Ẹ ṣeun fún ṣíbẹ̀wò sí Nature.com. Ẹ̀yà ẹ̀rọ ìṣàwárí tí ẹ ń lò ní àtìlẹ́yìn díẹ̀ fún CSS. Fún ìrírí tí ó dára jùlọ, a gbà yín nímọ̀ràn pé kí ẹ lo ẹ̀rọ ìṣàwárí tí a ti mú gbóná (tàbí kí ẹ pa ipò ìbáramu nínú Internet Explorer). Ní ​​àkókò yìí, láti rí i dájú pé a ń tẹ̀síwájú láti ṣe àtìlẹ́yìn, a ó máa fi ojú-ọ̀nà náà hàn láìsí àwọn àṣà àti JavaScript.
Irora microbial (MIC) jẹ́ ìṣòro tó le gan-an ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ilé iṣẹ́ nítorí ó lè fa àdánù ọrọ̀ ajé tó pọ̀. 2707 super duplex alagbara irin (2707 HDSS) ni a ti lò ní àyíká omi nítorí agbára kẹ́míkà tó dára. Síbẹ̀síbẹ̀, a kò tíì fi àyẹ̀wò hàn nípa ìdènà rẹ̀ sí MIC. Nínú ìwádìí yìí, a ṣe ìwádìí nípa ìwà MIC ti 2707 HDSS tí bakitéríà aerobic omi Pseudomonas aeruginosa fà. Ìwádìí electrochemical fihàn pé níwájú Pseudomonas aeruginosa biofilm ní 2216E medium, ìyípadà rere wà nínú agbára ipata àti ìbísí nínú ìwọ̀n agbára ipata. Ìwádìí X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) fi ìdínkù nínú akoonu Cr hàn lórí ojú àpẹẹrẹ lábẹ́ biofilm. Ìwádìí àwòrán àwọn ihò fihàn pé biofilm P. aeruginosa ṣe ìjìnlẹ̀ ihò tó pọ̀ jùlọ ti 0.69 μm ní ọjọ́ mẹ́rìnlá tí a fi ń kó nǹkan. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé èyí kéré, ó fihàn pé 2707 HDSS kò ní ààbò pátápátá sí MIC. ti awọn fiimu biofilm P. aeruginosa.
Àwọn irin alagbara duplex (DSS) ni a ń lò ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ilé iṣẹ́ fún àpapọ̀ tó dára jùlọ ti àwọn ohun ìní ẹ̀rọ tó dára àti resistance sí ipata 1,2. Síbẹ̀síbẹ̀, ihò tí a fi ṣe àdúgbò ṣì ń ṣẹlẹ̀ ó sì ní ipa lórí ìwà títọ́ irin yìí 3,4.DSS kò fara da ipata microbial (MIC) 5,6. Láìka ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìlò DSS sí, àwọn àyíká ṣì wà níbi tí resistance sí ipata ti DSS kò tó fún lílò fún ìgbà pípẹ́. Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn ohun èlò tó wọ́n jù pẹ̀lú resistance sí ipata gíga ni a nílò.Jeon àti àwọn ẹlòmíràn rí i pé kódà super duplex alagbara steels (SDSS) ní àwọn ààlà díẹ̀ ní ti resistance sí ipata. Nítorí náà, super duplex alagbara steels (HDSS) pẹ̀lú resistance sí ipata gíga ni a nílò nínú àwọn ohun èlò kan. Èyí yọrí sí ìdàgbàsókè HDSS tí a ti yọ́ pọ̀.
Àìfaradà ìjẹrà ti DSS da lórí ìpíndọ́gba àwọn ìpele alpha àti gamma àti àwọn agbègbè Cr, Mo àti W tí wọ́n ti bàjẹ́ 8, 9, 10 tí ó wà ní ẹ̀gbẹ́ ìpele kejì. HDSS ní àkóónú gíga ti Cr, Mo àti N11, nítorí náà ó ní ààlà ìjẹrà tí ó tayọ àti Nọ́mbà Àfikún Ìdènà Pitting (PREN) tí a pinnu nípasẹ̀ wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Ààlà ìjẹrà tí ó tayọ rẹ̀ sinmi lórí àkóónú tí ó ní ìwọ̀n 50% ferrite (α) àti 50% austenite (γ), HDSS ní àwọn ànímọ́ ẹ̀rọ tí ó dára jù àti ààlà gíga ju DSS13 àṣà lọ. Àwọn ànímọ́ ìjẹrà tí ó dára jùlọ ti Chloride. Ààlà ìjẹrà tí ó dára síi ń mú lílo HDSS pọ̀ sí i ní àwọn àyíká tí ó ní ìjẹrà tí ó túbọ̀ ní ìjẹrà, bíi àwọn àyíká omi.
MIC jẹ́ ìṣòro pàtàkì ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ilé iṣẹ́ bíi epo àti gáàsì àti àwọn ohun èlò omi14. MIC jẹ́ 20% gbogbo ìbàjẹ́ ìbàjẹ́ ìbàjẹ́ 15. MIC jẹ́ ìbàjẹ́ bioelectrochemical tí a lè rí ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àyíká. Àwọn biofilms tí ó ṣẹ̀dá lórí àwọn ojú irin ń yí àwọn ipò electrochemical padà, nípa bẹ́ẹ̀ ó ń nípa lórí ìlànà ìbàjẹ́. A gbàgbọ́ pé ìbàjẹ́ MIC jẹ́ láti inú biofilms. Àwọn microorganisms electrogenic ń ba àwọn irin jẹ́ láti gba agbára láti yè 17. Àwọn ìwádìí MIC tuntun ti fihàn pé EET (ìgbéjáde elekitironi extracellular) ni ohun tí ó ń dín ìyípadà oṣuwọn kù nínú MIC tí àwọn microorganisms electrogenic fà. Zhang et al. 18 fihàn pé àwọn olùdásílẹ̀ elekitironi ń mú kí ìyípadà elekitironi yára láàárín àwọn sẹ́ẹ̀lì Desulfovibrio sessificans àti irin alagbara 304, èyí tí ó ń yọrí sí ìkọlù MIC tí ó le gan-an. Enning et al. 19 àti Venzlaff et al. 20 fihàn pé àwọn biofilms bioelectro-reducing sulfate-reducing bacteria (SRB) lè fa àwọn elekitironi taara láti inú àwọn substrates irin, èyí tí ó ń yọrí sí ìbàjẹ́ ìgbẹ́ líle.
A mọ̀ pé DSS lè ní MIC ní àyíká tí ó ní SRB, bakitéríà tí ń dín irin kù (IRB), àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. 21. Àwọn bakitéríà wọ̀nyí máa ń fa ìdènà tí ó wà ní àyíká DSS lábẹ́ biofilms22,23. Láìdàbí DSS, a kò mọ̀ MIC ti HDSS24 dáadáa.
Pseudomonas aeruginosa jẹ́ bakitéríà onípele gram-negative tí ó tàn káàkiri ní ìṣẹ̀dá.25. Pseudomonas aeruginosa tún jẹ́ ẹgbẹ́ àwọn microbial pàtàkì nínú àyíká omi, tí ó ń fa MIC sí irin. Pseudomonas ní ipa pàtàkì nínú àwọn ìlànà ìjẹrà, a sì mọ̀ ọ́n gẹ́gẹ́ bí olùṣàkóso àgbáyé nígbà ìṣẹ̀dá biofilm. Mahat àti àwọn ẹlòmíràn 28 àti Yuan àti àwọn ẹlòmíràn 29 fihàn pé Pseudomonas aeruginosa ní ìtẹ̀sí láti mú kí ìwọ̀n ìjẹrà ti irin díẹ̀ àti àwọn alloy pọ̀ sí i ní àwọn àyíká omi.
Ète pàtàkì iṣẹ́ yìí ni láti ṣe ìwádìí nípa àwọn ohun-ìní MIC ti 2707 HDSS tí bakitéríà aerobic omi Pseudomonas aeruginosa fà nípa lílo àwọn ọ̀nà electrochemical, àwọn ọ̀nà analytical surface àti corrosion product analysis. Àwọn ìwádìí electrochemical pẹ̀lú Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarization Resistance (LPR), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), àti Potential Dynamic Polarization ni a ṣe láti ṣe ìwádìí nípa ìwà MIC ti 2707 HDSS. A ṣe analytics dispersive spectrometer (EDS) láti wá àwọn èròjà kẹ́míkà lórí ojú ilẹ̀ tí ó ti bàjẹ́. Ní àfikún, a lo analytics X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) láti pinnu ìdúróṣinṣin ti oxide film passivation lábẹ́ ipa ti àyíká omi kan tí ó ní Pseudomonas aeruginosa. A wọn ijinle ihò náà lábẹ́ confocal laser scanning microscope (CLSM).
Táblì 1 ṣàkójọ àkójọpọ̀ kẹ́míkà ti 2707 HDSS. Táblì 2 fihàn pé 2707 HDSS ní àwọn ànímọ́ ẹ̀rọ tó dára pẹ̀lú agbára ìbísí ti 650 MPa. Àwòrán 1 fi ìṣètò ojú tí a fi omi tọ́jú ooru 2707 HDSS hàn. Àwọn ìdè gígùn ti àwọn ìpele austenite àti ferrite láìsí àwọn ìpele kejì hàn nínú ìṣètò kékeré tí ó ní nǹkan bí 50% austenite àti 50% ferrite ìpele.
Àwòrán 2a fi agbára ìṣàfihàn ṣíṣí (Eocp) hàn ní ìfiwéra pẹ̀lú àkókò ìfarahàn fún 2707 HDSS nínú omi abiotic 2216E alabọde àti omi P. aeruginosa fún ọjọ́ 14 ní 37 °C. Ó fihàn pé ìyípadà tó tóbi jùlọ àti pàtàkì nínú Eocp wáyé láàrín wákàtí 24 àkọ́kọ́. Àwọn ìwọ̀n Eocp ní àwọn ọ̀ràn méjèèjì dé òkè ní -145 mV (àfi SCE) ní nǹkan bí wákàtí 16 lẹ́yìn náà wọ́n lọ sílẹ̀ lọ́nà tó lágbára, wọ́n dé -477 mV (àfi SCE) àti -236 mV (àfi SCE) fún àpẹẹrẹ abiotic àti P, ní ìtẹ̀léra). Àwọn kúpọ́nù Pseudomonas aeruginosa, lẹ́sẹẹsẹ. Lẹ́yìn wákàtí mẹ́rìnlélógún, iye Eocp ti 2707 HDSS fún P. aeruginosa dúró ṣinṣin ní -228 mV (sí SCE), nígbà tí iye tó báramu fún àwọn àpẹẹrẹ tí kì í ṣe ti ẹ̀dá jẹ́ nǹkan bí -442 mV (sí SCE). Eocp ní iwájú P. aeruginosa kéré díẹ̀.
Ìdánwò electrochemical ti àwọn àpẹẹrẹ HDSS 2707 nínú abiotic medium àti omi ọbẹ̀ Pseudomonas aeruginosa ní 37 °C:
(a) Eocp gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àkókò ìfarahàn, (b) àwọn ìlà ìfàsẹ́yìn polarization ní ọjọ́ 14, (c) Rp gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àkókò ìfarahàn àti (d) icorr gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àkókò ìfarahàn.
Táblì 3 ṣe àkójọ àwọn iye paramita ìparẹ́ electrochemical corrosion ti àwọn àpẹẹrẹ HDSS 2707 tí a fi sí abiotic medium àti Pseudomonas aeruginosa inoculated medium fún ọjọ́ 14. A ṣe àtúnṣe àwọn tangent ti àwọn anodic àti cathodic curves láti dé ibi ìsopọ̀ tí ó ń mú corrosion current density (icorr), corrosion potential (Ecorr) àti Tafel slopes (βα àti βc) jáde gẹ́gẹ́ bí àwọn ọ̀nà ìṣètò 30,31.
Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 2b, ìyípadà òkè ti ìlà P. aeruginosa yọrí sí ìbísí nínú Ecorr ní ìfiwéra pẹ̀lú ìlà abiotic. Iye icorr, tí ó jẹ́ ìwọ̀n ìpalára, pọ̀ sí 0.328 μA cm-2 nínú àyẹ̀wò Pseudomonas aeruginosa, ìlọ́po mẹ́rin ti àyẹ̀wò tí kì í ṣe ti ẹ̀dá (0.087 μA cm-2).
LPR jẹ́ ọ̀nà electrochemical tí kìí ṣe apanirun fún ìṣàyẹ̀wò ipata kíákíá. A tún lò ó láti ṣe ìwádìí lórí MIC32. Àwòrán 2c fi agbára ìdènà polarization (Rp) hàn gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àkókò ìfarahàn. Ìwọ̀n Rp tí ó ga jù túmọ̀ sí ìbàjẹ́ díẹ̀. Láàárín wákàtí 24 àkọ́kọ́, Rp ti 2707 HDSS dé iye tí ó pọ̀ jùlọ ti 1955 kΩ cm2 fún àwọn àpẹẹrẹ abiotic àti 1429 kΩ cm2 fún àwọn àpẹẹrẹ Pseudomonas aeruginosa. Àwòrán 2c tún fihàn pé iye Rp dínkù kíákíá lẹ́yìn ọjọ́ kan lẹ́yìn náà ó sì wà ní àìyípadà fún ọjọ́ 13 tí ó tẹ̀lé e. Ìwọ̀n Rp ti àpẹẹrẹ Pseudomonas aeruginosa jẹ́ nípa 40 kΩ cm2, èyí tí ó kéré sí iye 450 kΩ cm2 ti àpẹẹrẹ tí kìí ṣe ti ẹ̀dá.
Iye icorr naa ni ibamu pelu oṣuwọn ibajẹ ti o jọra. A le ṣe iṣiro iye rẹ lati inu idogba Stern-Geary ti o tẹle yii,
Lẹ́yìn Zou àti àwọn ẹlòmíràn 33, a gbà pé iye tó wọ́pọ̀ ti ìsàlẹ̀ Tafel B nínú iṣẹ́ yìí jẹ́ 26 mV/dec. Àwòrán 2d fihàn pé ìṣàpẹẹrẹ 2707 tí kì í ṣe ti ẹ̀dá wà ní ìdúróṣinṣin, nígbà tí àpẹẹrẹ P. aeruginosa yípadà gidigidi lẹ́yìn wákàtí 24 àkọ́kọ́. Àwọn ìwọ̀n ìṣàpẹẹrẹ P. aeruginosa jẹ́ ìpele ìwọ̀n tó ga ju àwọn ìṣàkóso tí kì í ṣe ti ẹ̀dá lọ. Ìtẹ̀síwájú yìí bá àwọn àbájáde ìdènà ìdènà ìdààmú polarization mu.
EIS jẹ́ ọ̀nà mìíràn tí kò ní ìparun tí a ń lò láti ṣe àfihàn àwọn ìṣesí electrochemical ní àwọn ojú ọ̀nà tí ó ti bàjẹ́. Àwọn ìrísí impedance àti àwọn ìwọ̀n capacitance oníṣirò ti àwọn àpẹẹrẹ tí a fi hàn sí abiotic media àti omi Pseudomonas aeruginosa, resistance Rb ti passive film/biofilm tí a ṣẹ̀dá lórí ojú àpẹẹrẹ náà, resistance gbigbe charge Rct, Cdl electric double layer capacitance (EDL) àti QCPE Constant Phase Element (CPE). A tún ṣe àyẹ̀wò àwọn paramita wọ̀nyí nípa fífi data náà sílò nípa lílo àpẹẹrẹ circuit (EEC).
Àwòrán 3 fi àwọn àwòrán Nyquist (a àti b) àti àwọn àwòrán Bode (a' àti b') tí ó wọ́pọ̀ hàn ti àwọn àpẹẹrẹ HDSS 2707 nínú abiotic medium àti omi ọbẹ̀ P. aeruginosa fún àwọn àkókò ìbímọ tó yàtọ̀ síra. Ìwọ̀n ìlà òrùka Nyquist dínkù nígbà tí Pseudomonas aeruginosa bá wà. Àwòrán Bode (Àwòrán 3b') fi ìbísí nínú ìwọ̀n impedance gbogbo hàn. A lè pèsè ìwífún nípa àkókò ìsinmi nípasẹ̀ phase maxima. Àwòrán 4 fi àwọn ètò ara tí ó dá lórí monolayer (a) àti bilayer (b) àti àwọn EEC wọn hàn. CPE ni a fi sínú àwòrán EEC. A fi ìwọ̀lé àti impedance rẹ̀ hàn gẹ́gẹ́ bí a ṣe sọ:
Àwọn àwòṣe ara méjì àti àwọn àyíká tó báramu fún fífi ìwọ̀n impedance ti àpẹẹrẹ HDSS 2707 sílò:
Níbi tí Y0 jẹ́ ìwọ̀n CPE, j jẹ́ nọ́mbà àròjinlẹ̀ tàbí (-1) 1/2, ω jẹ́ ìgbóná igun, àti n jẹ́ atọka agbára CPE tí ó kéré sí ìṣọ̀kan35. Ìyípadà ti resistance gbigbe agbara (ìyẹn 1/Rct) bá ìwọ̀n ipata mu. Ìwọ̀n ipata kékeré túmọ̀ sí ìwọ̀n ipata kíákíá27. Lẹ́yìn ọjọ́ mẹ́rìnlá ti ìfàsẹ́yìn, Ìwọ̀n ti àwọn àpẹẹrẹ Pseudomonas aeruginosa dé 32 kΩ cm2, tí ó kéré sí 489 kΩ cm2 ti àwọn àpẹẹrẹ tí kì í ṣe ti ẹ̀dá (Tábìlì 4).
Àwọn àwòrán CLSM àti àwọn àwòrán SEM nínú Àwòrán 5 fi hàn kedere pé ìbòrí biofilm lórí ojú àpẹẹrẹ 2707 HDSS lẹ́yìn ọjọ́ méje jẹ́ kíkún. Síbẹ̀síbẹ̀, lẹ́yìn ọjọ́ 14, ìbòrí biofilm náà kéré, àwọn sẹ́ẹ̀lì òkú kan sì farahàn. Táblì 5 fi ìwúwo biofilm hàn lórí àwọn àpẹẹrẹ 2707 HDSS lẹ́yìn ìfarahàn sí P. aeruginosa fún ọjọ́ 7 àti 14. Ìwúwo biofilm tó pọ̀ jùlọ yípadà láti 23.4 μm lẹ́yìn ọjọ́ 7 sí 18.9 μm lẹ́yìn ọjọ́ 14. Ìwúwo biofilm àròpín náà tún jẹ́rìí sí àṣà yìí. Ó dínkù láti 22.2 ± 0.7 μm lẹ́yìn ọjọ́ 7 sí 17.8 ± 1.0 μm lẹ́yìn ọjọ́ 14.
(a) Àwòrán CLSM 3-D lẹ́yìn ọjọ́ méje, (b) Àwòrán CLSM 3-D lẹ́yìn ọjọ́ mẹ́rìnlá, (c) Àwòrán SEM lẹ́yìn ọjọ́ méje àti (d) Àwòrán SEM lẹ́yìn ọjọ́ mẹ́rìnlá.
EDS fi àwọn èròjà kẹ́míkà hàn nínú àwọn ohun èlò biofilm àti àwọn ọjà ìbàjẹ́ lórí àwọn àyẹ̀wò tí a fi sí P. aeruginosa fún ọjọ́ mẹ́rìnlá. Àwòrán 6 fi hàn pé àkóónú C, N, O, àti P nínú àwọn ohun èlò biofilm àti àwọn ọjà ìbàjẹ́ ga ju èyí tí ó wà nínú àwọn irin lásán lọ, nítorí pé àwọn èròjà wọ̀nyí ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ohun èlò biofilm àti àwọn ohun èlò wọn. Àwọn microbes nílò ìwọ̀n chromium àti iron nìkan. Ìpele gíga ti Cr àti Fe nínú biofilm àti àwọn ọjà ìbàjẹ́ lórí ojú àwọn àpẹẹrẹ fihàn pé matrix irin ti pàdánù àwọn èròjà nítorí ìbàjẹ́.
Lẹ́yìn ọjọ́ mẹ́rìnlá, a rí ìdènà pẹ̀lú àti láìsí P. aeruginosa nínú àárín 2216E. Kí a tó fi sínú, ojú àyẹ̀wò náà jẹ́ dídán, kò sì ní àbùkù (Àwòrán 7a). Lẹ́yìn ìdènà àti yíyọ àwọn ọjà biofilm àti ipata kúrò, a ṣe àyẹ̀wò àwọn ihò tó jìn jùlọ lórí ojú àyẹ̀wò náà lábẹ́ CLSM, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 7b àti c. A kò rí àwọn ihò tó hàn gbangba lórí ojú àyẹ̀wò àwọn àpẹẹrẹ ìṣàkóso tí kì í ṣe ti ẹ̀dá (ìjìnlẹ̀ ihò tó pọ̀jù 0.02 μm). Ìjìnlẹ̀ ihò tó pọ̀jù tí Pseudomonas aeruginosa fà jẹ́ 0.52 μm lẹ́yìn ọjọ́ méje àti 0.69 μm lẹ́yìn ọjọ́ mẹ́rìnlá, ní ìbámu pẹ̀lú ìjìnlẹ̀ ihò tó pọ̀jù ti àwọn àyẹ̀wò mẹ́ta (a yan àwọn ìwọ̀n jíjìn ihò tó pọ̀jù 10 fún àyẹ̀wò kọ̀ọ̀kan) dé 0.42 ± 0.12 μm àti 0.52 ± 0.15 μm, lẹ́sẹẹsẹ (Àtẹ 5). Àwọn ìwọ̀n jíjìn ihò wọ̀nyí kéré ṣùgbọ́n wọ́n ṣe pàtàkì.
(a) Kí ó tó di pé a fi ara hàn, (b) fún ọjọ́ mẹ́rìnlá nínú omi abiotic àti (c) fún ọjọ́ mẹ́rìnlá nínú omi Pseudomonas aeruginosa.
Àwòrán 8 fi àwọn ìrísí XPS ti àwọn ojú àyẹ̀wò tó yàtọ̀ síra hàn, àti àwọn ìrísí kẹ́míkà tí a ṣàyẹ̀wò fún ojú kọ̀ọ̀kan ni a ṣàkópọ̀ nínú Táblì 6. Nínú Táblì 6, ìpín ọgọ́rùn-ún atomiki ti Fe àti Cr ní iwájú P. aeruginosa (àwọn àpẹẹrẹ A àti B) kéré púpọ̀ ju ti àwọn àpẹẹrẹ ìṣàkóso tí kìí ṣe ti ẹ̀dá (àwọn àpẹẹrẹ C àti D). Fún àpẹẹrẹ P. aeruginosa, a fi ìtẹ̀sí ìpele mojuto Cr 2p sí àwọn èròjà òkè mẹ́rin pẹ̀lú àwọn ìwọ̀n agbára ìdènà (BE) ti 574.4, 576.6, 578.3 àti 586.8 eV, èyí tí a lè sọ pé ó jẹ́ ti Cr, Cr2O3, CrO3 àti Cr(OH)3, lẹ́sẹẹsẹ (Àwòrán 9a àti b). Fún àwọn àpẹẹrẹ tí kìí ṣe ti ẹ̀dá, ìrísí ìpele mojuto Cr 2p ní àwọn òkè pàtàkì méjì fún Cr (573.80 eV fún BE) àti Cr2O3 (575.90 eV fún BE) nínú Àwòrán. 9c àti d, lẹ́sẹẹsẹ. Ìyàtọ̀ tó yanilẹ́nu jùlọ láàárín àwọn àyẹ̀wò abiotic àti P. aeruginosa ni wíwà Cr6+ àti ìpín tó ga jù ti Cr(OH)3 (BE ti 586.8 eV) lábẹ́ biofilm náà.
Àwòrán XPS gbígbòòrò ti ojú àwòrán 2707 HDSS nínú àwọn media méjèèjì jẹ́ ọjọ́ méje àti ọjọ́ mẹ́rìnlá, ní ìtẹ̀léra.
(a) ọjọ́ méje tí a fi fara hàn sí P. aeruginosa, (b) ọjọ́ mẹ́rìnlá tí a fi fara hàn sí P. aeruginosa, (c) ọjọ́ méje tí a fi fara hàn sí abiotic medium àti (d) ọjọ́ mẹ́rìnlá tí a fi fara hàn sí abiotic medium.
HDSS fi ipele giga ti resistance ipata han ni ọpọlọpọ awọn agbegbe. Kim ati awọn ẹgbẹ rẹ 2 royin pe UNS S32707 HDSS ni a ṣalaye bi DSS ti o ni adalu pupọ pẹlu PREN ti o ju 45 lọ. Iye PREN ti apẹẹrẹ HDSS 2707 ninu iṣẹ yii jẹ 49. Eyi jẹ nitori akoonu chromium giga rẹ ati awọn ipele molybdenum ati Ni giga, eyiti o wulo ni awọn agbegbe ekikan ati giga chloride. Ni afikun, akojọpọ ti o ni iwontunwonsi daradara ati microstructure ti ko ni abawọn wulo fun iduroṣinṣin eto ati resistance ipata. Sibẹsibẹ, laibikita resistance kemikali ti o tayọ rẹ, awọn data idanwo ninu iṣẹ yii daba pe 2707 HDSS ko ni aabo patapata si MIC ti awọn biofilms P. aeruginosa.
Àwọn àbájáde electrochemical fihàn pé ìwọ̀n ìbàjẹ́ 2707 HDSS nínú omi P. aeruginosa pọ̀ sí i ní pàtàkì lẹ́yìn ọjọ́ 14 ní ìfiwéra pẹ̀lú omi tí kìí ṣe ti ẹ̀dá. Nínú Àwòrán 2a, a rí ìdínkù nínú Eocp nínú omi abiotic àti omi P. aeruginosa láàárín wákàtí 24 àkọ́kọ́. Lẹ́yìn náà, omi biofilm náà ti parí bíbo ojú àpẹẹrẹ náà, Eocp sì di èyí tí ó dúró ṣinṣin díẹ̀. Síbẹ̀síbẹ̀, ìpele Eocp ti ẹ̀dá ga ju ti Eocp tí kìí ṣe ti ẹ̀dá lọ. Ìdí wà láti gbàgbọ́ pé ìyàtọ̀ yìí jẹ́ nítorí ìṣẹ̀dá biofilm P. aeruginosa. Nínú Àwòrán 2d, ní iwájú P. aeruginosa, iye icorr ti 2707 HDSS dé 0.627 μA cm-2, èyí tí ó jẹ́ ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìwọ̀n tí ó ga ju ti ìṣàkóso abiotic (0.063 μA cm-2), èyí tí ó bá iye Rct tí EIS wọn mu. Ní àwọn ọjọ́ díẹ̀ àkọ́kọ́, àwọn iye impedance nínú Omi P. aeruginosa pọ̀ sí i nítorí ìsopọ̀ àwọn sẹ́ẹ̀lì P. aeruginosa àti ìṣẹ̀dá àwọn biofilms. Síbẹ̀síbẹ̀, nígbà tí biofilm bá bo ojú àpẹẹrẹ náà pátápátá, impedance náà yóò dínkù. A kọ́kọ́ kọlu ìpele ààbò náà nítorí ìṣẹ̀dá àwọn biofilms àti biofilm metabolites. Nítorí náà, resistance ipata dínkù bí àkókò ti ń lọ, àti ìsopọ̀ P. aeruginosa fa ipata agbègbè. Àwọn àṣà nínú abiotic media yàtọ̀ síra. resistance ipata ti iṣakoso ti kii ṣe ti ẹda ga ju iye ti o baamu ti awọn ayẹwo ti a fi han si omi P. aeruginosa. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, fún awọn ayẹwo abiotic, iye Rct ti 2707 HDSS dé 489 kΩ cm2 ní ọjọ́ 14, èyí tí ó jẹ́ ìlọ́po 15 iye Rct (32 kΩ cm2) níwájú P. aeruginosa. Nítorí náà, 2707 HDSS ní resistance ipata tí ó tayọ ní àyíká tí kò ní ìdọ̀tí, ṣùgbọ́n kò le fara da ikọlu MIC láti ọwọ́ biofilms P. aeruginosa.
A le ṣe akiyesi awọn abajade wọnyi lati inu awọn iyipo polarization ni Fig. 2b. A ṣe akiyesi ẹka anodic naa nitori dida biofilm Pseudomonas aeruginosa ati awọn iṣedaṣe oxidation irin. Ni akoko kanna iṣedaṣe cathodic ni idinku ti atẹgun. Wiwa P. aeruginosa mu iwuwo lọwọlọwọ ipata pọ si pupọ, to iwọn titobi ti o ga ju iṣakoso abiotic lọ. Eyi tọka si pe biofilm P. aeruginosa mu ipata agbegbe ti 2707 HDSS pọ si. Yuan ati awọn miiran29 rii pe iwuwo lọwọlọwọ ipata ti alloy 70/30 Cu-Ni pọ si labẹ ipenija ti biofilm P. aeruginosa. Eyi le jẹ nitori biocatalysis ti idinku atẹgun nipasẹ awọn biofilm Pseudomonas aeruginosa. Akiyesi yii tun le ṣalaye MIC ti 2707 HDSS ninu iṣẹ yii. Awọn biofilm aerobic tun le ni atẹgun diẹ labẹ wọn. Nitorinaa, ikuna lati tun pa oju irin nipasẹ oxygen le jẹ ifosiwewe ti o ṣe alabapin si MIC ninu iṣẹ yii.
Dickinson àti àwọn ẹlòmíràn 38 dámọ̀ràn pé ìwọ̀n àwọn ìṣesí kẹ́míkà àti electrochemical le ní ipa taara lórí ìṣiṣẹ́ ìṣiṣẹ́ ti bakitéríà sessile lórí ojú àpẹẹrẹ náà àti ìrísí àwọn ọjà ìbàjẹ́. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 5 àti Tábìlì 5, iye sẹ́ẹ̀lì àti sisanra biofilm dínkù lẹ́yìn ọjọ́ 14. Èyí ni a lè ṣàlàyé ní ọ̀nà tó tọ́ pé lẹ́yìn ọjọ́ 14, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn sẹ́ẹ̀lì sessile lórí ojú 2707 HDSS kú nítorí ìdínkù oúnjẹ nínú àárín 2216E tàbí ìtújáde àwọn ion irin olóró láti inú matrix 2707 HDSS. Èyí jẹ́ ààlà àwọn àyẹ̀wò àpapọ̀.
Nínú iṣẹ́ yìí, biofilm P. aeruginosa gbé ìparẹ́ Cr àti Fe lárugẹ lábẹ́ biofilm lórí ojú 2707 HDSS (Àwòrán 6). Nínú Táblì 6, ìdínkù Fe àti Cr nínú àpẹẹrẹ D ní ìfiwéra pẹ̀lú àpẹẹrẹ C, tó fihàn pé Fe àti Cr tí ó yọ́ tí biofilm P. aeruginosa fà dúró ju ọjọ́ méje àkọ́kọ́ lọ. A lo ohun èlò 2216E láti ṣe àfarawé àyíká omi. Ó ní 17700 ppm Cl-, èyí tí ó jọ èyí tí a rí nínú omi òkun àdánidá. Wíwà 17700 ppm Cl- ni ìdí pàtàkì fún ìdínkù Cr nínú àwọn àpẹẹrẹ abiotic ọjọ́ 7 àti 14 tí XPS ṣàyẹ̀wò. Ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn àpẹẹrẹ P. aeruginosa, ìtúpalẹ̀ Cr nínú àwọn àpẹẹrẹ abiotic kéré púpọ̀ nítorí ìdènà Cl− ti 2707 HDSS nínú àwọn àyíká abiotic. Àwòrán 9 fi wíwà Cr6+ hàn nínú fíìmù passivation. Ó lè ní ipa nínú yíyọ Cr kúrò nínú àwọn ojú irin láti ọwọ́ P. aeruginosa biofilms, gẹ́gẹ́ bí Chen àti Clayton ṣe dábàá.
Nítorí ìdàgbàsókè bakitéríà, iye pH ti alabọde ṣaaju ati lẹhin ogbin jẹ 7.4 ati 8.2, lẹsẹsẹ. Nitorinaa, ni isalẹ biofilm P. aeruginosa, ipata acid organic ko ṣeeṣe lati jẹ ifosiwewe ti o ṣe alabapin si iṣẹ yii nitori pH giga ni alabọde pupọ. pH ti alabọde iṣakoso ti kii ṣe ti ẹda ko yipada ni pataki (lati ibẹrẹ 7.4 si 7.5 ikẹhin) lakoko akoko idanwo ọjọ 14. Ilọsi pH ninu alabọde abẹrẹ lẹhin ogbin jẹ nitori iṣẹ ṣiṣe ti iṣelọpọ ti P. aeruginosa ati pe a rii pe o ni ipa kanna lori pH ni aini awọn ila idanwo.
Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 7, ìjìnlẹ̀ ihò tó pọ̀ jùlọ tí P. aeruginosa biofilm fà jẹ́ 0.69 μm, èyí tó tóbi ju ti abiotic medium (0.02 μm) lọ. Èyí bá àwọn data electrochemical tí a ṣàlàyé lókè mu. Ìjìnlẹ̀ ihò 0.69 μm kéré ju ìlọ́po mẹ́wàá lọ ju iye 9.5 μm tí a ròyìn fún 2205 DSS lábẹ́ àwọn ipò kan náà. Àwọn data wọ̀nyí fihàn pé 2707 HDSS fi resistance MIC tó dára ju ti 2205 DSS lọ hàn. Èyí kò yẹ kí ó yani lẹ́nu, nítorí pé 2707 HDSS ní akoonu chromium tó ga jù, tó ń fúnni ní passivation tó pẹ́ títí, nítorí ìṣètò ìpele tó wà ní ìwọ̀n láìsí àwọn ìṣàn omi kejì tó léwu, tó ń mú kí ó ṣòro fún P. aeruginosa láti yọ passivate kúrò kí ó sì bẹ̀rẹ̀ points eclipse.
Ní ìparí, a rí ìtújáde MIC lórí ojú 2707 HDSS nínú omi P. aeruginosa ní ìfiwéra pẹ̀lú ìtújáde tí kò ṣe pàtàkì nínú àwọn ohun èlò abiotic. Iṣẹ́ yìí fihàn pé 2707 HDSS ní ìdènà MIC tí ó dára ju 2205 DSS lọ, ṣùgbọ́n kò ní ìdènà pátápátá sí MIC nítorí biofilm P. aeruginosa. Àwọn àwárí wọ̀nyí ń ran lọ́wọ́ nínú yíyan àwọn irin alagbara tí ó yẹ àti ìye iṣẹ́ tí a fojú díwọ̀n fún àyíká omi.
Ilé-ẹ̀kọ́ nípa Metallurgy ti Northeastern University (NEU) ní Shenyang, China ló pèsè ìwé ẹ̀rí fún 2707 HDSS. A fi àkójọpọ̀ èròjà 2707 HDSS hàn nínú Táblì 1, èyí tí Ẹ̀ka Ìṣàyẹ̀wò àti Ìdánwò Ohun èlò NEU ṣe àyẹ̀wò rẹ̀. A fi omi tọ́jú gbogbo àwọn àpẹẹrẹ náà ní 1180 °C fún wákàtí kan. Kí a tó dán an wò, a fi ìwé silicon carbide 2707 HDSS tí ó ní àwòrán owó 1 cm2 mọ́lẹ̀ sí 2000 grit, a sì tún fi 0.05 μm Al2O3 powder suspension tàn án. A fi àwọ̀ tí kò ní ìdènà dáàbò bo àwọn ẹ̀gbẹ́ àti ìsàlẹ̀ rẹ̀. Lẹ́yìn gbígbẹ, a fi omi tí a ti yọ ion kúrò nínú rẹ̀ fọ̀ àwọn àpẹẹrẹ náà, a sì fi 75% (v/v) ethanol wẹ̀ wọ́n fún wákàtí 0.5. Lẹ́yìn náà, a gbẹ wọ́n ní afẹ́fẹ́ lábẹ́ ìmọ́lẹ̀ ultraviolet (UV) fún wákàtí 0.5 kí a tó lò ó.
A ra iru Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 lati ọdọ Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. A gbin Pseudomonas aeruginosa ni afẹfẹ ni 37°C ninu awọn igo 250 milimita ati awọn sẹẹli gilasi elekitirokemika 500 milimita nipa lilo alabọde omi Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Alabọde (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 NH3, 0016 NaH2PO4, peptone 5.0, ìyọkúrò ìwúkàrà 1.0 àti 0.1 ferric citrate. Autoclave ní 121°C fún ogún ìṣẹ́jú kí a tó fún ni ní abẹ́rẹ́. Ka àwọn sẹ́ẹ̀lì sessile àti planktonic nípa lílo hemocytometer lábẹ́ microscope ìmọ́lẹ̀ ní ìbúgbà 400X. Ìwọ̀n sẹ́ẹ̀lì àkọ́kọ́ ti planktonic Pseudomonas aeruginosa lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀ lẹ́yìn abẹ́rẹ́ jẹ́ nǹkan bí sẹ́ẹ̀lì 106/ml.
A ṣe àwọn ìdánwò electrochemical nínú sẹ́ẹ̀lì gilasi mẹ́ta-electrode alágbékalẹ̀ pẹ̀lú ìwọ̀n àárín 500 milimita. A so ìwé platinum kan àti electrode calomel tí ó kún fún ìdàpọ̀ (SCE) mọ́ reactor nípasẹ̀ àwọn capillaries Luggin tí a fi àwọn afárá iyọ̀ kún, tí wọ́n ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí counter àti reference electrodes, lẹ́sẹẹsẹ. Láti ṣe àwọn electrodes tí ń ṣiṣẹ́, a so wáyà bàbà tí a fi roba bo mọ́ àpẹẹrẹ kọ̀ọ̀kan, a sì fi epoxy bò ó, èyí tí ó fi nǹkan bí 1 cm2 ti ojú ilẹ̀ tí ó fara hàn fún electrode tí ń ṣiṣẹ́ sílẹ̀. Nígbà tí a bá ń wọn electrochemical, a gbé àwọn àpẹẹrẹ sínú 2216E medium a sì ń tọ́jú rẹ̀ ní ìwọ̀n otútù incubation déédé (37 °C) nínú omi ìwẹ̀. A wọn OCP, LPR, EIS àti potential dynamic polarization data nípa lílo Autolab potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). A gba àwọn ìdánwò LPR sílẹ̀ ní ìwọ̀n scan ti 0.125 mV s-1 lórí ìwọ̀n -5 àti 5 mV pẹ̀lú Eocp àti ìgbà tí a ń lo sample frequency ti 1 Hz. A ṣe EIS pẹ̀lú sine wave nínú frequency Àárín 0.01 sí 10,000 Hz nípa lílo fólẹ́ẹ̀tì 5 mV tí a lò ní ipò tí ó dúró ṣinṣin Eocp. Kí a tó lè gbá a, àwọn elekitiroodu náà wà ní ipò ìṣí-ìṣí títí tí a fi dé iye agbára ìpalára tí ó dúró ṣinṣin. Lẹ́yìn náà, a ṣiṣẹ́ àwọn ìlà ìyípadà láti -0.2 sí 1.5 V vs. Eocp ní ìwọ̀n ìwòran ti 0.166 mV/s. A tún ṣe ìdánwò kọ̀ọ̀kan ní ìgbà mẹ́ta pẹ̀lú àti láìsí P. aeruginosa.
A fi ìwé SiC tí ó ní 2000 grit wet ṣe àtúnṣe àwọn àpẹẹrẹ fún ìwádìí irin, lẹ́yìn náà a tún fi 0.05 μm Al2O3 powder suspension ṣe àtúnṣe irin fún ìwòran ojú. A lo ohun èlò amúṣẹ́dá ojú láti fi ṣe àtúnṣe irin. A fi 10 wt.% potassium hydroxide solution 43 ṣe àtúnṣe àwọn àpẹẹrẹ náà.
Lẹ́yìn ìfàsẹ́yìn, a fọ ​​àwọn àyẹ̀wò náà ní ìgbà mẹ́ta pẹ̀lú omi iyọ̀ phosphate-buffered saline (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) lẹ́yìn náà a fi glutaraldehyde 2.5% (v/v) ṣe àtúnṣe fún wákàtí mẹ́wàá láti tún àwọn biofilms ṣe. Lẹ́yìn náà, a fi ẹ̀rọ ethanol tí a ti ṣe àtúnṣe (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% àti 100% v/v) gbẹ ẹ́ kí afẹ́fẹ́ tó gbẹ ẹ́. Níkẹyìn, a fi fíìmù wúrà kan sí ojú àyẹ̀wò náà láti pèsè ìṣàfihàn SEM. Àwọn àwòrán SEM dojúkọ àwọn ibi tí àwọn sẹ́ẹ̀lì P. aeruginosa tí ó gbóná jùlọ wà lórí ojú àyẹ̀wò kọ̀ọ̀kan. Ṣe ìwádìí EDS láti rí àwọn èròjà kẹ́míkà. A lo Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germany) láti wọn jíjìn ihò náà. Láti lè kíyèsí àwọn ihò ìpalára lábẹ́ biofilm náà, a kọ́kọ́ fọ ohun ìdánwò náà gẹ́gẹ́ bí ìlànà Orílẹ̀-èdè China ti sọ. (CNS) GB/T4334.4-2000 láti yọ àwọn ọjà ìbàjẹ́ àti biofilm kúrò lórí ojú ohun ìdánwò náà.
A ṣe àyẹ̀wò X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB250 surface analysis system, Thermo VG, USA) nípa lílo orísun X-ray monochromatic (ìlà aluminiomu Kα ní agbára eV 1500 àti agbára 150 W) lórí ìwọ̀n agbára ìdènà 0 lábẹ́ àwọn ipò déédéé –1350 eV. A gba àwọn spectra gíga sílẹ̀ nípa lílo agbára pass eV 50 àti ìwọ̀n ìgbésẹ̀ 0.2 eV.
A yọ àwọn àpẹẹrẹ tí a ti fi sínú àpò náà kúrò, a sì fi PBS (pH 7.4 ± 0.2) fọ̀ ọ́ díẹ̀díẹ̀ fún 15 s45. Láti kíyèsí bí àwọn biofilm tí ó wà lórí àwọn àpẹẹrẹ náà ṣe ń ṣiṣẹ́, a fi àwọ̀ bo biofilm náà nípa lílo LIVE/DEAD BacLight BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Ohun èlò náà ní àwọ̀ fluorescent méjì, àwọ̀ fluorescent SYTO-9 aláwọ̀ ewé àti àwọ̀ fluorescent propidium iodide (PI) aláwọ̀ pupa. Lábẹ́ CLSM, àwọn àmì tí ó ní àwọ̀ fluorescent àti pupa dúró fún àwọn sẹ́ẹ̀lì alààyè àti òkú, lẹ́sẹẹsẹ. Fún àwọ̀, a fi àdàpọ̀ 1 ml kan tí ó ní 3 μl SYTO-9 àti 3 μl PI ojutù 3 μl sínú àpò fún ìṣẹ́jú 20 ní iwọ̀n otútù yàrá (23 oC) ní òkùnkùn. Lẹ́yìn náà, a rí àwọn àpẹẹrẹ tí ó ní àwọ̀ ní ìgbì omi méjì (488 nm fún àwọn sẹ́ẹ̀lì alààyè àti 559 nm fún àwọn sẹ́ẹ̀lì òkú) nípa lílo ẹ̀rọ Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japan). A wọn ìwọ̀n biofilm ní ipo ìwòran 3-D.
Bí a ṣe lè tọ́ka sí àpilẹ̀kọ yìí: Li, H. àti àwọn ẹlòmíràn. Ìbàjẹ́ microbial ti irin alagbara 2707 super duplex láti ọwọ́ omi Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Ìfọ́ ìpalára ìfọ́ ti irin alagbara duplex LDX 2101 ninu omi kiloraidi niwaju thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Ipa ti itọju ooru ojutu ati nitrogen ninu gaasi aabo lori idinku resistance ipata ti welds irin alagbara nla meji.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Ìkẹ́kọ̀ọ́ Kẹ́míkà Afiwera ti Ìbàjẹ́ Pitting Pitting ti Kòkòrò Àìsàn àti Elékímíkà tí a fà sínú Irin Alagbara 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Ìwà electrochemical ti irin alagbara duplex 2205 ninu awọn ojutu alkaline ti o yatọ si pH ni iwaju chloride.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ipa ti awọn fiimu biofilm omi lori ipata: atunyẹwo kukuru kan.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).