金屬材料的微生物腐蝕是當(dāng)前材料領(lǐng)域亟需解決的難題之一，每年由微生物腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5000億美元。微生物腐蝕是化學(xué)、材料、生物等多學(xué)科交叉的研究方向，研究難度大，因此盡管對于微生物腐蝕的研究最早可以追溯到十九世紀(jì)末，但其機(jī)理仍不明晰。該工作通過基因編輯技術(shù)構(gòu)建了低導(dǎo)電性納米線硫還原地桿菌，限制其長程電子傳遞過程，顯著降低了該突變菌株從金屬獲取電子的速率，從而大幅度降低了其微生物腐蝕速率和對不銹鋼的點(diǎn)腐蝕能力。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，納米磁鐵礦的加入降低了微生物與金屬間的電荷轉(zhuǎn)移電阻，增加了腐蝕電流密度。對突變體的研究表明，納米磁鐵礦能夠以類似于細(xì)菌外膜多血紅素c型細(xì)胞色素OmcS的方式促進(jìn)直接電子傳遞過程來加速微生物腐蝕。納米磁鐵礦可以有效降低微生物電子傳遞所需要消耗的細(xì)胞內(nèi)合成能，進(jìn)而將節(jié)省的能量用于細(xì)胞生長，進(jìn)一步增強(qiáng)其微生物腐蝕能力。作為常見的腐蝕產(chǎn)物，磁鐵礦對微生物腐蝕具有重要意義。隨著腐蝕的進(jìn)行，可能伴隨磁鐵礦的生成，從而形成一條正反饋回路，進(jìn)一步加速微生物腐蝕。該工作系統(tǒng)闡明了導(dǎo)電納米線、外膜細(xì)胞色素以及磁鐵礦間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，首次證實(shí)了微生物可以通過導(dǎo)電納米線從金屬表面直接獲取電子從而導(dǎo)致金屬材料腐蝕的新機(jī)制，同時(shí)能夠?yàn)槲⑸锔g的監(jiān)檢測和靶向防治提供新策略。

導(dǎo)電納米線和納米磁鐵礦加速微生物腐蝕的機(jī)制

以上工作獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國寶武低碳冶金創(chuàng)新基金項(xiàng)目的支持。