Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta para sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipapakita namin ang site nang walang mga estilo at JavaScript.
Ang microbial corrosion (MIC) ay isang seryosong problema sa maraming industriya dahil maaari itong magdulot ng malaking pagkalugi sa ekonomiya. Ang 2707 super duplex stainless steel (2707 HDSS) ay ginamit sa mga kapaligirang pandagat dahil sa mahusay nitong resistensya sa kemikal. Gayunpaman, ang resistensya nito sa MIC ay hindi pa naipapakita sa pamamagitan ng eksperimento. Sa pag-aaral na ito, siniyasat ang pag-uugali ng MIC ng 2707 HDSS na dulot ng marine aerobic bacterium na Pseudomonas aeruginosa. Ipinakita ng electrochemical analysis na sa presensya ng Pseudomonas aeruginosa biofilm sa 2216E medium, nagkaroon ng positibong pagbabago sa potensyal ng corrosion at pagtaas sa corrosion current density. Ang X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis ay nagpakita ng pagbaba sa nilalaman ng Cr sa ibabaw ng specimen sa ilalim ng biofilm. Ipinakita ng imaging analysis ng mga hukay na ang P. aeruginosa biofilm ay nakagawa ng pinakamataas na lalim ng hukay na 0.69 μm sa loob ng 14 na araw ng incubation. Bagama't maliit ito, ipinapahiwatig nito na ang 2707 HDSS ay hindi ganap na immune sa MIC ng mga biofilm ng P. aeruginosa.
Ang mga duplex stainless steel (DSS) ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya dahil sa kanilang mainam na kombinasyon ng mahusay na mekanikal na katangian at resistensya sa kalawang1,2. Gayunpaman, nangyayari pa rin ang localized pitting at nakakaapekto ito sa integridad ng bakal na ito3,4. Ang DSS ay hindi lumalaban sa microbial corrosion (MIC)5,6. Sa kabila ng malawak na hanay ng mga aplikasyon ng DSS, mayroon pa ring mga kapaligiran kung saan ang resistensya sa kalawang ng DSS ay hindi sapat para sa pangmatagalang paggamit. Nangangahulugan ito na kinakailangan ang mas mamahaling mga materyales na may mas mataas na resistensya sa kalawang. Natuklasan nina Jeon et al7 na kahit ang mga super duplex stainless steel (SDSS) ay may ilang mga limitasyon sa mga tuntunin ng resistensya sa kalawang. Samakatuwid, ang mga super duplex stainless steel (HDSS) na may mas mataas na resistensya sa kalawang ay kinakailangan sa ilang mga aplikasyon. Ito ang humantong sa pag-unlad ng highly alloyed HDSS.
Ang resistensya sa kalawang ng DSS ay nakadepende sa ratio ng alpha at gamma phases at sa mga rehiyon na naubos ang Cr, Mo at W na 8, 9, 10 na katabi ng ikalawang phase. Ang HDSS ay naglalaman ng mataas na nilalaman ng Cr, Mo at N11, kaya mayroon itong mahusay na resistensya sa kalawang at isang mataas na halaga (45-50) na Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), na tinutukoy ng wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Ang mahusay nitong resistensya sa kalawang ay nakasalalay sa isang balanseng komposisyon na naglalaman ng humigit-kumulang 50% ferrite (α) at ​​50% austenite (γ) phases, ang HDSS ay may mas mahusay na mekanikal na katangian at mas mataas na resistensya kaysa sa kumbensyonal na DSS13. Mga katangian ng kalawang na chloride. Ang pinahusay na resistensya sa kalawang ay nagpapalawak sa paggamit ng HDSS sa mas kinakaing mga kapaligirang chloride, tulad ng mga kapaligirang dagat.
Ang mga MIC ay isang pangunahing problema sa maraming industriya tulad ng langis at gas at mga utility sa tubig14. Ang MIC ay bumubuo ng 20% ​​ng lahat ng pinsala sa kalawang15. Ang MIC ay bioelectrochemical corrosion na maaaring maobserbahan sa maraming kapaligiran. Ang mga biofilm na nabubuo sa mga ibabaw ng metal ay nagbabago sa mga kondisyong electrochemical, sa gayon ay nakakaapekto sa proseso ng kalawang. Malawakang pinaniniwalaan na ang MIC corrosion ay sanhi ng mga biofilm. Ang mga electrogenic microorganism ay kinakalawang ang mga metal upang makakuha ng enerhiyang nagpapanatili upang mabuhay17. Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral sa MIC na ang EET (extracellular electron transfer) ang rate-limiting factor sa MIC na dulot ng mga electrogenic microorganism. Ipinakita nina Zhang et al. 18 na ang mga electron mediator ay nagpapabilis sa paglipat ng electron sa pagitan ng mga selula ng Desulfovibrio sessificans at 304 stainless steel, na humahantong sa mas matinding atake ng MIC. Ipinakita nina Enning et al. 19 at Venzlaff et al. 20 na ang mga corrosive sulfate-reducing bacteria (SRB) biofilm ay maaaring direktang sumipsip ng mga electron mula sa mga metal substrate, na nagreresulta sa matinding pitting corrosion.
Ang DSS ay kilalang madaling kapitan ng MIC sa mga kapaligirang naglalaman ng SRB, iron-reducing bacteria (IRB), atbp. 21. Ang mga bacteria na ito ay nagdudulot ng localized pitting sa mga ibabaw ng DSS sa ilalim ng biofilms 22,23. Hindi tulad ng DSS, ang MIC ng HDSS24 ay hindi gaanong kilala.
Ang Pseudomonas aeruginosa ay isang gram-negative motile rod-shaped bacterium na malawak na ipinamamahagi sa kalikasan25. Ang Pseudomonas aeruginosa ay isa ring pangunahing grupo ng microbial sa kapaligirang dagat, na nagdudulot ng MIC sa bakal. Ang Pseudomonas ay malapit na kasangkot sa mga proseso ng kalawang at kinikilala bilang isang pioneer colonizer sa panahon ng pagbuo ng biofilm. Ipinakita nina Mahat et al. 28 at Yuan et al. 29 na ang Pseudomonas aeruginosa ay may tendensiyang pataasin ang rate ng kalawang ng mild steel at mga haluang metal sa mga kapaligirang may tubig.
Ang pangunahing layunin ng gawaing ito ay upang siyasatin ang mga katangian ng MIC ng 2707 HDSS na dulot ng marine aerobic bacterium na Pseudomonas aeruginosa gamit ang mga electrochemical methods, surface analytical techniques, at corrosion product analysis. Isinagawa ang mga electrochemical studies kabilang ang Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarization Resistance (LPR), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), at Potential Dynamic Polarization upang pag-aralan ang MIC behavior ng 2707 HDSS. Isinagawa ang energy dispersive spectrometer (EDS) analysis upang mahanap ang mga kemikal na elemento sa kinakalawang na ibabaw. Bilang karagdagan, ginamit ang X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis upang matukoy ang katatagan ng oxide film passivation sa ilalim ng impluwensya ng isang kapaligirang pandagat na naglalaman ng Pseudomonas aeruginosa. Ang lalim ng hukay ay sinukat sa ilalim ng isang confocal laser scanning microscope (CLSM).
Nakalista sa Talahanayan 1 ang kemikal na komposisyon ng 2707 HDSS. Ipinapakita sa Talahanayan 2 na ang 2707 HDSS ay may mahusay na mekanikal na katangian na may yield strength na 650 MPa. Ipinapakita ng Larawan 1 ang optical microstructure ng solution heat treated 2707 HDSS. Makikita sa microstructure ang mga pahabang banda ng austenite at ferrite phase na walang pangalawang phase na naglalaman ng humigit-kumulang 50% austenite at 50% ferrite phase.
Ipinapakita ng Figure 2a ang open circuit potential (Eocp) kumpara sa datos ng exposure time para sa 2707 HDSS sa abiotic 2216E medium at P. aeruginosa broth sa loob ng 14 na araw sa 37 °C. Ipinapakita nito na ang pinakamalaki at makabuluhang pagbabago sa Eocp ay nangyayari sa loob ng unang 24 na oras. Ang mga halaga ng Eocp sa parehong kaso ay umabot sa pinakamataas na -145 mV (kumpara sa SCE) bandang 16 na oras at pagkatapos ay bumaba nang husto, na umabot sa -477 mV (kumpara sa SCE) at -236 mV (kumpara sa SCE) para sa abiotic sample at P, ayon sa pagkakabanggit). Mga kupon ng Pseudomonas aeruginosa, ayon sa pagkakabanggit. Pagkatapos ng 24 na oras, ang halaga ng Eocp ng 2707 HDSS para sa P. aeruginosa ay medyo matatag sa -228 mV (kumpara sa SCE), habang ang katumbas na halaga para sa mga di-biyolohikal na sample ay humigit-kumulang -442 mV (kumpara sa SCE). Medyo mababa ang Eocp sa presensya ng P. aeruginosa.
Pagsusuring elektrokemikal ng 2707 na ispesimen ng HDSS sa abiotic medium at sabaw ng Pseudomonas aeruginosa sa 37 °C:
(a) Eocp bilang function ng oras ng pagkakalantad, (b) mga kurba ng polariseysyon sa ika-14 na araw, (c) Rp bilang function ng oras ng pagkakalantad at (d) icorr bilang function ng oras ng pagkakalantad.
Nakalista sa Talahanayan 3 ang mga halaga ng electrochemical corrosion parameter ng 2707 HDSS sample na nalantad sa abiotic medium at Pseudomonas aeruginosa inokulated medium sa loob ng 14 na araw. Ang mga tangent ng anodic at cathodic curves ay ini-extrapolate upang makarating sa mga interseksyon na nagbubunga ng corrosion current density (icorr), corrosion potential (Ecorr) at Tafel slopes (βα at βc) ayon sa mga karaniwang pamamaraan30,31.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 2b, ang pataas na paggalaw ng kurba ng P. aeruginosa ay nagresulta sa pagtaas ng Ecorr kumpara sa abiotic curve. Ang halaga ng icorr, na proporsyonal sa corrosion rate, ay tumaas sa 0.328 μA cm-2 sa sample ng Pseudomonas aeruginosa, apat na beses kaysa sa non-biological sample (0.087 μA cm-2).
Ang LPR ay isang klasikong hindi mapanirang electrochemical na pamamaraan para sa mabilis na pagsusuri ng corrosion. Ginamit din ito upang pag-aralan ang MIC32. Ipinapakita ng Figure 2c ang polarization resistance (Rp) bilang function ng oras ng pagkakalantad. Ang mas mataas na halaga ng Rp ay nangangahulugan ng mas kaunting corrosion. Sa loob ng unang 24 na oras, ang Rp ng 2707 HDSS ay umabot sa pinakamataas na halaga na 1955 kΩ cm2 para sa mga abiotic sample at 1429 kΩ cm2 para sa mga sample ng Pseudomonas aeruginosa. Ipinapakita rin ng Figure 2c na ang halaga ng Rp ay mabilis na bumaba pagkatapos ng isang araw at pagkatapos ay nanatiling halos hindi nagbabago sa susunod na 13 araw. Ang halaga ng Rp ng sample ng Pseudomonas aeruginosa ay humigit-kumulang 40 kΩ cm2, na mas mababa kaysa sa halaga ng 450 kΩ cm2 ng non-biological sample.
Ang halaga ng icorr ay proporsyonal sa pare-parehong antas ng kaagnasan. Ang halaga nito ay maaaring kalkulahin mula sa sumusunod na ekwasyon ng Stern-Geary,
Kasunod ng Zou et al. 33, ang karaniwang halaga ng Tafel slope B sa gawaing ito ay ipinapalagay na 26 mV/dec. Ipinapakita ng Figure 2d na ang icorr ng non-biological na 2707 sample ay nanatiling medyo matatag, habang ang P. aeruginosa sample ay lubhang nagbago pagkatapos ng unang 24 na oras. Ang mga halaga ng icorr ng mga sample ng P. aeruginosa ay mas mataas nang isang order ng magnitude kaysa sa mga non-biological na kontrol. Ang trend na ito ay naaayon sa mga resulta ng polarization resistance.
Ang EIS ay isa pang hindi mapanirang pamamaraan na ginagamit upang makilala ang mga electrochemical reaction sa mga kinakalawang na interface. Ang impedance spectra at kinakalkulang mga halaga ng capacitance ng mga specimen na nakalantad sa abiotic media at Pseudomonas aeruginosa solution, Rb resistance ng passive film/biofilm na nabuo sa ibabaw ng specimen, Rct charge transfer resistance, Cdl electric double layer capacitance (EDL) at mga parameter ng QCPE Constant Phase Element (CPE). Ang mga parameter na ito ay higit pang sinuri sa pamamagitan ng pag-aangkop ng data gamit ang isang equivalent circuit (EEC) model.
Ipinapakita ng Figure 3 ang tipikal na Nyquist plots (a at b) at Bode plots (a' at b') ng 2707 HDSS samples sa abiotic medium at P. aeruginosa broth para sa iba't ibang oras ng incubation. Bumababa ang diameter ng Nyquist ring sa presensya ng Pseudomonas aeruginosa. Ipinapakita ng Bode plot (Fig. 3b') ang pagtaas sa magnitude ng total impedance. Ang impormasyon tungkol sa relaxation time constant ay maaaring ibigay ng phase maxima. Ipinapakita ng Figure 4 ang mga pisikal na istruktura batay sa monolayer (a) at bilayer (b) at ang kanilang mga kaukulang EEC. Ang CPE ay ipinakilala sa modelo ng EEC. Ang admittance at impedance nito ay ipinahayag tulad ng sumusunod:
Dalawang pisikal na modelo at kaukulang katumbas na mga sirkito para sa pag-aakma sa impedance spectrum ng 2707 HDSS specimen:
kung saan ang Y0 ay ang magnitude ng CPE, ang j ay ang imaginary number o (-1)1/2, ang ω ay ang angular frequency, at ang n ay ang CPE power index na mas mababa sa unity35. Ang kabaligtaran ng charge transfer resistance (ibig sabihin, 1/Rct) ay tumutugma sa corrosion rate. Ang mas maliit na Rct ay nangangahulugan ng mas mabilis na corrosion rate27. Pagkatapos ng 14 na araw ng incubation, ang Rct ng mga sample ng Pseudomonas aeruginosa ay umabot sa 32 kΩ cm2, mas maliit kaysa sa 489 kΩ cm2 ng mga non-biological sample (Table 4).
Malinaw na ipinapakita ng mga imahe ng CLSM at mga imahe ng SEM sa Figure 5 na siksik ang biofilm coverage sa ibabaw ng 2707 HDSS specimen pagkatapos ng 7 araw. Gayunpaman, pagkatapos ng 14 na araw, ang biofilm coverage ay kalat-kalat at lumitaw ang ilang mga patay na selula. Ipinapakita ng Table 5 ang kapal ng biofilm sa 2707 HDSS specimen pagkatapos ng pagkakalantad sa P. aeruginosa sa loob ng 7 at 14 na araw. Ang pinakamataas na kapal ng biofilm ay nagbago mula 23.4 μm pagkatapos ng 7 araw patungong 18.9 μm pagkatapos ng 14 na araw. Kinumpirma rin ng average na kapal ng biofilm ang trend na ito. Bumaba ito mula 22.2 ± 0.7 μm pagkatapos ng 7 araw patungong 17.8 ± 1.0 μm pagkatapos ng 14 na araw.
(a) 3-D na imahe ng CLSM pagkatapos ng 7 araw, (b) 3-D na imahe ng CLSM pagkatapos ng 14 na araw, (c) imahe ng SEM pagkatapos ng 7 araw at (d) imahe ng SEM pagkatapos ng 14 na araw.
Isiniwalat ng EDS ang mga elementong kemikal sa mga biofilm at mga produkto ng kalawang sa mga sample na nalantad sa P. aeruginosa sa loob ng 14 na araw. Ipinapakita ng Figure 6 na ang nilalaman ng C, N, O, at P sa mga biofilm at mga produkto ng kalawang ay mas mataas kaysa sa mga bare metal, dahil ang mga elementong ito ay nauugnay sa mga biofilm at kanilang mga metabolite. Ang mga mikrobyo ay nangangailangan lamang ng kaunting dami ng chromium at iron. Ang mataas na antas ng Cr at Fe sa biofilm at mga produkto ng kalawang sa ibabaw ng mga ispesimen ay nagpapahiwatig na ang metal matrix ay nawalan ng mga elemento dahil sa kalawang.
Pagkatapos ng 14 na araw, naobserbahan ang paglalagay ng hukay kasama at walang P. aeruginosa sa 2216E medium. Bago ang incubation, ang ibabaw ng ispesimen ay makinis at walang depekto (Fig. 7a). Pagkatapos ng incubation at pag-alis ng biofilm at mga produkto ng kalawang, ang pinakamalalim na hukay sa ibabaw ng mga ispesimen ay sinuri sa ilalim ng CLSM, tulad ng ipinapakita sa Figure 7b at c. Walang nakitang halatang hukay sa ibabaw ng mga non-biological control sample (maximum na lalim ng hukay na 0.02 μm). Ang maximum na lalim ng hukay na dulot ng Pseudomonas aeruginosa ay 0.52 μm pagkatapos ng 7 araw at 0.69 μm pagkatapos ng 14 na araw, batay sa average na maximum na lalim ng hukay ng 3 sample (10 maximum na halaga ng lalim ng hukay ang napili para sa bawat sample) na umabot sa 0.42 ± 0.12 μm at 0.52 ± 0.15 μm, ayon sa pagkakabanggit (Table 5). Ang mga halaga ng lalim ng hukay na ito ay maliit ngunit mahalaga.
(a) Bago ang pagkakalantad, (b) 14 na araw sa abiotic medium at (c) 14 na araw sa sabaw ng Pseudomonas aeruginosa.
Ipinapakita ng Figure 8 ang XPS spectra ng iba't ibang sample surface, at ang mga kemikal na komposisyon na sinuri para sa bawat surface ay nakabuod sa Table 6. Sa Table 6, ang atomic percentage ng Fe at Cr sa presensya ng P. aeruginosa (mga sample A at B) ay mas mababa kaysa sa mga non-biological control sample (mga sample C at D). Para sa sample ng P. aeruginosa, ang Cr 2p core-level spectral curve ay iniakma sa apat na peak component na may binding energy (BE) values ​​na 574.4, 576.6, 578.3 at 586.8 eV, na maaaring maiugnay sa Cr, Cr2O3, CrO3 at Cr(OH)3, ayon sa pagkakabanggit (Fig. 9a at b). Para sa mga non-biological specimen, ang Cr 2p core-level spectrum ay naglalaman ng dalawang pangunahing peak para sa Cr (573.80 eV para sa BE) at Cr2O3 (575.90 eV para sa BE) sa Fig. 9c at d, ayon sa pagkakabanggit. Ang pinakakapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan ng mga abiotic at P. aeruginosa sample ay ang presensya ng Cr6+ at mas mataas na relatibong fraction ng Cr(OH)3 (BE na 586.8 eV) sa ilalim ng biofilm.
Ang malawak na XPS spectra ng ibabaw ng 2707 HDSS specimen sa dalawang media ay 7 araw at 14 na araw, ayon sa pagkakabanggit.
(a) 7 araw na pagkakalantad sa P. aeruginosa, (b) 14 na araw na pagkakalantad sa P. aeruginosa, (c) 7 araw sa abiotic medium at (d) 14 na araw sa abiotic medium.
Ang HDSS ay nagpapakita ng mataas na antas ng resistensya sa kalawang sa karamihan ng mga kapaligiran. Iniulat nina Kim et al. 2 na ang UNS S32707 HDSS ay tinukoy bilang isang highly alloyed DSS na may PREN na higit sa 45. Ang halaga ng PREN ng 2707 HDSS specimen sa gawaing ito ay 49. Ito ay dahil sa mataas na nilalaman ng chromium at mataas na antas ng molybdenum at Ni, na kapaki-pakinabang sa mga kapaligirang acidic at mataas sa chloride. Bilang karagdagan, ang isang balanseng komposisyon at walang depekto na microstructure ay kapaki-pakinabang para sa katatagan ng istruktura at resistensya sa kalawang. Gayunpaman, sa kabila ng mahusay na resistensya sa kemikal nito, ang mga datos ng eksperimento sa gawaing ito ay nagmumungkahi na ang 2707 HDSS ay hindi ganap na immune sa MIC ng mga biofilm ng P. aeruginosa.
Ipinakita ng mga resulta ng elektrokemikal na ang antas ng kalawang ng 2707 HDSS sa sabaw ng P. aeruginosa ay tumaas nang malaki pagkatapos ng 14 na araw kumpara sa hindi biyolohikal na medium. Sa Figure 2a, isang pagbawas sa Eocp ang naobserbahan sa parehong abiotic medium at sabaw ng P. aeruginosa sa unang 24 na oras. Pagkatapos, natapos na ng biofilm ang pagtakip sa ibabaw ng ispesimen at ang Eocp ay naging medyo matatag36. Gayunpaman, ang antas ng biyolohikal na Eocp ay mas mataas kaysa sa hindi biyolohikal na Eocp. May dahilan upang maniwala na ang pagkakaibang ito ay dahil sa pagbuo ng biofilm ng P. aeruginosa. Sa Fig. 2d, sa presensya ng P. aeruginosa, ang halaga ng icorr ng 2707 HDSS ay umabot sa 0.627 μA cm-2, na isang order of magnitude na mas mataas kaysa sa abiotic control (0.063 μA cm-2), na naaayon sa halaga ng Rct na sinukat ng EIS. Sa mga unang ilang araw, ang mga halaga ng impedance sa P. Tumaas ang sabaw ng aeruginosa dahil sa pagkabit ng mga selula ng P. aeruginosa at pagbuo ng mga biofilm. Gayunpaman, kapag ganap na natatakpan ng biofilm ang ibabaw ng ispesimen, bumababa ang impedance. Ang proteksiyon na layer ang unang inaatake dahil sa pagbuo ng mga biofilm at metabolite ng biofilm. Samakatuwid, bumababa ang resistensya sa kalawang sa paglipas ng panahon, at ang pagkabit ng P. aeruginosa ay nagdulot ng lokalisadong kalawang. Magkaiba ang mga trend sa abiotic media. Ang resistensya sa kalawang ng non-biological control ay mas mataas kaysa sa katumbas na halaga ng mga sample na nalantad sa sabaw ng P. aeruginosa. Bukod pa rito, para sa mga abiotic sample, ang halaga ng Rct ng 2707 HDSS ay umabot sa 489 kΩ cm2 noong ika-14 na araw, na 15 beses ang halaga ng Rct (32 kΩ cm2) sa presensya ng P. aeruginosa. Samakatuwid, ang 2707 HDSS ay may mahusay na resistensya sa kalawang sa isang isterilisadong kapaligiran, ngunit hindi lumalaban sa pag-atake ng MIC ng mga biofilm ng P. aeruginosa.
Ang mga resultang ito ay maaari ring maobserbahan mula sa mga kurba ng polarisasyon sa Fig. 2b. Ang anodic branching ay maiuugnay sa pagbuo ng biofilm ng Pseudomonas aeruginosa at mga reaksyon ng oksihenasyon ng metal. Kasabay nito, ang cathodic reaction ay ang pagbawas ng oxygen. Ang presensya ng P. aeruginosa ay lubos na nagpataas ng corrosion current density, humigit-kumulang isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa abiotic control. Ipinapahiwatig nito na ang P. aeruginosa biofilm ay nagpapataas ng localized corrosion ng 2707 HDSS. Natuklasan nina Yuan et al.29 na ang corrosion current density ng 70/30 Cu-Ni alloy ay tumaas sa ilalim ng hamon ng P. aeruginosa biofilm. Maaaring ito ay dahil sa biocatalysis ng oxygen reduction ng Pseudomonas aeruginosa biofilms. Ang obserbasyong ito ay maaari ring magpaliwanag sa MIC ng 2707 HDSS sa gawaing ito. Ang mga aerobic biofilm ay maaari ring magkaroon ng mas kaunting oxygen sa ilalim ng mga ito. Samakatuwid, ang pagkabigong muling i-passivate ang ibabaw ng metal sa pamamagitan ng oxygen ay maaaring isang salik na nag-aambag sa MIC sa gawaing ito.
Iminungkahi nina Dickinson et al. 38 na ang mga rate ng kemikal at elektrokemikal na mga reaksyon ay maaaring direktang maapektuhan ng metabolic activity ng sessile bacteria sa ibabaw ng specimen at ang uri ng mga produkto ng kalawang. Gaya ng ipinapakita sa Figure 5 at Table 5, ang parehong bilang ng cell at kapal ng biofilm ay bumaba pagkatapos ng 14 na araw. Makatwirang maipaliwanag na pagkatapos ng 14 na araw, karamihan sa mga sessile cell sa ibabaw ng 2707 HDSS ay namatay dahil sa pagkaubos ng nutrient sa 2216E medium o ang paglabas ng mga nakalalasong metal ion mula sa 2707 HDSS matrix. Ito ay isang limitasyon ng mga batch experiment.
Sa gawaing ito, ang biofilm ng P. aeruginosa ay nagtaguyod ng lokal na pagkaubos ng Cr at Fe sa ilalim ng biofilm sa ibabaw ng 2707 HDSS (Larawan 6). Sa Talahanayan 6, ang pagbawas ng Fe at Cr sa sample D kumpara sa sample C, na nagpapahiwatig na ang natunaw na Fe at Cr na dulot ng biofilm ng P. aeruginosa ay nagpatuloy nang lampas sa unang 7 araw. Ang 2216E medium ay ginagamit upang gayahin ang mga kapaligirang pandagat. Naglalaman ito ng 17700 ppm Cl-, na maihahambing sa matatagpuan sa natural na tubig-dagat. Ang presensya ng 17700 ppm Cl- ang pangunahing dahilan ng pagbawas ng Cr sa 7- at 14-araw na abiotic sample na sinuri ng XPS. Kung ikukumpara sa mga sample ng P. aeruginosa, ang pagkatunaw ng Cr sa mga abiotic sample ay mas mababa dahil sa malakas na resistensya ng Cl− ng 2707 HDSS sa mga abiotic na kapaligiran. Ipinapakita ng Larawan 9 ang presensya ng Cr6+ sa passivation film. Maaaring kasangkot ito sa pag-alis ng Cr mula sa mga ibabaw na bakal gamit ang mga biofilm ng P. aeruginosa, gaya ng iminungkahi nina Chen at Clayton.
Dahil sa paglaki ng bacteria, ang mga halaga ng pH ng medium bago at pagkatapos ng paglilinang ay 7.4 at 8.2, ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, sa ibaba ng biofilm ng P. aeruginosa, ang organic acid corrosion ay malamang na hindi isang salik na nag-aambag sa gawaing ito dahil sa medyo mataas na pH sa bulk medium. Ang pH ng non-biological control medium ay hindi nagbago nang malaki (mula sa paunang 7.4 hanggang sa pangwakas na 7.5) sa loob ng 14 na araw na panahon ng pagsubok. Ang pagtaas ng pH sa inoculation medium pagkatapos ng incubation ay dahil sa metabolic activity ng P. aeruginosa at natagpuang may parehong epekto sa pH nang walang mga test strip.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 7, ang pinakamataas na lalim ng hukay na dulot ng biofilm ng P. aeruginosa ay 0.69 μm, na mas malaki kaysa sa abiotic medium (0.02 μm). Ito ay naaayon sa electrochemical data na inilarawan sa itaas. Ang lalim ng hukay na 0.69 μm ay higit sa sampung beses na mas maliit kaysa sa 9.5 μm na halaga na iniulat para sa 2205 DSS sa ilalim ng parehong mga kondisyon. Ipinapakita ng mga datos na ito na ang 2707 HDSS ay nagpapakita ng mas mahusay na MIC resistance kumpara sa 2205 DSS. Hindi ito dapat ikagulat, dahil ang 2707 HDSS ay may mas mataas na nilalaman ng chromium, na nagbibigay ng mas matagal na passivation, dahil sa balanseng istruktura ng phase na walang mapaminsalang secondary precipitates, na nagpapahirap sa P. aeruginosa na mag-depassivate at mag-eclipse ng mga start point.
Bilang konklusyon, natagpuan ang MIC pitting sa ibabaw ng 2707 HDSS sa sabaw ng P. aeruginosa kumpara sa bale-wala na pitting sa abiotic media. Ipinapakita ng pag-aaral na ito na ang 2707 HDSS ay may mas mahusay na resistensya sa MIC kaysa sa 2205 DSS, ngunit hindi ito ganap na immune sa MIC dahil sa biofilm ng P. aeruginosa. Ang mga natuklasang ito ay nakakatulong sa pagpili ng angkop na mga stainless steel at tinatayang buhay ng serbisyo para sa kapaligirang dagat.
Ang kupon para sa 2707 HDSS ay ibinibigay ng School of Metallurgy ng Northeastern University (NEU) sa Shenyang, China. Ang elementong komposisyon ng 2707 HDSS ay ipinapakita sa Table 1, na sinuri ng NEU Materials Analysis and Testing Department. Ang lahat ng sample ay nilagyan ng solusyon na ginagamot sa 1180 °C sa loob ng 1 oras. Bago ang pagsusuri sa kalawang, ang hugis-barya na 2707 HDSS na may nakalantad na ibabaw na 1 cm2 ay pinakintab hanggang 2000 grit gamit ang silicon carbide paper at pinakintab pa gamit ang 0.05 μm Al2O3 powder suspension. Ang mga gilid at ilalim ay pinoprotektahan ng inert paint. Pagkatapos matuyo, ang mga specimen ay hinugasan ng sterile deionized water at isterilisado gamit ang 75% (v/v) ethanol sa loob ng 0.5 oras. Pagkatapos ay pinatuyo ang mga ito sa hangin sa ilalim ng ultraviolet (UV) light sa loob ng 0.5 oras bago gamitin.
Ang Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 strain ay binili mula sa Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Ang Pseudomonas aeruginosa ay pinalaki nang aerobically sa 37°C sa 250 ml flasks at 500 ml electrochemical glass cells gamit ang Marine 2216E liquid medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medium (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 yeast extract at 0.1 ferric citrate. I-autoclave sa 121°C sa loob ng 20 minuto bago ang pagbabakuna. Bilangin ang mga sessile at planktonic cell gamit ang hemocytometer sa ilalim ng light microscope na may 400X magnification. Ang unang konsentrasyon ng planktonic Pseudomonas aeruginosa sa mga selula pagkatapos ng pagbabakuna ay humigit-kumulang 106 cells/ml.
Isinagawa ang mga electrochemical test sa isang klasikong three-electrode glass cell na may medium volume na 500 ml. Isang platinum sheet at isang saturated calomel electrode (SCE) ang ikinonekta sa reactor sa pamamagitan ng mga Luggin capillary na puno ng mga salt bridge, na nagsisilbing counter at reference electrodes, ayon sa pagkakabanggit. Upang magawa ang mga working electrode, isang rubber-coated copper wire ang ikinabit sa bawat specimen at tinakpan ng epoxy, na nag-iiwan ng humigit-kumulang 1 cm2 ng nakalantad na single-sided surface area para sa working electrode. Sa mga electrochemical measurements, ang mga sample ay inilagay sa 2216E medium at pinanatili sa isang constant incubation temperature (37 °C) sa isang water bath. Ang OCP, LPR, EIS at potential dynamic polarization data ay sinukat gamit ang isang Autolab potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Ang mga LPR test ay naitala sa scan rate na 0.125 mV s-1 sa hanay na -5 at 5 mV na may Eocp at sampling frequency na 1 Hz. Ang EIS ay isinagawa gamit ang isang sine wave sa frequency range. 0.01 hanggang 10,000 Hz gamit ang 5 mV na inilapat na boltahe sa steady state na Eocp. Bago ang potential sweep, ang mga electrode ay nasa open-circuit mode hanggang sa maabot ang isang matatag na halaga ng free corrosion potential. Ang mga polarization curve ay tinakbo mula -0.2 hanggang 1.5 V kumpara sa Eocp sa scan rate na 0.166 mV/s. Ang bawat pagsubok ay inulit nang 3 beses kasama at walang P. aeruginosa.
Ang mga ispesimen para sa pagsusuring metalograpikal ay mekanikal na pinakintab gamit ang 2000 grit na basang SiC na papel at pagkatapos ay pinakintab pa gamit ang 0.05 μm na suspensyon ng pulbos na Al2O3 para sa obserbasyong optikal. Ang pagsusuring metalograpikal ay isinagawa gamit ang isang optical microscope. Ang mga ispesimen ay inukit gamit ang 10 wt.% na solusyon ng potassium hydroxide 43.
Pagkatapos ng incubation, ang mga sample ay hinugasan nang 3 beses gamit ang phosphate-buffered saline (PBS) solution (pH 7.4 ± 0.2) at pagkatapos ay nilagyan ng 2.5% (v/v) glutaraldehyde sa loob ng 10 oras upang ayusin ang mga biofilm. Kasunod nito, ito ay inalis sa tubig gamit ang isang graded series (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% at 100% v/v) ng ethanol bago patuyuin sa hangin. Panghuli, ang ibabaw ng sample ay nilagyan ng gold film upang magbigay ng conductivity para sa obserbasyon ng SEM. Ang mga imahe ng SEM ay itinuon sa mga batik na may pinakamaraming sessile na selula ng P. aeruginosa sa ibabaw ng bawat specimen. Magsagawa ng EDS analysis upang mahanap ang mga elementong kemikal. Isang Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germany) ang ginamit upang sukatin ang lalim ng hukay. Upang maobserbahan ang mga hukay na may kalawang sa ilalim ng biofilm, ang piraso ng pagsubok ay unang nilinis ayon sa Chinese National Standard. (CNS) GB/T4334.4-2000 upang alisin ang mga produktong kalawang at biofilm sa ibabaw ng piraso ng pagsubok.
Isinagawa ang pagsusuring X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB250 surface analysis system, Thermo VG, USA) gamit ang isang monochromatic X-ray source (aluminum Kα line sa 1500 eV energy at 150 W power) sa malawak na hanay ng binding energy na 0 sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon –1350 eV. Ang mga high-resolution spectra ay naitala gamit ang 50 eV pass energy at 0.2 eV step size.
Ang mga ispesimen na in-incubate ay tinanggal at dahan-dahang hinugasan gamit ang PBS (pH 7.4 ± 0.2) sa loob ng 15 segundo 45. Upang maobserbahan ang bacterial viability ng mga biofilm sa mga sample, ang mga biofilm ay kinulayan gamit ang LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Ang kit ay may dalawang fluorescent dyes, isang berdeng fluorescent SYTO-9 dye at isang pulang fluorescent propidium iodide (PI) dye. Sa ilalim ng CLSM, ang mga tuldok na may fluorescent green at pula ay kumakatawan sa mga buhay at patay na selula, ayon sa pagkakabanggit. Para sa pagkukulay, isang 1 ml na halo na naglalaman ng 3 μl SYTO-9 at 3 μl PI solution ay in-incubate sa loob ng 20 minuto sa temperatura ng silid (23 oC) sa dilim. Pagkatapos, ang mga kinulayan na sample ay inobserbahan sa dalawang wavelength (488 nm para sa mga buhay na selula at 559 nm para sa mga patay na selula) gamit ang isang Nikon CLSM machine (C2 Plus, Nikon, Japan). Ang kapal ng biofilm ay sinukat sa 3-D scanning mode.
Paano banggitin ang artikulong ito: Li, H. et al. Kaagnasan ng mikrobyo ng 2707 super duplex stainless steel sa pamamagitan ng marine Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking ng LDX 2101 duplex stainless steel sa chloride solution sa presensya ng thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Epekto ng solution heat treatment at nitrogen sa shielding gas sa pitting corrosion resistance ng super duplex stainless steel welds.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Isang Paghahambing na Pag-aaral ng Kemikal ng Microbial at Electrochemically Induced Pitting Corrosion sa 316L Stainless Steel.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrokemikal na pag-uugali ng 2205 duplex stainless steel sa mga alkaline na solusyon na may iba't ibang pH sa presensya ng chloride.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ang epekto ng mga biofilm sa dagat sa kalawang: isang maigsing pagsusuri. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).