Pseudomonas aeruginosa Deniz Biyofilminin 2707 Süper Dubleks Paslanmaz Çeliğin Mikrobiyal Korozyonu Üzerine Etkisi

Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir atlıkarınca görüntüler.Aynı anda üç slaytta ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanın veya aynı anda üç slaytta ilerlemek için sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Mikrobiyal korozyon (MIC), büyük ekonomik kayıplara yol açabileceğinden birçok endüstride önemli bir sorundur.Süper dubleks paslanmaz çelik 2707 (2707 HDSS), mükemmel kimyasal direnci nedeniyle deniz ortamlarında kullanılmaktadır.Ancak MİK'e direnci deneysel olarak gösterilememiştir.Bu çalışma, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu MIC 2707 HDSS'nin davranışını inceledi.Elektrokimyasal analiz, 2216E ortamında Pseudomonas aeruginosa biyofilminin varlığında korozyon potansiyelinin olumlu yönde değiştiğini ve korozyon akım yoğunluğunun arttığını gösterdi.X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizinin sonuçları, biyofilm altındaki numune yüzeyindeki Cr içeriğinde bir azalma olduğunu gösterdi.Çukur görüntülerinin analizi, Pseudomonas aeruginosa biyofilmlerinin 14 günlük kültürden sonra maksimum 0,69 µm çukur derinliği ürettiğini gösterdi.Bu küçük olmasına rağmen, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa biyofilmlerinin MİK üzerindeki etkilerine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
Dubleks paslanmaz çelik (DSS), mükemmel mekanik özellikler ve korozyon direncinin mükemmel birleşimi nedeniyle çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır1,2.Ancak yine de bu çeliğin (3, 4) bütünlüğünü etkileyebilecek lokal çukurlaşmalar meydana gelebilir.DSS mikrobiyal korozyona (MIC)5,6 karşı korunmaz.DSS'nin uygulama aralığı çok geniş olmasına rağmen, hala DSS'nin korozyon direncinin uzun süreli kullanım için yeterli olmadığı ortamlar bulunmaktadır.Bu, korozyon direnci daha yüksek olan daha pahalı malzemelerin gerekli olduğu anlamına gelir.Jeon ve ark.7 süper dubleks paslanmaz çeliğin (SDSS) bile korozyon direnci açısından bazı sınırlamalara sahip olduğunu bulmuşlardır.Bu nedenle bazı uygulamalarda korozyon direnci daha yüksek olan süper dubleks paslanmaz çeliklere (HDSS) ihtiyaç duyulmaktadır.Bu, yüksek alaşımlı HDSS'nin geliştirilmesine yol açtı.
DSS'nin korozyon direnci, α-fazının γ-fazına oranı ve ikincil fazlara8,9,10 bitişik Cr, Mo ve W'de tükenen alanlara göre belirlenir.HDSS yüksek oranda Cr, Mo ve N11 içerir, bu da ona mükemmel korozyon direnci ve ağırlıkça %Cr + 3,3 (ağırlıkça %Mo) ile tanımlanan yüksek değerde (45-50) eşdeğer oyuklanma direnci değeri (PREN) sağlar. + 0,5 ağırlıkça %W) + 16 ağırlıkça %.N12.Mükemmel korozyon direnci, yaklaşık %50 ferritik (α) ve %50 ostenitik (γ) fazlar içeren dengeli bir bileşime bağlıdır.HDSS, geleneksel DSS13'e kıyasla gelişmiş mekanik özelliklere ve daha yüksek klor direncine sahiptir.Kimyasal korozyonun özellikleri.Geliştirilmiş korozyon direnci, HDSS'nin deniz ortamları gibi daha agresif klorür ortamlarında kullanımını genişletir.
MIC, petrol, gaz ve su temini de dahil olmak üzere birçok endüstride önemli bir sorundur14.MIC, tüm korozyon hasarlarının %20'sinden sorumludur15.MIC, birçok ortamda gözlenebilen biyoelektrokimyasal bir korozyondur16.Metal yüzeylerde biyofilm oluşumu elektrokimyasal koşulları değiştirerek korozyon sürecini etkiler.MİK korozyonunun biyofilmlerden kaynaklandığı genel olarak kabul edilmektedir14.Elektrojenik mikroorganizmalar hayatta kalmak için gereken enerjiyi elde etmek amacıyla metalleri yerler.Son MİK çalışmaları, EET'nin (hücre dışı elektron transferi), elektrojenik mikroorganizmalar tarafından indüklenen MİK için sınırlayıcı faktör olduğunu göstermiştir.Zhang ve ark.18 elektron medyatörlerinin Desulfovibrio vulgaris sesil hücreleri ile 304 paslanmaz çelik arasındaki elektron transferini hızlandırdığını ve bunun daha şiddetli MİK atağıyla sonuçlandığını göstermiştir.Anning ve ark.19 ve Wenzlaff ve ark.20, aşındırıcı sülfat indirgeyici bakterilerin (SRB'ler) biyofilmlerinin, elektronları doğrudan metal substratlardan emebildiğini ve bunun da ciddi çukurlaşmaya neden olduğunu göstermiştir.
DSS'nin, SRB'ler, demir azaltıcı bakteriler (IRB'ler) vb. içeren ortamlarda MIC'ye duyarlı olduğu bilinmektedir. 21.Bu bakteriler biyofilm22,23altında DSS yüzeyinde lokalize çukurlaşmaya neden olur.DSS'den farklı olarak MIC HDSS24 hakkında çok az şey bilinmektedir.
Pseudomonas aeruginosa, doğada yaygın olarak bulunan Gram negatif, hareketli, çubuk şeklinde bir bakteridir25.Pseudomonas aeruginosa aynı zamanda deniz ortamındaki çeliğin MIC'sinden sorumlu olan ana mikrobiyotadır26.Pseudomonas türleri doğrudan korozyon süreçlerine dahil olur ve biyofilm oluşumu sırasında ilk kolonileşenler olarak kabul edilir27.Mahat ve ark.28 ve Yuan ve ark.29, Pseudomonas aeruginosa'nın su ortamlarında yumuşak çelik ve alaşımların korozyon hızını artırma eğiliminde olduğunu gösterdi.
Bu çalışmanın temel amacı, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu 2707 HDSS'nin MİK özelliklerini elektrokimyasal yöntemler, yüzey analiz yöntemleri ve korozyon ürün analizi kullanarak incelemektir.MIC 2707 HDSS'nin davranışını incelemek için açık devre potansiyeli (OCP), doğrusal polarizasyon direnci (LPR), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve dinamik potansiyel polarizasyonu içeren elektrokimyasal çalışmalar yapıldı.Aşınmış yüzeylerdeki kimyasal elementleri tespit etmek için enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) analizi yapılır.Ek olarak, Pseudomonas aeruginosa içeren bir deniz ortamının etkisi altında oksit film pasifleştirmesinin stabilitesi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile belirlendi.Çukurların derinliği eş odaklı lazer tarama mikroskobu (CLSM) altında ölçüldü.
Tablo 1, 2707 HDSS'nin kimyasal bileşimini göstermektedir.Tablo 2, 2707 HDSS'nin 650 MPa akma dayanımıyla mükemmel mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir.Şek.Şekil 1, çözeltiyle ısıl işleme tabi tutulmuş 2707 HDSS'nin optik mikro yapısını gösterir.Yaklaşık %50 östenitik ve %50 ferritik fazlar içeren bir mikro yapıda, ikincil fazlar olmaksızın uzun ostenitik ve ferritik faz bantları görülebilir.
Şek.Şekil 2a, 2216E abiyotik ortamda ve Pseudomonas aeruginosa besiyerinde 37°C'de 14 gün boyunca 2707 HDSS için açık devre potansiyeline (Eocp) karşı maruz kalma süresini gösterir.Eocp'deki en belirgin değişikliklerin ilk 24 saatte meydana geldiği tespit edildi.Her iki durumda da Eocp değerleri yaklaşık 16 saatte yaklaşık -145 mV'de (SCE'ye karşı) zirve yaptı ve ardından biyolojik olmayan numuneler için -477 mV'ye (SCE'ye karşı) ve -236 mV'ye (SCE'ye karşı) ve bağıl numuneler için P'ye keskin bir şekilde düştü. SCE) patina yaprakları sırasıyla.24 saat sonra Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS'nin Eocp değeri -228 mV'de (SCE ile karşılaştırıldığında) nispeten sabit kalırken biyolojik olmayan numune için karşılık gelen değer yaklaşık -442 mV'dir (SCE ile karşılaştırıldığında).Pseudomonas aeruginosa varlığında Eocp oldukça düşüktü.
Abiyotik ortamda ve Pseudomonas aeruginosa sıvı besiyerinde 2707 HDSS örneğinin 37°C'de elektrokimyasal testi:
(a) Maruz kalma süresi ile Eocp'deki değişim, (b) 14. günde polarizasyon eğrisi, (c) maruz kalma süresi ile Rp'deki değişim, (d) maruz kalma süresi ile korelasyondaki değişiklik.
Tablo 3, 14 günlük bir süre boyunca abiyotik ve P. aeruginosa aşılanmış ortama maruz bırakılan 2707 HDSS numunesinin elektrokimyasal korozyon parametrelerini göstermektedir.Anodik ve katodik eğrilerin kesişme noktasına teğetsel ekstrapolasyonu, standart yöntemlere göre korozyon akım yoğunluğunun (icorr), korozyon potansiyelinin (Ecorr) ve Tafel eğiminin (βα ve βc) belirlenmesine olanak sağlamıştır30,31.
Şekil 2b'de gösterildiği gibi, P. aeruginosa eğrisinin yukarı doğru kayması, abiyotik eğriye kıyasla Ecorr'da bir artışa neden oldu.Pseudomonas aeruginosa içeren numunenin korozyon hızıyla orantılı icorr değeri 0,328 µA cm-2'ye yükselerek biyolojik olmayan numuneninkinden (0,087 µA cm-2) dört kat daha fazla oldu.
LPR, korozyonun tahribatsız ekspres analizi için klasik bir elektrokimyasal yöntemdir.Ayrıca MIC32'yi incelemek için de kullanılmıştır.Şek.Şekil 2c, maruz kalma süresine bağlı olarak polarizasyon direncindeki (Rp) değişimi göstermektedir.Daha yüksek Rp değeri daha az korozyon anlamına gelir.İlk 24 saat içinde Rp 2707 HDSS, biyolojik olmayan örnekler için 1955 kΩ cm2'ye ve Pseudomonas aeruginosa örnekleri için 1429 kΩ cm2'ye ulaştı.Şekil 2c ayrıca Rp değerinin bir gün sonra hızla düştüğünü ve sonraki 13 gün boyunca nispeten değişmeden kaldığını göstermektedir.Pseudomonas aeruginosa test örneğinin Rp değeri yaklaşık 40 kΩ cm2'dir; bu, biyolojik olmayan test örneğinin 450 kΩ cm2 değerinden çok daha düşüktür.
İkor değeri, düzgün korozyon hızıyla orantılıdır.Değeri aşağıdaki Stern-Giri denkleminden hesaplanabilir:
Zoe ve arkadaşlarına göre.Şekil 33'te Tafel eğimi B bu çalışmada 26 mV/dec'lik tipik bir değer olarak alınmıştır.Şek.Şekil 2d, 2707 abiyotik suşun korrunun nispeten stabil kaldığını, buna karşın Pseudomonas aeruginosa bandının korrunun ilk 24 saatten sonra büyük bir sıçrama ile güçlü bir şekilde dalgalandığını göstermektedir.Pseudomonas aeruginosa test örneğinin icorr değeri, biyolojik olmayan kontrolünkinden bir kat daha yüksekti.Bu eğilim polarizasyon direncinin sonuçlarıyla tutarlıdır.
EIS, korozyon arayüzündeki elektrokimyasal reaksiyonları karakterize etmek için kullanılan başka bir tahribatsız yöntemdir34.Abiyotik ortam ve Pseudomonas aeruginosa çözeltilerine maruz bırakılan şeritlerin empedans spektrumları ve kapasitans hesaplamaları, Rb şeridin yüzeyinde oluşan pasif/biyofilmin direncidir, Rct yük transfer direncidir, Cdl elektriksel çift tabakadır.) ve QCPE sabit faz elemanı (CPE) parametreleri.Bu parametreler, verilerin eşdeğer bir elektrik devresi (EEC) modeliyle karşılaştırılması yoluyla daha da analiz edildi.
Şek.Şekil 3, abiyotik ortamda ve Pseudomonas aeruginosa et suyunda çeşitli inkübasyon sürelerinde 2707 HDSS örneğinin tipik Nyquist grafiklerini (a ve b) ve Bode grafiklerini (a' ve b') gösterir.Pseudomonas aeruginosa'nın varlığında Nyquist halkasının çapı azalır.Bode grafiği (Şekil 3b') toplam empedanstaki artışı göstermektedir.Gevşeme süresi sabiti hakkında bilgi faz maksimumlarından elde edilebilir.Şek.Şekil 4, tek katmanlı (a) ve iki katmanlı (b) temel alınarak fiziksel yapıları ve karşılık gelen EEC'yi göstermektedir.CPE, AET modeline dahil edilmiştir.Kabulü ve empedansı aşağıdaki gibi ifade edilir:
2707 HDSS kupon empedans spektrumuna uyum sağlamak için iki fiziksel model ve karşılık gelen eşdeğer devreler:
Y0 CPE'nin büyüklüğü, j sanal sayı veya (−1)1/2, ω açısal frekans ve n birden küçük CPE güç faktörüdür35.Yük aktarım direncinin ters çevrilmesi (yani 1/Rct) korozyon hızına karşılık gelir.Daha düşük bir Rct değeri, daha yüksek korozyon oranı anlamına gelir27.14 günlük inkübasyonun ardından Pseudomonas aeruginosa test örneğinin Rct'si 32 kΩ cm2'ye ulaştı; bu, biyolojik olmayan test örneğinin 489 kΩ cm2'sinden çok daha az (Tablo 4).
Şekil 2'deki CLSM görüntüleri ve SEM görüntüleri.Şekil 5, HDSS numunesi 2707'nin yüzeyindeki biyofilm kaplamasının 7 gün sonra çok yoğun olduğunu açıkça göstermektedir.Ancak 14 gün sonra biyofilm kaplama seyrekleşti ve bazı ölü hücreler ortaya çıktı.Tablo 5, Pseudomonas aeruginosa'ya 7 ve 14 gün maruz kaldıktan sonra 2707 HDSS örneğinin biyofilm kalınlığını göstermektedir.Maksimum biyofilm kalınlığı 7 gün sonra 23,4 µm'den 14 gün sonra 18,9 µm'ye değişti.Ortalama biyofilm kalınlığı da bu eğilimi doğruladı.7 gün sonra 22,2 ± 0,7 μm'den 14 gün sonra 17,8 ± 1,0 μm'ye düştü.
(a) 7. günde 3-D CLSM görüntüsü, (b) 14. günde 3-D CLSM görüntüsü, (c) 7. günde SEM görüntüsü ve (d) 14. günde SEM görüntüsü.
EMF, 14 gün boyunca Pseudomonas aeruginosa'ya maruz kalan numunelerde biyofilm ve korozyon ürünlerinde kimyasal elementleri ortaya çıkardı.Şek.Şekil 6, biyofilm ve korozyon ürünlerindeki C, N, O, P içeriğinin saf metalden çok daha yüksek olduğunu göstermektedir, çünkü bu elementler biyofilm ve onun metabolitleri ile ilişkilidir.Mikroorganizmalar yalnızca eser miktarda Cr ve Fe'ye ihtiyaç duyar.Biyofilmdeki yüksek Cr ve Fe içeriği ve numunenin yüzeyindeki korozyon ürünleri, korozyon sonucu metal matristeki elementlerin kaybına işaret etmektedir.
14 gün sonra, 2216E ortamında P. aeruginosa içeren ve içermeyen çukurlar gözlendi.İnkübasyondan önce numunelerin yüzeyi pürüzsüz ve kusursuzdu (Şekil 7a).Biyofilm ve korozyon ürünlerinin inkübasyonu ve uzaklaştırılmasından sonra, numunenin yüzeyindeki en derin çukurlar, Şekil 7b ve c'de gösterildiği gibi CLSM kullanılarak incelendi.Biyolojik olmayan kontrolün yüzeyinde belirgin bir çukurlaşma bulunmadı (maksimum çukur derinliği 0,02 µm).Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu maksimum çukur derinliği, 3 numuneden elde edilen ortalama maksimum çukur derinliğine göre 7 gün sonra 0,52 µm ve 14 gün sonra 0,69 µm olmuştur (her numune için 10 maksimum çukur derinliği seçilmiştir) ve 0,42 ± 0,12 µm'ye ulaşmıştır. .ve sırasıyla 0,52 ± 0,15 μm (Tablo 5).Bu çukur derinliği değerleri küçük ama önemlidir.
(a) maruz kalmadan önce;(b) abiyotik bir ortamda 14 gün;(c) P. aeruginosa et suyunda 14 gün.
Şek.Tablo 8, çeşitli numune yüzeylerinin XPS spektrumlarını gösterir ve her yüzey için analiz edilen kimya, Tablo 6'da özetlenmiştir. Tablo 6'da, Fe ve Cr'nin atomik yüzdeleri, P. aeruginosa'nın (örnek A ve B) varlığında çok daha düşüktü. ) biyolojik olmayan kontrol şeritlerine göre.(örnek C ve D).Bir Pseudomonas aeruginosa örneği için, Cr 2p çekirdek seviyesi spektral eğrisi, Cr, Cr2O3, CrO3 ve Cr(OH)'a atanan 574,4, 576,6, 578,3 ve 586,8 eV bağlanma enerjilerine (BE) sahip dört tepe bileşenine yerleştirildi. sırasıyla 3 (Şekil 9a ve b).Biyolojik olmayan numuneler için, Şekiller 1 ve 2'deki Cr 2p çekirdek seviyesinin spektrumları.Şekil 9c ve d, sırasıyla Cr (BE 573.80 eV) ve Cr2O3'ün (BE 575.90 eV) iki ana zirvesini içerir.Abiyotik kupon ile P. aeruginosa kuponu arasındaki en çarpıcı fark, biyofilm altında Cr6+'nın ve nispeten yüksek bir Cr(OH)3 fraksiyonunun (BE 586.8 eV) varlığıydı.
Sırasıyla 7 ve 14 gün boyunca iki ortamda 2707 HDSS örneğinin geniş yüzey XPS spektrumları.
(a) 7 günlük P. aeruginosa maruziyeti, (b) 14 günlük P. aeruginosa maruziyeti, (c) 7 günlük abiyotik maruziyet, (d) 14 günlük abiyotik maruziyet.
HDSS çoğu ortamda yüksek düzeyde korozyon direnci sergiler.Kim ve ark.2 HDSS UNS S32707'nin PREN değeri 45'ten büyük olan yüksek katkılı bir DSS olarak tanımlandığını bildirdi. Bu çalışmada HDSS örneği 2707'nin PREN değeri 49'du. Bunun nedeni yüksek Cr içeriği ve yüksek Mo ve Asidik ortamlarda ve yüksek klorür içeriğine sahip ortamlarda faydalı olan Ni.Ayrıca dengeli bileşimi ve hatasız mikro yapısı, yapısal stabilite ve korozyon direnci sağlar.Mükemmel kimyasal dirence rağmen, bu çalışmadaki deneysel veriler 2707 HDSS'nin Pseudomonas aeruginosa biyofilm MIC'lerine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
Elektrokimyasal sonuçlar, Pseudomonas aeruginosa sıvı besiyerindeki 2707 HDSS'nin korozyon oranının, biyolojik olmayan ortama kıyasla 14 gün sonra önemli ölçüde arttığını gösterdi.Şekil 2a'da, ilk 24 saat boyunca hem abiyotik ortamda hem de P. aeruginosa sıvı besiyerinde Eocp'de bir azalma gözlendi.Bundan sonra biyofilm numunenin yüzeyini kaplamayı bitirir ve Eocp nispeten stabil hale gelir.Ancak biyotik Eocp seviyesi abiyotik Eocp seviyesinden çok daha yüksekti.Bu farklılığın P. aeruginosa biyofilmlerinin oluşumuyla ilişkili olduğuna inanmak için nedenler var.Şek.Şekil 2g'de gösterildiği gibi, 2707 HDSS'nin icorr değeri, Pseudomonas aeruginosa'nın varlığında 0,627 µA cm-2'ye ulaştı; bu, Rct ile tutarlı olan, biyolojik olmayan kontrolden (0,063 µA cm-2) daha yüksek bir büyüklük sırasıdır. EIS tarafından ölçülen değer.İlk birkaç gün boyunca P. aeruginosa hücrelerinin bağlanması ve biyofilm oluşumu nedeniyle P. aeruginosa sıvı besiyerindeki empedans değerleri arttı.Ancak biyofilm numune yüzeyini tamamen kapladığında empedans azalır.Koruyucu tabaka öncelikle biyofilm ve biyofilm metabolitlerinin oluşumu nedeniyle saldırıya uğrar.Bu nedenle korozyon direnci zamanla azalır ve Pseudomonas aeruginosa birikintileri lokal korozyona neden olur.Abiyotik ortamlardaki eğilimler farklıdır.Biyolojik olmayan kontrolün korozyon direnci, Pseudomonas aeruginosa besiyerine maruz bırakılan numunelerin karşılık gelen değerinden çok daha yüksekti.Ayrıca abiyotik numuneler için Rct 2707 HDSS değeri 14. günde 489 kΩ cm2'ye ulaştı; bu, Pseudomonas aeruginosa'nın (32 kΩ cm2) varlığından 15 kat daha yüksekti.Bu nedenle 2707 HDSS, steril ortamda mükemmel korozyon direncine sahiptir ancak Pseudomonas aeruginosa biyofilminin MIC saldırısından korunmaz.
Bu sonuçlar aynı zamanda Şekil 2'deki polarizasyon eğrilerinden de gözlemlenebilir.2b.Anodik dallanma, Pseudomonas aeruginosa biyofilm oluşumu ve metal oksidasyon reaksiyonları ile ilişkilidir.Aynı zamanda katodik reaksiyon oksijenin indirgenmesidir.P. aeruginosa'nın varlığı, abiyotik kontrole göre yaklaşık bir kat daha yüksek olan korozyon akım yoğunluğunu önemli ölçüde arttırdı.Bu, Pseudomonas aeruginosa biyofilminin 2707 HDSS'nin lokalize korozyonunu arttırdığını gösterdi.Yuan ve ark.29 70/30 Cu-Ni alaşımının korozyon akım yoğunluğunun Pseudomonas aeruginosa biyofilmi tarafından artırıldığını bulmuşlardır.Bunun nedeni Pseudomonas aeruginosa biyofilminin oksijen azaltımının biyokatalizine bağlı olabilir.Bu gözlem aynı zamanda bu çalışmadaki MIC 2707 HDSS'yi de açıklayabilir.Aerobik biyofilmler aynı zamanda altlarındaki oksijen içeriğini de azaltabilir.Bu nedenle, metal yüzeyin oksijenle yeniden pasifleştirilmesinin reddedilmesi, bu çalışmada MİK'e katkıda bulunan bir faktör olabilir.
Dickinson ve ark.38, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonların hızının doğrudan numune yüzeyine bağlanan bakterilerin metabolik aktivitesine ve korozyon ürünlerinin doğasına bağlı olduğunu öne sürdü.Şekil 5 ve Tablo 5'te gösterildiği gibi hücre sayısı ve biyofilm kalınlığı 14 gün sonra azaldı.Bu, 14 gün sonra 2707 HDSS yüzeyindeki sabitlenmiş hücrelerin çoğunun, 2216E ortamındaki besin tükenmesi veya 2707 HDSS matrisinden toksik metal iyonlarının salınması nedeniyle ölmesi gerçeğiyle makul bir şekilde açıklanabilir.Bu, toplu deneylerin bir sınırlamasıdır.
Bu çalışmada, bir Pseudomonas aeruginosa biyofilmi, 2707 HDSS'nin yüzeyindeki biyofilm altında Cr ve Fe'nin lokal tükenmesini destekledi (Şekil 6).Tablo 6'da, numune C'ye kıyasla D numunesinde Fe ve Cr azaldı; bu, P. aeruginosa biyofilminin neden olduğu Fe ve Cr çözünmesinin ilk 7 günden sonra korunduğunu gösterir.2216E ortamı deniz ortamını simüle etmek için kullanılır.Doğal deniz suyundaki içeriğiyle karşılaştırılabilecek 17700 ppm Cl- içerir.XPS ile analiz edilen 7 günlük ve 14 günlük biyolojik olmayan örneklerde Cr'deki düşüşün ana nedeni 17700 ppm Cl-'nin varlığıydı.Pseudomonas aeruginosa'nın test numunesi ile karşılaştırıldığında, abiyotik test numunesindeki Cr'nin çözünmesi, 2707 HDSS'nin abiyotik ortamda klora karşı güçlü direnci nedeniyle çok daha azdır.Şek.Şekil 9, pasifleştirici filmde Cr6+'nın varlığını göstermektedir.Bu, Chen ve Clayton39 tarafından önerildiği gibi P. aeruginosa biyofilmleri tarafından Cr'un çelik yüzeylerden uzaklaştırılmasıyla ilgili olabilir.
Bakteri üremesi nedeniyle ortamın inkübasyon öncesi ve sonrası pH değerleri sırasıyla 7,4 ve 8,2 olarak gerçekleşti.Bu nedenle, organik asitlerin korozyonunun, toplu ortamdaki nispeten yüksek pH nedeniyle P. aeruginosa biyofilmleri altında bu çalışmaya katkıda bulunması pek olası değildir.Biyolojik olmayan kontrol ortamının pH'ı, 14 günlük test süresi boyunca önemli ölçüde değişmedi (başlangıçtaki 7,4'ten son 7,5'e).İnkübasyondan sonra inokulum ortamındaki pH artışı, Pseudomonas aeruginosa'nın metabolik aktivitesi ile ilişkilendirildi ve pH üzerinde aynı etki, test şeridinin yokluğunda da bulundu.
Şekil 2'de gösterildiği gibi.Şekil 7'de, Pseudomonas aeruginosa biyofilminin neden olduğu maksimum çukur derinliği 0,69 µm idi; bu, abiyotik ortamdan (0,02 µm) önemli ölçüde daha yüksektir.Bu, yukarıdaki elektrokimyasal verilerle uyumludur.Aynı koşullar altında 0,69 µm'lik çukur derinliği, 2205 DSS40 için belirtilen 9,5 µm değerinden on kat daha küçüktür.Bu veriler 2707 HDSS'nin MIC'lere karşı 2205 DSS'den daha iyi direnç gösterdiğini göstermektedir.2707 HDSS'nin daha yüksek bir Cr düzeyine sahip olması şaşırtıcı değildir, bu da daha uzun pasifleştirmeye izin verir, Pseudomonas aeruginosa'nın pasifleştirilmesini daha zor hale getirir ve zararlı ikincil çökelme olmadan süreci başlatır41.
Sonuç olarak, Pseudomonas aeruginosa sıvı besiyerinde 2707 HDSS yüzeyinde MIC çukurlaşması bulunurken, abiyotik ortamda çukurlaşma ihmal edilebilir düzeydeydi.Bu çalışma, 2707 HDSS'nin MIC'e karşı 2205 DSS'den daha iyi dirence sahip olduğunu ancak Pseudomonas aeruginosa biyofilmi nedeniyle MIC'e karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.Bu sonuçlar, uygun paslanmaz çeliklerin seçimine ve deniz ortamı için beklenen yaşam süresine yardımcı olur.
2707 HDSS örneği, Shenyang, Çin'deki Northeastern Üniversitesi (NEU) Metalurji Okulu tarafından sağlandı.2707 HDSS'nin elementel bileşimi, Northeastern Üniversitesi Malzeme Analizi ve Test Bölümü tarafından analiz edilen Tablo 1'de gösterilmektedir.Tüm numuneler katı çözelti için 1180°C'de 1 saat süreyle işleme tabi tutuldu.Korozyon testinden önce, 1 cm2'lik açık yüzey alanına sahip 2707 HDSS madeni para çeliği, silikon karbür zımpara kağıdıyla 2000 grit'e kadar parlatıldı ve ardından 0,05 µm Al2O3 toz bulamacıyla daha da parlatıldı.Yanlar ve alt kısımlar inert boya ile korunmaktadır.Kurutmanın ardından numuneler steril deiyonize su ile yıkandı ve %75 (h/h) etanol ile 0,5 saat süreyle sterilize edildi.Daha sonra kullanımdan önce 0,5 saat boyunca ultraviyole (UV) ışık altında havayla kurutuldu.
Deniz suşu Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099, Çin'deki Xiamen Deniz Kültürü Koleksiyonundan (MCCC) satın alınmıştır.Marine 2216E sıvı ortamı (Qingdao Hope Bioteknoloji Co., Ltd., Qingdao, Çin), 37°C'de aerobik koşullar altında 250 ml şişelerde ve 500 ml elektrokimyasal cam hücrelerde Pseudomonas aeruginosa'yı kültürlemek için kullanıldı.Ortam şunları içerir (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,008 , 0,008 Na4F0H20PO.1,0 maya ekstraktı ve 0,1 demir sitrat.Aşılamadan önce 121 °C'de 20 dakika otoklavlayın.Sesil ve planktonik hücreler, 400x büyütmede hemasitometre kullanılarak ışık mikroskobu altında sayıldı.Planktonik P. aeruginosa hücrelerinin aşılamadan hemen sonraki başlangıç ​​konsantrasyonu yaklaşık 106 hücre/mL idi.
Elektrokimyasal testler, orta hacim 500 ml olan klasik üç elektrotlu bir cam hücrede gerçekleştirildi.Bir platin levha ve doymuş bir kalomel elektrot (SCE), bir tuz köprüsü ile doldurulmuş bir Luggin kılcal damarı yoluyla reaktöre bağlandı ve sırasıyla karşı ve referans elektrotları olarak görev yaptı.Çalışma elektrodunu oluşturmak için her numuneye kauçuk kaplı bakır tel bağlandı ve epoksi ile kaplandı, böylece çalışma elektrodu için bir tarafta yaklaşık 1 cm2 yüzey alanı bırakıldı.Elektrokimyasal ölçümler sırasında numuneler 2216E ortamına yerleştirildi ve su banyosunda sabit inkübasyon sıcaklığında (37°C) tutuldu.OCP, LPR, EIS ve potansiyel dinamik polarizasyon verileri bir Autolab potansiyostat (Referans 600TM, Gamry Instruments, Inc., ABD) kullanılarak ölçülmüştür.LPR testleri -5 ve 5 mV aralığında 0,125 mV s-1 tarama hızında ve Eocp 1 Hz örnekleme hızında kaydedildi.EIS, 0,01 ila 10.000 Hz frekans aralığında bir sinüzoid ile uygulanan 5 mV'lik bir voltaj kullanılarak kararlı durumda Eocp'de gerçekleştirildi.Potansiyel taramasından önce elektrotlar, 42'lik sabit bir serbest korozyon potansiyeline ulaşılana kadar açık devre modundaydı.İle.Her test Pseudomonas aeruginosa varken ve yokken üç kez tekrarlandı.
Metalografik analiz için numuneler, 2000 kumlu ıslak SiC kağıdıyla mekanik olarak parlatıldı ve ardından optik gözlem için 0,05 µm Al2O3 toz bulamacıyla parlatıldı.Metalografik analiz optik mikroskop kullanılarak yapıldı.Numune ağırlıkça %10 potasyum hidroksit çözeltisi43 ile dağlandı.
Kuluçkadan sonra, fosfat tamponlu salin (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ile 3 kez yıkayın ve biyofilmi sabitlemek için 10 saat boyunca %2,5 (h/h) glutaraldehit ile sabitleyin.Havayla kurutmadan önce kademeli bir seri halinde (%50, %60, %70, %80, %90, %95 ve %100 hacimce) etanol ile daha sonra dehidrasyon yapılır.Son olarak, SEM44 gözlemi için iletkenlik sağlamak amacıyla numunenin yüzeyine altın bir film püskürtüldü.SEM görüntüleri, her numunenin yüzeyinde en çok yerleşik P. aeruginosa hücrelerinin bulunduğu konuma odaklanır.Kimyasal elementleri tespit etmek için EMF analizi yapıldı.Çukurun derinliğini ölçmek için Zeiss eş odaklı lazer tarama mikroskobu (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Almanya) kullanıldı.Biyofilm altındaki korozyon çukurlarını gözlemlemek için, test numunesi ilk olarak Çin Ulusal Standardı (CNS) GB/T4334.4-2000'e göre temizlenerek korozyon ürünlerini ve biyofilmi test numunesinin yüzeyinden uzaklaştırıldı.
Geniş bir bağlanma enerjileri aralığında monokromatik bir X-ışını kaynağı (1500 eV enerjiye ve 150 W güce sahip Al Ka ​​çizgisi) kullanılarak X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS, ESCALAB250 Yüzey Analiz Sistemi, Thermo VG, ABD) analizi –1350 eV standart koşullarının altında 0.50 eV geçiş enerjisi ve 0,2 eV adım boyutunu kullanarak yüksek çözünürlüklü spektrumları kaydedin.
Kuluçkalanan numuneyi çıkarın ve 15 s45 boyunca PBS (pH 7,4 ± 0,2) ile yavaşça yıkayın.Numune üzerindeki biyofilmin bakteriyel canlılığını gözlemlemek için biyofilm, LIVE/DEAD BacLight Bakteriyel Canlılık Kiti (Invitrogen, Eugene, OR, ABD) kullanılarak boyandı.Kit iki floresan boya içerir: SYTO-9 yeşil floresan boya ve propidyum iyodür (PI) kırmızı floresan boya.CLSM'de floresan yeşil ve kırmızı noktalar sırasıyla canlı ve ölü hücreleri temsil eder.Boyama için, 3 µl SYTO-9 ve 3 µl PI solüsyonu içeren 1 ml karışımı oda sıcaklığında (23°C) karanlıkta 20 dakika inkübe edin.Bundan sonra, lekeli numuneler bir Nikon CLSM aparatı (C2 Plus, Nikon, Japonya) kullanılarak iki dalga boyunda (canlı hücreler için 488 nm ve ölü hücreler için 559 nm) gözlendi.Biyofilm kalınlığını 3 boyutlu tarama modunda ölçün.
Bu makaleden nasıl alıntı yapılır: Li, H. ve ark.Pseudomonas aeruginosa deniz biyofilminin 2707 süper dubleks paslanmaz çeliğin mikrobiyal korozyonuna etkisi.bilim.Ev 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 dubleks paslanmaz çeliğin stres korozyon çatlaması.aşınma.Bilim.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Koruyucu gazdaki çözelti ısıl işleminin ve nitrojenin süper dubleks paslanmaz çelik kaynakların çukurlaşma korozyon direncine etkisi.aşınma.Bilim.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çelikte mikrobiyal ve elektrokimyasal çukurlaşmanın kimyasal karşılaştırmalı çalışması.aşınma.Bilim.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG ve Xiao K. Klorür varlığında çeşitli pH değerlerinde alkali çözeltilerde 2205 dubleks paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı.elektrokimya.Günlük.64, 211–220 (2012).