微生物腐蚀：工业设备的 “隐形杀手”，如何被精准捕捉与预测？

近期，微生物腐蚀事件在工业领域呈高发态势，从石油管线的泄漏事故到海洋平台的结构损伤，均暴露出当前防控体系的漏洞。传统检测方法效率低、精度差，难以满足复杂工况下的实时监测需求；而现有预测模型对微生物腐蚀的复杂机理描述不完善，预测精度亟待提升。在此背景下，深入研究微生物腐蚀检测技术和预测模型，开发高效、精准、适用性强的新技术与模型，对保障工业安全、降低经济损失具有极为迫切的现实意义。

研究方法

电化学检测法：测量样品电化学反应来监测金属腐蚀过程和机理。具体方法包括开路电位法（测金属样品与参比电极间稳态电位差）、电化学噪声法（检测电位和电流随机扰动判断腐蚀类型）、线性极化电阻法（施加小电位扰动测电流变化监测腐蚀速率）、动态极化法（施加大电位扰动考察整个腐蚀反应过程）和电化学阻抗谱法（施加交变电位测响应电流获电化学反应机理信息）。

生物分析法：通过基因组学分析（如PCR和基因测序识别微生物类型、定量分析相对丰度）和代谢组学分析（利用色谱-质谱等技术分析化学成分揭示代谢通路和活性）来表征MIC过程。

辐射检测法：借助X射线、紫外线等电磁辐射的吸收、衍射、荧光效应分析样品化学组成和结构。常用技术有XRD（评估晶体结构和化学组成）、XPS（分析表面薄层化学状态及组成）、EDS（比较元素组成识别腐蚀沉积物）、Raman光谱和UV-vis（表征腐蚀产物和细胞外聚合物组成）。

显微技术：利用扫描电子显微镜（SEM）、环境扫描电子显微镜（ESEM）、原子力显微镜（AFM）和共聚焦扫描激光显微镜（CLSM）等仪器直接观察样品形貌、组织结构、微生物分布，从而表征MIC过程。

生物传感法：开发针对微生物体系的生物传感方法，如针对腐蚀微生物的快速传感方法，以及适用于生物膜体系的腐蚀微生物活性的生物传感方法，包括基于石墨烯固态转换层的高柔韧性全固态离子选择性微探针和基于MOF靶向裂解及酶释放的便携式活性试纸条等。

研究结果

基于丝束电极测试SRB引起的腐蚀状态（图 1）：随着浸泡时间增加，在SRB指数生长期，最大电流密度值Imax从0.21μA·cm^-2增加到 0.87μA·cm^-2，在稳定期稳定在 0.70μA·cm^-2，然后在衰亡期下降到 0.17μA·cm^-2，表明Imax与SRB的代谢过程相关，且SRB生长过程中，阳极位置随浸泡时间变化。

EH40钢在添加不同浓度硝酸盐的海水中浸泡12周后（图 2）：表面微生物群落在属分类水平上的比较，发现硝酸盐的添加导致了硝酸盐还原菌属的变化及丰度的改变。

去除生物膜后2205不锈钢表面钝化层的 O 1s、Fe 2p XPS谱图以及 O^2-/OH^-和Fe³⁺/Fe²⁺的相应比率（图 3）：表明在无菌和SRB培养基中，2205不锈钢和X52碳钢耦合后，表面 O^2-/OH^-和 Fe³⁺/Fe²⁺的比率均有所下降。

基于MOFs调节水凝胶黏度和纳米酶活性的ATP检测试纸条的构建原理图（图 4）：实现了生物膜内靶标分子的可视化测定。

研究与展望

微生物腐蚀作为工业领域的“隐形杀手”，正给众多关键基础设施带来严峻挑战。当前，尽管检测手段日益丰富，预测模型不断涌现，但距离彻底攻克这一难题仍有很长的路要走。一方面，检测技术需加快现场快速检测技术的创新步伐，打造符合现场应用要求的高效检测体系，实现对微生物腐蚀的快速、精准诊断；另一方面，预测模型应朝着构建基于机理的综合性模型方向迈进，融合多学科知识与前沿技术，全方位刻画微生物腐蚀的复杂机理，同时优化关键参数提升模型效率和准确度，增强其稳定性和可靠性。而这一切的关键突破点都聚焦于攻克生物膜内微环境因子测定难题，只有多维协同，精准把握生物膜的特性及其演变规律，提高智能预测的准确性和效率，才能更好地为微生物腐蚀的有效防控提供坚实支撑，为工业安全筑牢防线，减少因微生物腐蚀导致的突发事故与巨额经济损失，保障现代社会各类工业设施的平稳运行与长周期服役。

参考文献链接：戚鹏,王鹏,曾艳,等.微生物腐蚀的检测方法和预测模型[J].中国腐蚀与防护学报,2025,45(03):602-610.