תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בבת אחת.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם, או השתמש בלחצני המחוון שבקצה כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם.
קורוזיה מיקרוביאלית (MIC) היא בעיה מרכזית בתעשיות רבות מכיוון שהיא עלולה להוביל להפסדים כלכליים אדירים.פלדת אל חלד סופר דופלקס 2707 (2707 HDSS) משמשת בסביבות ימיות בשל עמידותה הכימית המעולה.עם זאת, העמידות שלו ל-MIC לא הוכחה בניסוי.מחקר זה בדק את ההתנהגות של MIC 2707 HDSS שנגרם על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa.ניתוח אלקטרוכימי הראה כי בנוכחות הביופילם Pseudomonas aeruginosa במדיום 2216E, פוטנציאל הקורוזיה השתנה באופן חיובי, וצפיפות זרם הקורוזיה עלתה.התוצאות של ניתוח ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון (XPS) הראו ירידה בתכולת Cr על פני הדגימה מתחת לביופילם.ניתוח של תמונות הבור הראה שביופילם של Pseudomonas aeruginosa יצרו עומק בור מרבי של 0.69 מיקרומטר לאחר 14 ימי תרבות.למרות שזה קטן, זה מצביע על כך ש-2707 HDSS אינם חסינים לחלוטין מפני ההשפעות של ביופילמים של P. aeruginosa על MIC.
פלדת אל חלד דופלקסית (DSS) נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות שונות בשל השילוב המושלם של תכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני קורוזיה1,2.עם זאת, עדיין עלולים להתרחש בור מקומי, מה שעלול להשפיע על שלמות הפלדה הזו 3, 4.DSS אינו מוגן מפני קורוזיה מיקרוביאלית (MIC)5,6.למרות שטווח היישומים של DSS הוא רחב מאוד, ישנן עדיין סביבות שבהן עמידות בפני קורוזיה של DSS אינה מספיקה לשימוש ארוך טווח.המשמעות היא שנדרשים חומרים יקרים יותר עם עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה.Jeon et al.7 מצאו שגם לפלדת אל-חלד סופר דופלקסית (SDSS) יש מגבלות מסוימות מבחינת עמידות בפני קורוזיה.לכן, יש צורך בפלדות אל-חלד סופר דופלקס (HDSS) עם עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה ביישומים מסוימים.זה הוביל לפיתוח של HDSS בעל סגסוגת גבוהה.
עמידות הקורוזיה של DSS נקבעת על ידי היחס בין שלב α לשלב γ ואזורים מדוללים ב- Cr, Mo ו- W הסמוכים לשלבים המשניים8,9,10.HDSS מכיל תכולה גבוהה של Cr, Mo ו-N11, מה שמקנה לו עמידות מצוינת בפני קורוזיה וערך גבוה (45-50) שווה ערך להתנגדות בור (PREN), המוגדר על ידי wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo) + 0, 5 Wt % W) + 16 Wt %.N12.העמידות המצוינת בפני קורוזיה תלויה בהרכב מאוזן המכיל כ-50% פאזות פריטיות (α) ו-50% אוסטניטיות (γ).ל-HDSS יש תכונות מכניות משופרות ועמידות גבוהה יותר לכלור בהשוואה ל-DSS13 הרגיל.מאפיינים של קורוזיה כימית.עמידות משופרת בפני קורוזיה מרחיבה את השימוש ב-HDSS בסביבות כלוריד אגרסיביות יותר כמו סביבות ימיות.
MIC מהווה בעיה משמעותית בתעשיות רבות, כולל נפט וגז ואספקת מים14.MIC מהווה 20% מכלל נזקי הקורוזיה15.MIC הוא קורוזיה ביו-אלקטרוכימית שניתן לראות בסביבות רבות16.היווצרות ביופילם על משטחי מתכת משנה את התנאים האלקטרוכימיים ובכך משפיעה על תהליך הקורוזיה.מקובל בדרך כלל שקורוזיה MIC נגרמת על ידי ביופילם14.מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים אוכלים מתכות כדי להשיג אנרגיה להישרדות17.מחקרי MIC עדכניים הראו כי EET (העברת אלקטרונים חוץ תאית) הוא הגורם המגביל ל-MIC המושרה על ידי מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים.Zhang et al.18 הדגימו שמתוכי אלקטרונים מאיצים את העברת האלקטרונים בין תאים יושבים של Desulfovibrio vulgaris לבין פלדת אל-חלד 304, וכתוצאה מכך מתקפת MIC חמורה יותר.אנינג וחב'.19 ו-Wenzlaff et al.20 הראו שביופילם של חיידקים מפחיתי סולפט קורוזיביים (SRBs) יכולים לספוג אלקטרונים ישירות ממצעי מתכת, וכתוצאה מכך בור חמור.
ידוע כי DSS רגיש ל-MIC במדיה המכילה SRBs, חיידקים מפחיתי ברזל (IRBs), וכו '21.חיידקים אלה גורמים לבור מקומי על פני השטח של ה-DSS מתחת לביופילם22,23.בניגוד ל-DSS, מעט ידוע על ה-MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa הוא חיידק גראם שלילי, תנועתי, בצורת מוט, המופץ באופן נרחב בטבע25.Pseudomonas aeruginosa הוא גם המיקרוביוטה העיקרית האחראית ל-MIC של פלדה בסביבה הימית26.מיני Pseudomonas מעורבים ישירות בתהליכי קורוזיה ומוכרים כמתיישבים הראשונים במהלך היווצרות ביופילם27.מהט וחב'.28 ו- Yuan et al.29 הוכיח כי Pseudomonas aeruginosa נוטה להגביר את קצב הקורוזיה של פלדה עדינה וסגסוגות בסביבות מימיות.
המטרה העיקרית של עבודה זו היא לחקור את תכונות ה-MIC של 2707 HDSS הנגרמות על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa באמצעות שיטות אלקטרוכימיות, שיטות ניתוח פני שטח וניתוח מוצרי קורוזיה.מחקרים אלקטרוכימיים הכוללים פוטנציאל מעגל פתוח (OCP), התנגדות לקיטוב ליניארי (LPR), ספקטרוסקופיה אלקטרוכימית עכבה (EIS) וקיטוב פוטנציאל דינמי בוצעו כדי לחקור את התנהגות ה-MIC 2707 HDSS.אנליזה של ספקטרוסקופיה מפזרת אנרגיה (EDS) מתבצעת כדי לזהות יסודות כימיים על משטחים פגומים.בנוסף, היציבות של פסיבציה של סרט תחמוצת בהשפעת סביבה ימית המכילה Pseudomonas aeruginosa נקבעה על ידי ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS).עומק הבורות נמדד תחת מיקרוסקופ סריקה לייזר קונפוקאלי (CLSM).
טבלה 1 מציגה את ההרכב הכימי של 2707 HDSS.טבלה 2 מראה של-2707 HDSS יש תכונות מכניות מצוינות עם חוזק תפוקה של 650 MPa.על איור.1 מציג את המיקרו-מבנה האופטי של תמיסה שעברה טיפול בחום 2707 HDSS.ניתן לראות פסים מוארכים של פאזות אוסטניטיות ופרוטיות ללא פאזות משניות במיקרו-מבנה המכיל כ-50% פאזות אוסטניטיות ו-50% פריטיות.
על איור.2a מציג את פוטנציאל המעגל הפתוח (Eocp) לעומת זמן החשיפה של 2707 HDSS במדיום אביוטי 2216E ומרק Pseudomonas aeruginosa למשך 14 ימים ב-37 מעלות צלזיוס.נמצא שהשינויים הבולטים ביותר ב-Eocp התרחשו במהלך 24 השעות הראשונות.ערכי Eocp בשני המקרים הגיעו לשיא של כ-145 mV (לעומת SCE) לאחר כ-16 שעות ולאחר מכן ירדו בחדות ל-477 mV (לעומת SCE) ו-236 mV (לעומת SCE) עבור דגימות לא ביולוגיות ו-P עבור יחסית SCE) עלי פטינה, בהתאמה.לאחר 24 שעות, ערך ה-Eocp של Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS נשאר יציב יחסית על -228 mV (בהשוואה ל-SCE), בעוד שהערך המקביל למדגם הלא ביולוגי היה כ-442 mV (בהשוואה ל-SCE).Eocp בנוכחות Pseudomonas aeruginosa היה נמוך למדי.
בדיקה אלקטרוכימית של 2707 דגימות HDSS במדיה אביוטית ובמרק Pseudomonas aeruginosa ב-37 מעלות צלזיוס:
(א) שינוי ב-Eocp עם זמן החשיפה, (ב) עקומת קיטוב ביום 14, (ג) שינוי ב-Rp עם זמן החשיפה, (ד) שינוי בהתאמה עם זמן החשיפה.
טבלה 3 מציגה את פרמטרי הקורוזיה האלקטרוכימיים של 2707 דגימות HDSS שנחשפו למדיה חוסנת אביוטי ו-P. aeruginosa במשך תקופה של 14 ימים.אקסטרפולציה טנגנציאלית של העקומות האנודיות והקתודיות לנקודת החיתוך אפשרה קביעת צפיפות זרם קורוזיה (icorr), פוטנציאל קורוזיה (Ecorr) ושיפוע Tafel (βα ו-βc) לפי שיטות סטנדרטיות30,31.
כפי שמוצג באיור 2b, ההסטה כלפי מעלה של עקומת P. aeruginosa הביאה לעלייה ב-Ecorr בהשוואה לעקומה האביוטית.ערך ה-icorr של הדגימה המכילה Pseudomonas aeruginosa, פרופורציונלי לקצב הקורוזיה, עלה ל-0.328 µA cm-2, שהוא פי ארבעה מזה של הדגימה הלא ביולוגית (0.087 µA cm-2).
LPR היא שיטה אלקטרוכימית קלאסית לניתוח אקספרס לא הרסני של קורוזיה.זה שימש גם ללימוד MIC32.על איור.2c מציג את השינוי בהתנגדות הקיטוב (Rp) בהתאם לזמן החשיפה.ערך Rp גבוה יותר פירושו פחות קורוזיה.בתוך 24 השעות הראשונות, Rp 2707 HDSS הגיע לשיא של 1955 kΩ cm2 עבור דגימות לא ביולוגיות ו-1429 kΩ cm2 עבור דגימות Pseudomonas aeruginosa.איור 2c גם מראה שערך Rp ירד במהירות לאחר יום אחד ולאחר מכן נותר ללא שינוי יחסית במהלך 13 הימים הבאים.ערך Rp עבור דגימת הבדיקה של Pseudomonas aeruginosa הוא כ-40 kΩ cm2, שהוא נמוך בהרבה מהערך של 450 kΩ cm2 עבור דגימת הבדיקה הלא ביולוגית.
הערך של icorr הוא פרופורציונלי לשיעור הקורוזיה האחיד.ניתן לחשב את ערכו מתוך משוואת שטרן-גירי הבאה:
לפי זואי וחב'.33 מדרון Tafel B נלקח כערך טיפוסי של 26 mV/dec בעבודה זו.על איור.2d מראה שה-icorr של הזן האביוטי 2707 נשאר יציב יחסית, בעוד שה-icorr של רצועת Pseudomonas aeruginosa תנודות חזקות עם קפיצה גדולה לאחר 24 השעות הראשונות.ערך ה-icorr של דגימת הבדיקה של Pseudomonas aeruginosa היה גבוה בסדר גודל מזה של הביקורת הלא ביולוגית.מגמה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות ההתנגדות לקיטוב.
EIS היא שיטה לא הרסנית נוספת המשמשת לאפיון תגובות אלקטרוכימיות בממשק קורוזיה34.ספקטרום עכבה וחישובי קיבול של רצועות שנחשפו למדיה אביוטית ותמיסות של Pseudomonas aeruginosa, Rb היא ההתנגדות של הפסיבי/ביופילם שנוצר על פני הרצועה, Rct היא התנגדות העברת המטען, Cdl היא השכבה הכפולה החשמלית.) ופרמטרים של אלמנט שלב קבוע QCPE (CPE).פרמטרים אלה נותחו עוד יותר על ידי השוואת הנתונים עם מודל מעגל חשמלי שווה ערך (EEC).
על איור.3 מציג חלקות Nyquist טיפוסיות (a ו-b) ו-Bode (a' ו-b') של 2707 דגימות HDSS במדיה אביוטית ובמרק Pseudomonas aeruginosa בזמני דגירה שונים.בנוכחות Pseudomonas aeruginosa, קוטר לולאת ה-Nyquist יורד.עלילת Bode (איור 3b') מציגה את העלייה בעכבה הכוללת.מידע על קבוע זמן הרפיה ניתן לקבל ממקסימום פאזה.על איור.4 מציג את המבנים הפיזיים ואת ה-EEC המקביל על בסיס שכבתי חד-שכבתית (א) ודו-שכבתית (ב).CPE מוכנס למודל ה-EEC.הקבלה והעכבה שלו מתבטאות באופן הבא:
שני דגמים פיזיים ומעגלים מקבילים מתאימים להתאמת ספקטרום עכבת קופון HDSS 2707:
כאשר Y0 הוא גודל ה-CPE, j הוא המספר הדמיוני או (−1)1/2, ω הוא התדר הזוויתי, ו-n הוא גורם ההספק של CPE קטן מ-135.היפוך התנגדות העברת המטען (כלומר 1/Rct) מתאים לקצב הקורוזיה.ערך Rct נמוך יותר פירושו שיעור קורוזיה גבוה יותר27.לאחר 14 ימי דגירה, Rct של דגימת הבדיקה של Pseudomonas aeruginosa הגיע ל-32 kΩ cm2, שהם הרבה פחות מ-489 kΩ cm2 של דגימת הבדיקה הלא ביולוגית (טבלה 4).
תמונות CLSM ותמונות SEM באיור.5 מראים בבירור שכיסוי הביופילם על פני השטח של מדגם HDSS 2707 היה צפוף מאוד לאחר 7 ימים.עם זאת, לאחר 14 ימים ציפוי הביופילם נעשה דליל והופיעו כמה תאים מתים.טבלה 5 מציגה את עובי הביופילם של 2707 דגימות HDSS לאחר 7 ו-14 ימים של חשיפה ל- Pseudomonas aeruginosa.עובי הביופילם המרבי השתנה מ-23.4 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-18.9 מיקרומטר לאחר 14 ימים.עובי הביופילם הממוצע אישר גם מגמה זו.זה ירד מ-22.2 ± 0.7 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-17.8 ± 1.0 מיקרומטר לאחר 14 ימים.
(א) תמונת CLSM תלת מימדית לאחר 7 ימים, (ב) תמונת CLSM תלת מימדית לאחר 14 ימים, (ג) תמונת SEM לאחר 7 ימים, ו-(ד) תמונת SEM לאחר 14 ימים.
EMF חשף יסודות כימיים בביופילם ומוצרי קורוזיה בדגימות שנחשפו ל-Pseudomonas aeruginosa במשך 14 ימים.על איור.איור 6 מראה כי התוכן של C, N, O, P במוצרי הביופילם והקורוזיה גבוה בהרבה מאשר במתכת טהורה, מכיוון שאלמנטים אלו קשורים לביופילם ולמטבוליטים שלו.מיקרואורגניזמים דורשים רק כמויות עקבות של Cr ו-Fe.התוכן הגבוה של Cr ו-Fe בביופילם ומוצרי קורוזיה על פני הדגימה מצביעים על אובדן אלמנטים במטריצת המתכת כתוצאה מקורוזיה.
לאחר 14 ימים, נצפו בורות עם ובלי P. aeruginosa במדיום 2216E.לפני הדגירה, פני הדגימות היו חלקים וללא פגמים (איור 7א).לאחר דגירה והסרה של ביופילם ומוצרי קורוזיה, הבורות העמוקים ביותר על פני הדגימה נבדקו באמצעות CLSM, כפי שמוצג באיור 7b ו-c.לא נמצאו חריצים ברורים על פני הביקורת הלא ביולוגית (עומק בור מרבי 0.02 מיקרומטר).עומק הבור המרבי שנגרם על ידי Pseudomonas aeruginosa היה 0.52 מיקרומטר לאחר 7 ימים ו-0.69 מיקרומטר לאחר 14 ימים, בהתבסס על עומק הבור המרבי הממוצע מ-3 דגימות (נבחרו 10 עומקי בור מקסימליים לכל דגימה) והגיע ל-0. 42 ± 0.12 µm .ו-0.52 ± 0.15 מיקרומטר, בהתאמה (טבלה 5).ערכי עומק הגומות הללו קטנים אך חשובים.
(א) לפני החשיפה;(ב) 14 ימים בסביבה אביוטית;(ג) 14 ימים במרק P. aeruginosa.
על איור.טבלה 8 מציגה את הספקטרום של XPS של משטחי דגימה שונים, והכימיה שנותחה עבור כל משטח מסוכמת בטבלה 6. בטבלה 6, האחוזים האטומיים של Fe ו-Cr היו נמוכים בהרבה בנוכחות P. aeruginosa (דגימות A ו-B ) מאשר ברצועות הבקרה הלא ביולוגיות.(דגימות C ו-D).עבור דגימה של Pseudomonas aeruginosa, העקומה הספקטרלית של רמת הליבה Cr 2p הותאמה לארבעה רכיבי שיא עם אנרגיות קשירה (BE) של 574.4, 576.6, 578.3 ו-586.8 eV, אשר הוקצו ל-Cr, Cr2O3, CrO3 ו-Cr(OH) 3, בהתאמה (איור 9a ו-b).עבור דגימות לא ביולוגיות, הספקטרום של רמת הליבה Cr 2p באיורים.9c ו-d מכילים את שני הפסגות העיקריות של Cr (BE 573.80 eV) ו- Cr2O3 (BE 575.90 eV), בהתאמה.ההבדל הבולט ביותר בין הקופון האביוטי לקופון P. aeruginosa היה הנוכחות של Cr6+ ושבריר גבוה יחסית של Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) מתחת לביופילם.
ספקטרום XPS רחב של 2707 דגימות HDSS בשתי מדיה למשך 7 ו-14 ימים, בהתאמה.
(א) חשיפה של 7 ימים ל-P. aeruginosa, (ב) חשיפה של 14 יום ל-P. aeruginosa, (ג) חשיפה לאביוטית של 7 ימים, (ד) חשיפה לאביוטית של 14 ימים.
HDSS מציג רמה גבוהה של עמידות בפני קורוזיה ברוב הסביבות.Kim et al.2 דיווחו ש-HDSS UNS S32707 זוהה כ-DSS עם סימום גבוה עם PREN גדול מ-45. ערך PREN של דגימת HDSS 2707 בעבודה זו היה 49. זה נובע מתכולת Cr הגבוהה ורמות גבוהות של Mo ו Ni, אשר שימושיים בסביבות חומציות ובסביבות עם תכולה גבוהה של כלורידים.בנוסף, ההרכב המאוזן היטב ומבנה המיקרו ללא פגמים מספקים יציבות מבנית ועמידות בפני קורוזיה.למרות עמידות כימית מעולה, הנתונים הניסויים בעבודה זו מראים ש-2707 HDSS אינו חסין לחלוטין בפני Pseudomonas aeruginosa biofilm MICs.
תוצאות אלקטרוכימיות הראו ששיעור הקורוזיה של 2707 HDSS במרק Pseudomonas aeruginosa עלה באופן משמעותי לאחר 14 ימים בהשוואה לסביבה הלא ביולוגית.באיור 2a, נצפתה ירידה ב-Eocp הן במדיום האביוטי והן במרק P. aeruginosa במהלך 24 השעות הראשונות.לאחר מכן, הביופילם מסיים לכסות את פני הדגימה ו-Eocp הופך יציב יחסית.עם זאת, רמת ה-Eocp הביוטי הייתה גבוהה בהרבה מרמת ה-Eocp האביוטית.ישנן סיבות להאמין שההבדל הזה קשור להיווצרות של סרטי ביולוגי של P. aeruginosa.על איור.2g, ערך ה-icorr של 2707 HDSS הגיע ל-0.627 µA cm-2 בנוכחות Pseudomonas aeruginosa, שהוא בסדר גודל גבוה מזה של הבקרה הלא-ביולוגית (0.063 µA cm-2), מה שעולה בקנה אחד עם Rct ערך נמדד על ידי EIS.במהלך הימים הראשונים, ערכי העכבה במרק P. aeruginosa עלו עקב התקשרות תאי P. aeruginosa והיווצרות ביופילם.עם זאת, העכבה פוחתת כאשר הביופילם מכסה לחלוטין את פני הדגימה.שכבת ההגנה מותקפת בעיקר עקב היווצרות של ביופילם וביופילם מטבוליטים.לכן, עמידות בפני קורוזיה יורדת עם הזמן, ומשקעים של Pseudomonas aeruginosa גורמים לקורוזיה מקומית.המגמות בסביבות האביוטיות שונות.העמידות בפני קורוזיה של הבקרה הלא ביולוגית הייתה גבוהה בהרבה מהערך המקביל של הדגימות שנחשפו למרק Pseudomonas aeruginosa.בנוסף, עבור דגימות אביוטיות, הערך Rct 2707 HDSS הגיע ל-489 kΩ cm2 ביום 14, שהוא פי 15 יותר מאשר בנוכחות Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).לפיכך, ל-2707 HDSS יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה בסביבה סטרילית, אך אינו מוגן מפני התקפת MIC על ידי ביופילם Pseudomonas aeruginosa.
ניתן לראות תוצאות אלו גם מעקומות הקיטוב באיורים.2ב.הסתעפות אנודית קשורה להיווצרות ביופילם Pseudomonas aeruginosa ותגובות חמצון מתכות.יחד עם זאת, התגובה הקתודית היא הפחתת החמצן.הנוכחות של P. aeruginosa הגדילה באופן משמעותי את צפיפות זרם הקורוזיה, שהייתה גבוהה בסדר גודל בערך מאשר בבקרה האביוטית.זה הצביע על כך שהביופילם של Pseudomonas aeruginosa הגביר את הקורוזיה המקומית של 2707 HDSS.Yuan et al.29 מצאו שצפיפות זרם הקורוזיה של סגסוגת 70/30 Cu-Ni גדלה על ידי ביופילם Pseudomonas aeruginosa.ייתכן שהסיבה לכך היא ביו-קטליזה של הפחתת חמצן על ידי ביופילם Pseudomonas aeruginosa.תצפית זו עשויה להסביר גם את ה-MIC 2707 HDSS בעבודה זו.סרטים אירוביים יכולים גם להפחית את תכולת החמצן שמתחתם.לפיכך, הסירוב להפיח מחדש את פני המתכת בחמצן עשוי להיות גורם התורם ל-MIC בעבודה זו.
Dickinson et al.38 הציע כי קצב התגובות הכימיות והאלקטרוכימיות תלוי ישירות בפעילות המטבולית של חיידקים המחוברים למשטח הדגימה ובאופי תוצרי הקורוזיה.כפי שמוצג באיור 5 ובטבלה 5, מספר התאים ועובי הביופילם ירד לאחר 14 ימים.ניתן להסביר זאת באופן סביר על ידי העובדה שלאחר 14 ימים רוב התאים המעוגנים על פני השטח 2707 HDSS מתו עקב דלדול חומרי הזנה במדיום 2216E או שחרור יוני מתכת רעילים ממטריצת 2707 HDSS.זוהי מגבלה של ניסויים אצווה.
בעבודה זו, ביופילם Pseudomonas aeruginosa קידם דלדול מקומי של Cr ו-Fe מתחת לביופילם על פני השטח של 2707 HDSS (איור 6).בטבלה 6, Fe ו-Cr ירדו בדגימה D בהשוואה לדגימה C, מה שמצביע על כך שהמסת Fe ו-Cr שנגרמה על ידי הביופילם של P. aeruginosa נשמרה לאחר 7 הימים הראשונים.סביבת 2216E משמשת כדי לדמות את הסביבה הימית.הוא מכיל 17700 ppm Cl-, אשר ניתן להשוות לתכולתו במי ים טבעיים.נוכחות של 17700 ppm Cl- הייתה הסיבה העיקרית לירידה ב-Cr בדגימות לא ביולוגיות של 7 ימים ו-14 ימים שנותחו על ידי XPS.בהשוואה לדגימת הבדיקה של Pseudomonas aeruginosa, המסת Cr בדגימת הבדיקה האביוטית היא הרבה פחות בגלל העמידות החזקה של 2707 HDSS לכלור בסביבה האביוטית.על איור.9 מראה את הנוכחות של Cr6+ בסרט הפאסיבי.זה עשוי להיות קשור להסרה של Cr ממשטחי פלדה על ידי סרטי ביופילמים של P. aeruginosa, כפי שהציעו Chen ו- Clayton39.
עקב גידול חיידקים, ערכי ה-pH של המדיום לפני ואחרי הדגירה היו 7.4 ו-8.2, בהתאמה.לפיכך, לא סביר שקורוזיה של חומצות אורגניות תתרום לעבודה זו תחת סרטי ביופילמים של P. aeruginosa בשל ה-pH הגבוה יחסית במדיום בתפזורת.ה-pH של מדיום הבקרה הלא ביולוגי לא השתנה באופן משמעותי (מ-7.4 הראשוני ל-7.5 הסופי) במהלך תקופת הבדיקה של 14 יום.העלייה ב-pH במדיום החיסון לאחר הדגירה הייתה קשורה לפעילות המטבולית של Pseudomonas aeruginosa, ואותה השפעה על ה-pH נמצאה בהיעדר רצועת הבדיקה.
כפי שמוצג באיור.7, עומק הבור המרבי שנגרם על ידי הביופילם Pseudomonas aeruginosa היה 0.69 מיקרומטר, שהוא גדול משמעותית מאשר במדיום האביוטי (0.02 מיקרון).זה תואם את הנתונים האלקטרוכימיים לעיל.באותם תנאים, עומק הבור של 0.69 מיקרומטר קטן יותר מפי עשרה מהערך של 9.5 מיקרומטר שצוין עבור 2205 DSS40.נתונים אלה מראים ש-2707 HDSS מציג עמידות טובה יותר בפני MIC מאשר 2205 DSS.זה לא מפתיע מכיוון של-2707 HDSS יש רמת Cr גבוהה יותר, מה שמאפשר פסיביות ארוכה יותר, מקשה על פיסת Pseudomonas aeruginosa, ומתחיל את התהליך ללא משקעים משניים מזיקים Pitting41.
לסיכום, פיתולי MIC נמצאו על 2707 משטחי HDSS במרק Pseudomonas aeruginosa, בעוד שגירור היה זניח במדיה אביוטית.עבודה זו מראה של-2707 HDSS יש עמידות טובה יותר ל-MIC מאשר ל-2205 DSS, אך הוא אינו חסין לחלוטין ל-MIC עקב ביופילם Pseudomonas aeruginosa.תוצאות אלו מסייעות בבחירת פלדות אל חלד מתאימות ותוחלת חיים עבור הסביבה הימית.
דגימות 2707 HDSS סופקו על ידי בית הספר למטלורגיה, אוניברסיטת Northeastern (NEU), שניאנג, סין.הרכב היסודות של 2707 HDSS מוצג בטבלה 1, אשר נותחה על ידי המחלקה לניתוח ובדיקות חומרים של אוניברסיטת Northeastern.כל הדגימות טופלו לתמיסה מוצקה ב-1180 מעלות צלזיוס למשך שעה.לפני בדיקת קורוזיה, פלדת מטבעות 2707 HDSS עם שטח פנים חשוף של 1 cm2 לוטשה לגרסת 2000 עם נייר זכוכית סיליקון קרביד ולאחר מכן ליטשה נוספת עם אבקת אבקת Al2O3 בנפח 0.05 מיקרון.הדפנות והתחתית מוגנים בצבע אינרטי.לאחר ייבוש, הדגימות נשטפו במים סטריליים מפושטים ועוקרו עם 75% (v/v) אתנול למשך 0.5 שעות.לאחר מכן הם יובשו באוויר תחת אור אולטרה סגול (UV) במשך 0.5 שעות לפני השימוש.
זן ימי Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 נרכש מ- Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), סין.מדיום נוזלי Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, סין) שימש לתרבית Pseudomonas aeruginosa בצלוחיות של 250 מ"ל ובתאי זכוכית אלקטרוכימיים של 500 מ"ל בתנאים אירוביים ב-37 מעלות צלזיוס.המדיום מכיל (גר'/ליטר): 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 SrBr02, 03O30S, 030302, 0.08 SrBr02, . 08, 0.008 Na4F0H20PO.1.0 תמצית שמרים ו-0.1 ברזל ציטראט.חיטוי ב-121 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות לפני החיסון.תאים יושבים ופנקטוניים נספרו תחת מיקרוסקופ אור באמצעות המוציטומטר בהגדלה של פי 400.הריכוז הראשוני של תאי P. aeruginosa פלנקטוני מיד לאחר החיסון היה כ-106 תאים/מ"ל.
בדיקות אלקטרוכימיות בוצעו בתא זכוכית קלאסי בן שלוש אלקטרודות בנפח בינוני של 500 מ"ל.יריעת פלטינה ואלקטרודת קלומל רוויה (SCE) חוברו לכור דרך נימי לוגין מלאים בגשר מלח ושימשו כאלקטרודות נגד ואלקטרודות ייחוס, בהתאמה.כדי ליצור את האלקטרודה העובדת, חוט נחושת מצופה גומי הוצמד לכל דגימה וציפוי באפוקסי, מה שמשאיר כ-1 ס"מ משטח פנים בצד אחד עבור האלקטרודה העובדת.במהלך מדידות אלקטרוכימיות, הדגימות הונחו במדיום 2216E ונשמרו בטמפרטורת דגירה קבועה (37 מעלות צלזיוס) באמבט מים.נתוני OCP, LPR, EIS ונתוני קיטוב דינמי פוטנציאליים נמדדו באמצעות פוטנטיוסטט Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ארה"ב).בדיקות LPR תועדו בקצב סריקה של 0.125 mV s-1 בטווח -5 ו-5 mV ו-Eocp עם קצב דגימה של 1 הרץ.EIS בוצע במצב יציב Eocp באמצעות מתח מופעל של 5 mV עם סינוסואיד בטווח תדרים של 0.01 עד 10,000 הרץ.לפני סריקת הפוטנציאל, האלקטרודות היו במצב מעגל פתוח עד שהגיע לפוטנציאל קורוזיה חופשי יציב של 42.עם.כל בדיקה חזרה על עצמה שלוש פעמים עם ובלי Pseudomonas aeruginosa.
דגימות לניתוח מטאלוגרפי לוטשו בצורה מכנית עם נייר SiC רטוב בגריט 2000 ולאחר מכן לוטשו עם אבקת Al2O3 בנפח 0.05 מיקרומטר לתצפית אופטית.ניתוח מטאלוגרפי בוצע באמצעות מיקרוסקופ אופטי.המדגם נחרט בתמיסת אשלגן הידרוקסיד של 10% משקל43.
לאחר הדגירה, לשטוף 3 פעמים עם פוספט מבוצר מלוחים (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ולאחר מכן לתקן עם 2.5% (v/v) glutaraldehyde במשך 10 שעות כדי לתקן את biofilm.התייבשות לאחר מכן עם אתנול בסדרה מדורגת (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ו-100% בנפח) לפני ייבוש אוויר.לבסוף, סרט זהב ניתז על פני הדגימה כדי לספק מוליכות לתצפית SEM44.תמונות SEM מתמקדות במיקום עם תאי P. aeruginosa המבוססים ביותר על פני השטח של כל דגימה.ניתוח EMF בוצע כדי לזהות יסודות כימיים.כדי למדוד את עומק הבור, נעשה שימוש במיקרוסקופ לייזר קונפוקאלי של Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, גרמניה).כדי לראות בורות קורוזיה מתחת לביופילם, דגימת הבדיקה נוקתה תחילה לפי התקן הלאומי הסיני (CNS) GB/T4334.4-2000 כדי להסיר מוצרי קורוזיה וביופילם מפני השטח של דגימת הבדיקה.
ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון רנטגן (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, ארה"ב) ניתוח באמצעות מקור רנטגן מונוכרומטי (קו Al Kα באנרגיה של 1500 eV והספק של 150 W) במגוון רחב של אנרגיות קשירה 0 מתחת לתנאים הסטנדרטיים של -1350 eV.הקלט ספקטרום ברזולוציה גבוהה באמצעות אנרגיית מעבר של 50 eV וגודל צעד של 0.2 eV.
הסר את הדגימה המודגרת ושטוף אותה בעדינות עם PBS (pH 7.4 ± 0.2) למשך 15 s45.כדי לבחון את הכדאיות החיידקית של הביופילם על הדגימה, הביופילם הוכתם באמצעות ערכת ה- LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ארה"ב).הערכה מכילה שני צבעים ניאון: צבע פלואורסצנטי ירוק SYTO-9 וצבע פלואורסצנטי אדום פרופידיום יודיד (PI).ב-CLSM, נקודות פלואורסצנטיות ירוקות ואדומות מייצגות תאים חיים ומתים, בהתאמה.לצביעה, יש לדגור 1 מ"ל מתערובת המכילה 3 μl של SYTO-9 ו-3 μl של תמיסת PI בטמפרטורת החדר (23 מעלות צלזיוס) בחושך למשך 20 דקות.לאחר מכן, הדגימות המוכתמות נצפו בשני אורכי גל (488 ננומטר עבור תאים חיים ו-559 ננומטר עבור תאים מתים) באמצעות מכשיר Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, יפן).מדוד את עובי הביופילם במצב סריקה תלת מימדית.
כיצד לצטט מאמר זה: Li, H. et al.ההשפעה של ביופילם ימי Pseudomonas aeruginosa על קורוזיה מיקרוביאלית של נירוסטה סופר דופלקס 2707.מַדָע.בית 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. פיצוח קורוזיה מתח של פלדת אל חלד דופלקס LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט.קורוזיה.המדע.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS and Park, YS השפעת טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על עמידות בפני קורוזיה של ריתוכים סופר דופלקסים מנירוסטה.קורוזיה.המדע.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. מחקר השוואתי כימי של פיתול מיקרוביאלי ואלקטרוכימי בפלדת אל-חלד 316L.קורוזיה.המדע.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG ו- Xiao K. התנהגות אלקטרוכימית של נירוסטה דופלקסית 2205 בתמיסות אלקליות בערכי pH שונים בנוכחות כלוריד.אלקטרוכימיה.כתב עת.64, 211–220 (2012).
זמן פרסום: ינואר-09-2023