Efecte del biofilm marí de Pseudomonas aeruginosa sobre la corrosió microbiana de l'acer inoxidable súper dúplex 2707

Gràcies per visitar Nature.com.Esteu utilitzant una versió del navegador amb suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).A més, per garantir un suport permanent, mostrem el lloc sense estils ni JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositives alhora.Utilitzeu els botons Anterior i Següent per moure's per tres diapositives alhora, o utilitzeu els botons lliscants al final per moure's per tres diapositives alhora.
La corrosió microbiana (MIC) és un problema important en moltes indústries perquè pot provocar grans pèrdues econòmiques.L'acer inoxidable súper dúplex 2707 (2707 HDSS) s'utilitza en ambients marins a causa de la seva excel·lent resistència química.Tanmateix, la seva resistència al MIC no s'ha demostrat experimentalment.Aquest estudi va examinar el comportament del MIC 2707 HDSS causat pel bacteri aeròbic marí Pseudomonas aeruginosa.L'anàlisi electroquímica va mostrar que en presència del biofilm de Pseudomonas aeruginosa al medi 2216E, el potencial de corrosió va canviar positivament i la densitat de corrent de corrosió va augmentar.Els resultats de l'anàlisi de l'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS) van mostrar una disminució del contingut de Cr a la superfície de la mostra sota el biofilm.L'anàlisi de les imatges del pou va mostrar que els biofilms de Pseudomonas aeruginosa van produir una profunditat màxima del pou de 0,69 µm després de 14 dies de cultiu.Tot i que això és petit, suggereix que 2707 HDSS no són completament immunes als efectes dels biofilms de P. aeruginosa sobre MIC.
L'acer inoxidable dúplex (DSS) s'utilitza àmpliament en diverses indústries a causa de la combinació perfecta d'excel·lents propietats mecàniques i resistència a la corrosió1,2.Tanmateix, encara es poden produir picades localitzades, que poden afectar la integritat d'aquest acer 3, 4 .DSS no està protegit contra la corrosió microbiana (MIC)5,6.Tot i que el rang d'aplicació del DSS és molt ampli, encara hi ha entorns on la resistència a la corrosió del DSS no és suficient per a un ús a llarg termini.Això significa que es necessiten materials més cars amb una major resistència a la corrosió.Jeon et al.7 van trobar que fins i tot l'acer inoxidable superdúplex (SDSS) té algunes limitacions pel que fa a la resistència a la corrosió.Per tant, hi ha una necessitat d'acers inoxidables súper dúplex (HDSS) amb major resistència a la corrosió en determinades aplicacions.Això va conduir al desenvolupament de HDSS altament aliats.
La resistència a la corrosió del DSS està determinada per la relació entre la fase α i la fase γ i les àrees esgotades en Cr, Mo i W adjacents a les fases secundàries8,9,10.L'HDSS conté un alt contingut de Cr, Mo i N11, que li confereix una excel·lent resistència a la corrosió i un alt valor (45-50) equivalent de resistència a la picada (PREN), que es defineix per % en pes de Cr + 3,3 (% en pes de Mo). + 0, 5 % en pes) + 16 % en pes.N12.La seva excel·lent resistència a la corrosió depèn d'una composició equilibrada que conté aproximadament un 50% de fases ferrítiques (α) i un 50% de fases austenítiques (γ).HDSS ha millorat les propietats mecàniques i una major resistència al clor en comparació amb el DSS13 convencional.Característiques de la corrosió química.La resistència a la corrosió millorada amplia l'ús de HDSS en entorns de clorur més agressius, com ara entorns marins.
El MIC és un problema important en moltes indústries, com ara el petroli i el gas i el subministrament d'aigua14.El MIC representa el 20% de tots els danys per corrosió15.El MIC és una corrosió bioelectroquímica que es pot observar en molts entorns16.La formació de biofilms sobre superfícies metàl·liques canvia les condicions electroquímiques i, per tant, influeix en el procés de corrosió.Generalment s'accepta que la corrosió MIC és causada per biofilms14.Els microorganismes electrogènics mengen metalls per obtenir energia per a la supervivència17.Estudis recents de MIC han demostrat que l'EET (transferència extracel·lular d'electrons) és el factor limitant de la MIC induïda per microorganismes electrogènics.Zhang et al.18 van demostrar que els mediadors d'electrons acceleren la transferència d'electrons entre les cèl·lules sèssils de Desulfovibrio vulgaris i l'acer inoxidable 304, donant lloc a un atac MIC més greu.Anning et al.19 i Wenzlaff et al.20 han demostrat que els biofilms de bacteris reductors de sulfats corrosius (SRB) poden absorbir electrons directament dels substrats metàl·lics, donant lloc a picats greus.
Se sap que el DSS és susceptible a MIC en medis que contenen SRB, bacteris reductors de ferro (IRB), etc. 21 .Aquests bacteris causen picades localitzades a la superfície del DSS sota el biofilm22,23.A diferència de DSS, se sap poc sobre el MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa és un bacteri Gram negatiu, mòbil, en forma de bastonet que es troba àmpliament distribuït a la natura25.Pseudomonas aeruginosa és també la principal microbiota responsable de la CMI de l'acer en el medi marí26.Les espècies de Pseudomonas estan directament implicades en els processos de corrosió i són reconegudes com les primeres colonitzadores durant la formació de biofilm27.Mahat et al.28 i Yuan et al.29 va demostrar que Pseudomonas aeruginosa tendeix a augmentar la taxa de corrosió de l'acer suau i els aliatges en ambients aquàtics.
L'objectiu principal d'aquest treball és estudiar les propietats MIC de 2707 HDSS causades pel bacteri aeròbic marí Pseudomonas aeruginosa mitjançant mètodes electroquímics, mètodes d'anàlisi de superfícies i anàlisi de productes de corrosió.Es van realitzar estudis electroquímics que inclouen el potencial de circuit obert (OCP), la resistència a la polarització lineal (LPR), l'espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS) i la polarització del potencial dinàmic per estudiar el comportament del MIC 2707 HDSS.L'anàlisi d'espectroscòpia dispersiva d'energia (EDS) es realitza per detectar elements químics en superfícies corroïdes.A més, es va determinar l'estabilitat de la passivació de la pel·lícula d'òxid sota la influència d'un medi marí que contenia Pseudomonas aeruginosa mitjançant espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS).La profunditat de les fosses es va mesurar amb un microscopi d'exploració làser confocal (CLSM).
La taula 1 mostra la composició química de 2707 HDSS.La taula 2 mostra que 2707 HDSS té excel·lents propietats mecàniques amb un límit elàstic de 650 MPa.A la fig.La figura 1 mostra la microestructura òptica de la solució 2707 HDSS tractada tèrmicament.Es poden veure bandes allargades de fases austenítiques i ferrítiques sense fases secundàries en una microestructura que conté aproximadament un 50% de fases austenítiques i un 50% ferrítiques.
A la fig.La figura 2a mostra el potencial de circuit obert (Eocp) en funció del temps d'exposició per a 2707 HDSS en medi abiòtic 2216E i brou de Pseudomonas aeruginosa durant 14 dies a 37 ° C.Es va trobar que els canvis més pronunciats en Eocp es van produir durant les primeres 24 hores.Els valors d'Eocp en ambdós casos van assolir un màxim d'uns -145 mV (versus SCE) a unes 16 hores i després van baixar bruscament a -477 mV (versus SCE) i -236 mV (versus SCE) per a mostres no biològiques i P per a relatives. SCE) fulles de pàtina, respectivament.Després de 24 hores, el valor Eocp de Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS es va mantenir relativament estable a -228 mV (en comparació amb SCE), mentre que el valor corresponent per a la mostra no biològica era d'aproximadament -442 mV (en comparació amb SCE).Eocp en presència de Pseudomonas aeruginosa va ser força baixa.
Assajos electroquímics de 2707 mostres HDSS en medi abiòtic i brou de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Canvi d'Eocp amb el temps d'exposició, (b) corba de polarització el dia 14, (c) canvi de Rp amb el temps d'exposició, (d) canvi de corr amb el temps d'exposició.
La taula 3 mostra els paràmetres de corrosió electroquímica de 2707 mostres d'HDSS exposades a medis abiòtics i inoculats amb P. aeruginosa durant un període de 14 dies.L'extrapolació tangencial de les corbes anòdiques i catòdiques al punt d'intersecció va permetre determinar la densitat de corrent de corrosió (icorr), el potencial de corrosió (Ecorr) i el pendent de Tafel (βα i βc) segons mètodes estàndard30,31.
Com es mostra a la figura 2b, el desplaçament cap amunt de la corba de P. aeruginosa va donar lloc a un augment d'Ecorr en comparació amb la corba abiòtica.El valor icorr de la mostra que conté Pseudomonas aeruginosa, proporcional a la taxa de corrosió, va augmentar fins a 0,328 µA cm-2, que és quatre vegades més gran que el de la mostra no biològica (0,087 µA cm-2).
LPR és un mètode electroquímic clàssic per a l'anàlisi exprés no destructiu de la corrosió.També s'ha utilitzat per estudiar MIC32.A la fig.La figura 2c mostra el canvi en la resistència de polarització (Rp) en funció del temps d'exposició.Un valor Rp més alt significa menys corrosió.En les primeres 24 hores, Rp 2707 HDSS va assolir un màxim de 1955 kΩ cm2 per a exemplars no biològics i 1429 kΩ cm2 per a exemplars de Pseudomonas aeruginosa.La figura 2c també mostra que el valor de Rp va disminuir ràpidament després d'un dia i després es va mantenir relativament sense canvis durant els 13 dies següents.El valor Rp de l'exemplar de prova de Pseudomonas aeruginosa és d'uns 40 kΩ cm2, que és molt inferior al valor de 450 kΩ cm2 de l'exemplar de prova no biològic.
El valor d'icorr és proporcional a la taxa de corrosió uniforme.El seu valor es pot calcular a partir de la següent equació de Stern-Giri:
Segons Zoe et al.33 el talús B de Tafel es va prendre com un valor típic de 26 mV/dec en aquest treball.A la fig.La figura 2d mostra que l'icorr de la soca abiòtica 2707 es va mantenir relativament estable, mentre que l'icorr de la banda de Pseudomonas aeruginosa va fluctuar fortament amb un gran salt després de les primeres 24 hores.El valor icorr de la mostra de prova de Pseudomonas aeruginosa va ser un ordre de magnitud superior al del control no biològic.Aquesta tendència és coherent amb els resultats de la resistència a la polarització.
L'EIS és un altre mètode no destructiu utilitzat per caracteritzar reaccions electroquímiques en una interfície de corrosió34.Espectres d'impedància i càlculs de capacitat de tires exposades a medis abiòtics i solucions de Pseudomonas aeruginosa, Rb és la resistència del passiu/biofilm format a la superfície de la cinta, Rct és la resistència a la transferència de càrrega, Cdl és la doble capa elèctrica.) i paràmetres d'element de fase constant (CPE) QCPE.Aquests paràmetres es van analitzar més a fons comparant les dades amb un model de circuit elèctric equivalent (EEC).
A la fig.La figura 3 mostra els diagrames típiques de Nyquist (a i b) i els diagrames de Bode (a' i b') de 2707 mostres d'HDSS en medis abiòtics i brou de Pseudomonas aeruginosa en diversos temps d'incubació.En presència de Pseudomonas aeruginosa, el diàmetre del bucle de Nyquist disminueix.El diagrama de Bode (Fig. 3b') mostra l'augment de la impedància total.La informació sobre la constant de temps de relaxació es pot obtenir a partir dels màxims de fase.A la fig.A la figura 4 es mostren les estructures físiques i la CEE corresponent basades en una sola capa (a) i dues capes (b).El CPE s'introdueix al model CEE.La seva admissió i impedància s'expressen de la següent manera:
Dos models físics i circuits equivalents corresponents per ajustar l'espectre d'impedància del cupó HDSS 2707:
On Y0 és la magnitud del CPE, j és el nombre imaginari o (−1)1/2, ω és la freqüència angular i n és el factor de potència CPE inferior a un35.La inversió de la resistència a la transferència de càrrega (és a dir, 1/Rct) correspon a la taxa de corrosió.Un valor de Rct més baix significa una taxa de corrosió més alta27.Després de 14 dies d'incubació, el Rct de la mostra de prova de Pseudomonas aeruginosa va arribar als 32 kΩ cm2, que és molt inferior als 489 kΩ cm2 de la mostra de prova no biològica (taula 4).
Imatges CLSM i imatges SEM a la fig.5 mostren clarament que la cobertura de biofilm a la superfície de la mostra HDSS 2707 era molt densa després de 7 dies.Tanmateix, després de 14 dies, el recobriment de biofilm es va fer escàs i van aparèixer algunes cèl·lules mortes.La taula 5 mostra el gruix del biofilm de 2707 mostres HDSS després de 7 i 14 dies d'exposició a Pseudomonas aeruginosa.El gruix màxim del biofilm va canviar de 23,4 µm després de 7 dies a 18,9 µm després de 14 dies.El gruix mitjà del biofilm també va confirmar aquesta tendència.Va disminuir de 22,2 ± 0,7 μm després de 7 dies a 17,8 ± 1,0 μm després de 14 dies.
(a) Imatge CLSM 3-D als 7 dies, (b) Imatge CLSM 3-D als 14 dies, (c) Imatge SEM als 7 dies i (d) Imatge SEM als 14 dies.
EMF va revelar elements químics en biofilm i productes de corrosió en mostres exposades a Pseudomonas aeruginosa durant 14 dies.A la fig.La figura 6 mostra que el contingut de C, N, O, P en el biofilm i els productes de corrosió és molt més gran que en el metall pur, ja que aquests elements estan associats amb el biofilm i els seus metabòlits.Els microorganismes només necessiten traces de Cr i Fe.L'alt contingut de Cr i Fe en el biofilm i els productes de corrosió a la superfície de la mostra indiquen la pèrdua d'elements a la matriu metàl·lica com a conseqüència de la corrosió.
Després de 14 dies, es van observar fosses amb i sense P. aeruginosa al medi 2216E.Abans de la incubació, la superfície de les mostres era llisa i sense defectes (Fig. 7a).Després de la incubació i l'eliminació de biofilm i productes de corrosió, es van examinar les fosses més profundes de la superfície de la mostra mitjançant CLSM, tal com es mostra a les figures 7b i c.No es van trobar picades evidents a la superfície del control no biològic (profunditat màxima de la fossa 0,02 µm).La profunditat màxima de la fossa causada per Pseudomonas aeruginosa va ser de 0,52 µm després de 7 dies i de 0,69 µm després de 14 dies, segons la profunditat màxima mitjana de la fossa de 3 mostres (es van seleccionar 10 profunditats màximes de fossa per a cada mostra) i va arribar a 0,42 ± 0,12 µm. .i 0,52 ± 0,15 µm, respectivament (taula 5).Aquests valors de profunditat són petits però importants.
a) abans de l'exposició;(b) 14 dies en un medi abiòtic;(c) 14 dies en brou de P. aeruginosa.
A la fig.La taula 8 mostra els espectres XPS de diverses superfícies de mostra, i la química analitzada per a cada superfície es resumeix a la taula 6. A la taula 6, els percentatges atòmics de Fe i Cr eren molt inferiors en presència de P. aeruginosa (mostres A i B). ) que a les tires de control no biològic.(mostres C i D).Per a una mostra de Pseudomonas aeruginosa, la corba espectral de nivell central de Cr 2p es va ajustar a quatre components màxims amb energies d'unió (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, que es van assignar a Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH) 3, respectivament (Fig. 9a i b).Per a mostres no biològiques, els espectres del nivell central Cr 2p a les Figs.9c i d contenen els dos pics principals de Cr (BE 573,80 eV) i Cr2O3 (BE 575,90 eV), respectivament.La diferència més sorprenent entre el cupó abiòtic i el cupó de P. aeruginosa va ser la presència de Cr6+ i una fracció relativament alta de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sota el biofilm.
Espectres XPS de superfície àmplia de 2707 mostres HDSS en dos mitjans durant 7 i 14 dies, respectivament.
(a) exposició a P. aeruginosa de 7 dies, (b) exposició a P. aeruginosa de 14 dies, (c) exposició abiòtica de 7 dies, (d) exposició abiòtica de 14 dies.
HDSS presenta un alt nivell de resistència a la corrosió en la majoria dels entorns.Kim et al.2 van informar que HDSS UNS S32707 es va identificar com un DSS altament dopat amb PREN superior a 45. El valor PREN de la mostra HDSS 2707 en aquest treball va ser de 49. Això es deu a l'alt contingut de Cr i als alts nivells de Mo i Ni, que són útils en ambients àcids i ambients amb un alt contingut de clorurs.A més, la composició ben equilibrada i la microestructura sense defectes proporcionen estabilitat estructural i resistència a la corrosió.Malgrat una excel·lent resistència química, les dades experimentals d'aquest treball mostren que 2707 HDSS no és completament immune als MIC de biofilm de Pseudomonas aeruginosa.
Els resultats electroquímics van mostrar que la taxa de corrosió de 2707 HDSS al brou de Pseudomonas aeruginosa va augmentar significativament després de 14 dies en comparació amb l'entorn no biològic.A la figura 2a, es va observar una disminució de l'Eocp tant en el medi abiòtic com en el brou de P. aeruginosa durant les primeres 24 hores.Després d'això, el biofilm acaba de cobrir la superfície de la mostra i l'Eocp es torna relativament estable.Tanmateix, el nivell d'Eocp biòtic era molt més alt que el nivell d'Eocp abiòtic.Hi ha raons per creure que aquesta diferència està associada a la formació de biofilms de P. aeruginosa.A la fig.2g, el valor icorr de 2707 HDSS va arribar a 0,627 µA cm-2 en presència de Pseudomonas aeruginosa, que és un ordre de magnitud superior al del control no biològic (0,063 µA cm-2), que és coherent amb el Rct. valor mesurat per EIS.Durant els primers dies, els valors d'impedància en el brou de P. aeruginosa van augmentar a causa de la unió de cèl·lules de P. aeruginosa i la formació de biofilm.Tanmateix, la impedància disminueix quan el biofilm cobreix completament la superfície de la mostra.La capa protectora és atacada principalment a causa de la formació de biofilm i metabòlits de biofilm.Per tant, la resistència a la corrosió disminueix amb el temps i els dipòsits de Pseudomonas aeruginosa provoquen corrosió localitzada.Les tendències en els ambients abiòtics són diferents.La resistència a la corrosió del control no biològic va ser molt superior al valor corresponent de les mostres exposades al brou de Pseudomonas aeruginosa.A més, per a mostres abiòtiques, el valor Rct 2707 HDSS va assolir els 489 kΩ cm2 el dia 14, que és 15 vegades més gran que en presència de Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Així, 2707 HDSS té una excel·lent resistència a la corrosió en un entorn estèril, però no està protegit de l'atac de MIC pel biofilm de Pseudomonas aeruginosa.
Aquests resultats també es poden observar a partir de les corbes de polarització de les Figs.2b.La ramificació anòdica s'associa amb la formació de biofilm de Pseudomonas aeruginosa i reaccions d'oxidació de metalls.Al mateix temps, la reacció catòdica és la reducció d'oxigen.La presència de P. aeruginosa va augmentar significativament la densitat de corrent de corrosió, que va ser aproximadament un ordre de magnitud superior a la del control abiòtic.Això va indicar que el biofilm de Pseudomonas aeruginosa va millorar la corrosió localitzada de 2707 HDSS.Yuan et al.29 van trobar que la densitat de corrent de corrosió d'un aliatge de Cu-Ni 70/30 va augmentar pel biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Això pot ser degut a la biocatàlisi de la reducció d'oxigen pel biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Aquesta observació també pot explicar el MIC 2707 HDSS en aquest treball.Els biofilms aeròbics també poden reduir el contingut d'oxigen que hi ha a sota.Per tant, la negativa a repassar la superfície metàl·lica amb oxigen pot ser un factor que contribueix a la MIC en aquest treball.
Dickinson et al.38 va suggerir que la velocitat de les reaccions químiques i electroquímiques depèn directament de l'activitat metabòlica dels bacteris units a la superfície de la mostra i de la naturalesa dels productes de corrosió.Com es mostra a la figura 5 i la taula 5, el nombre de cèl·lules i el gruix del biofilm van disminuir després de 14 dies.Això es pot explicar raonablement pel fet que després de 14 dies la majoria de les cèl·lules ancorades a la superfície HDSS 2707 van morir a causa de l'esgotament de nutrients al medi 2216E o l'alliberament d'ions metàl·lics tòxics de la matriu HDSS 2707.Aquesta és una limitació dels experiments per lots.
En aquest treball, un biofilm de Pseudomonas aeruginosa va promoure l'esgotament local de Cr i Fe sota el biofilm a la superfície de 2707 HDSS (Fig. 6).A la taula 6, Fe i Cr van disminuir a la mostra D en comparació amb la mostra C, cosa que indica que la dissolució de Fe i Cr causada pel biofilm de P. aeruginosa es va mantenir després dels primers 7 dies.L'entorn 2216E s'utilitza per simular l'entorn marí.Conté 17700 ppm de Cl-, que és comparable al seu contingut en aigua de mar natural.La presència de 17700 ppm Cl- va ser el principal motiu de la disminució de Cr en mostres no biològiques de 7 i 14 dies analitzades per XPS.En comparació amb la mostra de prova de Pseudomonas aeruginosa, la dissolució de Cr a la mostra de prova abiòtica és molt menor a causa de la forta resistència de 2707 HDSS al clor en l'entorn abiòtic.A la fig.La figura 9 mostra la presència de Cr6+ a la pel·lícula de passivació.Això pot estar relacionat amb l'eliminació de Cr de les superfícies d'acer per biofilms de P. aeruginosa, tal com suggereixen Chen i Clayton39.
A causa del creixement bacterià, els valors de pH del medi abans i després de la incubació van ser de 7,4 i 8,2, respectivament.Per tant, és poc probable que la corrosió dels àcids orgànics contribueixi a aquest treball amb biofilms de P. aeruginosa a causa del pH relativament alt del medi a granel.El pH del medi de control no biològic no va canviar significativament (des del 7,4 inicial fins al 7,5 final) durant el període de prova de 14 dies.L'augment del pH del medi d'inòcul després de la incubació es va associar amb l'activitat metabòlica de Pseudomonas aeruginosa, i es va trobar el mateix efecte sobre el pH en absència de la tira reactiva.
Com es mostra a la fig.A la figura 7, la profunditat màxima del fossat causada pel biofilm de Pseudomonas aeruginosa va ser de 0,69 µm, que és significativament més gran que en el medi abiòtic (0,02 µm).Això coincideix amb les dades electroquímiques anteriors.En les mateixes condicions, la profunditat del fossat de 0,69 µm és més de deu vegades menor que el valor de 9,5 µm especificat per al 2205 DSS40.Aquestes dades mostren que el 2707 HDSS presenta una millor resistència als MIC que el 2205 DSS.Això no és d'estranyar ja que 2707 HDSS té un nivell de Cr més alt, que permet una passivació més llarga, fa que Pseudomonas aeruginosa sigui més difícil de depassivar i inicia el procés sense precipitació secundària nociva Pitting41.
En conclusió, es va trobar picat MIC a 2707 superfícies HDSS al brou de Pseudomonas aeruginosa, mentre que la picada era insignificant en medis abiòtics.Aquest treball mostra que el 2707 HDSS té una millor resistència al MIC que el 2205 DSS, però no és completament immune al MIC a causa del biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Aquests resultats ajuden a seleccionar els acers inoxidables adequats i l'esperança de vida per al medi marí.
Les 2707 mostres HDSS van ser proporcionades per l'Escola de Metal·lúrgia de la Universitat del Nord-Est (NEU), Shenyang, Xina.La composició elemental de 2707 HDSS es mostra a la taula 1, que va ser analitzada pel Departament d'Anàlisi i Prova de Materials de la Northeastern University.Totes les mostres es van tractar per obtenir una solució sòlida a 1180 ° C durant 1 hora.Abans de les proves de corrosió, l'acer de monedes 2707 HDSS amb una superfície exposada d'1 cm2 es va polir a 2000 amb paper de vidre de carbur de silici i després es va polir amb una pols de pols Al2O3 de 0,05 µm.Els laterals i el fons estan protegits amb pintura inert.Després de l'assecat, les mostres es van rentar amb aigua desionitzada estèril i es van esterilitzar amb etanol al 75% (v/v) durant 0,5 h.Després es van assecar a l'aire sota llum ultraviolada (UV) durant 0,5 h abans d'utilitzar-los.
La soca marina Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 es va comprar a Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Xina.El medi líquid marin 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Xina) es va utilitzar per cultivar Pseudomonas aeruginosa en matrassos de 250 ml i cèl·lules de vidre electroquímiques de 500 ml en condicions aeròbiques a 37 °C.El medi conté (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 SrCl2, 0,08 SrBr03,02,02,03 ,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 extracte de llevat i 0,1 citrat de ferro.Autoclau a 121 °C durant 20 minuts abans de la inoculació.Les cèl·lules sèssils i planctòniques es van comptar amb un microscopi de llum mitjançant un hemocitòmetre amb un augment de 400x.La concentració inicial de cèl·lules planctònices de P. aeruginosa immediatament després de la inoculació va ser d'aproximadament 106 cèl·lules/ml.
Les proves electroquímiques es van dur a terme en una cèl·lula clàssica de vidre de tres elèctrodes amb un volum mitjà de 500 ml.Una làmina de platí i un elèctrode de calomel saturat (SCE) es van connectar al reactor a través d'un capil·lar Luggin ple d'un pont de sal i van servir com a elèctrodes de comptador i de referència, respectivament.Per crear l'elèctrode de treball, es va connectar un filferro de coure recobert de cautxú a cada mostra i es va recobrir amb epoxi, deixant aproximadament 1 cm2 d'àrea superficial en un costat per a l'elèctrode de treball.Durant les mesures electroquímiques, les mostres es van col·locar al medi 2216E i es van mantenir a una temperatura d'incubació constant (37 ° C) en un bany d'aigua.Les dades d'OCP, LPR, EIS i de polarització dinàmica potencial es van mesurar mitjançant un potentiòstat Autolab (Referència 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA).Les proves LPR es van registrar a una velocitat d'exploració de 0,125 mV s-1 en el rang -5 i 5 mV i Eocp amb una freqüència de mostreig d'1 Hz.L'EIS es va realitzar a Eocp en estat estacionari utilitzant una tensió aplicada de 5 mV amb un sinusoide en un rang de freqüències de 0,01 a 10.000 Hz.Abans de l'escombrat de potencial, els elèctrodes estaven en mode de circuit obert fins que es va assolir un potencial de corrosió lliure estable de 42.Amb.Cada prova es va repetir tres vegades amb i sense Pseudomonas aeruginosa.
Les mostres per a l'anàlisi metal·logràfica es van polir mecànicament amb paper de SiC humit de gra 2000 i després es van polir amb una pols de pols Al2O3 de 0,05 µm per a l'observació òptica.L'anàlisi metal·logràfica es va realitzar mitjançant un microscopi òptic.La mostra es va gravar amb una solució d'hidròxid de potassi al 10% en pes43.
Després de la incubació, rentar 3 vegades amb solució salina tamponada amb fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) i després fixar amb glutaraldehid al 2,5% (v/v) durant 10 hores per fixar el biofilm.Deshidratació posterior amb etanol en sèrie esglaonada (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% en volum) abans de l'assecat a l'aire.Finalment, es va escampar una pel·lícula d'or a la superfície de la mostra per proporcionar conductivitat per a l'observació SEM44.Les imatges SEM es centren en la ubicació amb les cèl·lules de P. aeruginosa més establertes a la superfície de cada mostra.Es va realitzar una anàlisi EMF per detectar elements químics.Per mesurar la profunditat de la fossa, es va utilitzar un microscopi d'exploració làser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Alemanya).Per observar les fosses de corrosió sota el biofilm, la mostra de prova es va netejar primer segons l'estàndard nacional xinès (CNS) GB/T4334.4-2000 per eliminar els productes de corrosió i el biofilm de la superfície de la mostra de prova.
Anàlisi d'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, EUA) mitjançant una font de raigs X monocromàtica (línia Al Kα amb una energia de 1500 eV i una potència de 150 W) en una àmplia gamma d'energies d'enllaç 0 per sota de les condicions estàndard de –1350 eV.Grava espectres d'alta resolució utilitzant una energia de passada de 50 eV i una mida de pas de 0,2 eV.
Traieu la mostra incubada i renteu-la suaument amb PBS (pH 7,4 ± 0,2) durant 15 s45.Per observar la viabilitat bacteriana del biofilm de la mostra, el biofilm es va tenyir mitjançant el kit de viabilitat bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA).El kit conté dos colorants fluorescents: colorant fluorescent verd SYTO-9 i colorant fluorescent vermell de iodur de propidi (PI).A CLSM, els punts verds i vermells fluorescents representen cèl·lules vives i mortes, respectivament.Per a la tinció, s'incuba 1 ml d'una barreja que contingui 3 µl de SYTO-9 i 3 µl de solució de PI a temperatura ambient (23 °C) a la foscor durant 20 minuts.Després d'això, les mostres tacades es van observar a dues longituds d'ona (488 nm per a cèl·lules vives i 559 nm per a cèl·lules mortes) mitjançant un aparell Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japó).Mesureu el gruix del biofilm en mode d'escaneig 3D.
Com citar aquest article: Li, H. et al.Efecte del biofilm marí de Pseudomonas aeruginosa sobre la corrosió microbiana de l'acer inoxidable súper dúplex 2707.ciència.Casa 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Cracking per corrosió per tensió d'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solucions de clorur en presència de tiosulfat.corrosió.la ciència.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Efecte del tractament tèrmic de la solució i del nitrogen en el gas de protecció sobre la resistència a la corrosió de les soldadures d'acer inoxidable súper dúplex.corrosió.la ciència.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Un estudi comparatiu de productes químics de picadura microbiana i electroquímica en acer inoxidable 316L.corrosió.la ciència.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG i Xiao K. Comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines a diversos valors de pH en presència de clorur.electroquímica.Revista.64, 211–220 (2012).