Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew titfi l-modalità ta' kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Il-korrużjoni mikrobjali (MIC) hija problema serja f'ħafna industriji peress li tista' tikkawża telf ekonomiku enormi. L-azzar inossidabbli super duplex 2707 (2707 HDSS) intuża f'ambjenti marittimi minħabba r-reżistenza kimika eċċellenti tiegħu. Madankollu, ir-reżistenza tiegħu għall-MIC ma ġietx murija b'mod sperimentali. F'dan l-istudju, ġiet investigata l-imġiba tal-MIC tal-2707 HDSS ikkawżata mill-batterju aerobiku tal-baħar Pseudomonas aeruginosa. L-analiżi elettrokimika wriet li fil-preżenza tal-bijofilm Pseudomonas aeruginosa fil-mezz 2216E, kien hemm bidla pożittiva fil-potenzjal tal-korrużjoni u żieda fid-densità tal-kurrent tal-korrużjoni. L-analiżi tal-ispettroskopija tal-fotoelettroni bir-raġġi-X (XPS) uriet tnaqqis fil-kontenut ta' Cr fuq il-wiċċ tal-kampjun taħt il-bijofilm. L-analiżi tal-immaġini tal-ħofor uriet li l-bijofilm P. aeruginosa pproduċa fond massimu tal-ħofor ta' 0.69 μm matul 14-il jum ta' inkubazzjoni. Għalkemm dan huwa żgħir, jindika li l-2707 HDSS mhuwiex kompletament immuni għall-MIC ta' P. aeruginosa. bijofilms.
L-azzar inossidabbli duplex (DSS) jintuża ħafna f'diversi industriji għall-kombinazzjoni ideali tiegħu ta' proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti u reżistenza għall-korrużjoni1,2. Madankollu, xorta jseħħ pitting lokalizzat u dan jaffettwa l-integrità ta' dan l-azzar3,4. Id-DSS mhuwiex reżistenti għall-korrużjoni mikrobjali (MIC)5,6. Minkejja l-firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet tad-DSS, għad hemm ambjenti fejn ir-reżistenza għall-korrużjoni tad-DSS mhijiex biżżejjed għal użu fit-tul. Dan ifisser li huma meħtieġa materjali aktar għaljin b'reżistenza għall-korrużjoni ogħla. Jeon et al7 sabu li anke l-azzar inossidabbli super duplex (SDSS) għandu xi limitazzjonijiet f'termini ta' reżistenza għall-korrużjoni. Għalhekk, l-azzar inossidabbli super duplex (HDSS) b'reżistenza għall-korrużjoni ogħla huwa meħtieġ f'xi applikazzjonijiet. Dan wassal għall-iżvilupp ta' HDSS illigat ħafna.
Ir-reżistenza għall-korrużjoni tad-DSS tiddependi fuq il-proporzjon tal-fażijiet alfa u gamma u r-reġjuni mnaqqsa mis-Cr, Mo u W 8, 9, 10 biswit it-tieni fażi. L-HDSS fih kontenut għoli ta' Cr, Mo u N11, għalhekk għandu reżistenza għall-korrużjoni eċċellenti u Numru Ekwivalenti ta' Reżistenza għall-Pitting (PREN) ta' valur għoli (45-50), determinat minn wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Ir-reżistenza eċċellenti tiegħu għall-korrużjoni tiddependi fuq kompożizzjoni bbilanċjata li fiha madwar 50% fażijiet tal-ferrite (α) u 50% awstenite (γ), l-HDSS għandu proprjetajiet mekkaniċi aħjar u reżistenza ogħla mid-DSS13 konvenzjonali. Proprjetajiet tal-korrużjoni tal-klorur. Ir-reżistenza mtejba għall-korrużjoni tespandi l-użu tal-HDSS f'ambjenti aktar korrużivi tal-klorur, bħal ambjenti tal-baħar.
L-MICs huma problema ewlenija f'ħafna industriji bħaż-żejt u l-gass u l-utilitajiet tal-ilma14. L-MIC jammonta għal 20% tal-ħsara kollha mill-korrużjoni15. L-MIC hija korrużjoni bijoelettrokimika li tista' tiġi osservata f'ħafna ambjenti. Il-bijofilms li jiffurmaw fuq uċuħ tal-metall ibiddlu l-kundizzjonijiet elettrokimiċi, u b'hekk jaffettwaw il-proċess tal-korrużjoni. Huwa maħsub b'mod wiesa' li l-korrużjoni tal-MIC hija kkawżata minn bijofilms. Il-mikroorganiżmi elettroġeniċi jikkorrodu l-metalli biex jiksbu enerġija ta' sostenn biex jgħixu17. Studji reċenti tal-MIC urew li l-EET (trasferiment ta' elettroni extraċellulari) huwa l-fattur li jillimita r-rata fl-MIC indott minn mikroorganiżmi elettroġeniċi. Zhang et al. 18 urew li l-medjaturi tal-elettroni jaċċelleraw it-trasferiment tal-elettroni bejn iċ-ċelloli Desulfovibrio sessificans u l-istainless steel 304, li jwassal għal attakk tal-MIC aktar sever. Enning et al. 19 u Venzlaff et al. 20 urew li l-bijofilms tal-batterji korrużivi li jnaqqsu s-sulfat (SRB) jistgħu jassorbu direttament l-elettroni minn sottostrati tal-metall, li jirriżulta f'korrużjoni severa bil-ħofor.
Id-DSS huwa magħruf li huwa suxxettibbli għall-MIC f'ambjenti li fihom SRB, batterji li jnaqqsu l-ħadid (IRB), eċċ. 21. Dawn il-batterji jikkawżaw ħofor lokalizzati fuq l-uċuħ tad-DSS taħt il-bijofilms 22,23. B'differenza mid-DSS, il-MIC tal-HDSS 24 mhux magħruf sew.
Pseudomonas aeruginosa huwa batterju gram-negattiv motili f'forma ta' virga li huwa mifrux ħafna fin-natura25. Pseudomonas aeruginosa huwa wkoll grupp mikrobjali ewlieni fl-ambjent tal-baħar, li jikkawża l-MIC għall-azzar. Pseudomonas huwa involut mill-qrib fil-proċessi ta' korrużjoni u huwa rikonoxxut bħala kolonizzatur pijunier matul il-formazzjoni tal-bijofilm. Mahat et al. 28 u Yuan et al. 29 urew li Pseudomonas aeruginosa għandu t-tendenza li jżid ir-rata ta' korrużjoni tal-azzar ħafif u l-ligi f'ambjenti akweji.
L-għan ewlieni ta' dan ix-xogħol kien li jiġu investigati l-proprjetajiet tal-MIC tas-2707 HDSS ikkawżati mill-batterju aerobiku tal-baħar Pseudomonas aeruginosa bl-użu ta' metodi elettrokimiċi, tekniki analitiċi tal-wiċċ u analiżi tal-prodott tal-korrużjoni. Studji elettrokimiċi inklużi l-Potenzjal ta' Ċirkwit Miftuħ (OCP), ir-Reżistenza għall-Polarizzazzjoni Lineari (LPR), l-Ispettroskopija tal-Impedenza Elettrokimika (EIS), u l-Polarizzazzjoni Dinamika Potenzjali twettqu biex jiġi studjat l-imġiba tal-MIC tas-2707 HDSS. Twettqet analiżi tal-ispettrometru tad-dispersjoni tal-enerġija (EDS) biex jinstabu elementi kimiċi fuq il-wiċċ imsaddad. Barra minn hekk, intużat analiżi tal-ispettroskopija tal-fotoelettroni bir-raġġi-X (XPS) biex tiddetermina l-istabbiltà tal-passivazzjoni tal-film tal-ossidu taħt l-influwenza ta' ambjent tal-baħar li fih Pseudomonas aeruginosa. Il-fond tal-ħofra tkejjel taħt mikroskopju konfokali tal-iskannjar bil-lejżer (CLSM).
It-Tabella 1 telenka l-kompożizzjoni kimika ta' 2707 HDSS. It-Tabella 2 turi li 2707 HDSS għandu proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti b'saħħa ta' rendiment ta' 650 MPa. Il-Figura 1 turi l-mikrostruttura ottika ta' 2707 HDSS ittrattat bis-sħana f'soluzzjoni. Meded imtawla ta' fażijiet awsteniti u ferrite mingħajr fażijiet sekondarji jistgħu jidhru fil-mikrostruttura li fiha madwar 50% fażijiet awsteniti u 50% ferrite.
Il-Figura 2a turi l-potenzjal taċ-ċirkwit miftuħ (Eocp) kontra d-dejta tal-ħin tal-espożizzjoni għal 2707 HDSS f'mezz abijotiku 2216E u brodu P. aeruginosa għal 14-il jum f'37 °C. Turi li l-akbar u l-bidla sinifikanti fl-Eocp isseħħ fl-ewwel 24 siegħa. Il-valuri tal-Eocp fiż-żewġ każijiet laħqu l-ogħla livell ta' -145 mV (vs. SCE) madwar 16-il siegħa u mbagħad niżlu drastikament, u laħqu -477 mV (vs. SCE) u -236 mV (vs. SCE) għall-kampjun abijotiku u P, rispettivament). Kupuni ta' Pseudomonas aeruginosa, rispettivament. Wara 24 siegħa, il-valur Eocp ta' 2707 HDSS għal P. aeruginosa kien relattivament stabbli f'-228 mV (vs. SCE), filwaqt li l-valur korrispondenti għal kampjuni mhux bijoloġiċi kien ta' madwar -442 mV (vs. SCE). L-Eocp fil-preżenza ta' P. aeruginosa kien pjuttost baxx.
Ittestjar elettrokimiku ta' 2707 kampjuni HDSS f'mezz abijotiku u brodu Pseudomonas aeruginosa f'temperatura ta' 37 °C:
(a) Eocp bħala funzjoni tal-ħin ta' espożizzjoni, (b) kurvi ta' polarizzazzjoni fil-jum 14, (ċ) Rp bħala funzjoni tal-ħin ta' espożizzjoni u (d) icorr bħala funzjoni tal-ħin ta' espożizzjoni.
It-Tabella 3 telenka l-valuri tal-parametri tal-korrużjoni elettrokimika ta' 2707 kampjun HDSS esposti għal mezz abijotiku u mezz inokulat b'Pseudomonas aeruginosa għal 14-il jum. It-tanġenti tal-kurvi anodiċi u katodiċi ġew estrapolati biex jaslu għall-intersezzjonijiet li jagħtu d-densità tal-kurrent tal-korrużjoni (icorr), il-potenzjal tal-korrużjoni (Ecorr) u l-inklinazzjonijiet Tafel (βα u βc) skont metodi standard30,31.
Kif muri fil-Figura 2b, iċ-ċaqliq 'il fuq tal-kurva ta' P. aeruginosa rriżulta f'żieda fl-Ecorr meta mqabbel mal-kurva abijotika. Il-valur tal-icorr, li huwa proporzjonali għar-rata tal-korrużjoni, żdied għal 0.328 μA cm-2 fil-kampjun ta' Pseudomonas aeruginosa, erba' darbiet dak tal-kampjun mhux bijoloġiku (0.087 μA cm-2).
LPR huwa metodu elettrokimiku klassiku mhux distruttiv għall-analiżi rapida tal-korrużjoni. Intuża wkoll biex jiġi studjat l-MIC32. Il-Figura 2c turi r-reżistenza għall-polarizzazzjoni (Rp) bħala funzjoni tal-ħin ta' espożizzjoni. Valur Rp ogħla jfisser inqas korrużjoni. Fl-ewwel 24 siegħa, l-Rp ta' 2707 HDSS laħaq valur massimu ta' 1955 kΩ cm2 għal kampjuni abijotiċi u 1429 kΩ cm2 għal kampjuni ta' Pseudomonas aeruginosa. Il-Figura 2c turi wkoll li l-valur Rp naqas malajr wara ġurnata u mbagħad baqa' relattivament l-istess għat-13-il jum ta' wara. Il-valur Rp tal-kampjun ta' Pseudomonas aeruginosa huwa madwar 40 kΩ cm2, li huwa ħafna inqas mill-valur ta' 450 kΩ cm2 tal-kampjun mhux bijoloġiku.
Il-valur tal-icorr huwa proporzjonali għar-rata uniformi tal-korrużjoni. Il-valur tiegħu jista' jiġi kkalkulat mill-ekwazzjoni ta' Stern-Geary li ġejja,
Skont Zou et al. 33, valur tipiku tal-inklinazzjoni Tafel B f'dan ix-xogħol ġie preżunt li huwa 26 mV/dec. Il-Figura 2d turi li l-icorr tal-kampjun mhux bijoloġiku 2707 baqa' relattivament stabbli, filwaqt li l-kampjun ta' P. aeruginosa varja ħafna wara l-ewwel 24 siegħa. Il-valuri tal-icorr tal-kampjuni ta' P. aeruginosa kienu ordni ta' kobor ogħla mill-kontrolli mhux bijoloġiċi. Din ix-xejra hija konsistenti mar-riżultati tar-reżistenza għall-polarizzazzjoni.
L-EIS hija teknika oħra mhux distruttiva użata biex tikkaratterizza reazzjonijiet elettrokimiċi f'interfaċċji msaddmin. Spettri tal-impedenza u valuri kkalkulati tal-kapaċitanza ta' kampjuni esposti għal mezzi abijotiċi u soluzzjoni ta' Pseudomonas aeruginosa, reżistenza Rb ta' film passiv/bijofilm iffurmat fuq il-wiċċ tal-kampjun, reżistenza għat-trasferiment tal-ċarġ Rct, kapaċitanza elettrika ta' saff doppju Cdl (EDL) u parametri tal-Element tal-Fażi Kostanti QCPE (CPE). Dawn il-parametri ġew analizzati aktar billi d-dejta twaħħlet bl-użu ta' mudell ta' ċirkwit ekwivalenti (EEC).
Figura 3 turi plottijiet tipiċi ta' Nyquist (a u b) u plottijiet ta' Bode (a' u b') ta' 2707 kampjun HDSS f'mezz abijotiku u brodu ta' P. aeruginosa għal ħinijiet ta' inkubazzjoni differenti. Id-dijametru taċ-ċirku ta' Nyquist jonqos fil-preżenza ta' Pseudomonas aeruginosa. Il-plott ta' Bode (Fig. 3b') juri żieda fil-kobor tal-impedenza totali. Informazzjoni dwar il-kostanti tal-ħin ta' rilassament tista' tiġi pprovduta mill-massimi tal-fażi. Figura 4 turi l-istrutturi fiżiċi bbażati fuq saff wieħed (a) u saff doppju (b) u l-EECs korrispondenti tagħhom. CPE huwa introdott fil-mudell tal-EEC. L-ammissjoni u l-impedenza tiegħu huma espressi kif ġej:
Żewġ mudelli fiżiċi u ċirkwiti ekwivalenti korrispondenti biex jitwaħħlu l-ispettru tal-impedenza tal-kampjun 2707 HDSS:
Fejn Y0 hija l-kobor tas-CPE, j huwa n-numru immaġinarju jew (-1)1/2, ω hija l-frekwenza angolari, u n huwa l-indiċi tal-qawwa tas-CPE inqas minn unità35. L-invers tar-reżistenza għat-trasferiment taċ-ċarġ (jiġifieri 1/Rct) jikkorrispondi għar-rata tal-korrużjoni. Rct iżgħar tfisser rata ta' korrużjoni aktar mgħaġġla27. Wara 14-il jum ta' inkubazzjoni, l-Rct tal-kampjuni ta' Pseudomonas aeruginosa laħaq 32 kΩ cm2, ħafna iżgħar mill-489 kΩ cm2 tal-kampjuni mhux bijoloġiċi (Tabella 4).
L-immaġnijiet CLSM u l-immaġnijiet SEM fil-Figura 5 juru b'mod ċar li l-kopertura tal-bijofilm fuq il-wiċċ tal-kampjun 2707 HDSS wara 7 ijiem hija densa. Madankollu, wara 14-il jum, il-kopertura tal-bijofilm kienet skarsa u dehru xi ċelluli mejta. It-Tabella 5 turi l-ħxuna tal-bijofilm fuq kampjuni 2707 HDSS wara espożizzjoni għal P. aeruginosa għal 7 u 14-il jum. Il-ħxuna massima tal-bijofilm inbidlet minn 23.4 μm wara 7 ijiem għal 18.9 μm wara 14-il jum. Il-ħxuna medja tal-bijofilm ikkonfermat ukoll din ix-xejra. Din naqset minn 22.2 ± 0.7 μm wara 7 ijiem għal 17.8 ± 1.0 μm wara 14-il jum.
(a) Immaġni 3-D CLSM wara 7 ijiem, (b) Immaġni 3-D CLSM wara 14-il jum, (ċ) Immaġni SEM wara 7 ijiem u (d) Immaġni SEM wara 14-il jum.
L-EDS żvela elementi kimiċi fil-bijofilms u prodotti tal-korrużjoni fuq kampjuni esposti għal P. aeruginosa għal 14-il jum. Il-Figura 6 turi li l-kontenut ta' C, N, O, u P fil-bijofilms u prodotti tal-korrużjoni huwa ħafna ogħla minn dak fil-metalli vojta, għaliex dawn l-elementi huma assoċjati mal-bijofilms u l-metaboliti tagħhom. Il-mikrobi jeħtieġu biss ammonti żgħar ta' kromju u ħadid. Livelli għoljin ta' Cr u Fe fil-bijofilm u prodotti tal-korrużjoni fuq il-wiċċ tal-kampjuni jindikaw li l-matriċi tal-metall tilfet elementi minħabba l-korrużjoni.
Wara 14-il jum, ġie osservat pitting bi u mingħajr P. aeruginosa fil-mezz 2216E. Qabel l-inkubazzjoni, il-wiċċ tal-kampjun kien lixx u ħieles minn difetti (Fig. 7a). Wara l-inkubazzjoni u t-tneħħija tal-bijofilm u l-prodotti tal-korrużjoni, l-aktar ħofor fondi fuq il-wiċċ tal-kampjuni ġew eżaminati taħt CLSM, kif muri fil-Figura 7b u ċ. Ma nstabu l-ebda ħofor ovvji fuq il-wiċċ tal-kampjuni ta' kontroll mhux bijoloġiku (fond massimu tal-ħofor 0.02 μm). Il-fond massimu tal-ħofor ikkawżat minn Pseudomonas aeruginosa kien 0.52 μm wara 7 ijiem u 0.69 μm wara 14-il jum, ibbażat fuq il-fond massimu medju tal-ħofor ta' 3 kampjuni (intgħażlu 10 valuri tal-fond massimu tal-ħofor għal kull kampjun) li laħaq 0.42 ± 0.12 μm u 0.52 ± 0.15 μm, rispettivament (Tabella 5). Dawn il-valuri tal-fond tal-ħofor huma żgħar iżda importanti.
(a) Qabel l-espożizzjoni, (b) 14-il jum f'mezz abijotiku u (ċ) 14-il jum fil-brodu ta' Pseudomonas aeruginosa.
Il-Figura 8 turi l-ispettri XPS ta' uċuħ differenti tal-kampjuni, u l-kompożizzjonijiet kimiċi analizzati għal kull wiċċ huma miġbura fil-qosor fit-Tabella 6. Fit-Tabella 6, il-perċentwali atomiċi ta' Fe u Cr fil-preżenza ta' P. aeruginosa (kampjuni A u B) kienu ħafna aktar baxxi minn dawk tal-kampjuni ta' kontroll mhux bijoloġiċi (kampjuni C u D). Għall-kampjun ta' P. aeruginosa, il-kurva spettrali fil-livell tal-qalba ta' Cr2p ġiet imwaħħla ma' erba' komponenti tal-quċċata b'valuri ta' enerġija ta' rbit (BE) ta' 574.4, 576.6, 578.3 u 586.8 eV, li jistgħu jiġu attribwiti għal Cr, Cr2O3, CrO3 u Cr(OH)3, rispettivament (Fig. 9a u b). Għal kampjuni mhux bijoloġiċi, l-ispettru fil-livell tal-qalba ta' Cr2p fih żewġ qċaċet ewlenin għal Cr (573.80 eV għal BE) u Cr2O3 (575.90 eV għal BE) fil-Fig. 9c u d, rispettivament. L-aktar differenza impressjonanti bejn il-kampjuni abijotiċi u ta' P. aeruginosa kienet il-preżenza ta' Cr6+ u frazzjoni relattiva ogħla ta' Cr(OH)3 (BE ta' 586.8 eV) taħt il-bijofilm.
L-ispettri wesgħin tal-XPS tal-wiċċ tal-kampjun 2707 HDSS fiż-żewġ mezzi huma ta' 7 ijiem u 14-il jum, rispettivament.
(a) 7 ijiem ta' espożizzjoni għal P. aeruginosa, (b) 14-il jum ta' espożizzjoni għal P. aeruginosa, (ċ) 7 ijiem f'mezz abijotiku u (d) 14-il jum f'mezz abijotiku.
L-HDSS juri livelli għoljin ta’ reżistenza għall-korrużjoni fil-biċċa l-kbira tal-ambjenti. Kim et al. 2 irrappurtaw li l-UNS S32707 HDSS kien definit bħala DSS illigat ħafna b’PREN ta’ aktar minn 45. Il-valur PREN tal-kampjun 2707 HDSS f’dan ix-xogħol kien 49. Dan minħabba l-kontenut għoli ta’ kromju tiegħu u l-livelli għoljin ta’ molibdenu u Ni, li huma ta’ benefiċċju f’ambjenti aċidużi u b’kontenut għoli ta’ klorur. Barra minn hekk, kompożizzjoni bbilanċjata tajjeb u mikrostruttura mingħajr difetti huma utli għall-istabbiltà strutturali u r-reżistenza għall-korrużjoni. Madankollu, minkejja r-reżistenza kimika eċċellenti tiegħu, id-dejta sperimentali f’dan ix-xogħol tissuġġerixxi li 2707 HDSS mhuwiex kompletament immuni għall-MIC tal-bijofilms ta’ P. aeruginosa.
Ir-riżultati elettrokimiċi wrew li r-rata ta' korrużjoni ta' 2707 HDSS fil-brodu ta' P. aeruginosa żdiedet b'mod sinifikanti wara 14-il jum meta mqabbla ma' mezz mhux bijoloġiku. Fil-Figura 2a, tnaqqis fl-Eocp ġie osservat kemm fil-mezz abijotiku kif ukoll fil-brodu ta' P. aeruginosa matul l-ewwel 24 siegħa. Wara, il-bijofilm ikun lesta jgħatti l-wiċċ tal-kampjun u l-Eocp isir relattivament stabbli36. Madankollu, il-livell ta' Eocp bijoloġiku kien ħafna ogħla minn dak ta' Eocp mhux bijoloġiku. Hemm raġuni biex wieħed jemmen li din id-differenza hija dovuta għall-formazzjoni ta' bijofilm ta' P. aeruginosa. Fil-Fig. 2d, fil-preżenza ta' P. aeruginosa, il-valur icorr ta' 2707 HDSS laħaq 0.627 μA cm-2, li kien ordni ta' kobor ogħla minn dak tal-kontroll abijotiku (0.063 μA cm-2), li kien konsistenti mal-valur Rct imkejjel mill-EIS. Matul l-ewwel ftit jiem, il-valuri tal-impedenza fil-brodu ta' P. aeruginosa żdied minħabba t-twaħħil taċ-ċelloli ta' P. aeruginosa u l-formazzjoni ta' bijofilms. Madankollu, meta l-bijofilm ikopri kompletament il-wiċċ tal-kampjun, l-impedenza tonqos. Is-saff protettiv jiġi attakkat l-ewwel minħabba l-formazzjoni ta' bijofilms u metaboliti tal-bijofilm. Għalhekk, ir-reżistenza għall-korrużjoni naqset maż-żmien, u t-twaħħil ta' P. aeruginosa kkawża korrużjoni lokalizzata. Ix-xejriet fil-mezzi abijotiċi kienu differenti. Ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-kontroll mhux bijoloġiku kienet ħafna ogħla mill-valur korrispondenti tal-kampjuni esposti għall-brodu ta' P. aeruginosa. Barra minn hekk, għal kampjuni abijotiċi, il-valur Rct ta' 2707 HDSS laħaq 489 kΩ cm2 fil-jum 14, li kien 15-il darba l-valur Rct (32 kΩ cm2) fil-preżenza ta' P. aeruginosa. Għalhekk, 2707 HDSS għandu reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni f'ambjent sterili, iżda mhuwiex reżistenti għall-attakk MIC minn bijofilms ta' P. aeruginosa.
Dawn ir-riżultati jistgħu jiġu osservati wkoll mill-kurvi tal-polarizzazzjoni fil-Fig. 2b. Il-fergħat anodiċi ġew attribwiti għall-formazzjoni tal-bijofilm ta' Pseudomonas aeruginosa u r-reazzjonijiet tal-ossidazzjoni tal-metall. Fl-istess ħin, ir-reazzjoni katodika hija t-tnaqqis tal-ossiġnu. Il-preżenza ta' P. aeruginosa żiedet ħafna d-densità tal-kurrent tal-korrużjoni, bejn wieħed u ieħor ordni ta' kobor ogħla mill-kontroll abijotiku. Dan jindika li l-bijofilm ta' P. aeruginosa jżid il-korrużjoni lokalizzata ta' 2707 HDSS. Yuan et al29 sabu li d-densità tal-kurrent tal-korrużjoni tal-liga Cu-Ni 70/30 żdiedet taħt l-isfida tal-bijofilm ta' P. aeruginosa. Dan jista' jkun minħabba l-bijokatalisi tat-tnaqqis tal-ossiġnu mill-bijofilms ta' Pseudomonas aeruginosa. Din l-osservazzjoni tista' tispjega wkoll l-MIC ta' 2707 HDSS f'dan ix-xogħol. Il-bijofilms aerobiċi jistgħu wkoll ikollhom inqas ossiġnu taħthom. Għalhekk, in-nuqqas ta' passivazzjoni mill-ġdid tal-wiċċ tal-metall bl-ossiġnu jista' jkun fattur li jikkontribwixxi għall-MIC f'dan ix-xogħol.
Dickinson et al. 38 issuġġerew li r-rati tar-reazzjonijiet kimiċi u elettrokimiċi jistgħu jiġu affettwati direttament mill-attività metabolika tal-batterji sessili fuq il-wiċċ tal-kampjun u n-natura tal-prodotti tal-korrużjoni. Kif muri fil-Figura 5 u t-Tabella 5, kemm l-għadd taċ-ċelloli kif ukoll il-ħxuna tal-bijofilm naqsu wara 14-il jum. Dan jista' jiġi spjegat b'mod raġonevoli li wara 14-il jum, il-biċċa l-kbira taċ-ċelloli sessili fuq il-wiċċ tas-2707 HDSS mietu minħabba t-tnaqqis tan-nutrijenti fil-mezz 2216E jew ir-rilaxx ta' joni tal-metall tossiċi mill-matriċi tas-2707 HDSS. Din hija limitazzjoni tal-esperimenti f'lottijiet.
F'dan ix-xogħol, il-bijofilm ta' P. aeruginosa ppromwova t-tnaqqis lokali ta' Cr u Fe taħt il-bijofilm fuq il-wiċċ tas-2707 HDSS (Fig. 6). Fit-Tabella 6, it-tnaqqis ta' Fe u Cr fil-kampjun D meta mqabbel mal-kampjun C, jindika li Fe u Cr maħlula kkawżati mill-bijofilm ta' P. aeruginosa ppersistew lil hinn mill-ewwel 7 ijiem. Il-mezz 2216E jintuża biex jissimula ambjenti tal-baħar. Fih 17700 ppm Cl-, li huwa komparabbli ma' dak misjub fl-ilma baħar naturali. Il-preżenza ta' 17700 ppm Cl- kienet ir-raġuni ewlenija għat-tnaqqis ta' Cr fil-kampjuni abijotiċi ta' 7 u 14-il jum analizzati permezz ta' XPS. Meta mqabbel mal-kampjuni ta' P. aeruginosa, ix-xoljiment ta' Cr f'kampjuni abijotiċi kien ħafna inqas minħabba r-reżistenza qawwija għal Cl− tas-2707 HDSS f'ambjenti abijotiċi. Il-Figura 9 turi l-preżenza ta' Cr6+ fil-film tal-passivazzjoni. Jista' jkun involut fit-tneħħija ta' Cr minn uċuħ tal-azzar minn bijofilms ta' P. aeruginosa, kif issuġġerit minn Chen u Clayton.
Minħabba t-tkabbir batterjali, il-valuri tal-pH tal-mezz qabel u wara l-kultivazzjoni kienu 7.4 u 8.2, rispettivament. Għalhekk, taħt il-bijofilm ta' P. aeruginosa, il-korrużjoni tal-aċidu organiku x'aktarx ma tkunx fattur li jikkontribwixxi għal dan ix-xogħol minħabba l-pH relattivament għoli fil-mezz bl-ingrossa. Il-pH tal-mezz ta' kontroll mhux bijoloġiku ma nbidilx b'mod sinifikanti (minn 7.4 inizjali għal 7.5 finali) matul il-perjodu tat-test ta' 14-il jum. Iż-żieda fil-pH fil-mezz ta' inokulazzjoni wara l-inkubazzjoni kienet dovuta għall-attività metabolika ta' P. aeruginosa u nstab li kellha l-istess effett fuq il-pH fin-nuqqas ta' strixxi tat-test.
Kif muri fil-Figura 7, il-fond massimu tal-ħofra kkawżata mill-bijofilm ta' P. aeruginosa kien ta' 0.69 μm, li kien ħafna akbar minn dak tal-mezz abijotiku (0.02 μm). Dan huwa konsistenti mad-dejta elettrokimika deskritta hawn fuq. Il-fond tal-ħofra ta' 0.69 μm huwa aktar minn għaxar darbiet iżgħar mill-valur ta' 9.5 μm irrappurtat għad-DSS 2205 taħt l-istess kundizzjonijiet. Din id-dejta turi li s-2707 HDSS juri reżistenza MIC aħjar meta mqabbel mad-DSS 2205. Dan m'għandux ikun ta' sorpriża, peress li s-2707 HDSS għandu kontenut ogħla ta' kromju, li jipprovdi passivazzjoni li ddum aktar, minħabba l-istruttura tal-fażi bbilanċjata mingħajr preċipitati sekondarji ta' ħsara, li jagħmilha aktar diffiċli għal P. aeruginosa biex tiddepassiva u l-punti tal-bidu jingħalqu.
Bħala konklużjoni, instab pitting tal-MIC fuq il-wiċċ ta' 2707 HDSS fil-brodu ta' P. aeruginosa meta mqabbel ma' pitting negliġibbli f'mezzi abijotiċi. Dan ix-xogħol juri li 2707 HDSS għandu reżistenza għall-MIC aħjar minn 2205 DSS, iżda mhuwiex kompletament immuni għall-MIC minħabba l-bijofilm ta' P. aeruginosa. Dawn is-sejbiet jgħinu fl-għażla ta' azzar inossidabbli adattat u l-ħajja tas-servizz stmata għall-ambjent tal-baħar.
Il-kupun għal 2707 HDSS huwa pprovdut mill-Iskola tal-Metallurġija tal-Università tal-Grigal (NEU) f'Shenyang, iċ-Ċina. Il-kompożizzjoni elementali ta' 2707 HDSS hija murija fit-Tabella 1, li ġiet analizzata mid-Dipartiment tal-Analiżi u l-Ittestjar tal-Materjali tan-NEU. Il-kampjuni kollha ġew ittrattati f'soluzzjoni f'1180 °C għal siegħa. Qabel it-test tal-korrużjoni, 2707 HDSS f'forma ta' munita b'erja tal-wiċċ esposta ta' fuq ta' 1 cm2 ġie llustrat għal 2000 grit b'karta tas-silikon karbur u llustrat aktar b'sospensjoni ta' trab ta' 0.05 μm Al2O3. Il-ġnub u l-qiegħ huma protetti b'żebgħa inerti. Wara t-tnixxif, il-kampjuni tlaħalħu b'ilma dejonizzat sterili u ġew sterilizzati b'75% (v/v) etanol għal 0.5 sigħat. Imbagħad ġew imnixxfa bl-arja taħt dawl ultravjola (UV) għal 0.5 sigħat qabel l-użu.
Ir-razza Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 inxtrat minn Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), iċ-Ċina. Pseudomonas aeruginosa tkabbret b'mod aerobiku f'temperatura ta' 37°C fi fliexken ta' 250 ml u ċelloli tal-ħġieġ elettrokimiċi ta' 500 ml bl-użu tal-mezz likwidu Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, iċ-Ċina). Mezz (g/L): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.08 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5.0 peptone, 1.0 estratt tal-ħmira u 0.1 ċitrat ferriku. Awtoklava f'121°C għal 20 minuta qabel l-inokulazzjoni. Għodd iċ-ċelloli sessili u planktoniċi billi tuża emoċitometru taħt mikroskopju tad-dawl b'ingrandiment ta' 400X. Il-konċentrazzjoni inizjali taċ-ċelloli ta' Pseudomonas aeruginosa planktonika immedjatament wara l-inokulazzjoni kienet ta' madwar 106 ċelloli/ml.
It-testijiet elettrokimiċi twettqu f'ċella tal-ħġieġ klassika bi tliet elettrodi b'volum medju ta' 500 ml. Folja tal-platinu u elettrodu tal-kalomel saturat (SCE) ġew konnessi mar-reattur permezz ta' kapillari Luggin mimlija b'pontijiet tal-melħ, li jservu bħala elettrodi kontro u ta' referenza, rispettivament. Biex isiru l-elettrodi tax-xogħol, wajer tar-ram miksi bil-gomma twaħħal ma' kull kampjun u tgħatta bl-epossi, u ħalla madwar 1 cm2 ta' erja tal-wiċċ b'naħa waħda esposta għall-elettrodu tax-xogħol. Matul il-kejl elettrokimiku, il-kampjuni tqiegħdu f'mezz 2216E u nżammu f'temperatura ta' inkubazzjoni kostanti (37 °C) f'banju tal-ilma. Id-dejta OCP, LPR, EIS u l-polarizzazzjoni dinamika potenzjali tkejlu bl-użu ta' potenzjostat Autolab (Referenza 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). It-testijiet LPR ġew irreġistrati b'rata ta' skannjar ta' 0.125 mV s-1 fuq il-medda ta' -5 u 5 mV b'Eocp u frekwenza ta' kampjunar ta' 1 Hz. L-EIS twettaq b'mewġa sinusoidali fil-medda ta' frekwenza. 0.01 sa 10,000 Hz bl-użu ta' vultaġġ applikat ta' 5 mV fi stat fiss ta' Eocp. Qabel il-knis potenzjali, l-elettrodi kienu fil-modalità ta' ċirkwit miftuħ sakemm intlaħaq valur potenzjali stabbli ta' korrużjoni ħielsa. Il-kurvi tal-polarizzazzjoni mbagħad tħaddmu minn -0.2 sa 1.5 V vs. Eocp b'rata ta' skennjar ta' 0.166 mV/s. Kull test ġie ripetut 3 darbiet bi u mingħajr P. aeruginosa.
Il-kampjuni għall-analiżi metallografika ġew illustrati mekkanikament b'karta SiC imxarrba ta' 2000 grit u mbagħad illustrati aktar b'sospensjoni ta' trab Al2O3 ta' 0.05 μm għal osservazzjoni ottika. L-analiżi metallografika twettqet bl-użu ta' mikroskopju ottiku. Il-kampjuni ġew imnaqqxa b'soluzzjoni ta' idrossidu tal-potassju ta' 10 wt.% 43.
Wara l-inkubazzjoni, il-kampjuni nħaslu 3 darbiet b'soluzzjoni ta' salina b'buffer tal-fosfat (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) u mbagħad ġew iffissati b'2.5% (v/v) glutaraldehyde għal 10 sigħat biex jiffissaw il-bijofilms. Sussegwentement ġie deidratat b'serje gradata (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% u 100% v/v) ta' etanol qabel ma tnixxef bl-arja. Fl-aħħarnett, il-wiċċ tal-kampjun jiġi mxerred b'film tad-deheb biex jipprovdi konduttività għall-osservazzjoni SEM. L-immaġini SEM ġew iffukati fuq it-tikek bl-aktar ċelluli sessili ta' P. aeruginosa fuq il-wiċċ ta' kull kampjun. Wettaq analiżi EDS biex issib elementi kimiċi. Intuża Mikroskopju tal-Iskannjar bil-Laser Konfokali Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, il-Ġermanja) biex jitkejjel il-fond tal-ħofor. Sabiex jiġu osservati l-ħofor tal-korrużjoni taħt il-bijofilm, il-biċċa tat-test l-ewwel tnaddfet skont l-Istandard Nazzjonali Ċiniż. Standard (CNS) GB/T4334.4-2000 biex jitneħħew il-prodotti tal-korrużjoni u l-bijofilm fuq il-wiċċ tal-biċċa tat-test.
L-analiżi tal-ispettroskopija tal-fotoelettroni bir-raġġi-X (XPS, sistema ta' analiżi tal-wiċċ ESCALAB250, Thermo VG, USA) twettqet bl-użu ta' sors monokromatiku tar-raġġi-X (linja tal-aluminju Kα b'enerġija ta' 1500 eV u qawwa ta' 150 W) fuq firxa wiesgħa ta' enerġija ta' rbit ta' 0 taħt kundizzjonijiet standard –1350 eV. Spettri b'riżoluzzjoni għolja ġew irreġistrati bl-użu ta' enerġija ta' pass ta' 50 eV u daqs ta' pass ta' 0.2 eV.
Il-kampjuni inkubati tneħħew u tlaħalħu bil-mod bil-PBS (pH 7.4 ± 0.2) għal 15-il sekonda u 45 sekonda. Biex tiġi osservata l-vijabbiltà batterjali tal-bijofilms fuq il-kampjuni, il-bijofilms ġew imtebbgħin bl-użu tal-LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Il-kit għandu żewġ żebgħa fluworexxenti, żebgħa fluworexxenti ħadra SYTO-9 u żebgħa fluworexxenti ħamra propidium iodide (PI). Taħt CLSM, tikek b'aħdar u aħmar fluworexxenti jirrappreżentaw ċelloli ħajjin u mejta, rispettivament. Għat-tebgħa, taħlita ta' 1 ml li fiha 3 μl soluzzjoni SYTO-9 u 3 μl PI ġiet inkubata għal 20 minuta f'temperatura tal-kamra (23°C) fid-dlam. Wara, il-kampjuni mtebbgħin ġew osservati f'żewġ wavelengths (488 nm għal ċelloli ħajjin u 559 nm għal ċelloli mejta) bl-użu ta' magna Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, il-Ġappun). Il-ħxuna tal-bijofilm tkejlet fil-modalità ta' skannjar 3-D.
Kif tiċċita dan l-artiklu: Li, H. et al. Korrużjoni mikrobjali tal-azzar inossidabbli super duplex 2707 minn Pseudomonas aeruginosa tal-baħar biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Qsim tal-korrużjoni taħt stress tal-azzar inossidabbli duplex LDX 2101 f'soluzzjoni tal-klorur fil-preżenza ta' tiosulfat.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effett tat-trattament bis-sħana tas-soluzzjoni u n-nitroġenu fil-gass protettiv fuq ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-pitting ta' weldjaturi tal-istainless steel super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studju Kimiku Komparattiv tal-Korrużjoni bil-Pitting Indotta Mikrobjali u Elettrokimikament fl-Azzar Inossidabbli 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Imġieba elettrokimika tal-azzar inossidabbli duplex 2205 f'soluzzjonijiet alkalini ta' pH differenti fil-preżenza ta' klorur. Electrochim. Journal. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L-effett tal-bijofilms tal-baħar fuq il-korrużjoni: reviżjoni konċiża. Electrochim. Journal. 54, 2-7 (2008).