Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que uses un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, mostraremos o sitio sen estilos nin JavaScript.
A corrosión microbiana (MIC) é un problema grave en moitas industrias, xa que pode causar enormes perdas económicas. O aceiro inoxidable superdúplex 2707 (2707 HDSS) utilizouse en ambientes mariños debido á súa excelente resistencia química. Non obstante, a súa resistencia á MIC non se demostrou experimentalmente. Neste estudo, investigouse o comportamento da MIC do 2707 HDSS causado pola bacteria aeróbica mariña Pseudomonas aeruginosa. A análise electroquímica mostrou que, en presenza de biopelícula de Pseudomonas aeruginosa no medio 2216E, houbo un cambio positivo no potencial de corrosión e un aumento na densidade de corrente de corrosión. A análise de espectroscopia fotoelectrónica de raios X (XPS) mostrou unha diminución no contido de Cr na superficie da mostra debaixo da biopelícula. A análise de imaxes das fosas mostrou que a biopelícula de P. aeruginosa produciu unha profundidade máxima de fosa de 0,69 μm durante 14 días de incubación. Aínda que isto é pequeno, indica que o 2707 HDSS non é totalmente inmune á MIC de P. aeruginosa. biopelículas.
Os aceiros inoxidables dúplex (DSS) úsanse amplamente en diversas industrias pola súa combinación ideal de excelentes propiedades mecánicas e resistencia á corrosión1,2. Non obstante, aínda se producen picaduras localizadas que afectan á integridade deste aceiro3,4. O DSS non é resistente á corrosión microbiana (MIC)5,6. A pesar da ampla gama de aplicacións do DSS, aínda hai ambientes onde a resistencia á corrosión do DSS non é suficiente para o uso a longo prazo. Isto significa que se requiren materiais máis caros con maior resistencia á corrosión. Jeon et al7 descubriron que mesmo os aceiros inoxidables superdúplex (SDSS) teñen algunhas limitacións en termos de resistencia á corrosión. Polo tanto, nalgunhas aplicacións requírense aceiros inoxidables superdúplex (HDSS) con maior resistencia á corrosión. Isto levou ao desenvolvemento de HDSS altamente aliados.
A resistencia á corrosión do DSS depende da proporción entre as fases alfa e gamma e as rexións 8, 9, 10 con menos Cr, Mo e W adxacentes á segunda fase. O HDSS contén un alto contido de Cr, Mo e N11, polo que ten unha excelente resistencia á corrosión e un número equivalente de resistencia á picadura (PREN) de alto valor (45-50), determinado por % en peso de Cr + 3,3 (% en peso de Mo + 0,5 % en peso de W) + 16 % en peso de N12. A súa excelente resistencia á corrosión baséase nunha composición equilibrada que contén aproximadamente un 50 % de fases de ferrita (α) e un 50 % de austenita (γ). O HDSS ten mellores propiedades mecánicas e unha maior resistencia que o DSS13 convencional. Propiedades de corrosión por cloruros. A mellora da resistencia á corrosión amplía o uso do HDSS en ambientes con cloruros máis corrosivos, como os ambientes mariños.
As bacterias redutoras de sulfato (MIC) son un problema importante en moitas industrias, como as de petróleo e gas e as empresas de servizos de auga14. A MIC representa o 20 % de todos os danos por corrosión15. A MIC é unha corrosión bioelectroquímica que se pode observar en moitos ambientes. As biopelículas que se forman nas superficies metálicas alteran as condicións electroquímicas, o que afecta o proceso de corrosión. Crese amplamente que a corrosión da MIC é causada por biopelículas. Os microorganismos electroxénicos corroen os metais para obter enerxía de mantemento para sobrevivir17. Estudos recentes sobre a MIC demostraron que a EET (transferencia extracelular de electróns) é o factor limitante da velocidade na MIC inducida por microorganismos electroxénicos. Zhang et al. 18 demostraron que os mediadores de electróns aceleran a transferencia de electróns entre as células de Desulfovibrio sessificans e o aceiro inoxidable 304, o que leva a un ataque de MIC máis grave. Enning et al. 19 e Venzlaff et al. 20 demostraron que as biopelículas de bacterias redutoras de sulfato (SRB) corrosivas poden absorber directamente electróns dos substratos metálicos, o que resulta nunha corrosión por picaduras grave.
Sábese que os DSS son susceptibles á concentración mínima inhibitoria (CMI) en ambientes que conteñen SRB, bacterias redutoras de ferro (IRB) etc.21. Estas bacterias causan picaduras localizadas nas superficies dos DSS baixo biopelículas22,23. A diferenza dos DSS, a CMI dos HDSS24 é pouco coñecida.
Pseudomonas aeruginosa é unha bacteria gramnegativa móbil con forma de bastón amplamente distribuída na natureza25. Pseudomonas aeruginosa tamén é un grupo microbiano importante no medio mariño, que causa a corrosión microbiana mínima (MIC) do aceiro. Pseudomonas está estreitamente implicada nos procesos de corrosión e é recoñecida como unha colonizadora pioneira durante a formación de biopelículas. Mahat et al. 28 e Yuan et al. 29 demostraron que Pseudomonas aeruginosa tende a aumentar a taxa de corrosión do aceiro doce e as aliaxes en ambientes acuosos.
O obxectivo principal deste traballo foi investigar as propiedades da concentración mínima inhibitoria (CMI) do HDSS 2707 causadas pola bacteria aeróbica mariña Pseudomonas aeruginosa utilizando métodos electroquímicos, técnicas analíticas de superficies e análise de produtos de corrosión. Realizáronse estudos electroquímicos, incluíndo o potencial de circuíto aberto (OCP), a resistencia á polarización lineal (LPR), a espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) e a polarización dinámica potencial para estudar o comportamento da CMI do HDSS 2707. Realizouse unha análise por espectrómetro de dispersión de enerxía (EDS) para atopar elementos químicos na superficie corroída. Ademais, utilizouse a análise por espectroscopia fotoelectrónica de raios X (XPS) para determinar a estabilidade da pasivación da película de óxido baixo a influencia dun ambiente mariño que contén Pseudomonas aeruginosa. A profundidade do pozo mediuse cun microscopio confocal de varrido láser (CLSM).
A táboa 1 enumera a composición química do aceiro inoxidable 2707 HDSS. A táboa 2 mostra que o aceiro inoxidable 2707 HDSS ten excelentes propiedades mecánicas cun límite elástico de 650 MPa. A figura 1 mostra a microestrutura óptica do aceiro inoxidable 2707 HDSS tratado termicamente en solución. Pódense ver bandas alongadas de fases de austenita e ferrita sen fases secundarias na microestrutura que contén aproximadamente un 50 % de fases de austenita e un 50 % de ferrita.
A figura 2a mostra os datos de potencial de circuíto aberto (Eocp) fronte ao tempo de exposición para 2707 HDSS en medio abiótico 2216E e caldo P. aeruginosa durante 14 días a 37 °C. Mostra que o cambio maior e significativo en Eocp ocorre dentro das primeiras 24 horas. Os valores de Eocp en ambos os casos alcanzaron un máximo de -145 mV (fronte a SCE) arredor das 16 h e despois caeron bruscamente, alcanzando -477 mV (fronte a SCE) e -236 mV (fronte a SCE) para a mostra abiótica e P, respectivamente. Cupóns de Pseudomonas aeruginosa, respectivamente. Despois de 24 horas, o valor de Eocp de 2707 HDSS para P. aeruginosa foi relativamente estable a -228 mV (fronte a SCE), mentres que o valor correspondente para mostras non biolóxicas foi de aproximadamente -442 mV (fronte a SCE). A Eocp en presenza de P. aeruginosa foi bastante baixa.
Probas electroquímicas de 2707 mostras de HDSS en medio abiótico e caldo de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Eocp como función do tempo de exposición, (b) curvas de polarización no día 14, (c) Rp como función do tempo de exposición e (d) icorr como función do tempo de exposición.
A táboa 3 enumera os valores dos parámetros de corrosión electroquímica de 2707 mostras de HDSS expostas a un medio abiótico e a un medio inoculado con Pseudomonas aeruginosa durante 14 días. As tanxentes das curvas anódica e catódica extrapoláronse para chegar ás interseccións que producen a densidade de corrente de corrosión (icorr), o potencial de corrosión (Ecorr) e as pendentes de Tafel (βα e βc) segundo os métodos estándar30,31.
Como se mostra na Figura 2b, o desprazamento cara arriba da curva de P. aeruginosa provocou un aumento de Ecorr en comparación coa curva abiótica. O valor de icorr, que é proporcional á taxa de corrosión, aumentou a 0,328 μA cm-2 na mostra de Pseudomonas aeruginosa, catro veces maior que o da mostra non biolóxica (0,087 μA cm-2).
A RPL é un método electroquímico non destrutivo clásico para a análise rápida da corrosión. Tamén se empregou para estudar a MIC32. A figura 2c mostra a resistencia á polarización (Rp) en función do tempo de exposición. Un valor de Rp máis alto significa menos corrosión. Nas primeiras 24 horas, a Rp do 2707 HDSS alcanzou un valor máximo de 1955 kΩ cm2 para mostras abióticas e de 1429 kΩ cm2 para mostras de Pseudomonas aeruginosa. A figura 2c tamén mostra que o valor de Rp diminuíu rapidamente despois dun día e logo permaneceu relativamente sen cambios durante os seguintes 13 días. O valor de Rp da mostra de Pseudomonas aeruginosa é duns 40 kΩ cm2, que é moito menor que o valor de 450 kΩ cm2 da mostra non biolóxica.
O valor de icorr é proporcional á taxa de corrosión uniforme. O seu valor pódese calcular a partir da seguinte ecuación de Stern-Geary:
Seguindo a Zou et al. 33, asumiuse que un valor típico da pendente de Tafel B neste traballo era de 26 mV/dec. A figura 2d mostra que a icorr da mostra non biolóxica 2707 permaneceu relativamente estable, mentres que a mostra de P. aeruginosa fluctuou moito despois das primeiras 24 horas. Os valores de icorr das mostras de P. aeruginosa foron unha orde de magnitude superiores aos dos controis non biolóxicos. Esta tendencia é consistente cos resultados da resistencia á polarización.
A EIS é outra técnica non destrutiva empregada para caracterizar as reaccións electroquímicas en interfaces corroídas. Espectros de impedancia e valores de capacitancia calculados de mostras expostas a medios abióticos e a unha solución de Pseudomonas aeruginosa, resistencia Rb da película pasiva/biopelícula formada na superficie da mostra, resistencia á transferencia de carga Rct, capacitancia eléctrica de dobre capa Cdl (EDL) e parámetros do elemento de fase constante (CPE) de QCPE. Estes parámetros analizáronse posteriormente axustando os datos cun modelo de circuíto equivalente (EEC).
A figura 3 mostra gráficos típicos de Nyquist (a e b) e de Bode (a' e b') de 2707 mostras de HDSS en medio abiótico e caldo de P. aeruginosa para diferentes tempos de incubación. O diámetro do anel de Nyquist diminúe en presenza de Pseudomonas aeruginosa. O diagrama de Bode (Fig. 3b') mostra un aumento na magnitude da impedancia total. Os máximos de fase poden proporcionar información sobre a constante de tempo de relaxación. A figura 4 mostra as estruturas físicas baseadas en monocapa (a) e bicapa (b) e os seus EEC correspondentes. O CPE introdúcese no modelo de EEC. A súa admitancia e impedancia exprésanse do seguinte xeito:
Dous modelos físicos e os circuítos equivalentes correspondentes para axustar o espectro de impedancia da mostra 2707 HDSS:
onde Y0 é a magnitude do CPE, j é o número imaxinario ou (-1)1/2, ω é a frecuencia angular e n é o índice de potencia do CPE menor que a unidade35. O inverso da resistencia á transferencia de carga (é dicir, 1/Rct) corresponde á taxa de corrosión. Un Rct menor significa unha taxa de corrosión máis rápida27. Despois de 14 días de incubación, o Rct das mostras de Pseudomonas aeruginosa alcanzou os 32 kΩ cm2, moito menor que os 489 kΩ cm2 das mostras non biolóxicas (Táboa 4).
As imaxes CLSM e as imaxes SEM da Figura 5 mostran claramente que a cobertura de biofilm na superficie da mostra 2707 HDSS despois de 7 días é densa. Non obstante, despois de 14 días, a cobertura de biofilm era escasa e apareceron algunhas células mortas. A Táboa 5 mostra o grosor do biofilm nas mostras 2707 HDSS despois da exposición a P. aeruginosa durante 7 e 14 días. O grosor máximo do biofilm cambiou de 23,4 μm despois de 7 días a 18,9 μm despois de 14 días. O grosor medio do biofilm tamén confirmou esta tendencia. Diminuíu de 22,2 ± 0,7 μm despois de 7 días a 17,8 ± 1,0 μm despois de 14 días.
(a) Imaxe CLSM en 3D despois de 7 días, (b) Imaxe CLSM en 3D despois de 14 días, (c) Imaxe SEM despois de 7 días e (d) Imaxe SEM despois de 14 días.
A EDS revelou elementos químicos en biopelículas e produtos de corrosión en mostras expostas a P. aeruginosa durante 14 días. A figura 6 mostra que o contido de C, N, O e P en biopelículas e produtos de corrosión é moito maior que o dos metais espidos, porque estes elementos están asociados con biopelículas e os seus metabolitos. Os microbios só necesitan cantidades residuais de cromo e ferro. Os altos niveis de Cr e Fe en biopelículas e produtos de corrosión na superficie das mostras indican que a matriz metálica perdeu elementos debido á corrosión.
Despois de 14 días, observáronse picaduras con e sen P. aeruginosa no medio 2216E. Antes da incubación, a superficie da mostra era lisa e sen defectos (Fig. 7a). Despois da incubación e a eliminación do biofilm e dos produtos de corrosión, examináronse as picaduras máis profundas da superficie das mostras baixo CLSM, como se mostra na Figura 7b e c. Non se atoparon picaduras evidentes na superficie das mostras de control non biolóxicas (profundidade máxima da picadura 0,02 μm). A profundidade máxima da picadura causada por Pseudomonas aeruginosa foi de 0,52 μm despois de 7 días e de 0,69 μm despois de 14 días, baseándose na profundidade máxima media da picadura de 3 mostras (seleccionáronse 10 valores máximos de profundidade de picadura para cada mostra) que alcanzaron 0,42 ± 0,12 μm e 0,52 ± 0,15 μm, respectivamente (Táboa 5). Estes valores de profundidade da picadura son pequenos pero importantes.
(a) Antes da exposición, (b) 14 días en medio abiótico e (c) 14 días en caldo de Pseudomonas aeruginosa.
A figura 8 mostra os espectros XPS de diferentes superficies de mostras, e as composicións químicas analizadas para cada superficie resúmense na táboa 6. Na táboa 6, as porcentaxes atómicas de Fe e Cr en presenza de P. aeruginosa (mostras A e B) foron moito máis baixas que as das mostras de control non biolóxicas (mostras C e D). Para a mostra de P. aeruginosa, a curva espectral a nivel de núcleo de Cr2p axustouse a catro compoñentes de pico con valores de enerxía de enlace (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 e 586,8 eV, que se poden atribuír a Cr, Cr2O3, CrO3 e Cr(OH)3, respectivamente (Fig. 9a e b). Para mostras non biolóxicas, o espectro a nivel de núcleo de Cr2p contén dous picos principais para Cr (573,80 eV para BE) e Cr2O3 (575,90 eV para BE) na figura 9c e d, respectivamente. A diferenza máis rechamante entre as mostras abióticas e as de P. aeruginosa foi a presenza de Cr6+ e unha maior fracción relativa de Cr(OH)3 (BE de 586,8 eV) debaixo do biofilme.
Os amplos espectros XPS da superficie da mostra 2707 HDSS nos dous medios son de 7 e 14 días, respectivamente.
(a) 7 días de exposición a P. aeruginosa, (b) 14 días de exposición a P. aeruginosa, (c) 7 días en medio abiótico e (d) 14 días en medio abiótico.
O HDSS presenta altos niveis de resistencia á corrosión na maioría dos ambientes. Kim et al. 2 informaron de que o UNS S32707 HDSS se definía como un DSS altamente aliado cun PREN superior a 45. O valor PREN da mostra 2707 HDSS neste traballo foi de 49. Isto débese ao seu alto contido de cromo e aos altos niveis de molibdeno e Ni, que son beneficiosos en ambientes ácidos e con alto contido en cloruros. Ademais, unha composición ben equilibrada e unha microestrutura libre de defectos son útiles para a estabilidade estrutural e a resistencia á corrosión. Non obstante, a pesar da súa excelente resistencia química, os datos experimentais deste traballo suxiren que o 2707 HDSS non é completamente inmune á MIC dos biofilmes de P. aeruginosa.
Os resultados electroquímicos mostraron que a taxa de corrosión do HDSS 2707 no caldo de P. aeruginosa aumentou significativamente despois de 14 días en comparación co medio non biolóxico. Na Figura 2a, observouse unha redución da Eocp tanto no medio abiótico como no caldo de P. aeruginosa durante as primeiras 24 horas. Posteriormente, o biofilm completou de cubrir a superficie da mostra e a Eocp vólvese relativamente estable36. Non obstante, o nivel de Eocp biolóxica foi moito maior que o da Eocp non biolóxica. Hai razóns para crer que esta diferenza se debe á formación de biofilm de P. aeruginosa. Na Fig. 2d, en presenza de P. aeruginosa, o valor de icorr do HDSS 2707 alcanzou os 0,627 μA cm-2, unha orde de magnitude superior ao do control abiótico (0,063 μA cm-2), o que foi consistente co valor de Rct medido por EIS. Durante os primeiros días, os valores de impedancia no caldo de P. aeruginosa aumentou debido á adhesión de células de P. aeruginosa e á formación de biopelículas. Non obstante, cando a biopelícula cobre completamente a superficie da mostra, a impedancia diminúe. A capa protectora é atacada primeiro debido á formación de biopelículas e metabolitos de biopelículas. Polo tanto, a resistencia á corrosión diminuíu co tempo e a adhesión de P. aeruginosa causou corrosión localizada. As tendencias nos medios abióticos foron diferentes. A resistencia á corrosión do control non biolóxico foi moito maior que o valor correspondente das mostras expostas ao caldo de P. aeruginosa. Ademais, para as mostras abióticas, o valor Rct do 2707 HDSS alcanzou os 489 kΩ cm2 no día 14, o que foi 15 veces o valor Rct (32 kΩ cm2) en presenza de P. aeruginosa. Polo tanto, o 2707 HDSS ten unha excelente resistencia á corrosión nun ambiente estéril, pero non é resistente ao ataque MIC dos biopelículas de P. aeruginosa.
Estes resultados tamén se poden observar a partir das curvas de polarización da figura 2b. A ramificación anódica atribuíuse á formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa e ás reaccións de oxidación dos metais. Ao mesmo tempo, a reacción catódica é a redución do osíxeno. A presenza de P. aeruginosa aumentou considerablemente a densidade de corrente de corrosión, aproximadamente unha orde de magnitude maior que o control abiótico. Isto indica que a biopelícula de P. aeruginosa aumenta a corrosión localizada do HDSS 2707. Yuan et al29 descubriron que a densidade de corrente de corrosión da aliaxe de Cu-Ni 70/30 aumentaba baixo a exposición ao biopelícula de P. aeruginosa. Isto pode deberse á biocatálise da redución do osíxeno polos biopelículas de Pseudomonas aeruginosa. Esta observación tamén pode explicar a MIC do HDSS 2707 neste traballo. As biopelículas aeróbicas tamén poden ter menos osíxeno debaixo delas. Polo tanto, o feito de que non se reaxuste a pasivación da superficie metálica por osíxeno pode ser un factor que contribúe á MIC neste traballo.
Dickinson et al.38 suxeriron que as taxas das reaccións químicas e electroquímicas poden verse afectadas directamente pola actividade metabólica das bacterias sésiles na superficie da mostra e a natureza dos produtos de corrosión. Como se mostra na Figura 5 e na Táboa 5, tanto o número de células como o grosor do biofilm diminuíron despois de 14 días. Isto pódese explicar razoablemente porque despois de 14 días, a maioría das células sésiles na superficie do HDSS 2707 morreron debido ao esgotamento de nutrientes no medio 2216E ou á liberación de ións metálicos tóxicos da matriz do HDSS 2707. Esta é unha limitación dos experimentos por lotes.
Neste traballo, o biofilm de P. aeruginosa promoveu o esgotamento local de Cr e Fe debaixo do biofilm na superficie do HDSS 2707 (Fig. 6). Na Táboa 6, a redución de Fe e Cr na mostra D en comparación coa mostra C, indica que o Fe e Cr disoltos causados ​​polo biofilm de P. aeruginosa persistiron máis alá dos primeiros 7 días. O medio 2216E úsase para simular ambientes mariños. Contén 17700 ppm de Cl-, que é comparable ao que se atopa na auga de mar natural. A presenza de 17700 ppm de Cl- foi a principal razón da redución de Cr nas mostras abióticas de 7 e 14 días analizadas por XPS. En comparación coas mostras de P. aeruginosa, a disolución de Cr en mostras abióticas foi moito menor debido á forte resistencia ao Cl− do HDSS 2707 en ambientes abióticos. A Figura 9 mostra a presenza de Cr6+ na película de pasivación. Pode estar implicado na eliminación de Cr de superficies de aceiro por biopelículas de P. aeruginosa, como suxeriron Chen e Clayton.
Debido ao crecemento bacteriano, os valores de pH do medio antes e despois do cultivo foron de 7,4 e 8,2, respectivamente. Polo tanto, debaixo do biofilm de P. aeruginosa, é improbable que a corrosión por ácidos orgánicos sexa un factor que contribúa a este traballo debido ao pH relativamente alto no medio a granel. O pH do medio de control non biolóxico non cambiou significativamente (dun 7,4 inicial a un 7,5 final) durante o período de proba de 14 días. O aumento do pH no medio de inoculación despois da incubación debeuse á actividade metabólica de P. aeruginosa e descubriuse que tiña o mesmo efecto sobre o pH en ausencia de tiras reactivas.
Como se mostra na Figura 7, a profundidade máxima dos pozos causada polo biofilme de P. aeruginosa foi de 0,69 μm, moito maior que a do medio abiótico (0,02 μm). Isto é consistente cos datos electroquímicos descritos anteriormente. A profundidade dos pozos de 0,69 μm é máis de dez veces menor que o valor de 9,5 μm informado para o DSS 2205 nas mesmas condicións. Estes datos demostran que o HDSS 2707 presenta unha mellor resistencia á MIC en comparación co DSS 2205. Isto non debería sorprender, xa que o HDSS 2707 ten un maior contido de cromo, o que proporciona unha pasivación máis duradeira, debido á estrutura de fase equilibrada sen precipitados secundarios nocivos, o que dificulta a despasivación de P. aeruginosa e a eclipse dos puntos de inicio.
En conclusión, atopáronse picaduras de MIC na superficie do HDSS 2707 en caldo de P. aeruginosa en comparación con picaduras insignificantes en medios abióticos. Este traballo demostra que o HDSS 2707 ten unha mellor resistencia á MIC que o DSS 2205, pero non é totalmente inmune á MIC debido ao biofilm de P. aeruginosa. Estes achados axudan na selección de aceiros inoxidables axeitados e na estimación da vida útil para o ambiente mariño.
O cupón para o HDSS 2707 é proporcionado pola Escola de Metalurxia da Universidade do Nordeste (NEU) en Shenyang, China. A composición elemental do HDSS 2707 móstrase na Táboa 1, que foi analizada polo Departamento de Análise e Probas de Materiais da NEU. Todas as mostras foron tratadas en solución a 1180 °C durante 1 hora. Antes das probas de corrosión, o HDSS 2707 en forma de moeda cunha área superficial exposta superior de 1 cm2 foi pulido a 2000 grans con papel de carburo de silicio e pulido adicionalmente cunha suspensión de po de Al2O3 de 0,05 μm. Os laterais e a parte inferior están protexidos por pintura inerte. Despois do secado, as mostras foron enxaguadas con auga desionizada estéril e esterilizadas con etanol ao 75 % (v/v) durante 0,5 h. Despois, foron secadas ao aire baixo luz ultravioleta (UV) durante 0,5 horas antes do seu uso.
A cepa mariña de *Pseudomonas aeruginosa* MCCC 1A00099 adquiriuse no Centro de Recollida de Cultivos Mariños de Xiamen (MCCC), China. *Pseudomonas aeruginosa* cultivouse aeróbicamente a 37 °C en frascos de 250 ml e celas de vidro electroquímicas de 500 ml utilizando o medio líquido Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medio (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 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 de peptona, 1,0 de extracto de lévedo e 0,1 de citrato férrico. Autoclavar a 121 °C durante 20 minutos antes da inoculación. Contar as células sésiles e planctónicas cun hemocitómetro baixo un microscopio óptico cun aumento de 400X. A concentración celular inicial de Pseudomonas aeruginosa planctónica inmediatamente despois da inoculación foi de aproximadamente 106 células/ml.
As probas electroquímicas realizáronse nunha cela de vidro clásica de tres eléctrodos cun volume medio de 500 ml. Unha lámina de platino e un eléctrodo de calomelano saturado (SCE) conectáronse ao reactor a través de capilares de Luggin cheos de pontes salinas, que serven como contraelectródos e electrodos de referencia, respectivamente. Para fabricar os eléctrodos de traballo, uniuse un fío de cobre recuberto de goma a cada mostra e cubriuse con epoxi, deixando aproximadamente 1 cm2 de área superficial exposta dunha soa cara para o eléctrodo de traballo. Durante as medicións electroquímicas, as mostras colocáronse en medio 2216E e mantivéronse a unha temperatura de incubación constante (37 °C) nun baño de auga. Os datos de OCP, LPR, EIS e polarización dinámica potencial medíronse usando un potenciostato Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., EUA). As probas LPR rexistráronse a unha velocidade de varrido de 0,125 mV s-1 no rango de -5 e 5 mV con Eocp e unha frecuencia de mostraxe de 1 Hz. O EIS realizouse cunha onda sinusoidal no rango de frecuencia. De 0,01 a 10 000 Hz usando unha tensión aplicada de 5 mV a Eocp en estado estacionario. Antes do varrido de potencial, os eléctrodos estiveron en modo de circuíto aberto ata que se alcanzou un valor de potencial de corrosión libre estable. As curvas de polarización executáronse de -0,2 a 1,5 V fronte a Eocp a unha velocidade de varrido de 0,166 mV/s. Cada proba repetiuse 3 veces con e sen P. aeruginosa.
As mostras para a análise metalográfica pulíronse mecanicamente con papel de SiC húmido de gran 2000 e, a continuación, pulíronse aínda máis cunha suspensión de po de Al2O3 de 0,05 μm para a súa observación óptica. A análise metalográfica realizouse cun microscopio óptico. As mostras graváronse cunha solución de hidróxido de potasio ao 10 % en peso de 43.
Despois da incubación, as mostras laváronse 3 veces con solución salina tamponada con fosfato (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) e despois fixáronse con glutaraldehído ao 2,5 % (v/v) durante 10 horas para fixar os biofilmes. Posteriormente, deshidratáronse cunha serie graduada (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % e 100 % v/v) de etanol antes de secalas ao aire. Finalmente, a superficie da mostra pulverízase cunha película de ouro para proporcionar condutividade para a observación SEM. As imaxes SEM enfocáronse nos puntos coas células de P. aeruginosa máis sésiles na superficie de cada mostra. Realizouse unha análise EDS para atopar elementos químicos. Utilizouse un microscopio confocal de varrido láser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Alemaña) para medir a profundidade dos pozos. Para observar os pozos de corrosión baixo o biofilm, a peza de proba limpouse primeiro segundo as instrucións do Regulamento Nacional Chinés. Norma (CNS) GB/T4334.4-2000 para eliminar os produtos de corrosión e o biofilm na superficie da proba.
A análise por espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS, sistema de análise superficial ESCALAB250, Thermo VG, EUA) realizouse empregando unha fonte de raios X monocromática (liña Kα de aluminio a 1500 eV de enerxía e 150 W de potencia) nun amplo rango de enerxía de enlace de 0 a 1350 eV en condicións estándar. Rexistráronse espectros de alta resolución empregando unha enerxía de paso de 50 eV e un tamaño de paso de 0,2 eV.
As mostras incubadas retiráronse e enxágáronse suavemente con PBS (pH 7,4 ± 0,2) durante 15 s45. Para observar a viabilidade bacteriana dos biofilmes nas mostras, estes foron tinguidos co kit de viabilidade bacteriana LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, EUA). O kit ten dous colorantes fluorescentes, un colorante verde fluorescente SYTO-9 e un colorante vermello fluorescente de ioduro de propidio (PI). En CLSM, os puntos con verde e vermello fluorescentes representan células vivas e mortas, respectivamente. Para a tinguidura, incubouse unha mestura de 1 ml que contiña 3 μl de solución SYTO-9 e 3 μl de PI durante 20 minutos a temperatura ambiente (23 °C) na escuridade. Despois, observáronse as mostras tinguidas a dúas lonxitudes de onda (488 nm para células vivas e 559 nm para células mortas) usando unha máquina Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Xapón). O grosor do biofilm mediuse en modo de dixitalización 3D.
Como citar este artigo: Li, H. et al. Corrosión microbiana do aceiro inoxidable superdúplex 2707 por Pseudomonas aeruginosa mariña biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. e Zucchi, F. Fisuración por corrosión baixo tensión do aceiro inoxidable dúplex LDX 2101 en solución de cloruro en presenza de tiosulfato.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS e Park, YS. Efecto do tratamento térmico en solución e nitróxeno no gas de protección sobre a resistencia á corrosión por picaduras de soldaduras de aceiro inoxidable superdúplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. e Lewandowski, Z. Estudo químico comparativo da corrosión por picaduras inducida microbiana e electroquimicamente en aceiro inoxidable 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG e Xiao, K. Comportamento electroquímico do aceiro inoxidable dúplex 2205 en solucións alcalinas de diferente pH en presenza de cloruro. Electrochim. Journal. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS e Ray, RI. O efecto dos biofilmes mariños na corrosión: unha revisión concisa. Electrochim. Journal. 54, 2-7 (2008).