Pseudomonas aeruginosa 해양 생물막이 2707 슈퍼듀플렉스 스테인레스강의 미생물 부식에 미치는 영향

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미생물 부식(MIC)은 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있기 때문에 많은 산업에서 주요 문제입니다.슈퍼 듀플렉스 스테인레스 스틸 2707(2707 HDSS)은 내화학성이 우수하여 해양 환경에 사용됩니다.그러나 MIC에 대한 저항성은 실험적으로 입증되지 않았습니다.본 연구에서는 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 유발되는 MIC 2707 HDSS의 거동을 조사했습니다.전기화학적 분석 결과, 2216E 배지에 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막이 존재하는 경우 부식 전위가 긍정적으로 변하고 부식 전류 밀도가 증가하는 것으로 나타났습니다.X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과, 생물막 아래 시료 표면의 Cr 함량이 감소한 것으로 나타났습니다.피트 이미지를 분석한 결과, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막은 배양 14일 후 최대 피트 깊이 0.69μm를 생성한 것으로 나타났습니다.이는 작지만 2707 HDSS가 MIC에 대한 P. aeruginosa 생물막의 영향에 완전히 면역되지는 않음을 시사합니다.
듀플렉스 스테인리스강(DSS)은 우수한 기계적 특성과 내식성의 완벽한 조합으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다1,2.그러나 국부적인 구멍이 여전히 발생할 수 있으며 이는 이 강철의 무결성에 영향을 미칠 수 있습니다(3, 4).DSS는 미생물 부식(MIC)5,6으로부터 보호되지 않습니다.DSS의 적용 범위는 매우 넓지만 DSS의 내식성이 장기간 사용하기에 충분하지 않은 환경이 여전히 있습니다.이는 더 높은 내식성을 지닌 더 비싼 재료가 필요하다는 것을 의미합니다.Jeon et al.7은 슈퍼 듀플렉스 스테인레스 스틸(SDSS)도 내부식성 측면에서 몇 가지 한계가 있음을 발견했습니다.따라서 특정 용도에서는 내식성이 더 높은 HDSS(슈퍼듀플렉스 스테인리스강)가 필요합니다.이로 인해 고합금 HDSS가 개발되었습니다.
DSS의 내식성은 α상 대 γ상 비율과 2차상에 인접한 Cr, Mo 및 W가 고갈된 영역에 의해 결정됩니다8,9,10.HDSS는 Cr, Mo 및 N11의 함량이 높기 때문에 내식성이 우수하고 PREN(등가 공식 저항 값)이 높은 값(45-50)을 제공합니다. 이는 중량% Cr + 3.3(중량% Mo로 정의됨) + 0, 5 중량% W) + 16 중량%.N12.탁월한 내식성은 페라이트(α) 상이 약 50%, 오스테나이트(γ) 상이 약 50% 포함된 균형 잡힌 구성에 달려 있습니다.HDSS는 기존 DSS13에 비해 기계적 특성이 향상되고 내염소성이 향상되었습니다.화학적 부식의 특성.향상된 내식성은 해양 환경과 같은 보다 공격적인 염화물 환경에서 HDSS의 사용을 확장합니다.
MIC는 석유, 가스, 물 공급을 포함한 많은 산업에서 중요한 문제입니다14.MIC는 모든 부식 손상의 20%를 차지합니다15.MIC는 다양한 환경에서 관찰될 수 있는 생전기화학적 부식입니다16.금속 표면에 생물막이 형성되면 전기화학적 조건이 바뀌고 부식 과정에 영향을 줍니다.MIC 부식은 생물막14에 의해 발생한다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다.전기 미생물은 생존을 위한 에너지를 얻기 위해 금속을 먹어 치웁니다17.최근 MIC 연구에 따르면 EET(세포외 전자 전달)가 전기 미생물에 의해 유발되는 MIC의 제한 요인인 것으로 나타났습니다.Zhang et al.18은 전자 매개체가 Desulfovibrio vulgaris 고착성 세포와 304 스테인레스 스틸 사이의 전자 전달을 가속화하여 더 심각한 MIC 공격을 초래한다는 것을 입증했습니다.Anninget al.19 및 Wenzlaff et al.20은 부식성 황산염환원박테리아(SRB)의 생물막이 금속 기질에서 직접 전자를 흡수하여 심각한 구멍이 생길 수 있음을 보여주었습니다.
DSS는 SRB, 철환원박테리아(IRB) 등이 포함된 배지에서 MIC에 민감한 것으로 알려져 있습니다. 21 .이러한 박테리아는 생물막 아래 DSS 표면에 국부적인 구멍을 유발합니다22,23.DSS와 달리 MIC HDSS24에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.
녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 자연계에 널리 분포하는 그람 음성이고 운동성이 있는 막대 모양 박테리아입니다25.Pseudomonas aeruginosa는 ​​또한 해양 환경에서 강철의 MIC를 담당하는 주요 미생물군입니다26.슈도모나스(Pseudomonas) 종은 부식 과정에 직접적으로 관여하며 생물막 형성 중 최초의 식민지화자로 인식됩니다27.Mahatet al.28 및 Yuan et al.29는 Pseudomonas aeruginosa가 수생 환경에서 연강 및 합금의 부식 속도를 증가시키는 경향이 있음을 입증했습니다.
본 연구의 주요 목표는 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 발생하는 2707 HDSS의 MIC 특성을 전기화학적 방법, 표면 분석 방법 및 부식 생성물 분석을 통해 연구하는 것입니다.MIC 2707 HDSS의 동작을 연구하기 위해 개방 회로 전위(OCP), 선형 분극 저항(LPR), 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 및 동적 전위 분극을 포함한 전기화학 연구가 수행되었습니다.에너지 분산 분광법(EDS) 분석은 부식된 표면의 화학 원소를 탐지하기 위해 수행됩니다.또한, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이 포함된 해양 환경의 영향을 받는 산화막 부동태화의 안정성을 X선 광전자 분광법(XPS)을 통해 측정했습니다.공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)을 사용하여 피트의 깊이를 측정했습니다.
표 1은 2707 HDSS의 화학적 조성을 보여줍니다.표 2는 2707 HDSS가 650 MPa의 항복 강도로 우수한 기계적 특성을 가지고 있음을 보여줍니다.그림에.도 1은 용체화 열처리된 2707 HDSS의 광학적 미세구조를 보여준다.2차 상이 없는 오스테나이트 및 페라이트 상의 긴 밴드는 대략 50% 오스테나이트 및 50% 페라이트 상을 포함하는 미세구조에서 볼 수 있습니다.
그림에.도 2a는 37°C에서 14일 동안 2216E 무생물 배지 및 녹농균 배지에서 2707 HDSS에 대한 개방 회로 전위(Eocp) 대 노출 시간을 보여줍니다.Eocp의 가장 두드러진 변화는 처음 24시간 동안 발생한 것으로 나타났습니다.두 경우 모두 Eocp 값은 약 16시간에 약 -145mV(SCE 대비)로 정점에 도달한 후 비생물학적 샘플의 경우 -477mV(SCE 대비) 및 -236mV(SCE 대비), 상대 샘플의 경우 P로 급격히 떨어졌습니다. SCE) 녹청은 각각 잎을 낸다.24시간 후, Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS의 Eocp 값은 -228mV(SCE와 비교)로 비교적 안정적으로 유지된 반면, 비생물학적 샘플의 해당 값은 약 -442mV(SCE와 비교)였습니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 존재 시 Eocp는 매우 낮았습니다.
37°C에서 무생물 배지 및 Pseudomonas aeruginosa 액체 배지에서 2707 HDSS 샘플에 대한 전기화학적 테스트:
(a) 노출 시간에 따른 Eocp의 변화, (b) 14일째의 편광 곡선, (c) 노출 시간에 따른 Rp의 변화, (d) 노출 시간에 따른 corr의 변화.
표 3은 14일 동안 무생물 및 ​​P. aeruginosa 접종 배지에 노출된 2707개의 HDSS 샘플의 전기화학적 부식 매개변수를 보여줍니다.교차점에 대한 양극 및 음극 곡선의 접선 외삽을 통해 표준 방법에 따라 부식 전류 밀도(icorr), 부식 전위(Ecorr) 및 Tafel 기울기(βα 및 βc)를 결정할 수 있습니다.
그림 2b에서 볼 수 있듯이 P. aeruginosa 곡선의 위쪽 이동은 비생물적 곡선에 비해 Ecorr의 증가를 가져왔습니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa)을 함유한 시료의 icorr 값은 부식속도에 비례하여 0.328μA cm-2로 증가하여 비생물학적 시료(0.087μA cm-2)에 비해 4배 이상 증가하였다.
LPR은 부식의 비파괴적 명시적 분석을 위한 고전적인 전기화학적 방법입니다.또한 MIC32를 연구하는데도 사용되었습니다.그림에.도 2c는 노광시간에 따른 분극저항(Rp)의 변화를 보여준다.Rp 값이 높을수록 부식이 적음을 의미합니다.처음 24시간 이내에 Rp 2707 HDSS는 비생물학적 표본의 경우 1955kΩ cm2, 녹농균 표본의 경우 1429kΩ cm2로 최고치를 기록했습니다.그림 2c는 또한 Rp 값이 하루 후에 급격하게 감소한 후 다음 13일 동안 상대적으로 변하지 않은 상태로 유지되었음을 보여줍니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 시험편의 Rp 값은 약 40kΩcm2로, 비생물학적 시험편의 Rp 값(450kΩcm2)에 비해 훨씬 낮습니다.
icorr의 값은 균일한 부식 속도에 비례합니다.그 값은 다음 Stern-Giri 방정식으로 계산할 수 있습니다.
Zoe et al.33 이 연구에서는 Tafel 기울기 B가 26mV/dec의 일반적인 값으로 사용되었습니다.그림에.도 2d는 2707 비생물적 균주의 icorr이 비교적 안정적으로 유지된 반면, Pseudomonas aeruginosa 밴드의 icorr은 처음 24시간 후 큰 점프와 함께 강하게 변동했음을 보여줍니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 시험 샘플의 icorr 값은 비생물학적 대조구의 값보다 10배 더 높았습니다.이러한 경향은 분극 저항의 결과와 일치합니다.
EIS는 부식 인터페이스34에서 전기화학 반응을 특성화하는 데 사용되는 또 다른 비파괴 방법입니다.비생물적 매질과 녹농균 용액에 노출된 스트립의 임피던스 스펙트럼 및 커패시턴스 계산, Rb는 스트립 표면에 형성된 수동/생물막의 저항, Rct는 전하 이동 저항, Cdl은 전기 이중층입니다.) 및 QCPE 정위상 요소(CPE) 매개변수.이러한 매개변수는 데이터를 등가 전기 회로(EEC) 모델과 비교하여 추가로 분석되었습니다.
그림에.도 3은 다양한 인큐베이션 시간에서 비생물적 배지 및 녹농균 배지 내 2707 HDSS 샘플의 전형적인 나이퀴스트 플롯(a 및 b) 및 보드 플롯(a' 및 b')을 보여줍니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이 있으면 나이퀴스트 루프의 직경이 감소합니다.보드 플롯(그림 3b')은 총 임피던스의 증가를 보여줍니다.이완 시간 상수에 대한 정보는 위상 최대치로부터 얻을 수 있습니다.그림에.그림 4는 단일 레이어(a)와 2레이어(b)를 기반으로 한 물리적 구조와 해당 EEC를 보여줍니다.CPE는 EEC 모델에 도입되었습니다.어드미턴스와 임피던스는 다음과 같이 표현됩니다.
2707 HDSS 쿠폰 임피던스 스펙트럼을 맞추기 위한 두 가지 물리적 모델과 해당 등가 회로:
여기서 Y0는 CPE의 크기, j는 허수 또는 (-1)1/2, Ω는 각주파수, n은 135보다 작은 CPE 역률입니다.전하 이동 저항 반전(즉, 1/Rct)은 부식 속도에 해당합니다.Rct 값이 낮을수록 부식 속도가 높다는 의미입니다.배양 14일 후, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 시험 시료의 Rct는 32 kΩ cm2에 도달했는데, 이는 비생물학적 시험 시료의 489 kΩ cm2에 비해 훨씬 낮습니다(표 4).
그림의 CLSM 이미지와 SEM 이미지.도 5는 HDSS 샘플 2707 표면의 생물막 범위가 7일 후에 매우 조밀했음을 명확하게 보여줍니다.그러나 14일 후에는 생물막 코팅이 희박해지고 일부 죽은 세포가 나타났습니다.표 5는 Pseudomonas aeruginosa에 노출된 지 7일 및 14일 후 2707 HDSS 샘플의 생물막 두께를 보여줍니다.최대 생물막 두께는 7일 후 23.4μm에서 14일 후 18.9μm로 변경되었습니다.평균 생물막 두께도 이러한 경향을 확인했습니다.7일 후 22.2 ± 0.7 μm에서 14일 후 17.8 ± 1.0 μm로 감소했습니다.
(a) 7일째의 3차원 CLSM 이미지, (b) 14일째의 3차원 CLSM 이미지, (c) 7일째의 SEM 이미지, (d) 14일째의 SEM 이미지.
EMF는 14일 동안 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)에 노출된 샘플에서 생물막과 부식 생성물의 화학 원소를 밝혀냈습니다.그림에.그림 6은 생물막과 부식 생성물의 C, N, O, P 함량이 순수 금속보다 훨씬 높다는 것을 보여줍니다. 왜냐하면 이들 원소가 생물막 및 그 대사산물과 연관되어 있기 때문입니다.미생물에는 미량의 Cr과 Fe만 필요합니다.생물막의 Cr 및 Fe 함량이 높고 시료 표면의 부식 생성물은 부식으로 인해 금속 매트릭스의 원소가 손실되었음을 나타냅니다.
14일 후 P. aeruginosa가 있거나 없는 구덩이가 배지 2216E에서 관찰되었습니다.인큐베이션 전 샘플 표면은 매끄럽고 결함이 없었습니다(그림 7a).배양 및 생물막 및 부식 생성물 제거 후 그림 7b 및 c와 같이 CLSM을 사용하여 샘플 표면의 가장 깊은 구덩이를 검사했습니다.비생물학적 대조군(최대 피트 깊이 0.02μm)의 표면에서는 뚜렷한 구멍이 발견되지 않았습니다.Pseudomonas aeruginosa에 의한 최대 피트 깊이는 3개 샘플의 평균 최대 피트 깊이를 기준으로 7일 후 0.52μm, 14일 후 0.69μm(샘플당 최대 피트 깊이 10개 선택)로 0.42±0.12μm에 도달했습니다. .및 각각 0.52 ± 0.15 μm(표 5).이러한 딤플 깊이 값은 작지만 중요합니다.
(a) 노출 전,(b) 비생물적 환경에서 14일;(c) P. aeruginosa 국물에서 14일.
그림에.표 8은 다양한 샘플 표면의 XPS 스펙트럼을 보여주며, 각 표면에 대해 분석된 화학은 표 6에 요약되어 있습니다. 표 6에서 Fe 및 Cr의 원자 백분율은 P. aeruginosa가 있는 경우 훨씬 낮았습니다(샘플 A 및 B). ) 비생물학적 컨트롤 스트립보다(샘플 C 및 D).Pseudomonas aeruginosa 샘플의 경우 Cr 2p 코어 레벨 스펙트럼 곡선은 결합 에너지(BE)가 574.4, 576.6, 578.3 및 586.8 eV인 4개의 피크 구성 요소에 맞춰졌으며 이는 Cr, Cr2O3, CrO3 및 Cr(OH)에 할당되었습니다. 3, 각각 (그림 9a 및 b).비생물학적 샘플의 경우, 그림 1과 2의 코어 수준 Cr 2p의 스펙트럼.도 9c와 d에는 각각 Cr(BE 573.80 eV) 및 Cr2O3(BE 575.90 eV)의 두 가지 주요 피크가 포함되어 있습니다.비생물적 쿠폰과 P. aeruginosa 쿠폰 사이의 가장 눈에 띄는 차이점은 생물막 아래에 Cr6+가 존재하고 비교적 높은 비율의 Cr(OH)3(BE 586.8 eV)가 존재한다는 것입니다.
각각 7일과 14일 동안 두 매체에 있는 2707 HDSS 샘플의 넓은 표면 XPS 스펙트럼.
(a) 7일 P. aeruginosa 노출, (b) 14일 P. aeruginosa 노출, (c) 7일 비생물적 노출, (d) 14일 비생물적 노출.
HDSS는 대부분의 환경에서 높은 수준의 내식성을 나타냅니다.Kim 등2은 HDSS UNS S32707이 PREN이 45보다 큰 고도로 도핑된 DSS로 확인되었다고 보고했습니다. 이 연구에서 HDSS 샘플 2707의 PREN 값은 49였습니다. 이는 높은 Cr 함량과 Mo 및 높은 수준 때문입니다. Ni는 산성 환경과 염화물 함량이 높은 환경에 유용합니다.또한, 균형잡힌 조성과 무결점 미세구조로 구조적 안정성과 내식성을 제공합니다.탁월한 내화학성에도 불구하고, 이 연구의 실험 데이터는 2707 HDSS가 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막 MIC에 완전히 면역되지는 않음을 보여줍니다.
전기화학적 결과에 따르면 Pseudomonas aeruginosa 액체배지에서 2707 HDSS의 부식 속도는 비생물학적 환경에 비해 14일 후에 크게 증가한 것으로 나타났습니다.그림 2a에서 Eocp의 감소는 처음 24시간 동안 무생물 배지와 P. aeruginosa 액체배지 모두에서 관찰되었습니다.그 후, 생물막이 시료 표면을 완전히 덮고 Eocp는 상대적으로 안정됩니다.그러나 생물적 Eocp 수준은 비생물적 Eocp 수준보다 훨씬 높았습니다.이러한 차이가 녹농균(P. aeruginosa) 생물막의 형성과 연관되어 있다고 믿을 만한 이유가 있습니다.그림에.그림 2g에서 볼 수 있듯이, 2707 HDSS의 icorr 값은 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 존재 하에서 0.627μA cm-2에 도달했는데, 이는 비생물학적 대조구(0.063μA cm-2)보다 10배 높은 수준이며, 이는 Rct와 일치합니다. EIS로 측정한 값입니다.처음 며칠 동안 P. aeruginosa 세포의 부착과 생물막 형성으로 인해 P. aeruginosa 국물의 임피던스 값이 증가했습니다.그러나 생물막이 시료 표면을 완전히 덮으면 임피던스가 감소합니다.보호층은 주로 생물막과 생물막 대사산물의 형성으로 인해 공격을 받습니다.따라서 시간이 지남에 따라 내식성은 감소하고 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 침전물은 국부적인 부식을 유발합니다.비생물적 환경의 경향은 다릅니다.비생물학적 대조구의 내식성은 Pseudomonas aeruginosa 액체배지에 노출된 샘플의 해당 값보다 훨씬 높았습니다.또한, 비생물학적 샘플의 경우 Rct 2707 HDSS 값은 14일차에 489kΩ cm2에 도달했는데, 이는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이 존재하는 경우(32kΩ cm2)보다 15배 더 높은 수치입니다.따라서 2707 HDSS는 멸균 환경에서 우수한 내식성을 가지지만 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막에 의한 MIC 공격으로부터 보호되지 않습니다.
이러한 결과는 그림 1과 2의 분극 곡선에서도 확인할 수 있습니다.2b.양극 분지는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막 형성 및 금속 산화 반응과 관련이 있습니다.동시에, 음극 반응은 산소의 환원이다.P. aeruginosa의 존재는 부식 전류 밀도를 상당히 증가시켰는데, 이는 비생물적 대조군보다 약 10배 정도 더 높았습니다.이는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막이 2707 HDSS의 국부적인 부식을 강화했음을 나타냅니다.Yuan 등은 70/30 Cu-Ni 합금의 부식 전류 밀도가 Pseudomonas aeruginosa 생물막에 의해 증가한다는 사실을 발견했습니다.이는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막에 의한 산소 환원의 생체촉매작용 때문일 수 있습니다.이 관찰은 이 연구의 MIC 2707 HDSS를 설명할 수도 있습니다.호기성 생물막은 그 아래의 산소 함량을 감소시킬 수도 있습니다.따라서 금속 표면을 산소로 재부동태화하는 것을 거부하는 것이 이 작업에서 MIC에 기여하는 요인이 될 수 있습니다.
Dickinsonet al.38은 화학적 및 전기화학적 반응 속도가 시료 표면에 부착된 박테리아의 대사 활동과 부식 생성물의 특성에 직접적으로 의존한다고 제안했습니다.도 5 및 표 5에서 볼 수 있듯이, 14일 후에는 세포 수와 생물막 두께가 감소했습니다.이는 14일 후 2707 HDSS 표면에 고정된 세포의 대부분이 2216E 배지의 영양분 고갈 또는 2707 HDSS 매트릭스의 독성 금속 이온 방출로 인해 사망했다는 사실로 합리적으로 설명될 수 있습니다.이는 일괄 실험의 한계입니다.
이 연구에서 Pseudomonas aeruginosa 생물막은 2707 HDSS 표면의 생물막 아래에서 Cr과 ​​Fe의 국부적 고갈을 촉진했습니다(그림 6).표 6에서 샘플 C에 비해 샘플 D에서 Fe와 Cr이 감소했는데, 이는 P. aeruginosa 생물막에 의한 Fe와 Cr 용해가 처음 7일 후에도 유지되었음을 나타냅니다.2216E 환경은 해양 환경을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.이 제품에는 17700ppm의 Cl-가 함유되어 있으며 이는 천연 해수의 함량과 비슷합니다.17700ppm Cl-의 존재는 XPS로 분석한 7일 및 14일 비생물학적 샘플에서 Cr 감소의 주요 원인이었습니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 테스트 샘플과 비교하여, 비생물적 환경에서 염소에 대한 2707 HDSS의 강력한 저항성으로 인해 비생물적 테스트 샘플에서 Cr의 용해가 훨씬 적습니다.그림에.도 9는 부동태화막 내 Cr6+의 존재를 보여준다.이는 Chen과 Clayton이 제안한 바와 같이 P. aeruginosa 생물막에 의해 강철 표면에서 Cr이 제거되는 것과 관련이 있을 수 있습니다.
박테리아 성장으로 인해 배양 전과 배양 후 배지의 pH 값은 각각 7.4와 8.2였다.따라서 유기산의 부식은 벌크 배지의 상대적으로 높은 pH로 인해 P. aeruginosa 생물막에서 이 작업에 기여할 가능성이 없습니다.비생물학적 대조 배지의 pH는 14일의 테스트 기간 동안 크게 변하지 않았습니다(초기 7.4에서 최종 7.5까지).배양 후 접종 배지의 pH 증가는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 대사 활성과 관련이 있었고, 테스트 스트립이 없는 경우에도 pH에 대한 동일한 효과가 발견되었습니다.
그림과 같이.도 7에 도시된 바와 같이, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막에 의한 최대 피트 깊이는 0.69μm로, 이는 비생물 배지(0.02μm)에 비해 상당히 컸다.이는 위의 전기화학적 데이터와 일치합니다.동일한 조건에서 피트 깊이 0.69μm는 2205 DSS40에 지정된 9.5μm 값보다 10배 이상 작습니다.이 데이터는 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC에 대해 더 나은 저항성을 나타냄을 보여줍니다.2707 HDSS는 더 높은 Cr 수준을 갖고 있어 더 긴 부동태화를 허용하고 Pseudomonas aeruginosa를 부동태화 해제가 더 어렵게 만들고 유해한 2차 침전물 없이 공정을 시작하기 때문에 이는 놀라운 일이 아닙니다41.
결론적으로, MIC 피팅은 Pseudomonas aeruginosa 액체배지의 2707 HDSS 표면에서 발견된 반면, 비생물적 배지에서는 피팅이 무시할 정도였습니다.이 연구는 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC에 대한 저항성이 더 우수하지만 Pseudomonas aeruginosa 생물막으로 인해 MIC에 완전히 면역되지는 않음을 보여줍니다.이러한 결과는 해양 환경에 적합한 스테인리스강 선택과 기대 수명에 도움이 됩니다.
2707 HDSS 샘플은 중국 선양의 Northeastern University(NEU) 야금학부에서 제공되었습니다.2707 HDSS의 원소 조성은 Northeastern University의 재료 분석 및 테스트 부서에서 분석한 표 1에 나와 있습니다.모든 샘플은 1시간 동안 1180°C에서 고용체로 처리되었습니다.부식 테스트에 앞서, 노출된 표면적이 1cm2인 2707 HDSS 동전강을 탄화규소 사포로 2000방으로 연마한 후 0.05μm Al2O3 분말 슬러리로 추가로 연마했습니다.측면과 바닥은 불활성 페인트로 보호됩니다.건조 후, 샘플을 멸균 탈이온수로 세척하고 75%(v/v) 에탄올로 0.5시간 동안 멸균했습니다.그런 다음 사용 전 0.5시간 동안 자외선(UV) 빛으로 공기 건조시켰습니다.
해양 균주 Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099는 중국 Xiamen Marine Culture Collection(MCCC)에서 구입했습니다.Marine 2216E 액체 배지(Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China)를 사용하여 Pseudomonas aeruginosa를 250ml 플라스크와 500ml 전기화학 유리 셀에서 37°C의 호기성 조건에서 배양했습니다.배지 함유량(g/l): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.08 SrBr2 , 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0.008, 0.008 Na4F0H20PO.1.0 효모 추출물 및 0.1 철 구연산염.접종 전 20분 동안 121°C에서 오토클레이브합니다.고착성 세포와 플랑크톤성 세포를 400x 배율로 혈구계를 사용하여 광학 현미경으로 계수했습니다.접종 직후 플랑크톤성 P. aeruginosa 세포의 초기 농도는 약 106개 세포/mL였습니다.
전기화학적 테스트는 중간 용량 500ml의 전통적인 3전극 유리 셀에서 수행되었습니다.백금 시트와 포화 칼로멜 전극(SCE)을 염다리로 채워진 Luggin 모세관을 통해 반응기에 연결하고 각각 상대 전극과 기준 전극으로 사용했습니다.작업 전극을 만들기 위해 고무 코팅된 구리 와이어를 각 샘플에 부착하고 에폭시로 코팅하여 작업 전극의 한 면에 약 1 cm2의 표면적을 남겨 두었습니다.전기화학적 측정 동안 샘플을 2216E 배지에 넣고 수조에서 일정한 배양 온도(37°C)로 유지했습니다.OCP, LPR, EIS 및 잠재적 동적 분극 데이터는 Autolab potentiostat(Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA)를 사용하여 측정되었습니다.LPR 테스트는 -5 및 5mV 범위에서 0.125mV s-1의 스캔 속도와 1Hz의 샘플링 속도로 Eocp로 기록되었습니다.EIS는 0.01~10,000Hz의 주파수 범위에 걸쳐 정현파와 함께 5mV의 인가 전압을 사용하여 정상 상태 Eocp에서 수행되었습니다.전위 스윕 전에 전극은 안정적인 자유 부식 전위 42에 도달할 때까지 개방 회로 모드에 있었습니다.와 함께.각 테스트는 Pseudomonas aeruginosa 유무에 관계없이 3회 반복되었습니다.
금속 조직학적 분석을 위한 샘플은 2000방 습식 SiC 종이로 기계적으로 연마한 후 광학 관찰을 위해 0.05μm Al2O3 분말 슬러리로 연마했습니다.광학 현미경을 사용하여 금속 조직 분석을 수행했습니다.샘플은 10wt% 수산화칼륨 용액으로 에칭되었습니다.
배양 후 인산완충식염수(PBS)(pH 7.4±0.2)로 3회 세척한 후 2.5%(v/v) 글루타르알데히드로 10시간 동안 고정하여 바이오필름을 고정합니다.공기 건조 전 단계적으로(50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 100%) 에탄올을 사용하여 탈수합니다.마지막으로, SEM44 관찰을 위한 전도성을 제공하기 위해 금 필름을 샘플 표면에 스퍼터링했습니다.SEM 이미지는 각 샘플 표면에서 가장 많이 확립된 P. aeruginosa 세포가 있는 위치에 초점을 맞췄습니다.화학 원소를 검출하기 위해 EMF 분석이 수행되었습니다.피트의 깊이를 측정하기 위해 Zeiss 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)(LSM 710, Zeiss, Germany)을 사용했습니다.생물막 아래의 부식 구멍을 관찰하기 위해 먼저 중국 국가 표준(CNS) GB/T4334.4-2000에 따라 테스트 샘플을 세척하여 테스트 샘플 표면에서 부식 생성물과 생물막을 제거했습니다.
다양한 결합 에너지에서 단색 X선 광원(에너지 1500eV, 출력 150W의 Al Kα 선)을 이용한 X선 광전자 분광법(XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) 분석 0은 –1350eV의 표준 조건보다 낮습니다.50eV 통과 에너지와 0.2eV 스텝 크기를 사용하여 고해상도 스펙트럼을 기록합니다.
배양된 샘플을 제거하고 PBS(pH 7.4 ± 0.2)로 15초 동안 부드럽게 세척합니다.샘플에서 생물막의 박테리아 생존력을 관찰하기 위해 LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit(Invitrogen, Eugene, OR, USA)를 사용하여 생물막을 염색했습니다.키트에는 SYTO-9 녹색 형광 염료와 요오드화 프로피듐(PI) 적색 형광 염료라는 두 가지 형광 염료가 포함되어 있습니다.CLSM에서 형광 녹색과 빨간색 점은 각각 살아있는 세포와 죽은 세포를 나타냅니다.염색을 위해 SYTO-9 3μl와 PI 용액 3μl를 함유한 혼합물 1ml를 실온(23°C)에서 어두운 곳에서 20분간 배양합니다.그 후, 염색된 샘플을 Nikon CLSM 장치(C2 Plus, Nikon, Japan)를 사용하여 두 가지 파장(살아있는 세포의 경우 488 nm, 죽은 세포의 경우 559 nm)에서 관찰했습니다.3D 스캐닝 모드에서 생물막 두께를 측정합니다.
이 기사를 인용하는 방법: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa 해양 생물막이 2707 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 미생물 부식에 미치는 영향.과학.하우스 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
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