金属材料的微生物腐蚀是当前材料领域亟需解决的难题之一，每年由微生物腐蚀造成的经济损失高达5000亿美元。微生物腐蚀是化学、材料、生物等多学科交叉的研究方向，研究难度大，因此尽管对于微生物腐蚀的研究最早可以追溯到十九世纪末，但其机理仍不明晰。该工作通过基因编辑技术构建了低导电性纳米线硫还原地杆菌，限制其长程电子传递过程，显著降低了该突变菌株从金属获取电子的速率，从而大幅度降低了其微生物腐蚀速率和对不锈钢的点腐蚀能力。同时发现，纳米磁铁矿的加入降低了微生物与金属间的电荷转移电阻，增加了腐蚀电流密度。对突变体的研究表明，纳米磁铁矿能够以类似于细菌外膜多血红素c型细胞色素OmcS的方式促进直接电子传递过程来加速微生物腐蚀。纳米磁铁矿可以有效降低微生物电子传递所需要消耗的细胞内合成能，进而将节省的能量用于细胞生长，进一步增强其微生物腐蚀能力。作为常见的腐蚀产物，磁铁矿对微生物腐蚀具有重要意义。随着腐蚀的进行，可能伴随磁铁矿的生成，从而形成一条正反馈回路，进一步加速微生物腐蚀。该工作系统阐明了导电纳米线、外膜细胞色素以及磁铁矿间复杂的相互作用关系，首次证实了微生物可以通过导电纳米线从金属表面直接获取电子从而导致金属材料腐蚀的新机制，同时能够为微生物腐蚀的监检测和靶向防治提供新策略。
导电纳米线和纳米磁铁矿加速微生物腐蚀的机制
以上工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、中国宝武低碳冶金创新基金项目的支持。
