应用AFM观测生物沉积膜形貌

试片表面生物沉积膜形貌及其AFM图像分析研究不同的浸蚀时间生长出的生物沉积膜。图1分别为未接种SRB的空白培养基中浸蚀14天(a,b),接种SRB的培养基中浸蚀3天(c,d),浸蚀14天(e,f)的H7021AB试片表面的AFM2D和3D图像。

从图中可以看出,在空白培养基中浸蚀14天的试片表面高低起伏较明显,有峰状白色凸起,在试片表面呈颗粒状均匀分布。在接种SRB的培养基中浸蚀3天的试片表面发现有同样的白色凸起,分布较为零散,且可发现单个形态清晰的SRB细胞,其尺寸为1167μm×0153μm×0123μm。从立体图(图1b)可见细胞周围覆盖有不完整的生物沉积膜层。浸蚀14天的试片表面已逐渐趋于平整,有白色凸起均匀分布,基本覆盖了整个试片,在其表面发现的SRB细胞长约11792μm,已逐渐被生物沉积膜覆盖,该试片上的生物沉积膜层要明显比浸蚀3天的生物沉积膜层厚。对试片表面峰状凸出的白色物体进行X2射线能谱分析(图2),其主要无机成分为Cu和S;对试片表面进行傅立叶红外光谱分析(图3),根据光谱图分析可推测其主要成分是蛋白质及多糖类物质,说明生物沉积膜的主要成分为铜的硫化物等腐蚀产物、SRB代谢产物和培养基的累积。

利用软件对上图进行分析得到表征试片表面粗糙度的相关参数。其中,Ra为轮廓算术平均偏差,即试片表面各点相对于零平面的高度数值绝对值的算术平均值,Ra=1NΣNf=1|Zf|;Rz为微观不平度十点高度,即试片表面最高的5个峰点与最低的5个谷点相对于平均高度平面偏差的平均值;Rms为均方根粗糙度(rootmeansquare,Rms),即试片表面各点相对于零平面的高度数值的均方根,Rms=ΣZ2iN。上述参数能够从不同方面反应试片表面的粗糙程度。根据表1中数据,浸蚀3d试片的Ra值241284nm,到14d时减少为171510nm,Rz值由3061785nm减少为2781552nm,Rms值由441742nm减少为251826nm,说明浸蚀14d的试片表面粗糙度明显小于浸蚀3d的,其表面形成了较为平整的生物沉积膜。

利用AFM可以观测到SRB生物沉积膜的表面形貌,其三维图像可以直观地了解其微观结构。对图像的量化分析可获取有关试片表面的粗糙度参数,浸蚀14天的试片表面粗糙度明显小于浸蚀3天的试片,其表面形成了较为平整的生物沉积膜。