专利名称：利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法
技术领域：
本发明涉及材料科学和微生物科学两个领域，属于交叉学科范畴，具体为一种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法，是利用电化学手段测试抗菌不锈钢与细菌作用不同时间后的开路电位、电化学阻抗以及极化曲线的变化，进而评价抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法。
背景技术：
不锈钢由于具有优异的机械性能、耐蚀性能和加工性能，广泛应用于各种海洋工程中。当环境中的氧化性足够强时，不锈钢的表面不仅能生成钝化膜，而且钝化膜的任何破损都能迅速自身修复。由于海水中溶有氧，为不锈钢建立钝化状态提供了氧化条件，但海水中存在的大量微生物对钝化膜的破坏也是十分强烈的，这就决定了大多数不锈钢在海水中只能建立不稳定的钝化状态。有研究表明，尽管不锈钢表面存在着一层钝化膜，但并不能免于微生物腐蚀。随着不锈钢在工业中的广泛应用，其微生物腐蚀越来越受到广泛关注。特别是20世纪80年代，英美等国相继成立了专门的微生物腐蚀研究机构，研究的材料除碳钢外还扩大到不锈钢等材料。不锈钢由于具有良好的耐蚀性能及综合机械性能而常用于一些重要部件，但在微生物的影响下，其焊接焊缝及热影响区常会发生腐蚀破坏，从而影响了其广泛应用。随着人们对健康及环保意识的增强，具有强烈、持久和广谱杀菌作用的含铜抗菌不锈钢已引起了人们愈来愈多的关注。由于抗菌不锈钢兼具结构材料和抗菌功能材料的双重特点，因而研究和探讨抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能具有重要的应用和理论价值。《2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集》提及的抗菌处理含铜铁素体不锈钢耐微生物腐蚀性能的研究(秦丽雁等)，采用稳态阳极极化曲线、恒电位开路衰减响应等多种电化学测试技术以及微生物学方法研究了抗菌处理含铜铁素体不锈钢在含有培养基的嗜氧菌溶液中的耐蚀性能。研究结果表明，不锈钢的腐蚀电位随嗜氧菌的新陈代谢呈现规律性地变化，随时间的增加而负移。在菌液中抗菌不锈钢的点蚀击穿电位Eb 比普通不锈钢正170mV。不锈钢恒电位开路衰减的测量结果也表明，抗菌处理使不锈钢在菌液中钝化膜的稳定性得到改善，抗菌不锈钢比普通不锈钢更耐微生物腐蚀。其不足之处在于该研究的测试数据没有表明细菌是在最适宜的培养条件(培养温度35 37°C )下进行电化学性能测试，没有反应出细菌的最佳生长状态，不能客观准确地对比两种不锈钢的耐腐蚀性能。另外，研究中如果采用电化学阻抗测试的方法，就能够保证待测样品的表面不受破坏，更能真实地反应出细菌生物膜随不同时间在样品表面上的变化情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法，解决在干燥、深海等环境中无法对抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能进行测试等问题， 旨在更加可靠和便捷地检测抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能。
本发明的技术方案是—种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法，利用电化学手段获得抗菌不锈钢与细菌作用不同时间后的开路电位、电化学阻抗以及极化曲线，进而评价抗菌不锈钢材料的耐微生物腐蚀性能。需要指出的是，在电化学测试过程中，材料的开路电位、腐蚀电位以及极化电阻的数值越高，其耐微生物腐蚀性能越强。I、实验材料的制备用线切割方法分别制备出尺寸为IOX 10X3mm的抗菌不锈钢和普通不锈钢样品， 洗净、去脂，用铜导线一端固定在样品表面，然后用环氧树脂冷镶，另一端导线露出。待环氧树脂干燥后，样品经打磨、抛光后露出另一端表面，用丙酮溶液超声清洗，放置于紫外灯下灭菌20 40分钟，备用。2、菌悬液的制备用装有新鲜斜面的试管将细菌培养至对数生长期后,加入4 6ml的8 9wt%。的生理盐水溶液，用接种环刮下斜面细菌，采用比浊法将菌悬液逐级稀释成4 6 X 106cfu/ml 的菌液。采用的细菌为大肠杆菌或金黄色葡萄球菌。3、抗菌不锈钢与细菌的作用将制备好的不锈钢样品放置于装有4 6X106cfu/ml菌液的烧杯中，并浸没其中，铜导线的另一端露在烧杯外，将烧杯密封好，放置于35 37°C的水浴中，培养2 14天。4、作用后的开路电位将工作电极(不锈钢样品)、对电极(Pt电极)以及参比电极(KCl饱和甘汞电极) 接好后，开通电化学设备电源，打开V3-Studio软件，选择开路电位的测试步骤，开路电位的测试时间定为O. 5 2小时。5、作用后的电化学阻抗选择恒电位(potentiostatic)的测定模式，阻抗的范围设为O. 01 100000Hz,获得阻抗的Nyquist曲线。6、作用后的极化曲线选择动电位-极化曲线的测定模式，腐蚀电位的范围设为-0. 4 0. 6mV，扫描速率为 0. 4 0. 6mV/ 秒。本发明的有益效果是I、本发明采用电化学手段，通过测试抗菌不锈钢与细菌作用不同时间后的开路电位、电化学阻抗和极化曲线结合使用的方式，进而评价被测材料的耐微生物腐蚀性能。需要特别说明的是，采用电化学阻抗测试，主要在于其能够利用小幅信号并且在最低限度地影响被测样品属性的前提下，客观和准确地获得样品表面细菌生物膜的变化规律，为发展耐微生物腐蚀的不锈钢新材料提供更加可靠和便捷的检测新方法。2、本发明提供了一种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 该方法测定灵敏度高，可以对不同材料或者与同一材料作用的不同菌株进行测试。该方法具有操作简便、快捷等特点。
图I (a)-(b)为实施例I中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用不同时间后的开路电位曲线，其中，图1(a)为2天；图1(b)为14天。图2(a)_(b)为实施例I中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用不同时间后的电化学阻抗曲线，其中，图2(a)为2天；图2(b)为14天。图3(a)_(b)为实施例I中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用不同时间后的极化曲线，其中，图3(a)为2天；图3(b)为14天。图4为实施例2中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用14天后的开路电位曲线。图5为实施例2中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用14天后的电化学阻抗曲线。图6为实施例2中抗菌不锈钢和普通不锈钢与大肠杆菌作用14天后的极化曲线。
具体实施例方式实施例I :本发明选用大肠杆菌(ATCC25922)作为菌种代表，材料选用中国科学院金属研究所研制的含铜奥氏体抗菌不锈钢和普通304奥氏体不锈钢(对照不锈钢)。通过不锈钢与细菌接触不同时间后的开路电位、电化学阻抗以及极化曲线的情况来评价抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能，抗菌不锈钢和对照不锈钢的化学分析成分见表I。表I抗菌不锈钢和普通不锈钢的化学分析成分(w. t. % )
权利要求
1.一种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法，其特征在于首先，将细菌培养至对数生长期后，配制成4 6X106cfu/ml的菌悬液；然后，用铜导线分别连接抗菌不锈钢和普通不锈钢一端的表面，并用环氧树脂固定，铜导线和样品的另一端裸露在环氧树脂外，待环氧树脂干燥后，打磨、抛光样品，采用丙酮超声清洗裸露在外的样品一端，放置于紫外灯下灭菌后，浸没于滴加此浓度的菌液中，培养温度为35 37°C,培养时间2 14天；接着，利用电化学手段测试抗菌不锈钢和普通不锈钢与细菌作用不同时间后的开路电位、电化学阻抗以及极化曲线，进而评价抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能。
2.按照权利要求I所述的利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 其特征在于，采用的细菌分别为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
3.按照权利要求I所述的利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 其特征在于，所述的配制成4 6X 106cfu/ml的菌悬液，采用比浊法逐级稀释得到。
4.按照权利要求I所述的利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 其特征在于，开路电位的测试时间为O. 5 2小时。
5.按照权利要求I所述的利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 其特征在于，电化学阻抗的测试范围为O. 01 100000Hz。
6.按照权利要求I所述的利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法， 其特征在于，极化曲线的腐蚀电位测试范围为-O. 4 O. 6V，扫描速率为O.4 O.6mV/秒。
全文摘要
本发明涉及材料科学和微生物科学两个领域，属于交叉学科范畴，具体为一种利用电化学手段测试抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能的方法。利用电化学手段测试抗菌不锈钢与细菌作用不同时间后的耐微生物腐蚀情况，可用于评价抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能。本发明利用电化学手段测试奥氏体抗菌不锈钢与细菌作用不同时间后的开路电位、电化学阻抗以及极化曲线，从而评价抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能。本发明可解决在干燥、深海等环境中无法对抗菌不锈钢耐微生物腐蚀性能进行测试等问题，旨在更加可靠和便捷地检测抗菌不锈钢的耐微生物腐蚀性能。
文档编号G01N27/27GK102590298SQ20121001878
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者南黎, 杨柯 申请人:中国科学院金属研究所