Спасибо за посещение сайта Nature.com. Версия вашего браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для наилучшего взаимодействия с сайтом мы рекомендуем использовать обновлённую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В настоящее время, для обеспечения дальнейшей поддержки, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Микробная коррозия (МИК) является серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, поскольку может привести к огромным экономическим потерям. Супердуплексная нержавеющая сталь 2707 (2707 HDSS) используется в морской среде благодаря своей превосходной химической стойкости. Однако ее устойчивость к МИК экспериментально не была продемонстрирована. В данном исследовании изучалось поведение МИК 2707 HDSS, вызванное морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa. Электрохимический анализ показал, что в присутствии биопленки Pseudomonas aeruginosa в среде 2216E происходит положительное изменение коррозионного потенциала и увеличение плотности коррозионного тока. Анализ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показал снижение содержания хрома на поверхности образца под биопленкой. Визуальный анализ ямок показал, что биопленка P. aeruginosa образовала максимальную глубину ямок 0,69 мкм за 14 дней инкубации. Хотя это и небольшой показатель, он указывает на то, что штамм 2707 HDSS не обладает полной устойчивостью к МИК биопленок P. aeruginosa.
Дуплексные нержавеющие стали (ДНС) широко используются в различных отраслях промышленности благодаря идеальному сочетанию превосходных механических свойств и коррозионной стойкости1,2. Однако локальная точечная коррозия все же происходит и влияет на целостность этой стали3,4. ДНС не устойчивы к микробной коррозии (МИК)5,6. Несмотря на широкий спектр применения ДНС, все еще существуют среды, где коррозионная стойкость ДНС недостаточна для длительного использования. Это означает, что требуются более дорогие материалы с более высокой коррозионной стойкостью. Чжон и др.7 обнаружили, что даже супердуплексные нержавеющие стали (СДНС) имеют некоторые ограничения с точки зрения коррозионной стойкости. Поэтому в некоторых случаях требуются супердуплексные нержавеющие стали (ГДНС) с более высокой коррозионной стойкостью. Это привело к разработке высоколегированных ГДНС.
Коррозионная стойкость дуплексной нержавеющей стали (ДНС) зависит от соотношения альфа- и гамма-фаз и обеднена областями Cr, Mo и W 8, 9, 10, прилегающими ко второй фазе. Высокопрочная нержавеющая сталь (ВННС) содержит высокое содержание Cr, Mo и N11, поэтому обладает превосходной коррозионной стойкостью и высоким значением (45-50) эквивалентного числа питтинговой стойкости (PREN), определяемого как мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.% W) + 16 мас.% N12. Ее превосходная коррозионная стойкость обусловлена ​​сбалансированным составом, содержащим приблизительно 50% ферритной (α) и 50% аустенитной (γ) фаз. ВННС обладает лучшими механическими свойствами и более высокой устойчивостью к хлоридной коррозии. Улучшенная коррозионная стойкость расширяет возможности применения ВННС в более агрессивных хлоридных средах, таких как морская среда.
Микробиологическая коррозия (МИК) является серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, таких как нефтегазовая и водохозяйственная отрасли14. На долю МИК приходится 20% всех коррозионных повреждений15. МИК — это биоэлектрохимическая коррозия, которая может наблюдаться во многих средах. Биопленки, образующиеся на металлических поверхностях, изменяют электрохимические условия, тем самым влияя на процесс коррозии. Широко распространено мнение, что коррозия при МИК вызывается биопленками. Электрогенные микроорганизмы поглощают металлы, чтобы получить энергию, необходимую им для выживания17. Недавние исследования МИК показали, что внеклеточный перенос электронов (ВПЭ) является лимитирующим фактором при МИК, вызванной электрогенными микроорганизмами. Чжан и др.18 продемонстрировали, что электронные посредники ускоряют перенос электронов между клетками Desulfovibrio sessificans и нержавеющей сталью 304, что приводит к более сильному поражению МИК. Аннинг и др.19 и Венцлафф и др. Исследования показали, что биопленки коррозионно-активных сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) могут напрямую поглощать электроны из металлических субстратов, что приводит к сильному образованию точечных повреждений.
Известно, что DSS подвержен МИК в средах, содержащих сульфатредуцирующие бактерии (СРБ), железоредуцирующие бактерии (ЖДБ) и т. д. 21. Эти бактерии вызывают локальное образование ямок на поверхности DSS под биопленками22,23. В отличие от DSS, МИК HDSS24 изучена недостаточно.
Pseudomonas aeruginosa — это грамотрицательная, подвижная, палочковидная бактерия, широко распространенная в природе25. Pseudomonas aeruginosa также является основной группой микроорганизмов в морской среде, вызывая повышение концентрации МИК. Pseudomonas активно участвует в процессе коррозии и признана пионерным колонизатором во время образования биопленок. Махат и др.28 и Юань и др.29 продемонстрировали, что Pseudomonas aeruginosa имеет тенденцию увеличивать скорость коррозии низкоуглеродистой стали и сплавов в водной среде.
Основная цель данной работы заключалась в исследовании свойств MIC 2707 HDSS, поврежденного морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa, с использованием электрохимических методов, методов анализа поверхности и анализа продуктов коррозии. Для изучения поведения MIC 2707 HDSS были проведены электрохимические исследования, включая определение потенциала разомкнутой цепи (OCP), линейного поляризационного сопротивления (LPR), электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) и динамической поляризации потенциала. Для определения химических элементов на корродированной поверхности был проведен энергодисперсионный спектрометрический анализ (EDS). Кроме того, для определения стабильности пассивации оксидной пленки под воздействием морской среды, содержащей Pseudomonas aeruginosa, использовалась рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Глубина ямок измерялась с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (CLSM).
В таблице 1 показан химический состав стали 2707 HDSS. В таблице 2 показано, что сталь 2707 HDSS обладает превосходными механическими свойствами с пределом текучести 650 МПа. На рис. 1 показана оптическая микроструктура стали 2707 HDSS, подвергнутой термической обработке раствором. В микроструктуре, содержащей около 50% аустенита и 50% феррита, видны вытянутые полосы аустенита и феррита без вторичных фаз.
На рис. 2а показана зависимость потенциала разомкнутой цепи (Eocp) от времени воздействия для 2707 HDSS в абиотической среде 2216E и бульоне P. aeruginosa в течение 14 дней при 37°C. Видно, что наибольшее и наиболее значительное изменение Eocp происходит в течение первых 24 часов. Значения Eocp в обоих случаях достигли пика в -145 мВ (по сравнению с SCE) примерно через 16 часов, а затем резко снизились, достигнув -477 мВ (по сравнению с SCE) и -236 мВ (по сравнению с SCE) для абиотического образца и образцов P. aeruginosa соответственно. Через 24 часа значение Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa оставалось относительно стабильным на уровне -228 мВ (по сравнению с SCE), в то время как соответствующее значение для небиологических образцов составляло приблизительно -442 мВ (по сравнению с SCE). Значение Eocp в присутствии P. aeruginosa было довольно низким.
Электрохимическое исследование 2707 образцов HDSS в абиотической среде и бульоне Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
(a) Eocp как функция времени экспозиции, (b) поляризационные кривые на 14-й день, (c) Rp как функция времени экспозиции и (d) icorr как функция времени экспозиции.
В таблице 3 представлены электрохимические параметры коррозии 2707 образцов HDSS, подвергнутых воздействию абиотической среды и среды, инокулированной Pseudomonas aeruginosa, в течение 14 дней. Касательные к кривым анода и катода были экстраполированы для получения точек пересечения, дающих плотность тока коррозии (icorr), потенциал коррозии (Ecorr) и наклон Тафеля (βα и βc) в соответствии со стандартными методами30,31.
Как показано на рис. 2b, сдвиг кривой для P. aeruginosa вверх привел к увеличению Ecorr по сравнению с абиотической кривой. Значение icorr, пропорциональное скорости коррозии, увеличилось до 0,328 мкА·см⁻² в образце Pseudomonas aeruginosa, что в четыре раза больше, чем в небиологическом образце (0,087 мкА·см⁻²).
LPR — это классический неразрушающий электрохимический метод для быстрого анализа коррозии. Он также использовался для изучения MIC32. На рис. 2c показано поляризационное сопротивление (Rp) в зависимости от времени воздействия. Более высокое значение Rp означает меньшую коррозию. В течение первых 24 часов Rp 2707 HDSS достигло пика в 1955 кОм·см² для абиотических образцов и 1429 кОм·см² для образцов Pseudomonas aeruginosa. На рисунке 2c также показано, что значение Rp быстро снизилось через день, а затем оставалось относительно неизменным в течение следующих 13 дней. Значение Rp для образца Pseudomonas aeruginosa составляет около 40 кОм·см², что значительно ниже значения 450 кОм·см² для небиологического образца.
Значение icorr пропорционально скорости равномерной коррозии. Его значение можно рассчитать по следующему уравнению Штерна-Гири:
Согласно Зои и др. 33, типичное значение наклона Тафеля B в данной работе было принято равным 26 мВ/дек. На рисунке 2d показано, что значение icorr небиологического образца 2707 оставалось относительно стабильным, в то время как значение icorr образца P. aeruginosa сильно колебалось после первых 24 часов. Значения icorr образцов P. aeruginosa были на порядок выше, чем у небиологических контрольных образцов. Эта тенденция согласуется с результатами поляризационного сопротивления.
Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС) — еще один неразрушающий метод, используемый для характеристики электрохимических реакций на корродированных поверхностях. Измерялись импедансные спектры и рассчитанные значения емкости образцов, подвергнутых воздействию абиотической среды и раствора Pseudomonas aeruginosa, сопротивление пассивной пленки/биопленки Rb, образованной на поверхности образца, сопротивление переноса заряда Rct, емкость электрического двойного слоя Cdl (EDL) и параметры фазового элемента QCPE (CPE). Эти параметры далее анализировались путем аппроксимации данных с использованием модели эквивалентной схемы (EEC).
На рис. 3 показаны типичные диаграммы Найквиста (a и b) и диаграммы Боде (a' и b') для 2707 образцов HDSS в абиотической среде и бульоне P. aeruginosa при различном времени инкубации. Диаметр кольца Найквиста уменьшается в присутствии Pseudomonas aeruginosa. Диаграмма Боде (рис. 3b') показывает увеличение полного импеданса. Информацию о постоянной времени релаксации можно получить из фазовых максимумов. На рис. 4 показаны физические структуры на основе монослоя (a) и бислоя (b) и соответствующие ЭЭК. В модель ЭЭК введен CPE. Его проводимость и импеданс выражаются следующим образом:
Две физические модели и соответствующие эквивалентные схемы для аппроксимации спектра импеданса образца 2707 HDSS:
где Y0 — значение KPI, j — мнимая единица или (-1)1/2, ω — угловая частота, n — показатель степени KPI, меньший единицы35. Инверсия сопротивления переноса заряда (т.е. 1/Rct) соответствует скорости коррозии. Чем меньше Rct, тем выше скорость коррозии27. После 14 дней инкубации Rct образцов Pseudomonas aeruginosa достигло 32 кОм·см2, что значительно меньше, чем 489 кОм·см2 у небиологических образцов (таблица 4).
Изображения, полученные с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (CLSM) и сканирующей электронной микроскопии (SEM), на рисунке 5 четко показывают, что биопленка на поверхности образца HDSS 2707 через 7 дней имеет высокую плотность. Однако через 14 дней покрытие биопленкой стало слабым, и появились некоторые мертвые клетки. В таблице 5 показана толщина биопленки на образцах HDSS 2707 после воздействия P. aeruginosa в течение 7 и 14 дней. Максимальная толщина биопленки изменилась с 23,4 мкм через 7 дней до 18,9 мкм через 14 дней. Средняя толщина биопленки также подтвердила эту тенденцию. Она уменьшилась с 22,2 ± 0,7 мкм через 7 дней до 17,8 ± 1,0 мкм через 14 дней.
(a) Трехмерное изображение, полученное с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), через 7 дней, (b) трехмерное изображение, полученное с помощью КЛСМ, через 14 дней, (c) изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), через 7 дней и (d) изображение, полученное с помощью СЭМ, через 14 дней.
Электромагнитное поле (ЭМП) выявило химические элементы в биопленках и продуктах коррозии на образцах, подвергнутых воздействию P. aeruginosa в течение 14 дней. На рис. 6 показано, что содержание C, N, O и P в биопленках и продуктах коррозии значительно выше, чем в чистых металлах, поскольку эти элементы связаны с биопленками и их метаболитами. Микроорганизмам необходимы лишь следовые количества хрома и железа. Высокие уровни Cr и Fe в биопленках и продуктах коррозии на поверхности образцов указывают на то, что металлическая матрица потеряла элементы в результате коррозии.
Через 14 дней в среде 2216E наблюдались ямки как с наличием, так и без наличия P. aeruginosa. До инкубации поверхность образцов была гладкой и без дефектов (рис. 7а). После инкубации и удаления биопленки и продуктов коррозии самые глубокие ямки на поверхности образцов были исследованы с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), как показано на рис. 7b и c. На поверхности небиологических контрольных образцов явных ямок не обнаружено (максимальная глубина ямок 0,02 мкм). Максимальная глубина ямок, вызванных P. aeruginosa, составила 0,52 мкм через 7 дней и 0,69 мкм через 14 дней, исходя из средней максимальной глубины ямок по 3 образцам (для каждого образца было выбрано 10 максимальных глубин ямок). Достигнутые значения глубины отверстий составляют 0,42 ± 0,12 мкм и 0,52 ± 0,15 мкм соответственно (таблица 5). Эти значения глубины отверстий невелики, но важны.
(a) до воздействия, (b) 14 дней в абиотической среде и (c) 14 дней в бульоне Pseudomonas aeruginosa.
На рис. Таблица 8 показывает спектры РФЭС различных поверхностей образцов, а химический состав, проанализированный для каждой поверхности, суммирован в Таблице 6. В Таблице 6 атомные проценты Fe и Cr в присутствии P. aeruginosa (образцы A и B) были значительно ниже, чем в небиологических контрольных образцах (образцы C и D). Для образца P. aeruginosa спектральная кривая на уровне ядра Cr 2p была аппроксимирована четырьмя пиковыми компонентами с энергиями связи (BE) 574,4, 576,6, 578,3 и 586,8 эВ, которые можно отнести к Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH)3 соответственно (рис. 9a и b). Для небиологических образцов спектр основного уровня Cr 2p содержит два основных пика для Cr (573,80 эВ для энергии связи) и Cr2O3 (575,90 эВ для энергии связи) на рис. 9c и d соответственно. Наиболее заметное различие между абиотическими образцами и образцами P. aeruginosa заключалось в присутствии Cr6+ и более высокой относительной доле Cr(OH)3 (энергия связи 586,8 эВ) под биопленкой.
Широкие спектры XPS поверхности образца 2707 HDSS в двух средах составляют 7 и 14 дней соответственно.
(a) 7 дней воздействия P. aeruginosa, (b) 14 дней воздействия P. aeruginosa, (c) 7 дней в абиотической среде и (d) 14 дней в абиотической среде.
Высокопрочная нержавеющая сталь (HDSS) демонстрирует высокий уровень коррозионной стойкости в большинстве сред. Ким и др.² сообщили, что HDSS UNS S32707 была идентифицирована как высоколегированная нержавеющая сталь с показателем PREN более 45. Значение PREN образца 2707 HDSS в данной работе составило 49. Это обусловлено высоким содержанием хрома, а также высоким содержанием молибдена и никеля, что полезно в кислых средах и средах с высоким содержанием хлоридов. Кроме того, хорошо сбалансированный состав и бездефектная микроструктура способствуют структурной стабильности и коррозионной стойкости. Однако, несмотря на превосходную химическую стойкость, экспериментальные данные в данной работе показывают, что 2707 HDSS не полностью защищена от микробных ингибирований биопленки P. aeruginosa.
Результаты электрохимических исследований показали, что скорость коррозии 2707 HDSS в бульоне P. aeruginosa значительно увеличилась через 14 дней по сравнению с небиологической средой. На рисунке 2a наблюдается снижение Eocp как в абиотической среде, так и в бульоне P. aeruginosa в течение первых 24 часов. После этого биопленка полностью покрывает поверхность образца, и Eocp становится относительно стабильным36. Однако уровень биологического Eocp был значительно выше, чем уровень небиологического Eocp. Есть основания полагать, что это различие связано с образованием биопленок P. aeruginosa. На рис. 2d в присутствии P. aeruginosa значение icorr 2707 HDSS достигло 0,627 мкА·см⁻², что на порядок выше, чем в абиотическом контроле (0,063 мкА·см⁻²), что согласуется со значением Rct, измеренным методом EIS. В течение первых нескольких дней значения импеданса в бульоне с P. aeruginosa увеличивались из-за прикрепления клеток P. aeruginosa и образования биопленок. Однако, когда биопленка полностью покрывает поверхность образца, импеданс снижается. Защитный слой подвергается атаке в первую очередь из-за образования биопленок и их метаболитов. Следовательно, коррозионная стойкость со временем снижается, а прикрепление P. aeruginosa вызывает локальную коррозию. В абиотических условиях наблюдались иные тенденции. Коррозионная стойкость небиологического контроля была значительно выше, чем соответствующее значение для образцов, подвергнутых воздействию бульона с P. aeruginosa. Кроме того, для абиотических образцов значение Rct 2707 HDSS достигло 489 кОм·см² на 14-й день, что в 15 раз выше, чем значение Rct (32 кОм·см²) в присутствии P. aeruginosa. Таким образом, сталь 2707 HDSS обладает превосходной коррозионной стойкостью в стерильной среде, но не устойчива к МИК (минимальным ингибирующим концентрациям) биопленок P. aeruginosa.
Эти результаты также можно наблюдать на поляризационных кривых на рис. 2b. Анодное разветвление связано с образованием биопленки Pseudomonas aeruginosa и реакциями окисления металла. В этом случае катодной реакцией является восстановление кислорода. Присутствие P. aeruginosa значительно увеличило плотность коррозионного тока, примерно на порядок выше, чем в абиотическом контроле. Это указывает на то, что биопленка P. aeruginosa усиливает локализованную коррозию стали 2707 HDSS. Юань и др.29 обнаружили, что плотность коррозионного тока сплава Cu-Ni 70/30 увеличилась под действием биопленки P. aeruginosa. Это может быть связано с биокатализом восстановления кислорода биопленками Pseudomonas aeruginosa. Это наблюдение также может объяснить МИК-индуцированную коррозию стали 2707 HDSS в данной работе. Возможно, также наблюдается меньшее количество кислорода в аэробных биопленках. Следовательно, отказ от повторной пассивации металлической поверхности кислородом может быть фактором, способствующим развитию микробиологически индуцированной коррозии в данной работе.
Дикинсон и др. 38 предположили, что скорость химических и электрохимических реакций может напрямую зависеть от метаболической активности прикрепленных бактерий на поверхности образца и природы продуктов коррозии. Как показано на рисунке 5 и в таблице 5, количество клеток и толщина биопленки уменьшились через 14 дней. Это можно разумно объяснить тем, что через 14 дней большинство прикрепленных клеток на поверхности 2707 HDSS погибли из-за истощения питательных веществ в среде 2216E или высвобождения токсичных ионов металлов из матрицы 2707 HDSS. Это является ограничением экспериментов в периодическом режиме.
В данной работе биопленка P. aeruginosa способствовала локальному истощению Cr и Fe под биопленкой на поверхности 2707 HDSS (рис. 6). В таблице 6 показано снижение содержания Fe и Cr в образце D по сравнению с образцом C, что указывает на то, что растворенные Fe и Cr, вызванные биопленкой P. aeruginosa, сохранялись в течение первых 7 дней. Для моделирования морской среды использовалась среда 2216E. Она содержит 17700 ppm Cl-, что сопоставимо с ее содержанием в природной морской воде. Присутствие 17700 ppm Cl- было основной причиной снижения содержания Cr в абиотических образцах, проанализированных методом XPS через 7 и 14 дней. По сравнению с образцами P. aeruginosa, растворение Cr в абиотических образцах было значительно меньше из-за высокой устойчивости 2707 HDSS к хлору в абиотических условиях. На рис. 9 показано присутствие Cr6+ в пассивирующей пленке. Возможно, он участвует в удалении хрома с поверхностей стали с помощью биопленок P. aeruginosa, как предполагают Чен и Клейтон.
Вследствие роста бактерий значения pH среды до и после культивирования составляли 7,4 и 8,2 соответственно. Таким образом, коррозия органическими кислотами под биопленкой P. aeruginosa вряд ли вносит вклад в эту работу из-за относительно высокого pH основной среды. pH небиологической контрольной среды существенно не изменился (с начального значения 7,4 до конечного 7,5) в течение 14-дневного периода тестирования. Повышение pH в посевной среде после инкубации было обусловлено метаболической активностью P. aeruginosa и, как было установлено, оказывало такое же влияние на pH в отсутствие тест-полосок.
Как показано на рисунке 7, максимальная глубина ямок, образованных биопленкой P. aeruginosa, составила 0,69 мкм, что значительно больше, чем в абиотической среде (0,02 мкм). Это согласуется с приведенными выше электрохимическими данными. Глубина ямок 0,69 мкм более чем в десять раз меньше значения 9,5 мкм, указанного для 2205 DSS в тех же условиях. Эти данные показывают, что 2707 HDSS обладает лучшей устойчивостью к МИК, чем 2205 DSS. Это не должно вызывать удивления, поскольку 2707 HDSS имеет более высокое содержание хрома, что обеспечивает более длительную пассивацию, затрудняет депассивацию P. aeruginosa и обусловлено сбалансированной фазовой структурой, не вызывающей образования вредных вторичных осадков.
В заключение, на поверхности стали 2707 HDSS в среде с P. aeruginosa были обнаружены ямки, образовавшиеся в результате воздействия МИК, по сравнению с незначительными ямками в абиотической среде. Данная работа показывает, что сталь 2707 HDSS обладает лучшей устойчивостью к МИК, чем сталь 2205 DSS, но не является полностью невосприимчивой к МИК из-за биопленки P. aeruginosa. Эти результаты помогают в выборе подходящих нержавеющих сталей и определении срока их службы для использования в морской среде.
Образец стали 2707 HDSS предоставлен Школой металлургии Северо-восточного университета (NEU) в Шэньяне, Китай. Элементный состав стали 2707 HDSS, проанализированный отделом анализа и испытаний материалов NEU, представлен в таблице 1. Все образцы были обработаны для получения твердого раствора при температуре 1180°C в течение 1 часа. Перед коррозионными испытаниями образец стали 2707 HDSS в форме монеты с открытой верхней поверхностью 1 см² был отполирован до зернистости 2000 наждачной бумагой из карбида кремния, а затем отполирован суспензией порошка Al₂O₃ с размером частиц 0,05 мкм. Боковые и нижняя стороны были защищены инертной краской. После сушки образцы промывали стерильной деионизированной водой и стерилизовали 75% (об/об) этанолом в течение 0,5 ч. Затем их сушили на воздухе под ультрафиолетовым (УФ) светом в течение 0,5 ч перед использованием.
Морской штамм Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 был приобретен в Сямэньском центре коллекций морских культур (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa выращивали в аэробных условиях при 37°C в колбах объемом 250 мл и стеклянных электрохимических ячейках объемом 500 мл с использованием жидкой среды Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Китай). Состав питательной среды (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, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 пептона, 1,0 дрожжевого экстракта и 0,1 цитрата железа. Автоклавировать при 121°C в течение 20 минут перед инокуляцией. Подсчет сидячих и планктонных клеток проводить с помощью гемоцитометра под световым микроскопом при увеличении 400x. Начальная концентрация планктонных Pseudomonas aeruginosa сразу после инокуляции составляла приблизительно 10⁶ клеток/мл.
Электрохимические исследования проводились в классической трехэлектродной стеклянной ячейке со средним объемом 500 мл. Платиновый электрод и насыщенный каломельный электрод (СКЭ) были соединены с реактором через капилляры Луггина, заполненные солевыми мостиками, которые служили, соответственно, противоэлектродом и электродом сравнения. Для изготовления рабочих электродов к каждому образцу прикрепляли прорезиненную медную проволоку и покрывали эпоксидной смолой, оставляя около 1 см² незащищенной поверхности для рабочего электрода с одной стороны. Во время электрохимических измерений образцы помещали в среду 2216E и выдерживали при постоянной температуре инкубации (37°C) в водяной бане. Данные OCP, LPR, EIS и динамической поляризации потенциала измеряли с помощью потенциостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США). Тесты LPR регистрировали со скоростью сканирования 0,125 мВ·с⁻¹ в диапазоне от -5 до 5 мВ с Eocp и частотой дискретизации 1 Гц. Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС) проводилась с использованием синусоидального сигнала в диапазоне частот от 0,01 до 10 000 Гц при приложенном напряжении 5 мВ в установившемся режиме Eocp. Перед сканированием потенциала электроды находились в режиме ожидания до достижения стабильного значения потенциала свободной коррозии. Затем поляризационные кривые измерялись в диапазоне от -0,2 до 1,5 В в зависимости от Eocp со скоростью сканирования 0,166 мВ/с. Каждый тест повторялся 3 раза с наличием и без наличия P. aeruginosa.
Образцы для металлографического анализа были механически отполированы влажной наждачной бумагой из карбида кремния с зернистостью 2000, а затем дополнительно отполированы суспензией порошка Al2O3 с размером частиц 0,05 мкм для оптического наблюдения. Металлографический анализ проводился с использованием оптического микроскопа. Образцы были протравлены 10%-ным раствором гидроксида калия 43.
После инкубации образцы трижды промывали фосфатно-буферным раствором (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затем фиксировали 2,5% (об/об) раствором глутарового альдегида в течение 10 часов для фиксации биопленок. Затем их обезвоживали порционно этанолом (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% по объему) перед сушкой на воздухе. Наконец, на поверхность образца наносили золотую пленку для обеспечения проводимости для наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Изображения СЭМ фокусировали на участках с наибольшим количеством прикрепленных клеток P. aeruginosa на поверхности каждого образца. Для определения химических элементов проводили энергодисперсионный рентгеновский анализ (ЭДС). Для измерения глубины ямок использовали конфокальный лазерный сканирующий микроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия). Для наблюдения коррозионных ямок под биопленкой образец перед испытанием был очищен в соответствии с китайским национальным стандартом (CNS) GB/T4334.4-2000 для удаления продуктов коррозии и биопленки с его поверхности.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС, система анализа поверхности ESCALAB250, Thermo VG, США) проводилась с использованием монохроматического источника рентгеновского излучения (линия Kα алюминия с энергией 1500 эВ и мощностью 150 Вт) в широком диапазоне энергий связи 0 при стандартных условиях –1350 эВ. Спектры высокого разрешения регистрировались с использованием энергии пропускания 50 эВ и шагом 0,2 эВ.
Образцы, подвергнутые инкубации, были извлечены и аккуратно промыты фосфатно-солевым буфером (PBS, pH 7,4 ± 0,2) в течение 15 секунд 45 минут. Для наблюдения за жизнеспособностью бактерий в биопленках на образцах биопленки окрашивали с использованием набора для определения жизнеспособности бактерий LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Юджин, Орегон, США). Набор содержит два флуоресцентных красителя: зеленый флуоресцентный краситель SYTO-9 и красный флуоресцентный краситель пропидиум йодид (PI). В конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (CLSM) флуоресцентные зеленые и красные точки представляют собой живые и мертвые клетки соответственно. Для окрашивания 1 мл смеси, содержащей 3 мкл SYTO-9 и 3 мкл раствора PI, инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре (23°C) в темноте. Затем окрашенные образцы исследовали на двух длинах волн (488 нм для живых клеток и 559 нм для мертвых клеток) с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа Nikon (C2 Plus, Nikon, Япония). Толщину биопленки измеряли в режиме трехмерного сканирования.
Как цитировать эту статью: Ли, Х. и др. Микробная коррозия супердуплексной нержавеющей стали 2707 морской биопленкой Pseudomonas aeruginosa. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Зукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Зукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в разработке тиосульфата. Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Зукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. LDX 2101 — нержавеющая сталь, сульфат, сульфат. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в разработке тиосульфата. Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Зукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридном растворе в присутствии тиосульфата.coros science 80, 205–212 (2014).
Ким, С.Т., Чан, С.Х., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Влияние термообработки и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов из гипердуплексной нержавеющей стали. Ким, С.Т., Чан, С.Х., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Влияние термообработки и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов из гипердуплексной нержавеющей стали.Ким, С.Т., Чан, С.Х., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Влияние термообработки и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов из гипердуплексной нержавеющей стали. Ким, С.Т., Чан, Ш., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Ким, СТ, Чан, ШХ, Ли, ИС и Пак, ЮСКим, С.Т., Чан, С.Х., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Влияние термообработки и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов из супердуплексной нержавеющей стали.Корос. Наука. 53, 1939–1947 (2011).
Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное исследование химии микробиологически и электрохимически индуцированного точечного разрушения нержавеющей стали 316L. Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное исследование химии микробиологически и электрохимически индуцированного точечного разрушения нержавеющей стали 316L.Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное химическое исследование микробиологической и электрохимической точечной коррозии нержавеющей стали 316L. Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З.Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное химическое исследование микробиологически и электрохимически индуцированной точечной коррозии нержавеющей стали 316L.Корос. Наука. 45, 2577–2595 (2003).
Ло, Х., Дун, К.Ф., Ли, С.Г. и Сяо, К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлоридов. Ло, Х., Дун, К.Ф., Ли, С.Г. и Сяо, К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлоридов.Ло Х., Донг К.Ф., Ли Х.Г. и Сяо К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлоридов. Луо, Х., Донг, К.Ф., Ли, С.Г. и Сяо, К. 2205. Луо, Х., Дун, К.Ф., Ли, С.Г. и Сяо, К. 2205 Электрохимическое поведение нержавеющей стали в присутствии хлорида при различных значениях pH в щелочном растворе.Ло Х., Донг К.Ф., Ли Х.Г. и Сяо К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлоридов.Электрохимический журнал. 64, 211–220 (2012).
Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор. Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор.Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор. Литтл, Би Джей, Ли, Дж. С. и Рэй, Р.И. Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Род-АйлендЛиттл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор.Электрохимический журнал. 54, 2-7 (2008).