Efecto do biofilm marino de Pseudomonas aeruginosa na corrosión microbiana do aceiro inoxidable súper dúplex 2707

Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositivas á vez.Use os botóns Anterior e Seguinte para moverse por tres diapositivas á vez, ou use os botóns deslizantes ao final para moverse por tres diapositivas á vez.
A corrosión microbiana (MIC) é un problema importante en moitas industrias porque pode provocar enormes perdas económicas.O aceiro inoxidable súper dúplex 2707 (2707 HDSS) utilízase en ambientes mariños debido á súa excelente resistencia química.Non obstante, a súa resistencia ao MIC non se demostrou experimentalmente.Este estudo examinou o comportamento do MIC 2707 HDSS causado pola bacteria aeróbica mariña Pseudomonas aeruginosa.A análise electroquímica mostrou que na presenza do biofilm de Pseudomonas aeruginosa no medio 2216E, o potencial de corrosión cambiou positivamente e a densidade de corrente de corrosión aumentou.Os resultados da análise de espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS) mostraron unha diminución do contido de Cr na superficie da mostra baixo a biopelícula.A análise das imaxes do pozo mostrou que as biopelículas de Pseudomonas aeruginosa produciron unha profundidade máxima do pozo de 0,69 µm despois de 14 días de cultivo.Aínda que isto é pequeno, suxire que os HDSS 2707 non son completamente inmunes aos efectos das biopelículas de P. aeruginosa na MIC.
O aceiro inoxidable dúplex (DSS) é amplamente utilizado en varias industrias debido á combinación perfecta de excelentes propiedades mecánicas e resistencia á corrosión1,2.Non obstante, aínda poden producirse picaduras localizadas, que poden afectar a integridade deste aceiro 3, 4 .O DSS non está protexido contra a corrosión microbiana (MIC)5,6.Aínda que o rango de aplicación do DSS é moi amplo, aínda hai ambientes nos que a resistencia á corrosión do DSS non é suficiente para o seu uso a longo prazo.Isto significa que son necesarios materiais máis caros con maior resistencia á corrosión.Jeon et al.7 descubriron que incluso o aceiro inoxidable superdúplex (SDSS) ten algunhas limitacións en canto á resistencia á corrosión.Polo tanto, hai unha necesidade de aceiros inoxidables superdúplex (HDSS) con maior resistencia á corrosión en determinadas aplicacións.Isto levou ao desenvolvemento de HDSS altamente aliados.
A resistencia á corrosión do DSS está determinada pola relación entre a fase α e a fase γ e as áreas esgotadas en Cr, Mo e W adxacentes ás fases secundarias8,9,10.HDSS contén un alto contido de Cr, Mo e N11, o que lle confire unha excelente resistencia á corrosión e un alto valor (45-50) equivalente de resistencia á picadura (PREN), que se define por % en peso de Cr + 3,3 (% en peso de Mo). + 0, 5 % en peso) + 16 % en peso.N12.A súa excelente resistencia á corrosión depende dunha composición equilibrada que conteña aproximadamente un 50 % de fases ferríticas (α) e un 50 % de fases austeníticas (γ).HDSS ten propiedades mecánicas melloradas e maior resistencia ao cloro en comparación co DSS13 convencional.Características da corrosión química.A mellora da resistencia á corrosión amplía o uso de HDSS en ambientes de cloruro máis agresivos, como os mariños.
O MIC é un problema importante en moitas industrias, incluíndo petróleo e gas e abastecemento de auga14.O MIC representa o 20% de todos os danos por corrosión15.O MIC é unha corrosión bioelectroquímica que se pode observar en moitos ambientes16.A formación de biopelículas sobre superficies metálicas cambia as condicións electroquímicas e inflúe así no proceso de corrosión.En xeral, acéptase que a corrosión MIC é causada por biopelículas14.Os microorganismos electroxénicos comen metais para obter enerxía para a supervivencia17.Estudos recentes sobre MIC demostraron que a EET (transferencia extracelular de electróns) é o factor limitante da MIC inducida por microorganismos electroxénicos.Zhang et al.18 demostraron que os mediadores electrónicos aceleran a transferencia de electróns entre as células sésiles de Desulfovibrio vulgaris e o aceiro inoxidable 304, dando como resultado un ataque MIC máis grave.Anning et al.19 e Wenzlaff et al.20 demostraron que as biopelículas de bacterias corrosivas redutores de sulfato (SRB) poden absorber electróns directamente dos substratos metálicos, o que provoca picaduras severas.
Sábese que o DSS é susceptible á CMI en medios que conteñan SRB, bacterias redutores de ferro (IRB), etc. 21 .Estas bacterias causan picaduras localizadas na superficie do DSS baixo a biopelícula22,23.A diferenza do DSS, pouco se sabe sobre o MIC HDSS24.
A Pseudomonas aeruginosa é unha bacteria Gram negativa, móbil, en forma de bastón que se atopa amplamente distribuída na natureza25.Pseudomonas aeruginosa é tamén a principal microbiota responsable da CMI do aceiro no medio mariño26.As especies de Pseudomonas están directamente implicadas nos procesos de corrosión e son recoñecidas como as primeiras colonizadoras durante a formación do biofilm27.Mahat et al.28 e Yuan et al.29 demostrou que Pseudomonas aeruginosa tende a aumentar a taxa de corrosión do aceiro suave e das aliaxes en ambientes acuáticos.
O obxectivo principal deste traballo é estudar as propiedades MIC de 2707 HDSS causadas pola bacteria aerobia mariña Pseudomonas aeruginosa mediante métodos electroquímicos, métodos de análise de superficie e análise de produtos da corrosión.Realizáronse estudos electroquímicos incluíndo o potencial de circuíto aberto (OCP), a resistencia de polarización lineal (LPR), a espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) e a polarización de potencial dinámico para estudar o comportamento do MIC 2707 HDSS.A análise de espectroscopia de dispersión de enerxía (EDS) realízase para detectar elementos químicos en superficies corroídas.Ademais, a estabilidade da pasivación da película de óxido baixo a influencia dun medio mariño que contén Pseudomonas aeruginosa foi determinada por espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS).A profundidade dos pozos foi medida cun microscopio confocal de varrido láser (CLSM).
A táboa 1 mostra a composición química do 2707 HDSS.A táboa 2 mostra que 2707 HDSS ten excelentes propiedades mecánicas cun límite de fluencia de 650 MPa.Sobre a fig.1 mostra a microestrutura óptica de 2707 HDSS en solución tratada térmicamente.Pódense ver bandas alongadas de fases austeníticas e ferríticas sen fases secundarias nunha microestrutura que contén aproximadamente un 50% de fases austeníticas e un 50% ferríticas.
Sobre a fig.A figura 2a mostra o potencial de circuíto aberto (Eocp) fronte ao tempo de exposición para 2707 HDSS en medio abiótico 2216E e caldo de Pseudomonas aeruginosa durante 14 días a 37 °C.Descubriuse que os cambios máis pronunciados no Eocp ocorreron durante as primeiras 24 horas.Os valores de Eocp en ambos casos alcanzaron un máximo de aproximadamente -145 mV (fronte a SCE) ás 16 horas e despois baixaron bruscamente ata -477 mV (fronte a SCE) e -236 mV (fronte a SCE) para mostras non biolóxicas e P para a relativa. SCE) follas de pátina, respectivamente.Despois de 24 horas, o valor Eocp de Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS mantívose relativamente estable a -228 mV (en comparación con SCE), mentres que o valor correspondente para a mostra non biolóxica foi de aproximadamente -442 mV (en comparación con SCE).Eocp en presenza de Pseudomonas aeruginosa foi bastante baixa.
Ensaios electroquímicos de 2707 mostras de HDSS en medios abióticos e caldo de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Cambio de Eocp co tempo de exposición, (b) curva de polarización no día 14, (c) cambio de Rp co tempo de exposición, (d) cambio de corr co tempo de exposición.
A táboa 3 mostra os parámetros de corrosión electroquímica de 2707 mostras de HDSS expostas a medios abióticos e inoculados con P. aeruginosa durante un período de 14 días.A extrapolación tanxencial das curvas anódica e catódica ao punto de intersección permitiu determinar a densidade de corrente de corrosión (icorr), o potencial de corrosión (Ecorr) e a pendente de Tafel (βα e βc) segundo métodos estándar30,31.
Como se mostra na Figura 2b, o desprazamento ascendente da curva de P. aeruginosa deu lugar a un aumento de Ecorr en comparación coa curva abiótica.O valor icorr da mostra que contén Pseudomonas aeruginosa, proporcional á taxa de corrosión, aumentou ata 0,328 µA cm-2, o que é catro veces maior que o da mostra non biolóxica (0,087 µA cm-2).
LPR é un método electroquímico clásico para a análise exprés non destrutiva da corrosión.Tamén se utilizou para estudar MIC32.Sobre a fig.A 2c mostra o cambio na resistencia de polarización (Rp) dependendo do tempo de exposición.Un valor de Rp máis alto significa menos corrosión.Nas primeiras 24 horas, o Rp 2707 HDSS alcanzou un máximo de 1955 kΩ cm2 para exemplares non biolóxicos e 1429 kΩ cm2 para exemplares de Pseudomonas aeruginosa.A figura 2c tamén mostra que o valor de Rp diminuíu rapidamente despois dun día e mantívose relativamente sen cambios durante os seguintes 13 días.O valor de Rp para o espécimen de proba de Pseudomonas aeruginosa é duns 40 kΩ cm2, o que é moi inferior ao valor de 450 kΩ cm2 para a mostra non biolóxica.
O valor de icorr é proporcional á taxa de corrosión uniforme.O seu valor pódese calcular a partir da seguinte ecuación de Stern-Giri:
Segundo Zoe et al.33 a ladeira B de Tafel tomouse como un valor típico de 26 mV/dec neste traballo.Sobre a fig.2d mostra que o icorr da cepa abiótica 2707 permaneceu relativamente estable, mentres que o icorr da banda de Pseudomonas aeruginosa flutuou fortemente cun gran salto despois das primeiras 24 horas.O valor de icorr da mostra de proba de Pseudomonas aeruginosa foi unha orde de magnitude superior ao do control non biolóxico.Esta tendencia é consistente cos resultados da resistencia á polarización.
O EIS é outro método non destrutivo usado para caracterizar reaccións electroquímicas nunha interface de corrosión34.Cálculos de espectros de impedancia e capacitancia de tiras expostas a medios abióticos e solucións de Pseudomonas aeruginosa, Rb é a resistencia do pasivo/biofilm formado na superficie da tira, Rct é a resistencia de transferencia de carga, Cdl é a dobre capa eléctrica.) e parámetros de elemento de fase constante (CPE) QCPE.Estes parámetros foron máis analizados comparando os datos cun modelo de circuíto eléctrico equivalente (CEE).
Sobre a fig.A figura 3 mostra os gráficos típicos de Nyquist (a e b) e os gráficos de Bode (a' e b') de 2707 mostras de HDSS en medios abióticos e caldo de Pseudomonas aeruginosa en varios momentos de incubación.En presenza de Pseudomonas aeruginosa, o diámetro do bucle de Nyquist diminúe.O gráfico de Bode (Fig. 3b') mostra o aumento da impedancia total.A información sobre a constante de tempo de relaxación pódese obter a partir dos máximos de fase.Sobre a fig.A 4 mostra as estruturas físicas e a CEE correspondente baseándose nunha capa única (a) e dúas capas (b).CPE introdúcese no modelo CEE.A súa admisión e impedancia exprésanse do seguinte xeito:
Dous modelos físicos e circuítos equivalentes correspondentes para axustar o espectro de impedancia do cupón HDSS 2707:
Onde Y0 é a magnitude do CPE, j é o número imaxinario ou (−1)1/2, ω é a frecuencia angular e n é o factor de potencia CPE menor que un35.A inversión da resistencia de transferencia de carga (é dicir, 1/Rct) corresponde á taxa de corrosión.Un valor de Rct máis baixo significa unha taxa de corrosión máis alta27.Despois de 14 días de incubación, o Rct da mostra de proba de Pseudomonas aeruginosa alcanzou os 32 kΩ cm2, o que é moito menor que os 489 kΩ cm2 da mostra non biolóxica (táboa 4).
Imaxes CLSM e imaxes SEM na fig.5 mostran claramente que a cobertura de biopelícula na superficie da mostra HDSS 2707 era moi densa despois de 7 días.Porén, despois de 14 días, o revestimento de biopelícula quedou escasa e apareceron algunhas células mortas.A táboa 5 mostra o grosor da biopelícula de 2707 mostras de HDSS despois de 7 e 14 días de exposición a Pseudomonas aeruginosa.O grosor máximo da biopelícula cambiou de 23,4 µm despois de 7 días a 18,9 µm despois de 14 días.O grosor medio da biopelícula tamén confirmou esta tendencia.Diminuíu de 22,2 ± 0,7 μm despois de 7 días a 17,8 ± 1,0 μm despois de 14 días.
(a) Imaxe CLSM 3-D aos 7 días, (b) Imaxe CLSM 3-D aos 14 días, (c) Imaxe SEM aos 7 días e (d) Imaxe SEM aos 14 días.
EMF revelou elementos químicos en biopelículas e produtos de corrosión en mostras expostas a Pseudomonas aeruginosa durante 14 días.Sobre a fig.A figura 6 mostra que o contido de C, N, O, P na biopelícula e nos produtos da corrosión é moito maior que no metal puro, xa que estes elementos están asociados á biopelícula e aos seus metabolitos.Os microorganismos só precisan pequenas cantidades de Cr e Fe.O alto contido de Cr e Fe na biopelícula e os produtos da corrosión na superficie da mostra indican a perda de elementos na matriz metálica como resultado da corrosión.
Despois de 14 días, observáronse pozos con e sen P. aeruginosa no medio 2216E.Antes da incubación, a superficie das mostras era lisa e sen defectos (Fig. 7a).Despois da incubación e eliminación de biopelículas e produtos de corrosión, examináronse os pozos máis profundos da superficie da mostra mediante CLSM, como se mostra nas figuras 7b e c.Non se atoparon picaduras evidentes na superficie do control non biolóxico (profundidade máxima do pozo 0,02 µm).A profundidade máxima de fosa causada por Pseudomonas aeruginosa foi de 0,52 µm despois de 7 días e de 0,69 µm despois de 14 días, baseándose na profundidade máxima media de fosa de 3 mostras (seleccionáronse 10 profundidades máximas de fosa para cada mostra) e alcanzou 0,42 ± 0,12 µm. .e 0,52 ± 0,15 µm, respectivamente (táboa 5).Estes valores de profundidade de coviñas son pequenos pero importantes.
a) antes da exposición;(b) 14 días en ambiente abiótico;(c) 14 días en caldo de P. aeruginosa.
Sobre a fig.A Táboa 8 mostra os espectros XPS de varias superficies de mostra, e a química analizada para cada superficie resúmese na Táboa 6. Na Táboa 6, as porcentaxes atómicas de Fe e Cr foron moito máis baixas en presenza de P. aeruginosa (mostras A e B). ) que nas tiras de control non biolóxico.(mostras C e D).Para unha mostra de Pseudomonas aeruginosa, a curva espectral do núcleo de Cr 2p axustouse a catro compoñentes de pico con enerxías de unión (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 e 586,8 eV, que foron asignadas a Cr, Cr2O3, CrO3 e Cr(OH) 3, respectivamente (Fig. 9a e b).Para mostras non biolóxicas, os espectros do nivel central Cr 2p nas Figs.9c e d conteñen os dous picos principais de Cr (BE 573,80 eV) e Cr2O3 (BE 575,90 eV), respectivamente.A diferenza máis rechamante entre o cupón abiótico e o cupón de P. aeruginosa foi a presenza de Cr6+ e unha fracción relativamente alta de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) baixo a biopelícula.
Espectros XPS de superficie ampla de 2707 mostras HDSS en dous medios durante 7 e 14 días, respectivamente.
(a) Exposición a P. aeruginosa de 7 días, (b) Exposición a P. aeruginosa de 14 días, (c) Exposición abiótica de 7 días, (d) Exposición abiótica de 14 días.
HDSS presenta un alto nivel de resistencia á corrosión na maioría dos ambientes.Kim et al.2 informaron que HDSS UNS S32707 foi identificado como un DSS altamente dopado con PREN superior a 45. O valor PREN da mostra HDSS 2707 neste traballo foi de 49. Isto débese ao alto contido de Cr e aos altos niveis de Mo e Mo e. Ni, que son útiles en ambientes ácidos e ambientes con alto contido en cloruros.Ademais, a composición ben equilibrada e a microestrutura sen defectos proporcionan estabilidade estrutural e resistencia á corrosión.A pesar da excelente resistencia química, os datos experimentais deste traballo mostran que o 2707 HDSS non é completamente inmune aos MIC do biofilm de Pseudomonas aeruginosa.
Os resultados electroquímicos mostraron que a taxa de corrosión do 2707 HDSS no caldo de Pseudomonas aeruginosa aumentou significativamente despois de 14 días en comparación co ambiente non biolóxico.Na Figura 2a, observouse unha diminución da Eocp tanto no medio abiótico como no caldo de P. aeruginosa durante as primeiras 24 horas.Despois diso, o biofilm remata de cubrir a superficie da mostra e Eocp faise relativamente estable.Non obstante, o nivel de Eocp biótico era moito maior que o nivel de Eocp abiótico.Hai razóns para crer que esta diferenza está asociada á formación de biopelículas de P. aeruginosa.Sobre a fig.2g, o valor de icorr de 2707 HDSS alcanzou 0,627 µA cm-2 en presenza de Pseudomonas aeruginosa, que é unha orde de magnitude superior ao do control non biolóxico (0,063 µA cm-2), o que é coherente co Rct. valor medido por EIS.Durante os primeiros días, os valores de impedancia no caldo de P. aeruginosa aumentaron debido á unión de células de P. aeruginosa e á formación de biopelículas.Non obstante, a impedancia diminúe cando o biofilm cobre completamente a superficie da mostra.A capa protectora é atacada principalmente pola formación de biofilm e metabolitos de biofilm.Polo tanto, a resistencia á corrosión diminúe co paso do tempo e os depósitos de Pseudomonas aeruginosa provocan corrosión localizada.As tendencias nos ambientes abióticos son diferentes.A resistencia á corrosión do control non biolóxico foi moi superior ao valor correspondente das mostras expostas ao caldo de Pseudomonas aeruginosa.Ademais, para as mostras abióticas, o valor Rct 2707 HDSS alcanzou os 489 kΩ cm2 o día 14, o que é 15 veces maior que en presenza de Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Así, o 2707 HDSS ten unha excelente resistencia á corrosión nun ambiente estéril, pero non está protexido do ataque MIC polo biofilm de Pseudomonas aeruginosa.
Estes resultados tamén se poden observar a partir das curvas de polarización das Figs.2b.A ramificación anódica está asociada coa formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa e reaccións de oxidación de metais.Ao mesmo tempo, a reacción catódica é a redución do osíxeno.A presenza de P. aeruginosa aumentou significativamente a densidade de corrente de corrosión, que foi aproximadamente unha orde de magnitude superior á do control abiótico.Isto indicou que o biofilm de Pseudomonas aeruginosa mellorou a corrosión localizada de 2707 HDSS.Yuan et al.29 descubriron que a densidade de corrente de corrosión dunha aliaxe de Cu-Ni 70/30 foi aumentada pola biopelícula de Pseudomonas aeruginosa.Isto pode deberse á biocatálise da redución de osíxeno pola biopelícula de Pseudomonas aeruginosa.Esta observación tamén pode explicar o MIC 2707 HDSS neste traballo.As biopelículas aeróbicas tamén poden reducir o contido de osíxeno debaixo delas.Así, a negativa a repasivar a superficie metálica con osíxeno pode ser un factor que contribúa á MIC neste traballo.
Dickinson et al.38 suxeriu que a velocidade das reaccións químicas e electroquímicas depende directamente da actividade metabólica das bacterias unidas á superficie da mostra e da natureza dos produtos da corrosión.Como se mostra na figura 5 e na táboa 5, o número de células e o grosor do biofilm diminuíron despois de 14 días.Isto pódese explicar razoablemente polo feito de que despois de 14 días a maioría das células ancoradas na superficie HDSS 2707 morreron debido ao esgotamento de nutrientes no medio 2216E ou á liberación de ións metálicos tóxicos da matriz HDSS 2707.Esta é unha limitación dos experimentos por lotes.
Neste traballo, un biofilm de Pseudomonas aeruginosa promoveu o esgotamento local de Cr e Fe baixo a biopelícula na superficie de 2707 HDSS (Fig. 6).Na Táboa 6, Fe e Cr diminuíron na mostra D en comparación coa mostra C, o que indica que a disolución de Fe e Cr causada pola biopelícula de P. aeruginosa mantívose despois dos primeiros 7 días.O ambiente 2216E úsase para simular o medio mariño.Contén 17700 ppm de Cl-, que é comparable ao seu contido na auga do mar natural.A presenza de 17700 ppm Cl- foi o principal motivo da diminución do Cr en mostras non biolóxicas de 7 e 14 días analizadas por XPS.En comparación coa mostra de proba de Pseudomonas aeruginosa, a disolución de Cr na mostra de proba abiótica é moito menor debido á forte resistencia do 2707 HDSS ao cloro no ambiente abiótico.Sobre a fig.A figura 9 mostra a presenza de Cr6+ na película pasivadora.Isto pode estar relacionado coa eliminación de Cr das superficies de aceiro mediante biopelículas de P. aeruginosa, tal e como suxiren Chen e Clayton39.
Debido ao crecemento bacteriano, os valores de pH do medio antes e despois da incubación foron 7,4 e 8,2, respectivamente.Así, é improbable que a corrosión dos ácidos orgánicos contribúa a este traballo baixo biopelículas de P. aeruginosa debido ao pH relativamente alto no medio a granel.O pH do medio de control non biolóxico non cambiou significativamente (de 7,4 inicial a 7,5 final) durante o período de proba de 14 días.O aumento do pH no medio de inóculo despois da incubación estivo asociado coa actividade metabólica de Pseudomonas aeruginosa, e o mesmo efecto sobre o pH atopouse en ausencia da tira reactiva.
Como se mostra na fig.7, a profundidade máxima do pozo causada polo biofilm de Pseudomonas aeruginosa foi de 0,69 µm, o que é significativamente maior que no medio abiótico (0,02 µm).Isto concorda cos datos electroquímicos anteriores.Nas mesmas condicións, a profundidade do pozo de 0,69 µm é máis de dez veces menor que o valor de 9,5 µm especificado para 2205 DSS40.Estes datos mostran que o 2707 HDSS presenta unha mellor resistencia aos MIC que o 2205 DSS.Isto non é de estrañar xa que 2707 HDSS ten un nivel de Cr máis alto, o que permite unha pasivación máis longa, fai que a Pseudomonas aeruginosa sexa máis difícil de depasivar e comeza o proceso sen precipitacións secundarias prexudiciais Pitting41.
En conclusión, atopáronse picaduras MIC en 2707 superficies HDSS en caldo de Pseudomonas aeruginosa, mentres que a picadura foi insignificante en medios abióticos.Este traballo mostra que o 2707 HDSS ten mellor resistencia ao MIC que o 2205 DSS, pero non é completamente inmune ao MIC debido ao biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Estes resultados axudan na selección de aceiros inoxidables axeitados e a esperanza de vida para o medio mariño.
As 2707 mostras de HDSS foron proporcionadas pola Escola de Metalurxia da Universidade do Nordeste (NEU), Shenyang, China.A composición elemental de 2707 HDSS móstrase na Táboa 1, que foi analizada polo Departamento de Ensaios e Análise de Materiais da Universidade do Nordeste.Todas as mostras foron tratadas para obter solución sólida a 1180 ° C durante 1 hora.Antes das probas de corrosión, o aceiro de moedas 2707 HDSS cunha superficie exposta de 1 cm2 foi pulido a grano 2000 con papel de lixa de carburo de silicio e despois pulido cunha suspensión en po de Al2O3 de 0,05 µm.Os laterais e o fondo están protexidos con pintura inerte.Despois do secado, as mostras laváronse con auga desionizada estéril e esterilizaron con etanol ao 75% (v/v) durante 0,5 h.Despois secáronse ao aire baixo luz ultravioleta (UV) durante 0,5 h antes do seu uso.
A cepa mariña Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 foi adquirida da Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China.O medio líquido marino 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) utilizouse para cultivar Pseudomonas aeruginosa en matraces de 250 ml e células de vidro electroquímico de 500 ml en condicións aeróbicas a 37 °C.O medio contén (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 SrBr02, NaO3,02,03 ,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 extracto de levadura e 0,1 citrato de ferro.Autoclave a 121 °C durante 20 min antes da inoculación.As células sésiles e planctónicas foron contadas ao microscopio óptico utilizando un hemocitómetro a 400 aumentos.A concentración inicial de células planctónicas de P. aeruginosa inmediatamente despois da inoculación foi de aproximadamente 106 células/ml.
Realizáronse probas electroquímicas nunha célula clásica de vidro de tres electrodos cun volume medio de 500 ml.Unha folla de platino e un electrodo de calomel saturado (SCE) foron conectados ao reactor a través dun capilar Luggin cheo dunha ponte salina e serviron como electrodos de contador e de referencia, respectivamente.Para crear o electrodo de traballo, un fío de cobre revestido de goma foi unido a cada mostra e recuberto de epoxi, deixando preto de 1 cm2 de superficie nun lado para o electrodo de traballo.Durante as medicións electroquímicas, as mostras colocáronse no medio 2216E e mantivéronse a unha temperatura de incubación constante (37 °C) nun baño de auga.Os datos de OCP, LPR, EIS e potencial de polarización dinámica foron medidos mediante un potenciostato Autolab (Referencia 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA).As probas de LPR rexistráronse a unha taxa de exploración de 0,125 mV s-1 no intervalo de -5 e 5 mV e Eocp cunha taxa de mostraxe de 1 Hz.EIS realizouse a Eocp en estado estacionario usando unha tensión aplicada de 5 mV cunha sinusoide nun rango de frecuencias de 0,01 a 10.000 Hz.Antes do varrido do potencial, os electrodos estaban en modo de circuíto aberto ata que se alcanzou un potencial de corrosión libre estable de 42.Con.Cada proba repetiuse tres veces con e sen Pseudomonas aeruginosa.
As mostras para a análise metalográfica puíronse mecánicamente con papel SiC húmido de grano 2000 e despois pulironse cunha suspensión en po de Al2O3 de 0,05 µm para a observación óptica.A análise metalográfica realizouse mediante un microscopio óptico.A mostra foi gravada cunha solución de hidróxido de potasio ao 10% en peso43.
Despois da incubación, lave 3 veces con solución salina tamponada con fosfato (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) e despois fixar con glutaraldehido ao 2,5% (v/v) durante 10 horas para fixar o biofilm.Deshidratación posterior con etanol nunha serie escalonada (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% e 100% en volume) antes do secado ao aire.Finalmente, unha película de ouro foi pulverizada sobre a superficie da mostra para proporcionar condutividade para a observación SEM44.As imaxes SEM están enfocadas na localización coas células de P. aeruginosa máis establecidas na superficie de cada mostra.Realizouse a análise de CEM para detectar elementos químicos.Para medir a profundidade do pozo utilizouse un microscopio confocal de varrido láser (CLSM) Zeiss (LSM 710, Zeiss, Alemaña).Para observar pozos de corrosión baixo a biopelícula, a mostra de proba limpouse primeiro segundo o estándar nacional chinés (CNS) GB/T4334.4-2000 para eliminar os produtos de corrosión e a biopelícula da superficie da mostra de proba.
Análise de espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, EUA) mediante unha fonte de raios X monocromática (liña Al Kα cunha enerxía de 1500 eV e unha potencia de 150 W) nunha ampla gama de enerxías de unión. 0 por debaixo das condicións estándar de –1350 eV.Grava espectros de alta resolución usando enerxía de paso de 50 eV e tamaño de paso de 0,2 eV.
Retire a mostra incubada e lave suavemente con PBS (pH 7,4 ± 0,2) durante 15 s45.Para observar a viabilidade bacteriana do biofilm na mostra, o biofilm foi tinguido usando o kit de viabilidade bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA).O kit contén dous colorantes fluorescentes: colorante fluorescente verde SYTO-9 e colorante fluorescente vermello de ioduro de propidio (PI).En CLSM, os puntos verdes e vermellos fluorescentes representan células vivas e mortas, respectivamente.Para a cor, incubar 1 ml dunha mestura que conteña 3 µl de SYTO-9 e 3 µl de solución de PI a temperatura ambiente (23 °C) na escuridade durante 20 minutos.Despois diso, as mostras tinguidas observáronse a dúas lonxitudes de onda (488 nm para células vivas e 559 nm para células mortas) utilizando un aparello Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Xapón).Mida o espesor da biopelícula no modo de dixitalización 3D.
Como citar este artigo: Li, H. et al.Efecto do biofilm marino de Pseudomonas aeruginosa na corrosión microbiana do aceiro inoxidable súper dúplex 2707.ciencia.Casa 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Craqueo por corrosión por tensión de aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solucións de cloruro en presenza de tiosulfato.corrosión.a ciencia.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS Efecto do tratamento térmico da solución e do nitróxeno no gas de protección na resistencia á corrosión por picaduras das soldaduras de aceiro inoxidable superdúplex.corrosión.a ciencia.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. e Lewandowski, Z. Un estudo comparativo químico de picaduras microbianas e electroquímicas en aceiro inoxidable 316L.corrosión.a ciencia.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG e Xiao K. Comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas a varios valores de pH en presenza de cloruro.electroquímica.Xornal.64, 211–220 (2012).