مقدمه:
هنگامی که یک بیوفیلم بر روی یک سطح تشکیل و سپس توسط میکروارگانیسم ها و درشت ارگانیسم ها کلونیزه می شود، این به عنوان رسوب زیستی شناخته شده و می تواند منجر به خراب شدن سطح شود. این فرآیندی است که به طور طبیعی در بسیاری از زمینه‌های فعالیت انسان از جمله ساختارهای دریایی، پردازش مواد غذایی و استفاده از ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های پزشکی رخ می‌دهد. اثرات منفی رسوب زیستی بر عملکرد و نگهداری اجزای سطح ورق استیل ممکن است طول عمر آنها را کاهش دهد.
ورق استیل در محیط های دریایی و مرطوب:
ورق های استیل به دلیل خواص ضد خوردگی خود در محیط های مرطوب مختلف به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، در حضور الکترولیت‌ها، ورق های استیل مستعد تشکیل بیوفیلم و در نتیجه رسوب زیستی و خوردگی ناشی از میکروبیولوژیک هستند. سه حوزه اصلی وجود دارد که بر روی عمر مفید اجزای ورق استیل تاثیرگذار است:
- برای اجزای قرار داده شده در آب دریا
- آنهایی که در پردازش مواد غذایی استفاده می شوند
- در دستگاه های زیست پزشکی
خوردگی ورق استیل:
ورق استیل به دلیل لایه اکسید کروم غیرفعال که روی سطح آن تشکیل می شود در برابر خوردگی مقاوم است. با این حال، در شرایط عملیاتی خاص، میکروارگانیسم‌ها می‌توانند سطح را دچار خوردگی کرده و واکنش‌های خوردگی را تسریع کنند یا مکانیسم‌های خوردگی را تغییر دهند. این اثر معمولاً به عنوان "خوردگی تحت تاثیر میکروبیولوژیکی" (MIC) نامیده می شود.
انجمن ملی مهندسین خوردگی ایالات متحده (NACE) تخمین می زند که خسارات سالانه مرتبط با خوردگی کالاهای مصرفی و صنعتی حدود 2 تا 4 درصد از تولید ناخالص داخلی همه کشورها را تشکیل می دهد. برآوردهای دیگر نشان می دهد که فرآیندهای میکروبی به طور مستقیم یا غیر مستقیم مسئول حدود 30 درصد از این تلفات هستند .
آزمایشات رفتار خوردگی:
برای رسیدگی به مشکلات ناشی از رسوب زیستی بر روی سطوح ورق استیل، می توان مکانیسم تشکیل بیوفیلم را در سه محیط مختلف شامل آب دریا، مایعات بدن (خون، بزاق و ادرار)، و پردازش مواد غذایی بررسی کرد. بسته به محیطی که سطوح فلزی در آن قرار می گیرند، فناوری های مختلفی برای کاهش مشکل رسوب زیستی ایجاد شده است. بسیاری از جایگزین های بررسی شده بر مهار تشکیل بیوفیلم متمرکز شده اند.
استفاده از نانو در بررسی ورق استیل:
به دلایل زیر تصمیم گرفته شد که محققان بر روی فناوری نانو تمرکز داشته باشند:
- سطح بزرگی برای برهمکنش نانوذرات با سلول‌های میکروارگانیسم‌ها وجود دارد.
- به دلیل اندازه کوچکتر نانوذرات، حمل و نقل آنها به سلول های میکروارگانیسم ها آسان تر است، که حذف آنها یا مهار رشد آنها را تسهیل می کند.
- طیف وسیعی از نانوذرات موجود با مکانیسم‌های مختلف عمل زیست‌کشی به آنها اجازه می‌دهد تا به طور هم‌افزایی برای جلوگیری از تشکیل بیوفیلم‌ها و در نتیجه جلوگیری از رسوب میکرو و ماکرو استفاده شوند.
- ظرفیت رهاسازی کنترل شده نانومواد "هوشمند"/محرک پاسخگو.
نانوکپسول‌های سیلیسی مزوپور، هیدروکسیدهای دو لایه لایه‌ای، نانولوله‌های هالویزیت و عامل‌سازی سطحی می‌توانند زمان فعالیت ضد رسوب را تا یک سال از طریق آزادسازی کنترل‌شده زیست‌کش‌ها افزایش دهند. انتشار کنترل شده همچنین می تواند سمیت زیست کش ها را نسبت به کاربرد آنها به شکل آزاد کاهش دهد. علاوه بر این، نشان داده شد که برخی از این نانومواد "هوشمند" خواص سازگار با محیط زیست را از خود نشان می دهند زیرا ظرفیت آزادسازی کنترل شده کاهش قابل توجهی در سمیت و خطرات زیست محیطی را در مقایسه با بیوسیدهای تقویت کننده معمولی تضمین می کند.
محیط های دریایی:
در فصل مشترک بین اجسام در حال تعامل و یا بین سطوح و محیط آنها، ممکن است خرابی رخ دهد. این تخریب ممکن است صرفاً مکانیکی باشد، مانند فرسایش و ساییدگی، یا ممکن است جنبه‌های شیمیایی مهمی مانند خوردگی یک فلز، یا tribocorrosion (فرآیندهای شیمیایی و مکانیکی که به طور همزمان اتفاق می‌افتند) را شامل شود. بنابراین، خوردگی را نمی توان بدون اشاره به ویژگی های ماده و محیطی که در آن یافت می شود، تعریف کرد.
اقیانوس ها محیط هایی هستند که امکان ایجاد حیات و تبدیل انرژی را فراهم می کنند، اما محیط های بسیار تهاجمی نیز هستند. آب دریا مخلوط پیچیده ای از نمک های مختلف، گازهای محلول، عناصر کمیاب، جامدات معلق، مواد آلی تجزیه شده و موجودات زنده است. در آب دریا، رفتار فلزات با محتوای اکسیژن، سرعت جریان، دما، آلودگی، موجودات دریایی و موقعیت مواد نسبت به جزر و مد دریا مرتبط است.
به گفته لیتل و دی پالما، عواملی که بر میزان رسوب زیستی تأثیر می گذارند عبارتند از: ترکیب شیمیایی آب، جریان امواج دریایی، فشار، تنش برشی، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی بستر، فعالیت فتوسنتزی گیاهان آبزی، تغییرات شوری، تغییرات فصلی، کدورت، سطح اکسیژن و عمق سطح فلز نسبت به سطح دریا. آب‌های غنی از مواد مغذی بیوفیلم‌ها را با سرعتی زیاد تولید می‌کنند، در حالی که آب‌های فاقد مواد مغذی، بیوفیلم‌ها را کندتر تولید می نمایند. در نتیجه، یکی از حیاتی ترین عوامل حاکم بر توزیع باکتری ها در دریا، در دسترس بودن مواد مغذی است.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی
