Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic chuingealaichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a’ taisbeanadh an làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha creimeadh meanbh-bhitheach (MIC) na dhuilgheadas mòr ann am mòran ghnìomhachasan oir faodaidh e call eaconamach mòr adhbhrachadh. Chaidh stàilinn gun smal super duplex 2707 (2707 HDSS) a chleachdadh ann an àrainneachdan mara air sgàth a strì an aghaidh cheimigean sàr-mhath. Ach, cha deach a strì an aghaidh MIC a dhearbhadh gu deuchainneach. Anns an sgrùdadh seo, chaidh giùlan MIC 2707 HDSS air adhbhrachadh leis a’ bacteria aerobic mara Pseudomonas aeruginosa a sgrùdadh. Sheall mion-sgrùdadh dealan-cheimigeach, nuair a bha biofilm Pseudomonas aeruginosa an làthair ann am meadhan 2216E, gun robh atharrachadh adhartach ann an comas creimeadh agus àrdachadh ann an dùmhlachd sruth creimeadh. Sheall mion-sgrùdadh speactroscopaidh foto-electron X-ghath (XPS) lùghdachadh ann an susbaint Cr air uachdar an t-sampall fon biofilm. Sheall mion-sgrùdadh ìomhaighean de na slocan gun tug am biofilm P. aeruginosa doimhneachd sloc as àirde de 0.69 μm rè 14 latha de ghoir. Ged a tha seo beag, tha e a’ nochdadh nach eil 2707 HDSS gu tur dìonach bho MIC Bith-fhilmichean P. aeruginosa.
Tha stàilinnean gun staoin dùbailte (DSS) air an cleachdadh gu farsaing ann an diofar ghnìomhachasan air sgàth an cothlamadh air leth freagarrach de fheartan meacanaigeach sàr-mhath agus strì an aghaidh creimeadh1,2. Ach, tha claisean ionadail fhathast a’ tachairt agus tha e a’ toirt buaidh air ionracas na stàilinn seo3,4. Chan eil DSS an aghaidh creimeadh miocrobach (MIC)5,6. A dh’ aindeoin an raon farsaing de thagraidhean aig DSS, tha àrainneachdan ann fhathast far nach eil strì an aghaidh creimeadh DSS gu leòr airson cleachdadh san fhad-ùine. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil feum air stuthan nas daoire le strì an aghaidh creimeadh nas àirde. Lorg Jeon et al7 gu bheil cuid de chuingealachaidhean aig eadhon stàilinnean gun staoin super duplex (SDSS) a thaobh strì an aghaidh creimeadh. Mar sin, tha feum air stàilinnean gun staoin super duplex (HDSS) le strì an aghaidh creimeadh nas àirde ann an cuid de thagraidhean. Lean seo gu leasachadh HDSS làn-alloy.
Tha an aghaidh creimeadh aig DSS an urra ri co-mheas ìrean alpha agus gamma agus na roinnean air an lughdachadh Cr, Mo agus W 8, 9, 10 ri taobh an dàrna ìre. Tha susbaint àrd de Cr, Mo agus N11 ann an HDSS, agus mar sin tha an aghaidh creimeadh sàr-mhath aige agus Àireamh Co-ionann an aghaidh Pitting (PREN) luach àrd (45-50), air a dhearbhadh le wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Tha an aghaidh creimeadh sàr-mhath aige an urra ri co-dhèanamh cothromach anns a bheil timcheall air 50% ìrean ferrite (α) agus 50% austenite (γ), tha feartan meacanaigeach nas fheàrr agus strì nas àirde aig HDSS na DSS13 àbhaisteach. Feartan creimeadh clòraid. Tha an aghaidh creimeadh leasaichte a’ leudachadh cleachdadh HDSS ann an àrainneachdan clòraid nas creimneach, leithid àrainneachdan mara.
Tha MICan na dhuilgheadas mòr ann am mòran ghnìomhachasan leithid ola is gas agus goireasan uisge14. Tha MIC cunntachail airson 20% den mhilleadh creimeadh gu lèir15. Is e creimeadh bith-electro-cheimigeach a th’ ann am MIC a chithear ann an iomadh àrainneachd. Bidh biofilms a bhios a’ cruthachadh air uachdar meatailt ag atharrachadh nan suidheachaidhean electro-cheimigeach, agus mar sin a’ toirt buaidh air a’ phròiseas creimeadh. Thathas a’ creidsinn gu farsaing gur e biofilms a tha ag adhbhrachadh creimeadh MIC. Bidh meanbh-fhàs-bheairtean dealanach a’ creimeadh mheatailtean gus lùth seasmhach fhaighinn gus a bhith beò17. Tha sgrùdaidhean MIC o chionn ghoirid air sealltainn gur e EET (gluasad dealanach taobh a-muigh cealla) am bàillidh a tha a’ cuingealachadh an reata ann am MIC air adhbhrachadh le meanbh-fhàs-bheairtean dealanach. Sheall Zhang et al.18 gu bheil eadar-mheadhanairean dealanach a’ luathachadh gluasad dealanach eadar ceallan Desulfovibrio sessificans agus stàilinn gun staoin 304, ag adhbhrachadh ionnsaigh MIC nas cruaidhe. Sheall Enning et al.19 agus Venzlaff et al.20 gum faod biofilms bacteria creimneach a lughdaicheas sulfate (SRB) dealanaich a ghabhail a-steach gu dìreach bho shubstratan meatailt, agus mar thoradh air sin bidh creimeadh toll mòr ann.
Tha fios gu bheil DSS so-leònte ri MIC ann an àrainneachdan anns a bheil SRB, bacteria a lughdaicheas iarann ​​(IRB), msaa. 21. Bidh na bacteria seo ag adhbhrachadh cruthachadh chlachan ionadail air uachdar DSS fo biofilms 22,23. Eu-coltach ri DSS, chan eil mòran fiosrachaidh againn mu MIC HDSS 24.
'S e bacteria gluasadach gram-àicheil, cumadh slat, a th' ann am Pseudomonas aeruginosa a tha air a sgaoileadh gu farsaing ann an nàdar25. Tha Pseudomonas aeruginosa cuideachd na phrìomh bhuidheann meanbh-fhàs-bheairtean san àrainneachd mhara, ag adhbhrachadh MIC do stàilinn. Tha Pseudomonas gu dlùth an sàs ann am pròiseasan creimeadh agus tha e air aithneachadh mar neach-tuineachaidh tùsaire rè cruthachadh biofilm. Sheall Mahat et al.28 agus Yuan et al.29 gu bheil claonadh aig Pseudomonas aeruginosa ìre creimeadh stàilinn tlàth agus aloidhean a mheudachadh ann an àrainneachdan uisgeach.
B’ e prìomh amas na h-obrach seo sgrùdadh a dhèanamh air feartan MIC 2707 HDSS air adhbhrachadh leis a’ bacteria aerobic mara Pseudomonas aeruginosa a’ cleachdadh dhòighean dealan-cheimigeach, dòighean anailis uachdar agus mion-sgrùdadh toraidh creimeadh. Chaidh sgrùdaidhean dealan-cheimigeach a’ gabhail a-steach Comas Cuairt Fhosgailte (OCP), Resistance Polarization Linear (LPR), Spectroscopy Impedance Electrochemical (EIS), agus Polarization Fiùghantach Comais a dhèanamh gus giùlan MIC 2707 HDSS a sgrùdadh. Chaidh mion-sgrùdadh speactrometer sgaoilidh lùtha (EDS) a dhèanamh gus eileamaidean ceimigeach a lorg air an uachdar creimichte. A bharrachd air an sin, chaidh mion-sgrùdadh speactrometer photoelectron X-ray (XPS) a chleachdadh gus seasmhachd pasivation film ocsaid a dhearbhadh fo bhuaidh àrainneachd mara anns a bheil Pseudomonas aeruginosa. Chaidh doimhneachd an t-sloc a thomhas fo mhiocroscop sganaidh laser confocal (CLSM).
Tha Clàr 1 a’ liostadh co-dhèanamh ceimigeach 2707 HDSS. Tha Clàr 2 a’ sealltainn gu bheil feartan meacanaigeach sàr-mhath aig 2707 HDSS le neart toraidh de 650 MPa. Tha Figear 1 a’ sealltainn meanbh-structar optigeach 2707 HDSS air a làimhseachadh le teas fuasglaidh. Chithear còmhlain fhada de ìrean austenite agus ferrite gun ìrean àrd-sgoile anns a’ mheanbh-structar anns a bheil timcheall air 50% ìrean austenite agus 50% ferrite.
Tha Figear 2a a’ sealltainn comas cuairte fosgailte (Eocp) an aghaidh dàta ùine nochdaidh airson 2707 HDSS ann am meadhan neo-bhitheach 2216E agus broth P. aeruginosa airson 14 latha aig 37 °C. Tha e a’ sealltainn gu bheil an t-atharrachadh as motha agus as cudromaiche ann an Eocp a’ tachairt taobh a-staigh a’ chiad 24 uairean. Ràinig luachan Eocp anns an dà chùis an ìre as àirde aig -145 mV (an aghaidh SCE) timcheall air 16 uairean agus an uairsin thuit iad gu mòr, a’ ruighinn -477 mV (an aghaidh SCE) agus -236 mV (an aghaidh SCE) airson an sampall neo-bhitheach agus P, fa leth. Cùpain Pseudomonas aeruginosa, fa leth. Às dèidh 24 uairean, bha luach Eocp de 2707 HDSS airson P. aeruginosa an ìre mhath seasmhach aig -228 mV (an aghaidh SCE), agus bha an luach co-fhreagarrach airson sampallan neo-bhitheòlasach timcheall air -442 mV (an aghaidh SCE). Bha Eocp an làthair P. aeruginosa gu math ìosal.
Deuchainn electroceimigeach air 2707 sampallan HDSS ann am meadhan neo-bhitheach agus broth Pseudomonas aeruginosa aig 37 °C:
(a) Eocp mar ghnìomh den ùine nochdaidh, (b) lùban poilearachd aig latha 14, (c) Rp mar ghnìomh den ùine nochdaidh agus (d) icorr mar ghnìomh den ùine nochdaidh.
Tha Clàr 3 a’ liostadh luachan paramadair creimeadh electroceimiceach 2707 sampall HDSS a chaidh a nochdadh do mheadhan neo-bhitheach agus meadhan air a bheil Pseudomonas aeruginosa air a cho-chur airson 14 latha. Chaidh tangentan nan lùban anodic agus cathodic a ro-mheasadh gus na crois-rathaidean a ruighinn a’ toirt a-mach dùmhlachd sruth creimeadh (icorr), comas creimeadh (Ecorr) agus leòidean Tafel (βα agus βc) a rèir dhòighean àbhaisteach30,31.
Mar a chithear ann am Figear 2b, dh’ adhbhraich gluasad suas lùb P. aeruginosa àrdachadh ann an Ecorr an taca ris a’ lùb neo-bhitheach. Dh’ èirich luach icorr, a tha co-rèireach ris an ìre creimeadh, gu 0.328 μA cm-2 anns an sampall Pseudomonas aeruginosa, ceithir uiread nas motha na an sampall neo-bhitheòlasach (0.087 μA cm-2).
’S e dòigh-obrach clasaigeach neo-sgriosail electroceimigeach a th’ ann an LPR airson mion-sgrùdadh luath air creimeadh. Chaidh a chleachdadh cuideachd gus MIC32 a sgrùdadh. Tha Figear 2c a’ sealltainn an aghaidh pòlarachaidh (Rp) mar ghnìomh den ùine nochdaidh. Tha luach Rp nas àirde a’ ciallachadh nas lugha de chreimeadh. Taobh a-staigh a’ chiad 24 uairean, ràinig Rp 2707 HDSS luach as àirde de 1955 kΩ cm2 airson sampallan neo-bhitheach agus 1429 kΩ cm2 airson sampallan Pseudomonas aeruginosa. Tha Figear 2c cuideachd a’ sealltainn gun do thuit luach Rp gu luath às deidh aon latha agus an uairsin dh’fhan e gu ìre mhòr gun atharrachadh airson nan 13 latha a leanas. Tha luach Rp an t-sampall Pseudomonas aeruginosa mu 40 kΩ cm2, a tha mòran nas ìsle na luach 450 kΩ cm2 an t-sampall neo-bhitheòlasach.
Tha luach icorr co-rèireach ris an ìre creimeadh èideadh. Faodar a luach obrachadh a-mach bhon cho-aontar Stern-Geary a leanas,
A’ leantainn Zou et al. 33, chaidh gabhail ris gur e 26 mV/dec luach àbhaisteach leathad Tafel B san obair seo. Tha Figear 2d a’ sealltainn gun do dh’fhan icorr an t-sampall neo-bhitheòlasach 2707 an ìre mhath seasmhach, agus gun robh an sampall P. aeruginosa ag atharrachadh gu mòr às dèidh a’ chiad 24 uairean. Bha luachan icorr nan sampallan P. aeruginosa òrdugh meudachd nas àirde na na smachdan neo-bhitheòlasach. Tha an gluasad seo a rèir nan toraidhean strì an aghaidh pòlarachaidh.
’S e EIS dòigh neo-sgriosail eile a thathas a’ cleachdadh gus ath-bheachdan electroceimiceach a chomharrachadh aig eadar-aghaidhean creimichte. Speactramaichean impedance agus luachan comas obraichte de shampaill a tha fosgailte do mheadhanan abiotic agus fuasgladh Pseudomonas aeruginosa, strì an aghaidh Rb film/biofilm fulangach a chaidh a chruthachadh air uachdar an t-sampall, strì an aghaidh gluasaid cosgais Rct, comas dealain dà-shreath Cdl (EDL) agus paramadairean eileamaid ìre seasmhach QCPE (CPE). Chaidh na paramadairean sin a sgrùdadh tuilleadh le bhith a’ freagairt an dàta a’ cleachdadh modail cuairteachaidh co-ionann (EEC).
Tha Figear 3 a’ sealltainn plotaichean àbhaisteach Nyquist (a agus b) agus plotaichean Bode (a’ agus b’) de 2707 sampall HDSS ann am meadhan neo-bhitheach agus broth P. aeruginosa airson diofar amannan goir. Bidh trast-thomhas fàinne Nyquist a’ lùghdachadh nuair a tha Pseudomonas aeruginosa an làthair. Tha plota Bode (Figear 3b’) a’ sealltainn àrdachadh ann am meud an impedance iomlan. Faodar fiosrachadh mun cunbhalachd ùine fois a thoirt seachad leis na maxima ìre. Tha Figear 4 a’ sealltainn nan structaran corporra stèidhichte air monolayer (a) agus bilayer (b) agus na EECan co-fhreagarrach aca. Tha CPE air a thoirt a-steach don mhodail EEC. Tha an inntrigeadh agus an impedance aige air an cur an cèill mar a leanas:
Dà mhodail fiosaigeach agus cuairtean co-ionann co-fhreagarrach airson speactram impedance an t-sampall 2707 HDSS a shuidheachadh:
far a bheil Y0 na mheudachd den CPE, j an àireamh mac-meanmnach no (-1)1/2, ω an tricead ceàrnach, agus n clàr-amais cumhachd CPE nas lugha na aonachd35. Tha an taobh eile den aghaidh gluasaid cosgais (ie 1/Rct) a’ freagairt ris an ìre creimeadh. Tha Rct nas lugha a’ ciallachadh ìre creimeadh nas luaithe27. Às deidh 14 latha de ghoir, ràinig Rct nan sampallan Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, mòran nas lugha na 489 kΩ cm2 nan sampallan neo-bhitheòlasach (Clàr 4).
Tha na h-ìomhaighean CLSM agus na h-ìomhaighean SEM ann am Figear 5 a’ sealltainn gu soilleir gu bheil còmhdach a’ bhileag-bio air uachdar an t-sampall 2707 HDSS an dèidh 7 latha dùmhail. Ach, an dèidh 14 latha, bha còmhdach a’ bhileag-bio gann agus nochd cuid de cheallan marbha. Tha Clàr 5 a’ sealltainn tighead a’ bhileag-bio air 2707 sampallan HDSS an dèidh dhaibh a bhith fosgailte do P. aeruginosa airson 7 agus 14 latha. Dh’atharraich an tighead as motha den bhileag-bio bho 23.4 μm an dèidh 7 latha gu 18.9 μm an dèidh 14 latha. Dhearbh an tighead cuibheasach den bhileag-bio an gluasad seo cuideachd. Thuit e bho 22.2 ± 0.7 μm an dèidh 7 latha gu 17.8 ± 1.0 μm an dèidh 14 latha.
(a) Ìomhaigh CLSM 3-mheudach an dèidh 7 latha, (b) Ìomhaigh CLSM 3-mheudach an dèidh 14 latha, (c) Ìomhaigh SEM an dèidh 7 latha agus (d) Ìomhaigh SEM an dèidh 14 latha.
Nochd EDS eileamaidean ceimigeach ann am biofilms agus toraidhean creimeadh air sampallan a chaidh fhoillseachadh do P. aeruginosa airson 14 latha. Tha Figear 6 a’ sealltainn gu bheil susbaint C, N, O, agus P ann am biofilms agus toraidhean creimeadh mòran nas àirde na ann am meatailtean lom, leis gu bheil na h-eileamaidean sin co-cheangailte ri biofilms agus na metabolites aca. Chan fheum meanbh-fhàs-bheairtean ach glè bheag de chromium agus iarann. Tha ìrean àrda de Cr agus Fe anns a’ biofilm agus toraidhean creimeadh air uachdar nan sampallan a’ nochdadh gu bheil am maitrís meatailt air eileamaidean a chall air sgàth creimeadh.
Às dèidh 14 latha, chaidh claisean fhaicinn le agus às aonais P. aeruginosa ann am meadhan 2216E. Mus deach an goir, bha uachdar an t-sampall rèidh agus gun lochdan (Figear 7a). Às dèidh goir agus toirt air falbh biofilm agus toraidhean creimeadh, chaidh na claisean as doimhne air uachdar nan sampallan a sgrùdadh fo CLSM, mar a chithear ann am Figear 7b agus c. Cha deach claisean follaiseach a lorg air uachdar nan sampallan smachd neo-bhitheòlasach (doimhneachd as àirde an t-sloc 0.02 μm). B’ e 0.52 μm an doimhneachd as àirde air adhbhrachadh le Pseudomonas aeruginosa às dèidh 7 latha agus 0.69 μm às dèidh 14 latha, stèidhichte air an doimhneachd as àirde cuibheasach de 3 sampallan (chaidh 10 luachan doimhneachd as àirde an t-sloc a thaghadh airson gach sampall) a ràinig 0.42 ± 0.12 μm agus 0.52 ± 0.15 μm, fa leth (Clàr 5). Tha na luachan doimhneachd an t-sloc seo beag ach cudromach.
(a) Mus tèid a nochdadh, (b) 14 latha ann am meadhan neo-bhitheach agus (c) 14 latha ann am broth Pseudomonas aeruginosa.
Tha Figear 8 a’ sealltainn speactra XPS diofar uachdaran sampall, agus tha geàrr-chunntas air na co-dhèanamhan ceimigeach a chaidh a sgrùdadh airson gach uachdar ann an Clàr 6. Ann an Clàr 6, bha na ceudadan atamach de Fe agus Cr ann an làthaireachd P. aeruginosa (sampallan A agus B) mòran nas ìsle na an fheadhainn de na sampallan smachd neo-bhitheòlasach (sampallan C agus D). Airson an sampall P. aeruginosa, chaidh lùb speactramach ìre-cridhe Cr 2p a chur ri ceithir pàirtean mullaich le luachan lùth ceangail (BE) de 574.4, 576.6, 578.3 agus 586.8 eV, a dh’ fhaodar a chur às leth Cr, Cr2O3, CrO3 agus Cr(OH)3, fa leth (Figear 9a agus b). Airson sampallan neo-bhitheòlasach, tha dà phrìomh mhullach anns an speactram ìre-cridhe Cr 2p airson Cr (573.80 eV airson BE) agus Cr2O3 (575.90 eV airson BE) ann am Figear 9c agus d, fa leth. B’ e an diofar as iongantaiche eadar na sampallan abiotic agus P. aeruginosa làthaireachd Cr6+ agus cuibhreann coimeasach nas àirde de Cr(OH)3 (BE de 586.8 eV) fon biofilm.
Tha speactraman farsaing XPS uachdar an t-sampall 2707 HDSS anns an dà mheadhan 7 latha agus 14 latha, fa leth.
(a) 7 latha de nochdadh do P. aeruginosa, (b) 14 latha de nochdadh do P. aeruginosa, (c) 7 latha ann am meadhan neo-bhitheach agus (d) 14 latha ann am meadhan neo-bhitheach.
Tha HDSS a’ nochdadh ìrean àrda de dh’aghaidh creimeadh anns a’ mhòr-chuid de dh’àrainneachdan. Dh’innis Kim et al. 2 gun deach UNS S32707 HDSS a mhìneachadh mar DSS làn-aloidh le PREN de chòrr is 45. B’ e 49 luach PREN an t-sampall 2707 HDSS san obair seo. Tha seo mar thoradh air an t-susbaint àrd cròmium aige agus ìrean àrda molybdenum agus Ni, a tha buannachdail ann an àrainneachdan searbhagach agus àrd-chlòraid. A bharrachd air an sin, tha co-dhèanamh cothromach agus meanbh-structar gun lochd feumail airson seasmhachd structarail agus strì an aghaidh creimeadh. Ach, a dh’ aindeoin an strì ceimigeach sàr-mhath aige, tha an dàta deuchainneach san obair seo a’ moladh nach eil 2707 HDSS gu tur dìonach bho MIC biofilms P. aeruginosa.
Sheall toraidhean electroceimigeach gun robh an ìre creimeadh de 2707 HDSS ann am broth P. aeruginosa air a dhol suas gu mòr an dèidh 14 latha an taca ri meadhan neo-bhitheòlasach. Ann am Figear 2a, chaidh lùghdachadh ann an Eocp fhaicinn an dà chuid ann am meadhan neo-bhitheòlasach agus broth P. aeruginosa rè a’ chiad 24 uairean. Às deidh sin, tha am biofilm air crìoch a chuir air uachdar an t-sampall a chòmhdach agus tha an Eocp air fàs gu math seasmhach36. Ach, bha ìre Eocp bith-eòlasach mòran nas àirde na ìre Eocp neo-bhitheòlasach. Tha adhbhar ann a bhith a’ creidsinn gur ann mar thoradh air cruthachadh biofilm P. aeruginosa a tha an diofar seo. Ann am Figear 2d, ann an làthaireachd P. aeruginosa, ràinig luach icorr 2707 HDSS 0.627 μA cm-2, a bha òrdugh meudachd nas àirde na luach an smachd neo-bhitheòlasach (0.063 μA cm-2), a bha a rèir luach Rct a chaidh a thomhas le EIS. Rè a’ chiad beagan làithean, luachan impedance ann am P. Mheudaich broth aeruginosa air sgàth ceangal cheallan P. aeruginosa agus cruthachadh biofilms. Ach, nuair a chòmhdaicheas am biofilm uachdar an sampall gu tur, lùghdaicheas an impedance. Is e an ìre dìona a thèid ionnsaigh a thoirt air an toiseach air sgàth cruthachadh biofilms agus metabolites biofilm. Mar sin, lùghdaich an aghaidh creimeadh thar ùine, agus dh’ adhbhraich ceangal P. aeruginosa creimeadh ionadail. Bha na gluasadan ann am meadhanan abiotic eadar-dhealaichte. Bha an aghaidh creimeadh den smachd neo-bhitheòlasach mòran nas àirde na an luach co-fhreagarrach de na sampallan a chaidh a nochdadh do bhroth P. aeruginosa. A bharrachd air an sin, airson sampallan abiotic, ràinig luach Rct 2707 HDSS 489 kΩ cm2 air latha 14, a bha 15 uiread luach Rct (32 kΩ cm2) an làthair P. aeruginosa. Mar sin, tha strì an aghaidh creimeadh sàr-mhath aig 2707 HDSS ann an àrainneachd steirile, ach chan eil e an aghaidh ionnsaigh MIC le biofilms P. aeruginosa.
Chithear na toraidhean seo cuideachd bho na lùban pòlarachaidh ann am Figear 2b. Chaidh am geugachadh anodic a chur às leth cruthachadh biofilm Pseudomonas aeruginosa agus ath-bhualaidhean oxidation meatailt. Aig an aon àm, is e lughdachadh ocsaidean an ath-bhualadh cathodic. Mheudaich làthaireachd P. aeruginosa dùmhlachd sruth creimeadh gu mòr, timcheall air òrdugh meudachd nas àirde na an smachd abiotic. Tha seo a’ nochdadh gu bheil biofilm P. aeruginosa a’ meudachadh creimeadh ionadail 2707 HDSS. Fhuair Yuan et al29 a-mach gun do dh’ èirich dùmhlachd sruth creimeadh aloidh 70/30 Cu-Ni fo dhùbhlan biofilm P. aeruginosa. Is dòcha gu bheil seo mar thoradh air biocatalachadh lughdachadh ocsaidean le biofilms Pseudomonas aeruginosa. Is dòcha gu bheil an amharc seo cuideachd a’ mìneachadh MIC 2707 HDSS san obair seo. Is dòcha gu bheil nas lugha ocsaidean fodha ann am biofilms aerobic cuideachd. Mar sin, is dòcha gur e fàilligeadh ann an ath-fhulangas uachdar a’ mheatailt le ocsaidean a tha na fhactar a tha a’ cur ris an MIC san obair seo.
Mhol Dickinson et al. 38 gum faodadh gnìomhachd metabolach bacteria neo-ghluasadach air uachdar an t-sampall agus nàdar nan toraidhean creimeadh buaidh dhìreach a thoirt air ìrean ath-bheachdan ceimigeach agus dealan-cheimigeach. Mar a chithear ann am Figear 5 agus Clàr 5, lùghdaich an dà chuid àireamh cheallan agus tiugh biofilm an dèidh 14 latha. Faodar seo a mhìneachadh gu reusanta leis gun do bhàsaich a’ mhòr-chuid de na ceallan neo-ghluasadach air uachdar 2707 HDSS an dèidh 14 latha air sgàth crìonadh beathachaidh anns a’ mheadhan 2216E no leigeil ma sgaoil ianan meatailt puinnseanta bhon mhaitriceas 2707 HDSS. Is e seo cuingealachadh air deuchainnean baidse.
Anns an obair seo, bhrosnaich am biofilm P. aeruginosa crìonadh ionadail Cr agus Fe fon biofilm air uachdar 2707 HDSS (Figear 6). Ann an Clàr 6, tha lùghdachadh Fe agus Cr ann an sampall D an taca ri sampall C, a’ nochdadh gun do mhair Fe agus Cr sgaoilte air adhbhrachadh le biofilm P. aeruginosa nas fhaide na a’ chiad 7 latha. Tha am meadhan 2216E air a chleachdadh gus àrainneachdan mara atharrais. Tha 17700 ppm Cl- ann, a tha co-chosmhail ris an fhear a lorgar ann an uisge mara nàdarrach. B’ e làthaireachd 17700 ppm Cl- am prìomh adhbhar airson an lùghdachadh ann an Cr anns na sampallan abiotic 7- agus 14-latha a chaidh a sgrùdadh le XPS. An taca ri sampallan P. aeruginosa, bha sgaoileadh Cr ann an sampallan abiotic mòran nas lugha air sgàth an aghaidh làidir Cl− de 2707 HDSS ann an àrainneachdan abiotic. Tha Figear 9 a’ sealltainn làthaireachd Cr6+ anns an fhilm passivation. Is dòcha gu bheil e an sàs ann a bhith a’ toirt air falbh Cr bho uachdar stàilinn le P. biofilms aeruginosa, mar a mhol Chen agus Clayton.
Air sgàth fàs bacteria, bha luachan pH a’ mheadhain ro agus às dèidh àiteachaidh 7.4 agus 8.2, fa leth. Mar sin, fo biofilm P. aeruginosa, tha e eu-coltach gum bi creimeadh searbhag organach na fhactar a tha a’ cur ris an obair seo air sgàth an pH àrd gu ìre mhath anns a’ mheadhan mhòr. Cha do dh’atharraich pH a’ mheadhain smachd neo-bhitheòlasach gu mòr (bho 7.4 tùsail gu 7.5 mu dheireadh) rè na h-ùine deuchainn 14-latha. Bha an àrdachadh ann am pH anns a’ mheadhan in-ghabhail às dèidh goinneadaireachd mar thoradh air gnìomhachd metabolach P. aeruginosa agus chaidh a lorg gu robh an aon bhuaidh aige air pH às aonais stiallan deuchainn.
Mar a chithear ann am Figear 7, b’ e 0.69 μm an doimhneachd as motha a dh’ adhbhraich biofilm P. aeruginosa, a bha mòran nas motha na doimhneachd a’ mheadhain neo-bhitheach (0.02 μm). Tha seo a rèir an dàta dealan-cheimigeach a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd. Tha doimhneachd na sloiche 0.69 μm còrr is deich uiread nas lugha na an luach 9.5 μm a chaidh aithris airson an 2205 DSS fo na h-aon chumhachan. Tha an dàta seo a’ sealltainn gu bheil 2707 HDSS a’ nochdadh strì an aghaidh MIC nas fheàrr an taca ri 2205 DSS. Cha bu chòir seo a bhith na iongnadh, leis gu bheil susbaint cromium nas àirde aig 2707 HDSS, a’ toirt seachad fulangas nas maireannaiche, air sgàth an structar ìre cothromach às aonais deàlradh àrd-sgoile cronail, ga dhèanamh nas duilghe do P. aeruginosa dì-fhulangas agus puingean eclipse a thòiseachadh.
Mar cho-dhùnadh, chaidh claisean MIC a lorg air uachdar 2707 HDSS ann am broth P. aeruginosa an taca ri claisean glè bheag ann am meadhanan neo-bhitheach. Tha an obair seo a’ sealltainn gu bheil strì an aghaidh MIC nas fheàrr aig 2707 HDSS na 2205 DSS, ach chan eil e gu tur dìonach bho MIC air sgàth biofilm P. aeruginosa. Bidh na co-dhùnaidhean seo a’ cuideachadh le bhith a’ taghadh stàilinn gun smal freagarrach agus a’ meas fad-beatha seirbheis airson na h-àrainneachd mara.
Tha an cùpón airson 2707 HDSS air a thoirt seachad le Sgoil Meatailt Oilthigh an Ear-thuath (NEU) ann an Shenyang, Sìona. Tha co-dhèanamh eileamaideach 2707 HDSS air a shealltainn ann an Clàr 1, a chaidh a sgrùdadh le Roinn Mion-sgrùdadh is Deuchainn Stuthan NEU. Chaidh a h-uile sampall a làimhseachadh le fuasgladh aig 1180 °C airson 1 uair a thìde. Mus deach deuchainn creimeadh a dhèanamh, chaidh 2707 HDSS cumadh bonn le farsaingeachd uachdar fosgailte de 1 cm2 a lìomhadh gu 2000 grit le pàipear silicon carbide agus a lìomhadh tuilleadh le crochadh pùdar 0.05 μm Al2O3. Tha na taobhan agus a’ bhonn air an dìon le peant neo-ghnìomhach. Às deidh tiormachadh, chaidh na sampallan a shruthladh le uisge dì-ionichte sterile agus an sterilachadh le ethanol 75% (v/v) airson 0.5 uair a thìde. An uairsin chaidh an tiormachadh san adhar fo sholas ultraviolet (UV) airson 0.5 uair a thìde mus deach an cleachdadh.
Chaidh seòrsa MCCC 1A00099 de Pseudomonas aeruginosa Mara a cheannach bho Ionad Cruinneachaidh Cultar Mara Xiamen (MCCC), Sìona. Chaidh Pseudomonas aeruginosa fhàs gu h-aerobic aig 37°C ann am flasgaichean 250 ml agus ceallan glainne electroceimiceach 500 ml a’ cleachdadh meadhan leaghaidh Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Sìona). Meadhan (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 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4 , 5.0 peptone, 1.0 earrann beirm agus 0.1 citrate ferric. Autoclave aig 121°C airson 20 mionaid mus tèid a chur a-steach. Cunnt ceallan neo-sheasmhach agus planctonach le bhith a’ cleachdadh hemocytometer fo mhiocroscop solais aig meudachadh 400X. B’ e timcheall air 106 ceallan / ml dùmhlachd tùsail cealla de Pseudomonas aeruginosa planctonach dìreach às deidh a’ chur a-steach.
Chaidh deuchainnean electroceimigeach a dhèanamh ann an cealla glainne trì-electrode clasaigeach le meud meadhanach de 500 ml. Chaidh duilleag platanam agus electrode calomel shàthaichte (SCE) a cheangal ris an reactar tro capillaries Luggin air an lìonadh le drochaidean salainn, a’ frithealadh mar electrodan cunntais agus iomraidh, fa leth. Gus na electrodan obrach a dhèanamh, chaidh uèir copair còmhdaichte le rubair a cheangal ri gach sampall agus a chòmhdach le epoxy, a’ fàgail timcheall air 1 cm2 de raon uachdar aon-taobhach fosgailte airson an electrode obrach. Rè tomhais electroceimigeach, chaidh sampallan a chuir ann am meadhan 2216E agus an cumail aig teòthachd goir seasmhach (37 °C) ann an amar uisge. Chaidh dàta OCP, LPR, EIS agus polarization fiùghantach comasach a thomhas a’ cleachdadh potentiostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Chaidh deuchainnean LPR a chlàradh aig ìre sganaidh de 0.125 mV s-1 thairis air an raon -5 agus 5 mV le Eocp agus tricead samplachaidh de 1 Hz. Chaidh EIS a dhèanamh le tonn sine anns an raon tricead 0.01 gu 10,000 Hz a’ cleachdadh bholtaids 5 mV aig Eocp staid sheasmhach. Mus deach an sguabadh comasach a dhèanamh, bha na electrodan ann am modh cuairt fhosgailte gus an deach luach comasachd creimeadh saor seasmhach a ruighinn. Chaidh lùban poilearachd an uairsin a ruith bho -0.2 gu 1.5 V an aghaidh Eocp aig ìre sganaidh de 0.166 mV/s. Chaidh gach deuchainn ath-aithris 3 tursan le agus às aonais P. aeruginosa.
Chaidh sampallan airson mion-sgrùdadh meatailteagrafach a lìomhadh gu meacanaigeach le pàipear SiC fliuch 2000 grit agus an uairsin an lìomhadh tuilleadh le crochadh pùdar Al2O3 0.05 μm airson amharc optigeach. Chaidh mion-sgrùdadh meatailteagrafach a dhèanamh a’ cleachdadh miocroscop optigeach. Chaidh na sampallan a ghràbhaladh le fuasgladh potasium hydroxide 10 wt.% 43.
Às dèidh goinneadaireachd, chaidh na sampallan a nighe 3 tursan le fuasgladh saline bufair fosfáit (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) agus an uairsin chaidh an socrachadh le 2.5% (v/v) glutaraldehyde airson 10 uairean a thìde gus biofilms a shocrachadh. Às dèidh sin, chaidh an dì-uisgeachadh le sreath ìreichte (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% agus 100% v/v) de ethanol mus deach an tiormachadh san adhar. Mu dheireadh, tha uachdar an t-sampall air a sputteradh le film òir gus seoltachd a thoirt seachad airson amharc SEM. Chaidh na h-ìomhaighean SEM a chuimseachadh air na spotan leis na ceallan P. aeruginosa as socraiche air uachdar gach sampall. Dèan mion-sgrùdadh EDS gus eileamaidean ceimigeach a lorg. Chaidh Microscop Sganaidh Leusair Confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, a' Ghearmailt) a chleachdadh gus doimhneachd an t-sloc a thomhas. Gus na slocan creimeadh fon biofilm fhaicinn, chaidh am pìos deuchainn a ghlanadh an toiseach a rèir Inbhe Nàiseanta Shìona. (CNS) GB/T4334.4-2000 gus na toraidhean creimeadh agus am biofilm a thoirt air falbh bho uachdar a’ phìos deuchainn.
Chaidh mion-sgrùdadh speactroscopaidh foto-eileagtron X-ghath (XPS, siostam anailis uachdar ESCALAB250, Thermo VG, USA) a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh stòr X-ghath aon-dathach (loidhne alùmanum Kα aig lùth 1500 eV agus cumhachd 150 W) thairis air raon lùth ceangail farsaing 0 fo chumhachan àbhaisteach –1350 eV. Chaidh speactraman àrd-rèiteachaidh a chlàradh le bhith a’ cleachdadh lùth pas 50 eV agus meud ceum 0.2 eV.
Chaidh na sampallan a chaidh a ghoir a thoirt a-mach agus an sruthladh gu socair le PBS (pH 7.4 ± 0.2) airson 15 s45. Gus comas-beò bacteriach nam biofilms fhaicinn air na sampallan, chaidh na biofilms a dhath le bhith a’ cleachdadh an LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Tha dà dhath fluorescent anns a’ phacaid, dath SYTO-9 fluorescent uaine agus dath propidium iodide (PI) fluorescent dearg. Fo CLSM, tha dotagan le uaine is dearg fluorescent a’ riochdachadh cheallan beò agus marbh, fa leth. Airson dathadh, chaidh measgachadh 1 ml anns a bheil 3 μl de fhuasgladh SYTO-9 agus 3 μl de PI a ghoir airson 20 mionaid aig teòthachd an t-seòmair (23 oC) anns an dorchadas. Às deidh sin, chaidh na sampallan dathte fhaicinn aig dà thonnan-fada (488 nm airson ceallan beò agus 559 nm airson ceallan marbh) a’ cleachdadh inneal Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Iapan). Chaidh tiugh biofilm a thomhas ann am modh sganaidh 3-D.
Mar a bheir thu luaidh air an artaigil seo: Li, H. et al. Creimeadh meanbh-bhitheach air stàilinn gun staoin 2707 super duplex le biofilm mara Pseudomonas aeruginosa.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Sgoltadh creimeadh cuideam de stàilinn gun smal dà-fhillte LDX 2101 ann am fuasgladh clòraid an làthair thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Buaidh làimhseachadh teas fuasglaidh agus naitridean ann an gas dìona air strì an aghaidh creimeadh toll ann an tàthaidhean stàilinn gun smal super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sgrùdadh Ceimigeach Coimeasach air Creimeadh Pitting air adhbhrachadh le Miocroban agus Dealan-cheimigeach ann an Stàilinn gun Mheirg 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Giùlan dealan-cheimigeach stàilinn gun smal dà-fhillte 2205 ann am fuasglaidhean alcaileach de dhiofar pH an làthair clòraid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Buaidh biofilmichean mara air creimeadh: lèirmheas goirid. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).