Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo kwa CSS. Kwa matumizi bora, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime hali ya utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Kutu kwa vijidudu (MIC) ni tatizo kubwa katika tasnia nyingi kwani kunaweza kusababisha hasara kubwa za kiuchumi.2707 chuma cha pua chenye duplex mbili (2707 HDSS) kimetumika katika mazingira ya baharini kutokana na upinzani wake bora wa kemikali.Hata hivyo, upinzani wake kwa MIC haujaonyeshwa kwa majaribio.Katika utafiti huu, tabia ya MIC ya 2707 HDSS iliyosababishwa na bakteria ya aerobic ya baharini Pseudomonas aeruginosa ilichunguzwa.Uchambuzi wa kielektroniki ulionyesha kuwa mbele ya biofilm ya Pseudomonas aeruginosa katika njia ya 2216E, kulikuwa na mabadiliko chanya katika uwezo wa kutu na ongezeko la msongamano wa mkondo wa kutu.Uchambuzi wa spektroskopia ya picha ya elektroni (XPS) ulionyesha kupungua kwa kiwango cha Cr kwenye uso wa sampuli chini ya biofilm.Uchambuzi wa picha wa mashimo ulionyesha kuwa biofilm ya P. aeruginosa ilitoa kina cha juu cha shimo cha 0.69 μm wakati wa siku 14 za kuota.Ingawa hii ni ndogo, inaonyesha kuwa 2707 HDSS haina kinga kamili kwa MIC ya biofilms za P. aeruginosa.
Vyuma vya pua vya duplex (DSS) hutumika sana katika tasnia mbalimbali kwa mchanganyiko wao bora wa sifa bora za kiufundi na upinzani dhidi ya kutu1,2.Hata hivyo, mashimo ya ndani bado hutokea na huathiri uadilifu wa chuma hiki3,4.DSS haistahimili kutu kwa vijidudu (MIC)5,6.Licha ya matumizi mbalimbali ya DSS, bado kuna mazingira ambapo upinzani dhidi ya kutu wa DSS hautoshi kwa matumizi ya muda mrefu.Hii ina maana kwamba vifaa vya gharama kubwa zaidi vyenye upinzani dhidi ya kutu wa juu vinahitajika.Jeon et al7 waligundua kuwa hata vyuma vya pua vya duplex (SDSS) vina mapungufu fulani katika suala la upinzani dhidi ya kutu.Kwa hivyo, vyuma vya pua vya duplex (HDSS) vyenye upinzani dhidi ya kutu wa juu vinahitajika katika baadhi ya matumizi.Hii ilisababisha maendeleo ya HDSS iliyochanganywa sana.
Upinzani wa kutu wa DSS hutegemea uwiano wa awamu za alpha na gamma na maeneo yaliyopunguzwa ya Cr, Mo na W 8, 9, 10 karibu na awamu ya pili. HDSS ina kiwango cha juu cha Cr, Mo na N11, kwa hivyo ina upinzani bora wa kutu na thamani ya juu (45-50) Nambari Sawa ya Upinzani wa Pitting (PREN), iliyoamuliwa na uzito% Cr + 3.3 (uzito% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Upinzani wake bora wa kutu hutegemea muundo ulio na takriban awamu 50% za ferrite (α) na 50% za austenite (γ), HDSS ina sifa bora za kiufundi na upinzani mkubwa kuliko DSS13 ya kawaida. Sifa za kutu za kloridi. Upinzani ulioboreshwa wa kutu hupanua matumizi ya HDSS katika mazingira ya kloridi yenye babuzi zaidi, kama vile mazingira ya baharini.
MIC ni tatizo kubwa katika tasnia nyingi kama vile huduma za mafuta na gesi na maji14. MIC huchangia 20% ya uharibifu wote wa kutu15. MIC ni kutu ya kibioelectrochemical ambayo inaweza kuonekana katika mazingira mengi. Biofilms zinazoundwa kwenye nyuso za chuma hubadilisha hali ya kielektrochemical, na hivyo kuathiri mchakato wa kutu. Inaaminika sana kwamba kutu ya MIC husababishwa na biofilms. Vijidudu vya kielektroniki huharibu metali ili kupata nishati endelevu ya kuishi17. Uchunguzi wa hivi karibuni wa MIC umeonyesha kuwa EET (uhamisho wa elektroni nje ya seli) ndio kigezo cha kupunguza kasi ya MIC kinachosababishwa na vijidudu vya kielektroniki.Zhang et al. 18 walionyesha kuwa wapatanishi wa elektroni huharakisha uhamishaji wa elektroni kati ya seli za Desulfovibrio sessificans na chuma cha pua 304, na kusababisha shambulio kali zaidi la MIC.Enning et al. 19 na Venzlaff et al. 20 walionyesha kuwa biofilms za bakteria zinazopunguza sulfate (SRB) zinaweza kunyonya elektroni moja kwa moja kutoka kwa substrates za chuma, na kusababisha kutu kali kwa mashimo.
DSS inajulikana kuwa rahisi kuathiriwa na MIC katika mazingira yenye SRB, bakteria wanaopunguza chuma (IRB), n.k. 21. Bakteria hawa husababisha mashimo ya ndani kwenye nyuso za DSS chini ya biofilms22,23. Tofauti na DSS, MIC ya HDSS24 haijulikani vizuri.
Pseudomonas aeruginosa ni bakteria inayosonga yenye umbo la fimbo yenye gramu-hasi ambayo imeenea sana katika maumbile.25. Pseudomonas aeruginosa pia ni kundi kubwa la vijidudu katika mazingira ya baharini, na kusababisha MIC kuwa chuma. Pseudomonas inahusika kwa karibu katika michakato ya kutu na inatambuliwa kama mkoloni waanzilishi wakati wa uundaji wa biofilm. Mahat et al. 28 na Yuan et al. 29 walionyesha kuwa Pseudomonas aeruginosa ina tabia ya kuongeza kiwango cha kutu cha chuma laini na aloi katika mazingira ya maji.
Lengo kuu la kazi hii lilikuwa kuchunguza sifa za MIC za 2707 HDSS zinazosababishwa na bakteria ya aerobiki ya baharini Pseudomonas aeruginosa kwa kutumia mbinu za kielektroniki, mbinu za uchambuzi wa uso na uchambuzi wa bidhaa za kutu. Uchunguzi wa kielektroniki ikiwa ni pamoja na Uwezo wa Mzunguko Huria (OCP), Upinzani wa Upolarization wa Linear (LPR), Spectroscopy ya Impedans ya Kielektroniki (EIS), na Upolarization wa Nguvu Uwezekano ulifanywa ili kusoma tabia ya MIC ya 2707 HDSS. Uchambuzi wa spectrometer ya mtawanyiko wa nishati (EDS) ulifanywa ili kupata vipengele vya kemikali kwenye uso uliotua. Zaidi ya hayo, uchambuzi wa spectroscopy ya photoelectron ya X-ray (XPS) ulitumika kubaini uthabiti wa upitishaji wa filamu ya oksidi chini ya ushawishi wa mazingira ya baharini yenye Pseudomonas aeruginosa. Kina cha shimo kilipimwa chini ya darubini ya skanning ya leza ya confocal (CLSM).
Jedwali 1 linaorodhesha muundo wa kemikali wa 2707 HDSS. Jedwali 2 linaonyesha kuwa 2707 HDSS ina sifa bora za kiufundi zenye nguvu ya mavuno ya MPa 650. Mchoro 1 unaonyesha muundo mdogo wa macho wa suluhisho lililotibiwa kwa joto la 2707 HDSS. Bendi zilizoinuliwa za awamu za austenite na ferrite bila awamu za sekondari zinaweza kuonekana katika muundo mdogo ulio na takriban awamu za austenite 50% na ferrite 50%.
Mchoro 2a unaonyesha uwezo wa saketi wazi (Eocp) dhidi ya data ya muda wa mfiduo kwa 2707 HDSS katika abiotic 2216E medium na P. aeruginosa broth kwa siku 14 kwa 37 °C. Inaonyesha kuwa mabadiliko makubwa na muhimu katika Eocp hutokea ndani ya saa 24 za kwanza. Thamani za Eocp katika visa vyote viwili zilifikia kilele cha -145 mV (dhidi ya SCE) karibu saa 16 na kisha kushuka kwa kasi, kufikia -477 mV (dhidi ya SCE) na -236 mV (dhidi ya SCE) kwa sampuli ya abiotic na P, mtawalia). Kuponi za Pseudomonas aeruginosa, mtawalia. Baada ya saa 24, thamani ya Eocp ya 2707 HDSS kwa P. aeruginosa ilikuwa thabiti kwa -228 mV (dhidi ya SCE), huku thamani inayolingana ya sampuli zisizo za kibiolojia ikiwa takriban -442 mV (dhidi ya SCE). Eocp mbele ya P. aeruginosa ilikuwa chini sana.
Upimaji wa kielektroniki wa sampuli 2707 za HDSS katika mazingira yasiyo na vijidudu na mchuzi wa Pseudomonas aeruginosa kwa joto la 37 °C:
(a) Eocp kama kigezo cha muda wa mfiduo, (b) mikunjo ya upolarization siku ya 14, (c) Rp kama kigezo cha muda wa mfiduo na (d) icorr kama kigezo cha muda wa mfiduo.
Jedwali la 3 linaorodhesha thamani za vigezo vya kutu vya kielektroniki vya sampuli 2707 za HDSS zilizo wazi kwa njia ya abiotic na njia ya kuchanjwa ya Pseudomonas aeruginosa kwa siku 14. Viungo vya mikunjo ya anodic na cathodic viliongezwa ili kufika kwenye makutano ya kutoa msongamano wa mkondo wa kutu (icorr), uwezo wa kutu (Ecorr) na mteremko wa Tafel (βα na βc) kulingana na mbinu za kawaida30,31.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2b, mabadiliko ya juu ya mkunjo wa P. aeruginosa yalisababisha ongezeko la Ecorr ikilinganishwa na mkunjo wa abiotic. Thamani ya icorr, ambayo ni sawia na kiwango cha kutu, iliongezeka hadi 0.328 μA cm-2 katika sampuli ya Pseudomonas aeruginosa, mara nne zaidi ya sampuli isiyo ya kibiolojia (0.087 μA cm-2).
LPR ni mbinu ya kawaida ya kielektroniki isiyoharibu kwa ajili ya uchambuzi wa haraka wa kutu. Pia ilitumika kusoma MIC32. Mchoro 2c unaonyesha upinzani wa upolarization (Rp) kama kipengele cha muda wa mfiduo. Thamani ya juu ya Rp inamaanisha kutu kidogo. Ndani ya saa 24 za kwanza, Rp ya 2707 HDSS ilifikia thamani ya juu ya 1955 kΩ cm2 kwa sampuli za abiotic na 1429 kΩ cm2 kwa sampuli za Pseudomonas aeruginosa. Mchoro 2c pia unaonyesha kuwa thamani ya Rp ilipungua haraka baada ya siku moja na kisha ikabaki bila kubadilika kwa siku 13 zilizofuata. Thamani ya Rp ya sampuli ya Pseudomonas aeruginosa ni takriban 40 kΩ cm2, ambayo ni chini sana kuliko thamani ya 450 kΩ cm2 ya sampuli isiyo ya kibiolojia.
Thamani ya icorr inalingana na kiwango sawa cha kutu. Thamani yake inaweza kuhesabiwa kutoka kwa mlinganyo ufuatao wa Stern-Geary,
Kufuatia Zou et al. 33, thamani ya kawaida ya mteremko wa Tafel B katika kazi hii ilidhaniwa kuwa 26 mV/dec. Mchoro 2d unaonyesha kwamba icorr ya sampuli isiyo ya kibiolojia ya 2707 ilibaki thabiti kiasi, huku sampuli ya P. aeruginosa ikibadilika sana baada ya saa 24 za kwanza. Thamani za icorr za sampuli za P. aeruginosa zilikuwa na mpangilio wa ukubwa wa juu kuliko vidhibiti visivyo vya kibiolojia. Mwelekeo huu unaendana na matokeo ya upinzani wa polarisation.
EIS ni mbinu nyingine isiyoharibu inayotumika kubainisha athari za kielektroniki kwenye violesura vilivyoharibika. Spektra ya impedance na thamani za uwezo zilizohesabiwa za vielelezo vilivyo wazi kwa vyombo vya habari vya abiotic na suluhisho la Pseudomonas aeruginosa, upinzani wa Rb wa filamu/biofilm tulivu iliyoundwa kwenye uso wa sampuli, upinzani wa uhamishaji wa chaji ya Rct, uwezo wa safu mbili za umeme wa Cdl (EDL) na vigezo vya QCPE Constant Phase Element (CPE). Vigezo hivi vilichambuliwa zaidi kwa kufaa data kwa kutumia modeli ya saketi sawa (EEC).
Mchoro 3 unaonyesha michoro ya kawaida ya Nyquist (a na b) na michoro ya Bode (a' na b') ya sampuli 2707 za HDSS katika hali ya abiotic na mchuzi wa P. aeruginosa kwa nyakati tofauti za kupevuka. Kipenyo cha pete ya Nyquist hupungua mbele ya Pseudomonas aeruginosa. Mchoro wa Bode (Mchoro 3b') unaonyesha ongezeko la ukubwa wa impedance jumla. Taarifa kuhusu muda wa kupumzika zinaweza kutolewa na kiwango cha juu cha awamu. Mchoro 4 unaonyesha miundo ya kimwili inayotegemea safu moja (a) na safu mbili (b) na EEC zao zinazolingana. CPE imeingizwa katika modeli ya EEC. Uingizaji na impedance yake imeonyeshwa kama ifuatavyo:
Mifumo miwili ya kimwili na saketi zinazolingana zinazolingana za kufaa wigo wa impedansi wa sampuli ya 2707 HDSS:
ambapo Y0 ni ukubwa wa CPE, j ni nambari ya kufikirika au (-1)1/2, ω ni masafa ya angular, na n ni faharisi ya nguvu ya CPE chini ya unite35. Kinyume cha upinzani wa uhamishaji wa chaji (yaani 1/Rct) kinalingana na kiwango cha kutu. Rct ndogo inamaanisha kiwango cha kutu cha kasi zaidi27. Baada ya siku 14 za kuanguliwa, Rct ya sampuli za Pseudomonas aeruginosa ilifikia 32 kΩ cm2, ndogo sana kuliko 489 kΩ cm2 ya sampuli zisizo za kibiolojia (Jedwali 4).
Picha za CLSM na picha za SEM katika Mchoro 5 zinaonyesha wazi kwamba kifuniko cha biofilm kwenye uso wa sampuli ya 2707 HDSS baada ya siku 7 ni kizito. Hata hivyo, baada ya siku 14, kifuniko cha biofilm kilikuwa chache na baadhi ya seli zilizokufa zilionekana. Jedwali 5 linaonyesha unene wa biofilm kwenye sampuli 2707 HDSS baada ya kuambukizwa na P. aeruginosa kwa siku 7 na 14. Unene wa juu wa biofilm ulibadilika kutoka 23.4 μm baada ya siku 7 hadi 18.9 μm baada ya siku 14. Unene wa wastani wa biofilm pia ulithibitisha mwenendo huu. Ilipungua kutoka 22.2 ± 0.7 μm baada ya siku 7 hadi 17.8 ± 1.0 μm baada ya siku 14.
(a) Picha ya 3-D CLSM baada ya siku 7, (b) Picha ya 3-D CLSM baada ya siku 14, (c) Picha ya SEM baada ya siku 7 na (d) Picha ya SEM baada ya siku 14.
EDS ilionyesha elementi za kemikali katika biofilms na bidhaa za kutu kwenye sampuli zilizo wazi kwa P. aeruginosa kwa siku 14. Mchoro 6 unaonyesha kwamba kiwango cha C, N, O, na P katika biofilms na bidhaa za kutu ni kikubwa zaidi kuliko kile kilicho katika metali tupu, kwa sababu elementi hizi zinahusishwa na biofilms na metabolites zao. Vijidudu vinahitaji tu kiasi kidogo cha kromiamu na chuma. Viwango vya juu vya Cr na Fe katika biofilm na bidhaa za kutu kwenye uso wa sampuli vinaonyesha kwamba matrix ya chuma imepoteza elementi kutokana na kutu.
Baada ya siku 14, mashimo yenye na bila P. aeruginosa yalionekana katika njia ya 2216E. Kabla ya kuangushwa, uso wa sampuli ulikuwa laini na usio na kasoro (Mchoro 7a). Baada ya kuangushwa na kuondolewa kwa biofilm na bidhaa za kutu, mashimo ya ndani kabisa kwenye uso wa sampuli yalichunguzwa chini ya CLSM, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7b na c. Hakuna mashimo dhahiri yaliyopatikana kwenye uso wa sampuli za udhibiti zisizo za kibiolojia (kina cha juu cha shimo 0.02 μm). Kina cha juu cha shimo kilichosababishwa na Pseudomonas aeruginosa kilikuwa 0.52 μm baada ya siku 7 na 0.69 μm baada ya siku 14, kulingana na wastani wa kina cha juu cha shimo cha sampuli 3 (thamani 10 za kina cha shimo zilichaguliwa kwa kila sampuli) zilifikia 0.42 ± 0.12 μm na 0.52 ± 0.15 μm, mtawalia (Jedwali 5). Thamani hizi za kina cha shimo ni ndogo lakini ni muhimu.
(a) Kabla ya kuambukizwa, (b) siku 14 katika mazingira yasiyo ya abiotic na (c) siku 14 katika mchuzi wa Pseudomonas aeruginosa.
Mchoro 8 unaonyesha spektra za XPS za nyuso tofauti za sampuli, na misombo ya kemikali iliyochambuliwa kwa kila uso imefupishwa katika Jedwali 6. Katika Jedwali 6, asilimia ya atomiki ya Fe na Cr mbele ya P. aeruginosa (sampuli A na B) zilikuwa chini sana kuliko zile za sampuli za udhibiti zisizo za kibiolojia (sampuli C na D). Kwa sampuli ya P. aeruginosa, mkunjo wa spektrali wa kiwango cha msingi cha Cr 2p uliwekwa kwenye vipengele vinne vya kilele vyenye thamani ya nishati ya kumfunga (BE) ya 574.4, 576.6, 578.3 na 586.8 eV, ambayo inaweza kuhusishwa na Cr, Cr2O3, CrO3 na Cr(OH)3, mtawalia (Mchoro 9a na b). Kwa sampuli zisizo za kibiolojia, wigo wa kiwango cha msingi cha Cr 2p una vilele viwili vikuu vya Cr (573.80 eV kwa BE) na Cr2O3 (575.90 eV kwa BE) katika Mchoro 9c na d, mtawalia. Kinachovutia zaidi Tofauti kati ya sampuli za abiotic na P. aeruginosa ilikuwa uwepo wa Cr6+ na sehemu kubwa zaidi ya Cr(OH)3 (BE ya 586.8 eV) chini ya biofilm.
Spektra pana ya XPS ya uso wa sampuli ya 2707 HDSS katika vyombo viwili ni siku 7 na siku 14, mtawalia.
(a) Siku 7 za kuathiriwa na P. aeruginosa, (b) Siku 14 za kuathiriwa na P. aeruginosa, (c) Siku 7 katika mazingira yasiyo ya kibiolojia na (d) Siku 14 katika mazingira yasiyo ya kibiolojia.
HDSS inaonyesha viwango vya juu vya upinzani dhidi ya kutu katika mazingira mengi. Kim na wenzake 2 waliripoti kwamba UNS S32707 HDSS ilifafanuliwa kama DSS iliyochanganywa sana yenye PREN ya zaidi ya 45. Thamani ya PREN ya sampuli ya 2707 HDSS katika kazi hii ilikuwa 49. Hii ni kutokana na kiwango chake cha juu cha kromiamu na viwango vya juu vya molybdenum na Ni, ambavyo vina manufaa katika mazingira ya asidi na kloridi nyingi. Zaidi ya hayo, muundo uliosawazishwa vizuri na muundo mdogo usio na kasoro ni muhimu kwa uthabiti wa kimuundo na upinzani dhidi ya kutu. Hata hivyo, licha ya upinzani wake bora wa kemikali, data ya majaribio katika kazi hii inaonyesha kwamba 2707 HDSS haina kinga kabisa kwa MIC ya biofilms za P. aeruginosa.
Matokeo ya kielektroniki yalionyesha kuwa kiwango cha kutu cha 2707 HDSS katika mchuzi wa P. aeruginosa kiliongezeka sana baada ya siku 14 ikilinganishwa na vyombo visivyo vya kibiolojia. Katika Mchoro 2a, kupungua kwa Eocp kulionekana katika vyombo visivyo vya kibiolojia na mchuzi wa P. aeruginosa wakati wa saa 24 za kwanza. Baadaye, biofilm imekamilisha kufunika uso wa sampuli na Eocp inakuwa thabiti kiasi.36. Hata hivyo, kiwango cha Eocp kibiolojia kilikuwa cha juu zaidi kuliko kile cha Eocp isiyo ya kibiolojia. Kuna sababu ya kuamini kwamba tofauti hii inatokana na uundaji wa biofilm ya P. aeruginosa. Katika Mchoro 2d, mbele ya P. aeruginosa, thamani ya icorr ya 2707 HDSS ilifikia 0.627 μA cm-2, ambayo ilikuwa mpangilio wa ukubwa wa juu kuliko ule wa udhibiti wa abiotic (0.063 μA cm-2), ambayo ilikuwa sawa na thamani ya Rct iliyopimwa na EIS. Wakati wa siku chache za kwanza, thamani za impedance Katika mchuzi wa P. aeruginosa uliongezeka kutokana na kuunganishwa kwa seli za P. aeruginosa na uundaji wa biofilms.Hata hivyo, biofilm inapofunika kabisa uso wa sampuli, kizuizi hupungua.Safu ya kinga hushambuliwa kwanza kutokana na uundaji wa biofilms na metabolites za biofilms.Kwa hivyo, upinzani wa kutu ulipungua baada ya muda, na kiambatisho cha P. aeruginosa kilisababisha kutu wa ndani.Mitindo katika vyombo vya habari vya abiotic ilikuwa tofauti.Upinzani wa kutu wa udhibiti usio wa kibiolojia ulikuwa juu zaidi kuliko thamani inayolingana ya sampuli zilizo wazi kwa mchuzi wa P. aeruginosa.Zaidi ya hayo, kwa sampuli za abiotic, thamani ya Rct ya 2707 HDSS ilifikia 489 kΩ cm2 siku ya 14, ambayo ilikuwa mara 15 ya thamani ya Rct (32 kΩ cm2) mbele ya P. aeruginosa.Kwa hivyo, 2707 HDSS ina upinzani bora wa kutu katika mazingira tasa, lakini haistahimili shambulio la MIC na biofilms za P. aeruginosa.
Matokeo haya yanaweza pia kuonekana kutoka kwa mikunjo ya upolarishaji katika Mchoro 2b. Matawi ya anodi yalihusishwa na uundaji wa biofilm ya Pseudomonas aeruginosa na athari za oksidi ya metali. Wakati huo huo mmenyuko wa kathodi ni kupungua kwa oksijeni. Uwepo wa P. aeruginosa uliongeza sana msongamano wa mkondo wa kutu, takriban mpangilio wa ukubwa wa juu kuliko udhibiti wa abiotic. Hii inaonyesha kwamba biofilm ya P. aeruginosa huongeza kutu wa ndani wa 2707 HDSS. Yuan et al29 waligundua kuwa msongamano wa mkondo wa kutu wa aloi ya 70/30 Cu-Ni uliongezeka chini ya changamoto ya biofilm ya P. aeruginosa. Hii inaweza kuwa ni kutokana na biokatalyst ya upunguzaji wa oksijeni na biofilms za Pseudomonas aeruginosa. Uchunguzi huu unaweza pia kuelezea MIC ya 2707 HDSS katika kazi hii. Biofilms za aerobic pia zinaweza kuwa na oksijeni kidogo chini yake. Kwa hivyo, kushindwa kupitisha tena uso wa chuma na oksijeni kunaweza kuwa sababu inayochangia MIC katika kazi hii.
Dickinson na wenzake 38 walipendekeza kwamba viwango vya athari za kemikali na kielektroniki vinaweza kuathiriwa moja kwa moja na shughuli ya kimetaboliki ya bakteria ya sessile kwenye uso wa sampuli na asili ya bidhaa za kutu. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5 na Jedwali 5, idadi ya seli na unene wa biofilm ulipungua baada ya siku 14. Hii inaweza kuelezewa kwa busara kwamba baada ya siku 14, seli nyingi za sessile kwenye uso wa 2707 HDSS zilikufa kutokana na kupungua kwa virutubisho katika njia ya 2216E au kutolewa kwa ioni za metali zenye sumu kutoka kwa matrix ya 2707 HDSS. Huu ni kikomo cha majaribio ya kundi.
Katika kazi hii, biofilm ya P. aeruginosa ilikuza kupungua kwa Cr na Fe chini ya biofilm kwenye uso wa HDSS wa 2707 (Mchoro 6). Katika Jedwali la 6, kupungua kwa Fe na Cr katika sampuli D ikilinganishwa na sampuli C, ikionyesha kuwa Fe na Cr iliyoyeyushwa iliyosababishwa na biofilm ya P. aeruginosa iliendelea zaidi ya siku 7 za kwanza. Njia ya 2216E inatumika kuiga mazingira ya baharini. Ina 17700 ppm Cl-, ambayo inalingana na ile inayopatikana katika maji ya bahari ya asili. Uwepo wa 17700 ppm Cl- ulikuwa sababu kuu ya kupungua kwa Cr katika sampuli za abiotic za siku 7 na 14 zilizochambuliwa na XPS. Ikilinganishwa na sampuli za P. aeruginosa, kuyeyuka kwa Cr katika sampuli za abiotic kulikuwa kidogo sana kutokana na upinzani mkubwa wa Cl− wa 2707 HDSS katika mazingira ya abiotic. Mchoro 9 unaonyesha uwepo wa Cr6+ katika filamu ya passivation. Inaweza kuhusika katika kuondolewa kwa Cr kutoka kwa nyuso za chuma na P. biofilms za aeruginosa, kama ilivyopendekezwa na Chen na Clayton.
Kutokana na ukuaji wa bakteria, thamani za pH za kati kabla na baada ya kilimo zilikuwa 7.4 na 8.2, mtawalia. Kwa hivyo, chini ya biofilm ya P. aeruginosa, kutu ya asidi kikaboni haiwezekani kuwa sababu inayochangia kazi hii kutokana na pH ya juu kiasi katika kati ya wingi. pH ya kati ya udhibiti isiyo ya kibiolojia haikubadilika sana (kutoka 7.4 ya awali hadi 7.5 ya mwisho) wakati wa kipindi cha majaribio cha siku 14. Ongezeko la pH katika kati ya chanjo baada ya kuanguliwa lilitokana na shughuli ya kimetaboliki ya P. aeruginosa na iligundulika kuwa na athari sawa kwa pH bila kukosekana kwa vipande vya majaribio.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7, kina cha juu zaidi cha shimo kilichosababishwa na biofilm ya P. aeruginosa kilikuwa 0.69 μm, ambacho kilikuwa kikubwa zaidi kuliko kile cha kati ya abiotic (0.02 μm). Hii inaendana na data ya elektrokemikali iliyoelezwa hapo juu. Kina cha shimo cha 0.69 μm ni kidogo zaidi ya mara kumi kuliko thamani ya 9.5 μm iliyoripotiwa kwa 2205 DSS chini ya hali sawa. Data hizi zinaonyesha kuwa 2707 HDSS inaonyesha upinzani bora wa MIC ikilinganishwa na 2205 DSS. Hii haipaswi kushangaza, kwani 2707 HDSS ina kiwango cha juu cha chromium, ikitoa upitishaji wa kudumu kwa muda mrefu, kutokana na muundo wa awamu uliosawazishwa bila mvua za sekondari zenye madhara, na kuifanya iwe vigumu kwa P. aeruginosa kuondoa upitishaji na sehemu za kuanza kupatwa.
Kwa kumalizia, mashimo ya MIC yalipatikana kwenye uso wa 2707 HDSS katika mchuzi wa P. aeruginosa ikilinganishwa na mashimo madogo katika vyombo vya habari vya abiotic. Kazi hii inaonyesha kwamba 2707 HDSS ina upinzani bora wa MIC kuliko 2205 DSS, lakini haina kinga kamili kwa MIC kutokana na biofilm ya P. aeruginosa. Matokeo haya husaidia katika uteuzi wa vyuma vya pua vinavyofaa na makadirio ya maisha ya huduma kwa mazingira ya baharini.
Kuponi ya 2707 HDSS imetolewa na Shule ya Madini ya Chuo Kikuu cha Kaskazini-mashariki (NEU) huko Shenyang, Uchina. Muundo wa elementi wa 2707 HDSS umeonyeshwa katika Jedwali la 1, ambalo lilichambuliwa na Idara ya Uchambuzi na Upimaji wa Vifaa vya NEU. Sampuli zote zilitibiwa kwa myeyusho kwa 1180 °C kwa saa 1. Kabla ya upimaji wa kutu, 2707 HDSS yenye umbo la sarafu yenye eneo la juu la uso wa 1 cm2 ilisuguliwa hadi grit 2000 kwa karatasi ya silicon carbide na kusuguliwa zaidi kwa kusimamishwa kwa unga wa Al2O3 wa 0.05 μm. Pande na chini zinalindwa na rangi isiyo na rangi. Baada ya kukausha, sampuli zilioshwa kwa maji tasa yaliyosafishwa na kusuguliwa kwa ethanoli 75% (v/v) kwa saa 0.5. Kisha zikaushwa kwa hewa chini ya mwanga wa urujuanimno (UV) kwa saa 0.5 kabla ya matumizi.
Aina ya Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 ilinunuliwa kutoka Kituo cha Ukusanyaji wa Utamaduni wa Baharini cha Xiamen (MCCC), Uchina. Pseudomonas aeruginosa ilipandwa kwa kutumia aerobic kwa joto la 37°C katika chupa za mililita 250 na seli za glasi za kielektroniki za mililita 500 kwa kutumia njia ya kioevu ya Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Uchina). Kati (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 , peptoni 5.0, dondoo la chachu 1.0 na sitrati 0.1 ya feri. Igandishe kwenye 121°C kwa dakika 20 kabla ya kuchanjwa. Hesabu seli za sessile na planktoniki kwa kutumia hemocytomita chini ya darubini nyepesi kwa ukuzaji wa 400X. Mkusanyiko wa awali wa seli za planktoniki Pseudomonas aeruginosa mara tu baada ya kuchanjwa ulikuwa takriban seli 106/ml.
Vipimo vya kielektronikikemikali vilifanywa katika seli ya kioo ya kawaida yenye elektrodi tatu yenye ujazo wa wastani wa mililita 500. Karatasi ya platinamu na elektrodi ya kalomeli iliyojaa (SCE) viliunganishwa kwenye kinu kupitia kapilari za Luggin zilizojazwa madaraja ya chumvi, zikitumika kama elektrodi za kukabiliana na marejeleo, mtawalia. Ili kutengeneza elektrodi zinazofanya kazi, waya wa shaba uliofunikwa na mpira uliunganishwa kwenye kila sampuli na kufunikwa na epoxy, na kuacha takriban 1 cm2 ya eneo la uso lililo wazi la upande mmoja kwa elektrodi inayofanya kazi. Wakati wa vipimo vya kielektronikikemikali, sampuli ziliwekwa katika hali ya kati ya 2216E na kutunzwa kwa halijoto ya kuangua (37 °C) katika bafu ya maji. Data ya OCP, LPR, EIS na uwezekano wa polarizing dynamic ilipimwa kwa kutumia Autolab potentiostat (Rejeleo 600TM, Gamry Instruments, Inc., Marekani). Vipimo vya LPR vilirekodiwa kwa kiwango cha kuchanganua cha 0.125 mV s-1 katika kiwango cha -5 na 5 mV na Eocp na masafa ya sampuli ya 1 Hz. EIS ilifanywa kwa wimbi la sine katika kiwango cha masafa. 0.01 hadi 10,000 Hz kwa kutumia volteji iliyotumika ya 5 mV katika hali thabiti ya Eocp. Kabla ya kufagia kwa uwezo, elektrodi zilikuwa katika hali ya mzunguko wazi hadi thamani thabiti ya uwezo wa kutu isiyo na kutu ilifikiwa. Mikunjo ya polarization iliendeshwa kutoka -0.2 hadi 1.5 V dhidi ya Eocp kwa kiwango cha kuchanganua cha 0.166 mV/s. Kila jaribio lilirudiwa mara 3 na na bila P. aeruginosa.
Vielelezo vya uchambuzi wa metallografiki vilisuguliwa kwa kutumia karatasi ya SiC yenye mchanga wa grit 2000 na kisha kusuguliwa zaidi kwa kutumia unga wa Al2O3 wa 0.05 μm kwa ajili ya uchunguzi wa macho. Uchambuzi wa metallografiki ulifanywa kwa kutumia darubini ya macho. Vielelezo vilichongwa kwa kutumia myeyusho wa hidroksidi ya potasiamu ya 10% 43.
Baada ya kuanguliwa, sampuli zilioshwa mara 3 kwa kutumia suluhisho la fosfeti-buffered saline (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) na kisha zikawekwa na 2.5% (v/v) glutaraldehyde kwa saa 10 ili kurekebisha biofilms. Baadaye zilikaushwa na mfululizo uliowekwa alama (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% na 100% v/v) ya ethanoli kabla ya kukaushwa kwa hewa. Hatimaye, uso wa sampuli hunyunyiziwa filamu ya dhahabu ili kutoa upitishaji kwa uchunguzi wa SEM. Picha za SEM zililenga kwenye sehemu zenye seli za P. aeruginosa zilizochoka zaidi kwenye uso wa kila sampuli. Fanya uchambuzi wa EDS ili kupata vipengele vya kemikali. Darubini ya Zeiss Confocal Laser Scanning (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Ujerumani) ilitumika kupima kina cha shimo. Ili kuchunguza mashimo ya kutu chini ya biofilm, kipande cha jaribio kilisafishwa kwanza kulingana na Kiwango cha Kitaifa cha Kichina (CNS) GB/T4334.4-2000 ili kuondoa bidhaa za kutu na biofilm kwenye uso wa kipande cha majaribio.
Uchambuzi wa spektroskopia ya picha ya elektroni ya X (XPS, mfumo wa uchambuzi wa uso wa ESCALAB250, Thermo VG, Marekani) ulifanywa kwa kutumia chanzo cha eksirei ya monochromatic (mstari wa alumini Kα kwenye nishati ya eV 1500 na nguvu ya 150 W) katika kiwango kikubwa cha nishati ya kufunga 0 chini ya hali ya kawaida -1350 eV. Spektroskopia zenye ubora wa juu zilirekodiwa kwa kutumia nishati ya kupitisha eV 50 na ukubwa wa hatua ya eV 0.2.
Sampuli zilizowekwa kwenye incubation ziliondolewa na kuoshwa kwa upole na PBS (pH 7.4 ± 0.2) kwa sekunde 1545. Ili kuchunguza uwezo wa bakteria wa biofilms kwenye sampuli, biofilms zilitiwa rangi kwa kutumia Kitengo cha Ustawi wa Bakteria cha LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kitengo kina rangi mbili za fluorescent, rangi ya kijani kibichi ya SYTO-9 na rangi nyekundu ya fluorescent ya propidium iodide (PI). Chini ya CLSM, nukta zenye rangi ya kijani kibichi na nyekundu zinawakilisha seli hai na zilizokufa, mtawalia. Kwa ajili ya kuweka rangi, mchanganyiko wa 1 ml wenye 3 μl SYTO-9 na 3 μl PI myeyusho uliwekwa kwenye incubation kwa dakika 20 kwenye joto la kawaida (23 oC) gizani. Baadaye, sampuli zilizotiwa rangi zilizingatiwa kwa urefu wa mawimbi mawili (488 nm kwa seli hai na 559 nm kwa seli zilizokufa) kwa kutumia mashine ya Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japani). Unene wa biofilm ulipimwa katika Hali ya kuchanganua ya 3-D.
Jinsi ya kunukuu makala haya: Li, H. et al. Kutu kwa vijidudu vya chuma cha pua chenye duplex mbili cha 2707 super na Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Kuvunjika kwa kutu kwa chuma cha pua cha duplex cha LDX 2101 katika myeyusho wa kloridi mbele ya thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Athari ya matibabu ya joto ya suluhisho na nitrojeni katika gesi ya kinga kwenye upinzani wa kutu wa shimo la welds za chuma cha pua zenye duplex mbili.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Utafiti wa Kemikali wa Ulinganisho wa Utu wa Kutua kwa Vijidudu na Kielektroniki katika Chuma cha Pua cha 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Tabia ya kielektroniki ya chuma cha pua cha duplex 2205 katika myeyusho wa alkali wa pH tofauti mbele ya kloridi.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Athari za biofilms za baharini kwenye kutu: mapitio mafupi.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).