Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn arddangos carwsél o dri sleid ar unwaith.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Mae cyrydiad microbaidd (MIC) yn broblem fawr mewn llawer o ddiwydiannau oherwydd gall arwain at golledion economaidd enfawr.Defnyddir dur di-staen dwplecs super 2707 (2707 HDSS) mewn amgylcheddau morol oherwydd ei wrthwynebiad cemegol rhagorol.Fodd bynnag, nid yw ei wrthwynebiad i MIC wedi'i ddangos yn arbrofol.Archwiliodd yr astudiaeth hon ymddygiad MIC 2707 HDSS a achosir gan y bacteriwm aerobig morol Pseudomonas aeruginosa.Dangosodd dadansoddiad electrocemegol, ym mhresenoldeb biofilm Pseudomonas aeruginosa yn y cyfrwng 2216E, fod y potensial cyrydiad wedi newid yn gadarnhaol, a chynyddodd y dwysedd cerrynt cyrydiad.Dangosodd canlyniadau dadansoddiad sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS) ostyngiad yn y cynnwys Cr ar wyneb y sampl o dan y biofilm.Dangosodd dadansoddiad o'r delweddau pyllau fod bioffilmiau Pseudomonas aeruginosa yn cynhyrchu dyfnder pwll uchaf o 0.69 µm ar ôl 14 diwrnod o feithriniad.Er bod hyn yn fach, mae'n awgrymu nad yw 2707 HDSS yn gwbl imiwn i effeithiau bioffilmiau P. aeruginosa ar MIC.
Defnyddir dur di-staen dwplecs (DSS) yn eang mewn amrywiol ddiwydiannau oherwydd y cyfuniad perffaith o briodweddau mecanyddol rhagorol a gwrthiant cyrydiad1,2.Fodd bynnag, efallai y bydd tyllu lleol yn dal i ddigwydd, a allai effeithio ar gyfanrwydd y dur hwn 3, 4 .Nid yw DSS wedi'i ddiogelu rhag cyrydiad microbaidd (MIC)5,6.Er bod ystod cymhwyso DSS yn eang iawn, mae yna amgylcheddau o hyd lle nad yw ymwrthedd cyrydiad DSS yn ddigonol ar gyfer defnydd hirdymor.Mae hyn yn golygu bod angen deunyddiau drutach ag ymwrthedd cyrydiad uwch.Canfu Jeon et al.7 fod gan hyd yn oed ddur di-staen super dwplecs (SDSS) rai cyfyngiadau o ran ymwrthedd cyrydiad.Felly, mae angen duroedd di-staen deublyg super (HDSS) gyda gwrthiant cyrydiad uwch mewn rhai cymwysiadau.Arweiniodd hyn at ddatblygiad HDSS aloi iawn.
Mae ymwrthedd cyrydiad DSS yn cael ei bennu gan y gymhareb o α-cyfnod i γ-cyfnod ac ardaloedd wedi'u disbyddu yn Cr, Mo a W ger y cyfnodau uwchradd8,9,10.Mae HDSS yn cynnwys cynnwys uchel o Cr, Mo a N11, sy'n rhoi ymwrthedd cyrydiad rhagorol iddo a gwerth gwrthiant tyllu cyfatebol gwerth uchel (45-50) (PREN), a ddiffinnir gan wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0, 5 wt % W) + 16 wt %.N12.Mae ei wrthwynebiad cyrydiad rhagorol yn dibynnu ar gyfansoddiad cytbwys sy'n cynnwys tua 50% o gyfnodau ferritig (α) a 50% austenitig (γ).Mae HDSS wedi gwella priodweddau mecanyddol a gwrthiant clorin uwch o'i gymharu â DSS13 confensiynol.Nodweddion cyrydiad cemegol.Mae ymwrthedd cyrydiad gwell yn ymestyn y defnydd o HDSS mewn amgylcheddau clorid mwy ymosodol megis amgylcheddau morol.
Mae MIC yn broblem sylweddol mewn llawer o ddiwydiannau, gan gynnwys cyflenwad olew a nwy a dŵr14.Mae MIC yn cyfrif am 20% o'r holl ddifrod cyrydiad15.Mae MIC yn gyrydiad bioelectrocemegol y gellir ei weld mewn llawer o amgylcheddau16.Mae ffurfio bioffilmiau ar arwynebau metel yn newid yr amodau electrocemegol ac felly'n dylanwadu ar y broses gyrydu.Derbynnir yn gyffredinol bod biofilms yn achosi cyrydiad MIC14.Mae micro-organebau electrogenig yn bwyta metelau i ffwrdd er mwyn cael egni i oroesi17.Mae astudiaethau MIC diweddar wedi dangos mai EET (trosglwyddo electronau allgellog) yw'r ffactor cyfyngol ar gyfer MIC a achosir gan ficro-organebau electrogenig.Dangosodd Zhang et al.18 fod cyfryngwyr electronau yn cyflymu trosglwyddiad electronau rhwng celloedd digoes Desulfovibrio vulgaris a 304 o ddur di-staen, gan arwain at ymosodiad MIC mwy difrifol.Roedd Anning et al.19 a Wenzlaff et al.Mae 20 wedi dangos y gall bioffilmiau o facteria sy'n lleihau sylffad cyrydol (SRBs) amsugno electronau'n uniongyrchol o swbstradau metel, gan arwain at bylu difrifol.
Mae'n hysbys bod DSS yn agored i MIC mewn cyfryngau sy'n cynnwys SRBs, bacteria sy'n lleihau haearn (IRBs), ac ati. 21 .Mae'r bacteria hyn yn achosi tyllu lleol ar wyneb y DSS o dan y biofilm22,23.Yn wahanol i DSS, ychydig a wyddys am yr MIC HDSS24.
Mae Pseudomonas aeruginosa yn facteriwm Gram-negyddol, motile, siâp gwialen sydd wedi'i ddosbarthu'n eang o ran natur25.Pseudomonas aeruginosa hefyd yw'r prif ficrobiota sy'n gyfrifol am MIC dur yn yr amgylchedd morol26.Mae rhywogaethau Pseudomonas yn ymwneud yn uniongyrchol â phrosesau cyrydiad ac yn cael eu cydnabod fel y cytrefwyr cyntaf yn ystod ffurfio bioffilm27.Mae Mahat et al.28 a Yuan et al.Dangosodd 29 fod Pseudomonas aeruginosa yn tueddu i gynyddu cyfradd cyrydiad dur ysgafn ac aloion mewn amgylcheddau dyfrol.
Prif nod y gwaith hwn yw astudio priodweddau MIC 2707 HDSS a achosir gan y bacteriwm aerobig morol Pseudomonas aeruginosa gan ddefnyddio dulliau electrocemegol, dulliau dadansoddi arwyneb a dadansoddi cynnyrch cyrydiad.Perfformiwyd astudiaethau electrocemegol gan gynnwys potensial cylched agored (OCP), ymwrthedd polareiddio llinol (LPR), sbectrosgopeg rhwystriant electrocemegol (EIS) a pholareiddio potensial deinamig i astudio ymddygiad y MIC 2707 HDSS.Mae dadansoddiad sbectrosgopeg gwasgaredig egni (EDS) yn cael ei berfformio i ganfod elfennau cemegol ar arwynebau wedi cyrydu.Yn ogystal, pennwyd sefydlogrwydd passivation ffilm ocsid o dan ddylanwad amgylchedd morol sy'n cynnwys Pseudomonas aeruginosa gan sbectrosgopeg photoelectron pelydr-X (XPS).Mesurwyd dyfnder y pyllau o dan ficrosgop sganio laser confocal (CLSM).
Mae Tabl 1 yn dangos cyfansoddiad cemegol 2707 HDSS.Mae Tabl 2 yn dangos bod gan 2707 HDSS briodweddau mecanyddol rhagorol gyda chryfder cynnyrch o 650 MPa.Ar ffig.1 yn dangos y microstrwythur optegol o ateb trin â gwres 2707 HDSS.Gellir gweld bandiau hir o gyfnodau austenitig a ferritig heb gyfnodau eilaidd mewn microstrwythur sy'n cynnwys tua 50% o gyfnodau austenitig a 50% ferritig.
Ar ffig.Mae 2a yn dangos y potensial cylched agored (Eocp) yn erbyn amser datguddio ar gyfer 2707 HDSS mewn cyfrwng anfiotig 2216E a broth Pseudomonas aeruginosa am 14 diwrnod ar 37°C.Canfuwyd bod y newidiadau mwyaf amlwg yn Eocp wedi digwydd yn ystod y 24 awr gyntaf.Cyrhaeddodd gwerthoedd Eocp yn y ddau achos uchafbwynt tua -145 mV (yn erbyn SCE) tua 16 awr ac yna gostyngodd yn sydyn i -477 mV (yn erbyn SCE) a -236 mV (yn erbyn SCE) ar gyfer samplau anfiolegol a P ar gyfer cymharol SCE) patina yn gadael, yn y drefn honno.Ar ôl 24 awr, arhosodd gwerth Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS yn gymharol sefydlog ar -228 mV (o'i gymharu â SCE), tra bod y gwerth cyfatebol ar gyfer y sampl anfiolegol oddeutu -442 mV (o'i gymharu â SCE).Eocp yn mhresenoldeb Pseudomonas aeruginosa yn bur isel.
Profi electrocemegol o 2707 o samplau HDSS mewn cyfryngau anfiotig a broth Pseudomonas aeruginosa ar 37 ° C:
(a) Newid yn Eocp gydag amser datguddiad, (b) cromlin polareiddio ar ddiwrnod 14, (c) newid yn Rp gydag amser datguddiad, (d) newid mewn corr gydag amser datguddiad.
Mae Tabl 3 yn dangos paramedrau cyrydiad electrocemegol 2707 o samplau HDSS sy'n agored i gyfryngau anfiotig a P. aeruginosa wedi'u brechu dros gyfnod o 14 diwrnod.Roedd allosodiad diriaethol o'r cromliniau anodig a cathodig i'r pwynt croestoriad yn caniatáu pennu dwysedd cerrynt cyrydiad (corr), potensial cyrydiad (Ecorr) a llethr Tafel (βα a βc) yn unol â dulliau safonol30,31.
Fel y dangosir yn Ffigur 2b, arweiniodd symudiad ar i fyny cromlin P. aeruginosa at gynnydd mewn Ecorr o gymharu â'r gromlin anfiotig.Cynyddodd gwerth icorr y sampl sy'n cynnwys Pseudomonas aeruginosa, yn gymesur â'r gyfradd cyrydiad, i 0.328 µA cm-2, sydd bedair gwaith yn fwy na gwerth y sampl anfiolegol (0.087 µA cm-2).
Mae LPR yn ddull electrocemegol clasurol ar gyfer dadansoddiad cyflym annistrywiol o gyrydiad.Fe'i defnyddiwyd hefyd i astudio MIC32.Ar ffig.Mae 2c yn dangos y newid yn y gwrthiant polareiddio (Rp) yn dibynnu ar yr amser amlygiad.Mae gwerth Rp uwch yn golygu llai o gyrydiad.O fewn y 24 awr gyntaf, cyrhaeddodd Rp 2707 HDSS uchafbwynt ar 1955 kΩ cm2 ar gyfer sbesimenau anfiolegol a 1429 kΩ cm2 ar gyfer sbesimenau Pseudomonas aeruginosa.Mae Ffigur 2c hefyd yn dangos bod y gwerth Rp wedi gostwng yn gyflym ar ôl un diwrnod ac yna wedi aros yn gymharol ddigyfnewid dros y 13 diwrnod nesaf.Mae gwerth Rp y sbesimen prawf Pseudomonas aeruginosa tua 40 kΩ cm2, sy'n llawer is na'r gwerth 450 kΩ cm2 ar gyfer y sbesimen prawf anfiolegol.
Mae gwerth icorr yn gymesur â'r gyfradd cyrydu unffurf.Gellir cyfrifo ei werth o'r hafaliad Stern-Giri canlynol:
Yn ôl Zoe et al.33 cymerwyd llethr Tafel B fel gwerth nodweddiadol o 26 mV/rhagfyr yn y gwaith hwn.Ar ffig.Mae 2d yn dangos bod icorr straen anfiotig 2707 wedi aros yn gymharol sefydlog, tra bod icorr y band Pseudomonas aeruginosa yn amrywio'n fawr gyda naid fawr ar ôl y 24 awr gyntaf.Roedd gwerth icorr sampl prawf Pseudomonas aeruginosa yn drefn maint uwch na'r rheolaeth anfiolegol.Mae'r duedd hon yn gyson â chanlyniadau ymwrthedd polareiddio.
Mae EIS yn ddull annistrywiol arall a ddefnyddir i nodweddu adweithiau electrocemegol ar ryngwyneb cyrydiad34.Sbectra rhwystriant a chyfrifiadau cynhwysedd stribedi sy'n agored i gyfryngau anfiotig a datrysiadau Pseudomonas aeruginosa, Rb yw gwrthiant y goddefol / biofilm a ffurfiwyd ar wyneb y stribed, Rct yw'r gwrthiant trosglwyddo tâl, Cdl yw'r haen ddwbl drydanol.) a paramedrau QCPE elfen cam cyson (CPE).Dadansoddwyd y paramedrau hyn ymhellach trwy gymharu'r data â model cylched trydanol cyfatebol (EEC).
Ar ffig.Mae 3 yn dangos lleiniau nodweddiadol Nyquist (a a b) a lleiniau Bode (a' a b') o 2707 o samplau HDSS mewn cyfryngau anfiotig a chawl Pseudomonas aeruginosa ar adegau deori amrywiol.Ym mhresenoldeb Pseudomonas aeruginosa, mae diamedr dolen Nyquist yn lleihau.Mae plot Bode (Ffig. 3b') yn dangos y cynnydd yng nghyfanswm rhwystriant.Gellir cael gwybodaeth am y cysonyn amser ymlacio o uchafsymiau'r cyfnod.Ar ffig.Mae 4 yn dangos y strwythurau ffisegol a'r EEC cyfatebol yn seiliedig ar un haen (a) a dwy haen (b).Cyflwynir CPE i'r model EEC.Mynegir ei dderbyniad a'i rwystredigaeth fel a ganlyn:
Dau fodel ffisegol a chylchedau cyfatebol cyfatebol ar gyfer gosod sbectrwm rhwystriant cwpon 2707 HDSS:
Lle mai Y0 yw maint y CPE, j yw'r rhif dychmygol neu (−1)1/2, ω yw'r amledd onglog, ac n yw'r ffactor pŵer CPE sy'n llai nag un35.Mae'r gwrthdroad gwrthiant trosglwyddo tâl (hy 1/Rct) yn cyfateb i'r gyfradd cyrydiad.Mae gwerth Rct is yn golygu cyfradd cyrydiad uwch27.Ar ôl 14 diwrnod o ddeori, cyrhaeddodd Rct y sampl prawf o Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, sy'n llawer llai na'r 489 kΩ cm2 o'r sampl prawf anfiolegol (Tabl 4).
Delweddau CLSM a delweddau SEM yn ffig.5 yn dangos yn glir bod y sylw biofilm ar wyneb sampl HDSS 2707 yn drwchus iawn ar ôl 7 diwrnod.Fodd bynnag, ar ôl 14 diwrnod aeth y gorchudd biofilm yn denau ac ymddangosodd rhai celloedd marw.Mae Tabl 5 yn dangos trwch biofilm o 2707 sampl HDSS ar ôl 7 a 14 diwrnod o ddod i gysylltiad â Pseudomonas aeruginosa.Newidiodd y trwch bioffilm uchaf o 23.4 µm ar ôl 7 diwrnod i 18.9 µm ar ôl 14 diwrnod.Cadarnhaodd trwch biofilm cyfartalog y duedd hon hefyd.Gostyngodd o 22.2 ± 0.7 μm ar ôl 7 diwrnod i 17.8 ± 1.0 μm ar ôl 14 diwrnod.
(a) Delwedd CLSM 3-D yn 7 diwrnod, (b) Delwedd CLSM 3-D yn 14 diwrnod, (c) delwedd SEM yn 7 diwrnod, a (d) delwedd SEM yn 14 diwrnod.
Datgelodd EMF elfennau cemegol mewn biofilm a chynhyrchion cyrydiad ar samplau sy'n agored i Pseudomonas aeruginosa am 14 diwrnod.Ar ffig.Mae Ffigur 6 yn dangos bod cynnwys C, N, O, P yn y cynhyrchion biofilm a chorydiad yn llawer uwch nag mewn metel pur, gan fod yr elfennau hyn yn gysylltiedig â'r biofilm a'i metabolion.Dim ond symiau hybrin o Cr ac Fe sydd eu hangen ar ficro-organebau.Mae cynnwys uchel Cr a Fe yn y biofilm a chynhyrchion cyrydiad ar wyneb y sampl yn nodi colli elfennau yn y matrics metel o ganlyniad i gyrydiad.
Ar ôl 14 diwrnod, gwelwyd pyllau gyda P. aeruginosa a hebddo yn 2216E canolig.Cyn deori, roedd wyneb y samplau yn llyfn a heb ddiffygion (Ffig. 7a).Ar ôl deori a thynnu biofilm a chynhyrchion cyrydiad, archwiliwyd y pyllau dyfnaf ar wyneb y sampl gan ddefnyddio CLSM, fel y dangosir yn Ffig. 7b ac c.Ni chanfuwyd unrhyw dyllau amlwg ar wyneb y rheolydd anfiolegol (dyfnder mwyaf y pwll 0.02 µm).Yr uchafswm dyfnder pwll a achoswyd gan Pseudomonas aeruginosa oedd 0.52 µm ar ôl 7 diwrnod a 0.69 µm ar ôl 14 diwrnod, yn seiliedig ar uchafswm dyfnder cyfartalog y pwll o 3 sampl (dewiswyd 10 dyfnder pwll uchaf ar gyfer pob sampl) a chyrhaeddodd 0. 42 ± 0.12 µm .a 0.52 ± 0.15 µm, yn y drefn honno (Tabl 5).Mae'r gwerthoedd dyfnder dimple hyn yn fach ond yn bwysig.
(a) cyn dod i gysylltiad;( b ) 14 diwrnod mewn amgylchedd anfiotig;(c) 14 diwrnod mewn cawl P. aeruginosa.
Ar ffig.Mae Tabl 8 yn dangos sbectra XPS o wahanol arwynebau sampl, ac mae'r cemeg a ddadansoddwyd ar gyfer pob arwyneb wedi'i grynhoi yn Nhabl 6. Yn Nhabl 6, roedd canrannau atomig Fe a Cr yn llawer is ym mhresenoldeb P. aeruginosa (samplau A a B ) nag yn y stribedi rheoli anfiolegol.(samplau C a D).Ar gyfer sampl o Pseudomonas aeruginosa, gosodwyd cromlin sbectrol lefel graidd Cr 2p ar bedair cydran brig gydag egni rhwymol (BE) o 574.4, 576.6, 578.3 a 586.8 eV, a neilltuwyd i Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH) 3, yn y drefn honno (Ffig. 9a a b).Ar gyfer samplau anfiolegol, sbectra'r lefel graidd Cr 2c mewn Ffigys.Mae 9c ac d yn cynnwys dau brif gopa Cr (BE 573.80 eV) a Cr2O3 (BE 575.90 eV), yn y drefn honno.Y gwahaniaeth mwyaf trawiadol rhwng y cwpon anfiotig a'r cwpon P. aeruginosa oedd presenoldeb Cr6+ a ffracsiwn cymharol uchel o Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) o dan y biofilm.
Sbectra arwyneb eang XPS o 2707 o samplau HDSS mewn dau gyfrwng am 7 a 14 diwrnod, yn y drefn honno.
(a) datguddiad P. aeruginosa 7 diwrnod, (b) datguddiad P. aeruginosa 14 diwrnod, (c) amlygiad anfiotig 7 diwrnod, (d) amlygiad anfiotig 14 diwrnod.
Mae HDSS yn arddangos lefel uchel o ymwrthedd cyrydiad yn y rhan fwyaf o amgylcheddau.Adroddodd Kim et al.2 fod HDSS UNS S32707 wedi'i nodi fel DSS â dop uchel gyda PREN yn fwy na 45. Gwerth PREN sampl HDSS 2707 yn y gwaith hwn oedd 49. Mae hyn oherwydd y cynnwys Cr uchel a lefelau uchel o Mo a Ni, sy'n ddefnyddiol mewn amgylcheddau asidig ac amgylcheddau sydd â chynnwys uchel o gloridau.Yn ogystal, mae'r cyfansoddiad cytbwys a'r microstrwythur di-nam yn darparu sefydlogrwydd strwythurol a gwrthiant cyrydiad.Er gwaethaf ymwrthedd cemegol rhagorol, mae'r data arbrofol yn y gwaith hwn yn dangos nad yw 2707 HDSS yn gwbl imiwn i MICs biofilm Pseudomonas aeruginosa.
Dangosodd canlyniadau electrocemegol fod y gyfradd cyrydiad o 2707 HDSS mewn cawl Pseudomonas aeruginosa wedi cynyddu'n sylweddol ar ôl 14 diwrnod o'i gymharu â'r amgylchedd anfiolegol.Yn Ffigur 2a, gwelwyd gostyngiad yn Eocp yn y cyfrwng anfiotig ac mewn cawl P. aeruginosa yn ystod y 24 awr gyntaf.Ar ôl hynny, mae'r biofilm yn gorffen gorchuddio wyneb y sampl ac mae Eocp yn dod yn gymharol sefydlog.Fodd bynnag, roedd y lefel Eocp biotig yn llawer uwch na'r lefel Eocp anfiotig.Mae yna resymau i gredu bod y gwahaniaeth hwn yn gysylltiedig â ffurfio biofilms P. aeruginosa.Ar ffig.2g, cyrhaeddodd gwerth icorr o 2707 HDSS 0.627 µA cm-2 ym mhresenoldeb Pseudomonas aeruginosa, sef trefn maint uwch na rheolaeth anfiolegol (0.063 µA cm-2), sy'n gyson â'r Rct gwerth wedi'i fesur gan EIS.Yn ystod yr ychydig ddyddiau cyntaf, cynyddodd y gwerthoedd rhwystriant yn y broth P. aeruginosa oherwydd ymlyniad celloedd P. aeruginosa a ffurfio biofilm.Fodd bynnag, mae'r rhwystriant yn lleihau pan fydd y biofilm yn gorchuddio wyneb y sampl yn llwyr.Ymosodir ar yr haen amddiffynnol yn bennaf oherwydd ffurfio metabolion biofilm a biofilm.Felly, mae ymwrthedd cyrydiad yn lleihau dros amser, ac mae dyddodion Pseudomonas aeruginosa yn achosi cyrydiad lleol.Mae'r tueddiadau mewn amgylcheddau anfiotig yn wahanol.Roedd ymwrthedd cyrydiad y rheolaeth anfiolegol yn llawer uwch na gwerth cyfatebol y samplau sy'n agored i broth Pseudomonas aeruginosa.Yn ogystal, ar gyfer samplau anfiotig, cyrhaeddodd gwerth Rct 2707 HDSS 489 kΩ cm2 ar ddiwrnod 14, sydd 15 gwaith yn uwch nag ym mhresenoldeb Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Felly, mae gan 2707 HDSS ymwrthedd cyrydiad rhagorol mewn amgylchedd di-haint, ond nid yw wedi'i amddiffyn rhag ymosodiad MIC gan biofilm Pseudomonas aeruginosa.
Gellir gweld y canlyniadau hyn hefyd o'r cromliniau polareiddio yn Ffigys.2b.Mae canghennog anodig yn gysylltiedig â ffurfio biofilm Pseudomonas aeruginosa ac adweithiau ocsideiddio metel.Ar yr un pryd, yr adwaith cathodig yw lleihau ocsigen.Cynyddodd presenoldeb P. aeruginosa yn sylweddol y dwysedd cerrynt cyrydiad, a oedd yn ymwneud â threfn maint yn uwch nag yn y rheolaeth anfiotig.Roedd hyn yn dangos bod y biofilm Pseudomonas aeruginosa yn gwella cyrydiad lleoledig 2707 HDSS.Canfu Yuan et al.29 fod dwysedd cerrynt cyrydiad aloi Cu-Ni 70/30 wedi'i gynyddu gan biofilm Pseudomonas aeruginosa.Gall hyn fod oherwydd biocatalysis lleihau ocsigen gan fiofilm Pseudomonas aeruginosa.Gall yr arsylwad hwn hefyd esbonio MIC 2707 HDSS yn y gwaith hwn.Gall bioffilmiau aerobig hefyd leihau'r cynnwys ocsigen oddi tanynt.Felly, gall gwrthod ail-oddef yr arwyneb metel ag ocsigen fod yn ffactor sy'n cyfrannu at MIC yn y gwaith hwn.
Roedd Dickinson et al.Awgrymodd 38 fod cyfradd yr adweithiau cemegol ac electrocemegol yn dibynnu'n uniongyrchol ar weithgaredd metabolaidd bacteria sydd ynghlwm wrth wyneb y sampl ac ar natur y cynhyrchion cyrydiad.Fel y dangosir yn Ffigur 5 a Thabl 5, gostyngodd nifer y celloedd a thrwch biofilm ar ôl 14 diwrnod.Gellir esbonio hyn yn rhesymol gan y ffaith bod y rhan fwyaf o'r celloedd angori ar wyneb 2707 HDSS wedi marw ar ôl 14 diwrnod oherwydd disbyddiad maetholion yn y cyfrwng 2216E neu ryddhau ïonau metel gwenwynig o'r matrics 2707 HDSS.Mae hyn yn gyfyngiad ar arbrofion swp.
Yn y gwaith hwn, roedd biofilm Pseudomonas aeruginosa yn hyrwyddo disbyddiad lleol o Cr ac Fe o dan y biofilm ar wyneb 2707 HDSS (Ffig. 6).Yn Nhabl 6, gostyngodd Fe a Cr yn sampl D o'i gymharu â sampl C, gan nodi bod diddymiad Fe a Cr a achosir gan y biofilm P. aeruginosa yn cael ei gynnal ar ôl y 7 diwrnod cyntaf.Defnyddir yr amgylchedd 2216E i efelychu'r amgylchedd morol.Mae'n cynnwys 17700 ppm Cl-, sy'n debyg i'w gynnwys mewn dŵr môr naturiol.Presenoldeb 17700 ppm Cl- oedd y prif reswm dros y gostyngiad mewn Cr mewn samplau anfiolegol 7 diwrnod a 14 diwrnod a ddadansoddwyd gan XPS.O'i gymharu â sampl prawf Pseudomonas aeruginosa, mae diddymiad Cr yn y sampl prawf anfiotig yn llawer llai oherwydd ymwrthedd cryf 2707 HDSS i glorin yn yr amgylchedd anfiotig.Ar ffig.Mae 9 yn dangos presenoldeb Cr6+ yn y ffilm goddefol.Gall hyn fod yn gysylltiedig â thynnu Cr o arwynebau dur gan fiofilmiau P. aeruginosa, fel yr awgrymwyd gan Chen a Clayton39.
Oherwydd twf bacteriol, gwerthoedd pH y cyfrwng cyn ac ar ôl deori oedd 7.4 a 8.2, yn y drefn honno.Felly, mae cyrydiad asidau organig yn annhebygol o gyfrannu at y gwaith hwn o dan biofilms P. aeruginosa oherwydd y pH cymharol uchel yn y cyfrwng swmp.Ni newidiodd pH y cyfrwng rheoli anfiolegol yn sylweddol (o'r 7.4 cychwynnol i'r 7.5 terfynol) yn ystod y cyfnod prawf o 14 diwrnod.Roedd y cynnydd mewn pH yn y cyfrwng inoculum ar ôl deori yn gysylltiedig â gweithgaredd metabolig Pseudomonas aeruginosa, a chanfuwyd yr un effaith ar pH yn absenoldeb y stribed prawf.
Fel y dangosir yn ffig.7, y dyfnder pwll uchaf a achoswyd gan y biofilm Pseudomonas aeruginosa oedd 0.69 µm, sy'n sylweddol fwy nag yn y cyfrwng anfiotig (0.02 µm).Mae hyn yn cytuno â'r data electrocemegol uchod.O dan yr un amodau, mae dyfnder y pwll o 0.69 µm fwy na deg gwaith yn llai na'r gwerth 9.5 µm a nodir ar gyfer 2205 DSS40.Mae'r data hyn yn dangos bod 2707 HDSS yn dangos gwell ymwrthedd i MICs na 2205 DSS.Nid yw hyn yn syndod gan fod gan 2707 HDSS lefel Cr uwch, sy'n caniatáu goddefiad hirach, yn gwneud Pseudomonas aeruginosa yn anos i'w ddadoddef, ac yn cychwyn y broses heb wlybaniaeth eilaidd niweidiol Pitting41.
I gloi, canfuwyd tyllu MIC ar 2707 o arwynebau HDSS mewn cawl Pseudomonas aeruginosa, tra bod tyllu yn ddibwys mewn cyfryngau anfiotig.Mae'r gwaith hwn yn dangos bod gan 2707 HDSS ymwrthedd gwell i MIC na 2205 DSS, ond nid yw'n gwbl imiwn i MIC oherwydd biofilm Pseudomonas aeruginosa.Mae'r canlyniadau hyn yn helpu i ddewis dur gwrthstaen addas a disgwyliad oes ar gyfer yr amgylchedd morol.
Darparwyd y 2707 o samplau HDSS gan yr Ysgol Meteleg, Prifysgol Northeastern (NEU), Shenyang, Tsieina.Dangosir cyfansoddiad elfennol 2707 HDSS yn Nhabl 1, a ddadansoddwyd gan Adran Dadansoddi a Phrofi Deunyddiau Prifysgol Northeastern.Cafodd yr holl samplau eu trin am hydoddiant solet ar 1180 ° C am 1 awr.Cyn profi cyrydiad, cafodd 2707 o ddur darn arian HDSS gydag arwynebedd arwyneb agored o 1 cm2 ei sgleinio i 2000 o raean gyda phapur tywod carbid silicon ac yna ei sgleinio ymhellach gyda slyri powdr Al2O3 0.05 µm.Mae'r ochrau a'r gwaelod wedi'u hamddiffyn â phaent anadweithiol.Ar ôl sychu, golchwyd y samplau â dŵr dadionedig di-haint a'u sterileiddio â 75% (v / v) ethanol am 0.5 h.Yna cawsant eu sychu ag aer o dan olau uwchfioled (UV) am 0.5 h cyn eu defnyddio.
Prynwyd straen morol Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 o Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Tsieina.Defnyddiwyd cyfrwng hylif morol 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co, Ltd., Qingdao, Tsieina) i feithrin Pseudomonas aeruginosa mewn fflasgiau 250 ml a chelloedd gwydr electrocemegol 500 ml o dan amodau aerobig ar 37 ° C.Canolig yn cynnwys (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, 0.0.03, 0.08 SrBr2, H30.0, 0.0, 0.08 SrBr2, H30. 8, 0.008 Na4F0H20PO.1.0 dyfyniad burum a 0.1 sitrad haearn.Awtoclaf ar 121 ° C am 20 munud cyn y brechiad.Cafodd celloedd digoes a phlanctonig eu cyfrif o dan ficrosgop golau gan ddefnyddio hemocytomedr ar chwyddhad 400x.Y crynodiad cychwynnol o gelloedd planctonig P. aeruginosa yn syth ar ôl y brechiad oedd tua 106 o gelloedd/mL.
Cynhaliwyd profion electrocemegol mewn cell gwydr tri-electrod clasurol gyda chyfaint canolig o 500 ml.Roedd dalen platinwm ac electrod calomel dirlawn (SCE) wedi'u cysylltu â'r adweithydd trwy gapilari Luggin wedi'i lenwi â phont halen a'i wasanaethu fel electrodau cownter a chyfeirio, yn y drefn honno.I greu'r electrod gweithio, cysylltwyd gwifren gopr wedi'i gorchuddio â rwber ar bob sampl a'i gorchuddio ag epocsi, gan adael tua 1 cm2 o arwynebedd ar un ochr ar gyfer yr electrod gweithio.Yn ystod mesuriadau electrocemegol, gosodwyd y samplau yn y cyfrwng 2216E a'u cadw ar dymheredd deori cyson (37 ° C) mewn baddon dŵr.Mesurwyd OCP, LPR, EIS a data polareiddio deinamig posibl gan ddefnyddio potentiostat Autolab (Cyfeirnod 600TM, Gamry Instruments, Inc., UDA).Cofnodwyd profion LPR ar gyfradd sgan o 0.125 mV s-1 yn yr ystod -5 a 5 mV ac Eocp gyda chyfradd samplu o 1 Hz.Perfformiwyd EIS ar gyflwr cyson Eocp gan ddefnyddio foltedd cymhwysol o 5 mV gyda sinwsoid dros ystod amledd o 0.01 i 10,000 Hz.Cyn yr ysgubo posibl, roedd yr electrodau mewn modd cylched agored nes cyrraedd potensial cyrydiad rhydd sefydlog o 42.Gyda.Ailadroddwyd pob prawf deirgwaith gyda Pseudomonas aeruginosa a hebddo.
Cafodd samplau ar gyfer dadansoddiad metallograffig eu sgleinio'n fecanyddol gyda phapur SiC gwlyb 2000 o raean ac yna eu caboli â slyri powdr Al2O3 0.05 µm ar gyfer arsylwi optegol.Perfformiwyd dadansoddiad metallograffig gan ddefnyddio microsgop optegol.Cafodd y sampl ei ysgythru â hydoddiant potasiwm hydrocsid 10 wt%43.
Ar ôl deori, golchwch 3 gwaith gyda halwynog byffer ffosffad (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ac yna gosodwch â 2.5% (v/v) glutaraldehyde am 10 awr i drwsio'r biofilm.Dadhydradu dilynol gydag ethanol mewn cyfres grisiog (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% a 100% yn ôl cyfaint) cyn sychu aer.Yn olaf, cafodd ffilm aur ei gwasgu ar wyneb y sampl i ddarparu dargludedd ar gyfer arsylwi SEM44.Mae'r delweddau SEM yn canolbwyntio ar y lleoliad gyda'r celloedd P. aeruginosa mwyaf sefydledig ar wyneb pob sampl.Cynhaliwyd dadansoddiad EMF i ganfod elfennau cemegol.I fesur dyfnder y pwll, defnyddiwyd microsgop sganio laser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, yr Almaen).Er mwyn arsylwi pyllau cyrydiad o dan y biofilm, glanhawyd y sampl prawf yn gyntaf yn unol â Safon Genedlaethol Tsieineaidd (CNS) GB/T4334.4-2000 i gael gwared ar gynhyrchion cyrydiad a biofilm o wyneb y sampl prawf.
Dadansoddiad sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS, System Dadansoddi Arwynebau ESCALAB250, Thermo VG, UDA) gan ddefnyddio ffynhonnell pelydr-X monocromatig (llinell Al Kα gydag egni o 1500 eV a phŵer o 150 W) mewn ystod eang o egni rhwymol 0 yn is na'r amodau safonol o -1350 eV.Cofnodi sbectra cydraniad uchel gan ddefnyddio egni pas 50 eV a maint cam 0.2 eV.
Tynnwch y sampl deoredig a'i olchi'n ysgafn gyda PBS (pH 7.4 ± 0.2) am 15 a45.Er mwyn arsylwi hyfywedd bacteriol y bioffilm ar y sampl, cafodd y bioffilm ei staenio gan ddefnyddio Pecyn Hyfywedd Bacteraidd BYW/MARW BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, UDA).Mae'r pecyn yn cynnwys dau liw fflwroleuol: llifyn fflwroleuol gwyrdd SYTO-9 a llifyn fflwroleuol coch propidium ïodid (PI).Yn CLSM, mae dotiau gwyrdd fflwroleuol a choch yn cynrychioli celloedd byw a marw, yn y drefn honno.Ar gyfer staenio, deorwch 1 ml o gymysgedd sy'n cynnwys 3 µl o SYTO-9 a 3 µl o hydoddiant PI ar dymheredd ystafell (23°C) yn y tywyllwch am 20 munud.Ar ôl hynny, arsylwyd ar y samplau lliw ar ddwy donfedd (488 nm ar gyfer celloedd byw a 559 nm ar gyfer celloedd marw) gan ddefnyddio cyfarpar Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japan).Mesurwch drwch y bioffilm yn y modd sganio 3-D.
Sut i ddyfynnu'r erthygl hon: Li, H. et al.Effaith biofilm morol Pseudomonas aeruginosa ar gyrydiad microbaidd o 2707 o ddur di-staen dwplecs super.gwyddoniaeth.Ty 6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Straen cracio cyrydiad o ddur di-staen dwplecs LDX 2101 mewn datrysiadau clorid ym mhresenoldeb thiosylffad.cyrydu.y wyddoniaeth.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Effaith triniaeth wres toddiant a nitrogen wrth gysgodi nwy ar wrthwynebiad cyrydiad weldio dur di-staen deublyg super.cyrydu.y wyddoniaeth.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Astudiaeth gymharol gemegol o bylu microbaidd ac electrocemegol mewn dur di-staen 316L.cyrydu.y wyddoniaeth.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG a Xiao K. Ymddygiad electrocemegol o ddur di-staen 2205 dwplecs mewn atebion alcalïaidd ar werthoedd pH amrywiol ym mhresenoldeb clorid.electrocemeg.Dyddlyfr.64, 211–220 (2012).
Amser post: Ionawr-09-2023