اثر بیوفیلم دریایی سودوموناس آئروژینوزا بر خوردگی میکروبی فولاد ضد زنگ 2707 سوپر دوبلکس

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
خوردگی میکروبی (MIC) یک مشکل بزرگ در بسیاری از صنایع است زیرا می تواند منجر به خسارات اقتصادی هنگفتی شود.فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس 2707 (2707 HDSS) به دلیل مقاومت شیمیایی عالی در محیط های دریایی استفاده می شود.با این حال، مقاومت آن در برابر MIC به طور تجربی نشان داده نشده است.این مطالعه رفتار MIC 2707 HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی Pseudomonas aeruginosa را بررسی کرد.تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی نشان داد که در حضور بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در محیط 2216E، پتانسیل خوردگی به طور مثبت تغییر کرد و چگالی جریان خوردگی افزایش یافت.نتایج تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) کاهش محتوای کروم را در سطح نمونه زیر بیوفیلم نشان داد.تجزیه و تحلیل تصاویر گودال نشان داد که بیوفیلم های سودوموناس آئروژینوزا حداکثر عمق گودال 0.69 میکرومتر را پس از 14 روز کشت تولید کردند.اگرچه این مقدار کوچک است، اما نشان می دهد که 2707 HDSS کاملاً از اثرات بیوفیلم P. aeruginosa بر MIC مصون نیست.
فولاد ضد زنگ دوبلکس (DSS) به دلیل ترکیب کامل خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود.با این حال، حفره های موضعی ممکن است هنوز رخ دهد، که ممکن است یکپارچگی این فولاد را تحت تاثیر قرار دهد 3، 4 .DSS در برابر خوردگی میکروبی (MIC)5،6 محافظت نمی شود.اگرچه دامنه کاربرد DSS بسیار گسترده است، اما هنوز محیط هایی وجود دارد که مقاومت به خوردگی DSS برای استفاده طولانی مدت کافی نیست.این بدان معناست که مواد گران‌تر با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر مورد نیاز است.جئون و همکاران 7 دریافتند که حتی فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس (SDSS) از نظر مقاومت در برابر خوردگی محدودیت هایی دارد.بنابراین، نیاز به فولادهای ضد زنگ فوق دوبلکس (HDSS) با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر در کاربردهای خاص وجود دارد.این منجر به توسعه HDSS بسیار آلیاژی شد.
مقاومت به خوردگی DSS با نسبت فاز α به فاز γ و مناطق تخلیه شده در کروم، مو و W در مجاورت فازهای ثانویه 8،9،10 تعیین می شود.HDSS حاوی محتوای بالایی از کروم، مو و N11 است که به آن مقاومت در برابر خوردگی عالی و مقدار مقاومت حفره‌ای معادل (PREN) با ارزش بالا (45-50) می‌دهد که با wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo) تعریف می‌شود. + 0، 5 درصد وزنی W) + 16 درصد وزنی.N12.مقاومت در برابر خوردگی عالی آن بستگی به یک ترکیب متعادل حاوی تقریباً 50٪ فاز فریتی (α) و 50٪ آستنیتی (γ) دارد.HDSS نسبت به DSS13 معمولی خواص مکانیکی بهبود یافته و مقاومت در برابر کلر بالاتری دارد.ویژگی های خوردگی شیمیاییمقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته استفاده از HDSS را در محیط های کلرید تهاجمی تر مانند محیط های دریایی گسترش می دهد.
MIC در بسیاری از صنایع از جمله نفت و گاز و تامین آب یک مشکل مهم است.MIC 20 درصد از کل آسیب های خوردگی را تشکیل می دهد.MIC یک خوردگی بیوالکتروشیمیایی است که در بسیاری از محیط ها قابل مشاهده است.تشکیل بیوفیلم بر روی سطوح فلزی شرایط الکتروشیمیایی را تغییر می دهد و در نتیجه فرآیند خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد.به طور کلی پذیرفته شده است که خوردگی MIC توسط بیوفیلم ها ایجاد می شود.میکروارگانیسم های الکتروژنی فلزات را می خورند تا انرژی برای بقا به دست آورند.مطالعات اخیر MIC نشان داده است که EET (انتقال الکترون خارج سلولی) عامل محدود کننده MIC ناشی از میکروارگانیسم های الکتروژنی است.ژانگ و همکاران 18 نشان دادند که واسطه‌های الکترونی انتقال الکترون را بین سلول‌های بی‌تحرک Desulfovibrio vulgaris و فولاد ضد زنگ 304 تسریع می‌کنند و در نتیجه حمله MIC شدیدتر را به دنبال دارد.آنینگ و همکاران19 و ونزلاف و همکاران.20 نشان داده‌اند که بیوفیلم‌های باکتری‌های خورنده کاهنده سولفات (SRB) می‌توانند الکترون‌ها را مستقیماً از بسترهای فلزی جذب کنند و در نتیجه حفره‌های شدید ایجاد کنند.
DSS در محیط‌های حاوی SRB، باکتری‌های کاهنده آهن (IRB) و غیره به MIC حساس است.این باکتری ها باعث ایجاد حفره های موضعی در سطح DSS در زیر بیوفیلم 22،23 می شوند.برخلاف DSS، اطلاعات کمی در مورد MIC HDSS24 وجود دارد.
سودوموناس آئروژینوزا یک باکتری گرم منفی، متحرک و میله ای شکل است که به طور گسترده در طبیعت پراکنده شده است.سودوموناس آئروژینوزا همچنین میکروبیوتای اصلی مسئول MIC فولاد در محیط دریایی است.گونه‌های سودوموناس مستقیماً در فرآیندهای خوردگی نقش دارند و به عنوان اولین استعمارگر در طول تشکیل بیوفیلم شناخته می‌شوند.ماهات و همکاران28 و یوان و همکاران.29 نشان داد که سودوموناس آئروژینوزا تمایل به افزایش نرخ خوردگی فولاد و آلیاژهای ملایم در محیط های آبی دارد.
هدف اصلی این کار بررسی خواص MIC 2707 HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی سودوموناس آئروژینوزا با استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی، روش‌های آنالیز سطح و آنالیز محصول خوردگی است.مطالعات الکتروشیمیایی شامل پتانسیل مدار باز (OCP)، مقاومت قطبش خطی (LPR)، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و پلاریزاسیون پتانسیل دینامیکی برای مطالعه رفتار MIC 2707 HDSS انجام شد.تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDS) برای شناسایی عناصر شیمیایی روی سطوح خورده شده انجام می‌شود.علاوه بر این، پایداری غیرفعال شدن فیلم اکسید تحت تأثیر یک محیط دریایی حاوی سودوموناس آئروژینوزا توسط طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) تعیین شد.عمق حفره ها با میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال (CLSM) اندازه گیری شد.
جدول 1 ترکیب شیمیایی 2707 HDSS را نشان می دهد.جدول 2 نشان می دهد که 2707 HDSS دارای خواص مکانیکی عالی با مقاومت تسلیم 650 مگاپاسکال است.روی انجیرشکل 1 ریزساختار نوری محلول 2707 HDSS را نشان می دهد.نوارهای دراز فاز آستنیتی و فریتی بدون فازهای ثانویه را می توان در ریزساختار حاوی تقریباً 50٪ فاز آستنیتی و 50٪ فاز فریتی مشاهده کرد.
روی انجیر2a پتانسیل مدار باز (Eocp) را در مقابل زمان قرار گرفتن در معرض برای 2707 HDSS در محیط غیر زنده 2216E و براث سودوموناس آئروژینوزا به مدت 14 روز در دمای 37 درجه سانتی گراد نشان می دهد.مشخص شد که بیشترین تغییرات در Eocp در 24 ساعت اول رخ داده است.مقادیر Eocp در هر دو مورد در حدود 145-mV (در مقابل SCE) در حدود 16 ساعت به اوج خود رسید و سپس به شدت به -477 mV (در مقابل SCE) و -236 mV (در مقابل SCE) برای نمونه‌های غیر بیولوژیکی و P برای نسبی کاهش یافت. SCE) برگ های پتینه به ترتیب.پس از 24 ساعت، مقدار Eocp سودوموناس آئروژینوزا 2707 HDSS در -228 میلی ولت (در مقایسه با SCE) نسبتاً ثابت باقی ماند، در حالی که مقدار متناظر برای نمونه غیر بیولوژیکی تقریباً -442 میلی ولت (در مقایسه با SCE) بود.Eocp در حضور سودوموناس آئروژینوزا بسیار کم بود.
آزمایش الکتروشیمیایی 2707 نمونه HDSS در محیط های غیر زنده و براث سودوموناس آئروژینوزا در دمای 37 درجه سانتی گراد:
(الف) تغییر در Eocp با زمان نوردهی، (ب) منحنی پلاریزاسیون در روز 14، (ج) تغییر در Rp با زمان نوردهی، (د) تغییر در corr با زمان نوردهی.
جدول 3 پارامترهای خوردگی الکتروشیمیایی 2707 نمونه HDSS را نشان می دهد که در یک دوره 14 روزه در معرض محیط های غیر زنده و تلقیح شده با P. aeruginosa قرار گرفته اند.برون یابی مماسی منحنی های آندی و کاتدی به نقطه تقاطع امکان تعیین چگالی جریان خوردگی (icorr)، پتانسیل خوردگی (Ecorr) و شیب تافل (βα و βc) را با توجه به روش های استاندارد30،31 فراهم می کند.
همانطور که در شکل 2b نشان داده شده است، تغییر منحنی P. aeruginosa به سمت بالا منجر به افزایش Ecorr در مقایسه با منحنی غیر زنده شد.مقدار icorr نمونه حاوی سودوموناس آئروژینوزا، متناسب با نرخ خوردگی، به 0.328 µA cm-2 افزایش یافت که چهار برابر بیشتر از نمونه غیر بیولوژیکی (0.087 µA cm-2) است.
LPR یک روش الکتروشیمیایی کلاسیک برای تجزیه و تحلیل سریع غیر مخرب خوردگی است.همچنین برای مطالعه MIC32 استفاده شده است.روی انجیر2c تغییر در مقاومت قطبش (Rp) را بسته به زمان نوردهی نشان می دهد.مقدار Rp بالاتر به معنای خوردگی کمتر است.در 24 ساعت اول، Rp 2707 HDSS در 1955 کیلو اهم سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های غیربیولوژیکی و 1429 کیلو‌ام سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا به اوج خود رسید.شکل 2c همچنین نشان می دهد که مقدار Rp پس از یک روز به سرعت کاهش یافت و سپس در 13 روز بعد نسبتاً بدون تغییر باقی ماند.مقدار Rp برای نمونه آزمایش سودوموناس آئروژینوزا حدود 40 کیلو اهم سانتی متر مربع است که بسیار کمتر از مقدار 450 کیلو اهم سانتی متر مربع برای نمونه آزمایش غیر بیولوژیکی است.
مقدار icorr متناسب با نرخ خوردگی یکنواخت است.مقدار آن را می توان از معادله استرن-گیری زیر محاسبه کرد:
با توجه به Zoe و همکاران.شیب تافل B به عنوان مقدار معمولی 26 mV/dec در این کار در نظر گرفته شد.روی انجیر2d نشان می دهد که icorr سویه غیر زنده 2707 نسبتاً پایدار باقی مانده است، در حالی که icorr از باند سودوموناس آئروژینوزا به شدت با یک پرش بزرگ پس از 24 ساعت اول نوسان داشته است.مقدار icorr نمونه آزمایش سودوموناس آئروژینوزا یک مرتبه بزرگتر از کنترل غیر بیولوژیکی بود.این روند با نتایج مقاومت پلاریزاسیون مطابقت دارد.
EIS روش غیر مخرب دیگری است که برای توصیف واکنش های الکتروشیمیایی در یک رابط خوردگی استفاده می شود.طیف امپدانس و محاسبات ظرفیت نوارهایی که در معرض محیط های غیر زنده و محلول های سودوموناس آئروژینوزا قرار دارند، Rb مقاومت غیرفعال/بیوفیلم تشکیل شده در سطح نوار، Rct مقاومت انتقال بار، Cdl لایه دوگانه الکتریکی است.) و پارامترهای عنصر فاز ثابت QCPE (CPE).این پارامترها با مقایسه داده ها با یک مدل مدار الکتریکی معادل (EEC) تجزیه و تحلیل شدند.
روی انجیر3 نمودارهای Nyquist معمولی (a و b) و نمودارهای Bode (a' و b') از 2707 نمونه HDSS را در محیط های غیر زنده و براث Pseudomonas aeruginosa در زمان های مختلف جوجه کشی نشان می دهد.در حضور سودوموناس آئروژینوزا، قطر حلقه نایکیست کاهش می یابد.نمودار Bode (شکل 3b') افزایش امپدانس کل را نشان می دهد.اطلاعات مربوط به ثابت زمان آرامش را می توان از ماکزیمم فاز به دست آورد.روی انجیرشکل 4 ساختارهای فیزیکی و EEC مربوطه را بر اساس تک لایه (a) و دو لایه (b) نشان می دهد.CPE در مدل EEC معرفی شده است.پذیرش و امپدانس آن به صورت زیر بیان می شود:
دو مدل فیزیکی و مدارهای معادل مربوطه برای برازش طیف امپدانس کوپن HDSS 2707:
در جایی که Y0 قدر CPE است، j عدد خیالی یا (-1)1/2، ω فرکانس زاویه ای، و n ضریب توان CPE کمتر از 135 است.وارونگی مقاومت انتقال بار (یعنی 1/Rct) با نرخ خوردگی مطابقت دارد.مقدار Rct کمتر به معنای نرخ خوردگی بالاتر است27.پس از 14 روز انکوباسیون، Rct نمونه آزمایشی سودوموناس آئروژینوزا به 32 کیلو اهم سانتی متر مربع رسید که بسیار کمتر از 489 کیلو اهم سانتی متر مربع نمونه آزمایشی غیربیولوژیکی است (جدول 4).
تصاویر CLSM و تصاویر SEM در شکل.5 به وضوح نشان می دهد که پوشش بیوفیلم روی سطح نمونه HDSS 2707 پس از 7 روز بسیار متراکم بود.با این حال، پس از 14 روز پوشش بیوفیلم پراکنده شد و تعدادی سلول مرده ظاهر شد.جدول 5 ضخامت بیوفیلم 2707 نمونه HDSS را پس از 7 و 14 روز قرار گرفتن در معرض سودوموناس آئروژینوزا نشان می دهد.حداکثر ضخامت بیوفیلم از 23.4 میکرومتر پس از 7 روز به 18.9 میکرومتر پس از 14 روز تغییر کرد.متوسط ​​ضخامت بیوفیلم نیز این روند را تایید کرد.از 0.7 ± 22.2 میکرومتر پس از 7 روز به 17.8 ± 1.0 میکرومتر پس از 14 روز کاهش یافت.
(الف) تصویر CLSM سه بعدی در 7 روز، (ب) تصویر CLSM سه بعدی در 14 روز، (ج) تصویر SEM در 7 روز، و (د) تصویر SEM در 14 روز.
EMF عناصر شیمیایی را در بیوفیلم و محصولات خوردگی بر روی نمونه هایی که به مدت 14 روز در معرض سودوموناس آئروژینوزا قرار داشتند، نشان داد.روی انجیرشکل 6 نشان می دهد که محتوای C، N، O، P در بیوفیلم و محصولات خوردگی بسیار بیشتر از فلز خالص است، زیرا این عناصر با بیوفیلم و متابولیت های آن مرتبط هستند.میکروارگانیسم ها فقط به مقادیر کمی از کروم و آهن نیاز دارند.محتوای بالای کروم و آهن در بیوفیلم و محصولات خوردگی در سطح نمونه نشان دهنده از بین رفتن عناصر در زمینه فلزی در نتیجه خوردگی است.
پس از 14 روز، گودال با و بدون P. aeruginosa در محیط 2216E مشاهده شد.قبل از انکوباسیون، سطح نمونه ها صاف و بدون نقص بود (شکل 7a).پس از انکوباسیون و حذف بیوفیلم و محصولات خوردگی، عمیق ترین حفره های سطح نمونه با استفاده از CLSM مورد بررسی قرار گرفت، همانطور که در شکل 7b و c نشان داده شده است.هیچ حفره آشکاری روی سطح کنترل غیر بیولوژیکی (حداکثر عمق گودال 0.02 میکرومتر) یافت نشد.حداکثر عمق گودال ناشی از سودوموناس آئروژینوزا 0.52 میکرومتر پس از 7 روز و 0.69 میکرومتر پس از 14 روز، بر اساس میانگین حداکثر عمق گودال از 3 نمونه (10 حداکثر عمق گودال برای هر نمونه انتخاب شد) و به 0.12 ± 0.42 میکرومتر رسید. .و به ترتیب 0.52 ± 0.15 میکرومتر (جدول 5).این مقادیر عمق گودی کوچک اما مهم هستند.
الف) قبل از قرار گرفتن در معرض(ب) 14 روز در یک محیط غیر زنده.(ج) 14 روز در براث P. aeruginosa.
روی انجیرجدول 8 طیف XPS سطوح مختلف نمونه را نشان می دهد، و شیمی تجزیه و تحلیل شده برای هر سطح در جدول 6 خلاصه شده است. در جدول 6، درصد اتمی آهن و کروم در حضور P. aeruginosa بسیار کمتر بود (نمونه های A و B ) نسبت به نوارهای کنترل غیر بیولوژیکی.(نمونه های ج و د).برای نمونه ای از سودوموناس آئروژینوزا، منحنی طیفی سطح هسته کروم 2p به چهار جزء پیک با انرژی های اتصال (BE) 574.4، 576.6، 578.3 و 586.8 eV برازش داده شد که به Cr، Cr2O3، CrO3، CrO3 و CrO3 اختصاص داده شد. 3 به ترتیب (شکل 9a و b).برای نمونه های غیر بیولوژیکی، طیف سطح هسته Cr 2p در شکل.9c و d به ترتیب حاوی دو قله اصلی کروم (BE 573.80 eV) و Cr2O3 (BE 575.90 eV) هستند.بارزترین تفاوت بین کوپن غیر زنده و کوپن P. aeruginosa وجود Cr6 + و کسر نسبتاً بالایی از Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) در زیر بیوفیلم بود.
طیف گسترده XPS سطح 2707 نمونه HDSS در دو رسانه به ترتیب به مدت 7 و 14 روز.
(الف) قرار گرفتن در معرض 7 روز P. aeruginosa، (ب) 14 روز قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa، (ج) قرار گرفتن در معرض 7 روز غیر زنده، (د) 14 روز قرار گرفتن در معرض غیر زنده.
HDSS سطح بالایی از مقاومت در برابر خوردگی را در اکثر محیط ها نشان می دهد.کیم و همکاران 2 گزارش کردند که HDSS UNS S32707 به عنوان یک DSS با دوپینگ بالا با PREN بیشتر از 45 شناسایی شد. مقدار PREN نمونه HDSS 2707 در این کار 49 بود. این به دلیل محتوای کروم بالا و سطوح بالای مو و مو است. نیکل که در محیط های اسیدی و محیط هایی با محتوای کلرید زیاد مفید هستند.علاوه بر این، ترکیب متعادل و ریزساختار بدون نقص، پایداری ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می کند.علیرغم مقاومت شیمیایی عالی، داده های تجربی در این کار نشان می دهد که 2707 HDSS کاملاً در برابر میکروفیلم های بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا مصون نیست.
نتایج الکتروشیمیایی نشان داد که میزان خوردگی 2707 HDSS در براث سودوموناس آئروژینوزا پس از 14 روز نسبت به محیط غیر بیولوژیکی به طور قابل توجهی افزایش یافت.در شکل 2a، کاهش Eocp هم در محیط غیر زنده و هم در براث P. aeruginosa در طی 24 ساعت اول مشاهده شد.پس از آن، بیوفیلم سطح نمونه را پوشش می دهد و Eocp نسبتاً پایدار می شود.با این حال، سطح Eocp زنده بسیار بالاتر از سطح Eocp غیر زنده بود.دلایلی برای این باور وجود دارد که این تفاوت با تشکیل بیوفیلم P. aeruginosa مرتبط است.روی انجیر2 گرم، مقدار icorr 2707 HDSS در حضور سودوموناس آئروژینوزا به 0.627 µA cm-2 رسید که مرتبه بزرگی بالاتر از کنترل غیر بیولوژیکی (0.063 µA cm-2) است که با Rct مطابقت دارد. مقدار اندازه گیری شده توسط EISدر طی چند روز اول، مقادیر امپدانس در براث P. aeruginosa به دلیل اتصال سلول‌های P. aeruginosa و تشکیل بیوفیلم افزایش یافت.با این حال، امپدانس زمانی کاهش می یابد که بیوفیلم به طور کامل سطح نمونه را بپوشاند.لایه محافظ در درجه اول به دلیل تشکیل بیوفیلم و متابولیت های بیوفیلم مورد حمله قرار می گیرد.بنابراین مقاومت به خوردگی با گذشت زمان کاهش می یابد و رسوبات سودوموناس آئروژینوزا باعث خوردگی موضعی می شود.روند در محیط های غیر زنده متفاوت است.مقاومت به خوردگی کنترل غیر بیولوژیکی بسیار بیشتر از مقدار مشابه نمونه‌های در معرض باکتری سودوموناس آئروژینوزا بود.علاوه بر این، برای نمونه های غیر زنده، مقدار Rct 2707 HDSS در روز 14 به 489 کیلو اهم سانتی متر مربع رسید که 15 برابر بیشتر از حضور سودوموناس آئروژینوزا (32 کیلو اهم سانتی متر مربع) است.بنابراین، 2707 HDSS دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی در یک محیط استریل است، اما از حمله MIC توسط بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا محافظت نمی شود.
این نتایج را می توان از منحنی های قطبش در شکل ها نیز مشاهده کرد.2b.انشعاب آندی با تشکیل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا و واکنش های اکسیداسیون فلز همراه است.در عین حال، واکنش کاتدی کاهش اکسیژن است.حضور P. aeruginosa به طور قابل توجهی چگالی جریان خوردگی را افزایش داد که در حدود یک مرتبه بزرگتر از کنترل غیرزیست بود.این نشان داد که بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا خوردگی موضعی 2707 HDSS را افزایش داد.یوان و همکاران 29 دریافتند که چگالی جریان خوردگی یک آلیاژ مس-نیکل 70/30 توسط بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا افزایش یافته است.این ممکن است به دلیل بیوکاتالیز کاهش اکسیژن توسط بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا باشد.این مشاهدات همچنین ممکن است MIC 2707 HDSS را در این کار توضیح دهد.بیوفیلم های هوازی همچنین می توانند محتوای اکسیژن زیر خود را کاهش دهند.بنابراین، امتناع از فعال کردن مجدد سطح فلز با اکسیژن ممکن است عاملی برای MIC در این کار باشد.
دیکینسون و همکاران38 پیشنهاد کرد که سرعت واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی به طور مستقیم به فعالیت متابولیکی باکتری های متصل به سطح نمونه و به ماهیت محصولات خوردگی بستگی دارد.همانطور که در شکل 5 و جدول 5 نشان داده شده است، تعداد سلول ها و ضخامت بیوفیلم پس از 14 روز کاهش یافت.این را می توان با این واقعیت توضیح داد که پس از 14 روز بیشتر سلول های لنگر در سطح 2707 HDSS به دلیل کاهش مواد مغذی در محیط 2216E یا آزاد شدن یون های فلزی سمی از ماتریس 2707 HDSS مردند.این یک محدودیت آزمایشات دسته ای است.
در این کار، یک بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا باعث کاهش موضعی کروم و آهن در زیر بیوفیلم روی سطح 2707 HDSS شد (شکل 6).در جدول 6، آهن و کروم در نمونه D نسبت به نمونه C کاهش یافته است، که نشان می دهد انحلال آهن و کروم ناشی از بیوفیلم P. aeruginosa پس از 7 روز اول حفظ شده است.محیط 2216E برای شبیه سازی محیط دریایی استفاده می شود.حاوی 17700 ppm Cl- است که با محتوای آن در آب طبیعی دریا قابل مقایسه است.وجود ppm 17700 کلر دلیل اصلی کاهش کروم در نمونه های غیر بیولوژیکی 7 روزه و 14 روزه بود که توسط XPS آنالیز شد.در مقایسه با نمونه آزمایشی سودوموناس آئروژینوزا، انحلال کروم در نمونه آزمایش غیرزیست به دلیل مقاومت قوی 2707 HDSS در برابر کلر در محیط غیرزیست بسیار کمتر است.روی انجیر9 حضور Cr6+ را در فیلم غیرفعال نشان می دهد.این ممکن است به حذف کروم از سطوح فولادی توسط بیوفیلم های P. aeruginosa، همانطور که توسط Chen و Clayton39 پیشنهاد شده است، مرتبط باشد.
به دلیل رشد باکتری، مقادیر pH محیط قبل و بعد از انکوباسیون به ترتیب 7.4 و 8.2 بود.بنابراین، خوردگی اسیدهای آلی بعید است که در این کار تحت بیوفیلم های P. aeruginosa به دلیل pH نسبتاً بالا در محیط فله کمک کند.pH محیط کنترل غیر بیولوژیکی (از 7.4 اولیه تا 7.5 نهایی) در طول دوره آزمایش 14 روزه تغییر معنی داری نداشت.افزایش pH در محیط تلقیح پس از انکوباسیون با فعالیت متابولیکی سودوموناس آئروژینوزا همراه بود و همان اثر روی pH در غیاب نوار تست مشاهده شد.
همانطور که در شکل نشان داده شده است.7، حداکثر عمق گودال ناشی از بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا 0.69 میکرومتر بود که به طور قابل توجهی بیشتر از محیط غیر زنده (0.02 میکرومتر) است.این با داده های الکتروشیمیایی فوق مطابقت دارد.در شرایط مشابه، عمق گودال 0.69 میکرومتر بیش از ده برابر کوچکتر از مقدار 9.5 میکرومتر تعیین شده برای 2205 DSS40 است.این داده ها نشان می دهد که 2707 HDSS مقاومت بهتری نسبت به MIC ها نسبت به 2205 DSS نشان می دهد.این تعجب آور نیست زیرا 2707 HDSS دارای سطح کروم بالاتری است، که امکان غیرفعال سازی طولانی تری را فراهم می کند، غیرفعال سازی سودوموناس آئروژینوزا را دشوارتر می کند و فرآیند را بدون بارش ثانویه مضر Pitting41 آغاز می کند.
در نتیجه، حفره‌های MIC روی 2707 سطح HDSS در براث سودوموناس آئروژینوزا یافت شد، در حالی که حفره‌زدگی در محیط‌های غیرزیست ناچیز بود.این کار نشان می دهد که 2707 HDSS نسبت به 2205 DSS مقاومت بهتری نسبت به MIC دارد، اما به دلیل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا کاملاً در برابر MIC مصون نیست.این نتایج به انتخاب فولادهای ضد زنگ مناسب و امید به زندگی برای محیط دریایی کمک می کند.
2707 نمونه HDSS توسط دانشکده متالورژی، دانشگاه شمال شرقی (NEU)، شن یانگ، چین ارائه شد.ترکیب عنصری 2707 HDSS در جدول 1 نشان داده شده است که توسط گروه تجزیه و تحلیل مواد و تست دانشگاه نورث ایسترن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.تمام نمونه ها برای محلول جامد در دمای 1180 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت تحت درمان قرار گرفتند.قبل از آزمایش خوردگی، فولاد سکه‌ای 2707 HDSS با سطح در معرض 1 سانتی‌متر مربع تا شن 2000 با کاغذ سنباده کاربید سیلیکون پرداخت شد و سپس با دوغاب پودر Al2O3 0.05 میکرومتر پرداخت شد.کناره ها و پایین با رنگ بی اثر محافظت می شوند.پس از خشک شدن، نمونه ها با آب دیونیزه استریل شسته و با اتانول 75 درصد (v/v) به مدت 0.5 ساعت استریل شدند.سپس آنها را قبل از استفاده به مدت 0.5 ساعت تحت نور ماوراء بنفش (UV) در هوا خشک کردند.
سویه دریایی Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 از مجموعه فرهنگ دریایی Xiamen (MCCC)، چین خریداری شد.از محیط مایع Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) برای کشت سودوموناس آئروژینوزا در فلاسک های 250 میلی لیتری و سلول های شیشه ای الکتروشیمیایی 500 میلی لیتری تحت شرایط هوازی در دمای 37 درجه سانتی گراد استفاده شد.محیط حاوی (گرم در لیتر): 19.45 NaCl، 5.98 MgCl2، 3.24 Na2SO4، 1.8 CaCl2، 0.55 KCl، 0.16 Na2CO3، 0.08 KBr، 0.034 SrCl2، 0.034 SrCl2، 0.02، 0.02، H300SrBr 0.008، 0.008 Na4F0H20PO.1.0 عصاره مخمر و 0.1 سیترات آهن.قبل از تلقیح به مدت 20 دقیقه در دمای 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو کنید.سلول های بی تحرک و پلانکتون در زیر میکروسکوپ نوری با استفاده از هموسیتومتر با بزرگنمایی 400 برابر شمارش شدند.غلظت اولیه سلول های پلانکتونی P. aeruginosa بلافاصله پس از تلقیح تقریباً 106 سلول در میلی لیتر بود.
آزمایشات الکتروشیمیایی در یک سلول شیشه ای کلاسیک سه الکترودی با حجم متوسط ​​500 میلی لیتر انجام شد.یک ورق پلاتین و یک الکترود کالامل اشباع (SCE) از طریق یک مویرگی Luggin پر شده با یک پل نمکی به راکتور متصل شدند و به ترتیب به عنوان الکترود شمارنده و مرجع عمل کردند.برای ایجاد الکترود کار، سیم مسی با پوشش لاستیکی به هر نمونه متصل شد و با اپوکسی پوشش داده شد و حدود 1 سانتی‌متر مربع سطح در یک طرف برای الکترود کار باقی ماند.در طی اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی، نمونه‌ها در محیط 2216E قرار گرفتند و در دمای انکوباسیون ثابت (37 درجه سانتی‌گراد) در حمام آب نگهداری شدند.OCP، LPR، EIS و داده های قطبش پویا بالقوه با استفاده از پتانسیواستات Autolab (مرجع 600TM، Gamry Instruments، Inc.، ایالات متحده آمریکا) اندازه گیری شد.تست های LPR با نرخ اسکن 0.125 mV s-1 در محدوده 5- و 5 میلی ولت و Eocp با نرخ نمونه برداری 1 هرتز ثبت شد.EIS در حالت پایدار Eocp با استفاده از ولتاژ اعمال شده 5 میلی ولت با یک سینوسی در محدوده فرکانسی 0.01 تا 10000 هرتز انجام شد.قبل از جاروب پتانسیل، الکترودها در حالت مدار باز بودند تا زمانی که به پتانسیل خوردگی آزاد پایدار 42 رسید.با.هر آزمایش سه بار با و بدون سودوموناس آئروژینوزا تکرار شد.
نمونه ها برای آنالیز متالوگرافی به صورت مکانیکی با کاغذ SiC مرطوب 2000 گریت پرداخت شدند و سپس با دوغاب پودر Al2O3 0.05 میکرومتر برای مشاهدات نوری پرداخت شدند.تجزیه و تحلیل متالوگرافی با استفاده از میکروسکوپ نوری انجام شد.نمونه با محلول 10 درصد وزنی هیدروکسید پتاسیم 43 اچ شد.
پس از انکوباسیون، 3 بار با سالین بافر فسفات (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) بشویید و سپس با 2.5% (v/v) گلوتارآلدئید به مدت 10 ساعت ثابت کنید تا بیوفیلم ثابت شود.آبگیری بعدی با اتانول در یک سری پله ای (50، 60، 70، 80، 90، 95 درصد و 100 درصد حجمی) قبل از خشک کردن هوا.در نهایت، یک فیلم طلا بر روی سطح نمونه پراکنده شد تا رسانایی برای مشاهده SEM44 فراهم کند.تصاویر SEM بر روی محل با بیشترین سلول های P. aeruginosa در سطح هر نمونه متمرکز شده است.تجزیه و تحلیل EMF برای شناسایی عناصر شیمیایی انجام شد.برای اندازه گیری عمق گودال، از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال زایس (CLSM) (LSM 710، Zeiss، آلمان) استفاده شد.برای مشاهده حفره های خوردگی زیر بیوفیلم، ابتدا نمونه آزمایش مطابق با استاندارد ملی چین (CNS) GB/T4334.4-2000 تمیز شد تا محصولات خوردگی و بیوفیلم از سطح نمونه آزمایش حذف شود.
تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS، ESCALAB250 Surface Analysis System، Thermo VG، USA) با استفاده از یک منبع پرتو ایکس تک رنگ (خط AlKα با انرژی 1500 eV و توان 150 W) در طیف گسترده‌ای از انرژی‌های اتصال 0 زیر شرایط استاندارد -1350 eV.با استفاده از انرژی عبور 50 eV و اندازه گام 0.2 eV، طیف های وضوح بالا را ضبط کنید.
نمونه انکوبه شده را خارج کرده و به آرامی با PBS (pH 7.4 ± 0.2) به مدت 15 s45 بشویید.برای مشاهده زنده ماندن باکتریایی بیوفیلم روی نمونه، بیوفیلم با استفاده از کیت زنده ماندن باکتری LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen، Eugene، OR، USA) رنگ آمیزی شد.این کیت شامل دو رنگ فلورسنت است: رنگ فلورسنت سبز SYTO-9 و رنگ فلورسنت قرمز پروپیدیوم یدید (PI).در CLSM، نقاط سبز فلورسنت و قرمز به ترتیب نشان دهنده سلول های زنده و مرده هستند.برای رنگ آمیزی، 1 میلی لیتر از مخلوط حاوی 3 میکرولیتر SYTO-9 و 3 میکرولیتر محلول PI را در دمای اتاق (23 درجه سانتیگراد) به مدت 20 دقیقه در تاریکی انکوبه کنید.پس از آن، نمونه های رنگ آمیزی شده در دو طول موج (488 نانومتر برای سلول های زنده و 559 نانومتر برای سلول های مرده) با استفاده از دستگاه CLSM نیکون (C2 Plus، نیکون، ژاپن) مشاهده شدند.ضخامت بیوفیلم را در حالت اسکن سه بعدی اندازه گیری کنید.
نحوه استناد به این مقاله: Li, H. et al.تاثیر بیوفیلم دریایی سودوموناس آئروژینوزا بر خوردگی میکروبی فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس 2707.علوم پایه.خانه 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. ترک خوردگی تنشی فولاد زنگ نزن دوبلکس LDX 2101 در محلولهای کلرید در حضور تیوسولفات.خوردگیعلم.80، 205-212 (2014).
کیم، ST، جانگ، SH، لی، IS و پارک، YS اثر عملیات حرارتی محلول و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ فوق‌العاده دوبلکس.خوردگیعلم.53، 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. مطالعه مقایسه ای شیمیایی حفره های میکروبی و الکتروشیمیایی در فولاد ضد زنگ 316L.خوردگیعلم.45، 2577-2595 (2003).
Luo H.، Dong KF، Li HG و Xiao K. رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن دوبلکس 2205 در محلول های قلیایی در مقادیر مختلف pH در حضور کلرید.الکتروشیمیمجله.64، 211-220 (2012).