Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir el suport continu, renderem el lloc web sense estils ni JavaScript.
La corrosió microbiana (MIC) és un problema greu en moltes indústries, ja que pot provocar enormes pèrdues econòmiques. L'acer inoxidable superdúplex 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 de biofilm de Pseudomonas aeruginosa en el medi 2216E, es produeix un canvi positiu en el potencial de corrosió i un augment de la densitat de corrent de corrosió. L'anàlisi de l'espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) va mostrar una disminució del contingut de Cr a la superfície de la mostra sota el biofilm. L'anàlisi visual dels forats va mostrar que el biofilm de P. aeruginosa va produir una profunditat màxima de forats de 0,69 µm durant 14 dies d'incubació. Tot i que això és petit, indica que el 2707 HDSS no és completament immune a la MIC dels biofilms de P. aeruginosa.
Els acers inoxidables dúplex (DSS) s'utilitzen àmpliament en diverses indústries a causa de la combinació perfecta d'excel·lents propietats mecàniques i resistència a la corrosió1,2. Tanmateix, encara es produeixen picadures localitzades que afecten la integritat d'aquest acer3,4. El DSS no és resistent a la corrosió microbiana (MIC)5,6. Malgrat l'àmplia gamma d'aplicacions del DSS, 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 requereixen materials més cars amb una major resistència a la corrosió. Jeon et al7 van descobrir que fins i tot els acers inoxidables superdúplex (SDSS) tenen algunes limitacions pel que fa a la resistència a la corrosió. Per tant, en alguns casos, es requereixen acers inoxidables superdúplex (HDSS) amb una major resistència a la corrosió. Això va conduir al desenvolupament d'HDSS altament aliats.
La resistència a la corrosió del DSS depèn de la proporció de les fases alfa i gamma i s'esgota a les regions Cr, Mo i W 8, 9, 10 adjacents a la segona fase. El HDSS conté un alt contingut de Cr, Mo i N11, per tant, té una excel·lent resistència a la corrosió i un valor elevat (45-50) del nombre de resistència equivalent a la picadura (PREN) determinat pel % en pes de Cr + 3,3 (% en pes de Mo + 0,5 % en pes de W) + 16% en pes de 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% d'austenítiques (γ). El HDSS té millors propietats mecàniques i una major resistència a la corrosió per clorur. La millora de la resistència a la corrosió amplia l'ús del HDSS en ambients de clorur més agressius, com ara els ambients marins.
Els MIC són un problema important en moltes indústries com la del petroli, el gas i la de l'aigua14. El MIC representa el 20% de tots els danys per corrosió15. El MIC és una corrosió bioelectroquímica que es pot observar en molts entorns. Les biopel·lícules que es formen a les superfícies metàl·liques canvien les condicions electroquímiques, afectant així el procés de corrosió. Es creu àmpliament que la corrosió del MIC és causada per biopel·lícules. Els microorganismes electrogènics mengen els metalls per obtenir l'energia que necessiten per sobreviure17. Estudis recents sobre el MIC han demostrat que l'EET (transferència extracel·lular d'electrons) és el factor limitant de la velocitat en el MIC induït per microorganismes electrogènics. Zhang et al. 18 van demostrar que els intermediaris d'electrons acceleren la transferència d'electrons entre les cèl·lules de Desulfovibrio sessificans i l'acer inoxidable 304, cosa que resulta en un atac de MIC més greu. Anning et al. 19 i Wenzlaff et al. 20 han demostrat que les biopel·lícules de bacteris reductors de sulfat corrosius (SRB) poden absorbir directament electrons dels substrats metàl·lics, cosa que provoca picadures greus.
Se sap que els DSS són susceptibles a la concentració mínima inhibitòria (MIC) en medis que contenen SRB, bacteris reductors de ferro (IRB), etc.21. Aquests bacteris causen picadures localitzades a la superfície dels DSS sota els biofilms22,23. A diferència dels DSS, la MIC dels HDSS24 no és ben coneguda.
Pseudomonas aeruginosa és un bacteri gramnegatiu, mòbil i en forma de bastó que es distribueix àmpliament a la natura25. Pseudomonas aeruginosa també és un grup microbià important en el medi marí, que causa concentracions elevades de concentració mínima òptima (MIC). Pseudomonas participa activament en el procés de corrosió i es reconeix com un colonitzador pioner durant la formació de biofilms. Mahat et al. 28 i Yuan et al. 29 van 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 va ser investigar les propietats del MIC 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, incloent-hi el potencial de circuit obert (OCP), la resistència de polarització lineal (LPR), l'espectroscòpia d'impedància electroquímica (EIS) i la polarització dinàmica potencial, per estudiar el comportament del MIC 2707 HDSS. Es va dur a terme una anàlisi espectromètrica de dispersió d'energia (EDS) per detectar elements químics en una superfície corroïda. A més, es va utilitzar espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) per determinar l'estabilitat de la passivació de la pel·lícula d'òxid sota la influència d'un ambient marí que conté Pseudomonas aeruginosa. La profunditat dels forats es va mesurar amb un microscopi confocal d'escaneig làser (CLSM).
La taula 1 mostra la composició química del 2707 HDSS. La taula 2 mostra que el 2707 HDSS té excel·lents propietats mecàniques amb un límit elàstic de 650 MPa. La figura 1 mostra la microestructura òptica del 2707 HDSS tractat tèrmicament en solució. A la microestructura que conté aproximadament un 50% de fases d'austenita i un 50% de ferrita, són visibles bandes allargades de fases d'austenita i ferrita sense fases secundàries.
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 P. aeruginosa durant 14 dies a 37 °C. Mostra que el canvi més gran i significatiu en Eocp es produeix dins de les primeres 24 hores. Els valors d'Eocp en ambdós casos van assolir un màxim de -145 mV (en comparació amb SCE) al voltant de les 16 h i després van disminuir bruscament, arribant a -477 mV (en comparació amb SCE) i -236 mV (en comparació amb SCE) per a la mostra abiòtica i els cupons de P. Pseudomonas aeruginosa, respectivament). Després de 24 hores, el valor d'Eocp 2707 HDSS per a P. aeruginosa va ser relativament estable a -228 mV (en comparació amb SCE), mentre que el valor corresponent per a mostres no biològiques va ser d'aproximadament -442 mV (en comparació amb SCE). L'Eocp en presència de P. aeruginosa va ser força baixa.
Estudi electroquímic de 2707 mostres de HDSS en medi abiòtic i brou de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Eocp com a funció del temps d'exposició, (b) corbes de polarització al dia 14, (c) Rp com a funció del temps d'exposició i (d) icorr com a funció del temps d'exposició.
La Taula 3 mostra els paràmetres de corrosió electroquímica de 2707 mostres de HDSS exposades a medis abiòtics i inoculats amb Pseudomonas aeruginosa durant un període de 14 dies. Les tangents de les corbes de l'ànode i el càtode es van extrapolar per obtenir interseccions que donen la densitat de corrent de corrosió (icorr), el potencial de corrosió (Ecorr) i el pendent de Tafel (βα i βc) segons els mètodes estàndard30,31.
Com es mostra a la figura 2b, un desplaçament ascendent de la corba de P. aeruginosa va provocar un augment d'Ecorr en comparació amb la corba abiòtica. El valor d'icorr, que és proporcional a la velocitat de corrosió, va augmentar fins a 0,328 µA cm-2 a la mostra de Pseudomonas aeruginosa, que és quatre vegades més gran que a la mostra no biològica (0,087 µA cm-2).
LPR és un mètode electroquímic no destructiu clàssic per a l'anàlisi ràpida de la corrosió. També s'ha utilitzat per estudiar la MIC32. La figura 2c mostra la resistència a la polarització (Rp) en funció del temps d'exposició. Un valor de Rp més alt significa menys corrosió. Durant les primeres 24 hores, l'Rp 2707 HDSS va assolir un màxim de 1955 kΩ cm2 per a mostres abiòtiques i de 1429 kΩ cm2 per a mostres de Pseudomonas aeruginosa. La figura 2c també mostra que el valor de Rp va disminuir ràpidament després d'un dia i es va mantenir relativament sense canvis durant els següents 13 dies. El valor de Rp d'una mostra de Pseudomonas aeruginosa és d'uns 40 kΩ cm2, que és molt inferior al valor de 450 kΩ cm2 d'una mostra no biològica.
El valor d'icorr és proporcional a la velocitat de corrosió uniforme. El seu valor es pot calcular a partir de la següent equació de Stern-Giri:
Segons Zoe et al. 33, el valor típic del pendent de Tafel B en aquest treball es va prendre com a 26 mV/dec. La figura 2d mostra que l'icorr de la mostra no biològica 2707 es va mantenir relativament estable, mentre que la mostra de P. aeruginosa va fluctuar molt després de les primeres 24 hores. Els valors d'icorr de les mostres de P. aeruginosa van ser un ordre de magnitud superiors als dels controls no biològics. Aquesta tendència és coherent amb els resultats de la resistència a la polarització.
L'EIS és un altre mètode no destructiu utilitzat per caracteritzar les reaccions electroquímiques en superfícies corroïdes. Espectres d'impedància i valors de capacitança calculats de mostres exposades a un entorn abiòtic i a una solució de Pseudomonas aeruginosa, resistència de pel·lícula passiva/biofilm Rb formada a la superfície de la mostra, resistència de transferència de càrrega Rct, capacitança elèctrica de doble capa Cdl (EDL) i paràmetres constants de l'element de fase QCPE (CPE). Aquests paràmetres es van analitzar més a fons ajustant les dades mitjançant un model de circuit equivalent (EEC).
La figura 3 mostra els diagrames típics de Nyquist (a i b) i de Bode (a' i b') per a 2707 mostres HDSS en medis abiòtics i brou de P. aeruginosa per a diferents temps d'incubació. El diàmetre de l'anell de Nyquist disminueix en presència de Pseudomonas aeruginosa. 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. La figura 4 mostra les estructures físiques basades en una monocapa (a) i una bicapa (b) i els EEC corresponents. El CPE s'introdueix al model EEC. La seva admitància i impedància s'expressen de la següent manera:
Dos models físics i circuits equivalents corresponents per ajustar l'espectre d'impedància de la mostra 2707 HDSS:
on Y0 és el valor del KPI, j és el nombre imaginari o (-1)1/2, ω és la freqüència angular, n és l'índex de potència del KPI inferior a la unitat35. La inversió de la resistència de transferència de càrrega (és a dir, 1/Rct) correspon a la velocitat de corrosió. Com més petit sigui l'Rct, més alta serà la velocitat de corrosió27. Després de 14 dies d'incubació, l'Rct de les mostres de Pseudomonas aeruginosa va arribar als 32 kΩ cm2, que és molt inferior als 489 kΩ cm2 de les mostres no biològiques (Taula 4).
Les imatges CLSM i les imatges SEM de la Figura 5 mostren clarament que el recobriment de biofilm a la superfície de la mostra HDSS 2707 després de 7 dies és dens. Tanmateix, després de 14 dies, la cobertura del biofilm era deficient i van aparèixer algunes cèl·lules mortes. La Taula 5 mostra el gruix del biofilm a les mostres HDSS 2707 després de l'exposició a P. aeruginosa durant 7 i 14 dies. 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.
Els camps electromagnètics (CEM) van revelar elements químics en biofilms i productes de corrosió en mostres exposades a P. aeruginosa durant 14 dies. A la figura 6 es mostra que el contingut de C, N, O i P en biofilms i productes de corrosió és significativament més alt que en metalls purs, ja que aquests elements estan associats amb biofilms i els seus metabòlits. Els microbis només necessiten traces de crom i ferro. Els nivells alts de Cr i Fe en el biofilm i els productes de corrosió a la superfície de les mostres indiquen que la matriu metàl·lica ha perdut elements a causa de la corrosió.
Després de 14 dies, es van observar clots 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 del biofilm i els productes de corrosió, es van examinar els clots més profunds de la superfície de les mostres mitjançant CLSM, tal com es mostra a la Fig. 7b i c. No es van trobar clots evidents a la superfície dels controls no biològics (profunditat màxima de clots 0,02 µm). La profunditat màxima dels clots causada per P. aeruginosa va ser de 0,52 µm als 7 dies i de 0,69 µm als 14 dies, basada en la profunditat màxima mitjana dels clots de 3 mostres (es van seleccionar 10 profunditats màximes de clots per a cada mostra). Assoliment de 0,42 ± 0,12 µm i 0,52 ± 0,15 µm, respectivament (Taula 5). Aquests valors de profunditat de forats són petits però importants.
(a) abans de l'exposició, (b) 14 dies en un ambient abiòtic i (c) 14 dies en brou de Pseudomonas aeruginosa.
A la figura Taula 8 es mostren els espectres XPS de diverses superfícies de mostres, i la composició química analitzada per a cada superfície es resumeix a la Taula 6. A la Taula 6, els percentatges atòmics de Fe i Cr en presència de P. aeruginosa (mostres A i B) van ser molt més baixos que els dels controls no biològics (mostres C i D). Per a una mostra de P. aeruginosa, la corba espectral al nivell del nucli de Cr 2p es va ajustar a quatre components de pic amb energies d'enllaç (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, que es poden atribuir a Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3, respectivament (Fig. 9a i b). Per a mostres no biològiques, l'espectre del nivell principal de Cr 2p conté dos pics principals per a Cr (573,80 eV per a BE) i Cr2O3 (575,90 eV per a BE) a les figures 9c i d, respectivament. La diferència més sorprenent entre les mostres abiòtiques i les mostres de P. aeruginosa va ser la presència de Cr6+ i una proporció relativa més alta de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sota el biofilm.
Els amplis espectres XPS de la superfície de la mostra 2707 HDSS en dos medis són de 7 i 14 dies, respectivament.
(a) 7 dies d'exposició a P. aeruginosa, (b) 14 dies d'exposició a P. aeruginosa, (c) 7 dies en un ambient abiòtic i (d) 14 dies en un ambient abiòtic.
L'HDSS presenta un alt nivell de resistència a la corrosió en la majoria d'entorns. Kim et al.2 van informar que l'HDSS UNS S32707 es va identificar com un DSS altament aliat amb un PREN superior a 45. El valor PREN de la mostra 2707 HDSS en aquest treball va ser de 49. Això es deu a l'alt contingut de crom i a l'alt contingut de molibdè i níquel, que són útils en ambients àcids i ambients amb un alt contingut de clorur. A més, una composició ben equilibrada i una microestructura sense defectes són beneficioses per a l'estabilitat estructural i la resistència a la corrosió. Tanmateix, malgrat la seva excel·lent resistència química, les dades experimentals d'aquest treball suggereixen que l'HDSS 2707 no és completament immune a les MICs del biofilm de P. aeruginosa.
Els resultats electroquímics van mostrar que la velocitat de corrosió del 2707 HDSS en el brou de P. 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 cobreix completament la superfície de la mostra i l'Eocp esdevé relativament estable36. Tanmateix, el nivell biològic d'Eocp va ser molt més alt que el nivell no biològic d'Eocp. Hi ha motius per creure que aquesta diferència està associada amb la formació de biofilms de P. aeruginosa. A la figura 2d, en presència de P. aeruginosa, el valor d'icorr 2707 HDSS va arribar a 0,627 μA cm-2, que és un ordre de magnitud superior al del control abiòtic (0,063 μA cm-2), la qual cosa era coherent amb el valor de Rct mesurat per EIS. Durant els primers dies, els valors d'impedància en el brou de P. aeruginosa van augmentar a causa de l'adhesió de cèl·lules de P. aeruginosa i la formació de biofilms. Tanmateix, quan el biofilm cobreix completament la superfície de la mostra, la impedància disminueix. La capa protectora és atacada principalment a causa de la formació de biofilms i metabòlits de biofilm. En conseqüència, la resistència a la corrosió va disminuir amb el temps i l'adhesió de P. aeruginosa va causar corrosió localitzada. Les tendències en entorns abiòtics van ser diferents. La resistència a la corrosió del control no biològic va ser molt més alta que el valor corresponent de les mostres exposades al brou de P. aeruginosa. A més, per a les accessions abiòtiques, el valor de Rct 2707 HDSS va arribar als 489 kΩ cm2 el dia 14, que és 15 vegades superior al valor de Rct (32 kΩ cm2) en presència de P. aeruginosa. Així, 2707 HDSS té una excel·lent resistència a la corrosió en un entorn estèril, però no és resistent a les MIC dels biofilms de P. aeruginosa.
Aquests resultats també es poden observar a partir de les corbes de polarització de les figures 2b. La ramificació anòdica s'ha associat amb la formació de biofilms de Pseudomonas aeruginosa i les reaccions d'oxidació de metalls. En aquest cas, la reacció catòdica és la reducció d'oxigen. La presència de P. aeruginosa va augmentar significativament la densitat de corrent de corrosió, aproximadament un ordre de magnitud més alt que en el control abiòtic. Això indica que el biofilm de P. aeruginosa potencia la corrosió localitzada del 2707 HDSS. Yuan et al.29 van trobar que la densitat de corrent de corrosió de l'aliatge Cu-Ni 70/30 augmentava sota l'acció del biofilm de P. aeruginosa. Això pot ser degut a la biocatàlisi de la reducció d'oxigen pels biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Aquesta observació també pot explicar la MIC del 2707 HDSS en aquest treball. També hi pot haver menys oxigen sota els biofilms aeròbics. Per tant, la negativa a repassivar la superfície metàl·lica amb oxigen pot ser un factor que contribueixi a la MIC en aquest treball.
Dickinson et al. 38 van suggerir que la velocitat de les reaccions químiques i electroquímiques pot veure's afectada directament per l'activitat metabòlica dels bacteris sèssils a la superfície de la mostra i 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 sèssils a la superfície del 2707 HDSS van morir a causa de l'esgotament de nutrients al medi 2216E o de l'alliberament d'ions metàl·lics tòxics de la matriu del 2707 HDSS. Aquesta és una limitació dels experiments per lots.
En aquest treball, un biofilm de P. aeruginosa va contribuir a l'esgotament local de Cr i Fe sota el biofilm a la superfície de 2707 HDSS (Fig. 6). La taula 6 mostra la reducció de Fe i Cr a la mostra D en comparació amb la mostra C, cosa que indica que el Fe i Cr dissolts causats pel biofilm de P. aeruginosa van persistir durant els 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 de Cl- va ser la principal raó de la disminució de Cr en mostres abiòtiques de 7 i 14 dies analitzades per XPS. En comparació amb les mostres de P. aeruginosa, la dissolució de Cr en mostres abiòtiques va ser molt menor a causa de la forta resistència de 2707 HDSS al clor en condicions abiòtiques. A la figura 9 es mostra la presència de Cr6+ a la pel·lícula passivant. Pot estar implicat en l'eliminació de crom de les superfícies d'acer per biofilms de P. aeruginosa, tal com suggereixen Chen i Clayton.
A causa del creixement bacterià, els valors de pH del medi abans i després del cultiu van ser de 7,4 i 8,2, respectivament. Per tant, sota el biofilm de P. aeruginosa, és poc probable que la corrosió per àcids orgànics contribueixi a aquest treball a causa del pH relativament alt del medi a granel. El pH del medi de control no biològic no va canviar significativament (de 7,4 inicial a 7,5 final) durant el període de prova de 14 dies. L'augment del pH en el medi de sembra després de la incubació va ser degut a l'activitat metabòlica de P. aeruginosa i es va trobar que tenia el mateix efecte sobre el pH en absència de tires reactives.
Com es mostra a la Figura 7, la profunditat màxima de les picadures causada pel biofilm de P. aeruginosa va ser de 0,69 µm, que és molt més gran que la del medi abiòtic (0,02 µm). Això és coherent amb les dades electroquímiques descrites anteriorment. La profunditat de les picadures de 0,69 µm és més de deu vegades menor que el valor de 9,5 µm reportat per al DSS 2205 en les mateixes condicions. Aquestes dades mostren que el 2707 HDSS presenta una millor resistència a les microcondensadors inhibidors (MIC) que el 2205 DSS. Això no hauria de sorprendre, ja que el 2707 HDSS té nivells de Cr més alts que proporcionen una passivació més llarga, més dificultat per despassivar P. aeruginosa i, a causa de la seva estructura de fase equilibrada sense precipitació secundària nociva, provoca picadures.
En conclusió, es van trobar forats de MIC a la superfície de 2707 HDSS en brou de P. aeruginosa en comparació amb forats insignificants en l'entorn abiòtic. Aquest treball demostra 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 P. aeruginosa. Aquests resultats ajuden en la selecció d'acers inoxidables i vida útil adequats per a l'entorn marí.
Cupó per a 2707 HDSS proporcionat per l'Escola de Metal·lúrgia de la Northeastern University (NEU) de Shenyang, Xina. La composició elemental de 2707 HDSS es mostra a la Taula 1, que va ser analitzada pel Departament d'Anàlisi i Proves de Materials de la NEU. Totes les mostres es van tractar per a una solució sòlida a 1180 °C durant 1 hora. Abans de la prova de corrosió, un 2707 HDSS en forma de moneda amb una superfície oberta superior d'1 cm2 es va polir a 2000 gra amb paper de vidre de carbur de silici i després es va polir amb una suspensió en pols d'Al2O3 de 0,05 µm. Els costats i la part inferior es protegeixen 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. A continuació, es van assecar a l'aire sota llum ultraviolada (UV) durant 0,5 h abans del seu ús.
La soca marina de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 es va adquirir del Centre de Recollida de Cultius Marines de Xiamen (MCCC), Xina. Pseudomonas aeruginosa es va cultivar en condicions aeròbiques a 37 °C en matrassos de 250 ml i cel·les electroquímiques de vidre de 500 ml utilitzant el medi líquid Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Xina). 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 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 peptona, 1,0 extracte de llevat i 0,1 citrat de ferro. Autoclau a 121 °C durant 20 minuts abans de la inoculació. Compteu les cèl·lules sèssils i planctòniques amb un hemocitòmetre sota un microscopi òptic amb un augment de 400x. La concentració inicial de Pseudomonas aeruginosa planctònica immediatament després de la inoculació va ser d'aproximadament 106 cèl·lules/ml.
Les proves electroquímiques es van dur a terme en una cel·la de vidre clàssica de tres elèctrodes amb un volum de medi de 500 ml. La làmina de platí i l'elèctrode de calomel saturat (SAE) es van connectar al reactor a través de capil·lars de Luggin plens de ponts salins, que servien com a contraelèctrodes i elèctrodes de referència, respectivament. Per a la fabricació dels elèctrodes de treball, es va fixar filferro de coure engomat a cada mostra i es va cobrir amb resina epoxi, deixant aproximadament 1 cm2 d'àrea desprotegida per a l'elèctrode de treball en un costat. Durant les mesures electroquímiques, les mostres es van col·locar en el 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 polarització dinàmica potencial es van mesurar mitjançant un potenciostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA). Les proves LPR es van registrar a una velocitat d'escaneig de 0,125 mV s-1 en el rang de -5 a 5 mV amb Eocp i una velocitat de mostreig d'1 Hz. L'EIS es va realitzar amb una ona sinusoidal en un rang de freqüència de 0,01 a 10.000 Hz utilitzant un voltatge aplicat de 5 mV a l'estat estacionari Eocp. Abans del rastreig de potencial, els elèctrodes estaven en mode inactiu fins que es va assolir un valor estable del potencial de corrosió lliure. A continuació, es van mesurar les corbes de polarització de -0,2 a 1,5 V en funció de l'Eocp a una velocitat d'escaneig de 0,166 mV/s. Cada prova es va repetir 3 vegades amb i sense P. aeruginosa.
Les mostres per a l'anàlisi metal·logràfica es van polir mecànicament amb paper de SiC de gra 2000 humit i després es van polir amb una suspensió de pols d'Al2O3 de 0,05 µm per a l'observació òptica. L'anàlisi metal·logràfica es va realitzar mitjançant un microscopi òptic. Les mostres es van gravar amb una solució d'hidròxid de potassi 43 al 10% en pes.
Després de la incubació, les mostres es van rentar 3 vegades amb solució salina tamponada amb fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) i després es van fixar amb glutaraldehid al 2,5% (v/v) durant 10 hores per fixar els biofilms. A continuació, es va deshidratar amb etanol discontinu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% en volum) abans d'assecar-les a l'aire. Finalment, es diposita una pel·lícula d'or sobre la superfície de la mostra per proporcionar conductivitat per a l'observació SEM. Les imatges SEM es van enfocar en punts amb les cèl·lules de P. aeruginosa més sèssils a la superfície de cada mostra. Es va realitzar una anàlisi EDS per trobar elements químics. Es va utilitzar un microscopi làser confocal de rastreig (CLSM) Zeiss (LSM 710, Zeiss, Alemanya) per mesurar la profunditat de la cavitat. Per observar els forats de corrosió sota el biofilm, la mostra de prova es va netejar primer d'acord amb la Norma Nacional Xinesa (CNS) GB/T4334.4-2000 per eliminar els productes de corrosió i el biofilm de la superfície de la mostra de prova.
L'anàlisi per espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS, sistema d'anàlisi de superfície ESCALAB250, Thermo VG, EUA) es va dur a terme utilitzant una font de raigs X monocromàtica (línia Kα d'alumini amb una energia de 1500 eV i una potència de 150 W) en un ampli rang d'energies d'enllaç 0 en condicions estàndard de –1350 eV. Es van enregistrar espectres d'alta resolució utilitzant una energia de transmissió de 50 eV i un pas de 0,2 eV.
Les mostres incubades es van retirar i es van rentar suaument amb PBS (pH 7,4 ± 0,2) durant 15 s45. Per observar la viabilitat bacteriana dels biofilms a les mostres, els biofilms es van tenyir amb el kit de viabilitat bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA). El kit conté dos colorants fluorescents: el colorant fluorescent verd SYTO-9 i el colorant fluorescent vermell iodur de propidi (PI). En CLSM, els punts verds i vermells fluorescents representen cèl·lules vives i mortes, respectivament. Per a la tinció, es va incubar 1 ml d'una barreja que contenia 3 µl de SYTO-9 i 3 µl de solució PI durant 20 minuts a temperatura ambient (23 °C) a les fosques. Posteriorment, les mostres tenyides es van examinar a dues longituds d'ona (488 nm per a cèl·lules vives i 559 nm per a cèl·lules mortes) utilitzant un aparell Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japó). El gruix del biofilm es va mesurar en mode d'escaneig 3D.
Com citar aquest article: Li, H. et al. Corrosió microbiana de l'acer inoxidable superdúplex 2707 per biofilm marí de Pseudomonas aeruginosa. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Esquerdament per corrosió sota tensió de l'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solucions de clorur en presència de tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Esquerdament per corrosió sota tensió de l'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solucions de clorur en presència de tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F.. в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Esquerdament per corrosió sota tensió d'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solucions de clorur en presència de tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. LDX 2101 双相acer inoxidable在福代sulfate分下下南性性生于中图像剧惂像剧惂 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F.. в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Esquerdament per corrosió sota tensió d'acer inoxidable dúplex LDX 2101 en solució de clorur en presència de tiosulfat.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Efectes del tractament tèrmic en solució i nitrogen en gas protector sobre la resistència a la corrosió per picadura de soldadures d'acer inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Efectes del tractament tèrmic en solució i nitrogen en gas protector sobre la resistència a la corrosió per picadura de soldadures d'acer inoxidable hiperdúplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS. Efecte del tractament tèrmic en solució i del nitrogen en el gas de protecció sobre la resistència a la corrosió per picadura de les soldadures d'acer inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS. Efecte del tractament tèrmic en solució i nitrogen en gas protector sobre la resistència a la corrosió per picadura de les soldadures d'acer inoxidable súper dúplex.Koros. La ciència. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Estudi comparatiu en química de la picadura induïda microbiana i electroquímicament en acer inoxidable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Estudi comparatiu en química de la picadura induïda microbiana i electroquímicament en acer inoxidable 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Estudi químic comparatiu de la picadura microbiològica i electroquímica de l'acer inoxidable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Estudi químic comparatiu de la picadura induïda microbiològicament i electroquímicament en acer inoxidable 316L.Koros. La ciència. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. El comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines amb diferents pH en presència de clorur. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. El comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines amb diferents pH en presència de clorur.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines amb diferents pH en presència de clorur. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的町电衖化的电化物存在下不同 Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. 2205 Comportament electroquímic de l'acer inoxidable 双相 en presència de clorur a diferents pH en solució alcalina.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Comportament electroquímic de l'acer inoxidable dúplex 2205 en solucions alcalines amb diferents pH en presència de clorur.Revista Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI La influència dels biofilms marins en la corrosió: una revisió concisa. Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI La influència dels biofilms marins en la corrosió: una revisió concisa.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI. Efectes dels biofilms marins sobre la corrosió: una breu revisió. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Little, BJ, Lee, JS i Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI. Efectes dels biofilms marins sobre la corrosió: una breu revisió.Revista Electrochem. 54, 2-7 (2008).