Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng updated na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga style at JavaScript.
Ang microbial corrosion (MIC) ay isang seryosong problema sa maraming industriya, dahil maaari itong humantong sa malalaking pagkalugi sa ekonomiya. Ang super duplex stainless steel 2707 (2707 HDSS) ay ginagamit 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. Sinuri ng pag-aaral na ito ang pag-uugali ng MIC 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, nangyayari ang positibong pagbabago sa potensyal ng corrosion at pagtaas sa corrosion current density. Ang pagsusuri ng X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ay nagpakita ng pagbaba sa nilalaman ng Cr sa ibabaw ng sample sa ilalim ng biofilm. Ipinakita ng visual 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 perpektong kombinasyon ng mahusay na mekanikal na katangian at resistensya sa kalawang1,2. Gayunpaman, nangyayari pa rin ang localized pitting at nakakaapekto 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 para sa 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, sa ilang mga kaso, kinakailangan ang mga super duplex stainless steel (HDSS) na may mas mataas na resistensya sa kalawang. Ito ang humantong sa pag-unlad ng highly alloyed HDSS.
Ang resistensya sa kaagnasan ng DSS ay nakadepende sa ratio ng mga alpha at gamma phase at nauubos sa mga rehiyon ng Cr, Mo at W na 8, 9, 10 na katabi ng pangalawang phase. Ang HDSS ay naglalaman ng mataas na nilalaman ng Cr, Mo at N11, samakatuwid ito ay may mahusay na resistensya sa kaagnasan at isang mataas na halaga (45-50) ng katumbas na pitting resistance number (PREN) na tinutukoy ng wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt. .%W) + 16% wt. N12. Ang mahusay na resistensya nito sa kaagnasan ay nakadepende sa isang balanseng komposisyon na naglalaman ng humigit-kumulang 50% ferritic (α) at ​​50% austenitic (γ) phase. Ang HDSS ay may mas mahusay na mga mekanikal na katangian at mas mataas na resistensya sa chloride corrosion. Ang pinahusay na resistensya sa kaagnasan ay nagpapalawak sa paggamit ng HDSS sa mas agresibong mga kapaligirang chloride tulad ng mga kapaligirang dagat.
Ang mga MIC ay isang pangunahing problema sa maraming industriya tulad ng industriya ng langis at gas at tubig14. Ang MIC ay bumubuo ng 20% ​​ng lahat ng pinsala sa kalawang15. Ang MIC ay isang bioelectrochemical corrosion na maaaring maobserbahan sa maraming kapaligiran. Ang mga biofilm na nabubuo sa mga ibabaw ng metal ay nagbabago sa mga kondisyon ng electrochemical, sa gayon ay nakakaapekto sa proseso ng kalawang. Malawakang pinaniniwalaan na ang MIC corrosion ay sanhi ng mga biofilm. Kinakain ng mga electrogenic microorganism ang mga metal upang makuha ang enerhiyang kailangan nila 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 pinapabilis ng mga electron intermediary ang paglipat ng mga electron sa pagitan ng mga selula ng Desulfovibrio sessificans at 304 stainless steel, na nagreresulta sa mas matinding atake ng MIC. Ipinakita nina Anning et al. 19 at Wenzlaff et al. 20 na ang mga biofilm ng corrosive sulfate-reducing bacteria (SRB) ay maaaring direktang sumipsip ng mga electron mula sa mga metal substrate, na nagreresulta sa matinding pitting.
Ang DSS ay kilalang madaling kapitan ng MIC sa media na naglalaman ng mga SRB, iron-reducing bacteria (IRB), atbp. 21. Ang mga bacteria na ito ay nagdudulot ng localized pitting sa ibabaw ng DSS sa ilalim ng mga biofilm 22,23. Hindi tulad ng DSS, ang HDSS24 MIC ay hindi gaanong kilala.
Ang Pseudomonas aeruginosa ay isang Gram-negative, motile, at hugis-rod na bacterium na malawak na ipinamamahagi sa kalikasan25. Ang Pseudomonas aeruginosa ay isa ring pangunahing grupo ng microbial sa kapaligirang dagat, na nagdudulot ng mataas na konsentrasyon ng MIC. Ang Pseudomonas ay aktibong kasangkot sa 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 posibilidad na mapataas ang rate ng kalawang ng mild steel at mga haluang metal sa mga kapaligirang aquatic.
Ang pangunahing layunin ng gawaing ito ay upang siyasatin ang mga katangian ng MIC 2707 HDSS na dulot ng marine aerobic bacterium na Pseudomonas aeruginosa gamit ang mga electrochemical methods, surface analysis methods 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 kilos ng MIC 2707 HDSS. Isinagawa ang energy dispersive spectrometric analysis (EDS) upang matukoy ang mga kemikal na elemento sa isang kinakalawang na ibabaw. Bukod pa rito, ginamit ang X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) upang matukoy ang katatagan ng oxide film passivation sa ilalim ng impluwensya ng isang kapaligirang pandagat na naglalaman ng Pseudomonas aeruginosa. Ang lalim ng mga hukay ay sinukat sa ilalim ng confocal laser scanning microscope (CLSM).
Ipinapakita ng Talahanayan 1 ang kemikal na komposisyon ng 2707 HDSS. Ipinapakita ng Talahanayan 2 na ang 2707 HDSS ay may mahusay na mekanikal na katangian na may yield strength na 650 MPa. Ipinapakita ng Fig. 1 ang optical microstructure ng solution na heat treated 2707 HDSS. Sa microstructure na naglalaman ng humigit-kumulang 50% austenite at 50% ferrite phases, makikita ang mga pahabang banda ng austenite at ferrite phases na walang secondary phases.
Sa fig. 2a, ipinapakita ang open circuit potential (Eocp) kumpara sa exposure time para sa 2707 HDSS sa 2216E abiotic medium at P. aeruginosa broth sa loob ng 14 na araw sa 37°C. Ipinapakita nito na ang pinakamalaki at pinakamahalagang pagbabago sa Eocp ay nangyayari sa loob ng unang 24 na oras. Ang mga halaga ng Eocp sa parehong kaso ay umabot sa peak sa -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 Pseudomonas aeruginosa coupons, ayon sa pagkakabanggit). Pagkatapos ng 24 na oras, ang halaga ng Eocp 2707 HDSS para sa P. aeruginosa ay medyo matatag sa -228 mV (kumpara sa SCE), habang ang katumbas na halaga para sa mga non-biological sample ay humigit-kumulang -442 mV (kumpara sa SCE). Medyo mababa ang Eocp sa presensya ng P. aeruginosa.
Pag-aaral na elektrokemikal ng 2707 na sample 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.
Ipinapakita ng Talahanayan 3 ang mga electrochemical corrosion parameter ng 2707 HDSS sample na nalantad sa abiotic at Pseudomonas aeruginosa na inokulated media sa loob ng 14 na araw. Ang mga tangent ng anode at cathode curves ay in-extrapolate upang makakuha ng mga intersection na nagbibigay ng corrosion current density (icorr), corrosion potential (Ecorr) at Tafel slope (βα at βc) ayon sa mga karaniwang pamamaraan30,31.
Gaya ng ipinapakita sa fig. 2b, ang pataas na pagbabago sa 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, na apat na beses na mas malaki 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. Sa fig. 2c, ipinapakita 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 2707 HDSS ay umabot sa pinakamataas na antas sa 1955 kΩ cm2 para sa mga abiotic specimen at 1429 kΩ cm2 para sa mga specimen 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 isang sample ng Pseudomonas aeruginosa ay humigit-kumulang 40 kΩ cm2, na mas mababa kaysa sa halaga ng 450 kΩ cm2 ng isang non-biological sample.
Ang halaga ng icorr ay proporsyonal sa pare-parehong antas ng kalawang. Ang halaga nito ay maaaring kalkulahin mula sa sumusunod na ekwasyon ng Stern-Giri:
Ayon kay Zoe et al. 33, ang karaniwang halaga ng Tafel slope B sa gawaing ito ay tinanggap na 26 mV/dec. Ipinapakita ng Figure 2d na ang icorr ng non-biological sample 2707 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 control. 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 ibabaw. Ang impedance spectra at kinakalkulang mga halaga ng capacitance ng mga sample na nakalantad sa abiotic na kapaligiran at Pseudomonas aeruginosa solution, passive film/biofilm resistance na Rb na nabuo sa ibabaw ng sample, charge transfer resistance na Rct, electrical double layer capacitance na Cdl (EDL) at constant QCPE Phase element parameters (CPE). Ang mga parameter na ito ay karagdagang sinuri sa pamamagitan ng pag-aangkop ng data gamit ang isang equivalent circuit (EEC) model.
Sa fig. 3 ay ipinapakita ang mga tipikal na Nyquist plot (a at b) at Bode plot (a' at b') para sa 2707 HDSS samples sa abiotic media at P. aeruginosa broth para sa iba't ibang oras ng incubation. Ang diameter ng Nyquist ring ay bumababa sa presensya ng Pseudomonas aeruginosa. Ang Bode plot (Fig. 3b') ay nagpapakita ng pagtaas sa total impedance. Ang impormasyon tungkol sa relaxation time constant ay maaaring makuha mula sa phase maxima. Sa fig. 4 ay ipinapakita ang mga pisikal na istruktura batay sa isang monolayer (a) at isang bilayer (b) at ang 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-aangkop sa impedance spectrum ng sample 2707 HDSS:
kung saan ang Y0 ay ang halaga ng KPI, ang j ay ang imaginary number o (-1)1/2, ang ω ay ang angular frequency, ang n ay ang KPI power index na mas mababa sa isa35. Ang charge transfer resistance inversion (ibig sabihin, 1/Rct) ay tumutugma sa corrosion rate. Kung mas maliit ang Rct, mas mataas ang corrosion rate27. Pagkatapos ng 14 na araw ng incubation, ang Rct ng mga sample ng Pseudomonas aeruginosa ay umabot sa 32 kΩ cm2, na mas mababa 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 ang patong ng biofilm sa ibabaw ng HDSS sample 2707 pagkatapos ng 7 araw ay siksik. Gayunpaman, pagkatapos ng 14 na araw, mahina ang saklaw ng biofilm at lumitaw ang ilang mga patay na selula. Ipinapakita ng Table 5 ang kapal ng biofilm sa 2707 na mga sample ng HDSS 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 sa loob ng 7 araw, (b) 3-D na imahe ng CLSM sa loob ng 14 na araw, (c) imahe ng SEM sa loob ng 7 araw, at (d) imahe ng SEM sa loob ng 14 na araw.
Nagpakita ang EMF ng 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. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 6 na ang nilalaman ng C, N, O, at P sa mga biofilm at mga produkto ng kalawang ay mas mataas nang malaki kaysa sa mga purong 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 sample ay nagpapahiwatig na ang metal matrix ay nawalan ng mga elemento dahil sa kalawang.
Pagkatapos ng 14 na araw, ang mga hukay na mayroon at walang P. aeruginosa ay naobserbahan sa medium na 2216E. Bago ang incubation, ang ibabaw ng mga sample ay makinis at walang depekto (Fig. 7a). Pagkatapos ng incubation at pag-alis ng biofilm at mga produkto ng kalawang, ang pinakamalalim na mga hukay sa ibabaw ng mga sample ay sinuri gamit ang CLSM, tulad ng ipinapakita sa Fig. 7b at c. Walang nakitang halatang butas sa ibabaw ng mga non-biological control (maximum na lalim ng butas na 0.02 µm). Ang maximum na lalim ng hukay na dulot ng P. aeruginosa ay 0.52 µm sa 7 araw at 0.69 µm sa 14 na araw, batay sa average na maximum na lalim ng hukay mula sa 3 sample (10 maximum na lalim ng hukay ang napili para sa bawat sample). Nakamit ang 0.42 ± 0.12 µm at 0.52 ± 0.15 µm, ayon sa pagkakabanggit (Table 5). Ang mga halaga ng lalim ng butas na ito ay maliit ngunit mahalaga.
(a) bago ang pagkakalantad, (b) 14 na araw sa isang abiotic na kapaligiran, at (c) 14 na araw sa sabaw ng Pseudomonas aeruginosa.
Sa fig., ipinapakita ng Table 8 ang XPS spectra ng iba't ibang sample surface, at ang kemikal na komposisyong 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 (mga sample C at D). Para sa isang sample ng P. aeruginosa, ang spectral curve sa antas ng Cr 2p nucleus ay iniakma sa apat na peak component na may binding energies (BE) 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 di-biyolohikal na sampol, ang spectrum ng pangunahing antas ng Cr 2p ay naglalaman ng dalawang pangunahing peak para sa Cr (573.80 eV para sa BE) at Cr 2O3 (575.90 eV para sa BE) sa Mga Larawan 9c at d, ayon sa pagkakabanggit. Ang pinakakapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan ng mga abiotic sample at mga sample ng P. aeruginosa ay ang presensya ng Cr6+ at mas mataas na relatibong proporsyon ng Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) sa ilalim ng biofilm.
Ang malawak na XPS spectra ng ibabaw ng sample 2707 HDSS sa dalawang media ay 7 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 isang abiotic na kapaligiran, at (d) 14 na araw sa isang abiotic na kapaligiran.
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 HDSS UNS S32707 ay natukoy bilang isang highly alloyed DSS na may PREN na higit sa 45. Ang halaga ng PREN ng sample 2707 HDSS sa gawaing ito ay 49. Ito ay dahil sa mataas na nilalaman ng chromium at molybdenum at nickel, na kapaki-pakinabang sa mga acidic na kapaligiran at mga kapaligirang may mataas na nilalaman ng chloride. Bukod pa rito, ang isang balanseng komposisyon at walang depektong 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 mga P. aeruginosa biofilm MIC.
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 kapaligiran. Sa Figure 2a, isang pagbaba sa Eocp ang naobserbahan kapwa sa abiotic medium at sa sabaw ng P. aeruginosa sa unang 24 na oras. Pagkatapos nito, ganap na natatakpan ng biofilm ang ibabaw ng sample, at ang Eocp ay nagiging medyo matatag36. Gayunpaman, ang antas ng biyolohikal na Eocp ay mas mataas kaysa sa antas ng hindi biyolohikal na Eocp. May mga dahilan upang maniwala na ang pagkakaibang ito ay nauugnay sa pagbuo ng mga biofilm ng P. aeruginosa. Sa fig. 2d sa presensya ng P. aeruginosa, ang halaga ng icorr 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 sabaw ng P. aeruginosa ay tumaas dahil sa pagkabit ng mga selula ng P. aeruginosa at pagbuo ng mga biofilm. Gayunpaman, kapag ang biofilm ay ganap na natatakpan ang ibabaw ng sample, ang impedance ay bumababa. Ang proteksiyon na layer ay inaatake pangunahin dahil sa pagbuo ng mga biofilm at mga metabolite ng biofilm. Dahil dito, ang resistensya sa kalawang ay bumaba sa paglipas ng panahon at ang pagkabit ng P. aeruginosa ay nagdulot ng lokalisadong kalawang. Ang mga trend sa mga abiotic na kapaligiran ay magkakaiba. 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. Bilang karagdagan, para sa mga abiotic accession, ang halaga ng Rct 2707 HDSS ay umabot sa 489 kΩ cm2 noong ika-14 na araw, na 15 beses na mas mataas kaysa sa halaga ng Rct (32 kΩ cm2) sa presensya ng P. aeruginosa. Kaya naman, ang 2707 HDSS ay may mahusay na resistensya sa kalawang sa isang isterilisadong kapaligiran, ngunit hindi lumalaban sa mga MIC mula sa mga biofilm ng P. aeruginosa.
Ang mga resultang ito ay maaari ring maobserbahan mula sa mga kurba ng polarisasyon sa Mga Larawan 2b. Ang anodic branching ay naiugnay sa pagbuo ng biofilm ng Pseudomonas aeruginosa at mga reaksyon ng oksihenasyon ng metal. Sa kasong ito, ang cathodic reaction ay ang pagbawas ng oxygen. Ang presensya ng P. aeruginosa ay makabuluhang nagpataas ng corrosion current density, halos isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa abiotic control. Ipinapahiwatig nito na ang P. aeruginosa biofilm ay nagpapahusay sa localized corrosion ng 2707 HDSS. Natuklasan nina Yuan et al.29 na ang corrosion current density ng Cu-Ni 70/30 alloy ay tumaas sa ilalim ng aksyon 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 2707 HDSS sa gawaing ito. Maaari ring mas kaunting oxygen sa ilalim ng aerobic biofilms. Samakatuwid, ang pagtanggi na muling i-passivate ang ibabaw ng metal gamit ang oxygen ay maaaring isang salik na nag-aambag sa MIC sa gawaing ito.
Iminungkahi nina Dickinson et al. 38 na ang bilis ng mga reaksiyong kemikal at elektrokemikal ay maaaring direktang maapektuhan ng metabolic activity ng sessile bacteria sa ibabaw ng sample at ang uri ng mga produktong dulot ng kalawang. Gaya ng ipinapakita sa Figure 5 at Table 5, ang bilang ng mga selula at kapal ng biofilm ay bumaba pagkatapos ng 14 na araw. Ito ay makatwirang maipaliwanag ng katotohanan na pagkatapos ng 14 na araw, karamihan sa mga sessile cell sa ibabaw ng 2707 HDSS ay namatay dahil sa pagkaubos ng sustansya sa 2216E medium o sa paglabas ng mga nakalalasong metal ion mula sa 2707 HDSS matrix. Ito ay isang limitasyon ng mga batch experiment.
Sa gawaing ito, isang biofilm ng P. aeruginosa ang nag-ambag sa lokal na pagkaubos ng Cr at Fe sa ilalim ng biofilm sa ibabaw ng 2707 HDSS (Larawan 6). Ipinapakita ng Talahanayan 6 ang pagbawas sa 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 nanatili sa unang 7 araw. Ang kapaligirang 2216E ay ginagamit upang gayahin ang kapaligirang dagat. Naglalaman ito ng 17700 ppm Cl-, na maihahambing sa nilalaman nito sa natural na tubig dagat. Ang presensya ng 17700 ppm Cl- ang pangunahing dahilan ng pagbaba 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 2707 HDSS sa chlorine sa ilalim ng mga abiotic na kondisyon. Ipinapakita sa pigura 9 ang presensya ng Cr6+ sa passivating film. Maaaring may kinalaman ito sa pag-aalis ng chromium mula sa mga ibabaw ng bakal sa pamamagitan ng 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. Kaya, sa ibaba ng biofilm ng P. aeruginosa, ang organic acid corrosion ay malamang na hindi makaambag 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 unang 7.4 hanggang sa huling 7.5) sa loob ng 14 na araw na panahon ng pagsubok. Ang pagtaas ng pH sa seed medium pagkatapos ng incubation ay dahil sa metabolic activity ng P. aeruginosa at natuklasang 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 mahigit 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 resistensya sa mga MIC kaysa sa 2205 DSS. Hindi ito dapat ikagulat dahil ang 2707 HDSS ay may mas mataas na antas ng Cr na nagbibigay ng mas mahabang passivation, mas mahirap i-depassivate ang P. aeruginosa, at dahil sa balanseng istruktura ng phase nito nang walang mapaminsalang secondary precipitation ay nagiging sanhi ng pitting.
Bilang konklusyon, natagpuan ang mga hukay na MIC sa ibabaw ng 2707 HDSS sa sabaw ng P. aeruginosa kumpara sa mga hindi gaanong mahalagang hukay sa abiotic na kapaligiran. 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 resultang ito ay nakakatulong sa pagpili ng angkop na mga hindi kinakalawang na asero at inaasahang haba ng buhay para sa kapaligirang dagat.
Ang kupon para sa 2707 HDSS ay ibinigay ng Northeastern University (NEU) School of Metallurgy sa Shenyang, China. Ang elementong komposisyon ng 2707 HDSS ay ipinapakita sa Table 1, na sinuri ng NEU Materials Analysis and Testing Department. Lahat ng sample ay ginamot para sa solidong solusyon sa 1180°C sa loob ng 1 oras. Bago ang pagsusuri sa kalawang, ang isang hugis-barya na 2707 HDSS na may bukas na ibabaw na 1 cm2 ay pinakintab hanggang sa maging 2000 grit gamit ang silicon carbide sandpaper at pagkatapos ay pinakintab gamit ang 0.05 µm Al2O3 powder slurry. Ang mga gilid at ilalim ay pinoprotektahan ng inert paint. Pagkatapos matuyo, ang mga sample 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 strain na MCCC 1A00099 ay binili mula sa Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Ang Pseudomonas aeruginosa ay pinalaki sa ilalim ng aerobic na kondisyon sa 37° C. sa 250 ml na prasko at 500 ml na glass electrochemical cells gamit ang Marine 2216E liquid medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Ang medium ay naglalaman ng (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 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 peptone, 1.0 yeast extract at 0.1 iron citrate. I-autoclave sa 121°C sa loob ng 20 minuto bago ang pagbabakuna. Bilangin ang mga sessile at planktonic cells gamit ang hemocytometer sa ilalim ng light microscope na may 400x magnification. Ang unang konsentrasyon ng planktonic Pseudomonas aeruginosa 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. Ang platinum sheet at saturated calomel electrode (SAE) ay konektado sa reactor sa pamamagitan ng Luggin capillaries na puno ng mga salt bridge, na nagsisilbing counter at reference electrodes, ayon sa pagkakabanggit. Para sa paggawa ng mga working electrodes, ang rubberized copper wire ay ikinabit sa bawat sample at tinakpan ng epoxy resin, na nag-iiwan ng humigit-kumulang 1 cm2 ng hindi protektadong lugar para sa working electrode sa isang gilid. 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 hanggang 5 mV na may Eocp at sampling rate na 1 Hz. Isinagawa ang EIS gamit ang isang sine wave sa frequency range na 0.01 hanggang 10,000 Hz gamit ang inilapat na boltahe na 5 mV sa steady state Eocp. Bago ang potential sweep, ang mga electrode ay nasa idle mode hanggang sa maabot ang isang stable na halaga ng free corrosion potential. Ang mga polarization curve ay sinukat mula -0.2 hanggang 1.5 V bilang function ng Eocp sa scan rate na 0.166 mV/s. Ang bawat pagsubok ay inulit nang 3 beses kasama at walang P. aeruginosa.
Ang mga sample para sa metallographic analysis ay mekanikal na pinakintab gamit ang basang 2000 grit SiC paper at pagkatapos ay pinakintab pa gamit ang 0.05 µm Al2O3 powder suspension para sa optical observation. Isinagawa ang metallographic analysis gamit ang optical microscope. Ang mga sample 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) (pH 7.4 ± 0.2) at pagkatapos ay inayos gamit ang 2.5% (v/v) glutaraldehyde sa loob ng 10 oras upang ayusin ang mga biofilm. Pagkatapos ay inalis ang tubig sa pamamagitan ng batched ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% at 100% by volume) bago patuyuin sa hangin. Panghuli, isang gold film ang idineposito sa ibabaw ng sample upang magbigay ng conductivity para sa obserbasyon ng SEM. Ang mga imahe ng SEM ay itinuon sa mga lugar na may pinakamaraming sessile na mga selula ng P. aeruginosa sa ibabaw ng bawat sample. 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 butas ng kalawang sa ilalim ng biofilm, ang sample ng pagsubok ay unang nilinis ayon sa Chinese National Standard (CNS) GB/T4334.4-2000 upang maalis ang mga produktong kalawang at biofilm mula sa ibabaw ng sample 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 na may enerhiyang 1500 eV at lakas na 150 W) sa malawak na hanay ng mga binding energies na 0 sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon na –1350 eV. Ang mga high resolution spectra ay naitala gamit ang transmission energy na 50 eV at isang step na 0.2 eV.
Ang mga in-incubate na sample ay tinanggal at hinugasan nang marahan 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 naglalaman ng dalawang fluorescent dyes: SYTO-9 green fluorescent dye at propidium iodide (PI) red fluorescent dye. Sa CLSM, ang fluorescent green at red dots ay kumakatawan sa mga buhay at patay na selula, ayon sa pagkakabanggit. Para sa pagkukulay, 1 ml ng pinaghalong naglalaman ng 3 µl ng SYTO-9 at 3 µl ng PI solution ay in-incubate sa loob ng 20 minuto sa temperatura ng silid (23°C) sa dilim. Pagkatapos nito, ang mga kinulayan na sample ay sinuri 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 apparatus (C2 Plus, Nikon, Japan). Ang kapal ng biofilm ay sinukat sa 3D scanning mode.
Paano banggitin ang artikulong ito: Li, H. et al. Kaagnasan ng mikrobyo ng 2707 super duplex stainless steel ng Pseudomonas aeruginosa marine biofilm. the science. 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 mga solusyon ng chloride sa presensya ng thiosulphate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking ng LDX 2101 duplex stainless steel sa mga solusyon ng chloride sa presensya ng thiosulphate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking ng duplex stainless steel LDX 2101 sa mga solusyon ng chloride sa presensya ng thiosulfate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. 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。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相stainless steel在福代sulfate分下下南性性生于中图性生于中图像。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking ng duplex stainless steel LDX 2101 sa chloride solution sa presensya ng thiosulfate.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Mga epekto ng solution heat-treatment at nitrogen sa shielding gas sa resistensya sa pitting corrosion ng mga hyper duplex stainless steel weld. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Mga epekto ng solution heat-treatment at nitrogen sa shielding gas sa resistensya sa pitting corrosion ng mga hyper duplex stainless steel weld.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS at Park, YS Epekto ng solution heat treatment at nitrogen sa shielding gas sa pitting corrosion resistance ng hyperduplex stainless steel welds. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS at Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS at Park, YS Epekto ng solution heat treatment at nitrogen sa shielding gas sa pitting corrosion resistance ng super duplex stainless steel welds.koros. ang agham. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Paghahambing na pag-aaral sa kimika ng pitting na dulot ng mikrobyo at elektrokemikal na dulot ng 316L hindi kinakalawang na asero. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Paghahambing na pag-aaral sa kimika ng pitting na dulot ng mikrobyo at elektrokemikal na dulot ng 316L hindi kinakalawang na asero.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. at Lewandowski, Z. Paghahambing na kemikal na pag-aaral ng microbiological at electrochemical pitting ng 316L stainless steel. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. at Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. at Lewandowski, Z. Paghahambing na pag-aaral ng kemikal ng microbiological at electrochemically induced pitting sa 316L stainless steel.koros. ang agham. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Ang elektrokemikal na pag-uugali ng 2205 duplex stainless steel sa mga alkaline na solusyon na may iba't ibang pH sa presensya ng chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Ang elektrokemikal na pag-uugali ng 2205 duplex stainless steel sa mga alkaline na solusyon na may iba't ibang pH sa presensya ng chloride.Luo H., Dong KF, Lee HG at Xiao K. Elektrokemikal na pag-uugali ng duplex stainless steel 2205 sa mga alkaline na solusyon na may iba't ibang pH sa presensya ng chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化存在下不同pH 碱性溶液中的电化存。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrokemikal na pag-uugali ng hindi kinakalawang na asero sa presensya ng chloride sa iba't ibang pH sa alkaline solution.Luo H., Dong KF, Lee HG at Xiao K. Elektrokemikal na pag-uugali ng duplex stainless steel 2205 sa mga alkaline na solusyon na may iba't ibang pH sa presensya ng chloride.Magasin ng Elektrokemiko. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS at Ray, RI Ang impluwensya ng mga biofilm sa dagat sa kalawang: Isang maigsing pagsusuri. Little, BJ, Lee, JS at Ray, RI Ang impluwensya ng mga biofilm sa dagat sa kalawang: Isang maigsing pagsusuri.Little, BJ, Lee, JS at Ray, RI Mga Epekto ng Marine Biofilms sa Corrosion: Isang Maikling Pagsusuri. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Little, BJ, Lee, JS at Ray, RILittle, BJ, Lee, JS at Ray, RI Mga Epekto ng Marine Biofilms sa Corrosion: Isang Maikling Pagsusuri.Magasin ng Elektrokemiko. 54, 2-7 (2008).