Вплив морської біоплівки Pseudomonas aeruginosa на мікробну корозію супердуплексної нержавіючої сталі 2707

Дякуємо, що відвідали Nature.com.Ви використовуєте версію браузера з обмеженою підтримкою CSS.Для найкращої роботи радимо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer).Крім того, щоб забезпечити постійну підтримку, ми показуємо сайт без стилів і JavaScript.
Відображає карусель із трьох слайдів одночасно.Використовуйте кнопки «Попередній» і «Наступний», щоб переходити по трьох слайдах одночасно, або використовуйте кнопки повзунка в кінці, щоб переходити по трьох слайдах одночасно.
Мікробна корозія (MIC) є основною проблемою в багатьох галузях промисловості, оскільки вона може призвести до величезних економічних втрат.Супердуплексна нержавіюча сталь 2707 (2707 HDSS) використовується в морському середовищі завдяки своїй відмінній хімічній стійкості.Однак його стійкість до МІК експериментально не доведена.У цьому дослідженні вивчалася поведінка MIC 2707 HDSS, викликаного морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa.Електрохімічний аналіз показав, що за наявності біоплівки Pseudomonas aeruginosa в середовищі 2216E потенціал корозії змінюється в позитивну сторону, а густина струму корозії збільшується.Результати аналізу рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS) показали зниження вмісту Cr на поверхні зразка під біоплівкою.Аналіз зображень ямок показав, що біоплівки Pseudomonas aeruginosa дають максимальну глибину ямок 0,69 мкм після 14 днів культивування.Хоча це мало, це свідчить про те, що 2707 HDSS не повністю захищені від впливу біоплівок P. aeruginosa на MIC.
Дуплексна нержавіюча сталь (DSS) широко використовується в різних галузях промисловості завдяки ідеальному поєднанню відмінних механічних властивостей і стійкості до корозії1,2.Однак локалізована точкова корекція все ще може виникнути, що може вплинути на цілісність цієї сталі 3, 4 .DSS не захищений від мікробної корозії (MIC)5,6.Незважаючи на те, що діапазон застосування DSS дуже широкий, все ще існують середовища, де стійкість до корозії DSS недостатня для тривалого використання.Це означає, що потрібні більш дорогі матеріали з більшою стійкістю до корозії.Джеон та ін.7 виявили, що навіть супердуплексна нержавіюча сталь (SDSS) має деякі обмеження щодо стійкості до корозії.Тому існує потреба в супердуплексній нержавіючій сталі (HDSS) з вищою стійкістю до корозії в певних сферах застосування.Це призвело до розробки високолегованого HDSS.
Корозійна стійкість DSS визначається співвідношенням α-фази до γ-фази та областей, збіднених Cr, Mo та W, що прилягають до вторинних фаз8,9,10.HDSS містить високий вміст Cr, Mo та N11, що надає йому чудову стійкість до корозії та високе значення (45-50) еквівалентного значення стійкості до точкової корекції (PREN), яке визначається мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.% W) + 16 мас.%.N12.Його відмінна стійкість до корозії залежить від збалансованого складу, що містить приблизно 50% феритної (α) і 50% аустенітної (γ) фаз.HDSS має покращені механічні властивості та вищу стійкість до хлору порівняно зі звичайним DSS13.Характеристика хімічної корозії.Покращена стійкість до корозії розширює використання HDSS у більш агресивних хлоридних середовищах, таких як морські середовища.
ВПК є значною проблемою в багатьох галузях промисловості, включаючи нафтогазову та водопостачання14.На MIC припадає 20% усіх пошкоджень від корозії15.MIC — це біоелектрохімічна корозія, яку можна спостерігати в багатьох середовищах16.Утворення біоплівок на металевих поверхнях змінює електрохімічні умови і таким чином впливає на процес корозії.Загальновизнано, що корозію MIC викликають біоплівки14.Електрогенні мікроорганізми поїдають метали, щоб отримати енергію для виживання17.Останні дослідження MIC показали, що EET (позаклітинний перенос електронів) є обмежуючим фактором для MIC, індукованого електрогенними мікроорганізмами.Zhang et al.18 продемонстрували, що електронні медіатори прискорюють перенесення електронів між сидячими клітинами Desulfovibrio vulgaris і нержавіючої сталі 304, що призводить до більш серйозної атаки MIC.Еннінг та ін.19 і Wenzlaff et al.20 показали, що біоплівки корозійних сульфатвідновлюючих бактерій (SRBs) можуть поглинати електрони безпосередньо з металевих підкладок, що призводить до сильного пітингу.
Відомо, що DSS чутливий до MIC у середовищах, що містять SRB, бактерії, що відновлюють залізо (IRB), тощо. 21 .Ці бактерії викликають локалізовану точкуватість на поверхні DSS під біоплівкою 22, 23.На відміну від DSS, про MIC HDSS24 відомо мало.
Pseudomonas aeruginosa є грамнегативною, рухливою, паличкоподібною бактерією, яка широко поширена в природі25.Pseudomonas aeruginosa також є основною мікробіотою, відповідальною за MIC сталі в морському середовищі26.Види Pseudomonas беруть безпосередню участь у процесах корозії та визнані першими колонізаторами під час формування біоплівки27.Махат та ін.28 і Yuan et al.29 продемонстрували, що Pseudomonas aeruginosa має тенденцію збільшувати швидкість корозії м’якої сталі та сплавів у водному середовищі.
Основною метою цієї роботи є вивчення властивостей МІК 2707 HDSS, спричинених морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa, за допомогою електрохімічних методів, методів аналізу поверхні та аналізу продуктів корозії.Для вивчення поведінки MIC 2707 HDSS були проведені електрохімічні дослідження, включаючи потенціал відкритого контуру (OCP), лінійний поляризаційний опір (LPR), спектроскопію електрохімічного імпедансу (EIS) і динамічну поляризацію потенціалу.Енергодисперсійна спектроскопія (EDS) аналіз виконується для виявлення хімічних елементів на корозійних поверхнях.Крім того, методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФС) визначено стійкість пасивації оксидної плівки під впливом морського середовища, що містить синьогнійну паличку.Глибину ямок вимірювали під конфокальним лазерним скануючим мікроскопом (CLSM).
У таблиці 1 наведено хімічний склад 2707 HDSS.Таблиця 2 показує, що 2707 HDSS має відмінні механічні властивості з межею текучості 650 МПа.На рис.1 показана оптична мікроструктура 2707 HDSS, обробленого розчином.Видовжені смуги аустенітної та феритної фаз без вторинних фаз можна побачити в мікроструктурі, яка містить приблизно 50% аустенітної та 50% феритної фаз.
На рис.2а показано потенціал відкритого контуру (Eocp) від часу експозиції для 2707 HDSS в абіотичному середовищі 2216E та бульйоні Pseudomonas aeruginosa протягом 14 днів при 37°C.Встановлено, що найбільш виражені зміни Eocp відбувалися протягом перших 24 годин.Значення Eocp в обох випадках досягли максимуму приблизно -145 мВ (порівняно з SCE) приблизно через 16 годин, а потім різко впали до -477 мВ (проти SCE) і -236 мВ (проти SCE) для небіологічних зразків і P для відносних SCE) листя патини відповідно.Через 24 години значення Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS залишалося відносно стабільним на рівні -228 мВ (порівняно з SCE), тоді як відповідне значення для небіологічного зразка становило приблизно -442 мВ (порівняно з SCE).Eocp за наявності синьогнійної палички був досить низьким.
Електрохімічне дослідження 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні Pseudomonas aeruginosa при 37°C:
(a) Зміна Eocp з часом експозиції, (b) поляризаційна крива на 14 день, (c) зміна Rp з часом експозиції, (d) зміна corr з часом експозиції.
У таблиці 3 наведено параметри електрохімічної корозії 2707 зразків HDSS, які піддалися впливу абіотичних середовищ і середовищ, інокульованих P. aeruginosa, протягом 14 днів.Тангенціальна екстраполяція анодної та катодної кривих до точки перетину дозволила визначити густину струму корозії (icorr), потенціал корозії (Ecorr) і нахил Тафеля (βα і βc) відповідно до стандартних методів30,31.
Як показано на малюнку 2b, зрушення вгору кривої P. aeruginosa призвело до збільшення Ecorr порівняно з абіотичною кривою.Значення icorr зразка, що містить Pseudomonas aeruginosa, пропорційно швидкості корозії, зросло до 0,328 мкА см-2, що в чотири рази більше, ніж у небіологічного зразка (0,087 мкА см-2).
LPR — класичний електрохімічний метод неруйнівного експрес-аналізу корозії.Його також використовували для дослідження MIC32.На рис.2в показано зміну поляризаційного опору (Rp) залежно від часу експозиції.Більше значення Rp означає меншу корозію.Протягом перших 24 годин Rp 2707 HDSS досяг піку при 1955 кОм см2 для небіологічних зразків і 1429 кОм см2 для зразків Pseudomonas aeruginosa.На малюнку 2c також показано, що значення Rp швидко знизилося через один день, а потім залишилося відносно незмінним протягом наступних 13 днів.Значення Rp для досліджуваного зразка Pseudomonas aeruginosa становить близько 40 кОм см2, що набагато менше, ніж значення 450 кОм см2 для небіологічного досліджуваного зразка.
Величина icorr пропорційна рівномірній швидкості корозії.Його значення можна розрахувати за наступним рівнянням Штерна-Гірі:
За даними Zoe et al.33 у цій роботі нахил Тафеля B було прийнято як типове значення 26 мВ/дек.На рис.2d показує, що icorr абіотичного штаму 2707 залишався відносно стабільним, тоді як icorr смуги Pseudomonas aeruginosa сильно коливався з великим стрибком після перших 24 годин.Значення icorr тестового зразка Pseudomonas aeruginosa було на порядок вище, ніж у небіологічного контролю.Ця тенденція узгоджується з результатами поляризаційного опору.
EIS є ще одним неруйнівним методом, який використовується для характеристики електрохімічних реакцій на межі корозії34.Спектри імпедансу та розрахунки ємності смужок, підданих впливу абіотичних середовищ і розчинів Pseudomonas aeruginosa, Rb — опір пасивної/біоплівки, утвореної на поверхні смужки, Rct — опір передачі заряду, Cdl — подвійний електричний шар.) і параметри елемента постійної фази QCPE (CPE).Ці параметри були додатково проаналізовані шляхом порівняння даних з моделлю еквівалентної електричної схеми (EEC).
На рис.3 показані типові графіки Найквіста (a і b) і графіки Боде (a' і b') 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні Pseudomonas aeruginosa за різного часу інкубації.При наявності Pseudomonas aeruginosa діаметр петлі Найквіста зменшується.Діаграма Боде (рис. 3b') показує збільшення загального імпедансу.Інформацію про постійну часу релаксації можна отримати з фазових максимумів.На рис.4 показані фізичні структури та відповідний ЕЕС на основі одношарового (а) та двошарового (b).CPE введено в модель EEC.Його пропускна здатність і імпеданс виражаються наступним чином:
Дві фізичні моделі та відповідні еквівалентні схеми для підгонки купонного імпедансного спектру 2707 HDSS:
Де Y0 — величина CPE, j — уявне число або (−1)1/2, ω — кутова частота, а n — коефіцієнт потужності CPE, менший за одиницю35.Інверсія опору переносу заряду (тобто 1/Rct) відповідає швидкості корозії.Нижче значення Rct означає вищу швидкість корозії27.Після 14 днів інкубації Rct досліджуваного зразка Pseudomonas aeruginosa досягло 32 кОм см2, що значно менше, ніж 489 кОм см2 небіологічного тестового зразка (табл. 4).
Зображення CLSM та зображення SEM на рис.5 чітко показує, що покриття біоплівки на поверхні зразка HDSS 2707 було дуже щільним через 7 днів.Однак через 14 днів покриття біоплівки стало рідкісним і з’явилися мертві клітини.У таблиці 5 показано товщину біоплівки 2707 зразків HDSS після 7 і 14 днів впливу Pseudomonas aeruginosa.Максимальна товщина біоплівки змінилася з 23,4 мкм через 7 днів до 18,9 мкм через 14 днів.Середня товщина біоплівки також підтвердила цю тенденцію.Він знизився з 22,2 ± 0,7 мкм через 7 днів до 17,8 ± 1,0 мкм через 14 днів.
(a) 3-D CLSM зображення через 7 днів, (b) 3-D CLSM зображення через 14 днів, (c) SEM зображення через 7 днів і (d) SEM зображення через 14 днів.
ЕМП виявив хімічні елементи в біоплівці та продукти корозії на зразках, підданих впливу Pseudomonas aeruginosa протягом 14 днів.На рис.6 видно, що вміст C, N, O, P у біоплівці та продуктах корозії значно вищий, ніж у чистому металі, оскільки ці елементи пов’язані з біоплівкою та її метаболітами.Мікроорганізмам потрібні лише слідові кількості Cr і Fe.Високий вміст Cr і Fe в біоплівці та продукти корозії на поверхні зразка свідчать про втрату елементів у металевій матриці в результаті корозії.
Через 14 днів у середовищі 2216E спостерігалися ямки з P. aeruginosa та без нього.До інкубації поверхня зразків була гладкою та без дефектів (рис. 7а).Після інкубації та видалення біоплівки та продуктів корозії найглибші ямки на поверхні зразка досліджували за допомогою CLSM, як показано на рис. 7b і c.На поверхні небіологічного контролю (максимальна глибина ямки 0,02 мкм) не було виявлено жодних явних ямок.Максимальна глибина ямки, викликаної Pseudomonas aeruginosa, становила 0,52 мкм через 7 днів і 0,69 мкм через 14 днів на основі середньої максимальної глибини ямки з 3 зразків (10 максимальних глибин ямки було відібрано для кожного зразка) і досягала 0,42 ± 0,12 мкм. .та 0,52 ± 0,15 мкм відповідно (табл. 5).Ці значення глибини ямок невеликі, але важливі.
(a) перед впливом;(b) 14 днів в абіотичному середовищі;(c) 14 днів у бульйоні P. aeruginosa.
На рис.У таблиці 8 показано XPS-спектри різних поверхонь зразків, а хімічний склад, проаналізований для кожної поверхні, підсумовано в таблиці 6. У таблиці 6 атомний відсоток Fe і Cr був набагато нижчим у присутності P. aeruginosa (зразки A і B). ), ніж у небіологічних контрольних смужках.(зразки C і D).Для зразка Pseudomonas aeruginosa спектральна крива основного рівня Cr 2p була підігнана до чотирьох пікових компонентів з енергіями зв’язку (BE) 574,4, 576,6, 578,3 і 586,8 еВ, які були віднесені до Cr, Cr2O3, CrO3 і Cr(OH) 3 відповідно (рис. 9а і б).Для небіологічних зразків спектри основного рівня Cr 2p на рис.9c і d містять два основних піки Cr (BE 573,80 еВ) і Cr2O3 (BE 575,90 еВ), відповідно.Найбільш разючою відмінністю між абіотичним купоном і купоном P. aeruginosa була наявність Cr6+ і відносно високої частки Cr(OH)3 (BE 586,8 еВ) під біоплівкою.
Широкі поверхневі спектри XPS 2707 зразків HDSS у двох середовищах протягом 7 і 14 днів відповідно.
(a) 7-денний вплив P. aeruginosa, (b) 14-денний вплив P. aeruginosa, (c) 7-денний абіотичний вплив, (d) 14-денний абіотичний вплив.
HDSS демонструє високий рівень стійкості до корозії в більшості середовищ.Кім та ін.2 повідомили, що HDSS UNS S32707 було ідентифіковано як високо легований DSS з PREN більше 45. Значення PREN зразка HDSS 2707 у цій роботі було 49. Це пов’язано з високим вмістом Cr і високими рівнями Mo і Ni, які корисні в кислих середовищах і середовищах з високим вмістом хлоридів.Крім того, добре збалансований склад і бездефектна мікроструктура забезпечують структурну стабільність і стійкість до корозії.Незважаючи на чудову хімічну стійкість, експериментальні дані в цій роботі показують, що 2707 HDSS не є повністю захищеним від MIC біоплівки Pseudomonas aeruginosa.
Електрохімічні результати показали, що швидкість корозії 2707 HDSS у бульйоні Pseudomonas aeruginosa значно зросла через 14 днів порівняно з небіологічним середовищем.На малюнку 2a зниження Eocp спостерігалося як в абіотичному середовищі, так і в бульйоні P. aeruginosa протягом перших 24 годин.Після цього біоплівка закінчує покривати поверхню зразка, і Eocp стає відносно стабільним.Однак біотичний рівень Eocp був набагато вищим за абіотичний рівень Eocp.Є підстави вважати, що ця різниця пов’язана з утворенням біоплівок P. aeruginosa.На рис.2g, значення icorr 2707 HDSS досягло 0,627 мкА см-2 у присутності Pseudomonas aeruginosa, що на порядок вище, ніж у небіологічному контролі (0,063 мкА см-2), що узгоджується з Rct значення, виміряне EIS.Протягом перших кількох днів значення імпедансу в бульйоні P. aeruginosa зросли за рахунок прикріплення клітин P. aeruginosa та утворення біоплівки.Однак імпеданс зменшується, коли біоплівка повністю покриває поверхню зразка.Захисний шар піддається атаці насамперед через утворення біоплівки та метаболітів біоплівки.Тому стійкість до корозії з часом знижується, а відкладення синьогнійної палички спричиняють локальну корозію.Тенденції в абіотичних середовищах різні.Стійкість до корозії небіологічного контролю була значно вищою, ніж відповідне значення зразків, оброблених бульйоном Pseudomonas aeruginosa.Крім того, для абіотичних зразків значення Rct 2707 HDSS досягало 489 кОм см2 на 14 день, що в 15 разів вище, ніж у присутності Pseudomonas aeruginosa (32 кОм см2).Таким чином, 2707 HDSS має відмінну стійкість до корозії в стерильному середовищі, але не захищений від атаки MIC біоплівкою Pseudomonas aeruginosa.
Ці результати також можна спостерігати з поляризаційних кривих на рис.2б.Анодне розгалуження пов’язане з утворенням біоплівки Pseudomonas aeruginosa та реакціями окислення металів.Водночас катодною реакцією є відновлення кисню.Наявність P. aeruginosa значно підвищувала щільність струму корозії, яка була приблизно на порядок вищою, ніж в абіотичному контролі.Це вказує на те, що біоплівка Pseudomonas aeruginosa посилює локалізовану корозію 2707 HDSS.Yuan et al.29 виявили, що щільність корозійного струму сплаву Cu-Ni 70/30 була збільшена біоплівкою Pseudomonas aeruginosa.Це може бути наслідком біокаталізу відновлення кисню біоплівкою Pseudomonas aeruginosa.Це спостереження також може пояснити MIC 2707 HDSS у цій роботі.Аеробні біоплівки також можуть зменшити вміст кисню під ними.Таким чином, відмова від репасивації поверхні металу киснем може бути фактором, що сприяє MIC у цій роботі.
Дікінсон та ін.38 припустив, що швидкість хімічних і електрохімічних реакцій безпосередньо залежить від метаболічної активності бактерій, прикріплених до поверхні зразка, і від природи продуктів корозії.Як показано на малюнку 5 і в таблиці 5, кількість клітин і товщина біоплівки зменшилися через 14 днів.Це можна розумно пояснити тим фактом, що через 14 днів більшість закріплених клітин на поверхні 2707 HDSS загинули через виснаження поживних речовин у середовищі 2216E або вивільнення іонів токсичних металів з матриці 2707 HDSS.Це обмеження групових експериментів.
У цій роботі біоплівка Pseudomonas aeruginosa сприяла локальному виснаженню Cr і Fe під біоплівкою на поверхні 2707 HDSS (рис. 6).У таблиці 6 Fe і Cr зменшилися в зразку D порівняно зі зразком C, що вказує на те, що розчинення Fe і Cr, викликане біоплівкою P. aeruginosa, зберігалося після перших 7 днів.Середовище 2216E використовується для імітації морського середовища.Він містить 17700 ppm Cl-, що можна порівняти з його вмістом у природній морській воді.Наявність 17700 ppm Cl- була основною причиною зниження Cr у 7-денних та 14-денних небіологічних зразках, проаналізованих XPS.Порівняно з досліджуваним зразком Pseudomonas aeruginosa, розчинення Cr в абіотичному досліджуваному зразку набагато менше через високу стійкість 2707 HDSS до хлору в абіотичному середовищі.На рис.9 показано наявність Cr6+ в пасивуючій плівці.Це може бути пов’язано з видаленням Cr зі сталевих поверхонь біоплівками P. aeruginosa, як припустили Чен і Клейтон39.
Завдяки росту бактерій значення pH середовища до і після інкубації становили 7,4 і 8,2 відповідно.Таким чином, малоймовірно, що корозія органічних кислот сприятиме цій роботі під біоплівками P. aeruginosa через відносно високий рН у об’ємному середовищі.Рівень pH небіологічного контрольного середовища істотно не змінився (від початкового 7,4 до кінцевого 7,5) протягом 14-денного періоду випробування.Підвищення рН в інокулятному середовищі після інкубації було пов’язане з метаболічною активністю Pseudomonas aeruginosa, і такий самий вплив на рН було виявлено за відсутності тест-смужки.
Як показано на рис.7, максимальна глибина ямки, викликаної біоплівкою Pseudomonas aeruginosa, становила 0,69 мкм, що значно більше, ніж в абіотичному середовищі (0,02 мкм).Це узгоджується з наведеними вище електрохімічними даними.За тих самих умов глибина виїмки 0,69 мкм більш ніж у десять разів менша за значення 9,5 мкм, указане для 2205 DSS40.Ці дані показують, що 2707 HDSS демонструє кращу стійкість до MIC, ніж 2205 DSS.Це не дивно, оскільки 2707 HDSS має вищий рівень Cr, що забезпечує більш тривалу пасивацію, ускладнює депасивацію Pseudomonas aeruginosa та запускає процес без шкідливого вторинного осадження, піттингу41.
На завершення, піттинг MIC був виявлений на 2707 поверхнях HDSS у бульйоні Pseudomonas aeruginosa, тоді як піттинг був незначним в абіотичних середовищах.Ця робота показує, що 2707 HDSS має кращу стійкість до MIC, ніж 2205 DSS, але він не повністю стійкий до MIC через біоплівку Pseudomonas aeruginosa.Ці результати допомагають у виборі відповідної нержавіючої сталі та очікуваної тривалості служби для морського середовища.
2707 зразків HDSS були надані Школою металургії Північно-східного університету (NEU), Шеньян, Китай.Елементний склад 2707 HDSS наведено в таблиці 1, яка була проаналізована відділом аналізу матеріалів і випробувань Північно-східного університету.Усі зразки обробляли для твердого розчину при 1180°C протягом 1 години.Перед випробуванням на корозію монетну сталь 2707 HDSS із відкритою поверхнею 1 см2 було відполіровано до зернистості 2000 наждачним папером з карбіду кремнію, а потім додатково відполіровано суспензією порошку Al2O3 0,05 мкм.Боковини та дно захищені інертною фарбою.Після сушіння зразки промивали стерильною деіонізованою водою та стерилізували 75% (об./об.) етанолом протягом 0,5 години.Потім їх висушували на повітрі під ультрафіолетовим (УФ) світлом протягом 0,5 години перед використанням.
Морський штам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 був придбаний у колекції морських культур Сямень (MCCC), Китай.Рідке середовище Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Китай) використовували для культивування Pseudomonas aeruginosa в 250 мл колбах і 500 мл електрохімічних скляних клітинах в аеробних умовах при 37°C.Середовище містить (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, 0,008 , 0,008 Na4F0H20PO.1,0 дріжджового екстракту і 0,1 цитрату заліза.Автоклавуйте при 121 °C протягом 20 хвилин перед інокуляцією.Сидячі та планктонні клітини підраховували під світловим мікроскопом за допомогою гемоцитометра при 400-кратному збільшенні.Початкова концентрація планктонних клітин P. aeruginosa відразу після інокуляції становила приблизно 106 клітин/мл.
Електрохімічні випробування проводили в класичній триелектродній скляній комірці середнім об'ємом 500 мл.Платиновий лист і насичений каломельний електрод (SCE) були підключені до реактора через капіляр Луггіна, заповнений сольовим містком, і служили протиелектродом і електродом порівняння відповідно.Щоб створити робочий електрод, мідний дріт з гумовим покриттям прикріплювали до кожного зразка та покривали епоксидною смолою, залишаючи приблизно 1 см2 площі поверхні з одного боку для робочого електрода.Під час електрохімічних вимірювань зразки поміщали в середовище 2216E і витримували при постійній температурі інкубації (37°C) на водяній бані.OCP, LPR, EIS і дані про потенційну динамічну поляризацію вимірювали за допомогою потенціостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США).Тести LPR реєструвалися при частоті сканування 0,125 мВ с-1 в діапазоні -5 і 5 мВ і Eocp з частотою дискретизації 1 Гц.EIS проводили в стаціонарному стані Eocp з використанням прикладеної напруги 5 мВ із синусоїдою в діапазоні частот від 0,01 до 10 000 Гц.Перед розгорткою потенціалу електроди були в режимі розімкнутого ланцюга, доки не було досягнуто стабільного потенціалу вільної корозії 42.с.Кожен тест повторювали три рази з синьогнійною паличкою та без неї.
Зразки для металографічного аналізу були механічно відполіровані вологим SiC папером зернистістю 2000, а потім відполіровані суспензією порошку Al2O3 0,05 мкм для оптичного спостереження.Металографічний аналіз проводили за допомогою оптичного мікроскопа.Зразок був протравлений 10 мас.% розчином гідроксиду калію43.
Після інкубації промийте 3 рази фосфатно-сольовим буфером (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а потім зафіксуйте 2,5% (об’єм) глутарового альдегіду протягом 10 годин для фіксації біоплівки.Подальша дегідратація етанолом у ступінчастій серії (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% за об’ємом) перед сушінням на повітрі.Нарешті, золота плівка була напилена на поверхню зразка, щоб забезпечити провідність для спостереження SEM44.SEM-зображення фокусуються на місці з найбільшою кількістю клітин P. aeruginosa на поверхні кожного зразка.Аналіз ЕМП проводився для виявлення хімічних елементів.Для вимірювання глибини ямки використовували конфокальний лазерний скануючий мікроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Німеччина).Щоб спостерігати корозійні ямки під біоплівкою, тестовий зразок спочатку очищали відповідно до Китайського національного стандарту (CNS) GB/T4334.4-2000, щоб видалити продукти корозії та біоплівки з поверхні тестового зразка.
Аналіз методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, США) з використанням монохроматичного джерела рентгенівського випромінювання (лінія Al Kα з енергією 1500 еВ та потужністю 150 Вт) у широкому діапазоні енергій зв’язку 0 нижче стандартних умов –1350 еВ.Записуйте спектри високої роздільної здатності, використовуючи енергію проходження 50 еВ і розмір кроку 0,2 еВ.
Вийміть інкубований зразок і обережно промийте його PBS (pH 7,4 ± 0,2) протягом 15 с45.Щоб спостерігати за життєздатністю бактерій біоплівки на зразку, біоплівку пофарбували за допомогою набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджин, Орегон, США).Набір містить два флуоресцентні барвники: зелений флуоресцентний барвник SYTO-9 і червоний флуоресцентний барвник пропідію йодид (PI).У CLSM флуоресцентні зелені та червоні точки представляють живі та мертві клітини відповідно.Для фарбування інкубуйте 1 мл суміші, що містить 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл розчину PI, при кімнатній температурі (23°C) у темряві протягом 20 хвилин.Після цього пофарбовані зразки спостерігали на двох довжинах хвилі (488 нм для живих клітин і 559 нм для мертвих клітин) за допомогою апарату Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія).Виміряйте товщину біоплівки в режимі 3-D сканування.
Як цитувати цю статтю: Li, H. et al.Вплив морської біоплівки Pseudomonas aeruginosa на мікробну корозію супердуплексної нержавіючої сталі 2707.наука.будинок 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозійне розтріскування дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у хлоридних розчинах у присутності тіосульфату.корозії.наука.80, 205–212 (2014).
Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С. Вплив термічної обробки розчину та азоту в захисному газі на стійкість до точкової корозії супердуплексних зварних швів з нержавіючої сталі.корозії.наука.53, 1939–1947 (2011).
Ши, X., Авчі, Р., Гейзер, М. і Левандовскі, З. Хімічне порівняльне дослідження мікробного та електрохімічного пітингу в нержавіючій сталі 316L.корозії.наука.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG і Xiao K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах при різних значеннях pH у присутності хлориду.електрохімії.Журнал.64, 211–220 (2012).