Շնորհակալություն Nature.com կայք այցելելու համար: Ձեր օգտագործած դիտարկիչի տարբերակը սահմանափակ աջակցություն ունի CSS-ի համար: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Մինչդեռ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար, մենք կայքը կցուցադրենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Մանրէային կոռոզիան (ՄԻԿ) լուրջ խնդիր է բազմաթիվ ոլորտներում, քանի որ այն կարող է հսկայական տնտեսական վնասներ պատճառել: 2707 սուպեր դուպլեքս չժանգոտվող պողպատը (2707 HDSS) օգտագործվել է ծովային միջավայրերում՝ իր գերազանց քիմիական դիմադրության շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, դրա ՄԻԿ-ի նկատմամբ դիմադրողականությունը փորձարարորեն չի ապացուցվել: Այս ուսումնասիրության մեջ ուսումնասիրվել է 2707 HDSS-ի ՄԻԿ վարքագիծը, որն առաջացել է ծովային աէրոբ մանրէ Pseudomonas aeruginosa-ի կողմից: Էլեկտրաքիմիական վերլուծությունը ցույց է տվել, որ Pseudomonas aeruginosa բիոթաղանթի առկայության դեպքում 2216E միջավայրում տեղի է ունեցել կոռոզիայի պոտենցիալի դրական փոփոխություն և կոռոզիայի հոսանքի խտության աճ: Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) վերլուծությունը ցույց է տվել Cr պարունակության նվազում բիոթաղանթի տակ գտնվող նմուշի մակերեսին: Փոսերի պատկերային վերլուծությունը ցույց է տվել, որ P. aeruginosa բիոթաղանթը 14 օրվա ինկուբացիայի ընթացքում առաջացրել է փոսի առավելագույն խորությունը՝ 0.69 մկմ: Չնայած սա փոքր է, այն ցույց է տալիս, որ 2707 HDSS-ը լիովին իմունիտետ չունի P. aeruginosa-ի ՄԻԿ-ի նկատմամբ: aeruginosa բիոթաղանթներ։
Դուպլեքս չժանգոտվող պողպատները (ԴՉՊ) լայնորեն կիրառվում են տարբեր արդյունաբերություններում՝ իրենց գերազանց մեխանիկական հատկությունների և կոռոզիոն դիմադրության իդեալական համադրության շնորհիվ1,2: Այնուամենայնիվ, տեղայնացված փոսավորումը դեռևս տեղի է ունենում, և դա ազդում է այս պողպատի ամբողջականության վրա3,4: ԴՉՊ-ն դիմացկուն չէ մանրէային կոռոզիային (ՄԿԿ)5,6: Չնայած ԴՉՊ-ի լայն կիրառություններին, դեռևս կան միջավայրեր, որտեղ ԴՉՊ-ի կոռոզիոն դիմադրությունը բավարար չէ երկարատև օգտագործման համար: Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ են ավելի թանկ նյութեր՝ ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրությամբ: Ջեոնը և այլք7 պարզել են, որ նույնիսկ գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատները (ԴՉՊ) որոշակի սահմանափակումներ ունեն կոռոզիոն դիմադրության առումով: Հետևաբար, որոշ կիրառություններում անհրաժեշտ են ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրությամբ գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատներ (ԴՉՊ): Սա հանգեցրել է բարձր համաձուլվածքով ԴՉՊ-ի մշակմանը:
DSS-ի կոռոզիոն դիմադրությունը կախված է ալֆա և գամմա փուլերի և երկրորդ փուլին հարակից Cr, Mo և W սպառված շրջանների 8, 9, 10 հարաբերակցությունից: HDSS-ը պարունակում է Cr, Mo և N11-ի բարձր պարունակություն, ուստի այն ունի գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն և բարձր (45-50) փոսային դիմադրության համարժեք թիվ (PREN), որը որոշվում է զանգվածային % Cr + 3.3 (զանգվածային % Mo + 0.5 զանգվածային % W) + 16 զանգվածային % N12-ով: Դրա գերազանց կոռոզիոն դիմադրությունը հիմնված է հավասարակշռված կազմի վրա, որը պարունակում է մոտավորապես 50% ֆերիտ (α) և 50% աուստենիտային (γ) փուլեր, HDSS-ն ունի ավելի լավ մեխանիկական հատկություններ և ավելի բարձր դիմադրություն, քան ավանդական DSS13-ը: Քլորիդային կոռոզիոն հատկություններ: Կոռոզիոն դիմադրության բարելավումը ընդլայնում է HDSS-ի օգտագործումը ավելի կոռոզիոն քլորիդային միջավայրերում, ինչպիսիք են ծովային միջավայրերը:
Միկրոէլեկտրոնային բակտերիաները (ՄԷԲ) լուրջ խնդիր են բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են նավթագազային և ջրամատակարարման ընկերությունները14: ՄԷԲ-ն կազմում է կոռոզիայից առաջացած բոլոր վնասների 20%-ը15: ՄԷԲ-ն կենսաէլեկտրաքիմիական կոռոզիա է, որը կարելի է դիտարկել բազմաթիվ միջավայրերում: Մետաղական մակերեսների վրա առաջացող կենսաթաղանթները փոխում են էլեկտրաքիմիական պայմանները՝ դրանով իսկ ազդելով կոռոզիայի գործընթացի վրա: Լայնորեն տարածված է այն կարծիքը, որ ՄԷԲ կոռոզիան առաջանում է կենսաթաղանթներից: Էլեկտրածին միկրոօրգանիզմները քայքայում են մետաղները՝ գոյատևման համար անհրաժեշտ էներգիա ստանալու համար17: ՄԷԲ-ի վերաբերյալ վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ արտաբջջային էլեկտրոնների փոխանցումը (EET) էլեկտրաածին միկրոօրգանիզմների կողմից առաջացած ՄԷԲ-ի արագությունը սահմանափակող գործոնն է: Չժանը և այլք18 ցույց են տվել, որ էլեկտրոնային միջնորդները արագացնում են էլեկտրոնների փոխանցումը Desulfovibrio sessificans բջիջների և 304 չժանգոտվող պողպատի միջև, ինչը հանգեցնում է ՄԷԲ-ի ավելի ծանր հարձակման: Էննինգը և այլք19 և Վենզլաֆը և այլք20 ցույց են տվել, որ կոռոզիոն սուլֆատ վերականգնող մանրէների (ՍՍԲ) կենսաթաղանթները կարող են ուղղակիորեն կլանել էլեկտրոններ մետաղական հիմքերից, ինչը հանգեցնում է խորը փոսային կոռոզիայի:
Հայտնի է, որ DSS-ը զգայուն է միկրոտարրային ներհոսքի (ՄՄԱ) նկատմամբ SRB, երկաթ վերականգնող մանրէներ (IRB) և այլն պարունակող միջավայրերում։21 Այս մանրէները առաջացնում են տեղայնացված փոսիկներ DSS մակերեսների վրա բիոթաղանթների տակ։22,23: Ի տարբերություն DSS-ի, HDSS-ի ՄՄԱ-ն24 քիչ հայտնի է։
Pseudomonas aeruginosa-ն գրամ-բացասական շարժուն ձողաձև մանրէ է, որը լայնորեն տարածված է բնության մեջ25: Pseudomonas aeruginosa-ն նաև ծովային միջավայրում հիմնական միկրոբային խումբ է, որը պողպատի մեջ առաջացնում է միկրոտարրային միկրոֆլորաներ: Pseudomonas-ը սերտորեն ներգրավված է կոռոզիայի գործընթացներում և ճանաչվում է որպես կենսաթաղանթի ձևավորման ժամանակ առաջամարտիկ գաղութարար: Մահաթը և այլք28 և Յուանը և այլք29 ցույց են տվել, որ Pseudomonas aeruginosa-ն հակված է մեծացնել մեղմ պողպատի և համաձուլվածքների կոռոզիայի արագությունը ջրային միջավայրերում:
Այս աշխատանքի հիմնական նպատակն էր ուսումնասիրել 2707 HDSS-ի MIC հատկությունները, որոնք առաջացել են Pseudomonas aeruginosa ծովային աէրոբ մանրէի կողմից՝ օգտագործելով էլեկտրաքիմիական մեթոդներ, մակերևութային վերլուծական տեխնիկա և կոռոզիայի արգասիքի վերլուծություն: 2707 HDSS-ի MIC վարքագիծն ուսումնասիրելու համար իրականացվել են էլեկտրաքիմիական ուսումնասիրություններ, ներառյալ բաց միացման պոտենցիալը (OCP), գծային բևեռացման դիմադրությունը (LPR), էլեկտրաքիմիական իմպեդանսային սպեկտրոսկոպիան (EIS) և պոտենցիալ դինամիկ բևեռացումը: Էներգիայի դիսպերսիոն սպեկտրոմետրի (EDS) վերլուծություն է իրականացվել՝ կոռոզիայի ենթարկված մակերեսի վրա քիմիական տարրեր գտնելու համար: Բացի այդ, ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) վերլուծություն է օգտագործվել Pseudomonas aeruginosa պարունակող ծովային միջավայրի ազդեցության տակ օքսիդային թաղանթի պասիվացման կայունությունը որոշելու համար: Փոսի խորությունը չափվել է կոնֆոկալ լազերային սկանավորող մանրադիտակի (CLSM) միջոցով:
Աղյուսակ 1-ում ներկայացված է 2707 HDSS-ի քիմիական կազմը: Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս, որ 2707 HDSS-ն ունի գերազանց մեխանիկական հատկություններ՝ 650 ՄՊա հոսունության սահմանով: Նկար 1-ը ցույց է տալիս լուծույթով ջերմամշակված 2707 HDSS-ի օպտիկական միկրոկառուցվածքը: Մոտ 50% աուստենիտային և 50% ֆերիտային փուլեր պարունակող միկրոկառուցվածքում կարելի է տեսնել աուստենիտային և ֆերիտային փուլերի երկարացված գոտիներ՝ առանց երկրորդային փուլերի:
Նկար 2ա-ն ցույց է տալիս բաց շղթայի պոտենցիալի (Eocp) և ազդեցության ժամանակի տվյալների հարաբերակցությունը 2707 HDSS-ի համար աբիոտիկ 2216E միջավայրում և P. aeruginosa արգանակում 14 օրվա ընթացքում 37°C ջերմաստիճանում: Այն ցույց է տալիս, որ Eocp-ի ամենամեծ և նշանակալի փոփոխությունը տեղի է ունենում առաջին 24 ժամվա ընթացքում: Երկու դեպքում էլ Eocp արժեքները գագաթնակետին են հասել -145 մՎ-ի վրա (համեմատած SCE-ի հետ) մոտ 16 ժամվա ընթացքում, ապա կտրուկ նվազել են՝ համապատասխանաբար հասնելով -477 մՎ-ի (համեմատած SCE-ի հետ) և -236 մՎ-ի (համեմատած SCE-ի հետ) աբիոտիկ նմուշի և P-ի համար: Pseudomonas aeruginosa կտրոններ, համապատասխանաբար: 24 ժամ անց P. aeruginosa-ի համար 2707 HDSS Eocp արժեքը համեմատաբար կայուն էր -228 mV-ի վրա (համեմատած SCE-ի հետ), մինչդեռ ոչ կենսաբանական նմուշների համար համապատասխան արժեքը մոտավորապես -442 mV էր (համեմատած SCE-ի հետ): P. aeruginosa-ի առկայության դեպքում Eocp-ն բավականին ցածր էր:
2707 HDSS նմուշների էլեկտրաքիմիական փորձարկում աբիոտիկ միջավայրում և Pseudomonas aeruginosa արգանակում 37°C ջերմաստիճանում։
(ա) Eocp-ն որպես ազդեցության ժամանակի ֆունկցիա, (բ) բևեռացման կորերը 14-րդ օրվա դրությամբ, (գ) Rp-ն որպես ազդեցության ժամանակի ֆունկցիա և (դ) icorr-ը որպես ազդեցության ժամանակի ֆունկցիա։
Աղյուսակ 3-ում ներկայացված են 2707 HDSS նմուշների էլեկտրաքիմիական կոռոզիայի պարամետրերի արժեքները, որոնք 14 օր ենթարկվել են աբիոտիկ միջավայրի և Pseudomonas aeruginosa-ով պատվաստված միջավայրի ազդեցությանը: Անոդային և կաթոդային կորերի շոշափողները էքստրապոլացվել են՝ հատման կետերին հասնելու համար, որոնք ստանդարտ մեթոդների համաձայն տալիս են կոռոզիայի հոսանքի խտությունը (icorr), կոռոզիայի պոտենցիալը (Ecorr) և Թաֆելի թեքությունները (βα և βc)30,31:
Ինչպես ցույց է տրված նկար 2բ-ում, P. aeruginosa կորի վերև տեղաշարժը հանգեցրել է Ecorr-ի աճի՝ համեմատած աբիոտիկ կորի հետ։ icorr արժեքը, որը համեմատական ​​է կոռոզիայի արագությանը, Pseudomonas aeruginosa նմուշում աճել է մինչև 0.328 μA cm-2, ինչը չորս անգամ ավելի է, քան ոչ կենսաբանական նմուշում (0.087 μA cm-2):
LPR-ը արագ կոռոզիայի վերլուծության դասական ոչ-քայքայիչ էլեկտրաքիմիական մեթոդ է: Այն նաև օգտագործվել է MIC32-ը ուսումնասիրելու համար: Նկար 2c-ն ցույց է տալիս բևեռացման դիմադրությունը (Rp)՝ որպես ազդեցության ժամանակի ֆունկցիա: Ավելի բարձր Rp արժեքը նշանակում է ավելի քիչ կոռոզիա: Առաջին 24 ժամվա ընթացքում 2707 HDSS-ի Rp-ն հասել է առավելագույն արժեքի՝ 1955 կΩ սմ2՝ աբիոտիկ նմուշների համար և 1429 կՕմ սմ2՝ Pseudomonas aeruginosa նմուշների համար: Նկար 2c-ն նաև ցույց է տալիս, որ Rp արժեքը արագորեն նվազել է մեկ օր անց, ապա մնացել է համեմատաբար անփոփոխ հաջորդ 13 օրերի ընթացքում: Pseudomonas aeruginosa նմուշի Rp արժեքը կազմում է մոտ 40 կՕմ սմ2, որը շատ ավելի ցածր է, քան ոչ կենսաբանական նմուշի 450 կՕմ սմ2 արժեքը:
Icorr-ի արժեքը համեմատական ​​է միատարր կոռոզիայի արագությանը։ Դրա արժեքը կարելի է հաշվարկել հետևյալ Ստեռն-Գեարիի հավասարումից՝
Հետևելով Զոուի և այլոց 33-ին, այս աշխատանքում Թաֆելի թեքության B տիպիկ արժեքը ենթադրվել է 26 մՎ/դեկուսիչ։ Նկար 2դ-ն ցույց է տալիս, որ ոչ կենսաբանական 2707 նմուշի icorr-ը մնացել է համեմատաբար կայուն, մինչդեռ P. aeruginosa նմուշի icorr արժեքները մեծապես տատանվել են առաջին 24 ժամից հետո։ P. aeruginosa նմուշների icorr արժեքները մի կարգի մեծությամբ ավելի բարձր էին, քան ոչ կենսաբանական վերահսկիչներինը։ Այս միտումը համապատասխանում է բևեռացման դիմադրության արդյունքներին։
EIS-ը մեկ այլ ոչ դեստրուկտիվ մեթոդ է, որն օգտագործվում է կոռոզիայի ենթարկված միջերեսներում էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները բնութագրելու համար: Աբիոտիկ միջավայրի և Pseudomonas aeruginosa լուծույթի ազդեցության տակ գտնվող նմուշների իմպեդանսի սպեկտրները և հաշվարկված տարողունակության արժեքները, նմուշի մակերեսին ձևավորված պասիվ թաղանթի/կենսաթաղանթի Rb դիմադրությունը, Rct լիցքի փոխանցման դիմադրությունը, Cdl էլեկտրական կրկնակի շերտային տարողունակությունը (EDL) և QCPE հաստատուն փուլային տարրի (CPE) պարամետրերը: Այս պարամետրերը հետագայում վերլուծվել են՝ տվյալները համապատասխանեցնելով համարժեք սխեմայի (EEC) մոդելի միջոցով:
Նկար 3-ը ցույց է տալիս 2707 HDSS նմուշների բնորոշ Նայքվիստի գրաֆիկները (a և b) և Բոդի գրաֆիկները (a' և b') աբիոտիկ միջավայրում և P. aeruginosa արգանակում տարբեր ինկուբացիոն ժամանակների համար: Նայքվիստի օղակի տրամագիծը փոքրանում է Pseudomonas aeruginosa-ի առկայության դեպքում: Բոդի գրաֆիկը (Նկար 3b') ցույց է տալիս ընդհանուր իմպեդանսի մեծության աճ: Թուլացման ժամանակի հաստատունի վերաբերյալ տեղեկատվությունը կարող է տրամադրվել փուլային մաքսիմումների միջոցով: Նկար 4-ը ցույց է տալիս մոնաշերտ (a) և երկշերտ (b) ֆիզիկական կառուցվածքները և դրանց համապատասխան EEC-ները: CPE-ն ներմուծվում է EEC մոդելի մեջ: Դրա ադմիտանսը և իմպեդանսը արտահայտվում են հետևյալ կերպ.
2707 HDSS նմուշի իմպեդանսային սպեկտրի հարմարեցման համար նախատեսված երկու ֆիզիկական մոդելներ և համապատասխան համարժեք սխեմաներ՝
որտեղ Y0-ն CPE-ի մեծությունն է, j-ն՝ կեղծ թիվը կամ (-1)1/2, ω-ն՝ անկյունային հաճախականությունը, իսկ n-ը՝ CPE-ի հզորության ինդեքսը, որը փոքր է միասնությունից35: Լիցքի փոխանցման դիմադրության հակադարձը (այսինքն՝ 1/Rct) համապատասխանում է կոռոզիայի արագությանը: Փոքր Rct-ն նշանակում է ավելի արագ կոռոզիայի արագություն27: 14 օրվա ինկուբացիայից հետո Pseudomonas aeruginosa նմուշների Rct-ն հասավ 32 կՕմ սմ2-ի, որը շատ ավելի փոքր է, քան ոչ կենսաբանական նմուշների 489 կՕմ սմ2-ը (տե՛ս աղյուսակ 4):
Նկար 5-ում ներկայացված CLSM և SEM պատկերները հստակ ցույց են տալիս, որ 2707 HDSS նմուշի մակերեսի վրա բիոթաղանթի ծածկույթը 7 օր անց խիտ է։ Սակայն, 14 օր անց բիոթաղանթի ծածկույթը նոսր էր, և հայտնվեցին որոշ մեռած բջիջներ։ Աղյուսակ 5-ը ցույց է տալիս 2707 HDSS նմուշների վրա բիոթաղանթի հաստությունը P. aeruginosa-ի ազդեցության տակ 7 և 14 օր մնալուց հետո։ Կենսաթաղանթի առավելագույն հաստությունը 7 օր անց 23.4 մկմ-ից փոխվել է մինչև 18.9 մկմ 14 օր անց։ Կենսաթաղանթի միջին հաստությունը նույնպես հաստատեց այս միտումը։ Այն 7 օր անց 22.2 ± 0.7 մկմ-ից նվազել է մինչև 17.8 ± 1.0 մկմ 14 օր անց։
(ա) 3-D CLSM պատկեր 7 օր անց, (բ) 3-D CLSM պատկեր 14 օր անց, (գ) SEM պատկեր 7 օր անց և (դ) SEM պատկեր 14 օր անց։
EDS-ը բացահայտել է քիմիական տարրեր բիոթաղանթներում և կոռոզիայի արգասիքներում՝ 14 օր P. aeruginosa-ի ազդեցությանը ենթարկված նմուշների վրա: Նկար 6-ը ցույց է տալիս, որ բիոթաղանթներում և կոռոզիայի արգասիքներում C, N, O և P պարունակությունը շատ ավելի բարձր է, քան մերկ մետաղներում, քանի որ այս տարրերը կապված են բիոթաղանթների և դրանց մետաբոլիտների հետ: Մանրէներին անհրաժեշտ է միայն քրոմի և երկաթի հետքեր: Կենսաթաղանթում Cr-ի և Fe-ի բարձր մակարդակները և նմուշների մակերեսին կոռոզիայի արգասիքները ցույց են տալիս, որ մետաղական մատրիցը կորցրել է տարրեր կոռոզիայի պատճառով:
14 օր անց 2216E միջավայրում դիտվել է փոսիկներ՝ P. aeruginosa-ով և առանց դրա։ Ինկուբացիայից առաջ նմուշի մակերեսը հարթ էր և առանց թերությունների (Նկար 7ա)։ Ինկուբացիայից և կենսաթաղանթի ու կոռոզիայի արգասիքների հեռացումից հետո նմուշների մակերեսի ամենախորը փոսիկները հետազոտվել են CLSM-ի պայմաններում, ինչպես ցույց է տրված նկար 7բ և գ-ում։ Ոչ կենսաբանական վերահսկիչ նմուշների մակերեսին ակնհայտ փոսիկներ չեն հայտնաբերվել (փոսի առավելագույն խորությունը՝ 0.02 մկմ)։ Pseudomonas aeruginosa-ի պատճառով առաջացած փոսի առավելագույն խորությունը 7 օր անց կազմել է 0.52 մկմ և 14 օր անց՝ 0.69 մկմ, հիմնվելով 3 նմուշների միջին առավելագույն խորության վրա (յուրաքանչյուր նմուշի համար ընտրվել է փոսի առավելագույն խորության 10 արժեք), համապատասխանաբար հասել է 0.42 ± 0.12 մկմ և 0.52 ± 0.15 մկմ (աղյուսակ 5)։ Այս փոսի խորության արժեքները փոքր են, բայց կարևոր։
(ա) Մինչև ազդեցությունը՝ (բ) 14 օր աբիոտիկ միջավայրում և (գ) 14 օր Pseudomonas aeruginosa արգանակում։
Նկար 8-ը ցույց է տալիս տարբեր նմուշների մակերեսների XPS սպեկտրները, և յուրաքանչյուր մակերեսի համար վերլուծված քիմիական կազմը ամփոփված է աղյուսակ 6-ում: Աղյուսակ 6-ում Fe-ի և Cr-ի ատոմային տոկոսները P. aeruginosa-ի առկայությամբ (նմուշներ A և B) շատ ավելի ցածր էին, քան ոչ կենսաբանական վերահսկիչ նմուշներում (նմուշներ C և D): P. aeruginosa նմուշի համար Cr 2p միջուկի մակարդակի սպեկտրալ կորը համապատասխանեցվել է չորս գագաթնակետային բաղադրիչների՝ 574.4, 576.6, 578.3 և 586.8 eV կապի էներգիայի (BE) արժեքներով, որոնք կարող են վերագրվել համապատասխանաբար Cr, Cr2O3, CrO3 և Cr(OH)3-ին (Նկար 9ա և բ): Ոչ կենսաբանական նմուշների համար Cr 2p միջուկի մակարդակի սպեկտրը պարունակում է երկու հիմնական գագաթնակետ՝ Cr (573.80 eV BE-ի համար) և Cr2O3 (575.90 eV BE-ի համար) համար՝ Նկար 9ա-ում: 9c և d, համապատասխանաբար։ Աբիոտիկ և P. aeruginosa նմուշների միջև ամենաակնառու տարբերությունը Cr6+-ի առկայությունն էր և Cr(OH)3-ի ավելի բարձր հարաբերական մասնաբաժինը (BE՝ 586.8 eV) բիոթաղանթի տակ։
2707 HDSS նմուշի մակերևույթի լայն XPS սպեկտրները երկու միջավայրերում համապատասխանաբար 7 օր և 14 օր են։
(ա) 7 օր P. aeruginosa-ի ազդեցության տակ, (բ) 14 օր P. aeruginosa-ի ազդեցության տակ, (գ) 7 օր աբիոտիկ միջավայրում և (դ) 14 օր աբիոտիկ միջավայրում։
HDSS-ը ցուցաբերում է կոռոզիոն դիմադրության բարձր մակարդակ գրեթե բոլոր միջավայրերում: Քիմը և այլք2 հայտնել են, որ UNS S32707 HDSS-ը սահմանվել է որպես բարձր համաձուլվածքով DSS՝ 45-ից ավելի PREN-ով: Այս աշխատանքում 2707 HDSS նմուշի PREN արժեքը կազմել է 49: Սա պայմանավորված է քրոմի բարձր պարունակությամբ և մոլիբդենի ու Ni-ի բարձր մակարդակներով, որոնք օգտակար են թթվային և բարձր քլորիդային միջավայրերում: Բացի այդ, լավ հավասարակշռված կազմը և թերություններից զերծ միկրոկառուցվածքը օգտակար են կառուցվածքային կայունության և կոռոզիոն դիմադրության համար: Այնուամենայնիվ, չնայած իր գերազանց քիմիական դիմադրությանը, այս աշխատանքում ներկայացված փորձարարական տվյալները ենթադրում են, որ 2707 HDSS-ը լիովին իմունիտետ չունի P. aeruginosa բիոթաղանթների MIC-ի նկատմամբ:
Էլեկտրաքիմիական արդյունքները ցույց տվեցին, որ P. aeruginosa արգանակում 2707 HDSS-ի կոռոզիայի արագությունը 14 օր անց զգալիորեն աճել է ոչ կենսաբանական միջավայրի համեմատ: Նկար 2ա-ում Eocp-ի նվազում է նկատվել ինչպես աբիոտիկ միջավայրում, այնպես էլ P. aeruginosa արգանակում առաջին 24 ժամվա ընթացքում: Այնուհետև կենսաթաղանթն ամբողջությամբ ծածկում է նմուշի մակերեսը, և Eocp-ն դառնում է համեմատաբար կայուն36: Այնուամենայնիվ, կենսաբանական Eocp-ի մակարդակը շատ ավելի բարձր էր, քան ոչ կենսաբանական Eocp-ինը: Կան հիմքեր ենթադրելու, որ այս տարբերությունը պայմանավորված է P. aeruginosa կենսաթաղանթի առաջացմամբ: Նկար 2դ-ում, P. aeruginosa-ի առկայության դեպքում, 2707 HDSS-ի icorr արժեքը հասել է 0.627 μA cm-2-ի, որը մի կարգի մեծությամբ ավելի բարձր էր, քան աբիոտիկ վերահսկողության դեպքում (0.063 μA cm-2), որը համապատասխանում էր EIS-ով չափված Rct արժեքին: Առաջին մի քանի օրերի ընթացքում P-ում իմպեդանսի արժեքները... aeruginosa արգանակի մակարդակը մեծացել է P. aeruginosa բջիջների կպչման և բիոթաղանթների առաջացման պատճառով: Սակայն, երբ բիոթաղանթն ամբողջությամբ ծածկում է նմուշի մակերեսը, իմպեդանսը նվազում է: Պաշտպանիչ շերտը նախ հարձակման է ենթարկվում բիոթաղանթների և բիոթաղանթների մետաբոլիտների առաջացման պատճառով: Հետևաբար, կոռոզիոն դիմադրությունը ժամանակի ընթացքում նվազել է, և P. aeruginosa-ի կպչումը առաջացրել է տեղայնացված կոռոզիա: Աբիոտիկ միջավայրերում միտումները տարբեր էին: Ոչ կենսաբանական վերահսկողության կոռոզիոն դիմադրությունը շատ ավելի բարձր էր, քան P. aeruginosa արգանակին ենթարկված նմուշների համապատասխան արժեքը: Ավելին, աբիոտիկ նմուշների համար 2707 HDSS-ի Rct արժեքը 14-րդ օրը հասել է 489 կΩ սմ2-ի, որը 15 անգամ գերազանցում է Rct արժեքը (32 կՕմ սմ2) P. aeruginosa-ի առկայության դեպքում: Հետևաբար, 2707 HDSS-ն ունի գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն ստերիլ միջավայրում, բայց դիմացկուն չէ P. aeruginosa բիոթաղանթների կողմից MIC հարձակման նկատմամբ:
Այս արդյունքները կարելի է դիտարկել նաև Նկար 2բ-ում ներկայացված բևեռացման կորերից: Անոդային ճյուղավորումը վերագրվել է Pseudomonas aeruginosa կենսաթաղանթի առաջացմանը և մետաղի օքսիդացման ռեակցիաներին: Միևնույն ժամանակ, կաթոդային ռեակցիան թթվածնի վերականգնման ռեակցիան է: P. aeruginosa-ի առկայությունը զգալիորեն մեծացրել է կոռոզիայի հոսանքի խտությունը, մոտավորապես մեկ կարգի մեծությամբ ավելի բարձր, քան աբիոտիկ վերահսկողությունը: Սա ցույց է տալիս, որ P. aeruginosa կենսաթաղանթը մեծացնում է 2707 HDSS-ի տեղայնացված կոռոզիան: Յուանը և այլք29 պարզել են, որ 70/30 Cu-Ni համաձուլվածքի կոռոզիայի հոսանքի խտությունը մեծացել է P. aeruginosa կենսաթաղանթի ազդեցության տակ: Սա կարող է պայմանավորված լինել Pseudomonas aeruginosa կենսաթաղանթների կողմից թթվածնի վերականգնման կենսակատալիզով: Այս դիտարկումը կարող է նաև բացատրել 2707 HDSS-ի MIC-ը այս աշխատանքում: Աերոբիկ կենսաթաղանթները կարող են նաև ավելի քիչ թթվածին ունենալ իրենց տակ: Հետևաբար, մետաղական մակերեսը թթվածնով վերա-պասիվացնելու անկարողությունը կարող է նպաստող գործոն լինել այս աշխատանքում MIC-ին:
Դիկինսոնը և այլք 38 ենթադրել են, որ քիմիական և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արագությունները կարող են անմիջականորեն ազդվել նմուշի մակերեսին նստակյաց բակտերիաների նյութափոխանակության ակտիվությունից և կոռոզիայի արգասիքների բնույթից: Ինչպես ցույց է տրված նկար 5-ում և աղյուսակ 5-ում, 14 օր անց և՛ բջիջների քանակը, և՛ կենսաթաղանթի հաստությունը նվազել են: Սա կարելի է ողջամտորեն բացատրել նրանով, որ 14 օր անց 2707 HDSS-ի մակերեսին նստակյաց բջիջների մեծ մասը մահացել է 2216E միջավայրում սննդանյութերի սպառման կամ 2707 HDSS մատրիցից թունավոր մետաղական իոնների արտազատման պատճառով: Սա խմբաքանակային փորձերի սահմանափակում է:
Այս աշխատանքում P. aeruginosa բիոթաղանթը նպաստել է Cr-ի և Fe-ի տեղային սպառմանը բիոթաղանթի տակ՝ 2707 HDSS մակերեսին (Նկար 6): Աղյուսակ 6-ում, D նմուշում Fe-ի և Cr-ի նվազումը համեմատած C նմուշի հետ, ցույց է տալիս, որ P. aeruginosa բիոթաղանթի կողմից առաջացած լուծված Fe-ն և Cr-ը պահպանվել են առաջին 7 օրերից հետո: 2216E միջավայրն օգտագործվում է ծովային միջավայրերի մոդելավորման համար: Այն պարունակում է 17700 ppm Cl-, որը համեմատելի է բնական ծովային ջրում հայտնաբերվածի հետ: 17700 ppm Cl-ի առկայությունը Cr-ի նվազման հիմնական պատճառն էր XPS-ի կողմից վերլուծված 7 և 14-օրյա աբիոտիկ նմուշներում: P. aeruginosa նմուշների համեմատ, աբիոտիկ նմուշներում Cr-ի լուծարումը շատ ավելի քիչ էր՝ 2707 HDSS-ի աբիոտիկ միջավայրերում Cl−-ի ուժեղ դիմադրության պատճառով: Նկար 9-ը ցույց է տալիս Cr6+-ի առկայությունը պասիվացման թաղանթում: Այն կարող է ներգրավված լինել Cr-ի հեռացման մեջ: պողպատե մակերեսները P. aeruginosa բիոթաղանթներով, ինչպես առաջարկել են Չենը և Քլեյթոնը։
Բակտերիալ աճի պատճառով, միջավայրի pH արժեքները մշակումից առաջ և հետո համապատասխանաբար կազմել են 7.4 և 8.2: Հետևաբար, P. aeruginosa բիոթաղանթից ցածր օրգանական թթվային կոռոզիան, հավանաբար, չի նպաստի այս աշխատանքին՝ հիմնական միջավայրի համեմատաբար բարձր pH-ի պատճառով: Ոչ կենսաբանական վերահսկիչ միջավայրի pH-ը էականորեն չի փոխվել (սկզբնական 7.4-ից մինչև վերջնական 7.5) 14-օրյա փորձարկման ժամանակահատվածում: Ինկուբացիայից հետո պատվաստման միջավայրում pH-ի աճը պայմանավորված էր P. aeruginosa-ի նյութափոխանակային ակտիվությամբ և պարզվել է, որ նույն ազդեցությունն ունի pH-ի վրա՝ թեստային շերտերի բացակայության դեպքում:
Ինչպես ցույց է տրված նկար 7-ում, P. aeruginosa կենսաթաղանթի առաջացրած փոսի առավելագույն խորությունը կազմել է 0.69 մկմ, որը շատ ավելի մեծ է, քան աբիոտիկ միջավայրի խորությունը (0.02 մկմ): Սա համապատասխանում է վերը նկարագրված էլեկտրաքիմիական տվյալներին: 0.69 մկմ փոսի խորությունը ավելի քան տասը անգամ փոքր է, քան 2205 DSS-ի համար նույն պայմաններում հաղորդված 9.5 մկմ արժեքը: Այս տվյալները ցույց են տալիս, որ 2707 HDSS-ը ցուցաբերում է ավելի լավ MIC դիմադրություն՝ համեմատած 2205 DSS-ի հետ: Սա զարմանալի չէ, քանի որ 2707 HDSS-ն ունի ավելի բարձր քրոմի պարունակություն, որն ապահովում է ավելի երկարատև պասիվացում՝ հավասարակշռված փուլային կառուցվածքի շնորհիվ՝ առանց վնասակար երկրորդային նստվածքների, ինչը դժվարացնում է P. aeruginosa-ի համար պասիվացումը և սկզբնական կետերի խավարումը:
Ամփոփելով՝ P. aeruginosa արգանակում 2707 HDSS-ի մակերեսին հայտնաբերվել են MIC փոսիկներ՝ համեմատած աբիոտիկ միջավայրերում առկա աննշան փոսիկների հետ։ Այս աշխատանքը ցույց է տալիս, որ 2707 HDSS-ն ավելի լավ MIC դիմադրություն ունի, քան 2205 DSS-ը, սակայն այն լիովին իմունիտետ չունի MIC-ի նկատմամբ՝ P. aeruginosa բիոթաղանթի պատճառով։ Այս արդյունքները նպաստում են ծովային միջավայրի համար համապատասխան չժանգոտվող պողպատների ընտրությանը և ծառայության ժամկետի գնահատմանը։
2707 HDSS-ի կտրոնը տրամադրվում է Չինաստանի Շենյան քաղաքում գտնվող Հյուսիսարևելյան համալսարանի (NEU) մետալուրգիայի դպրոցի կողմից: 2707 HDSS-ի տարրական կազմը ներկայացված է աղյուսակ 1-ում, որը վերլուծվել է NEU-ի նյութերի վերլուծության և փորձարկման բաժնի կողմից: Բոլոր նմուշները լուծույթով մշակվել են 1180 °C ջերմաստիճանում 1 ժամ: Կոռոզիայի փորձարկումից առաջ մետաղադրամի տեսքով 2707 HDSS-ը, որի վերին մակերեսը 1 սմ2 էր, հղկվել է մինչև 2000 հատիկավորություն սիլիցիումի կարբիդային թղթով և այնուհետև հղկվել է 0.05 մկմ Al2O3 փոշու սուսպենզիայով: Կողմերը և հատակը պաշտպանված են իներտ ներկով: Չորացնելուց հետո նմուշները լվացվել են ստերիլ ապաիոնացված ջրով և ստերիլիզացվել 75% (v/v) էթանոլով 0.5 ժամ: Այնուհետև դրանք օգտագործելուց առաջ 0.5 ժամ չորացվել են օդում ուլտրամանուշակագույն (UV) լույսի ներքո:
Ծովային Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 շտամը ձեռք է բերվել Չինաստանի Սյամենի ծովային մշակույթների հավաքագրման կենտրոնից (MCCC): Pseudomonas aeruginosa-ն աճեցվել է աէրոբ եղանակով 37°C ջերմաստիճանում 250 մլ տարողությամբ սրվակների և 500 մլ էլեկտրաքիմիական ապակե խցիկների մեջ՝ օգտագործելով Marine 2216E հեղուկ միջավայր (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Ցինդաո, Չինաստան): Միջավայր (գ/լ): 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 պեպտոն, 1.0 խմորիչի քաղվածք և 0.1 երկաթի ցիտրատ: Ավտոկլավացնել 121°C ջերմաստիճանում 20 րոպե՝ նախքան պատվաստումը: Հաշվել նստակյաց և պլանկտոնային բջիջները՝ օգտագործելով հեմոցիտոմետր լուսային մանրադիտակի տակ՝ 400X մեծացմամբ: Պլանկտոնային Pseudomonas aeruginosa-ի սկզբնական բջջային կոնցենտրացիան պատվաստումից անմիջապես հետո կազմել է մոտավորապես 106 բջիջ/մլ:
Էլեկտրաքիմիական փորձարկումները կատարվել են դասական եռաէլեկտրոդային ապակե խցիկում՝ 500 մլ միջին ծավալով։ Պլատինե թերթիկը և հագեցած կալոմելային էլեկտրոդը (SCE) միացվել են ռեակտորին աղային կամուրջներով լցված Լագգինի մազանոթների միջոցով՝ համապատասխանաբար ծառայելով որպես հակադարձ և հղման էլեկտրոդներ։ Աշխատանքային էլեկտրոդներ պատրաստելու համար յուրաքանչյուր նմուշին ամրացվել է ռետինապատ պղնձե մետաղալար և ծածկվել է էպօքսիդային խեժով՝ թողնելով մոտ 1 սմ2 բաց միակողմանի մակերես աշխատանքային էլեկտրոդի համար։ Էլեկտրաքիմիական չափումների ընթացքում նմուշները տեղադրվել են 2216E միջավայրում և պահպանվել են հաստատուն ինկուբացիոն ջերմաստիճանում (37 °C) ջրային լոգարանում։ OCP, LPR, EIS և պոտենցիալ դինամիկ բևեռացման տվյալները չափվել են Autolab պոտենցիոստատի միջոցով (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ԱՄՆ)։ LPR փորձարկումները գրանցվել են 0.125 մՎ/վրկ սկանավորման արագությամբ -5 և 5 մՎ միջակայքում՝ Eocp-ով և 1 Հց նմուշառման հաճախականությամբ։ EIS-ը կատարվել է սինուսոիդալ ալիքով՝ 0.01 հաճախականության միջակայքում։ մինչև 10,000 Հց՝ օգտագործելով 5 մՎ կիրառվող լարում Eocp կայուն վիճակում: Պոտենցիալի սկանավորումից առաջ էլեկտրոդները գտնվում էին բաց միացման ռեժիմում, մինչև կայուն ազատ կոռոզիայի պոտենցիալի արժեքի հասնելը: Այնուհետև բևեռացման կորերը գծվել են -0.2-ից մինչև 1.5 Վ՝ Eocp-ի նկատմամբ՝ 0.166 մՎ/վ սկանավորման արագությամբ: Յուրաքանչյուր փորձարկում կրկնվել է 3 անգամ՝ P. aeruginosa-ով և առանց դրա:
Մետաղագրական վերլուծության նմուշները մեխանիկորեն հղկվել են 2000 հատիկավոր խոնավ SiC թղթով, ապա լրացուցիչ հղկվել են 0.05 մկմ Al2O3 փոշու սուսպենզիայով՝ օպտիկական դիտարկման համար: Մետաղագրական վերլուծությունը կատարվել է օպտիկական մանրադիտակի միջոցով: Նմուշները փորագրվել են 10 զանգվածային% կալիումի հիդրօքսիդի լուծույթով 43:
Ինկուբացիայից հետո նմուշները 3 անգամ լվացվել են ֆոսֆատ-բուֆերային աղային լուծույթով (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) և այնուհետև 10 ժամ ֆիքսվել են 2.5% (v/v) գլուտարալդեհիդով՝ բիոթաղանթները ֆիքսելու համար։ Այնուհետև այն ջրազրկվել է էթանոլի աստիճանական շարքով (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% և 100% v/v)՝ նախքան օդում չորանալը։ Վերջապես, նմուշի մակերեսը ցողվել է ոսկե թաղանթով՝ SEM դիտարկման համար հաղորդունակություն ապահովելու համար։ SEM պատկերները կենտրոնացել են յուրաքանչյուր նմուշի մակերեսին ամենաշատ նստակյաց P. aeruginosa բջիջներով բծերի վրա։ Կատարել EDS վերլուծություն՝ քիմիական տարրեր գտնելու համար։ Zeiss կոնֆոկալ լազերային սկանավորող մանրադիտակ (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Գերմանիա) օգտագործվել է փոսի խորությունը չափելու համար։ Կենսաթաղանթի տակ կոռոզիայի փոսերը դիտարկելու համար փորձարկվող կտորը նախ մաքրվել է Չինաստանի ազգային ստանդարտի համաձայն։ (CNS) GB/T4334.4-2000՝ փորձարկման կտորի մակերեսից կոռոզիայի արգասիքները և բիոթաղանթը հեռացնելու համար։
Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS, ESCALAB250 մակերեսային վերլուծության համակարգ, Thermo VG, ԱՄՆ) վերլուծությունը կատարվել է մոնոքրոմատիկ ռենտգենյան աղբյուրի (ալյումինե Kα գիծ՝ 1500 eV էներգիայով և 150 W հզորությամբ) միջոցով՝ լայն կապող էներգիայի տիրույթում՝ 0՝ ստանդարտ պայմաններում –1350 eV: Բարձր թույլտվությամբ սպեկտրները գրանցվել են՝ օգտագործելով 50 eV անցման էներգիա և 0.2 eV քայլի չափ:
Ինկուբացված նմուշները հեռացվել և 15 վայրկյան 45 րոպե նրբորեն լվացվել են PBS-ով (pH 7.4 ± 0.2): Նմուշների վրա բիոթաղանթների մանրէային կենսունակությունը դիտարկելու համար բիոթաղանթները ներկվել են LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit-ի միջոցով (Invitrogen, Eugene, OR, USA): Հավաքածուն ունի երկու ֆլուորեսցենտ ներկանյութ՝ կանաչ ֆլուորեսցենտ SYTO-9 ներկանյութ և կարմիր ֆլուորեսցենտ պրոպիդիումի յոդիդի (PI) ներկանյութ: CLSM-ի դեպքում ֆլուորեսցենտ կանաչ և կարմիր կետերը համապատասխանաբար ներկայացնում են կենդանի և մահացած բջիջներ: Գունավորման համար 1 մլ խառնուրդ, որը պարունակում է 3 մկլ SYTO-9 և 3 մկլ PI լուծույթ, ինկուբացվել է 20 րոպե սենյակային ջերմաստիճանում (23°C) մթության մեջ: Այնուհետև ներկված նմուշները դիտարկվել են երկու ալիքի երկարություններում (488 նմ կենդանի բջիջների և 559 նմ մահացած բջիջների համար)՝ օգտագործելով Nikon CLSM սարք (C2 Plus, Nikon, Japan): Կենսաթաղանթի հաստությունը չափվել է 3-D սկանավորման ռեժիմով:
Ինչպես մեջբերել այս հոդվածը. Լի, Հ. և այլք։ 2707 սուպեր դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի մանրէային կոռոզիան ծովային Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016)։
Զանոտտո, Ֆ., Գրասի, Վ., Բալբո, Ա., Մոնտիչելլի, Կ. և Զուկի, Ֆ. LDX 2101 դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի լարվածակորոզային ճաքերի առաջացումը քլորիդային լուծույթում թիոսուլֆատի առկայությամբ: coros.science.80, 205–212 (2014):
Կիմ, Ս.Թ., Ջանգ, Ս.Հ., Լի, Ի.Ս. և Պարկ, Ի.Ս. Լուծույթի ջերմային մշակման և պաշտպանիչ գազի մեջ պարունակվող ազոտի ազդեցությունը գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատե եռակցման փոսային կոռոզիոն դիմադրության վրա։ coros.science.53, 1939–1947 (2011)։
Շի, Շ., Ավջի, Ռ., Գեյզեր, Մ. և Լևանդովսկի, Զ. 316L չժանգոտվող պողպատում մանրէային և էլեկտրաքիմիապես առաջացրած փոսային կոռոզիայի համեմատական ​​քիմիական ուսումնասիրություն: coros.science.45, 2577–2595 (2003):
Լուո, Հ., Դոնգ, Ս.Ֆ., Լի, Շ.Գ. և Սյաո, Կ. 2205 դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի էլեկտրաքիմիական վարքագիծը տարբեր pH արժեքի ալկալային լուծույթներում քլորիդի առկայությամբ: Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012):
Լիթլ, Բ.Ջ., Լի, Ջ.Ս. և Ռեյ, Ռ.Ի. Ծովային բիոթաղանթների ազդեցությունը կոռոզիայի վրա. համառոտ ակնարկ։ Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008)։