2707 सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको माइक्रोबियल क्षरणमा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समुद्री बायोफिल्मको प्रभाव

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।थप रूपमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँछौं।
एकै पटकमा तीनवटा स्लाइडहरूको क्यारोसेल प्रदर्शन गर्दछ।अघिल्लो र अर्को बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि, वा अन्तमा स्लाइडर बटनहरू प्रयोग गर्नुहोस् एक पटकमा तीन स्लाइडहरू मार्फत सार्नको लागि।
माइक्रोबियल क्षरण (MIC) धेरै उद्योगहरूमा एक प्रमुख समस्या हो किनभने यसले ठूलो आर्थिक हानि निम्त्याउन सक्छ।सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील 2707 (2707 HDSS) यसको उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोधको कारण समुद्री वातावरणमा प्रयोग गरिन्छ।यद्यपि, MIC मा यसको प्रतिरोध प्रयोगात्मक रूपमा प्रदर्शन गरिएको छैन।यस अध्ययनले समुद्री एरोबिक ब्याक्टेरियम स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको कारणले भएको MIC 2707 HDSS को व्यवहारको जाँच गर्‍यो।इलेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषणले देखायो कि 2216E माध्यममा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्मको उपस्थितिमा, जंग क्षमता सकारात्मक रूपमा परिवर्तन भयो, र जंग वर्तमान घनत्व बढ्यो।एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) विश्लेषणको नतिजाले बायोफिल्म अन्तर्गत नमूना सतहमा Cr सामग्रीमा कमी देखाएको छ।पिट छविहरूको विश्लेषणले देखाएको छ कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्महरूले 14 दिनको संस्कृति पछि 0.69 μm को अधिकतम गहिराई उत्पादन गरेको छ।यद्यपि यो सानो छ, यसले सुझाव दिन्छ कि 2707 HDSS MIC मा P. aeruginosa biofilms को प्रभावबाट पूर्ण रूपमा प्रतिरक्षा छैन।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (DSS) उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू र जंग प्रतिरोध १,२ को सही संयोजनको कारणले विभिन्न उद्योगहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।यद्यपि, स्थानीयकृत पिटिङ् अझै पनि हुन सक्छ, जसले यस स्टिल 3, 4 को अखण्डतालाई असर गर्न सक्छ।DSS माइक्रोबियल क्षरण (MIC) 5,6 विरुद्ध सुरक्षित छैन।यद्यपि DSS को आवेदन दायरा धेरै फराकिलो छ, त्यहाँ अझै पनि वातावरणहरू छन् जहाँ DSS को जंग प्रतिरोध दीर्घकालीन प्रयोगको लागि पर्याप्त छैन।यसको मतलब उच्च जंग प्रतिरोधको साथ अधिक महँगो सामग्री आवश्यक छ।Jeon et al.7 ले पत्ता लगायो कि सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (SDSS) का पनि जंग प्रतिरोधको सन्दर्भमा केही सीमितताहरू छन्।तसर्थ, केहि अनुप्रयोगहरूमा उच्च जंग प्रतिरोधको साथ सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील्स (HDSS) को आवश्यकता छ।यसले उच्च मिश्रित HDSS को विकासको नेतृत्व गर्यो।
DSS को क्षरण प्रतिरोध α-फेज देखि γ-फेजको अनुपात र Cr, Mo र W मा सेकेन्डरी फेजहरू 8,9,10 को छेउमा रहेको क्षेत्रहरू द्वारा निर्धारण गरिन्छ।HDSS मा Cr, Mo र N11 को उच्च सामग्री हुन्छ, जसले यसलाई उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध र उच्च मान (45-50) बराबर पिटिंग प्रतिरोध मान (PREN) दिन्छ, जुन wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo) द्वारा परिभाषित गरिएको छ। + 0, 5 wt % W) + 16 wt %।N12।यसको उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध लगभग 50% ferritic (α) र 50% austenitic (γ) चरणहरू भएको सन्तुलित संरचनामा निर्भर गर्दछ।HDSS ले पारंपरिक DSS13 को तुलनामा मेकानिकल गुण र उच्च क्लोरीन प्रतिरोध सुधार गरेको छ।रासायनिक जंग को विशेषताहरु।सुधारिएको जंग प्रतिरोधले अधिक आक्रामक क्लोराइड वातावरण जस्तै समुद्री वातावरणमा HDSS को प्रयोग विस्तार गर्दछ।
MIC तेल र ग्यास र पानी आपूर्ति 14 सहित धेरै उद्योगहरूमा एक महत्वपूर्ण समस्या हो।MIC ले सबै क्षरण क्षतिको 20% को लागी योगदान गर्दछ15।MIC एक बायोइलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण हो जुन धेरै वातावरणमा अवलोकन गर्न सकिन्छ16।धातु सतहहरूमा बायोफिल्महरूको गठनले इलेक्ट्रोकेमिकल अवस्थाहरू परिवर्तन गर्दछ र यसैले क्षरण प्रक्रियालाई प्रभाव पार्छ।यो सामान्यतया स्वीकार गरिएको छ कि MIC क्षरण biofilms14 को कारण हो।इलेक्ट्रोजेनिक सूक्ष्मजीवहरूले बाँच्नको लागि ऊर्जा प्राप्त गर्न धातुहरू खान्छ17।भर्खरैको MIC अध्ययनहरूले देखाएको छ कि EET (एक्स्ट्रासेलुलर इलेक्ट्रोन ट्रान्सफर) इलेक्ट्रोजेनिक सूक्ष्मजीवहरू द्वारा प्रेरित MIC को लागि सीमित कारक हो।Zhang et al.18 ले प्रदर्शन गर्‍यो कि इलेक्ट्रोन मध्यस्थहरूले Desulfovibrio vulgaris sessile कोशिकाहरू र 304 स्टेनलेस स्टीलहरू बीच इलेक्ट्रोन स्थानान्तरणलाई गति दिन्छ, परिणामस्वरूप थप गम्भीर MIC आक्रमण हुन्छ।Anning et al।19 र Wenzlaff et al।20 ले देखाएको छ कि संक्षारक सल्फेट-कम गर्ने ब्याक्टेरिया (SRBs) को बायोफिल्महरू धातुको सब्सट्रेटबाट सीधै इलेक्ट्रोनहरू अवशोषित गर्न सक्छन्, परिणामस्वरूप गम्भीर पिटिङ्ग हुन्छ।
DSS SRBs, आइरन रिड्युसिङ ब्याक्टेरिया (IRBs) आदि भएको मिडियामा MIC को लागी अतिसंवेदनशील हुन जानिन्छ। 21।यी ब्याक्टेरियाहरूले बायोफिल्म 22,23 अन्तर्गत DSS को सतहमा स्थानीयकृत पिटिङ्को कारण बनाउँछन्।DSS को विपरीत, MIC HDSS24 को बारेमा थोरै थाहा छ।
स्यूडोमोनास एरुगिनोसा एक ग्राम-नेगेटिभ, गतिशील, रड-आकारको ब्याक्टेरियम हो जुन प्रकृतिमा व्यापक रूपमा वितरित हुन्छ25।Pseudomonas aeruginosa समुद्री वातावरणमा इस्पातको MIC को लागि जिम्मेवार मुख्य माइक्रोबायोटा पनि हो।स्यूडोमोनास प्रजातिहरू प्रत्यक्ष रूपमा क्षरण प्रक्रियाहरूमा संलग्न छन् र बायोफिल्म गठनको क्रममा पहिलो उपनिवेशकर्ताको रूपमा मान्यता प्राप्त छन्।महत आदि।28 र युआन एट अल।29 ले देखाएको छ कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसाले जलीय वातावरणमा हल्का स्टील र मिश्र धातुहरूको क्षरण दर बढाउँछ।
यस कार्यको मुख्य लक्ष्य विद्युत रसायनिक विधिहरू, सतह विश्लेषण विधिहरू र क्षरण उत्पादन विश्लेषण प्रयोग गरेर समुद्री एरोबिक ब्याक्टेरियम स्यूडोमोनास एरुगिनोसाबाट हुने 2707 HDSS को MIC गुणहरू अध्ययन गर्नु हो।MIC 2707 HDSS को व्यवहार अध्ययन गर्न खुला सर्किट क्षमता (OCP), रेखीय ध्रुवीकरण प्रतिरोध (LPR), इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (EIS) र गतिशील सम्भावित ध्रुवीकरण सहित इलेक्ट्रोकेमिकल अध्ययनहरू प्रदर्शन गरियो।उर्जा फैलाउने स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) विश्लेषण कोर्रोड सतहहरूमा रासायनिक तत्वहरू पत्ता लगाउन गरिन्छ।थप रूपमा, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा भएको समुद्री वातावरणको प्रभाव अन्तर्गत अक्साइड फिल्म निष्क्रियताको स्थिरता एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) द्वारा निर्धारण गरिएको थियो।खाडलको गहिराई कन्फोकल लेजर स्क्यानिङ माइक्रोस्कोप (CLSM) अन्तर्गत नापिएको थियो।
तालिका 1 ले 2707 HDSS को रासायनिक संरचना देखाउँछ।तालिका 2 ले देखाउँछ कि 2707 HDSS मा 650 MPa को उपज शक्ति संग उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू छन्।अंजीर मा।1 ले समाधान गर्मी उपचार 2707 HDSS को अप्टिकल माइक्रोस्ट्रक्चर देखाउँछ।लगभग ५०% अस्टेनिटिक र ५०% फेरीटिक चरणहरू भएको माइक्रोस्ट्रक्चरमा माध्यमिक चरणहरू बिना अस्टेनिटिक र फेरिटिक चरणहरूको लामो ब्यान्डहरू देख्न सकिन्छ।
अंजीर मा।2a ले 2216E एबायोटिक माध्यममा 2707 HDSS र 37 डिग्री सेल्सियसमा 14 दिनको लागि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथको लागि खुला सर्किट क्षमता (Eocp) बनाम एक्सपोजर समय देखाउँछ।यो फेला पर्यो कि Eocp मा सबैभन्दा स्पष्ट परिवर्तन पहिलो 24 घण्टामा भएको थियो।दुबै केसहरूमा Eocp मानहरू लगभग 16 घण्टामा लगभग -145 mV (SCE विरुद्ध) मा पुग्यो र त्यसपछि गैर-जैविक नमूनाहरूको लागि -477 mV (SCE) र -236 mV (SCE) र सापेक्षका लागि P मा तीव्र रूपमा झर्यो। SCE) patina पातहरू, क्रमशः।24 घण्टा पछि, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा 2707 HDSS को Eocp मान अपेक्षाकृत स्थिर रह्यो -228 mV (SCE को तुलनामा), जबकि गैर-जैविक नमूनाको लागि सम्बन्धित मान लगभग -442 mV (SCE को तुलनामा) थियो।स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको उपस्थितिमा ईओसीपी एकदम कम थियो।
एबायोटिक मिडिया र स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथमा 37 डिग्री सेल्सियसमा 2707 HDSS नमूनाहरूको इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण:
(a) एक्सपोजर समय संग Eocp मा परिवर्तन, (b) दिन 14 मा ध्रुवीकरण वक्र, (c) एक्सपोजर समय संग Rp मा परिवर्तन, (d) एक्सपोजर समय संग corr मा परिवर्तन।
तालिका 3 ले 14 दिनको अवधिमा एबायोटिक र P. एरुगिनोसा इनोकुलेटेड मिडियाको सम्पर्कमा आएका 2707 HDSS नमूनाहरूको इलेक्ट्रोकेमिकल क्षरण मापदण्डहरू देखाउँदछ।एनोडिक र क्याथोडिक वक्रहरूको प्रतिच्छेदन बिन्दुमा स्पर्शिक एक्स्ट्रापोलेसनले मानक विधिहरू 30,31 अनुसार क्षरण वर्तमान घनत्व (icorr), जंग क्षमता (Ecorr) र Tafel स्लोप (βα र βc) को निर्धारण गर्न अनुमति दियो।
चित्र 2b मा देखाइए अनुसार, P. aeruginosa curve को माथिल्लो shift को परिणामस्वरूप Abiotic curve को तुलनामा Ecorr मा वृद्धि भयो।स्यूडोमोनास एरुगिनोसा भएको नमूनाको icorr मान, क्षरण दरको समानुपातिक, 0.328 µA cm-2 मा बढ्यो, जुन गैर जैविक नमूना (0.087 µA cm-2) भन्दा चार गुणा बढी हो।
LPR जंग को गैर विनाशकारी एक्सप्रेस विश्लेषण को लागी एक क्लासिक इलेक्ट्रोकेमिकल विधि हो।यो MIC32 अध्ययन गर्न पनि प्रयोग गरिएको छ।अंजीर मा।2c ले एक्सपोजर समयको आधारमा ध्रुवीकरण प्रतिरोध (Rp) मा परिवर्तन देखाउँछ।उच्च आरपी मान भनेको कम जंग हो।पहिलो 24 घण्टा भित्र, Rp 2707 HDSS गैर-जैविक नमूनाहरूको लागि 1955 kΩ cm2 र स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूनाहरूको लागि 1429 kΩ cm2 मा पुग्यो।चित्र 2c ले यो पनि देखाउँछ कि Rp मूल्य एक दिन पछि द्रुत रूपमा घट्यो र त्यसपछि अर्को 13 दिनहरूमा अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रह्यो।Pseudomonas aeruginosa परीक्षण नमूनाको लागि Rp मान लगभग 40 kΩ cm2 छ, जुन गैर-जैविक परीक्षण नमूनाको 450 kΩ cm2 मान भन्दा धेरै कम छ।
icorr को मान समान जंग दर समानुपातिक छ।यसको मान निम्न स्टर्न-गिरी समीकरणबाट गणना गर्न सकिन्छ:
Zoe et al अनुसार।33 Tafel स्लोप B लाई यस कार्यमा 26 mV/dec को सामान्य मानको रूपमा लिइयो।अंजीर मा।2d ले देखाउँछ कि 2707 एबायोटिक स्ट्रेनको icorr अपेक्षाकृत स्थिर रह्यो, जबकि Pseudomonas aeruginosa ब्यान्डको icorr पहिलो 24 घण्टा पछि ठूलो जम्पको साथ बलियो रूपमा उतार चढाव भयो।स्यूडोमोनास एरुगिनोसा परीक्षण नमूनाको icorr मान गैर-जैविक नियन्त्रण भन्दा ठूलो परिमाणको आदेश थियो।यो प्रवृत्ति ध्रुवीकरण प्रतिरोध को परिणाम संग संगत छ।
EIS अर्को गैर-विनाशकारी विधि हो जुन जंग इन्टरफेसमा इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरू विशेषता गर्न प्रयोग गरिन्छ।एबायोटिक मिडिया र स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको समाधानमा पर्दा स्ट्रिपहरूको प्रतिबाधा स्पेक्ट्रा र क्यापेसिटन्स गणना, Rb स्ट्रिपको सतहमा बनेको निष्क्रिय/बायोफिल्मको प्रतिरोध हो, Rct चार्ज ट्रान्सफर प्रतिरोध हो, Cdl विद्युतीय डबल तह हो।) र QCPE स्थिर चरण तत्व (CPE) प्यारामिटरहरू।यी प्यारामिटरहरू डेटालाई बराबर विद्युतीय सर्किट (EEC) मोडेलसँग तुलना गरेर थप विश्लेषण गरियो।
अंजीर मा।3 ले विशिष्ट Nyquist प्लटहरू (a र b) र Bode प्लटहरू (a' र b') 2707 HDSS नमूनाहरू एबायोटिक मिडिया र विभिन्न इन्क्युबेशन समयमा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथ देखाउँदछ।स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको उपस्थितिमा, Nyquist लूपको व्यास घट्छ।बोडे कथानक (चित्र 3b') ले कुल प्रतिबाधा वृद्धि देखाउँछ।विश्राम समय स्थिर बारे जानकारी फेज मैक्सिमाबाट प्राप्त गर्न सकिन्छ।अंजीर मा।4 ले एकल-तह (a) र दुई-तह (b) मा आधारित भौतिक संरचनाहरू र सम्बन्धित EEC देखाउँछ।CPE EEC मोडेलमा पेश गरिएको छ।यसको प्रवेश र प्रतिबाधा निम्नानुसार व्यक्त गरिएको छ:
दुई भौतिक मोडेलहरू र 2707 HDSS कुपन प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम फिट गर्नको लागि समान बराबर सर्किटहरू:
जहाँ Y0 CPE को परिमाण हो, j काल्पनिक संख्या हो वा (−1)1/2, ω कोणीय आवृत्ति हो, र n एक35 भन्दा कम CPE पावर कारक हो।चार्ज स्थानान्तरण प्रतिरोध उल्टो (अर्थात् 1/Rct) जंग दरसँग मेल खान्छ।कम Rct मान भनेको उच्च क्षरण दर हो27।इन्क्युबेशनको 14 दिन पछि, स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको परीक्षण नमूनाको Rct 32 kΩ cm2 पुग्यो, जुन गैर जैविक परीक्षण नमूना (तालिका 4) को 489 kΩ cm2 भन्दा धेरै कम हो।
चित्रमा CLSM छविहरू र SEM छविहरू।5 ले स्पष्ट रूपमा देखाउँछ कि HDSS नमूना 2707 को सतहमा बायोफिल्म कभरेज 7 दिन पछि धेरै घना थियो।तर, १४ दिनपछि बायोफिल्म कोटिंग विरल भयो र केही मृत कोशिकाहरू देखा पर्यो।तालिका ५ ले स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको सम्पर्कमा आएको ७ र १४ दिनपछि २७०७ HDSS नमूनाहरूको बायोफिल्म मोटाई देखाउँछ।अधिकतम बायोफिल्म मोटाई 7 दिन पछि 23.4 µm बाट 14 दिन पछि 18.9 µm मा परिवर्तन भयो।औसत बायोफिल्म मोटाईले पनि यो प्रवृत्ति पुष्टि गर्यो।यो 7 दिन पछि 22.2 ± 0.7 μm बाट 14 दिन पछि 17.8 ± 1.0 μm मा घट्यो।
(a) 3-D CLSM छवि 7 दिनमा, (b) 3-D CLSM छवि 14 दिनमा, (c) SEM छवि 7 दिनमा, र (d) SEM छवि 14 दिनमा।
EMF ले 14 दिनको लागि स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको सम्पर्कमा आएका नमूनाहरूमा बायोफिल्म र जंग उत्पादनहरूमा रासायनिक तत्वहरू पत्ता लगाए।अंजीर मा।चित्र 6 ले देखाउँछ कि बायोफिल्म र जंग उत्पादनहरूमा C, N, O, P को सामग्री शुद्ध धातुको तुलनामा धेरै उच्च छ, किनकि यी तत्वहरू बायोफिल्म र यसको मेटाबोलाइटहरूसँग सम्बन्धित छन्।सूक्ष्मजीवहरूलाई Cr र Fe को मात्र ट्रेस मात्रा चाहिन्छ।बायोफिल्ममा Cr र Fe को उच्च सामग्री र नमूनाको सतहमा जंग उत्पादनहरूले क्षरणको परिणामको रूपमा धातु म्याट्रिक्समा तत्वहरूको हानिलाई संकेत गर्दछ।
14 दिन पछि, P. aeruginosa सँग र बिनाको खाडलहरू मध्यम 2216E मा अवलोकन गरियो।इन्क्युबेशन अघि, नमूनाहरूको सतह चिल्लो र दोषहरू बिना थियो (चित्र 7a)।बायोफिल्म र क्षरण उत्पादनहरू इन्क्युबेशन र हटाउने पछि, नमूनाको सतहमा सबैभन्दा गहिरो खाडलहरू CLSM प्रयोग गरेर जाँच गरियो, चित्र 7b र c मा देखाइएको छ।गैर-जैविक नियन्त्रणको सतहमा कुनै स्पष्ट पिटिंग फेला परेन (अधिकतम पिट गहिराई 0.02 µm)।Pseudomonas aeruginosa को कारणले गर्दा भएको अधिकतम पिट गहिराई 7 दिन पछि 0.52 µm र 14 दिन पछि 0.69 µm थियो, 3 नमूनाहरूबाट औसत अधिकतम पिट गहिराई (प्रत्येक नमूनाको लागि 10 अधिकतम पिट गहिराई चयन गरिएको थियो) र 0. 42 ± 0.12 µm पुग्यो। ।र ०.५२ ± ०.१५ µm, क्रमशः (तालिका ५)।यी डिम्पल गहिराई मानहरू सानो तर महत्त्वपूर्ण छन्।
(a) एक्सपोजर अघि;(ख) एक अजैविक वातावरणमा 14 दिन;(c) P. aeruginosa broth मा 14 दिन।
अंजीर मा।तालिका 8 ले विभिन्न नमूना सतहहरूको XPS स्पेक्ट्रा देखाउँछ, र प्रत्येक सतहको लागि विश्लेषण गरिएको रसायन विज्ञानलाई तालिका 6 मा संक्षेपमा दिइएको छ। तालिका 6 मा, फे र सीआरको परमाणु प्रतिशतहरू P. aeruginosa (नमूना A र B) को उपस्थितिमा धेरै कम थिए। ) गैर-जैविक नियन्त्रण स्ट्रिपहरूमा भन्दा।(नमूना C र D)।स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको नमूनाको लागि, Cr 2p कोर लेभल स्पेक्ट्रल कर्भलाई 574.4, 576.6, 578.3 र 586.8 eV को बाध्यकारी ऊर्जा (BE) सँग चार शिखर कम्पोनेन्टहरूमा फिट गरिएको थियो, जुन Cr, CrOH, CrOH, Cr2O3 र ३, क्रमशः (चित्र ९ए र ख)।गैरजैविक नमूनाहरूको लागि, कोर स्तरको स्पेक्ट्रा Cr 2p फिगमा।9c र d मा क्रमशः Cr (BE 573.80 eV) र Cr2O3 (BE 575.90 eV) को दुई मुख्य चुचुराहरू छन्।Abiotic कुपन र P. aeruginosa कुपन बीचको सबैभन्दा उल्लेखनीय भिन्नता Cr6+ को उपस्थिति र बायोफिल्म अन्तर्गत Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) को तुलनात्मक रूपमा उच्च अंश थियो।
क्रमशः 7 र 14 दिनको लागि दुई मिडियामा 2707 HDSS नमूनाहरूको विस्तृत सतह XPS स्पेक्ट्रा।
(a) 7 दिन P. aeruginosa एक्सपोजर, (b) 14 दिन P. aeruginosa एक्सपोजर, (c) 7 दिन अजैविक एक्सपोजर, (d) 14 दिन अजैविक एक्सपोजर।
HDSS ले धेरैजसो वातावरणमा उच्च स्तरको क्षरण प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ।Kim et al.2 ले रिपोर्ट गरेको छ कि HDSS UNS S32707 लाई 45 भन्दा माथि PREN भएको उच्च डोप गरिएको DSS को रूपमा पहिचान गरिएको थियो। यस कार्यमा HDSS नमूना 2707 को PREN मान 49 थियो। यो उच्च Cr सामग्री र Mo र उच्च स्तरको कारण हो। Ni, जुन अम्लीय वातावरण र क्लोराइडको उच्च सामग्री भएको वातावरणमा उपयोगी हुन्छ।थप रूपमा, राम्रो सन्तुलित संरचना र दोष-मुक्त माइक्रोस्ट्रक्चरले संरचनात्मक स्थिरता र जंग प्रतिरोध प्रदान गर्दछ।उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोधको बावजुद, यस कार्यमा प्रयोगात्मक डेटाले देखाउँछ कि 2707 HDSS स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म MICs लाई पूर्ण रूपमा प्रतिरक्षा छैन।
इलेक्ट्रोकेमिकल परिणामहरूले देखाए कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथमा 2707 HDSS को क्षरण दर गैर-जैविक वातावरणको तुलनामा 14 दिन पछि उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ।चित्र 2a मा, पहिलो 24 घण्टाको अवधिमा अजैविक माध्यम र P. aeruginosa ब्रोथ दुवैमा Eocp मा कमी देखियो।त्यस पछि, बायोफिल्मले नमूनाको सतहलाई ढाक्छ र Eocp अपेक्षाकृत स्थिर हुन्छ।यद्यपि, जैविक Eocp स्तर अजैविक Eocp स्तर भन्दा धेरै उच्च थियो।यो भिन्नता P. aeruginosa biofilms को गठन संग सम्बन्धित छ भनेर विश्वास गर्ने कारणहरू छन्।अंजीर मा।2g, 2707 HDSS को icorr मान Pseudomonas aeruginosa को उपस्थितिमा 0.627 µA cm-2 पुग्यो, जुन गैर-जैविक नियन्त्रण (0.063 µA cm-2) भन्दा उच्च परिमाणको क्रम हो, जुन Rct सँग अनुरूप छ। EIS द्वारा मापन गरिएको मूल्य।सुरुका केही दिनहरूमा, P. aeruginosa कोषहरू र बायोफिल्म गठनको संलग्नताको कारण P. aeruginosa Broth मा प्रतिबाधा मानहरू बढ्यो।यद्यपि, प्रतिबाधा कम हुन्छ जब बायोफिल्मले नमूना सतहलाई पूर्ण रूपमा कभर गर्दछ।सुरक्षात्मक तहमा मुख्यतया बायोफिल्म र बायोफिल्म मेटाबोलाइट्सको गठनको कारणले आक्रमण हुन्छ।तसर्थ, जंग प्रतिरोध समय संग घट्छ, र Pseudomonas aeruginosa को जम्मा स्थानीयकृत क्षरण निम्त्याउँछ।अजैविक वातावरणमा प्रचलन फरक छ।गैर-जैविक नियन्त्रणको जंग प्रतिरोध स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथमा पर्दाफास गरिएको नमूनाहरूको अनुरूप मूल्य भन्दा धेरै थियो।थप रूपमा, अजैविक नमूनाहरूका लागि, Rct 2707 HDSS मान 14 दिनमा 489 kΩ cm2 पुग्यो, जुन Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2) को उपस्थितिको तुलनामा 15 गुणा बढी हो।यसैले, 2707 HDSS मा बाँझ वातावरणमा उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध छ, तर स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा MIC आक्रमणबाट सुरक्षित छैन।
यी परिणामहरू फिग्समा ध्रुवीकरण वक्रहरूबाट पनि अवलोकन गर्न सकिन्छ।२ ख।एनोडिक शाखा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म गठन र धातु अक्सीकरण प्रतिक्रियाहरूसँग सम्बन्धित छ।एकै समयमा, क्याथोडिक प्रतिक्रिया अक्सिजन को कमी हो।P. aeruginosa को उपस्थितिले क्षरण वर्तमान घनत्वलाई उल्लेखनीय रूपमा बढायो, जुन एबायोटिक नियन्त्रणको तुलनामा धेरै परिमाणको आदेश थियो।यसले संकेत गर्‍यो कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्मले 2707 HDSS को स्थानीयकृत जंगलाई बढायो।युआन et al.29 ले फेला पार्यो कि 70/30 Cu-Ni मिश्र धातुको क्षरण वर्तमान घनत्व स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा बढेको थियो।यो स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा अक्सिजन को कमी को बायोकैटालिसिस को कारण हुन सक्छ।यो अवलोकनले यस कार्यमा MIC 2707 HDSS लाई पनि व्याख्या गर्न सक्छ।एरोबिक बायोफिल्महरूले तलको अक्सिजन सामग्रीलाई पनि कम गर्न सक्छ।तसर्थ, अक्सिजनको साथ धातुको सतहलाई पुन: प्राप्त गर्न अस्वीकार यस काममा MIC लाई योगदान गर्ने कारक हुन सक्छ।
Dickinson et al।38 ले सुझाव दियो कि रासायनिक र इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूको दर प्रत्यक्ष रूपमा नमूना सतहमा संलग्न ब्याक्टेरियाको चयापचय गतिविधि र क्षरण उत्पादनहरूको प्रकृतिमा निर्भर गर्दछ।चित्र 5 र तालिका 5 मा देखाइएको रूपमा, कक्षहरूको संख्या र बायोफिल्म मोटाई 14 दिन पछि घट्यो।यसलाई यथोचित रूपमा व्याख्या गर्न सकिन्छ कि 14 दिन पछि 2707 HDSS सतहमा एंकर गरिएका धेरैजसो कोशिकाहरू 2216E माध्यममा पोषक तत्वको कमी वा 2707 HDSS म्याट्रिक्सबाट विषाक्त धातु आयनहरूको रिलीजको कारणले मृत्यु भयो।यो ब्याच प्रयोगहरूको एक सीमा हो।
यस कार्यमा, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्मले 2707 HDSS (चित्र 6) को सतहमा बायोफिल्म अन्तर्गत Cr र Fe को स्थानीय कमीलाई बढावा दियो।तालिका 6 मा, नमूना C को तुलनामा नमूना D मा Fe र Cr घट्यो, यसले संकेत गर्दछ कि P. aeruginosa biofilm को कारणले Fe र Cr विघटन पहिलो 7 दिन पछि कायम गरिएको थियो।2216E वातावरण समुद्री वातावरण अनुकरण गर्न प्रयोग गरिन्छ।यसले 17700 पीपीएम Cl- समावेश गर्दछ, जुन प्राकृतिक समुद्री पानीमा यसको सामग्रीसँग तुलना गर्न सकिन्छ।17700 ppm Cl- को उपस्थिति XPS द्वारा विश्लेषण गरिएको 7-दिन र 14-दिन गैर जैविक नमूनाहरूमा Cr घट्नुको मुख्य कारण थियो।स्यूडोमोनास एरुगिनोसाको परीक्षण नमूनाको तुलनामा, अजैविक परिवेशमा क्लोरीनमा 2707 HDSS को बलियो प्रतिरोधको कारण अजैविक परीक्षण नमूनामा Cr को विघटन धेरै कम छ।अंजीर मा।9 ले निष्क्रिय चलचित्रमा Cr6+ को उपस्थिति देखाउँछ।यो P. aeruginosa biofilms द्वारा स्टील सतहहरूबाट Cr हटाउनेसँग सम्बन्धित हुन सक्छ, चेन र Clayton39 द्वारा सुझाव दिए अनुसार।
ब्याक्टेरियाको वृद्धिको कारण, इन्क्युबेशन अघि र पछि मध्यमको pH मान क्रमशः 7.4 र 8.2 थियो।यसैले, बल्क माध्यममा अपेक्षाकृत उच्च pH भएका कारण P. aeruginosa biofilms अन्तर्गत यस कार्यमा जैविक एसिडको क्षयले योगदान पुर्‍याउने सम्भावना छैन।14 दिनको परीक्षण अवधिमा गैर-जैविक नियन्त्रण माध्यमको pH (प्रारम्भिक 7.4 बाट अन्तिम 7.5 सम्म) उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन भएन।इन्क्युबेशन पछि इनोकुलम माध्यममा pH मा वृद्धि Pseudomonas aeruginosa को मेटाबोलिक गतिविधि संग सम्बन्धित थियो, र pH मा समान प्रभाव परीक्षण पट्टी को अनुपस्थिति मा पाइयो।
अंजीर मा देखाइएको छ।7, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा बायोफिल्मको कारणले गर्दा अधिकतम पिट गहिराई 0.69 µm थियो, जुन अजैविक माध्यम (0.02 µm) भन्दा उल्लेखनीय रूपमा ठूलो छ।यो माथिको इलेक्ट्रोकेमिकल डेटा संग सहमत छ।समान अवस्थाहरूमा, 0.69 µm को खाडल गहिराई 2205 DSS40 को लागि तोकिएको 9.5 µm मान भन्दा दस गुणा बढी सानो छ।यी डेटाले देखाउँछ कि 2707 HDSS ले 2205 DSS भन्दा MICs लाई राम्रो प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ।यो आश्चर्यजनक छैन किनकि 2707 HDSS सँग उच्च Cr स्तर छ, जसले लामो समयको निष्क्रियतालाई अनुमति दिन्छ, Pseudomonas aeruginosa लाई डिपासिभेट गर्न अझ गाह्रो बनाउँछ, र हानिकारक माध्यमिक वर्षा बिना प्रक्रिया सुरु गर्दछ Pitting41।
निष्कर्षमा, एमआईसी पिटिंग स्यूडोमोनास एरुगिनोसा ब्रोथमा 2707 HDSS सतहहरूमा फेला पर्यो, जबकि एबायोटिक मिडियामा पिटिंग नगण्य थियो।यस कार्यले देखाउँछ कि 2707 HDSS मा 2205 DSS भन्दा MIC को लागि राम्रो प्रतिरोध छ, तर यो Pseudomonas aeruginosa biofilm को कारण MIC लाई पूर्ण रूपमा प्रतिरक्षा छैन।यी नतिजाहरूले समुद्री वातावरणको लागि उपयुक्त स्टेनलेस स्टील्स र जीवन प्रत्याशाको छनोटमा मद्दत गर्दछ।
2707 HDSS नमूनाहरू स्कुल अफ मेटलर्जी, नर्थइस्टर्न युनिभर्सिटी (NEU), शेनयाङ, चीनद्वारा प्रदान गरिएको थियो।2707 HDSS को मौलिक संरचना तालिका 1 मा देखाइएको छ, जुन उत्तरपूर्वी विश्वविद्यालयको सामग्री विश्लेषण र परीक्षण विभाग द्वारा विश्लेषण गरिएको थियो।सबै नमूनाहरू ठोस समाधानको लागि 1180 डिग्री सेल्सियसमा 1 घण्टाको लागि उपचार गरियो।क्षरण परीक्षण अघि, 1 cm2 को खुला सतह क्षेत्र भएको 2707 HDSS सिक्का स्टिललाई सिलिकन कार्बाइड स्यान्डपेपरले 2000 ग्रिटमा पालिश गरिएको थियो र त्यसपछि 0.05 µm Al2O3 पाउडर स्लरीसँग पालिश गरिएको थियो।पक्ष र तल अक्रिय पेन्ट संग सुरक्षित छन्।सुकाइसकेपछि, नमूनाहरूलाई बाँझ डियोनाइज्ड पानीले धोइयो र 0.5 घन्टाको लागि 75% (v/v) इथानोलले बाँझ राखियो।त्यसपछि तिनीहरूलाई प्रयोग गर्नु अघि 0.5 घण्टाको लागि पराबैंगनी (UV) प्रकाशमा हावामा सुकाइयो।
मरीन स्ट्रेन स्यूडोमोनास एरुगिनोसा MCCC 1A00099 Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), चीनबाट खरिद गरिएको थियो।Marine 2216E तरल माध्यम (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) 250 ml फ्लास्क र 500 ml इलेक्ट्रोकेमिकल गिलास कोशिकाहरूलाई एरोबिक अवस्थाहरूमा 37°C मा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा कल्चर गर्न प्रयोग गरिएको थियो।मध्यमले समावेश गर्दछ (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 HR.20, 0.08 Sr.30, 0.02 Sr.B. ३, ०.००८, ०.००८ Na4F0H20PO।1.0 खमीर निकासी र 0.1 फलाम साइट्रेट।इनोकुलेशन अघि २० मिनेटको लागि १२१ डिग्री सेल्सियसमा अटोक्लेभ।सेसाइल र प्लान्क्टोनिक कोशिकाहरू 400x म्याग्निफिकेसनमा हेमोसाइटोमिटर प्रयोग गरेर हल्का माइक्रोस्कोप अन्तर्गत गणना गरियो।प्लान्क्टोनिक P. aeruginosa कोशिकाहरूको प्रारम्भिक एकाग्रता टीकाकरण पछि तुरुन्तै लगभग 106 कोशिका/mL थियो।
इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षणहरू क्लासिक तीन-इलेक्ट्रोड गिलास सेलमा 500 मिलीलीटरको मध्यम मात्रामा गरिएको थियो।एक प्लैटिनम पाना र एक संतृप्त क्यालोमेल इलेक्ट्रोड (SCE) नुन पुलले भरिएको लगगिन केशिका मार्फत रिएक्टरमा जोडिएको थियो र क्रमशः काउन्टर र सन्दर्भ इलेक्ट्रोडको रूपमा सेवा गरियो।काम गर्ने इलेक्ट्रोड सिर्जना गर्न, प्रत्येक नमूनामा रबर-लेपित तामाको तार जोडिएको थियो र इपोक्सीको साथ लेपित गरिएको थियो, काम गर्ने इलेक्ट्रोडको लागि एक छेउमा सतह क्षेत्रको लगभग 1 सेमी 2 छोडेर।इलेक्ट्रोकेमिकल मापनको क्रममा, नमूनाहरू 2216E माध्यममा राखिएको थियो र पानीको नुहाउने ठाउँमा स्थिर इन्क्युबेशन तापमान (37 डिग्री सेल्सियस) मा राखिएको थियो।OCP, LPR, EIS र सम्भावित गतिशील ध्रुवीकरण डाटा Autolab potentiostat (सन्दर्भ 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) को प्रयोग गरेर मापन गरियो।LPR परीक्षणहरू -5 र 5 mV दायरामा 0.125 mV s-1 को स्क्यान दर र Eocp 1 Hz को नमूना दरमा रेकर्ड गरिएको थियो।EIS 0.01 देखि 10,000 Hz को फ्रिक्वेन्सी दायरा माथि साइनसाइडको साथ 5 mV को लागू भोल्टेज प्रयोग गरेर स्थिर अवस्था Eocp मा प्रदर्शन गरिएको थियो।सम्भावित स्वीप अघि, इलेक्ट्रोडहरू खुला सर्किट मोडमा थिए जबसम्म 42 को स्थिर मुक्त जंग क्षमतामा पुगेन।संग।प्रत्येक परीक्षण स्यूडोमोनास एरुगिनोसा संग र बिना तीन पटक दोहोर्याइएको थियो।
मेटालोग्राफिक विश्लेषणका लागि नमूनाहरू 2000 ग्रिट भिजेको SiC पेपरसँग मेकानिकली पालिश गरियो र त्यसपछि अप्टिकल अवलोकनको लागि 0.05 µm Al2O3 पाउडर स्लरीसँग पालिश गरियो।मेटालोग्राफिक विश्लेषण अप्टिकल माइक्रोस्कोप प्रयोग गरी गरिएको थियो।नमूना 10 wt% पोटासियम हाइड्रोक्साइड समाधान 43 संग कोरिएको थियो।
इन्क्युबेशन पछि, बायोफिल्म ठीक गर्न फस्फेट बफर गरिएको सलाइन (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ले 3 पटक धुनुहोस् र त्यसपछि 2.5% (v/v) ग्लुटाराल्डिहाइडले 10 घण्टाको लागि ठीक गर्नुहोस्।हावा सुक्नु अघि एक चरणबद्ध श्रृंखला (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% र 100% भोल्युममा) इथानोलको साथ पछिको निर्जलीकरण।अन्तमा, SEM44 अवलोकनको लागि चालकता प्रदान गर्न नमूनाको सतहमा सुनको फिल्म स्पटर गरिएको थियो।SEM छविहरू प्रत्येक नमूनाको सतहमा सबैभन्दा स्थापित P. aeruginosa कोशिकाहरू भएको स्थानमा केन्द्रित छन्।रासायनिक तत्वहरू पत्ता लगाउन EMF विश्लेषण गरिएको थियो।खाडलको गहिराइ नाप्नको लागि, Zeiss कन्फोकल लेजर स्क्यानिङ माइक्रोस्कोप (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germany) प्रयोग गरिएको थियो।बायोफिल्म अन्तर्गत क्षरण पिटहरू अवलोकन गर्न, परीक्षण नमूनाको सतहबाट क्षरण उत्पादनहरू र बायोफिल्म हटाउन चिनियाँ राष्ट्रिय मानक (CNS) GB/T4334.4-2000 अनुसार परीक्षण नमूनालाई पहिले सफा गरिएको थियो।
एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS, ESCALAB250 सतह विश्लेषण प्रणाली, थर्मो VG, USA) एक मोनोक्रोमेटिक एक्स-रे स्रोत (Al Kα रेखा 1500 eV को ऊर्जा र 150 W को शक्ति संग) को उपयोग गरेर बाइन्डिंग ऊर्जा को एक विस्तृत श्रृंखला मा विश्लेषण। 0 -1350 eV को मानक सर्तहरू तल।50 eV पास ऊर्जा र 0.2 eV स्टेप साइज प्रयोग गरेर उच्च रिजोलुसन स्पेक्ट्रा रेकर्ड गर्नुहोस्।
इन्क्युबेटेड नमूना हटाउनुहोस् र यसलाई PBS (pH 7.4 ± 0.2) 15 s45 को लागि बिस्तारै धुनुहोस्।नमूनामा बायोफिल्मको ब्याक्टेरियल व्यवहार्यता अवलोकन गर्न, बायोफिल्मलाई LIVE/DEAD BacLight ब्याक्टेरियल व्यवहार्यता किट (Invitrogen, Eugene, OR, USA) प्रयोग गरेर दाग लगाइएको थियो।किटमा दुईवटा फ्लोरोसेन्ट रङहरू छन्: SYTO-9 हरियो फ्लोरोसेन्ट डाई र प्रोपिडियम आयोडाइड (PI) रातो फ्लोरोसेन्ट डाई।CLSM मा, फ्लोरोसेन्ट हरियो र रातो थोप्लाहरू क्रमशः जीवित र मृत कोशिकाहरू प्रतिनिधित्व गर्दछ।दाग लाग्नका लागि, 3 μl SYTO-9 र 3 μl PI समाधान भएको मिश्रणको 1 ml कोठाको तापक्रम (23°C) मा अँध्यारोमा २० मिनेटसम्म इन्क्युब्याट गर्नुहोस्।त्यस पछि, दाग भएका नमूनाहरू Nikon CLSM उपकरण (C2 Plus, Nikon, Japan) को प्रयोग गरेर दुई तरंग लम्बाइ (जीवित कोशिकाहरूको लागि 488 nm र मृत कोशिकाहरूको लागि 559 nm) मा अवलोकन गरियो।3-डी स्क्यानिङ मोडमा बायोफिल्म मोटाई मापन गर्नुहोस्।
यो लेख कसरी उद्धृत गर्ने: Li, H. et al।2707 सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको माइक्रोबियल क्षरणमा स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समुद्री बायोफिल्मको प्रभाव।विज्ञान।घर 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016)।
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. थायोसल्फेटको उपस्थितिमा क्लोराइड समाधानहरूमा LDX 2101 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको तनाव जंग क्र्याकिंग।जंग।विज्ञान।80, 205-212 (2014)।
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS र Park, YS सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्ड्सको पिटिङ्ग क्षरण प्रतिरोधमा ग्यासको संरक्षणमा समाधान ताप उपचार र नाइट्रोजनको प्रभाव।जंग।विज्ञान।५३, १९३९–१९४७ (२०११)।
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. र Lewandowski, Z. 316L स्टेनलेस स्टीलमा माइक्रोबियल र इलेक्ट्रोकेमिकल पिटिङ्को रासायनिक तुलनात्मक अध्ययन।जंग।विज्ञान।४५, २५७७–२५९५ (२००३)।
लुओ एच।, डोंग केएफ, ली एचजी र जिओ के। क्लोराइडको उपस्थितिमा विभिन्न पीएच मानहरूमा क्षारीय समाधानहरूमा 2205 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलको इलेक्ट्रोकेमिकल व्यवहार।इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री।जर्नल।64, 211-220 (2012)।