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La corrosion microbienne (MIC) est un problème sérieux dans de nombreuses industries, car elle peut entraîner d'énormes pertes économiques.L'acier inoxydable super duplex 2707 (2707 HDSS) est utilisé dans les environnements marins en raison de son excellente résistance chimique.Cependant, sa résistance au MIC n'a pas été démontrée expérimentalement.Cette étude a examiné le comportement du MIC 2707 HDSS causé par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa.L'analyse électrochimique a montré qu'en présence de biofilm de Pseudomonas aeruginosa dans le milieu 2216E, un changement positif du potentiel de corrosion et une augmentation de la densité de courant de corrosion se produisent.L'analyse par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) a montré une diminution de la teneur en Cr à la surface de l'échantillon sous le biofilm.L'analyse visuelle des fosses a montré que le biofilm de P. aeruginosa produisait une profondeur de fosse maximale de 0,69 µm pendant 14 jours d'incubation.Bien que ce soit petit, cela indique que 2707 HDSS n'est pas complètement immunisé contre la CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Les aciers inoxydables duplex (DSS) sont largement utilisés dans diverses industries en raison de la combinaison parfaite d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion1,2.Cependant, des piqûres localisées se produisent toujours et affectent l'intégrité de cet acier3,4.Le DSS n'est pas résistant à la corrosion microbienne (MIC)5,6.Malgré le large éventail d'applications du DSS, il existe encore des environnements où la résistance à la corrosion du DSS n'est pas suffisante pour une utilisation à long terme.Cela signifie que des matériaux plus coûteux avec une résistance à la corrosion plus élevée sont nécessaires.Jeon et al7 ont constaté que même les aciers inoxydables super duplex (SDSS) présentent certaines limites en termes de résistance à la corrosion.Par conséquent, dans certains cas, des aciers inoxydables super duplex (HDSS) avec une résistance à la corrosion plus élevée sont nécessaires.Cela a conduit au développement de HDSS hautement allié.
La résistance à la corrosion DSS dépend du rapport des phases alpha et gamma et appauvri en régions Cr, Mo et W 8, 9, 10 adjacentes à la deuxième phase.Le HDSS contient une teneur élevée en Cr, Mo et N11, il a donc une excellente résistance à la corrosion et une valeur élevée (45-50) de l'indice de résistance aux piqûres équivalentes (PREN) déterminé par wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt. .%W) + 16% wt.N12.Son excellente résistance à la corrosion dépend d'une composition équilibrée contenant environ 50 % de phases ferritiques (α) et 50 % austénitiques (γ).HDSS a de meilleures propriétés mécaniques et une plus grande résistance à la corrosion par les chlorures.L'amélioration de la résistance à la corrosion étend l'utilisation du HDSS dans des environnements de chlorure plus agressifs tels que les environnements marins.
Les MIC sont un problème majeur dans de nombreuses industries telles que les industries du pétrole et du gaz et de l'eau14.Le MIC représente 20 % de tous les dommages dus à la corrosion15.Le MIC est une corrosion bioélectrochimique qui peut être observée dans de nombreux environnements.Les biofilms qui se forment sur les surfaces métalliques modifient les conditions électrochimiques, affectant ainsi le processus de corrosion.Il est largement admis que la corrosion MIC est causée par des biofilms.Les micro-organismes électrogènes rongent les métaux pour obtenir l'énergie dont ils ont besoin pour survivre17.Des études récentes sur le MIC ont montré que l'EET (transfert d'électrons extracellulaire) est le facteur limitant le taux de MIC induit par des micro-organismes électrogéniques.Zhang et al.18 ont démontré que les intermédiaires d'électrons accélèrent le transfert d'électrons entre les cellules de Desulfovibrio sessificans et l'acier inoxydable 304, entraînant une attaque MIC plus sévère.Anning et al.19 et Wenzlaff et al.20 ont montré que les biofilms de bactéries corrosives sulfato-réductrices (SRB) peuvent absorber directement les électrons des substrats métalliques, entraînant de graves piqûres.
Le DSS est connu pour être sensible au MIC dans les milieux contenant des SRB, des bactéries réductrices de fer (IRB), etc. 21 .Ces bactéries provoquent des piqûres localisées à la surface du DSS sous les biofilms22,23.Contrairement au DSS, le MIC HDSS24 n'est pas bien connu.
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie à Gram négatif, mobile, en forme de bâtonnet, largement répandue dans la nature25.Pseudomonas aeruginosa est également un groupe microbien majeur dans le milieu marin, provoquant des concentrations élevées de CMI.Pseudomonas est activement impliqué dans le processus de corrosion et est reconnu comme un colonisateur pionnier lors de la formation du biofilm.Mahat et al.28 et Yuan et al.29 ont démontré que Pseudomonas aeruginosa a tendance à augmenter le taux de corrosion de l'acier doux et des alliages dans les milieux aquatiques.
L'objectif principal de ce travail était d'étudier les propriétés du MIC 2707 HDSS causé par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa en utilisant des méthodes électrochimiques, des méthodes d'analyse de surface et une analyse des produits de corrosion.Des études électrochimiques, y compris le potentiel de circuit ouvert (OCP), la résistance de polarisation linéaire (LPR), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la polarisation dynamique potentielle, ont été réalisées pour étudier le comportement du MIC 2707 HDSS.Une analyse spectrométrique à dispersion d'énergie (EDS) a été réalisée pour détecter des éléments chimiques sur une surface corrodée.De plus, la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) a été utilisée pour déterminer la stabilité de la passivation du film d'oxyde sous l'influence d'un environnement marin contenant des Pseudomonas aeruginosa.La profondeur des piqûres a été mesurée sous un microscope confocal à balayage laser (CLSM).
Le tableau 1 montre la composition chimique du 2707 HDSS.Le tableau 2 montre que le HDSS 2707 présente d'excellentes propriétés mécaniques avec une limite d'élasticité de 650 MPa.Sur la fig.1 montre la microstructure optique du HDSS 2707 traité thermiquement en solution.Dans la microstructure contenant environ 50 % de phases d'austénite et 50 % de ferrite, des bandes allongées de phases d'austénite et de ferrite sans phases secondaires sont visibles.
Sur la fig.2a montre le potentiel de circuit ouvert (Eocp) en fonction du temps d'exposition pour 2707 HDSS dans un milieu abiotique 2216E et un bouillon P. aeruginosa pendant 14 jours à 37°C.Il montre que le changement le plus important et le plus significatif de l'Eocp se produit au cours des premières 24 heures.Les valeurs d'Eocp dans les deux cas ont culminé à -145 mV (par rapport à SCE) vers 16 h puis ont fortement chuté, atteignant -477 mV (par rapport à SCE) et -236 mV (par rapport à SCE) pour l'échantillon abiotique.et coupons P Pseudomonas aeruginosa, respectivement).Après 24 heures, la valeur Eocp 2707 HDSS pour P. aeruginosa était relativement stable à -228 mV (par rapport à SCE), tandis que la valeur correspondante pour les échantillons non biologiques était d'environ -442 mV (par rapport à SCE).Eocp en présence de P. aeruginosa était assez faible.
Etude électrochimique de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et bouillon Pseudomonas aeruginosa à 37 °C :
(a) Eocp en fonction du temps d'exposition, (b) courbes de polarisation au jour 14, (c) Rp en fonction du temps d'exposition et (d) icorr en fonction du temps d'exposition.
Le tableau 3 montre les paramètres de corrosion électrochimique de 2707 échantillons HDSS exposés à des milieux inoculés abiotiques et Pseudomonas aeruginosa sur une période de 14 jours.Les tangentes des courbes d'anode et de cathode ont été extrapolées pour obtenir des intersections donnant la densité de courant de corrosion (icorr), le potentiel de corrosion (Ecorr) et la pente de Tafel (βα et βc) selon les méthodes standards30,31.
Comme le montre la fig.2b, un déplacement vers le haut de la courbe de P. aeruginosa a entraîné une augmentation de Ecorr par rapport à la courbe abiotique.La valeur icorr, qui est proportionnelle à la vitesse de corrosion, est passée à 0,328 µA cm-2 dans l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa, soit quatre fois plus que dans l'échantillon non biologique (0,087 µA cm-2).
LPR est une méthode électrochimique non destructive classique pour l'analyse rapide de la corrosion.Il a également été utilisé pour étudier MIC32.Sur la fig.2c montre la résistance de polarisation (Rp) en fonction du temps d'exposition.Une valeur Rp plus élevée signifie moins de corrosion.Au cours des premières 24 heures, Rp 2707 HDSS a culminé à 1955 kΩ cm2 pour les spécimens abiotiques et à 1429 kΩ cm2 pour les spécimens de Pseudomonas aeruginosa.La figure 2c montre également que la valeur Rp a diminué rapidement après un jour, puis est restée relativement inchangée au cours des 13 jours suivants.La valeur Rp d'un échantillon de Pseudomonas aeruginosa est d'environ 40 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur à la valeur de 450 kΩ cm2 d'un échantillon non biologique.
La valeur de icorr est proportionnelle au taux de corrosion uniforme.Sa valeur peut être calculée à partir de l'équation de Stern-Giri suivante :
Selon Zoé et al.33, la valeur typique de la pente de Tafel B dans ce travail a été prise à 26 mV/déc.La figure 2d montre que l'icorr de l'échantillon non biologique 2707 est resté relativement stable, tandis que l'échantillon de P. aeruginosa a fortement fluctué après les premières 24 heures.Les valeurs icorr des échantillons de P. aeruginosa étaient d'un ordre de grandeur supérieur à celles des témoins non biologiques.Cette tendance est cohérente avec les résultats de la résistance de polarisation.
L'EIS est une autre méthode non destructive utilisée pour caractériser les réactions électrochimiques sur les surfaces corrodées.Spectres d'impédance et valeurs de capacité calculées d'échantillons exposés à un environnement abiotique et à une solution de Pseudomonas aeruginosa, résistance de film/biofilm passif Rb formé sur la surface de l'échantillon, résistance de transfert de charge Rct, capacité de double couche électrique Cdl (EDL) et paramètres d'élément de phase QCPE constants (CPE).Ces paramètres ont ensuite été analysés en ajustant les données à l'aide d'un modèle de circuit équivalent (CEE).
Sur la fig.3 montre des parcelles de Nyquist typiques (a et b) et des parcelles de Bode (a 'et b') pour 2707 échantillons HDSS dans des milieux abiotiques et du bouillon P. aeruginosa pour différents temps d'incubation.Le diamètre de l'anneau de Nyquist diminue en présence de Pseudomonas aeruginosa.Le diagramme de Bode (Fig. 3b') montre l'augmentation de l'impédance totale.Des informations sur la constante de temps de relaxation peuvent être obtenues à partir des maxima de phase.Sur la fig.La figure 4 montre les structures physiques à base d'une monocouche (a) et d'une bicouche (b) et les CEE correspondantes.Le CPE est introduit dans le modèle EEC.Son admittance et son impédance s'expriment comme suit :
Deux modèles physiques et circuits équivalents correspondants pour ajuster le spectre d'impédance de l'échantillon 2707 HDSS :
où Y0 est la valeur KPI, j est le nombre imaginaire ou (-1)1/2, ω est la fréquence angulaire, n est l'indice de puissance KPI inférieur à un35.L'inversion de la résistance de transfert de charge (soit 1/Rct) correspond à la vitesse de corrosion.Plus Rct est petit, plus le taux de corrosion est élevé27.Après 14 jours d'incubation, les échantillons Rct de Pseudomonas aeruginosa ont atteint 32 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur aux 489 kΩ cm2 des échantillons non biologiques (tableau 4).
Les images CLSM et les images SEM de la figure 5 montrent clairement que le revêtement de biofilm à la surface de l'échantillon HDSS 2707 après 7 jours est dense.Cependant, après 14 jours, la couverture du biofilm était faible et des cellules mortes sont apparues.Le tableau 5 montre l'épaisseur du biofilm sur 2707 échantillons HDSS après exposition à P. aeruginosa pendant 7 et 14 jours.L'épaisseur maximale du biofilm est passée de 23,4 µm après 7 jours à 18,9 µm après 14 jours.L'épaisseur moyenne du biofilm a également confirmé cette tendance.Elle a diminué de 22,2 ± 0,7 μm après 7 jours à 17,8 ± 1,0 μm après 14 jours.
(a) Image CLSM 3D à 7 jours, (b) Image CLSM 3D à 14 jours, (c) Image SEM à 7 jours et (d) Image SEM à 14 jours.
Les CEM ont révélé des éléments chimiques dans les biofilms et les produits de corrosion sur des échantillons exposés à P. aeruginosa pendant 14 jours.Sur la fig.La figure 6 montre que la teneur en C, N, O et P dans les biofilms et les produits de corrosion est significativement plus élevée que dans les métaux purs, puisque ces éléments sont associés aux biofilms et à leurs métabolites.Les microbes n'ont besoin que de traces de chrome et de fer.Des niveaux élevés de Cr et de Fe dans le biofilm et les produits de corrosion à la surface des échantillons indiquent que la matrice métallique a perdu des éléments en raison de la corrosion.
Après 14 jours, des piqûres avec et sans P. aeruginosa ont été observées dans le milieu 2216E.Avant l'incubation, la surface des échantillons était lisse et sans défaut (Fig. 7a).Après incubation et élimination du biofilm et des produits de corrosion, les piqûres les plus profondes à la surface des échantillons ont été examinées à l'aide de CLSM, comme le montrent les figures 7b et c.Aucune piqûre évidente n'a été trouvée sur la surface des témoins non biologiques (profondeur maximale de piqûres 0,02 µm).La profondeur maximale des fosses causée par P. aeruginosa était de 0,52 µm à 7 jours et de 0,69 µm à 14 jours, sur la base de la profondeur maximale moyenne des fosses de 3 échantillons (10 profondeurs maximales des fosses ont été sélectionnées pour chaque échantillon).Réalisation de 0,42 ± 0,12 µm et 0,52 ± 0,15 µm, respectivement (tableau 5).Ces valeurs de profondeur de trou sont petites mais importantes.
(a) avant exposition, (b) 14 jours dans un environnement abiotique et (c) 14 jours dans un bouillon Pseudomonas aeruginosa.
Sur la fig.Le tableau 8 montre les spectres XPS de différentes surfaces d'échantillons, et la composition chimique analysée pour chaque surface est résumée dans le tableau 6. Dans le tableau 6, les pourcentages atomiques de Fe et Cr en présence de P. aeruginosa (échantillons A et B) étaient bien inférieurs à ceux des témoins non biologiques.(échantillons C et D).Pour un échantillon de P. aeruginosa, la courbe spectrale au niveau du noyau Cr 2p a été ajustée à quatre composantes de pic avec des énergies de liaison (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 et 586,8 eV, qui peuvent être attribuées à Cr, Cr2O3, CrO3.et Cr(OH)3, respectivement (Fig. 9a et b).Pour les échantillons non biologiques, le spectre du niveau principal de Cr 2p contient deux pics principaux pour Cr (573,80 eV pour BE) et Cr2O3 (575,90 eV pour BE) dans les Fig.9c et d, respectivement.La différence la plus frappante entre les échantillons abiotiques et les échantillons de P. aeruginosa était la présence de Cr6+ et une proportion relative plus élevée de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sous le biofilm.
Les larges spectres XPS de la surface de l'échantillon 2707 HDSS dans deux milieux sont respectivement de 7 et 14 jours.
(a) 7 jours d'exposition à P. aeruginosa, (b) 14 jours d'exposition à P. aeruginosa, (c) 7 jours dans un environnement abiotique et (d) 14 jours dans un environnement abiotique.
HDSS présente un niveau élevé de résistance à la corrosion dans la plupart des environnements.Kim et al.2 ont rapporté que le HDSS UNS S32707 a été identifié comme un DSS hautement allié avec un PREN supérieur à 45. La valeur PREN de l'échantillon 2707 HDSS dans ce travail était de 49. Cela est dû à la teneur élevée en chrome et à la teneur élevée en molybdène et nickel, qui sont utiles dans les environnements acides.et les environnements à forte teneur en chlorure.De plus, une composition bien équilibrée et une microstructure sans défaut sont bénéfiques pour la stabilité structurelle et la résistance à la corrosion.Cependant, malgré son excellente résistance chimique, les données expérimentales de ce travail suggèrent que 2707 HDSS n'est pas complètement immunisé contre les MIC du biofilm de P. aeruginosa.
Les résultats électrochimiques ont montré que le taux de corrosion du HDSS 2707 dans le bouillon P. aeruginosa augmentait significativement après 14 jours par rapport à l'environnement non biologique.Sur la figure 2a, une diminution de l'Eocp a été observée à la fois dans le milieu abiotique et dans le bouillon P. aeruginosa au cours des premières 24 heures.Après cela, le biofilm recouvre complètement la surface de l'échantillon et Eocp devient relativement stable36.Cependant, le niveau d'Eocp biologique était beaucoup plus élevé que le niveau d'Eocp non biologique.Il y a des raisons de croire que cette différence est associée à la formation de biofilms de P. aeruginosa.Sur la fig.2d en présence de P. aeruginosa, la valeur HDSS icorr 2707 a atteint 0,627 μA cm-2, soit un ordre de grandeur supérieur à celui du témoin abiotique (0,063 μA cm-2), ce qui était cohérent avec la valeur Rct mesurée par EIS.Au cours des premiers jours, les valeurs d'impédance dans le bouillon de P. aeruginosa ont augmenté en raison de la fixation des cellules de P. aeruginosa et de la formation de biofilms.Cependant, lorsque le biofilm recouvre complètement la surface de l'échantillon, l'impédance diminue.La couche protectrice est attaquée principalement en raison de la formation de biofilms et de métabolites de biofilm.Par conséquent, la résistance à la corrosion a diminué avec le temps et la fixation de P. aeruginosa a provoqué une corrosion localisée.Les tendances dans les environnements abiotiques étaient différentes.La résistance à la corrosion du témoin non biologique était beaucoup plus élevée que la valeur correspondante des échantillons exposés au bouillon P. aeruginosa.De plus, pour les accessions abiotiques, la valeur Rct 2707 HDSS atteint 489 kΩ cm2 au jour 14, soit 15 fois plus que la valeur Rct (32 kΩ cm2) en présence de P. aeruginosa.Ainsi, 2707 HDSS a une excellente résistance à la corrosion dans un environnement stérile, mais n'est pas résistant aux CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Ces résultats peuvent également être observés à partir des courbes de polarisation des Fig.2b.La ramification anodique a été associée à la formation de biofilm de Pseudomonas aeruginosa et aux réactions d'oxydation des métaux.Dans ce cas, la réaction cathodique est la réduction de l'oxygène.La présence de P. aeruginosa a augmenté de manière significative la densité du courant de corrosion, d'environ un ordre de grandeur plus élevé que dans le contrôle abiotique.Cela indique que le biofilm de P. aeruginosa améliore la corrosion localisée de 2707 HDSS.Yuan et al.29 ont constaté que la densité de courant de corrosion de l'alliage Cu-Ni 70/30 augmentait sous l'action du biofilm de P. aeruginosa.Cela peut être dû à la biocatalyse de la réduction de l'oxygène par les biofilms de Pseudomonas aeruginosa.Cette observation peut également expliquer le MIC 2707 HDSS dans ce travail.Il peut également y avoir moins d'oxygène sous les biofilms aérobies.Par conséquent, le refus de re-passiver la surface métallique avec de l'oxygène peut être un facteur contribuant au MIC dans ce travail.
Dickinson et al.38 ont suggéré que la vitesse des réactions chimiques et électrochimiques peut être directement affectée par l'activité métabolique des bactéries sessiles à la surface de l'échantillon et la nature des produits de corrosion.Comme le montre la figure 5 et le tableau 5, le nombre de cellules et l'épaisseur du biofilm ont diminué après 14 jours.Cela peut raisonnablement s'expliquer par le fait qu'après 14 jours, la plupart des cellules sessiles à la surface du 2707 HDSS sont mortes en raison de l'épuisement des nutriments dans le milieu 2216E ou de la libération d'ions métalliques toxiques de la matrice 2707 HDSS.Il s'agit d'une limitation des expériences par lots.
Dans ce travail, un biofilm de P. aeruginosa a contribué à l'appauvrissement local en Cr et Fe sous le biofilm à la surface de 2707 HDSS (Fig. 6).Le tableau 6 montre la réduction de Fe et de Cr dans l'échantillon D par rapport à l'échantillon C, indiquant que le Fe et le Cr dissous causés par le biofilm de P. aeruginosa ont persisté pendant les 7 premiers jours.L'environnement 2216E est utilisé pour simuler l'environnement marin.Il contient 17700 ppm de Cl-, ce qui est comparable à sa teneur dans l'eau de mer naturelle.La présence de 17700 ppm de Cl- était la principale raison de la diminution de Cr dans les échantillons abiotiques de 7 et 14 jours analysés par XPS.Comparativement aux échantillons de P. aeruginosa, la dissolution du Cr dans les échantillons abiotiques était bien moindre en raison de la forte résistance du 2707 HDSS au chlore dans des conditions abiotiques.Sur la fig.9 montre la présence de Cr6+ dans le film de passivation.Il peut être impliqué dans l'élimination du chrome des surfaces en acier par les biofilms de P. aeruginosa, comme suggéré par Chen et Clayton.
En raison de la croissance bactérienne, les valeurs de pH du milieu avant et après la culture étaient respectivement de 7,4 et 8,2.Ainsi, sous le biofilm de P. aeruginosa, il est peu probable que la corrosion par les acides organiques contribue à ce travail en raison du pH relativement élevé dans le milieu en vrac.Le pH du milieu de contrôle non biologique n'a pas changé de manière significative (de 7,4 initial à 7,5 final) pendant la période de test de 14 jours.L'augmentation du pH dans le milieu d'ensemencement après incubation était due à l'activité métabolique de P. aeruginosa et s'est avérée avoir le même effet sur le pH en l'absence de bandelettes réactives.
Comme le montre la figure 7, la profondeur maximale de la fosse causée par le biofilm de P. aeruginosa était de 0,69 µm, ce qui est bien supérieur à celui du milieu abiotique (0,02 µm).Ceci est cohérent avec les données électrochimiques décrites ci-dessus.La profondeur de piqûre de 0,69 µm est plus de dix fois inférieure à la valeur de 9,5 µm rapportée pour 2205 DSS dans les mêmes conditions.Ces données montrent que le 2707 HDSS présente une meilleure résistance aux MIC que le 2205 DSS.Cela ne devrait pas surprendre puisque le HDSS 2707 a des niveaux de Cr plus élevés qui fournissent une passivation plus longue, plus difficile à dépassiver P. aeruginosa, et en raison de sa structure de phase équilibrée sans précipitation secondaire nocive provoque des piqûres.
En conclusion, des fosses MIC ont été trouvées à la surface de 2707 HDSS dans un bouillon de P. aeruginosa par rapport à des fosses insignifiantes dans l'environnement abiotique.Ce travail montre que le 2707 HDSS a une meilleure résistance au MIC que le 2205 DSS, mais il n'est pas complètement immunisé contre le MIC en raison du biofilm de P. aeruginosa.Ces résultats aident à la sélection des aciers inoxydables appropriés et de l'espérance de vie pour l'environnement marin.
Coupon pour 2707 HDSS fourni par l'école de métallurgie de la Northeastern University (NEU) à Shenyang, en Chine.La composition élémentaire du 2707 HDSS est présentée dans le tableau 1, qui a été analysé par le département d'analyse et d'essai des matériaux NEU.Tous les échantillons ont été traités pour une solution solide à 1180°C pendant 1 heure.Avant les tests de corrosion, un HDSS 2707 en forme de pièce avec une surface supérieure ouverte de 1 cm2 a été poli au grain 2000 avec du papier de verre au carbure de silicium, puis poli avec une suspension de poudre Al2O3 de 0,05 µm.Les côtés et le fond sont protégés par une peinture inerte.Après séchage, les échantillons ont été lavés avec de l'eau déionisée stérile et stérilisés avec de l'éthanol à 75 % (v/v) pendant 0,5 h.Ils ont ensuite été séchés à l'air libre sous lumière ultraviolette (UV) pendant 0,5 h avant utilisation.
La souche marine de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a été achetée au Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Chine.Pseudomonas aeruginosa a été cultivé dans des conditions aérobies à 37 °C dans des flacons de 250 ml et des cellules électrochimiques en verre de 500 ml en utilisant le milieu liquide Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chine).Le milieu contient (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, 0016 6NH 26NH3, 3,0016 NH3 5,0 peptone, 1,0 extrait de levure et 0,1 citrate de fer.Autoclaver à 121°C pendant 20 minutes avant l'ensemencement.Comptez les cellules sessiles et planctoniques avec un hémocytomètre sous un microscope optique à un grossissement de 400x.La concentration initiale de Pseudomonas aeruginosa planctonique immédiatement après l'inoculation était d'environ 106 cellules/ml.
Les tests électrochimiques ont été effectués dans une cellule en verre classique à trois électrodes avec un volume moyen de 500 ml.La feuille de platine et l'électrode au calomel saturé (SAE) ont été connectées au réacteur par des capillaires de Luggin remplis de ponts salins, qui ont servi respectivement de contre-électrode et de référence.Pour la fabrication des électrodes de travail, un fil de cuivre caoutchouté a été attaché à chaque échantillon et recouvert de résine époxy, laissant environ 1 cm2 de surface non protégée pour l'électrode de travail d'un côté.Lors des mesures électrochimiques, les échantillons ont été placés dans le milieu 2216E et maintenus à une température d'incubation constante (37°C) dans un bain-marie.Les données d'OCP, de LPR, d'EIS et de polarisation dynamique potentielle ont été mesurées à l'aide d'un potentiostat Autolab (référence 600TM, Gamry Instruments, Inc., États-Unis).Les tests LPR ont été enregistrés à une fréquence de balayage de 0,125 mV s-1 dans la plage de -5 à 5 mV avec Eocp et une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz.L'EIS a été réalisée avec une onde sinusoïdale sur une plage de fréquences de 0,01 à 10 000 Hz en utilisant une tension appliquée de 5 mV à Eocp en régime permanent.Avant le balayage de potentiel, les électrodes étaient en mode veille jusqu'à ce qu'une valeur stable du potentiel de corrosion libre soit atteinte.Les courbes de polarisation ont ensuite été mesurées de -0,2 à 1,5 V en fonction de Eocp à une vitesse de balayage de 0,166 mV/s.Chaque test a été répété 3 fois avec et sans P. aeruginosa.
Les échantillons pour l'analyse métallographique ont été polis mécaniquement avec du papier SiC de grain 2000 humide, puis polis avec une suspension de poudre d'Al2O3 de 0,05 µm pour l'observation optique.L'analyse métallographique a été réalisée à l'aide d'un microscope optique.Les échantillons ont été gravés avec une solution à 10% en poids d'hydroxyde de potassium 43.
Après incubation, les échantillons ont été lavés 3 fois avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) puis fixés avec du glutaraldéhyde à 2,5 % (v/v) pendant 10 heures pour fixer les biofilms.Il a ensuite été déshydraté avec de l'éthanol discontinu (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % et 100 % en volume) avant séchage à l'air.Enfin, un film d'or est déposé sur la surface de l'échantillon pour fournir une conductivité pour l'observation SEM.Les images SEM ont été focalisées sur les taches avec les cellules les plus sessiles de P. aeruginosa à la surface de chaque échantillon.Effectuez une analyse EDS pour trouver des éléments chimiques.Un microscope confocal à balayage laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Allemagne) a été utilisé pour mesurer la profondeur de la fosse.Pour observer les piqûres de corrosion sous le biofilm, l'échantillon d'essai a d'abord été nettoyé conformément à la norme nationale chinoise (CNS) GB/T4334.4-2000 pour éliminer les produits de corrosion et le biofilm de la surface de l'échantillon d'essai.
L'analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, système d'analyse de surface ESCALAB250, Thermo VG, USA) a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X monochromatique (raie Kα en aluminium d'une énergie de 1500 eV et d'une puissance de 150 W) dans une large gamme d'énergies de liaison 0 dans des conditions standard de -1350 eV.Les spectres à haute résolution ont été enregistrés en utilisant une énergie de transmission de 50 eV et un pas de 0,2 eV.
Les échantillons incubés ont été retirés et lavés doucement avec du PBS (pH 7,4 ± 0,2) pendant 15 s45.Pour observer la viabilité bactérienne des biofilms sur les échantillons, les biofilms ont été colorés à l'aide du kit de viabilité bactérienne LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Le kit contient deux colorants fluorescents : le colorant fluorescent vert SYTO-9 et le colorant fluorescent rouge à l'iodure de propidium (PI).Dans CLSM, les points verts et rouges fluorescents représentent respectivement les cellules vivantes et mortes.Pour la coloration, 1 ml d'un mélange contenant 3 ul de SYTO-9 et 3 ul de solution de PI a été incubé pendant 20 minutes à température ambiante (23°C) dans l'obscurité.Ensuite, les échantillons colorés ont été examinés à deux longueurs d'onde (488 nm pour les cellules vivantes et 559 nm pour les cellules mortes) à l'aide d'un appareil Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japon).L'épaisseur du biofilm a été mesurée en mode scan 3D.
Comment citer cet article : Li, H. et al.Corrosion microbienne de l'acier inoxydable super duplex 2707 par le biofilm marin de Pseudomonas aeruginosa.la science.6, 20190. doi : 10.1038/srep20190 (2016).
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