Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо аз браузери навшуда истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Зангзании микробҳо (MIC) дар бисёр соҳаҳо як мушкили ҷиддӣ аст, зеро он метавонад боиси талафоти бузурги иқтисодӣ гардад. Пӯлоди зангногири супердуплексии 2707 (2707 HDSS) дар муҳити баҳрӣ аз сабаби муқовимати аълои кимиёвии худ истифода шудааст. Аммо, муқовимати он ба MIC ба таври таҷрибавӣ нишон дода нашудааст. Дар ин таҳқиқот, рафтори MIC-и 2707 HDSS, ки аз ҷониби бактерияи аэробики баҳрӣ Pseudomonas aeruginosa ба вуҷуд омадааст, таҳқиқ карда шуд. Таҳлили электрохимиявӣ нишон дод, ки дар ҳузури биофилми Pseudomonas aeruginosa дар муҳити 2216E, тағйироти мусбат дар потенсиали зангзанӣ ва афзоиши зичии ҷараёни зангзанӣ ба амал омадааст. Таҳлили спектроскопияи фотоэлектронӣ (XPS) коҳиши миқдори Cr-ро дар сатҳи намуна дар зери биофилм нишон дод. Таҳлили тасвирии чоҳҳо нишон дод, ки биофилми P. aeruginosa дар давоми 14 рӯзи инкубатсия чуқурии максималии чоҳро 0,69 мкм ба вуҷуд овард. Гарчанде ки ин хурд аст, он нишон медиҳад, ки 2707 HDSS пурра аз ... эмин нест. MIC-и биофилмҳои P. aeruginosa.
Пӯлодҳои зангногири дуплексӣ (DSS) дар соҳаҳои гуногун барои омезиши беҳтарини хосиятҳои аълои механикӣ ва муқовимати зангзанӣ ба таври васеъ истифода мешаванд1,2. Аммо, пайдоиши маҳаллии чуқурӣ то ҳол рух медиҳад ва ин ба якпорчагии ин пӯлод таъсир мерасонад3,4.DSS ба зангзании микробӣ (MIC) тобовар нест5,6. Сарфи назар аз доираи васеи татбиқи DSS, то ҳол муҳитҳое мавҷуданд, ки дар онҳо муқовимати зангзании DSS барои истифодаи дарозмуддат кофӣ нест. Ин маънои онро дорад, ки маводҳои гаронтар бо муқовимати зангзании баландтар лозиманд. Jeon et al7 муайян карданд, ки ҳатто пӯлодҳои зангногири супердуплексӣ (SDSS) аз ҷиҳати муқовимати зангзанӣ баъзе маҳдудиятҳо доранд. Аз ин рӯ, дар баъзе татбиқҳо пӯлодҳои зангногири супердуплексӣ (HDSS) бо муқовимати зангзании баландтар талаб карда мешаванд. Ин боиси таҳияи HDSS-и хеле хӯладор гардид.
Муқовимати зангзании DSS аз таносуби фазаҳои алфа ва гамма ва минтақаҳои камшудаи Cr, Mo ва W 8, 9, 10 дар паҳлӯи фазаи дуюм вобаста аст. HDSS дорои миқдори зиёди Cr, Mo ва N11 мебошад, аз ин рӯ он дорои муқовимати аълои зангзанӣ ва арзиши баланди (45-50) Рақами эквиваленти муқовимати сӯрохкунӣ (PREN) мебошад, ки бо вазн% Cr + 3.3 (вазн% Mo + 0.5 вазн% W) + 16 вазн% N12 муайян карда мешавад. Муқовимати аълои зангзании он ба таркиби мутавозин, ки тақрибан 50% фазаҳои феррит (α) ва 50% аустенит (γ) дорад, такя мекунад, HDSS хосиятҳои механикии беҳтар ва муқовимати баландтар нисбат ба DSS13 анъанавӣ дорад. Хусусиятҳои зангзании хлорид. Муқовимати беҳтари зангзанӣ истифодаи HDSS-ро дар муҳитҳои хлориди зангзананда, ба монанди муҳитҳои баҳрӣ, васеъ мекунад.
MICҳо дар бисёр соҳаҳо, аз қабили нафт ва газ ва иншооти обтаъминкунӣ, мушкилоти асосӣ мебошанд14. MIC 20% тамоми зарари зангзаниро ташкил медиҳад15. MIC зангзании биоэлектрохимиявӣ аст, ки дар бисёр муҳитҳо мушоҳида мешавад. Биоплёнкаҳое, ки дар сатҳҳои металлӣ пайдо мешаванд, шароити электрохимиявиро тағйир медиҳанд ва бо ин васила ба раванди зангзанӣ таъсир мерасонанд. Ба таври васеъ боварӣ доранд, ки зангзании MIC аз ҷониби биоплёнкаҳо ба вуҷуд меояд. Микроорганизмҳои электрогенӣ металлҳоро занг мезананд, то энергияи устуворро барои зинда мондан ба даст оранд17. Тадқиқоти ахири MIC нишон доданд, ки EET (интиқоли электронҳои берун аз ҳуҷайра) омили маҳдудкунандаи суръат дар MIC мебошад, ки аз ҷониби микроорганизмҳои электрогенӣ ба вуҷуд омадааст. Чжан ва дигарон 18 нишон доданд, ки миёнаравҳои электрон интиқоли электронро байни ҳуҷайраҳои Desulfovibrio sessificans ва пӯлоди зангногири 304 суръат мебахшанд, ки боиси ҳамлаи шадидтари MIC мегардад. Эннинг ва дигарон 19 ва Вензлафф ва дигарон 20 нишон доданд, ки биоплёнкаҳои бактерияҳои зангзанандаи сулфаттаъминкунанда (SRB) метавонанд электронҳоро мустақиман аз субстратҳои металлӣ ҷаббида гиранд, ки боиси зангзании шадиди сӯрохшавӣ мегардад.
Маълум аст, ки DSS дар муҳитҳое, ки дорои SRB, бактерияҳои камкунандаи оҳан (IRB) ва ғайра мебошанд, ба MIC ҳассос аст. 21 Ин бактерияҳо боиси пайдоиши чуқуриҳои маҳаллӣ дар сатҳи DSS дар зери биоплёнкаҳо мешаванд. 22, 23. Бар хилофи DSS, MIC-и HDSS24 кам маълум аст.
Pseudomonas aeruginosa як бактерияи грам-манфии ҳаракаткунанда дар шакли асо аст, ки дар табиат ба таври васеъ паҳн шудааст25. Pseudomonas aeruginosa инчунин як гурӯҳи асосии микробҳо дар муҳити баҳрӣ буда, боиси MIC ба пӯлод мегардад. Pseudomonas дар равандҳои зангзанӣ иштироки зич дорад ва ҳамчун колонизатори пешрав ҳангоми ташаккули биоплёнка эътироф шудааст. Маҳат ва дигарон 28 ва Юан ва дигарон 29 нишон доданд, ки Pseudomonas aeruginosa майли зиёд кардани суръати зангзании пӯлод ва хӯлаҳои нарм дар муҳити обӣ дорад.
Ҳадафи асосии ин кор омӯзиши хосиятҳои MIC-и 2707 HDSS буд, ки аз ҷониби бактерияи аэробики баҳрӣ Pseudomonas aeruginosa бо истифода аз усулҳои электрохимиявӣ, усулҳои таҳлили сатҳӣ ва таҳлили маҳсулоти зангзанӣ ба вуҷуд омадаанд. Барои омӯзиши рафтори MIC-и 2707 HDSS таҳқиқоти электрохимиявӣ, аз ҷумла потенсиали занҷири кушода (OCP), муқовимати поляризатсияи хаттӣ (LPR), спектроскопияи импеданси электрохимиявӣ (EIS) ва поляризатсияи динамикии потенсиал анҷом дода шуданд. Таҳлили спектрометри парокандаи энергия (EDS) барои ёфтани унсурҳои кимиёвӣ дар сатҳи зангзада анҷом дода шуд. Илова бар ин, таҳлили спектроскопияи фотоэлектронии рентгенӣ (XPS) барои муайян кардани устувории пассиватсияи плёнкаи оксидӣ таҳти таъсири муҳити баҳрӣ, ки дорои Pseudomonas aeruginosa мебошад, истифода шуд. Чуқурии чоҳ таҳти микроскопи сканерии лазерии конфокалӣ (CLSM) чен карда шуд.
Дар Ҷадвали 1 таркиби кимиёвии 2707 HDSS номбар шудааст. Дар Ҷадвали 2 нишон дода шудааст, ки 2707 HDSS дорои хосиятҳои аълои механикӣ бо қувваи афзоянда 650 МПа мебошад. Дар Расми 1 сохтори оптикии маҳлули 2707 HDSS, ки бо гармӣ коркард шудааст, нишон дода шудааст. Дар сохтори микросохтор, ки тақрибан 50% фазаҳои аустенит ва 50% ферритро дар бар мегирад, тасмаҳои дарозшудаи фазаҳои аустенит ва феррит бе фазаҳои дуюмдараҷа дида мешаванд.
Расми 2a потенсиали занҷири кушода (Eocp) дар муқоиса бо маълумоти вақти таъсир барои 2707 HDSS дар муҳити абиотикии 2216E ва шўрбои P. aeruginosa барои 14 рӯз дар ҳарорати 37 °C нишон медиҳад. Он нишон медиҳад, ки тағйироти бузургтарин ва назаррас дар Eocp дар давоми 24 соати аввал ба амал меояд. Арзишҳои Eocp дар ҳарду ҳолат тақрибан дар 16 соат ба -145 мВ (нисбат ба SCE) расида, сипас якбора коҳиш ёфтанд ва мутаносибан барои намунаи абиотикӣ ва P ба -477 мВ (нисбат ба SCE) ва -236 мВ (нисбат ба SCE) расиданд. Купонҳои Pseudomonas aeruginosa мутаносибан. Пас аз 24 соат, арзиши Eocp-и 2707 HDSS барои P. aeruginosa дар -228 мВ (нисбат ба SCE) нисбатан устувор буд, дар ҳоле ки арзиши мувофиқ барои намунаҳои ғайрибиологӣ тақрибан -442 мВ (нисбат ба SCE) буд. Eocp дар ҳузури P. aeruginosa хеле паст буд.
Санҷиши электрохимиявии 2707 намунаи HDSS дар муҳити абиотикӣ ва шўрбои Pseudomonas aeruginosa дар ҳарорати 37 °C:
(а) Eocp ҳамчун функсияи вақти таъсир, (б) каҷхатҳои поляризатсия дар рӯзи 14, (в) Rp ҳамчун функсияи вақти таъсир ва (г) icorr ҳамчун функсияи вақти таъсир.
Дар Ҷадвали 3 арзишҳои параметрҳои зангзании электрохимиявии 2707 намунаи HDSS, ки ба муҳити абиотикӣ ва муҳити Pseudomonas aeruginosa барои 14 рӯз дучор шудаанд, номбар шудаанд. Тангенсҳои каҷхатҳои анодӣ ва катодӣ барои расидан ба буришҳо экстраполятсия карда шуданд, ки мувофиқи усулҳои стандартӣ зичии ҷараёни зангзанӣ (icorr), потенсиали зангзанӣ (Ecorr) ва нишебиҳои Тафел (βα ва βc)-ро ба даст оварданд30,31.
Тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, тағйирёбии болоравии хати каҷи P. aeruginosa боиси афзоиши Ecorr дар муқоиса бо хати абиотикӣ гардид. Арзиши icorr, ки ба суръати зангзанӣ мутаносиб аст, дар намунаи Pseudomonas aeruginosa то 0,328 μA см-2 афзоиш ёфт, ки чор маротиба аз намунаи ғайрибиологӣ (0,087 μA см-2) зиёдтар аст.
LPR як усули классикии электрохимиявии ғайривайронкунанда барои таҳлили босуръати зангзанӣ мебошад. Он инчунин барои омӯзиши MIC32 истифода шудааст. Расми 2c муқовимати поляризатсия (Rp)-ро ҳамчун функсияи вақти таъсир нишон медиҳад. Арзиши баландтари Rp маънои камтар шудани зангзаниро дорад. Дар давоми 24 соати аввал, Rp-и 2707 HDSS барои намунаҳои абиотикӣ ба арзиши максималии 1955 кΩ см2 ва барои намунаҳои Pseudomonas aeruginosa ба 1429 кΩ см2 расид. Расми 2c инчунин нишон медиҳад, ки арзиши Rp пас аз як рӯз зуд коҳиш ёфт ва сипас дар 13 рӯзи оянда нисбатан бетағйир монд. Арзиши Rp-и намунаи Pseudomonas aeruginosa тақрибан 40 кΩ см2 аст, ки аз арзиши 450 кΩ см2 намунаи ғайрибиологӣ хеле пасттар аст.
Арзиши icorr ба суръати якхелаи зангзанӣ мутаносиб аст. Арзиши онро аз муодилаи зерини Стерн-Гири ҳисоб кардан мумкин аст:
Пас аз Зоу ва ҳамкорон 33, арзиши маъмулии нишебии Тафел B дар ин кор 26 мВ/дек тахмин зада шуд. Расми 2d нишон медиҳад, ки icorr намунаи 2707-и ғайрибиологӣ нисбатан устувор боқӣ монд, дар ҳоле ки намунаи P. aeruginosa пас аз 24 соати аввал хеле тағйир ёфт. Арзишҳои icorr намунаҳои P. aeruginosa нисбат ба назорати ғайрибиологӣ як тартиби бузургтар буданд. Ин тамоюл бо натиҷаҳои муқовимати поляризатсия мувофиқ аст.
EIS як усули дигари ғайривайронкунанда аст, ки барои тавсифи реаксияҳои электрохимиявӣ дар сатҳҳои зангзанӣ истифода мешавад. Спектрҳои импеданс ва арзишҳои ҳисобшудаи иқтидори намунаҳое, ки ба муҳити абиотикӣ ва маҳлули Pseudomonas aeruginosa дучор шудаанд, муқовимати Rb-и плёнка/биоплёни ғайрифаъол, ки дар сатҳи намуна ташаккул ёфтааст, муқовимати интиқоли заряди Rct, иқтидори дуқабатаи электрикии Cdl (EDL) ва параметрҳои унсури фазаи доимии QCPE (CPE). Ин параметрҳо минбаъд бо мувофиқ кардани маълумот бо истифода аз модели схемаи эквивалентӣ (EEC) таҳлил карда шуданд.
Дар расми 3 графикҳои маъмулии Найквист (а ва б) ва графикҳои Боде (а' ва б')-и 2707 намунаи HDSS дар муҳити абиотикӣ ва шўрбои P. aeruginosa барои вақтҳои гуногуни инкубатсия нишон дода шудаанд. Диаметри ҳалқаи Найквист дар ҳузури Pseudomonas aeruginosa кам мешавад. Нақшаи Боде (расми 3b') афзоиши бузургии импеданси умумиро нишон медиҳад. Маълумот дар бораи доимии вақти релаксатсияро метавон бо максимумҳои фаза пешниҳод кард. Дар расми 4 сохторҳои физикии асоси якқабата (а) ва дуқабата (б) ва EEC-ҳои мувофиқи онҳо нишон дода шудаанд. CPE ба модели EEC ворид карда шудааст. Вуруд ва импеданси он чунин ифода карда мешаванд:
Ду модели физикӣ ва схемаҳои муодили мувофиқ барои мувофиқ кардани спектри импеданси намунаи 2707 HDSS:
ки дар он Y0 бузургии CPE, j адади хаёлӣ ё (-1)1/2, ω басомади кунҷӣ ва n индекси қувваи CPE аст, ки аз unity35 камтар аст. Баръакси муқовимати интиқоли заряд (яъне 1/Rct) ба суръати зангзанӣ мувофиқат мекунад. Rct хурдтар маънои суръати зангзании тезтарро дорад27. Пас аз 14 рӯзи инкубатсия, Rct-и намунаҳои Pseudomonas aeruginosa ба 32 кΩ см2 расид, ки аз 489 кΩ см2 намунаҳои ғайрибиологӣ хеле хурдтар аст (Ҷадвали 4).
Тасвирҳои CLSM ва SEM дар расми 5 ба таври возеҳ нишон медиҳанд, ки пӯшиши биофилм дар сатҳи намунаи 2707 HDSS пас аз 7 рӯз зич аст. Аммо, пас аз 14 рӯз, пӯшиши биофилм кам буд ва баъзе ҳуҷайраҳои мурда пайдо шуданд. Ҷадвали 5 ғафсии биофилмро дар намунаҳои 2707 HDSS пас аз дучор шудан ба P. aeruginosa барои 7 ва 14 рӯз нишон медиҳад. Ғафсии максималии биофилм аз 23,4 мкм пас аз 7 рӯз то 18,9 мкм пас аз 14 рӯз тағйир ёфт. Ғафсии миёнаи биофилм низ ин тамоюлро тасдиқ кард. Он аз 22,2 ± 0,7 мкм пас аз 7 рӯз то 17,8 ± 1,0 мкм пас аз 14 рӯз коҳиш ёфт.
(a) Тасвири 3-ченака CLSM пас аз 7 рӯз, (b) Тасвири 3-ченака CLSM пас аз 14 рӯз, (c) Тасвири SEM пас аз 7 рӯз ва (d) Тасвири SEM пас аз 14 рӯз.
EDS унсурҳои кимиёвиро дар намунаҳое, ки ба P. aeruginosa барои 14 рӯз дучор шудаанд, дар биофилмҳо ва маҳсулоти зангзанӣ ошкор кард. Расми 6 нишон медиҳад, ки миқдори C, N, O ва P дар биофилмҳо ва маҳсулоти зангзанӣ нисбат ба металлҳои луч хеле баландтар аст, зеро ин унсурҳо бо биофилмҳо ва метаболитҳои онҳо алоқаманданд. Микробҳо танҳо ба миқдори ками хром ва оҳан ниёз доранд. Сатҳи баланди Cr ва Fe дар биофилм ва маҳсулоти зангзанӣ дар сатҳи намунаҳо нишон медиҳад, ки матритсаи металлӣ аз сабаби зангзанӣ унсурҳоро гум кардааст.
Пас аз 14 рӯз, дар муҳити 2216E пайдоиши чоҳ бо ва бе P. aeruginosa мушоҳида шуд. Пеш аз инкубатсия, сатҳи намуна ҳамвор ва бе нуқсон буд (Расми 7a). Пас аз инкубатсия ва хориҷ кардани биофилм ва маҳсулоти зангзанӣ, чуқуртарин чоҳҳо дар сатҳи намунаҳо таҳти CLSM тафтиш карда шуданд, чунон ки дар расми 7b ва c нишон дода шудааст. Дар сатҳи намунаҳои назоратии ғайрибиологӣ ягон чоҳҳои намоён пайдо нашуданд (умқи ҳадди аксари чоҳ 0,02 мкм). Чуқурии ҳадди аксари чоҳе, ки аз ҷониби Pseudomonas aeruginosa ба вуҷуд омадааст, пас аз 7 рӯз 0,52 мкм ва пас аз 14 рӯз 0,69 мкм буд, ки дар асоси умқи миёнаи ҳадди аксари чоҳҳои 3 намуна (10 арзиши ҳадди аксари чуқурии чоҳ барои ҳар як намуна интихоб карда шуданд) мутаносибан ба 0,42 ± 0,12 мкм ва 0,52 ± 0,15 мкм расид (Ҷадвали 5). Ин арзишҳои умқи чоҳ хурд, вале муҳиманд.
(а) Пеш аз таъсир, (б) 14 рӯз дар муҳити абиотикӣ ва (в) 14 рӯз дар шўрбои Pseudomonas aeruginosa.
Расми 8 спектрҳои XPS-и сатҳҳои гуногуни намунаро нишон медиҳад ва таркиби кимиёвии таҳлилшуда барои ҳар як сатҳ дар Ҷадвали 6 ҷамъбаст шудааст. Дар Ҷадвали 6, фоизи атомии Fe ва Cr дар ҳузури P. aeruginosa (намунаҳои A ва B) нисбат ба намунаҳои назоратии ғайрибиологӣ (намунаҳои C ва D) хеле пасттар буданд. Барои намунаи P. aeruginosa, каҷи спектрии сатҳи аслии Cr 2p ба чор ҷузъи қулла бо арзишҳои энергияи пайвастшавӣ (BE) 574.4, 576.6, 578.3 ва 586.8 eV мувофиқ карда шуд, ки онҳоро мутаносибан ба Cr, Cr2O3, CrO3 ва Cr(OH)3 нисбат додан мумкин аст (Расми 9a ва b). Барои намунаҳои ғайрибиологӣ, спектри сатҳи аслии Cr 2p дорои ду қуллаи асосӣ барои Cr (573.80 eV барои BE) ва Cr2O3 (575.90 eV барои BE) дар расми 3 мебошад. мутаносибан 9c ва d. Фарқияти назаррастарин байни намунаҳои абиотикӣ ва P. aeruginosa мавҷудияти Cr6+ ва қисми нисбии баландтари Cr(OH)3 (BE аз 586.8 eV) дар зери биофилм буд.
Спектрҳои васеи XPS-и сатҳи намунаи 2707 HDSS дар ду муҳит мутаносибан 7 рӯз ва 14 рӯзро ташкил медиҳанд.
(а) 7 рӯзи таъсири P. aeruginosa, (б) 14 рӯзи таъсири P. aeruginosa, (в) 7 рӯз дар муҳити абиотикӣ ва (г) 14 рӯз дар муҳити абиотикӣ.
HDSS дар аксари муҳитҳо сатҳи баланди муқовимат ба зангзаниро нишон медиҳад. Ким ва ҳамкорон 2 гузориш доданд, ки UNS S32707 HDSS ҳамчун DSS-и хеле хӯладор бо PREN зиёда аз 45 муайян карда шудааст. Арзиши PREN-и намунаи 2707 HDSS дар ин кор 49 буд. Ин аз сабаби миқдори зиёди хром ва сатҳи баланди молибден ва Ni мебошад, ки дар муҳитҳои туршӣ ва хлориди баланд муфиданд. Илова бар ин, таркиби хуб мутавозин ва микросохтори бе нуқсон барои устувории сохторӣ ва муқовимат ба зангзанӣ муфид аст. Аммо, сарфи назар аз муқовимати аълои химиявии он, маълумоти таҷрибавӣ дар ин кор нишон медиҳанд, ки 2707 HDSS аз MIC-и биофилмҳои P. aeruginosa комилан эмин нест.
Натиҷаҳои электрохимиявӣ нишон доданд, ки суръати зангзании 2707 HDSS дар шўрбои P. aeruginosa пас аз 14 рӯз дар муқоиса бо муҳити ғайрибиологӣ ба таври назаррас афзоиш ёфтааст. Дар расми 2a, дар давоми 24 соати аввал коҳиши Eocp ҳам дар муҳити абиотикӣ ва ҳам дар шўрбои P. aeruginosa мушоҳида шудааст. Баъд аз ин, биофилм сатҳи намунаро пӯшонидааст ва Eocp нисбатан устувор мешавад36. Бо вуҷуди ин, сатҳи Eocp биологӣ нисбат ба Eocp ғайрибиологӣ хеле баландтар буд. Сабаб вуҷуд дорад, ки бовар кунем, ки ин фарқият аз пайдоиши биофилми P. aeruginosa вобаста аст. Дар расми 2d, дар ҳузури P. aeruginosa, арзиши icorr 2707 HDSS ба 0.627 μA см-2 расид, ки нисбат ба назорати абиотикӣ (0.063 μA см-2) як дараҷа баландтар буд, ки бо арзиши Rct, ки аз ҷониби EIS чен карда шудааст, мувофиқ буд. Дар тӯли чанд рӯзи аввал, арзишҳои импеданс дар P. шўрбои aeruginosa аз сабаби пайвастшавии ҳуҷайраҳои P. aeruginosa ва ташаккули биофилмҳо афзоиш ёфт. Аммо, вақте ки биофилм сатҳи намунаро пурра мепӯшонад, импеданс коҳиш меёбад. Аввалан қабати муҳофизатӣ аз сабаби пайдоиши биофилмҳо ва метаболитҳои биофилм ҳамла мекунад. Аз ин рӯ, муқовимати зангзанӣ бо мурури замон коҳиш ёфт ва пайвастшавии P. aeruginosa боиси зангзании маҳаллӣ гардид. Тамоюлҳо дар муҳити абиотикӣ гуногун буданд. Муқовимати зангзании назорати ғайрибиологӣ аз арзиши мувофиқи намунаҳое, ки ба шўрбои P. aeruginosa дучор шудаанд, хеле баландтар буд. Ғайр аз ин, барои намунаҳои абиотикӣ, арзиши Rct-и 2707 HDSS дар рӯзи 14 ба 489 кΩ см2 расид, ки 15 маротиба аз арзиши Rct (32 кΩ см2) дар ҳузури P. aeruginosa буд. Аз ин рӯ, 2707 HDSS дар муҳити стерилизатсияшуда муқовимати аълои зангзанӣ дорад, аммо ба ҳамлаи MIC аз ҷониби биофилмҳои P. aeruginosa тобовар нест.
Ин натиҷаҳоро инчунин аз каҷхатҳои поляризатсия дар расми 2b мушоҳида кардан мумкин аст. Шохабандии анодӣ ба ташаккули биофилми Pseudomonas aeruginosa ва реаксияҳои оксидшавии металл нисбат дода шуд. Дар айни замон, реаксияи катодӣ коҳиши оксиген аст. Мавҷудияти P. aeruginosa зичии ҷараёни зангзаниро ба таври назаррас афзоиш дод, ки тақрибан як тартиби бузургтар аз назорати абиотикӣ мебошад. Ин нишон медиҳад, ки биофилми P. aeruginosa зангзании маҳаллии 2707 HDSS-ро афзоиш медиҳад. Юан ва ҳамкорон муайян карданд, ки зичии ҷараёни зангзании хӯлаи 70/30 Cu-Ni дар зери таъсири биофилми P. aeruginosa афзоиш ёфтааст. Ин метавонад аз сабаби биокатализии коҳиши оксиген аз ҷониби биофилмҳои Pseudomonas aeruginosa бошад. Ин мушоҳида инчунин метавонад MIC-и 2707 HDSS-ро дар ин кор шарҳ диҳад. Биоплёнкаҳои аэробӣ инчунин метавонанд дар зери онҳо оксигени камтар дошта бошанд. Аз ин рӯ, нокомӣ дар аз нав пассив кардани сатҳи металл бо оксиген метавонад омили мусоидаткунанда ба MIC дар ин кор бошад.
Дикинсон ва ҳамкоронаш 38 пешниҳод карданд, ки суръати реаксияҳои кимиёвӣ ва электрохимиявӣ метавонанд мустақиман аз фаъолияти метаболикии бактерияҳои нишаста дар сатҳи намуна ва хусусияти маҳсулоти зангзанӣ таъсир расонанд. Тавре ки дар расми 5 ва ҷадвали 5 нишон дода шудааст, ҳам шумораи ҳуҷайраҳо ва ҳам ғафсии биоплёнка пас аз 14 рӯз коҳиш ёфтанд. Инро метавон бо роҳи оқилона шарҳ дод, ки пас аз 14 рӯз аксари ҳуҷайраҳои нишаста дар сатҳи 2707 HDSS аз сабаби кам шудани маводи ғизоӣ дар муҳити 2216E ё хориҷ шудани ионҳои металлии заҳролуд аз матритсаи 2707 HDSS мурданд. Ин маҳдудияти таҷрибаҳои партиявӣ аст.
Дар ин кор, биофилми P. aeruginosa коҳиши маҳаллии Cr ва Fe-ро дар зери биофилм дар сатҳи 2707 HDSS мусоидат кард (Расми 6). Дар Ҷадвали 6, коҳиши Fe ва Cr дар намунаи D дар муқоиса бо намунаи C нишон медиҳад, ки Fe ва Cr-и ҳалшуда, ки аз ҷониби биофилми P. aeruginosa ба вуҷуд омадаанд, пас аз 7 рӯзи аввал боқӣ мондаанд. Муҳити 2216E барои тақлид кардани муҳити баҳрӣ истифода мешавад. Он дорои 17700 ppm Cl- мебошад, ки бо он чизе, ки дар оби баҳри табиӣ мавҷуд аст, қобили муқоиса аст. Мавҷудияти 17700 ppm Cl- сабаби асосии коҳиши Cr дар намунаҳои абиотикии 7 ва 14-рӯза буд, ки аз ҷониби XPS таҳлил карда шудаанд. Дар муқоиса бо намунаҳои P. aeruginosa, парокандашавии Cr дар намунаҳои абиотикӣ аз сабаби муқовимати қавии Cl−-и 2707 HDSS дар муҳитҳои абиотикӣ хеле камтар буд. Расми 9 мавҷудияти Cr6+-ро дар плёнкаи пассиватсия нишон медиҳад. Он метавонад дар хориҷ кардани... Cr аз сатҳҳои пӯлод тавассути биофилмҳои P. aeruginosa, чунон ки Чен ва Клейтон пешниҳод кардаанд.
Аз сабаби афзоиши бактерияҳо, арзишҳои рН-и муҳити зист пеш аз ва баъд аз кишт мутаносибан 7,4 ва 8,2 буданд. Аз ин рӯ, дар зери биофилми P. aeruginosa, зангзании кислотаи органикӣ эҳтимолан омили мусоидаткунанда ба ин кор набошад, зеро рН-и нисбатан баланд дар муҳити оммавӣ аст. РН-и муҳити назоратии ғайрибиологӣ дар давраи озмоишии 14-рӯза ба таври назаррас тағйир наёфт (аз 7,4 ибтидоӣ то 7,5 ниҳоӣ). Афзоиши рН дар муҳити эмгузаронӣ пас аз инкубатсия аз сабаби фаъолияти метаболикии P. aeruginosa буд ва муайян карда шуд, ки дар сурати набудани тасмаҳои санҷишӣ ба рН ҳамон таъсир мерасонад.
Тавре ки дар расми 7 нишон дода шудааст, чуқурии максималии чоҳе, ки аз ҷониби биофилми P. aeruginosa ба вуҷуд омадааст, 0,69 мкм буд, ки нисбат ба муҳити абиотикӣ (0,02 мкм) хеле калонтар буд. Ин бо маълумоти электрохимиявии дар боло тавсифшуда мувофиқ аст. Чуқурии чоҳ 0,69 мкм аз арзиши 9,5 мкм, ки барои DSS 2205 дар ҳамон шароит гузориш шудааст, беш аз даҳ маротиба хурдтар аст. Ин маълумотҳо нишон медиҳанд, ки 2707 HDSS дар муқоиса бо 2205 DSS муқовимати беҳтари MIC-ро нишон медиҳад. Ин набояд ҳайратовар бошад, зеро 2707 HDSS дорои миқдори баланди хром аст, ки пассиватсияи дарозмуддатро таъмин мекунад, ки ин ба шарофати сохтори мутавозини фаза бидуни боришоти дуюмдараҷаи зараровар аст, ки барои P. aeruginosa депассиватсия ва оғози гирифтани нуқтаҳои офтобро душвортар мекунад.
Хулоса, дар сатҳи 2707 HDSS дар шўрбои P. aeruginosa дар муқоиса бо пайдоиши ночизи чоҳҳо дар муҳити абиотикӣ, пайдоиши чоҳҳои MIC мушоҳида шуд. Ин кор нишон медиҳад, ки 2707 HDSS нисбат ба 2205 DSS муқовимати беҳтари MIC дорад, аммо он аз сабаби биофилми P. aeruginosa пурра аз MIC эмин нест. Ин бозёфтҳо дар интихоби пӯлодҳои зангногири мувофиқ ва мӯҳлати тахминии хизматрасонӣ барои муҳити баҳрӣ кӯмак мекунанд.
Купони 2707 HDSS аз ҷониби Мактаби металлургияи Донишгоҳи Шимолу Шарқӣ (NEU) дар Шенян, Чин пешниҳод шудааст. Таркиби элементии 2707 HDSS дар Ҷадвали 1 нишон дода шудааст, ки аз ҷониби Департаменти таҳлил ва санҷиши маводҳои NEU таҳлил шудааст. Ҳамаи намунаҳо дар ҳарорати 1180 °C барои 1 соат бо маҳлул коркард карда шуданд. Пеш аз санҷиши зангзанӣ, 2707 HDSS-и тангашакл бо масоҳати болоии кушодаи 1 см2 то 2000 ғафсӣ бо коғази карбиди силикон сайқал дода шуд ва минбаъд бо суспензияи хокаи Al2O3 бо ҳаҷми 0,05 мкм сайқал дода шуд. Тарафҳо ва поён бо ранги инертӣ муҳофизат карда шуданд. Пас аз хушккунӣ, намунаҳо бо оби деионизатсияшудаи стерилизатсияшуда шуста шуданд ва бо этаноли 75% (v/v) барои 0,5 соат стерилизатсия карда шуданд. Сипас онҳо пеш аз истифода дар ҳаво 0,5 соат дар зери нури ултрабунафш (UV) хушк карда шуданд.
Штамми Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 аз Маркази ҷамъоварии фарҳанги баҳрии Сямэн (MCCC), Чин харидорӣ карда шуд. Pseudomonas aeruginosa бо усули аэробӣ дар ҳарорати 37°C дар колбаҳои 250 мл ва ҳуҷайраҳои шишагии электрохимиявии 500 мл бо истифода аз муҳити моеъи Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Чин) парвариш карда шуд. Муҳити зист (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 экстракти хамиртуруш ва 0.1 цитрати оҳан. Пеш аз эмгузаронӣ дар ҳарорати 121°C барои 20 дақиқа автоклав кунед. Ҳуҷайраҳои нишаста ва планктониро бо истифода аз гемоцитометр дар зери микроскопи рӯшноӣ бо бузургии 400X ҳисоб кунед. Консентратсияи ибтидоии ҳуҷайраҳои планктонии Pseudomonas aeruginosa фавран пас аз эмгузаронӣ тақрибан 106 ҳуҷайра/мл буд.
Санҷишҳои электрохимиявӣ дар як ҳуҷайраи шишагии сеэлектродии классикӣ бо ҳаҷми миёнаи 500 мл гузаронида шуданд. Як варақи платина ва электроди каломелии сершуда (SCE) тавассути капиллярҳои Луггин, ки бо пулҳои намак пур карда шуда буданд, ба реактор пайваст карда шуданд, ки мутаносибан ҳамчун электродҳои муқобил ва истинодӣ хизмат мекарданд. Барои сохтани электродҳои корӣ, ба ҳар як намуна сими мисии бо резин пӯшонидашуда пайваст карда шуда, бо эпоксидӣ пӯшонида шуд ва тақрибан 1 см2 масоҳати яктарафаи кушода барои электроди корӣ боқӣ монд. Ҳангоми андозагирии электрохимиявӣ, намунаҳо дар муҳити 2216E ҷойгир карда шуданд ва дар ҳарорати доимии инкубатсия (37 °C) дар ваннаи обӣ нигоҳ дошта шуданд. OCP, LPR, EIS ва маълумоти поляризатсияи динамикии потенсиалӣ бо истифода аз потенсиостати Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) чен карда шуданд. Санҷишҳои LPR бо суръати сканкунии 0.125 мВ s-1 дар диапазони -5 ва 5 мВ бо Eocp ва басомади намунагирии 1 Гц сабт карда шуданд. EIS бо мавҷи синусӣ дар диапазони басомад анҷом дода шуд. 0.01 то 10,000 Гц бо истифода аз шиддати татбиқшудаи 5 мВ дар Eocp ҳолати устувор. Пеш аз тозакунии потенсиал, электродҳо то расидан ба арзиши устувори потенсиали зангзании озод дар ҳолати кушода буданд. Сипас каҷхатҳои поляризатсия аз -0.2 то 1.5 В дар муқоиса бо Eocp бо суръати сканкунии 0.166 мВ/с иҷро карда шуданд. Ҳар як санҷиш 3 маротиба бо ва бе P. aeruginosa такрор карда шуд.
Намунаҳо барои таҳлили металлографӣ бо коғази тар бо 2000 ғафсии SiC ба таври механикӣ сайқал дода шуданд ва сипас бо суспензияи хокаи 0,05 мкм Al2O3 барои мушоҳидаи оптикӣ сайқал дода шуданд. Таҳлили металлографӣ бо истифода аз микроскопи оптикӣ анҷом дода шуд. Намунаҳо бо маҳлули 10% гидроксиди калий 43 кандакорӣ карда шуданд.
Пас аз инкубатсия, намунаҳо 3 маротиба бо маҳлули фосфати шӯр (PBS) (рН 7.4 ± 0.2) шуста шуданд ва сипас бо 2.5% (v/v) глутаральдегид барои 10 соат фиксатсия карда шуданд, то биофилмҳоро мустаҳкам кунанд. Сипас, он пеш аз хушк кардани ҳаво бо як силсилаи дараҷабандишуда (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ва 100% v/v) этанол хушк карда шуд. Дар ниҳоят, сатҳи намуна бо плёнкаи тиллоӣ пошида мешавад, то гузаронандагии мушоҳидаи SEM таъмин карда шавад. Тасвирҳои SEM ба нуқтаҳое равона карда шуданд, ки дар сатҳи ҳар як намуна ҳуҷайраҳои P. aeruginosa аз ҳама бештар суст ҷойгир буданд. Барои ёфтани унсурҳои кимиёвӣ таҳлили EDS анҷом диҳед. Барои чен кардани чуқурии чоҳ аз микроскопи сканерии лазерии конфокалии Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Олмон) истифода шуд. Барои мушоҳида кардани чоҳҳои зангзанӣ дар зери биофилм, аввал пораи озмоишӣ мувофиқи қоидаҳои миллии Чин тоза карда шуд. Стандарт (CNS) GB/T4334.4-2000 барои тоза кардани маҳсулоти зангзанӣ ва биоплёнка аз сатҳи порчаи озмоишӣ.
Таҳлили спектроскопияи фотоэлектронии рентгенӣ (XPS, системаи таҳлили сатҳии ESCALAB250, Thermo VG, ИМА) бо истифода аз манбаи рентгении монохроматӣ (хати алюминийи Kα бо энергияи 1500 эВ ва қувваи 150 Вт) дар диапазони васеи энергияи пайвастшавӣ 0 дар шароити стандартӣ -1350 эВ анҷом дода шуд. Спектрҳои баландсифат бо истифода аз энергияи гузариши 50 эВ ва андозаи қадами 0,2 эВ сабт карда шуданд.
Намунаҳои инкубатсияшуда тоза карда шуданд ва бо PBS (рН 7.4 ± 0.2) барои 15 с45 нарм шуста шуданд. Барои мушоҳидаи қобилияти бактериявии биофилмҳо дар намунаҳо, биофилмҳо бо истифода аз маҷмӯаи зиндамонии бактериявии LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Юджин, OR, ИМА) ранг карда шуданд. Маҷмӯа ду ранги флуоресцентӣ дорад: ранги сабзи флуоресцентии SYTO-9 ва ранги сурхи флуоресцентии йодиди пропидий (PI). Дар зери CLSM, нуқтаҳо бо рангҳои сабз ва сурхи флуоресцентӣ мутаносибан ҳуҷайраҳои зинда ва мурдаро нишон медиҳанд. Барои рангкунӣ, омехтаи 1 мл, ки дорои 3 мкл SYTO-9 ва 3 мкл маҳлули PI буд, барои 20 дақиқа дар ҳарорати хонагӣ (23 oC) дар торикӣ инкубатсия карда шуд. Баъд аз ин, намунаҳои рангкардашуда бо истифода аз дастгоҳи Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Ҷопон) дар ду дарозии мавҷ (488 нм барои ҳуҷайраҳои зинда ва 559 нм барои ҳуҷайраҳои мурда) мушоҳида карда шуданд. Ғафсии биофилм дар ҳолати сканкунии 3D чен карда шуд.
Чӣ тавр ин мақоларо иқтибос кардан мумкин аст: Ли, Х. ва диг. Зангзании микробӣ аз пӯлоди зангногири супердуплекси 2707 аз ҷониби Pseudomonas aeruginosa marine biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Занотто, Ф., Грасси, В., Балбо, А., Монтичелли, К. ва Зукки, Ф. Шикастани зангзании фишори пӯлоди зангногири дуплексии LDX 2101 дар маҳлули хлорид дар ҳузури тиосульфат.coros.science.80, 205–212 (2014).
Ким, СТ, Ҷанг, Ш.Ҳ., Ли, ИС ва Парк, Ю.С. Таъсири коркарди гармии маҳлул ва нитроген дар гази муҳофизатӣ ба муқовимати зангзании кафшерҳои пӯлоди зангногири супердуплексӣ.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. ва Левандовский, З. Таҳқиқоти муқоисавии кимиёвии зангзании микробӣ ва электрохимиявӣ дар пӯлоди зангногири 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Луо, Х., Донг, КФ, Ли, XG ва Сяо, К. Рафтори электрохимиявии пӯлоди зангногири дуплексии 2205 дар маҳлулҳои ишқории рН-и гуногун дар ҳузури хлорид. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Литтл, БҶ, Ли, ҶС ва Рей, РИ Таъсири биофилмҳои баҳрӣ ба зангзанӣ: баррасии мухтасар. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).