Effet du biofilm marin Pseudomonas aeruginosa sur la corrosion microbienne de l'acier inoxydable Super Duplex 2707

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La corrosion microbienne (MIC) constitue un problème majeur dans de nombreuses industries car elle peut entraîner d'énormes pertes économiques.L'acier inoxydable super duplex 2707 (2707 HDSS) est utilisé dans les environnements marins en raison de son excellente résistance chimique.Cependant, sa résistance à la CMI n’a pas été démontrée expérimentalement.Cette étude a examiné le comportement du MIC 2707 HDSS provoqué par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa.L'analyse électrochimique a montré qu'en présence du biofilm Pseudomonas aeruginosa dans le milieu 2216E, le potentiel de corrosion évoluait positivement et la densité du courant de corrosion augmentait.Les résultats de l’analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) ont montré une diminution de la teneur en Cr à la surface de l’échantillon sous le biofilm.L'analyse des images de fosses a montré que les biofilms de Pseudomonas aeruginosa produisaient une profondeur maximale de 0,69 µm après 14 jours de culture.Bien que ce chiffre soit faible, cela suggère que les 2707 HDSS ne sont pas complètement immunisés contre les effets des biofilms de P. aeruginosa sur la CMI.
L'acier inoxydable duplex (DSS) est largement utilisé dans diverses industries en raison de la combinaison parfaite d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion1,2.Cependant, des piqûres localisées peuvent encore se produire, ce qui peut affecter l'intégrité de cet acier 3, 4 .Le DSS n’est pas protégé contre la corrosion microbienne (MIC)5,6.Bien que la gamme d'applications du DSS soit très large, il existe encore des environnements dans lesquels la résistance à la corrosion du DSS n'est pas suffisante pour une utilisation à long terme.Cela signifie que des matériaux plus coûteux et plus résistants à la corrosion sont nécessaires.Jeon et al.7 ont découvert que même l'acier inoxydable super duplex (SDSS) présente certaines limites en termes de résistance à la corrosion.Par conséquent, il existe un besoin en aciers inoxydables super duplex (HDSS) offrant une résistance à la corrosion plus élevée dans certaines applications.Cela a conduit au développement de HDSS hautement alliés.
La résistance à la corrosion du DSS est déterminée par le rapport entre la phase α et la phase γ et par les zones appauvries en Cr, Mo et W adjacentes aux phases secondaires8,9,10.Le HDSS contient une teneur élevée en Cr, Mo et N11, ce qui lui confère une excellente résistance à la corrosion et une valeur élevée (45-50) de résistance équivalente aux piqûres (PREN), définie par % en poids Cr + 3,3 (% en poids Mo + 0, 5 % en poids W) + 16 % en poids.N12.Son excellente résistance à la corrosion dépend d'une composition équilibrée contenant environ 50 % de phases ferritiques (α) et 50 % austénitiques (γ).Le HDSS présente des propriétés mécaniques améliorées et une résistance au chlore plus élevée que le DSS13 conventionnel.Caractéristiques de la corrosion chimique.La résistance améliorée à la corrosion étend l'utilisation du HDSS dans des environnements chlorés plus agressifs tels que les environnements marins.
Le MIC constitue un problème important dans de nombreux secteurs, notamment celui du pétrole, du gaz et de l’approvisionnement en eau14.Le MIC représente 20 % de tous les dommages dus à la corrosion15.La MIC est une corrosion bioélectrochimique observable dans de nombreux environnements16.La formation de biofilms sur les surfaces métalliques modifie les conditions électrochimiques et influence ainsi le processus de corrosion.Il est généralement admis que la corrosion MIC est causée par des biofilms14.Les micro-organismes électrogènes rongent les métaux afin d’obtenir l’énergie nécessaire à leur survie17.Des études récentes sur la CMI ont montré que l'EET (transfert d'électrons extracellulaires) est le facteur limitant de la CMI induite par les micro-organismes électrogènes.Zhang et al.18 ont démontré que les médiateurs électroniques accélèrent le transfert d'électrons entre les cellules sessiles de Desulfovibrio vulgaris et l'acier inoxydable 304, entraînant une attaque MIC plus grave.Anning et coll.19 et Wenzlaff et coll.20 ont montré que les biofilms de bactéries sulfato-réductrices (SRB) corrosives peuvent absorber les électrons directement des substrats métalliques, entraînant de graves piqûres.
Le DSS est connu pour être sensible à la CMI dans les milieux contenant des SRB, des bactéries réductrices de fer (IRB), etc. 21 .Ces bactéries provoquent des piqûres localisées à la surface du DSS sous le biofilm22,23.Contrairement au DSS, on sait peu de choses sur le MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie à Gram négatif, mobile, en forme de bâtonnet, largement répandue dans la nature25.Pseudomonas aeruginosa est également le principal microbiote responsable de la CMI de l'acier dans le milieu marin26.Les espèces Pseudomonas sont directement impliquées dans les processus de corrosion et sont reconnues comme les premiers colonisateurs lors de la formation du biofilm27.Mahat et coll.28 et Yuan et coll.29 ont démontré que Pseudomonas aeruginosa a tendance à augmenter le taux de corrosion de l'acier doux et de ses alliages dans les environnements aquatiques.
L'objectif principal de ce travail est d'étudier les propriétés CMI du 2707 HDSS causées par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa à l'aide de méthodes électrochimiques, de méthodes d'analyse de surface et d'analyse des produits de corrosion.Des études électrochimiques comprenant le potentiel de circuit ouvert (OCP), la résistance de polarisation linéaire (LPR), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la polarisation de potentiel dynamique ont été réalisées pour étudier le comportement du MIC 2707 HDSS.Une analyse par spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) est effectuée pour détecter des éléments chimiques sur des surfaces corrodées.De plus, la stabilité de la passivation du film d'oxyde sous l'influence d'un environnement marin contenant Pseudomonas aeruginosa a été déterminée par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS).La profondeur des piqûres a été mesurée au microscope confocal à balayage laser (CLSM).
Le tableau 1 montre la composition chimique du 2707 HDSS.Le tableau 2 montre que le 2707 HDSS possède d'excellentes propriétés mécaniques avec une limite d'élasticité de 650 MPa.Sur la fig.1 montre la microstructure optique du 2707 HDSS traité thermiquement en solution.Des bandes allongées de phases austénitiques et ferritiques sans phases secondaires peuvent être observées dans une microstructure contenant environ 50 % de phases austénitiques et 50 % de phases ferritiques.
Sur la fig.La figure 2a montre le potentiel de circuit ouvert (Eocp) en fonction du temps d'exposition pour le 2707 HDSS dans un milieu abiotique 2216E et un bouillon Pseudomonas aeruginosa pendant 14 jours à 37°C.Il a été constaté que les changements les plus prononcés de l’Eocp se produisaient au cours des premières 24 heures.Les valeurs Eocp dans les deux cas ont culminé à environ -145 mV (par rapport à SCE) après environ 16 heures, puis ont fortement chuté à -477 mV (par rapport à SCE) et -236 mV (par rapport à SCE) pour les échantillons non biologiques et P pour les échantillons relatifs. SCE) patinent les feuilles, respectivement.Après 24 heures, la valeur Eocp de Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS est restée relativement stable à -228 mV (par rapport au SCE), tandis que la valeur correspondante pour l'échantillon non biologique était d'environ -442 mV (par rapport au SCE).L'Eocp en présence de Pseudomonas aeruginosa était assez faible.
Tests électrochimiques de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et bouillon Pseudomonas aeruginosa à 37°C :
(a) Modification de Eocp avec le temps d'exposition, (b) courbe de polarisation au jour 14, (c) modification de Rp avec le temps d'exposition, (d) modification de corr avec le temps d'exposition.
Le tableau 3 montre les paramètres de corrosion électrochimique de 2 707 échantillons HDSS exposés à des milieux inoculés abiotiques et P. aeruginosa sur une période de 14 jours.L'extrapolation tangentielle des courbes anodiques et cathodiques jusqu'au point d'intersection a permis de déterminer la densité de courant de corrosion (icorr), le potentiel de corrosion (Ecorr) et la pente de Tafel (βα et βc) selon les méthodes standards30,31.
Comme le montre la figure 2b, le déplacement vers le haut de la courbe de P. aeruginosa a entraîné une augmentation d'Ecorr par rapport à la courbe abiotique.La valeur icorr de l'échantillon contenant Pseudomonas aeruginosa, proportionnelle au taux de corrosion, a augmenté jusqu'à 0,328 µA cm-2, soit quatre fois supérieure à celle de l'échantillon non biologique (0,087 µA cm-2).
LPR est une méthode électrochimique classique d’analyse expresse non destructive de la corrosion.Il a également été utilisé pour étudier MIC32.Sur la fig.La figure 2c montre l'évolution de la résistance de polarisation (Rp) en fonction du temps de pose.Une valeur Rp plus élevée signifie moins de corrosion.Au cours des premières 24 heures, le Rp 2707 HDSS a culminé à 1 955 kΩ cm2 pour les spécimens non biologiques et à 1 429 kΩ cm2 pour les spécimens de Pseudomonas aeruginosa.La figure 2c montre également que la valeur Rp a diminué rapidement après un jour, puis est restée relativement inchangée au cours des 13 jours suivants.La valeur Rp pour l’échantillon de test Pseudomonas aeruginosa est d’environ 40 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur à la valeur de 450 kΩ cm2 pour l’échantillon de test non biologique.
La valeur de icorr est proportionnelle au taux de corrosion uniforme.Sa valeur peut être calculée à partir de l’équation de Stern-Giri suivante :
Selon Zoé et al.33, la pente B du Tafel a été prise comme valeur typique de 26 mV/déc dans ce travail.Sur la fig.La figure 2d montre que l'icorr de la souche abiotique 2707 est resté relativement stable, tandis que l'icorr de la bande de Pseudomonas aeruginosa a fortement fluctué avec un saut important après les premières 24 heures.La valeur icorr de l'échantillon test de Pseudomonas aeruginosa était d'un ordre de grandeur supérieure à celle du contrôle non biologique.Cette tendance est cohérente avec les résultats de la résistance de polarisation.
L’EIS est une autre méthode non destructive utilisée pour caractériser les réactions électrochimiques à une interface de corrosion34.Spectres d'impédance et calculs de capacité de bandes exposées à des milieux et solutions abiotiques de Pseudomonas aeruginosa, Rb est la résistance du passif/biofilm formé à la surface de la bande, Rct est la résistance de transfert de charge, Cdl est la double couche électrique.) et les paramètres de l'élément à phase constante (CPE) QCPE.Ces paramètres ont été analysés plus en détail en comparant les données avec un modèle de circuit électrique équivalent (CEE).
Sur la fig.La figure 3 montre des tracés de Nyquist (a et b) et de Bode (a' et b') typiques de 2 707 échantillons HDSS dans un milieu abiotique et un bouillon de Pseudomonas aeruginosa à différents temps d'incubation.En présence de Pseudomonas aeruginosa, le diamètre de l'anse de Nyquist diminue.Le tracé de Bode (Fig. 3b') montre l'augmentation de l'impédance totale.Des informations sur la constante de temps de relaxation peuvent être obtenues à partir des maxima de phase.Sur la fig.La figure 4 montre les structures physiques et la CEE correspondante basées sur une monocouche (a) et une bicouche (b).Le CPE est introduit dans le modèle CEE.Son admission et son impédance s'expriment comme suit :
Deux modèles physiques et circuits équivalents correspondants pour l'adaptation au spectre d'impédance du coupon 2707 HDSS :
Où Y0 est l'amplitude du CPE, j est le nombre imaginaire ou (−1)1/2, ω est la fréquence angulaire et n est le facteur de puissance du CPE inférieur à un35.L'inversion de la résistance au transfert de charge (soit 1/Rct) correspond au taux de corrosion.Une valeur Rct inférieure signifie un taux de corrosion plus élevé27.Après 14 jours d'incubation, le Rct de l'échantillon test de Pseudomonas aeruginosa a atteint 32 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur aux 489 kΩ cm2 de l'échantillon test non biologique (Tableau 4).
Images CLSM et images SEM sur la fig.5 montrent clairement que la couverture de biofilm à la surface de l'échantillon HDSS 2707 était très dense après 7 jours.Cependant, après 14 jours, le revêtement du biofilm est devenu clairsemé et des cellules mortes sont apparues.Le tableau 5 montre l'épaisseur du biofilm de 2 707 échantillons HDSS après 7 et 14 jours d'exposition à Pseudomonas aeruginosa.L'épaisseur maximale du biofilm est passée de 23,4 µm après 7 jours à 18,9 µm après 14 jours.L’épaisseur moyenne du biofilm a également confirmé cette tendance.Elle est passée de 22,2 ± 0,7 μm après 7 jours à 17,8 ± 1,0 μm après 14 jours.
(a) image CLSM 3-D à 7 jours, (b) image CLSM 3-D à 14 jours, (c) image SEM à 7 jours et (d) image SEM à 14 jours.
Les champs électromagnétiques ont révélé des éléments chimiques dans le biofilm et des produits de corrosion sur des échantillons exposés à Pseudomonas aeruginosa pendant 14 jours.Sur la fig.La figure 6 montre que la teneur en C, N, O, P du biofilm et des produits de corrosion est bien plus élevée que dans le métal pur, puisque ces éléments sont associés au biofilm et à ses métabolites.Les micro-organismes n'ont besoin que de traces de Cr et de Fe.La teneur élevée en Cr et Fe dans le biofilm et les produits de corrosion à la surface de l'échantillon indiquent la perte d'éléments dans la matrice métallique suite à la corrosion.
Après 14 jours, des fosses avec et sans P. aeruginosa ont été observées dans le milieu 2216E.Avant l'incubation, la surface des échantillons était lisse et sans défauts (Fig. 7a).Après incubation et élimination du biofilm et des produits de corrosion, les creux les plus profonds de la surface de l'échantillon ont été examinés à l'aide de CLSM, comme le montrent les figures 7b et c.Aucune piqûre évidente n’a été trouvée sur la surface du contrôle non biologique (profondeur maximale des piqûres 0,02 µm).La profondeur maximale des fosses causée par Pseudomonas aeruginosa était de 0,52 µm après 7 jours et de 0,69 µm après 14 jours, sur la base de la profondeur maximale moyenne des fosses de 3 échantillons (10 profondeurs maximales des fosses ont été sélectionnées pour chaque échantillon) et a atteint 0, 42 ± 0,12 µm. .et 0,52 ± 0,15 µm, respectivement (Tableau 5).Ces valeurs de profondeur de fossettes sont petites mais importantes.
a) avant l'exposition ;(b) 14 jours dans un environnement abiotique ;(c) 14 jours dans un bouillon P. aeruginosa.
Sur la fig.Le tableau 8 montre les spectres XPS de diverses surfaces d'échantillons et la chimie analysée pour chaque surface est résumée dans le tableau 6. Dans le tableau 6, les pourcentages atomiques de Fe et de Cr étaient beaucoup plus faibles en présence de P. aeruginosa (échantillons A et B). ) que dans les bandelettes de contrôle non biologiques.(échantillons C et D).Pour un échantillon de Pseudomonas aeruginosa, la courbe spectrale du niveau central de Cr 2p a été ajustée à quatre composantes de pic avec des énergies de liaison (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 et 586,8 eV, qui ont été attribuées à Cr, Cr2O3, CrO3 et Cr(OH) 3, respectivement (Fig. 9a et b).Pour les échantillons non biologiques, les spectres du niveau central Cr 2p sur les Fig.9c et d contiennent respectivement les deux pics principaux de Cr (BE 573,80 eV) et Cr2O3 (BE 575,90 eV).La différence la plus frappante entre le coupon abiotique et le coupon de P. aeruginosa était la présence de Cr6+ et d'une fraction relativement élevée de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sous le biofilm.
Spectres XPS à large surface de 2 707 échantillons HDSS dans deux milieux pendant 7 et 14 jours, respectivement.
(a) exposition à P. aeruginosa pendant 7 jours, (b) exposition à P. aeruginosa pendant 14 jours, (c) exposition abiotique pendant 7 jours, (d) exposition abiotique pendant 14 jours.
Le HDSS présente un niveau élevé de résistance à la corrosion dans la plupart des environnements.Kim et al.2 ont rapporté que le HDSS UNS S32707 a été identifié comme un DSS hautement dopé avec un PREN supérieur à 45. La valeur PREN de l'échantillon HDSS 2707 dans ce travail était de 49. Cela est dû à la teneur élevée en Cr et aux niveaux élevés de Mo et Ni, qui sont utiles dans les environnements acides et les environnements à forte teneur en chlorures.De plus, la composition bien équilibrée et la microstructure sans défauts assurent la stabilité structurelle et la résistance à la corrosion.Malgré une excellente résistance chimique, les données expérimentales de ce travail montrent que le 2707 HDSS n’est pas complètement immunisé contre les CMI du biofilm de Pseudomonas aeruginosa.
Les résultats électrochimiques ont montré que le taux de corrosion du 2707 HDSS dans le bouillon Pseudomonas aeruginosa augmentait de manière significative après 14 jours par rapport à l'environnement non biologique.Sur la figure 2a, une diminution de l'Eocp a été observée à la fois dans le milieu abiotique et dans le bouillon P. aeruginosa au cours des premières 24 heures.Après cela, le biofilm finit de recouvrir la surface de l’échantillon et Eocp devient relativement stable.Cependant, le niveau d’Eocp biotique était beaucoup plus élevé que le niveau d’Eocp abiotique.Il y a des raisons de croire que cette différence est associée à la formation de biofilms de P. aeruginosa.Sur la fig.2g, la valeur icorr du 2707 HDSS a atteint 0,627 µA cm-2 en présence de Pseudomonas aeruginosa, ce qui est un ordre de grandeur supérieur à celui du contrôle non biologique (0,063 µA cm-2), ce qui est cohérent avec le Rct valeur mesurée par EIS.Au cours des premiers jours, les valeurs d'impédance dans le bouillon P. aeruginosa ont augmenté en raison de la fixation des cellules de P. aeruginosa et de la formation de biofilm.Cependant, l’impédance diminue lorsque le biofilm recouvre complètement la surface de l’échantillon.La couche protectrice est principalement attaquée par la formation de biofilm et de métabolites du biofilm.Par conséquent, la résistance à la corrosion diminue avec le temps et les dépôts de Pseudomonas aeruginosa provoquent une corrosion localisée.Les tendances dans les environnements abiotiques sont différentes.La résistance à la corrosion du contrôle non biologique était bien supérieure à la valeur correspondante des échantillons exposés au bouillon Pseudomonas aeruginosa.De plus, pour les échantillons abiotiques, la valeur Rct 2707 HDSS a atteint 489 kΩ cm2 au jour 14, soit 15 fois plus élevée qu'en présence de Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Ainsi, le 2707 HDSS présente une excellente résistance à la corrosion dans un environnement stérile, mais n'est pas protégé de l'attaque MIC par le biofilm Pseudomonas aeruginosa.
Ces résultats peuvent également être observés à partir des courbes de polarisation des figures.2b.La ramification anodique est associée à la formation de biofilm de Pseudomonas aeruginosa et aux réactions d'oxydation des métaux.Dans le même temps, la réaction cathodique est la réduction de l'oxygène.La présence de P. aeruginosa a augmenté de manière significative la densité du courant de corrosion, qui était d'environ un ordre de grandeur plus élevé que dans le contrôle abiotique.Cela indique que le biofilm de Pseudomonas aeruginosa améliore la corrosion localisée du 2707 HDSS.Yuan et al.29 ont découvert que la densité du courant de corrosion d'un alliage Cu-Ni 70/30 était augmentée par le biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Cela peut être dû à la biocatalyse de la réduction de l'oxygène par le biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Cette observation peut également expliquer le MIC 2707 HDSS dans ce travail.Les biofilms aérobies peuvent également réduire la teneur en oxygène en dessous.Ainsi, le refus de repasser la surface métallique avec de l'oxygène peut être un facteur contribuant à la CMI dans ce travail.
Dickinson et coll.38 suggèrent que la vitesse des réactions chimiques et électrochimiques dépend directement de l'activité métabolique des bactéries attachées à la surface de l'échantillon et de la nature des produits de corrosion.Comme le montrent la figure 5 et le tableau 5, le nombre de cellules et l'épaisseur du biofilm ont diminué après 14 jours.Cela peut raisonnablement s'expliquer par le fait qu'après 14 jours, la plupart des cellules ancrées à la surface du 2707 HDSS sont mortes en raison de l'épuisement des nutriments dans le milieu 2216E ou de la libération d'ions métalliques toxiques de la matrice 2707 HDSS.Il s'agit d'une limitation des expériences par lots.
Dans ce travail, un biofilm de Pseudomonas aeruginosa a favorisé l'épuisement local de Cr et Fe sous le biofilm à la surface du 2707 HDSS (Fig. 6).Dans le tableau 6, Fe et Cr ont diminué dans l'échantillon D par rapport à l'échantillon C, indiquant que la dissolution de Fe et Cr provoquée par le biofilm de P. aeruginosa a été maintenue après les 7 premiers jours.L'environnement 2216E est utilisé pour simuler le milieu marin.Il contient 17 700 ppm de Cl-, ce qui est comparable à sa teneur dans l'eau de mer naturelle.La présence de 17 700 ppm de Cl- était la principale raison de la diminution du Cr dans les échantillons non biologiques de 7 et 14 jours analysés par XPS.Par rapport à l'échantillon d'essai de Pseudomonas aeruginosa, la dissolution du Cr dans l'échantillon d'essai abiotique est bien moindre en raison de la forte résistance du 2707 HDSS au chlore dans l'environnement abiotique.Sur la fig.La figure 9 montre la présence de Cr6+ dans le film passivant.Cela peut être lié à l'élimination du Cr des surfaces en acier par les biofilms de P. aeruginosa, comme le suggèrent Chen et Clayton39.
En raison de la croissance bactérienne, les valeurs de pH du milieu avant et après incubation étaient respectivement de 7,4 et 8,2.Il est donc peu probable que la corrosion des acides organiques contribue à ce travail sous les biofilms de P. aeruginosa en raison du pH relativement élevé du milieu en vrac.Le pH du milieu de contrôle non biologique n'a pas changé de manière significative (de 7,4 initial à 7,5 final) au cours de la période d'essai de 14 jours.L'augmentation du pH dans le milieu d'inoculum après incubation a été associée à l'activité métabolique de Pseudomonas aeruginosa, et le même effet sur le pH a été constaté en l'absence de bandelette réactive.
Comme le montre la fig.7, la profondeur maximale des fosses provoquée par le biofilm de Pseudomonas aeruginosa était de 0,69 µm, ce qui est significativement plus grande que dans le milieu abiotique (0,02 µm).Ceci est en accord avec les données électrochimiques ci-dessus.Dans les mêmes conditions, la profondeur des creux de 0,69 µm est plus de dix fois inférieure à la valeur de 9,5 µm spécifiée pour le 2205 DSS40.Ces données montrent que le 2707 HDSS présente une meilleure résistance aux MIC que le 2205 DSS.Cela n’est pas surprenant puisque le 2707 HDSS a un niveau de Cr plus élevé, ce qui permet une passivation plus longue, rend Pseudomonas aeruginosa plus difficile à dépassiver et démarre le processus sans précipitation secondaire nocive Piqûres41.
En conclusion, des piqûres de CMI ont été trouvées sur 2 707 surfaces HDSS dans un bouillon de Pseudomonas aeruginosa, alors que les piqûres étaient négligeables dans les milieux abiotiques.Ce travail montre que le 2707 HDSS a une meilleure résistance à la MIC que le 2205 DSS, mais il n'est pas complètement immunisé contre la MIC en raison du biofilm de Pseudomonas aeruginosa.Ces résultats aident à la sélection des aciers inoxydables appropriés et à la durée de vie utile pour l'environnement marin.
Les 2 707 échantillons HDSS ont été fournis par l’École de métallurgie de la Northeastern University (NEU), Shenyang, Chine.La composition élémentaire du 2707 HDSS est présentée dans le tableau 1, qui a été analysé par le département d'analyse et d'essais des matériaux de la Northeastern University.Tous les échantillons ont été traités pour une solution solide à 1 180 °C pendant 1 heure.Avant les tests de corrosion, l'acier pièce de monnaie 2707 HDSS avec une surface exposée de 1 cm2 a été poli à un grain de 2000 avec du papier de verre au carbure de silicium, puis poli avec une suspension de poudre d'Al2O3 de 0,05 µm.Les côtés et le fond sont protégés par une peinture inerte.Après séchage, les échantillons ont été lavés avec de l'eau déminéralisée stérile et stérilisés avec de l'éthanol à 75 % (v/v) pendant 0,5 h.Ils ont ensuite été séchés à l’air sous une lumière ultraviolette (UV) pendant 0,5 h avant utilisation.
La souche marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a été achetée auprès de Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Chine.Le milieu liquide Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chine) a été utilisé pour cultiver Pseudomonas aeruginosa dans des flacons de 250 ml et 500 ml de cellules électrochimiques en verre dans des conditions aérobies à 37 ° C.Le milieu contient (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 , 0,008Na4F0H20PO.1,0 extrait de levure et 0,1 citrate de fer.Autoclave à 121 °C pendant 20 min avant l'inoculation.Les cellules sessiles et planctoniques ont été comptées au microscope optique à l'aide d'un hémocytomètre à un grossissement de 400x.La concentration initiale de cellules planctoniques de P. aeruginosa immédiatement après l'inoculation était d'environ 106 cellules/mL.
Les tests électrochimiques ont été réalisés dans une cellule en verre classique à trois électrodes d'un volume moyen de 500 ml.Une feuille de platine et une électrode au calomel saturé (SCE) ont été connectées au réacteur via un capillaire de Luggin rempli d'un pont de sel et ont servi respectivement de contre-électrode et de référence.Pour créer l'électrode de travail, un fil de cuivre recouvert de caoutchouc a été attaché à chaque échantillon et recouvert d'époxy, laissant environ 1 cm2 de surface d'un côté pour l'électrode de travail.Lors des mesures électrochimiques, les échantillons ont été placés dans le milieu 2216E et maintenus à une température d'incubation constante (37°C) dans un bain-marie.Les données OCP, LPR, EIS et de polarisation dynamique potentielle ont été mesurées à l'aide d'un potentiostat Autolab (référence 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Les tests LPR ont été enregistrés à une fréquence de balayage de 0,125 mV s-1 dans la plage de -5 et 5 mV et Eocp avec une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz.L'EIS a été réalisé à l'état stable Eocp en utilisant une tension appliquée de 5 mV avec une sinusoïde sur une plage de fréquences de 0,01 à 10 000 Hz.Avant le balayage de potentiel, les électrodes étaient en mode circuit ouvert jusqu'à ce qu'un potentiel de corrosion libre stable de 42 soit atteint.Avec.Chaque test a été répété trois fois avec et sans Pseudomonas aeruginosa.
Les échantillons destinés à l'analyse métallographique ont été polis mécaniquement avec du papier SiC humide de grain 2000, puis polis avec une suspension de poudre d'Al2O3 de 0,05 µm pour l'observation optique.L'analyse métallographique a été réalisée à l'aide d'un microscope optique.L'échantillon a été gravé avec une solution d'hydroxyde de potassium à 10 % en poids43.
Après incubation, laver 3 fois avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) puis fixer avec du glutaraldéhyde à 2,5 % (v/v) pendant 10 heures pour fixer le biofilm.Déshydratation ultérieure avec de l'éthanol par étapes (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % et 100 % en volume) avant séchage à l'air.Enfin, un film d’or a été pulvérisé sur la surface de l’échantillon pour assurer la conductivité pour l’observation SEM44.Les images SEM sont concentrées sur l'emplacement où se trouvent les cellules de P. aeruginosa les plus établies à la surface de chaque échantillon.Une analyse EMF a été effectuée pour détecter des éléments chimiques.Pour mesurer la profondeur de la fosse, un microscope confocal à balayage laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Allemagne) a été utilisé.Pour observer les piqûres de corrosion sous le biofilm, l'échantillon d'essai a d'abord été nettoyé conformément à la norme nationale chinoise (CNS) GB/T4334.4-2000 afin d'éliminer les produits de corrosion et le biofilm de la surface de l'échantillon d'essai.
Analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) à l'aide d'une source de rayons X monochromatique (raie Al Kα d'une énergie de 1500 eV et d'une puissance de 150 W) dans une large gamme d'énergies de liaison 0 en dessous des conditions standards de –1350 eV.Enregistrez des spectres haute résolution en utilisant une énergie de passage de 50 eV et une taille de pas de 0,2 eV.
Retirez l’échantillon incubé et lavez-le délicatement avec du PBS (pH 7,4 ± 0,2) pendant 15 s45.Pour observer la viabilité bactérienne du biofilm sur l'échantillon, le biofilm a été coloré à l'aide du kit de viabilité bactérienne LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Le kit contient deux colorants fluorescents : le colorant fluorescent vert SYTO-9 et le colorant fluorescent rouge à l'iodure de propidium (PI).Dans CLSM, les points verts et rouges fluorescents représentent respectivement les cellules vivantes et mortes.Pour la coloration, incuber 1 ml d'un mélange contenant 3 µl de SYTO-9 et 3 µl de solution PI à température ambiante (23°C) dans l'obscurité pendant 20 minutes.Après cela, les échantillons colorés ont été observés à deux longueurs d'onde (488 nm pour les cellules vivantes et 559 nm pour les cellules mortes) à l'aide d'un appareil Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japon).Mesurez l’épaisseur du biofilm en mode numérisation 3D.
Comment citer cet article : Li, H. et al.Effet du biofilm marin Pseudomonas aeruginosa sur la corrosion microbienne de l'acier inoxydable super duplex 2707.science.Maison 6, 20190 ;est ce que je:10.1038/srep20190 (2016).
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