شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان الدعم المستمر، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
يعرض دائريًا مكونًا من ثلاث شرائح في وقت واحد.استخدم الزرين السابق والتالي للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة، أو استخدم أزرار التمرير الموجودة في النهاية للتنقل عبر ثلاث شرائح في المرة الواحدة.
يعد التآكل الميكروبي (MIC) مشكلة كبيرة في العديد من الصناعات لأنه يمكن أن يؤدي إلى خسائر اقتصادية فادحة.يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ سوبر دوبلكس 2707 (2707 HDSS) في البيئات البحرية بسبب مقاومته الكيميائية الممتازة.ومع ذلك، لم يتم إثبات مقاومته للـ MIC تجريبيًا.تناولت هذه الدراسة سلوك MIC 2707 HDSS الناجم عن البكتيريا الهوائية البحرية Pseudomonas aeruginosa.أظهر التحليل الكهروكيميائي أنه في وجود الغشاء الحيوي لـ Pseudomonas aeruginosa في الوسط 2216E، تغيرت احتمالية التآكل بشكل إيجابي، وزادت كثافة تيار التآكل.أظهرت نتائج التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS) انخفاضًا في محتوى الكروم على سطح العينة تحت الغشاء الحيوي.أظهر تحليل صور الحفرة أن الأغشية الحيوية لـ Pseudomonas aeruginosa أنتجت أقصى عمق للحفرة يبلغ 0.69 ميكرومتر بعد 14 يومًا من الاستزراع.على الرغم من أن هذا صغير، فإنه يشير إلى أن 2707 HDSS ليس محصنًا تمامًا ضد تأثيرات الأغشية الحيوية P. aeruginosa على MIC.
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS) على نطاق واسع في العديد من الصناعات بسبب المزيج المثالي من الخواص الميكانيكية الممتازة ومقاومة التآكل 1،2.ومع ذلك، قد يحدث تأليب موضعي، مما قد يؤثر على سلامة هذا الفولاذ 3، 4.DSS غير محمي ضد التآكل الميكروبي (MIC) 5،6.على الرغم من أن نطاق تطبيق DSS واسع جدًا، إلا أنه لا تزال هناك بيئات تكون فيها مقاومة التآكل لـ DSS غير كافية للاستخدام على المدى الطويل.وهذا يعني أن هناك حاجة إلى مواد أكثر تكلفة ذات مقاومة أعلى للتآكل.وجد جيون وآخرون 7 أنه حتى الفولاذ المقاوم للصدأ مزدوج الاتجاه (SDSS) لديه بعض القيود من حيث مقاومة التآكل.ولذلك، هناك حاجة للفولاذ المقاوم للصدأ مزدوج الاتجاه (HDSS) مع مقاومة أعلى للتآكل في بعض التطبيقات.أدى هذا إلى تطوير HDSS عالي السبائك.
يتم تحديد مقاومة التآكل لـ DSS بنسبة الطور α إلى الطور γ والمناطق المستنفدة في Cr وMo وW المجاورة للمراحل الثانوية.يحتوي HDSS على نسبة عالية من Cr وMo وN11، مما يمنحه مقاومة ممتازة للتآكل وقيمة عالية (45-50) لمقاومة التنقر المكافئة (PREN)، والتي يتم تعريفها بالوزن٪ Cr + 3.3 (wt.٪ Mo). + 0، 5 بالوزن٪ واط) + 16 بالوزن٪.ن12.تعتمد مقاومتها الممتازة للتآكل على تركيبة متوازنة تحتوي على حوالي 50% من الطور الحديدي (α) و50% من الأوستنيتي (γ).لقد قام HDSS بتحسين الخواص الميكانيكية ومقاومة أعلى للكلور مقارنة بـ DSS13 التقليدي.خصائص التآكل الكيميائي.تعمل المقاومة المحسنة للتآكل على توسيع استخدام HDSS في بيئات الكلوريد الأكثر عدوانية مثل البيئات البحرية.
يمثل MIC مشكلة كبيرة في العديد من الصناعات، بما في ذلك إمدادات النفط والغاز والمياه.يمثل MIC 20% من إجمالي أضرار التآكل.MIC هو تآكل كهروكيميائي حيوي يمكن ملاحظته في العديد من البيئات .يؤدي تكوين الأغشية الحيوية على الأسطح المعدنية إلى تغيير الظروف الكهروكيميائية وبالتالي يؤثر على عملية التآكل.من المقبول عمومًا أن تآكل MIC يحدث بسبب الأغشية الحيوية .الكائنات الحية الدقيقة الكهربية تأكل المعادن من أجل الحصول على الطاقة اللازمة للبقاء على قيد الحياة.أظهرت دراسات MIC الحديثة أن EET (نقل الإلكترون خارج الخلية) هو العامل المحدد لـ MIC الناجم عن الكائنات الحية الدقيقة الكهربية.أظهر Zhang وآخرون 18 أن وسطاء الإلكترون يسرّعون نقل الإلكترون بين الخلايا اللاطئة Desulfovibrio vulgaris والفولاذ المقاوم للصدأ 304، مما يؤدي إلى هجوم أكثر شدة على MIC.أنينغ وآخرون.19 و وينزلاف وآخرون.وقد أظهرت 20 أن الأغشية الحيوية للبكتيريا المسببة للكبريتات المسببة للتآكل (SRBs) يمكن أن تمتص الإلكترونات مباشرة من الركائز المعدنية، مما يؤدي إلى تأليب شديد.
من المعروف أن DSS عرضة لـ MIC في الوسائط التي تحتوي على SRBs، والبكتيريا التي تقلل الحديد (IRBs)، وما إلى ذلك 21.تسبب هذه البكتيريا تأليبًا موضعيًا على سطح DSS تحت الأغشية الحيوية .على عكس DSS، لا يُعرف سوى القليل عن MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa هي بكتيريا سالبة الجرام، متحركة، على شكل قضيب، وتنتشر على نطاق واسع في الطبيعة.تعد Pseudomonas aeruginosa أيضًا الكائنات الحية الدقيقة الرئيسية المسؤولة عن MIC للصلب في البيئة البحرية .تشارك أنواع الزائفة بشكل مباشر في عمليات التآكل ويتم التعرف عليها كالمستعمرات الأولى أثناء تكوين الأغشية الحيوية .ماهات وآخرون.28 ويوان وآخرون.أظهر 29 أن Pseudomonas aeruginosa تميل إلى زيادة معدل تآكل الفولاذ الطري والسبائك في البيئات المائية.
الهدف الرئيسي من هذا العمل هو دراسة خصائص MIC لـ 2707 HDSS الناتجة عن البكتيريا الهوائية البحرية Pseudomonas aeruginosa باستخدام الطرق الكهروكيميائية وطرق تحليل السطح وتحليل منتجات التآكل.تم إجراء الدراسات الكهروكيميائية بما في ذلك إمكانات الدائرة المفتوحة (OCP)، ومقاومة الاستقطاب الخطي (LPR)، والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) واستقطاب الجهد الديناميكي لدراسة سلوك MIC 2707 HDSS.يتم إجراء التحليل الطيفي لتشتت الطاقة (EDS) للكشف عن العناصر الكيميائية على الأسطح المتآكلة.بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد ثبات تخميل فيلم الأكسيد تحت تأثير البيئة البحرية التي تحتوي على Pseudomonas aeruginosa بواسطة التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS).تم قياس عمق الحفر تحت مجهر المسح بالليزر متحد البؤر (CLSM).
يوضح الجدول 1 التركيب الكيميائي لـ 2707 HDSS.يوضح الجدول 2 أن 2707 HDSS يتمتع بخصائص ميكانيكية ممتازة مع قوة إنتاج تبلغ 650 ميجا باسكال.على الشكل.يوضح الشكل 1 البنية المجهرية الضوئية للمحلول المعالج حرارياً 2707 HDSS.يمكن رؤية نطاقات طويلة من الأطوار الأوستنيتي والحديدي بدون أطوار ثانوية في بنية مجهرية تحتوي على حوالي 50% من الأطوار الأوستنيتي و50% من الحديدي.
على الشكل.يُظهر الشكل 2 أ إمكانات الدائرة المفتوحة (Eocp) مقابل وقت التعرض لـ 2707 HDSS في وسط غير حيوي 2216E ومرق Pseudomonas aeruginosa لمدة 14 يومًا عند 37 درجة مئوية.لقد وجد أن التغييرات الأكثر وضوحًا في Eocp حدثت خلال الـ 24 ساعة الأولى.بلغت قيم Eocp في كلتا الحالتين ذروتها عند حوالي -145 مللي فولت (مقابل SCE) في حوالي 16 ساعة ثم انخفضت بشكل حاد إلى -477 مللي فولت (مقابل SCE) و-236 مللي فولت (مقابل SCE) للعينات غير البيولوجية و P للعينات النسبية SCE) أوراق الزنجار، على التوالي.بعد 24 ساعة، ظلت قيمة Eocp لـ Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS مستقرة نسبيًا عند -228 mV (مقارنة بـ SCE)، في حين كانت القيمة المقابلة للعينة غير البيولوجية حوالي -442 mV (مقارنة بـ SCE).كانت Eocp في وجود Pseudomonas aeruginosa منخفضة جدًا.
الاختبار الكهروكيميائي لـ 2707 عينة من HDSS في الوسائط اللاأحيائية ومرق Pseudomonas aeruginosa عند 37 درجة مئوية:
(أ) التغير في Eocp مع وقت التعرض، (ب) منحنى الاستقطاب في اليوم 14، (ج) التغير في Rp مع وقت التعرض، (د) التغير في التقابل مع وقت التعرض.
يوضح الجدول 3 معلمات التآكل الكهروكيميائي لـ 2707 عينة من HDSS المعرضة للوسائط الملقحة اللاأحيائية وP. aeruginosa على مدار فترة 14 يومًا.سمح الاستقراء العرضي للمنحنيات الأنودية والكاثودية إلى نقطة التقاطع بتحديد كثافة تيار التآكل (icorr) واحتمال التآكل (Ecorr) ومنحدر Tafel (βα و βc) وفقًا للطرق القياسية .
كما هو مبين في الشكل 2ب، أدى التحول التصاعدي لمنحنى P. aeruginosa إلى زيادة في Ecorr مقارنة بالمنحنى اللاأحيائي.زادت قيمة Icorr للعينة التي تحتوي على Pseudomonas aeruginosa، بما يتناسب مع معدل التآكل، إلى 0.328 ميكرو أمبير سم-2، وهو أكبر بأربع مرات من العينة غير البيولوجية (0.087 ميكرو أمبير سم-2).
LPR هي طريقة كهروكيميائية كلاسيكية للتحليل السريع غير المدمر للتآكل.كما تم استخدامه لدراسة MIC32.على الشكل.يوضح الشكل 2 ج التغير في مقاومة الاستقطاب (Rp) اعتمادًا على وقت التعرض.قيمة Rp الأعلى تعني تآكلًا أقل.خلال الـ 24 ساعة الأولى، وصل Rp 2707 HDSS إلى ذروته عند 1955 كيلو أوم سم2 للعينات غير البيولوجية و1429 كيلو أوم سم2 لعينات الزائفة الزنجارية.يوضح الشكل 2 ج أيضًا أن قيمة Rp انخفضت بسرعة بعد يوم واحد ثم ظلت دون تغيير نسبيًا خلال الـ 13 يومًا التالية.تبلغ قيمة Rp لعينة اختبار Pseudomonas aeruginosa حوالي 40 كيلو أوم سم 2، وهي أقل بكثير من قيمة 450 كيلو أوم سم 2 لعينة الاختبار غير البيولوجية.
تتناسب قيمة Icorr مع معدل التآكل الموحد.يمكن حساب قيمتها من معادلة ستيرن-جيري التالية:
وفقا لزوي وآخرون.33 تم أخذ منحدر Tafel B كقيمة نموذجية تبلغ 26 مللي فولت / ديك في هذا العمل.على الشكل.يُظهر الشكل 2 د أن معدل ضربات العينة للسلالة اللاأحيائية 2707 ظل مستقرًا نسبيًا، في حين أن معدل ضربات مجموعة Pseudomonas aeruginosa يتقلب بقوة مع قفزة كبيرة بعد أول 24 ساعة.كانت قيمة icorr لعينة اختبار Pseudomonas aeruginosa أعلى من قيمة المكافحة غير البيولوجية.ويتوافق هذا الاتجاه مع نتائج مقاومة الاستقطاب.
EIS هي طريقة أخرى غير مدمرة تستخدم لوصف التفاعلات الكهروكيميائية في واجهة التآكل.حسابات أطياف المعاوقة والسعة للشرائط المعرضة للوسائط اللاأحيائية ومحاليل Pseudomonas aeruginosa، Rb هي مقاومة الغشاء الحيوي/السلبي المتكون على سطح الشريط، Rct هي مقاومة نقل الشحنة، Cdl هي الطبقة الكهربائية المزدوجة.) ومعلمات عنصر الطور الثابت (CPE) QCPE.تم تحليل هذه المعلمات بشكل أكبر من خلال مقارنة البيانات بنموذج دائرة كهربائية مكافئة (EEC).
على الشكل.يُظهر الشكل 3 مخططات Nyquist النموذجية (a وb) ومؤامرات Bode (a' وb') لـ 2707 عينة من HDSS في الوسائط اللاأحيائية ومرق Pseudomonas aeruginosa في أوقات حضانة مختلفة.في وجود الزائفة الزنجارية، يتناقص قطر حلقة نيكويست.تُظهر مخطط Bode (الشكل 3 ب') الزيادة في الممانعة الإجمالية.يمكن الحصول على معلومات حول ثابت وقت الاسترخاء من المرحلة القصوى.على الشكل.يوضح الشكل 4 الهياكل المادية والمجموعة الاقتصادية الأوروبية المقابلة بناءً على طبقة واحدة (أ) وطبقتين (ب).تم إدخال CPE في نموذج EEC.يتم التعبير عن قبولها ومقاومتها على النحو التالي:
نموذجان ماديان ودوائر مكافئة مقابلة لتركيب طيف مقاومة قسيمة 2707 HDSS:
حيث Y0 هو مقدار CPE، وj هو الرقم التخيلي أو (-1)1/2، وω هو التردد الزاوي، وn هو عامل قدرة CPE الأقل من واحد35.يتوافق انعكاس مقاومة نقل الشحنة (أي 1/Rct) مع معدل التآكل.انخفاض قيمة Rct يعني ارتفاع معدل التآكل.بعد 14 يومًا من الحضانة، وصل Rct لعينة الاختبار من Pseudomonas aeruginosa إلى 32 كيلو أوم سم 2، وهو أقل بكثير من 489 كيلو أوم سم 2 لعينة الاختبار غير البيولوجية (الجدول 4).
صور CLSM وصور SEM في الشكل.يوضح الشكل 5 بوضوح أن تغطية الأغشية الحيوية على سطح عينة HDSS 2707 كانت كثيفة للغاية بعد 7 أيام.ومع ذلك، بعد 14 يومًا، أصبح طلاء البيوفيلم متناثرًا وظهرت بعض الخلايا الميتة.يوضح الجدول 5 سمك الغشاء الحيوي لـ 2707 عينة من HDSS بعد 7 و 14 يومًا من التعرض لبكتيريا Pseudomonas aeruginosa.تغير الحد الأقصى لسمك الغشاء الحيوي من 23.4 ميكرومتر بعد 7 أيام إلى 18.9 ميكرومتر بعد 14 يومًا.كما أكد متوسط سمك الأغشية الحيوية هذا الاتجاه.انخفض من 22.2 ± 0.7 ميكرومتر بعد 7 أيام إلى 17.8 ± 1.0 ميكرومتر بعد 14 يومًا.
(أ) صورة CLSM ثلاثية الأبعاد في 7 أيام، (ب) صورة CLSM ثلاثية الأبعاد في 14 يومًا، (ج) صورة SEM في 7 أيام، و (د) صورة SEM في 14 يومًا.
كشفت EMF عن العناصر الكيميائية في الأغشية الحيوية ومنتجات التآكل في العينات المعرضة لبكتيريا Pseudomonas aeruginosa لمدة 14 يومًا.على الشكل.ويبين الشكل 6 أن محتوى C، N، O، P في الأغشية الحيوية ومنتجات التآكل أعلى بكثير منه في المعدن النقي، حيث أن هذه العناصر مرتبطة بالأغشية الحيوية ومستقلباتها.تتطلب الكائنات الحية الدقيقة كميات ضئيلة فقط من الكروم والحديد.يشير المحتوى العالي من الكروم والحديد في الأغشية الحيوية ومنتجات التآكل على سطح العينة إلى فقدان العناصر في المصفوفة المعدنية نتيجة للتآكل.
وبعد 14 يومًا، لوحظت حفر تحتوي على أو بدون P. aeruginosa في وسط 2216E.قبل الحضانة، كان سطح العينات سلسًا وخاليًا من العيوب (الشكل 7 أ).بعد الحضانة وإزالة الأغشية الحيوية ومنتجات التآكل، تم فحص أعمق الحفر على سطح العينة باستخدام CLSM، كما هو مبين في الشكل 7 ب و ج.لم يتم العثور على تأليب واضح على سطح التحكم غير البيولوجي (الحد الأقصى لعمق الحفرة 0.02 ميكرومتر).كان الحد الأقصى لعمق الحفرة الناجم عن Pseudomonas aeruginosa هو 0.52 ميكرومتر بعد 7 أيام و0.69 ميكرومتر بعد 14 يومًا، بناءً على متوسط الحد الأقصى لعمق الحفرة من 3 عينات (تم اختيار 10 أعماق قصوى للحفرة لكل عينة) ووصل إلى 0.42 ± 0.12 ميكرومتر .و0.52 ± 0.15 ميكرومتر، على التوالي (الجدول 5).قيم عمق الدمل هذه صغيرة ولكنها مهمة.
(أ) قبل التعرض؛(ب) 14 يومًا في بيئة غير حيوية؛( ج ) 14 يومًا في مرق P. aeruginosa .
على الشكل.يوضح الجدول 8 أطياف XPS لأسطح العينات المختلفة، ويلخص الجدول 6 الكيمياء التي تم تحليلها لكل سطح. في الجدول 6، كانت النسب الذرية للحديد والكروم أقل بكثير في وجود P. aeruginosa (العينتان A وB) ) مما كانت عليه في شرائط المراقبة غير البيولوجية.(العينات C و D).بالنسبة لعينة من Pseudomonas aeruginosa، تم تركيب المنحنى الطيفي للمستوى الأساسي Cr 2p على أربعة مكونات ذروة مع طاقات ربط (BE) تبلغ 574.4 و576.6 و578.3 و586.8 فولت، والتي تم تخصيصها لـ Cr وCr2O3 وCrO3 وCr(OH) 3 على التوالي (الشكل 9 أ و ب).بالنسبة للعينات غير البيولوجية، أطياف المستوى الأساسي Cr 2p في التين.يحتوي 9c و d على القمتين الرئيسيتين Cr (BE 573.80 eV) وCr2O3 (BE 575.90 eV) على التوالي.كان الاختلاف الأكثر وضوحًا بين القسيمة اللاأحيائية وقسيمة P. aeruginosa هو وجود Cr6+ ونسبة عالية نسبيًا من Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) تحت الأغشية الحيوية.
أطياف XPS ذات السطح العريض لـ 2707 عينة HDSS في وسطين لمدة 7 و 14 يومًا على التوالي.
(أ) التعرض للبكتيريا الزنجارية لمدة 7 أيام، (ب) التعرض للبكتيريا الزنجارية لمدة 14 يومًا، (ج) التعرض اللاأحيائي لمدة 7 أيام، (د) التعرض اللاأحيائي لمدة 14 يومًا.
يُظهر HDSS مستوى عالٍ من مقاومة التآكل في معظم البيئات.أفاد Kim et al.2 أنه تم تحديد HDSS UNS S32707 على أنه DSS مخدر للغاية مع PREN أكبر من 45. وكانت قيمة PREN لعينة HDSS 2707 في هذا العمل 49. ويرجع ذلك إلى المحتوى العالي من الكروم والمستويات العالية من Mo و Ni، وهي مفيدة في البيئات الحمضية والبيئات التي تحتوي على نسبة عالية من الكلوريدات.بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيبة المتوازنة والبنية المجهرية الخالية من العيوب توفر الاستقرار الهيكلي ومقاومة التآكل.على الرغم من المقاومة الكيميائية الممتازة، تظهر البيانات التجريبية في هذا العمل أن 2707 HDSS ليس محصنًا تمامًا ضد الأغشية الحيوية MICs لـ Pseudomonas aeruginosa.
أظهرت النتائج الكهروكيميائية أن معدل تآكل 2707 HDSS في مرق Pseudomonas aeruginosa ارتفع معنويا بعد 14 يوما مقارنة بالبيئة غير البيولوجية.في الشكل 2 أ، لوحظ انخفاض في Eocp سواء في الوسط اللاأحيائي أو في مرق P. aeruginosa خلال الـ 24 ساعة الأولى.بعد ذلك، ينتهي الغشاء الحيوي من تغطية سطح العينة ويصبح Eocp مستقرًا نسبيًا.ومع ذلك، كان مستوى Eocp الحيوي أعلى بكثير من مستوى Eocp اللاأحيائي.هناك أسباب للاعتقاد بأن هذا الاختلاف يرتبط بتكوين الأغشية الحيوية P. aeruginosa.على الشكل.2g، وصلت قيمة icorr لـ 2707 HDSS إلى 0.627 μA cm-2 في وجود Pseudomonas aeruginosa، وهو أمر أعلى من حجم التحكم غير البيولوجي (0.063 μA cm-2)، وهو ما يتوافق مع Rct القيمة المقاسة بواسطة EIS.خلال الأيام القليلة الأولى، زادت قيم المعاوقة في مرق P. aeruginosa بسبب ارتباط خلايا P. aeruginosa وتكوين الأغشية الحيوية.ومع ذلك، تنخفض المقاومة عندما يغطي الغشاء الحيوي سطح العينة بالكامل.تتعرض الطبقة الواقية للهجوم في المقام الأول بسبب تكوين الأغشية الحيوية ومستقلبات الأغشية الحيوية.لذلك، تقل مقاومة التآكل بمرور الوقت، وتسبب رواسب الزائفة الزنجارية تآكلًا موضعيًا.الاتجاهات في البيئات اللاأحيائية مختلفة.وكانت مقاومة التآكل للمكافحة غير البيولوجية أعلى بكثير من القيمة المقابلة للعينات المعرضة لمرق Pseudomonas aeruginosa.بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للعينات اللاأحيائية، وصلت قيمة Rct 2707 HDSS إلى 489 كيلو أوم سم في اليوم 14، وهو أعلى بـ 15 مرة من وجود الزائفة الزنجارية (32 كيلو أوم سم).وبالتالي، يتمتع 2707 HDSS بمقاومة ممتازة للتآكل في بيئة معقمة، ولكنه غير محمي من هجوم MIC بواسطة الأغشية الحيوية Pseudomonas aeruginosa.
ويمكن أيضًا ملاحظة هذه النتائج من منحنيات الاستقطاب في التين.2ب.يرتبط التفرع الأنودي بتكوين الأغشية الحيوية لـ Pseudomonas aeruginosa وتفاعلات أكسدة المعادن.وفي الوقت نفسه، فإن التفاعل الكاثودي هو تقليل الأكسجين.أدى وجود P. aeruginosa إلى زيادة كبيرة في كثافة تيار التآكل، والتي كانت أعلى بحوالي ترتيب من حيث الحجم في التحكم اللاأحيائي.يشير هذا إلى أن الغشاء الحيوي Pseudomonas aeruginosa عزز التآكل الموضعي لـ 2707 HDSS.وجد Yuan et al.29 أن كثافة تيار التآكل لسبائك Cu-Ni بنسبة 70/30 قد زادت بواسطة الأغشية الحيوية لـ Pseudomonas aeruginosa.قد يكون هذا بسبب التحفيز الحيوي لتقليل الأكسجين بواسطة الأغشية الحيوية لـ Pseudomonas aeruginosa.قد تفسر هذه الملاحظة أيضًا MIC 2707 HDSS في هذا العمل.يمكن للأغشية الحيوية الهوائية أيضًا أن تقلل من محتوى الأكسجين الموجود تحتها.وبالتالي، فإن رفض إعادة تنشيط السطح المعدني بالأكسجين قد يكون عاملاً يساهم في MIC في هذا العمل.
ديكنسون وآخرون.اقترح 38 أن معدل التفاعلات الكيميائية والكهروكيميائية يعتمد بشكل مباشر على النشاط الأيضي للبكتيريا المرتبطة بسطح العينة وعلى طبيعة منتجات التآكل.كما هو مبين في الشكل 5 والجدول 5، انخفض عدد الخلايا وسمك الأغشية الحيوية بعد 14 يومًا.يمكن تفسير ذلك بشكل معقول من خلال حقيقة أنه بعد 14 يومًا ماتت معظم الخلايا المثبتة على سطح 2707 HDSS بسبب استنفاد المغذيات في الوسط 2216E أو إطلاق أيونات معدنية سامة من مصفوفة 2707 HDSS.وهذا قيد من التجارب الدفعية.
في هذا العمل، عزز الغشاء الحيوي لـ Pseudomonas aeruginosa الاستنزاف المحلي لـ Cr وFe تحت الغشاء الحيوي على سطح 2707 HDSS (الشكل 6).في الجدول 6، انخفض الحديد والكروم في العينة D مقارنة بالعينة C، مما يشير إلى أن انحلال Fe وCr الناجم عن الأغشية الحيوية P. aeruginosa تم الحفاظ عليها بعد أول 7 أيام.يتم استخدام بيئة 2216E لمحاكاة البيئة البحرية.ويحتوي على 17700 جزء في المليون Cl-، وهو ما يعادل محتواه في مياه البحر الطبيعية.كان وجود 17700 جزء في المليون Cl- هو السبب الرئيسي لانخفاض الكروم في العينات غير البيولوجية لمدة 7 أيام و14 يومًا التي تم تحليلها بواسطة XPS.بالمقارنة مع عينة اختبار Pseudomonas aeruginosa، فإن ذوبان الكروم في عينة الاختبار اللاأحيائية أقل بكثير بسبب المقاومة القوية لـ 2707 HDSS للكلور في البيئة اللاأحيائية.على الشكل.يوضح الشكل 9 وجود Cr6+ في الفيلم التخميلى.قد يكون هذا مرتبطًا بإزالة الكروم من الأسطح الفولاذية بواسطة الأغشية الحيوية P. aeruginosa، كما اقترح تشين وكلايتون.
بسبب نمو البكتيريا، كانت قيم الرقم الهيدروجيني للوسط قبل وبعد الحضانة 7.4 و 8.2 على التوالي.وبالتالي، من غير المرجح أن يساهم تآكل الأحماض العضوية في هذا العمل تحت الأغشية الحيوية P. aeruginosa بسبب ارتفاع الرقم الهيدروجيني نسبيًا في الوسط السائب.لم يتغير الرقم الهيدروجيني لوسط التحكم غير البيولوجي بشكل ملحوظ (من 7.4 الأولي إلى 7.5 النهائي) خلال فترة الاختبار البالغة 14 يومًا.ارتبطت الزيادة في الرقم الهيدروجيني في وسط اللقاح بعد الحضانة بالنشاط الأيضي لبكتيريا Pseudomonas aeruginosa، وتم العثور على نفس التأثير على الرقم الهيدروجيني في غياب شريط الاختبار.
كما يظهر في الشكل.كما هو موضح في الشكل 7، كان الحد الأقصى لعمق الحفرة الناتج عن الغشاء الحيوي Pseudomonas aeruginosa هو 0.69 ميكرومتر، وهو أكبر بكثير مما كان عليه في الوسط اللاأحيائي (0.02 ميكرومتر).وهذا يتفق مع البيانات الكهروكيميائية المذكورة أعلاه.وفي ظل نفس الظروف، يكون عمق الحفرة البالغ 0.69 ميكرومتر أصغر بعشر مرات من قيمة 9.5 ميكرومتر المحددة لـ 2205 DSS40.تظهر هذه البيانات أن 2707 HDSS يُظهر مقاومة أفضل للـ MICs من 2205 DSS.هذا ليس مفاجئًا نظرًا لأن 2707 HDSS يحتوي على مستوى أعلى من الكروم، مما يسمح بالتخميل لفترة أطول، ويجعل من الصعب إبطال تأثير Pseudomonas aeruginosa، ويبدأ العملية دون هطول الأمطار الثانوية الضارة Pitting41.
في الختام، تم العثور على تأليب MIC على 2707 أسطح HDSS في مرق Pseudomonas aeruginosa، في حين كان تأليب لا يكاد يذكر في الوسائط اللاأحيائية.يوضح هذا العمل أن 2707 HDSS لديه مقاومة أفضل لـ MIC من 2205 DSS، لكنه ليس محصنًا تمامًا ضد MIC بسبب الغشاء الحيوي Pseudomonas aeruginosa.تساعد هذه النتائج في اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المناسب ومتوسط العمر المتوقع للبيئة البحرية.
تم تقديم عينات HDSS البالغ عددها 2707 من قبل كلية علم المعادن بجامعة نورث إيسترن (NEU)، شنيانغ، الصين.يظهر التركيب العنصري لـ 2707 HDSS في الجدول 1، والذي تم تحليله بواسطة قسم تحليل واختبار المواد بجامعة نورث إيسترن.تمت معالجة جميع العينات للحصول على محلول صلب عند درجة حرارة 1180 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة.قبل اختبار التآكل، تم صقل العملة الفولاذية 2707 HDSS بمساحة سطحية مكشوفة تبلغ 1 سم2 إلى 2000 حصى باستخدام ورق صنفرة من كربيد السيليكون، ثم تم صقلها أيضًا باستخدام ملاط مسحوق Al2O3 بقطر 0.05 ميكرومتر.الجوانب والقاع محمية بطلاء خامل.بعد التجفيف، تم غسل العينات بالماء المعقم منزوع الأيونات وتعقيمها باستخدام 75٪ (حجم / حجم) من الإيثانول لمدة 0.5 ساعة.تم بعد ذلك تجفيفها بالهواء تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 0.5 ساعة قبل الاستخدام.
تم شراء السلالة البحرية Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 من مجموعة Xiamen Marine Culture Collection (MCCC) بالصين.تم استخدام الوسط السائل Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd.، Qingdao، China) لزراعة Pseudomonas aeruginosa في قوارير سعة 250 مل وخلايا زجاجية كهروكيميائية سعة 500 مل تحت ظروف هوائية عند 37 درجة مئوية.الوسط يحتوي على (جم/لتر): 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، 0.00. 8، 0.008 Na4F0H20PO.1.0 خلاصة الخميرة و 0.1 سترات الحديد.الأوتوكلاف عند 121 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة قبل التلقيح.تم حساب الخلايا اللاطئة والعوالق تحت المجهر الضوئي باستخدام عدادة الكريات بتكبير 400x.كان التركيز الأولي للخلايا العوالق P. aeruginosa مباشرة بعد التلقيح حوالي 106 خلية / مل.
تم إجراء الاختبارات الكهروكيميائية في خلية زجاجية كلاسيكية ثلاثية الأقطاب بحجم متوسط يبلغ 500 مل.تم توصيل صفيحة من البلاتين وقطب كالوميل مشبع (SCE) بالمفاعل من خلال أنبوب شعري من نوع Luggin مملوء بجسر ملح وكان بمثابة أقطاب كهربائية مضادة ومرجعية، على التوالي.لإنشاء قطب كهربائي عامل، تم ربط سلك نحاسي مطلي بالمطاط بكل عينة ومغطى بمادة الإيبوكسي، مما يترك حوالي 1 سم2 من مساحة السطح على جانب واحد للقطب الكهربائي العامل.أثناء القياسات الكهروكيميائية، تم وضع العينات في الوسط 2216E وحفظها عند درجة حرارة حضانة ثابتة (37 درجة مئوية) في حمام مائي.تم قياس بيانات OCP وLPR وEIS وبيانات الاستقطاب الديناميكي المحتملة باستخدام Autolab Potentiostat (المرجع 600TM، Gamry Instruments، Inc.، USA).تم تسجيل اختبارات LPR بمعدل مسح قدره 0.125 مللي فولت في الثانية في نطاق -5 و5 مللي فولت وEocp بمعدل أخذ عينات قدره 1 هرتز.تم إجراء EIS في حالة Eocp ثابتة باستخدام جهد مطبق قدره 5 مللي فولت مع جيبية على مدى تردد يتراوح من 0.01 إلى 10000 هرتز.قبل عملية المسح المحتملة، كانت الأقطاب الكهربائية في وضع الدائرة المفتوحة حتى تم الوصول إلى إمكانية تآكل حر مستقرة تبلغ 42.مع.تم تكرار كل اختبار ثلاث مرات مع وبدون الزائفة الزنجارية.
تم صقل عينات التحليل الميتالوغرافي ميكانيكيًا باستخدام ورق SiC المبلل بحبيبات رملية 2000 ثم صقلها باستخدام ملاط مسحوق Al2O3 بحجم 0.05 ميكرومتر للمراقبة البصرية.تم إجراء تحليل المعادن باستخدام المجهر الضوئي.تم حفر العينة بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم بنسبة 10٪ بالوزن .
بعد الحضانة، اغسل 3 مرات بمحلول ملحي بالفوسفات (PBS) (الرقم الهيدروجيني 7.4 ± 0.2) ثم قم بإصلاحه باستخدام غلوتارالدهيد 2.5% (v/v) لمدة 10 ساعات لإصلاح الغشاء الحيوي.التجفيف اللاحق بالإيثانول في سلسلة متدرجة (50%، 60%، 70%، 80%، 90%، 95% و 100% من حيث الحجم) قبل التجفيف بالهواء.أخيرًا، تم رش فيلم ذهبي على سطح العينة لتوفير التوصيل لمراقبة SEM44.تركز صور SEM على الموقع الذي توجد به خلايا P. aeruginosa الأكثر رسوخًا على سطح كل عينة.تم إجراء تحليل EMF للكشف عن العناصر الكيميائية.لقياس عمق الحفرة، تم استخدام مجهر المسح بالليزر متحد البؤر زايس (CLSM) (LSM 710، زايس، ألمانيا).لمراقبة حفر التآكل الموجودة تحت الأغشية الحيوية، تم تنظيف عينة الاختبار أولاً وفقًا للمعيار الوطني الصيني (CNS) GB/T4334.4-2000 لإزالة منتجات التآكل والأغشية الحيوية من سطح عينة الاختبار.
التحليل الطيفي للأشعة السينية الضوئية (XPS، نظام تحليل السطح ESCALAB250، Thermo VG، الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام مصدر أشعة سينية أحادي اللون (خط Al Kα بطاقة 1500 فولت وقوة 150 واط) في نطاق واسع من طاقات الربط 0 تحت الظروف القياسية -1350 فولت.سجل أطياف عالية الدقة باستخدام طاقة تمرير 50 فولت وحجم خطوة 0.2 فولت.
إزالة العينة المحتضنة وغسلها بلطف مع برنامج تلفزيوني (الرقم الهيدروجيني 7.4 ± 0.2) لمدة 15 s45.لمراقبة الحيوية البكتيرية للأغشية الحيوية في العينة، تم تلوين الأغشية الحيوية باستخدام مجموعة LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen، Eugene، OR، USA).تحتوي المجموعة على صبغتين فلورسنت: صبغة فلورسنت خضراء SYTO-9 وصبغة فلورسنت حمراء بروبيديوم يوديد (PI).في CLSM، تمثل النقاط الخضراء والحمراء الفلورية الخلايا الحية والميتة، على التوالي.للتلوين، احتضان 1 مل من خليط يحتوي على 3 ميكرولتر من SYTO-9 و 3 ميكرولتر من محلول PI في درجة حرارة الغرفة (23 درجة مئوية) في الظلام لمدة 20 دقيقة.بعد ذلك، تمت ملاحظة العينات الملطخة عند طولين موجيين (488 نانومتر للخلايا الحية و559 نانومتر للخلايا الميتة) باستخدام جهاز Nikon CLSM (C2 Plus، Nikon، اليابان).قياس سمك الأغشية الحيوية في وضع المسح ثلاثي الأبعاد.
كيفية الاستشهاد بهذه المقالة : Li، H. et al.تأثير الأغشية الحيوية البحرية Pseudomonas aeruginosa على التآكل الميكروبي للفولاذ المقاوم للصدأ 2707 سوبر دوبلكس.علوم.دار 6، 20190؛دوى:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. تكسير التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج LDX 2101 في محاليل الكلوريد في وجود ثيوكبريتات.تآكل.العلم.80، 205-212 (2014).
Kim، ST، Jang، SH، Lee، IS and Park، YS تأثير المعالجة الحرارية للمحلول والنيتروجين في غاز التدريع على مقاومة التآكل في اللحامات الفولاذية المقاومة للصدأ فائقة الازدواج.تآكل.العلم.53، 1939-1947 (2011).
Shi، X.، Avchi، R.، Geyser، M. and Lewandowski، Z. دراسة مقارنة كيميائية للتنقر الميكروبي والكهروكيميائي في الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.تآكل.العلم.45، 2577-2595 (2003).
Luo H.، Dong KF، Li HG و Xiao K. السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في المحاليل القلوية عند قيم pH مختلفة في وجود الكلوريد.الكيمياء الكهربائية.مجلة.64، 211-220 (2012).
وقت النشر: 09 يناير 2023