Pengaruh Biofilm Laut Pseudomonas aeruginosa terhadap Korosi Mikroba Baja Tahan Karat Super Duplex 2707

Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Menampilkan carousel tiga slide sekaligus.Gunakan tombol Sebelumnya dan Berikutnya untuk berpindah melalui tiga slide sekaligus, atau gunakan tombol penggeser di akhir untuk berpindah melalui tiga slide sekaligus.
Korosi mikroba (MIC) merupakan masalah utama di banyak industri karena dapat menimbulkan kerugian ekonomi yang sangat besar.Baja tahan karat super duplex 2707 (2707 HDSS) digunakan di lingkungan laut karena ketahanan kimianya yang sangat baik.Namun, resistensi terhadap MIC belum dibuktikan secara eksperimental.Penelitian ini mengkaji perilaku MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerob laut Pseudomonas aeruginosa.Analisis elektrokimia menunjukkan bahwa dengan adanya biofilm Pseudomonas aeruginosa pada medium 2216E, potensi korosi berubah positif, dan rapat arus korosi meningkat.Hasil analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) menunjukkan adanya penurunan kandungan Cr pada permukaan sampel di bawah biofilm.Analisis gambar lubang menunjukkan bahwa biofilm Pseudomonas aeruginosa menghasilkan kedalaman lubang maksimum 0,69 µm setelah 14 hari kultur.Meskipun jumlahnya kecil, hal ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap efek biofilm P. aeruginosa pada MIC.
Baja tahan karat dupleks (DSS) banyak digunakan di berbagai industri karena kombinasi sempurna antara sifat mekanik yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi1,2.Namun, lubang lokal masih dapat terjadi, yang dapat mempengaruhi integritas baja ini 3, 4 .DSS tidak terlindung dari korosi mikroba (MIC)5,6.Meskipun jangkauan penerapan DSS sangat luas, masih terdapat lingkungan di mana ketahanan korosi DSS tidak mencukupi untuk penggunaan jangka panjang.Ini berarti diperlukan material yang lebih mahal dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi.Jeon dkk.7 menemukan bahwa baja tahan karat super duplex (SDSS) pun memiliki beberapa keterbatasan dalam hal ketahanan terhadap korosi.Oleh karena itu, diperlukan baja tahan karat super duplex (HDSS) dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi pada aplikasi tertentu.Hal ini menyebabkan pengembangan HDSS dengan paduan tinggi.
Ketahanan korosi DSS ditentukan oleh rasio fase α terhadap fase γ dan area yang terkuras dalam Cr, Mo dan W yang berdekatan dengan fase sekunder8,9,10.HDSS mengandung kandungan Cr, Mo, dan N11 yang tinggi, yang memberikan ketahanan korosi yang sangat baik dan nilai resistansi lubang setara (PREN) yang bernilai tinggi (45-50), yang ditentukan oleh wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0, 5% berat W) + 16% berat.N12.Ketahanannya terhadap korosi yang sangat baik bergantung pada komposisi seimbang yang mengandung sekitar 50% fase feritik (α) dan 50% austenitik (γ).HDSS telah meningkatkan sifat mekanik dan ketahanan klorin yang lebih tinggi dibandingkan dengan DSS13 konvensional.Ciri-ciri korosi kimia.Peningkatan ketahanan terhadap korosi memperluas penggunaan HDSS di lingkungan klorida yang lebih agresif seperti lingkungan laut.
MIC merupakan masalah yang signifikan di banyak industri, termasuk minyak dan gas serta pasokan air14.MIC menyumbang 20% ​​dari seluruh kerusakan korosi15.MIC adalah korosi bioelektrokimia yang dapat diamati di banyak lingkungan16.Pembentukan biofilm pada permukaan logam mengubah kondisi elektrokimia sehingga mempengaruhi proses korosi.Secara umum diterima bahwa korosi MIC disebabkan oleh biofilm14.Mikroorganisme elektrogenik menggerogoti logam untuk memperoleh energi untuk bertahan hidup17.Studi MIC terbaru menunjukkan bahwa EET (transfer elektron ekstraseluler) adalah faktor pembatas MIC yang disebabkan oleh mikroorganisme elektrogenik.Zhang dkk.18 menunjukkan bahwa mediator elektron mempercepat transfer elektron antara sel sessile Desulfovibrio vulgaris dan baja tahan karat 304, menghasilkan serangan MIC yang lebih parah.Anning dkk.19 dan Wenzlaff dkk.20 telah menunjukkan bahwa biofilm bakteri pereduksi sulfat korosif (SRB) dapat menyerap elektron langsung dari substrat logam, sehingga mengakibatkan lubang yang parah.
DSS diketahui rentan terhadap MIC pada media yang mengandung SRB, bakteri pereduksi besi (IRB), dll.21 .Bakteri ini menyebabkan lubang lokal pada permukaan DSS di bawah biofilm22,23.Tidak seperti DSS, sedikit yang diketahui tentang MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa merupakan bakteri Gram negatif, motil, berbentuk batang yang tersebar luas di alam25.Pseudomonas aeruginosa juga merupakan mikrobiota utama yang bertanggung jawab atas MIC baja di lingkungan laut26.Spesies Pseudomonas terlibat langsung dalam proses korosi dan dikenal sebagai penjajah pertama selama pembentukan biofilm27.Mahat dkk.28 dan Yuan dkk.29 menunjukkan bahwa Pseudomonas aeruginosa cenderung meningkatkan laju korosi baja ringan dan paduan di lingkungan perairan.
Tujuan utama dari pekerjaan ini adalah untuk mempelajari sifat MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerob laut Pseudomonas aeruginosa menggunakan metode elektrokimia, metode analisis permukaan, dan analisis produk korosi.Studi elektrokimia termasuk potensial rangkaian terbuka (OCP), resistansi polarisasi linier (LPR), spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) dan polarisasi potensial dinamis dilakukan untuk mempelajari perilaku MIC 2707 HDSS.Analisis spektroskopi dispersif energi (EDS) dilakukan untuk mendeteksi unsur kimia pada permukaan yang terkorosi.Selain itu, stabilitas pasivasi film oksida di bawah pengaruh lingkungan laut yang mengandung Pseudomonas aeruginosa ditentukan dengan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS).Kedalaman lubang diukur di bawah mikroskop pemindaian laser confocal (CLSM).
Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia 2707 HDSS.Tabel 2 menunjukkan bahwa HDSS 2707 mempunyai sifat mekanik yang sangat baik dengan kekuatan luluh sebesar 650 MPa.Pada gambar.Gambar 1 menunjukkan struktur mikro optik dari larutan 2707 HDSS yang diberi perlakuan panas.Pita fase austenitik dan feritik yang memanjang tanpa fase sekunder dapat dilihat pada struktur mikro yang mengandung sekitar 50% fase austenitik dan 50% feritik.
Pada gambar.Gambar 2a menunjukkan potensi sirkuit terbuka (Eocp) versus waktu pemaparan untuk 2707 HDSS dalam media abiotik 2216E dan kaldu Pseudomonas aeruginosa selama 14 hari pada suhu 37°C.Ditemukan bahwa perubahan Eocp yang paling menonjol terjadi selama 24 jam pertama.Nilai Eocp pada kedua kasus mencapai puncaknya sekitar -145 mV (versus SCE) pada sekitar 16 jam dan kemudian turun tajam menjadi -477 mV (versus SCE) dan -236 mV (versus SCE) untuk sampel non-biologis dan P untuk sampel relatif. SCE) daun patina masing-masing.Setelah 24 jam, nilai Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS tetap relatif stabil pada -228 mV (dibandingkan dengan SCE), sedangkan nilai yang sesuai untuk sampel non-biologis adalah sekitar -442 mV (dibandingkan dengan SCE).Eocp keberadaan Pseudomonas aeruginosa cukup rendah.
Pengujian elektrokimia 2707 sampel HDSS dalam media abiotik dan kaldu Pseudomonas aeruginosa pada suhu 37°C:
(a) Perubahan Eocp dengan waktu pemaparan, (b) kurva polarisasi pada hari ke 14, (c) perubahan Rp dengan waktu pemaparan, (d) perubahan korelasi dengan waktu pemaparan.
Tabel 3 menunjukkan parameter korosi elektrokimia dari 2707 sampel HDSS yang dipaparkan pada media abiotik dan P. aeruginosa selama periode 14 hari.Ekstrapolasi tangensial kurva anodik dan katodik ke titik persimpangan memungkinkan penentuan kerapatan arus korosi (icorr), potensi korosi (Ecorr) dan kemiringan Tafel (βα dan βc) sesuai dengan metode standar30,31.
Seperti terlihat pada Gambar 2b, pergeseran kurva P. aeruginosa ke atas mengakibatkan peningkatan Ecorr dibandingkan kurva abiotik.Nilai ikonr sampel yang mengandung Pseudomonas aeruginosa sebanding dengan laju korosi meningkat menjadi 0,328 µA cm-2, empat kali lebih besar dibandingkan sampel non-biologis (0,087 µA cm-2).
LPR adalah metode elektrokimia klasik untuk analisis korosi cepat non-destruktif.Itu juga telah digunakan untuk mempelajari MIC32.Pada gambar.Gambar 2c menunjukkan perubahan resistansi polarisasi (Rp) tergantung pada waktu pemaparan.Nilai Rp yang lebih tinggi berarti lebih sedikit korosi.Dalam 24 jam pertama, Rp 2707 HDSS mencapai puncaknya pada 1955 kΩ cm2 untuk spesimen non-biologis dan 1429 kΩ cm2 untuk spesimen Pseudomonas aeruginosa.Gambar 2c juga menunjukkan bahwa nilai Rp menurun dengan cepat setelah satu hari dan kemudian relatif tidak berubah selama 13 hari berikutnya.Nilai Rp untuk benda uji Pseudomonas aeruginosa adalah sekitar 40 kΩ cm2, jauh lebih rendah dibandingkan nilai 450 kΩ cm2 untuk benda uji non-biologis.
Nilai icorr sebanding dengan laju korosi seragam.Nilainya dapat dihitung dari persamaan Stern-Giri berikut:
Menurut Zoë dkk.33 kemiringan Tafel B diambil sebagai nilai tipikal sebesar 26 mV/des dalam penelitian ini.Pada gambar.Gambar 2d menunjukkan bahwa ICORR pada strain abiotik 2707 relatif tetap stabil, sedangkan ICORR pada pita Pseudomonas aeruginosa berfluktuasi kuat dengan lompatan yang besar setelah 24 jam pertama.Nilai ICORR sampel uji Pseudomonas aeruginosa jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol non-biologis.Tren ini konsisten dengan hasil resistensi polarisasi.
EIS adalah metode non-destruktif lain yang digunakan untuk mengkarakterisasi reaksi elektrokimia pada antarmuka korosi34.Perhitungan spektrum impedansi dan kapasitansi strip yang dipaparkan pada media abiotik dan larutan Pseudomonas aeruginosa, Rb adalah resistansi pasif/biofilm yang terbentuk pada permukaan strip, Rct adalah resistansi perpindahan muatan, Cdl adalah lapisan ganda listrik.) dan parameter elemen fase konstan (CPE) QCPE.Parameter ini dianalisis lebih lanjut dengan membandingkan data dengan model rangkaian listrik ekivalen (EEC).
Pada gambar.Gambar 3 menunjukkan plot khas Nyquist (a dan b) dan plot Bode (a' dan b') dari 2707 sampel HDSS dalam media abiotik dan kaldu Pseudomonas aeruginosa pada berbagai waktu inkubasi.Dengan adanya Pseudomonas aeruginosa, diameter lengkung Nyquist mengecil.Plot Bode (Gbr. 3b') menunjukkan peningkatan impedansi total.Informasi konstanta waktu relaksasi dapat diperoleh dari fase maxima.Pada gambar.Gambar 4 menunjukkan struktur fisik dan EEC yang sesuai berdasarkan lapisan tunggal (a) dan dua lapisan (b).CPE diperkenalkan ke dalam model EEC.Penerimaan dan impedansinya dinyatakan sebagai berikut:
Dua model fisik dan rangkaian ekivalen yang sesuai untuk menyesuaikan spektrum impedansi kupon HDSS 2707:
Dimana Y0 adalah besaran CPE, j adalah bilangan imajiner atau (−1)1/2, ω adalah frekuensi sudut, dan n adalah faktor daya CPE kurang dari satu35.Inversi resistensi perpindahan muatan (yaitu 1/Rct) berhubungan dengan laju korosi.Nilai Rct yang lebih rendah berarti laju korosi yang lebih tinggi27.Setelah 14 hari inkubasi, Rct sampel uji Pseudomonas aeruginosa mencapai 32 kΩ cm2, jauh lebih kecil dibandingkan 489 kΩ cm2 sampel uji non-biologis (Tabel 4).
Gambar CLSM dan gambar SEM pada gambar.Gambar 5 dengan jelas menunjukkan bahwa cakupan biofilm pada permukaan sampel HDSS 2707 sangat padat setelah 7 hari.Namun, setelah 14 hari lapisan biofilm menjadi jarang dan beberapa sel mati muncul.Tabel 5 menunjukkan ketebalan biofilm dari 2707 sampel HDSS setelah 7 dan 14 hari terpapar Pseudomonas aeruginosa.Ketebalan biofilm maksimum berubah dari 23,4 µm setelah 7 hari menjadi 18,9 µm setelah 14 hari.Rata-rata ketebalan biofilm juga mengkonfirmasi tren ini.Ini menurun dari 22,2 ± 0,7 μm setelah 7 hari menjadi 17,8 ± 1,0 μm setelah 14 hari.
(a) Citra CLSM 3-D umur 7 hari, (b) Citra CLSM 3-D umur 14 hari, (c) Citra SEM umur 7 hari, dan (d) Gambar SEM umur 14 hari.
EMF mengungkap unsur kimia dalam biofilm dan produk korosi pada sampel yang dipapar Pseudomonas aeruginosa selama 14 hari.Pada gambar.Gambar 6 menunjukkan bahwa kandungan C, N, O, P dalam biofilm dan produk korosi jauh lebih tinggi dibandingkan logam murni, karena unsur-unsur ini berasosiasi dengan biofilm dan metabolitnya.Mikroorganisme hanya memerlukan sejumlah kecil Cr dan Fe.Tingginya kandungan Cr dan Fe pada biofilm dan produk korosi pada permukaan sampel menunjukkan hilangnya unsur-unsur matriks logam akibat korosi.
Setelah 14 hari, lubang dengan dan tanpa P. aeruginosa diamati pada medium 2216E.Sebelum inkubasi, permukaan sampel halus dan tanpa cacat (Gbr. 7a).Setelah inkubasi dan penghilangan biofilm dan produk korosi, lubang terdalam pada permukaan sampel diperiksa menggunakan CLSM, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b dan c.Tidak ada lubang yang terlihat jelas pada permukaan kontrol non-biologis (kedalaman lubang maksimum 0,02 µm).Kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh Pseudomonas aeruginosa adalah 0,52 µm setelah 7 hari dan 0,69 µm setelah 14 hari, berdasarkan rata-rata kedalaman lubang maksimum dari 3 sampel (10 kedalaman lubang maksimum dipilih untuk setiap sampel) dan mencapai 0,42 ± 0,12 µm .dan 0,52 ± 0,15 µm, masing-masing (Tabel 5).Nilai kedalaman lesung pipit ini kecil namun penting.
(a) sebelum paparan;(b) 14 hari dalam lingkungan abiotik;(c) 14 hari dalam kaldu P. aeruginosa.
Pada gambar.Tabel 8 menunjukkan spektrum XPS dari berbagai permukaan sampel, dan analisis kimia untuk setiap permukaan dirangkum dalam Tabel 6. Pada Tabel 6, persentase atom Fe dan Cr jauh lebih rendah dengan adanya P. aeruginosa (sampel A dan B ) dibandingkan di jalur pengendalian non-biologis.(sampel C dan D).Untuk sampel Pseudomonas aeruginosa, kurva spektral tingkat inti Cr 2p dipasang pada empat komponen puncak dengan energi ikat (BE) 574,4, 576,6, 578,3 dan 586,8 eV, yang ditetapkan ke Cr, Cr2O3, CrO3 dan Cr(OH) 3, masing-masing (Gbr. 9a dan b).Untuk sampel nonbiologis, spektrum tingkat inti Cr 2p pada Gambar.Gambar 9c dan d masing-masing berisi dua puncak utama Cr (BE 573,80 eV) dan Cr2O3 (BE 575,90 eV).Perbedaan paling mencolok antara kupon abiotik dan kupon P. aeruginosa adalah adanya Cr6+ dan fraksi Cr(OH)3 yang relatif tinggi (BE 586,8 eV) di bawah biofilm.
Spektrum XPS permukaan luas dari 2707 sampel HDSS dalam dua media masing-masing selama 7 dan 14 hari.
(a) paparan P. aeruginosa 7 hari, (b) paparan P. aeruginosa 14 hari, (c) paparan abiotik 7 hari, (d) paparan abiotik 14 hari.
HDSS menunjukkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi di sebagian besar lingkungan.Kim dkk.2 melaporkan bahwa HDSS UNS S32707 diidentifikasi sebagai DSS yang didoping tinggi dengan PREN lebih besar dari 45. Nilai PREN sampel HDSS 2707 dalam penelitian ini adalah 49. Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan Cr dan tingginya kadar Mo dan Ni, yang berguna dalam lingkungan asam dan lingkungan dengan kandungan klorida yang tinggi.Selain itu, komposisi yang seimbang dan struktur mikro yang bebas cacat memberikan stabilitas struktural dan ketahanan terhadap korosi.Meskipun memiliki ketahanan kimia yang sangat baik, data eksperimen dalam penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm Pseudomonas aeruginosa.
Hasil elektrokimia menunjukkan bahwa laju korosi 2707 HDSS dalam kaldu Pseudomonas aeruginosa meningkat secara signifikan setelah 14 hari dibandingkan dengan lingkungan non-biologis.Pada Gambar 2a, penurunan Eocp diamati baik dalam media abiotik dan kaldu P. aeruginosa selama 24 jam pertama.Setelah itu, biofilm selesai menutupi permukaan sampel dan Eocp menjadi relatif stabil.Namun, tingkat Eocp biotik jauh lebih tinggi dibandingkan tingkat Eocp abiotik.Ada alasan untuk percaya bahwa perbedaan ini terkait dengan pembentukan biofilm P. aeruginosa.Pada gambar.2g, nilai ICORR 2707 HDSS mencapai 0,627 µA cm-2 dengan adanya Pseudomonas aeruginosa, yang merupakan urutan besarnya lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol non-biologis (0,063 µA cm-2), yang konsisten dengan Rct nilai yang diukur dengan EIS.Selama beberapa hari pertama, nilai impedansi pada kaldu P. aeruginosa meningkat akibat menempelnya sel P. aeruginosa dan terbentuknya biofilm.Namun, impedansinya menurun ketika biofilm menutupi seluruh permukaan sampel.Lapisan pelindung diserang terutama akibat pembentukan biofilm dan metabolit biofilm.Oleh karena itu, ketahanan terhadap korosi menurun seiring waktu, dan endapan Pseudomonas aeruginosa menyebabkan korosi lokal.Tren lingkungan abiotik berbeda.Ketahanan korosi pada kontrol non-biologis jauh lebih tinggi dibandingkan nilai sampel yang dipaparkan pada kaldu Pseudomonas aeruginosa.Selain itu, untuk sampel abiotik, nilai HDSS Rct 2707 mencapai 489 kΩ cm2 pada hari ke-14, 15 kali lebih tinggi dibandingkan dengan keberadaan Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Dengan demikian, 2707 HDSS memiliki ketahanan korosi yang sangat baik di lingkungan yang steril, namun tidak terlindung dari serangan MIC oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa.
Hasil ini juga dapat diamati dari kurva polarisasi pada Gambar.2b.Percabangan anodik dikaitkan dengan pembentukan biofilm Pseudomonas aeruginosa dan reaksi oksidasi logam.Dalam hal ini, reaksi katodik adalah reduksi oksigen.Kehadiran P. aeruginosa secara signifikan meningkatkan kerapatan arus korosi, yaitu sekitar satu kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan kontrol abiotik.Hal ini menunjukkan bahwa biofilm Pseudomonas aeruginosa meningkatkan korosi lokal 2707 HDSS.Yuan dkk.29 menemukan bahwa kerapatan arus korosi pada paduan 70/30 Cu-Ni ditingkatkan dengan biofilm Pseudomonas aeruginosa.Hal ini mungkin disebabkan oleh biokatalisis reduksi oksigen oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa.Pengamatan ini juga dapat menjelaskan MIC 2707 HDSS dalam karya ini.Biofilm aerobik juga dapat mengurangi kandungan oksigen di bawahnya.Dengan demikian, penolakan untuk melakukan repasifasi permukaan logam dengan oksigen mungkin menjadi faktor yang berkontribusi terhadap MIC dalam pekerjaan ini.
Dickinson dkk.38 mengemukakan bahwa laju reaksi kimia dan elektrokimia secara langsung bergantung pada aktivitas metabolisme bakteri yang menempel pada permukaan sampel dan sifat produk korosi.Seperti terlihat pada Gambar 5 dan Tabel 5, jumlah sel dan ketebalan biofilm mengalami penurunan setelah 14 hari.Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa setelah 14 hari sebagian besar sel yang ditambatkan pada permukaan 2707 HDSS mati karena penipisan nutrisi dalam media 2216E atau pelepasan ion logam beracun dari matriks 2707 HDSS.Ini adalah batasan eksperimen batch.
Dalam penelitian ini, biofilm Pseudomonas aeruginosa mendorong penipisan lokal Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan 2707 HDSS (Gbr. 6).Pada Tabel 6, penurunan Fe dan Cr pada sampel D dibandingkan dengan sampel C, menunjukkan bahwa pelarutan Fe dan Cr yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa dipertahankan setelah 7 hari pertama.Lingkungan 2216E digunakan untuk mensimulasikan lingkungan laut.Mengandung 17700 ppm Cl-, yang sebanding dengan kandungannya di air laut alami.Kehadiran 17700 ppm Cl- menjadi penyebab utama penurunan Cr pada sampel non-biologis 7 hari dan 14 hari yang dianalisis dengan XPS.Dibandingkan dengan sampel uji Pseudomonas aeruginosa, kelarutan Cr dalam sampel uji abiotik jauh lebih sedikit karena kuatnya ketahanan 2707 HDSS terhadap klorin di lingkungan abiotik.Pada gambar.Gambar 9 menunjukkan keberadaan Cr6+ dalam film pasif.Hal ini mungkin terkait dengan penghilangan Cr dari permukaan baja oleh biofilm P. aeruginosa, seperti yang disarankan oleh Chen dan Clayton39.
Akibat pertumbuhan bakteri, nilai pH medium sebelum dan sesudah inkubasi masing-masing adalah 7,4 dan 8,2.Dengan demikian, korosi asam organik tidak mungkin berkontribusi terhadap pekerjaan ini di bawah biofilm P. aeruginosa karena pH yang relatif tinggi dalam media curah.PH media kontrol non-hayati tidak mengalami perubahan yang signifikan (dari awal 7,4 hingga akhir 7,5) selama periode pengujian 14 hari.Peningkatan pH media inokulum setelah inkubasi dikaitkan dengan aktivitas metabolisme Pseudomonas aeruginosa, dan efek yang sama pada pH ditemukan tanpa adanya strip uji.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar.7, kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa adalah 0,69 µm, yang secara signifikan lebih besar dibandingkan pada media abiotik (0,02 µm).Hal ini sesuai dengan data elektrokimia di atas.Dalam kondisi yang sama, kedalaman lubang 0,69 µm sepuluh kali lebih kecil dari nilai 9,5 µm yang ditentukan untuk 2205 DSS40.Data ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap MIC dibandingkan 2205 DSS.Hal ini tidak mengherankan karena HDSS 2707 memiliki tingkat Cr yang lebih tinggi, yang memungkinkan pasivasi lebih lama, membuat Pseudomonas aeruginosa lebih sulit untuk didepassivasi, dan memulai proses tanpa presipitasi sekunder yang berbahaya. Pitting41.
Kesimpulannya, pitting MIC ditemukan pada 2707 permukaan HDSS dalam kaldu Pseudomonas aeruginosa, sedangkan pitting dapat diabaikan pada media abiotik.Penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap MIC dibandingkan 2205 DSS, namun tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC karena biofilm Pseudomonas aeruginosa.Hasil ini membantu dalam pemilihan baja tahan karat yang sesuai dan harapan hidup untuk lingkungan laut.
2707 sampel HDSS disediakan oleh School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Cina.Komposisi unsur 2707 HDSS ditunjukkan pada Tabel 1, yang dianalisis oleh Departemen Analisis dan Pengujian Material Universitas Northeastern.Semua sampel diberi perlakuan larutan padat pada suhu 1180°C selama 1 jam.Sebelum pengujian korosi, baja koin 2707 HDSS dengan luas permukaan terbuka 1 cm2 dipoles hingga 2000 grit dengan amplas silikon karbida dan kemudian dipoles lebih lanjut dengan bubur bubuk Al2O3 0,05 µm.Bagian samping dan bawah dilindungi dengan cat lembam.Setelah kering, sampel dicuci dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan etanol 75% (v/v) selama 0,5 jam.Kemudian dikeringkan di bawah sinar ultraviolet (UV) selama 0,5 jam sebelum digunakan.
Strain laut Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 dibeli dari Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China.Media cair Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) digunakan untuk membiakkan Pseudomonas aeruginosa dalam labu 250 ml dan sel kaca elektrokimia 500 ml dalam kondisi aerobik pada suhu 37°C.Medium mengandung (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 ekstrak ragi dan 0,1 besi sitrat.Autoklaf pada suhu 121 °C selama 20 menit sebelum inokulasi.Sel sesil dan planktonik dihitung di bawah mikroskop cahaya menggunakan hemositometer dengan perbesaran 400x.Konsentrasi awal sel P. aeruginosa planktonik segera setelah inokulasi adalah sekitar 106 sel/mL.
Uji elektrokimia dilakukan dalam sel kaca tiga elektroda klasik dengan volume sedang 500 ml.Lembaran platina dan elektroda kalomel jenuh (SCE) dihubungkan ke reaktor melalui kapiler Luggin yang diisi dengan jembatan garam dan masing-masing berfungsi sebagai elektroda counter dan referensi.Untuk membuat elektroda kerja, kawat tembaga berlapis karet dilekatkan pada setiap sampel dan dilapisi dengan epoksi, menyisakan luas permukaan sekitar 1 cm2 di satu sisi untuk elektroda kerja.Selama pengukuran elektrokimia, sampel ditempatkan dalam media 2216E dan disimpan pada suhu inkubasi konstan (37°C) dalam penangas air.OCP, LPR, EIS dan data polarisasi dinamis potensial diukur menggunakan potensiostat Autolab (Referensi 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Tes LPR direkam pada kecepatan pemindaian 0,125 mV s-1 pada rentang -5 dan 5 mV dan Eocp dengan kecepatan pengambilan sampel 1 Hz.EIS dilakukan pada kondisi stabil Eocp menggunakan tegangan terapan 5 mV dengan sinusoidal pada rentang frekuensi 0,01 hingga 10.000 Hz.Sebelum potensi penyapuan, elektroda berada dalam mode rangkaian terbuka hingga potensi korosi bebas stabil sebesar 42 tercapai.Dengan.Setiap pengujian diulang tiga kali dengan dan tanpa Pseudomonas aeruginosa.
Sampel untuk analisis metalografi dipoles secara mekanis dengan kertas SiC basah 2000 grit dan kemudian dipoles dengan bubur bubuk Al2O3 0,05 µm untuk pengamatan optik.Analisis metalografi dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik.Sampel dietsa dengan larutan kalium hidroksida 10% berat43.
Setelah inkubasi, cuci 3 kali dengan phosphate buffered saline (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) lalu fiksasi dengan 2,5% (v/v) glutaraldehyde selama 10 jam untuk memfiksasi biofilm.Dehidrasi selanjutnya dengan etanol secara bertahap (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% volume) sebelum dikeringkan dengan udara.Terakhir, lapisan emas disemprotkan ke permukaan sampel untuk memberikan konduktivitas untuk pengamatan SEM44.Gambar SEM difokuskan pada lokasi dengan sel P. aeruginosa paling banyak pada permukaan setiap sampel.Analisis EMF dilakukan untuk mendeteksi unsur kimia.Untuk mengukur kedalaman lubang, digunakan mikroskop pemindaian laser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Jerman).Untuk mengamati lubang korosi di bawah biofilm, sampel uji terlebih dahulu dibersihkan sesuai dengan Standar Nasional China (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk menghilangkan produk korosi dan biofilm dari permukaan sampel uji.
Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) menggunakan sumber sinar-X monokromatik (garis Al Kα dengan energi 1500 eV dan daya 150 W) dalam berbagai energi pengikatan 0 di bawah kondisi standar –1350 eV.Rekam spektrum resolusi tinggi menggunakan energi lintasan 50 eV dan ukuran langkah 0,2 eV.
Keluarkan sampel yang diinkubasi dan cuci perlahan dengan PBS (pH 7,4 ± 0,2) selama 15 detik45.Untuk mengamati viabilitas bakteri dari biofilm pada sampel, biofilm diwarnai menggunakan LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Kit ini berisi dua pewarna fluoresen: pewarna fluoresen hijau SYTO-9 dan pewarna fluoresen merah propidium iodida (PI).Dalam CLSM, titik hijau dan merah neon masing-masing mewakili sel hidup dan mati.Untuk pewarnaan, inkubasi 1 ml campuran yang mengandung 3 μl SYTO-9 dan 3 μl larutan PI pada suhu kamar (23°C) dalam gelap selama 20 menit.Setelah itu, sampel yang diwarnai diamati pada dua panjang gelombang (488 nm untuk sel hidup dan 559 nm untuk sel mati) menggunakan peralatan Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Jepang).Ukur ketebalan biofilm dalam mode pemindaian 3-D.
Cara mengutip artikel ini : Li, H. et al.Pengaruh biofilm laut Pseudomonas aeruginosa terhadap korosi mikroba baja tahan karat super dupleks 2707.sains.Rumah 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan pada baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat.korosi.ilmu.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YS Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung pada ketahanan korosi lubang las baja tahan karat super dupleks.korosi.ilmu.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. dan Lewandowski, Z. Sebuah studi perbandingan kimia lubang mikroba dan elektrokimia dalam baja tahan karat 316L.korosi.ilmu.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG dan Xiao K. Perilaku elektrokimia baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan basa pada berbagai nilai pH dengan adanya klorida.elektrokimia.Jurnal.64, 211–220 (2012).