa-д 14 хоног өртсөн, (c) абиотик орчинд 7 хоног, (d) абиотик орчинд 14 хоног.
HDSS нь ихэнх орчинд зэврэлтэнд тэсвэртэй өндөр түвшинд байдаг. Ким нар 2 UNS S32707 HDSS-ийг 45-аас дээш PREN-тэй өндөр хайлштай DSS гэж тодорхойлсон гэж мэдээлсэн. Энэхүү бүтээлд ашигласан 2707 HDSS дээжийн PREN утга нь 49 байсан. Энэ нь хүчиллэг болон хлоридын өндөр орчинд ашигтай байдаг хромын өндөр агууламж, молибден болон Ni-ийн өндөр түвшинтэй холбоотой юм. Үүнээс гадна, тэнцвэртэй найрлага, согоггүй бичил бүтэц нь бүтцийн тогтвортой байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байхад тустай. Гэсэн хэдий ч маш сайн химийн эсэргүүцэлтэй хэдий ч энэхүү бүтээлд ашигласан туршилтын өгөгдлүүд нь 2707 HDSS нь P. aeruginosa биофильмийн MIC-д бүрэн дархлаатай биш гэдгийг харуулж байна.
Электрохимийн үр дүнгээс харахад P. aeruginosa шөлөнд агуулагдах 2707 HDSS-ийн зэврэлтийн хурд нь биологийн бус орчинтой харьцуулахад 14 хоногийн дараа мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн байна. Зураг 2a-д эхний 24 цагийн хугацаанд абиотик орчин болон P. aeruginosa шөлөнд Eocp-ийн бууралт ажиглагдсан. Үүний дараа био хальс нь дээжийн гадаргууг бүрхэж дуусч, Eocp харьцангуй тогтвортой болсон байна.36. Гэсэн хэдий ч биологийн Eocp-ийн түвшин биологийн бус Eocp-ийн түвшингээс хамаагүй өндөр байсан. Энэ ялгаа нь P. aeruginosa био хальс үүссэнтэй холбоотой гэж үзэх үндэслэл бий. Зураг 2d-д P. aeruginosa-ийн дэргэд 2707 HDSS-ийн icorr утга 0.627 μA см-2 хүрсэн нь абиотик хяналтынхаас (0.063 μA см-2) хэд дахин өндөр байсан бөгөөд энэ нь EIS-ээр хэмжсэн Rct утгатай тохирч байв. Эхний хэдэн өдрийн турш P-ийн импедансын утга ... aeruginosa шөл нь P. aeruginosa эсүүд наалдаж, био хальс үүссэний улмаас нэмэгдсэн. Гэсэн хэдий ч био хальс нь дээжийн гадаргууг бүрэн бүрхэхэд импеданс буурдаг. Био хальс болон био хальсны метаболитууд үүссэний улмаас хамгаалалтын давхаргад хамгийн түрүүнд халддаг. Тиймээс зэврэлтэд тэсвэртэй байдал цаг хугацааны явцад буурч, P. aeruginosa наалдах нь орон нутгийн зэврэлтийг үүсгэсэн. Абиотик орчинд чиг хандлага өөр байсан. Биологийн бус хяналтын зэврэлтэд тэсвэртэй байдал нь P. aeruginosa шөлөнд өртсөн дээжийн харгалзах утгаас хамаагүй өндөр байсан. Цаашилбал, абиотик дээжийн хувьд 2707 HDSS-ийн Rct утга 14 дэх өдөр 489 кΩ см2 хүрсэн нь P. aeruginosa-ийн дэргэд Rct утгаас (32 кΩ см2) 15 дахин их байв. Тиймээс 2707 HDSS нь ариутгасан орчинд маш сайн зэврэлтэд тэсвэртэй боловч P. aeruginosa био хальсны MIC халдлагад тэсвэртэй биш юм.
Эдгээр үр дүнг Зураг 2b-д үзүүлсэн туйлшралын муруйгаас ажиглаж болно. Анодын салаалалтыг Pseudomonas aeruginosa био хальс үүсэх болон металлын исэлдэлтийн урвалтай холбон тайлбарласан. Үүний зэрэгцээ катодын урвал нь хүчилтөрөгчийн бууралт юм. P. aeruginosa-ийн оршихуй нь зэврэлтийн гүйдлийн нягтралыг ихээхэн нэмэгдүүлсэн бөгөөд энэ нь абиотик хяналтаас ойролцоогоор нэг дахин өндөр байна. Энэ нь P. aeruginosa био хальс нь 2707 HDSS-ийн орон нутгийн зэврэлтийг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулж байна. Юань нар29 нь 70/30 Cu-Ni хайлшийн зэврэлтийн гүйдлийн нягтрал нь P. aeruginosa био хальсны нөлөөгөөр нэмэгдсэн болохыг тогтоожээ. Энэ нь Pseudomonas aeruginosa био хальсаар хүчилтөрөгчийн бууралтын биокатализтай холбоотой байж болох юм. Энэхүү ажиглалт нь энэхүү бүтээл дэх 2707 HDSS-ийн MIC-ийг тайлбарлаж болно. Аэробын био хальс нь доороо хүчилтөрөгч багатай байж болно. Тиймээс металл гадаргууг хүчилтөрөгчөөр дахин идэвхгүйжүүлээгүй нь энэхүү бүтээл дэх MIC-д нөлөөлж буй хүчин зүйл байж болно.
Дикинсон нар 38 нь химийн болон электрохимийн урвалын хурдад дээжийн гадаргуу дээрх суурин бактерийн бодисын солилцооны идэвхжил болон зэврэлтийн бүтээгдэхүүний шинж чанар шууд нөлөөлж болохыг санал болгосон. Зураг 5 болон Хүснэгт 5-д үзүүлсэнчлэн эсийн тоо болон био хальсны зузаан хоёулаа 14 хоногийн дараа буурсан. Үүнийг 14 хоногийн дараа 2707 HDSS-ийн гадаргуу дээрх суурин эсүүдийн ихэнх нь 2216E орчин дахь шим тэжээлийн хомсдол эсвэл 2707 HDSS матрицаас хортой металл ионууд ялгарснаас болж үхсэн гэж үндэслэлтэй тайлбарлаж болно. Энэ нь багц туршилтын хязгаарлалт юм.
Энэхүү бүтээлд P. aeruginosa биоплас нь 2707 HDSS гадаргуу дээрх биопласны доорх Cr болон Fe-ийн орон нутгийн хомсдолыг дэмжсэн (Зураг 6). Хүснэгт 6-д C дээжтэй харьцуулахад D дээж дэх Fe болон Cr-ийн бууралт нь P. aeruginosa биопласны улмаас үүссэн ууссан Fe болон Cr нь эхний 7 хоногоос илүү үргэлжилсэн болохыг харуулж байна. 2216E орчинг далайн орчныг дуурайлган хийхэд ашигладаг. Энэ нь 17700 ppm Cl- агуулдаг бөгөөд энэ нь байгалийн далайн усанд байдагтай харьцуулах боломжтой. XPS-ээр шинжилсэн 7 ба 14 хоногийн абиотик дээжинд 17700 ppm Cl- байгаа нь Cr-ийн бууралтын гол шалтгаан болсон. P. aeruginosa дээжтэй харьцуулахад абиотик орчинд 2707 HDSS-ийн хүчтэй Cl− эсэргүүцэлтэй тул абиотик дээжинд Cr-ийн уусалт хамаагүй бага байсан. Зураг 9-т идэвхгүйжүүлэлтийн хальсанд Cr6+ байгааг харуулав. Энэ нь ...-ийг зайлуулахад оролцож болно. Чен болон Клэйтон нарын санал болгосноор P. aeruginosa биофильмээр ган гадаргуугаас гаргаж авсан Cr.
Бактерийн өсөлтөөс шалтгаалан тариалалтын өмнөх болон дараах орчны рН-ийн утга тус тус 7.4 ба 8.2 байв. Тиймээс P. aeruginosa био хальснаас доош органик хүчлийн зэврэлт нь их хэмжээний орчинд харьцангуй өндөр рН-ийн улмаас энэ ажилд нөлөөлөх хүчин зүйл байх магадлал багатай. Биологийн бус хяналтын орчны рН нь 14 хоногийн туршилтын хугацаанд мэдэгдэхүйц өөрчлөгдөөгүй (анхны 7.4-өөс эцсийн 7.5 хүртэл). Инкубацийн дараа тарилгын орчинд рН-ийн өсөлт нь P. aeruginosa-ийн бодисын солилцооны идэвхжилтэй холбоотой бөгөөд туршилтын тууз байхгүй үед рН-д ижил нөлөө үзүүлдэг болохыг тогтоожээ.
Зураг 7-д үзүүлсэнчлэн, P. aeruginosa-ийн био хальснаас үүссэн хамгийн их нүхний гүн нь 0.69 μм байсан бөгөөд энэ нь абиотик орчныхоос (0.02 μм) хамаагүй том байв. Энэ нь дээр дурдсан электрохимийн өгөгдөлтэй нийцэж байна. 0.69 μм нүхний гүн нь ижил нөхцөлд 2205 DSS-ийн мэдээлсэн 9.5 μм утгаас арав дахин бага байна. Эдгээр өгөгдөл нь 2707 HDSS нь 2205 DSS-тэй харьцуулахад илүү сайн MIC эсэргүүцэл үзүүлдэг болохыг харуулж байна. Энэ нь гайхах зүйл биш юм, учир нь 2707 HDSS нь хромын агууламж өндөртэй бөгөөд хортой хоёрдогч тунадасгүй тэнцвэртэй фазын бүтэцтэй тул удаан хугацаанд идэвхгүйжүүлэлтийг хангадаг бөгөөд энэ нь P. aeruginosa-ийн идэвхгүйжүүлэлт болон хиртэлтийн цэгүүдийг эхлүүлэхэд хэцүү болгодог.
Эцэст нь хэлэхэд, абиотик орчинд бага зэрэг нүхжилттэй харьцуулахад P. aeruginosa шөлний 2707 HDSS-ийн гадаргуу дээр MIC нүхжилт илэрсэн. Энэхүү судалгаагаар 2707 HDSS нь 2205 DSS-ээс илүү MIC эсэргүүцэлтэй боловч P. aeruginosa био хальсны улмаас MIC-д бүрэн дархлаатай биш болохыг харуулж байна. Эдгээр олдворууд нь далайн орчинд тохиромжтой зэвэрдэггүй ган, ашиглалтын хугацааг тооцоолоход тусалдаг.
2707 HDSS-ийн купоныг Хятадын Шэньян хотын Зүүн Хойд Их Сургуулийн (NEU) Металлургийн Сургууль олгосон. 2707 HDSS-ийн элементийн найрлагыг NEU Материалын Шинжилгээ, Туршилтын Хэлтэс шинжилсэн Хүснэгт 1-д үзүүлэв. Бүх дээжийг 1180 °C температурт 1 цагийн турш уусмалаар боловсруулсан. Зэврэлтийн туршилтын өмнө 1 см2 дээд гадаргуутай зоос хэлбэртэй 2707 HDSS-ийг 2000 ширхэг хүртэл цахиурын карбидын цаасаар өнгөлж, 0.05 μм Al2O3 нунтаг суспензээр өнгөлсөн. Хажуу болон доод хэсгийг идэвхгүй будгаар хамгаалсан. Хатаасны дараа дээжийг ариутгасан ионгүйжүүлсэн усаар зайлж, 75% (v/v) этанолоор 0.5 цагийн турш ариутгасан. Дараа нь хэрэглэхийн өмнө хэт ягаан туяаны (UV) гэрэлд 0.5 цагийн турш агаарт хатаасан.
Далайн Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 омгийг Хятадын Сямэнь далайн соёлын цуглуулгын төвөөс (MCCC) худалдан авсан. Pseudomonas aeruginosa-г 37°C температурт 250 мл-ийн колбонд болон 500 мл-ийн электрохимийн шилэн эсэд Marine 2216E шингэн орчин (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Хятад) ашиглан аэробик аргаар ургуулсан. Тэжээвэр орчин (г/л): 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 пептон, 1.0 мөөгөнцрийн ханд болон 0.1 төмрийн цитрат. Тариалахаас өмнө 121°C-д 20 минутын турш автоклавт хийнэ. Гэрлийн микроскопоор 400 дахин томруулалттай гемоцитометр ашиглан суурин болон планктон эсүүдийг тоолно. Тариалсны дараахан планктон Pseudomonas aeruginosa-ийн анхны эсийн концентраци ойролцоогоор 106 эс/мл байв.
Электрохимийн туршилтыг 500 мл-ийн дунд зэргийн эзэлхүүнтэй сонгодог гурван электродтой шилэн эсэд хийсэн. Цагаан алтны хуудас болон ханасан каломель электрод (SCE)-ийг давсны гүүрээр дүүргэсэн Луггин хялгасан судсаар дамжуулан реакторт холбосон бөгөөд тус тус эсрэг болон лавлагаа электрод болж үйлчилсэн. Ажлын электродуудыг хийхийн тулд дээж бүрт резинэн бүрсэн зэс утсыг холбож, эпокси давирхайгаар бүрсэн бөгөөд ажлын электродын хувьд ойролцоогоор 1 см2 ил гарсан нэг талт гадаргуугийн талбай үлдээсэн. Электрохимийн хэмжилтийн үед дээжийг 2216E орчинд байрлуулж, усан ваннд тогтмол инкубацийн температурт (37 °C) хадгалсан. OCP, LPR, EIS болон потенциал динамик туйлшралын өгөгдлийг Autolab потенциостат (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) ашиглан хэмжсэн. LPR туршилтыг -5 ба 5 мВ-ийн хүрээнд Eocp ашиглан 0.125 мВ s-1 сканнердах хурдаар, 1 Гц дээж авах давтамжтайгаар бүртгэсэн. EIS-ийг давтамжийн хүрээнд синус долгионоор гүйцэтгэсэн. Тогтвортой төлөвт Eocp дээр 5 мВ хүчдэлийг ашиглан 0.01-10,000 Гц давтамжтайгаар. Потенциалыг шүүрч авахаас өмнө электродууд нь чөлөөт зэврэлтийн тогтвортой потенциалын утгад хүрэх хүртэл нээлттэй хэлхээний горимд байсан. Дараа нь туйлшралын муруйг Eocp-тэй харьцуулахад -0.2-1.5 В хооронд 0.166 мВ/с сканнердах хурдаар ажиллуулсан. Туршилт бүрийг P. aeruginosa-тай болон P. aeruginosa-гүйгээр 3 удаа давтав.
Металлографийн шинжилгээний дээжийг 2000 ширхэгтэй нойтон SiC цаасаар механик аргаар өнгөлж, дараа нь оптик ажиглалт хийх зорилгоор 0.05 μм Al2O3 нунтаг суспензээр цааш өнгөлсөн. Металлографийн шинжилгээг оптик микроскоп ашиглан хийсэн. Дээжийг 10 жингийн% калийн гидроксидын уусмалаар сийлсэн 43.
Инкубацийн дараа дээжийг фосфат-буфержуулсан давсны уусмал (PBS)-ээр 3 удаа угааж (рН 7.4 ± 0.2), дараа нь био хальсыг бэхлэхийн тулд 2.5% (v/v) глутаральдегидээр 10 цагийн турш бэхэлсэн. Дараа нь агаарт хатаахаас өмнө этанолын зэрэглэлийн цуврал (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ба 100% v/v)-аар хатаасан. Эцэст нь дээжийн гадаргууг SEM ажиглалтын цахилгаан дамжуулах чадварыг хангахын тулд алтан хальсаар цацсан. SEM зургийг дээж бүрийн гадаргуу дээр хамгийн хөдөлгөөнгүй P. aeruginosa эсүүдтэй цэгүүдэд төвлөрүүлсэн. Химийн элементүүдийг олохын тулд EDS шинжилгээг хийнэ. Нүхний гүнийг хэмжихэд Zeiss конфокал лазер сканнердах микроскоп (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Герман) ашигласан. Био хальсан доорх зэврэлтийн нүхийг ажиглахын тулд туршилтын хэсгийг эхлээд Хятадын үндэсний стандартын дагуу цэвэрлэсэн. Туршилтын хэсгийн гадаргуу дээрх зэврэлтийн бүтээгдэхүүн болон био хальсыг арилгах зориулалттай (CNS) GB/T4334.4-2000 стандарт.
Рентген фотоэлектрон спектроскопи (XPS, ESCALAB250 гадаргуугийн шинжилгээний систем, Thermo VG, АНУ) шинжилгээг монохромат рентген эх үүсвэр (1500 эВ энерги ба 150 Вт чадалтай хөнгөн цагаан Kα шугам) ашиглан стандарт нөхцөлд -1350 эВ өргөн холболтын энергийн хүрээнд 0-ийн өргөн хүрээнд гүйцэтгэсэн. Өндөр нарийвчлалтай спектрийг 50 эВ дамжуулалтын энерги ба 0.2 эВ алхамын хэмжээг ашиглан бүртгэсэн.
Инкубацид оруулсан дээжийг авч, PBS (рН 7.4 ± 0.2)-аар 15 с45-ийн турш зөөлөн зайлсан. Дээж дээрх био хальсны бактерийн амьдрах чадварыг ажиглахын тулд био хальсыг LIVE/DEAD BacLight бактерийн амьдрах чадварын хэрэгсэл (Invitrogen, Eugene, OR, USA) ашиглан будсан. Хэрэгсэлд ногоон флуоресцент SYTO-9 будаг болон улаан флуоресцент пропидиум иодид (PI) будаг гэсэн хоёр флуоресцент будагч бодис багтсан. CLSM-ийн дор флуоресцент ногоон ба улаан өнгийн цэгүүд нь тус тус амьд ба үхсэн эсийг илэрхийлнэ. Будахдаа 3 мкл SYTO-9 ба 3 мкл PI уусмал агуулсан 1 мл хольцыг өрөөний температурт (23 oC) харанхуйд 20 минут инкубацлав. Үүний дараа будсан дээжийг Nikon CLSM машин (C2 Plus, Nikon, Япон) ашиглан хоёр долгионы уртад (амьд эсийн хувьд 488 нм, үхсэн эсийн хувьд 559 нм) ажигласан. Био хальсны зузааныг 3 хэмжээст сканнердах горимд хэмжсэн.
Энэ өгүүллийг хэрхэн иш татах вэ: Ли, Х. нар. Далайн Pseudomonas aeruginosa biofilm-ээр хийсэн 2707 супер дуплекс зэвэрдэггүй гангийн бичил биетний зэврэлт. шинжлэх ухаан. 20190 оны 6-р сарын 6; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 дуплекс зэвэрдэггүй ганг хлоридын уусмалд тиосульфатын дэргэд стрессийн зэврэлтээс хагарах.coros.science.80, 205–212 (2014).
Ким, СТ, Жанг, ШХ, Лий, ИС & Парк, ЮС Супер дуплекс зэвэрдэггүй ган гагнуурын зэврэлтээс хамгаалах чадварт уусмалын дулааны боловсруулалт болон хамгаалалтын хий дэх азотын нөлөө. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. & Левандовски, З. 316л зэвэрдэггүй ган дахь бичил биетний болон электрохимийн аргаар үүссэн нүх сүвний зэврэлтийн харьцуулсан химийн судалгаа.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Луо, Х., Донг, КФ, Ли, XG & Сяо, К. Хлоридын дэргэд өөр өөр рН-ийн шүлтлэг уусмал дахь 2205 дуплекс зэвэрдэггүй гангийн электрохимийн зан төлөв. Электрохимийн сэтгүүл.64, 211–220 (2012).
Литтл, БЖ, Лий, ЖС & Рэй, РИ Далайн био хальсны зэврэлтэд үзүүлэх нөлөө: товч тойм. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).