Сопротивление меди: Удельное сопротивление меди – основные данные

Содержание

При повышении температуры сопротивление медного проводника. Сопротивление меди в зависимости от температуры

Частицы проводника (молекулы, атомы, ионы), не участвующие в образовании тока, находятся в тепловом движении, а частицы, образующие ток, одновременно находятся в тепловом и в направленном движениях под действием электрического поля. Благодаря этому между частицами, образующими ток, и частицами, не участвующими в его образовании, происходят многочисленные столкновения, при которых первые отдают часть переносимой ими энергии источника тока вторым. Чем больше столкновений, тем меньше скорость упорядоченного движения частиц, образующих ток. Как видно из формулы I = enνS , снижение скорости приводит к уменьшению силы тока. Скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать силу тока, называется сопротивлением проводника. Из формулы закона Ома сопротивление Ом - сопротивление проводника, в котором получается ток силой в 1 а при напряжении на концах проводника в 1 в.

Сопротивление проводника зависит от его длины l, поперечного сечения S и материала, который характеризуется удельным сопротивлением Чем длиннее проводник, тем больше за единицу времени столкновений частиц, образующих ток, с частицами, не участвующими в его образовании, а поэтому тем больше и сопротивление проводника. Чем меньше поперечное сечение проводника, тем более плотным потоком идут частицы, образующие ток, и тем чаще их столкновения с частицами, не участвующими в его образовании, а поэтому тем больше и сопротивление проводника.

Под действием электрического поля частицы, образующие ток, между столкновениями движутся ускоренно, увеличивая свою кинетическую энергию за счет энергии поля. При столкновении с частицами, не образующими ток, они передают им часть своей кинетической энергии. Вследствие этого внутренняя энергия проводника увеличивается, что внешне проявляется в его нагревании. Рассмотрим, изменяется ли сопротивление проводника при его нагревании.


В электрической цепи имеется моток стальной проволоки (струна, рис. 81, а). Замкнув цепь, начнем нагревать проволоку. Чем больше мы ее нагреваем, тем меньшую силу тока показывает амперметр. Ее уменьшение происходит от того, что при нагревании металлов их сопротивление увеличивается. Так, сопротивление волоска электрической лампочки, когда она не горит, приблизительно

20 ом , а при ее горении (2900° С) - 260 ом . При нагревании металла увеличивается тепловое движение электронов и скорость колебания ионов в кристаллической решетке, в результате этого возрастает число столкновений электронов, образующих ток, с ионами. Это и вызывает увеличение сопротивления проводника * . В металлах несвободные электроны очень прочно связаны с ионами, поэтому при нагревании металлов число свободных электронов практически не изменяется.

* (Исходя из электронной теории, нельзя вывести точный закон зависимости сопротивления от температуры. Такой закон устанавливается квантовой теорией, в которой электрон рассматривается как частица, обладающая волновыми свойствами, а движение электрона проводимости через металл - как процесс распространения электронных волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.

)

Опыты показывают, что при изменении температуры проводников из различных веществ на одно и то же число градусов сопротивление их изменяется неодинаково. Например, если медный проводник имел сопротивление 1 ом , то после нагревания на 1°С он будет иметь сопротивление 1,004 ом , а вольфрамовый - 1,005 ом. Для характеристики зависимости сопротивления проводника от его температуры введена величина, называемая температурным коэффициентом сопротивления. Скалярная величина, измеряемая изменением сопротивления проводника в 1 ом, взятого при 0° С, от изменения его температуры на 1° С, называется температурным коэффициентом сопротивления α . Так, для вольфрама этот коэффициент равен 0,005 град -1 , для меди - 0,004 град -1 . Температурный коэффициент сопротивления зависит от температуры. Для металлов он с изменением температуры меняется мало. При небольшом интервале температур его считают постоянным для данного материала.

Выведем формулу, по которой рассчитывают сопротивление проводника с учетом его температуры. Допустим, что

R 0 - сопротивление проводника при 0°С , при нагревании на 1°С оно увеличится на αR 0 , а при нагревании на - на αRt° и становится R = R 0 + αR 0 t° , или

Зависимость сопротивления металлов от температуры учитывается, например при изготовлении спиралей для электронагревательных приборов, ламп: длину проволоки спирали и допускаемую силу тока рассчитывают по их сопротивлению в нагретом состоянии. Зависимость сопротивления металлов от температуры используется в термометрах сопротивления, которые применяются для измерения температуры тепловых двигателей, газовых турбин, металла в доменных печах и т. д. Этот термометр состоит из тонкой платиновой (никелевой, железной) спирали, намотанной на каркас из фарфора и помещенной в защитный футляр. Ее концы включаются в электрическую цепь с амперметром, шкала которого проградуирована в градусах температуры. При нагревании спирали сила тока в цепи уменьшается, это вызывает перемещение стрелки амперметра, которая и показывает температуру.

Величина, обратная сопротивлению данного участка, цепи, называется

электрической проводимостью проводника (электропроводностью). Электропроводность проводника Чем больше проводимость проводника, тем меньше его сопротивление и тем лучше он проводит ток. Наименование единицы электропроводности Проводимость проводника сопротивлением 1 ом называется сименс.

При понижении температуры сопротивление металлов уменьшается. Но есть металлы и сплавы, сопротивление которых при определенной для каждого металла и сплава низкой температуре резким скачком уменьшается и становится исчезающе малым - практически равным нулю (рис. 81, б). Наступает сверхпроводимость - проводник практически не обладает сопротивлением, и раз возбужденный в нем ток существует долгое время, пока проводник находится при температуре сверхпроводимости (в одном из опытов ток наблюдался более года). При пропускании через сверхпроводник тока плотностью 1200 а / мм 2 не наблюдалось выделения количества теплоты. Одновалентные металлы, являющиеся наилучшими проводниками тока, не переходят в сверхпроводящее состояние вплоть до предельно низких температур, при которых проводились опыты. Например, в этих опытах медь охлаждали до

0,0156°К, золото - до 0,0204° К. Если бы удалось получить сплавы со сверхпроводимостью при обычных температурах, то это имело бы огромное значение для электротехники.

Согласно современным представлениям, основной причиной сверхпроводимости является образование связанных электронных пар. При температуре сверхпроводимости между свободными электронами начинают действовать обменные силы, отчего электроны образуют связанные электронные пары. Такой электронный газ из связанных электронных пар обладает иными свойствами, чем обычный электронный газ - он движется в сверхпроводнике без трения об узлы кристаллической решетки.

Задача 24. Для изготовления спиралей электрической плитки мастерская получила моток нихромозой проволоки, на бирке которой было написано: "Масса 8,2 кг,Λ диаметр 0,5 мм ". Определить, сколько спиралей можно изготовить из этой проволоки, если сопротивление спирали, не включенной в сеть, должно быть 22 ома. Плотность нихрома 8200 кг / м 3 .

Отсюда где S = πr 2 ; S = 3,14*0,0625 мм 2 ≈ 2*10 -7 м 2 .

Масса проволоки m = ρ 1 V , или m = ρ 1 lS , отсюда

Отв.: n = 1250 спиралей.

Задача 25. При температуре 20° С вольфрамовая спираль электрической лампочки имеет сопротивление 30 ом; при включении ее в сеть постоянного тока с напряжением 220 в по спирали идет ток 0,6 а. Определить температуру накала нити лампочки и напряженность стационарного электрического поля в нити лампы, если ее длина 550 мм.



Сопротивление спирали при горении лампы определим из формулы закона Ома для участка цепи:

тогда

Напряженность стационарного поля в нити лампы

Отв.: t 0 Г = 2518°C; Е = 400 в / м.

  • 1.5. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в вакууме
  • 1. 6. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Циркуляция вектора напряженности электрического поля
  • 1.7. Энергия электрического заряда в электрическом поле
  • 1.8. Потенциал и разность потенциалов электрического поля. Связь напряженности электрического поля с его потенциалом
  • 1.8.1. Потенциал и разность потенциалов электрического поля
  • 1.8.2. Связь напряженности электрического поля с его потенциалом
  • 1.9. Эквипотенциальные поверхности
  • 1.10. Основные уравнения электростатики в вакууме
  • 1.11.2. Поле бесконечно протяженной, однородно заряженной плоскости
  • 1.11.3. Поле двух бесконечно протяженных, равномерно заряженных плоскостей
  • 1.11.4. Поле заряженной сферической поверхности
  • 1.11.5. Поле объёмно заряженного шара
  • Лекция 2. Проводники в электрическом поле
  • 2.1. Проводники и их классификация
  • 2.2. Электростатическое поле в полости идеального проводника и у его поверхности. Электростатическая защита. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности
  • 2.3. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл
  • 2.4. Конденсаторы и их емкость
  • 2.4.1. Емкость плоского конденсатора
  • 2.4.2. Емкость цилиндрического конденсатора
  • 2.4.3. Емкость сферического конденсатора
  • 2.5. Соединения конденсаторов
  • 2.5.1. Последовательное соединение конденсаторов
  • 2.5.2. Параллельное и смешанное соединения конденсаторов
  • 2.6. Классификация конденсаторов
  • Лекция 3. Статическое электрическое поле в веществе
  • 3.1. Диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
  • 3.1.1. Диполь в однородном электрическом поле
  • 3.1.2. Диполь в неоднородном внешнем электрическом поле
  • 3.2. Свободные и связанные (поляризационные) заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации (поляризованность)
  • 3. 4. Условия на границе раздела двух диэлектриков
  • 3.5. Электрострикция. Пьезоэлектрический эффект. Сегнетоэлектрики, их свойства и применение. Электрокалорический эффект
  • 3.6. Основные уравнения электростатики диэлектриков
  • Лекция 4. Энергия электрического поля
  • 4.1. Энергия взаимодействия электрических зарядов
  • 4.2. Энергия заряженных проводников, диполя во внешнем электрическом поле, диэлектрического тела во внешнем электрическом поле, заряженного конденсатора
  • 4.3. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электрического поля
  • 4.4. Силы, действующие на макроскопические заряженные тела, помещенные в электрическое поле
  • Лекция 5. Постоянный электрический ток
  • 5.1. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования постоянного тока
  • 5.2. Основные характеристики постоянного электрического тока: величина /сила/ тока, плотность тока. Сторонние силы
  • 5.3. Электродвижущая сила (эдс), напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между эдс, напряжением и разностью потенциалов
  • Лекция 6. Классическая электронная теория проводимости металлов. Законы постоянного тока
  • 6.1. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
  • 6.2. Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления. Сверхпроводимость
  • 6.3. Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное. Шунтирование электроизмерительных приборов. Добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам
  • 6.3.1. Последовательное соединение сопротивлений
  • 6.3.2. Параллельное соединение сопротивлений
  • 6.3.3. Шунтирование электроизмерительных приборов. Добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам
  • 6.4. Правила (законы) Кирхгофа и их применение к расчету простейших электрических цепей
  • 6.5. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах
  • Лекция 7. Электрический ток в вакууме, газах и жидкостях
  • 7.1. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия
  • 7.2. Вторичная и автоэлектронная эмиссия
  • 7.3. Электрический ток в газе. Процессы ионизации и рекомбинации
  • 7.3.1. Несамостоятельная и самостоятельная проводимость газов
  • 7.3.2. Закон Пашена
  • 7.3.3. Виды разрядов в газах
  • 7.3.3.1. Тлеющий разряд
  • 7.3.3.2. Искровой разряд
  • 7.3.3.3. Коронный разряд
  • 7.3.3.4. Дуговой разряд
  • 7.4. Понятие о плазме. Плазменная частота. Дебаевская длина. Электропроводность плазмы
  • 7.5. Электролиты. Электролиз. Законы электролиза
  • 7.6. Электрохимические потенциалы
  • 7.7. Электрический ток через электролиты. Закон Ома для электролитов
  • 7.7.1. Применение электролиза в технике
  • Лекция 8. Электроны в кристаллах
  • 8.1. Квантовая теория электропроводности металлов. Уровень Ферми. Элементы зонной теории кристаллов
  • 8. 2. Явление сверхпроводимости с точки зрения теории Ферми-Дирака
  • 8.3. Электропроводность полупроводников. Понятие о дырочной проводимости. Собственные и примесные полупроводники. Понятие о p-n – переходе
  • 8.3.1. Собственная проводимость полупроводников
  • 8.3.2. Примесные полупроводники
  • 8.4. Электромагнитные явления на границе раздела сред
  • 8.4.1. P-n – переход
  • 8.4.2. Фотопроводимость полупроводников
  • 8.4.3. Люминесценция вещества
  • 8.4.4. Термоэлектрические явления. Закон Вольта
  • 8.4.5. Эффект Пельтье
  • 8.4.6. Явление Зеебека
  • 8.4.7. Явление Томсона
  • Заключение
  • Библиографический список Основной
  • Дополнительный
  • Из выражения видно, что удельная электропроводимость проводников, а, следовательно, удельное электросопротивление и сопротивление зависят от материала проводника и его состояния. Состояние проводника может изменяться в зависимости от различных внешних факторов давления (механических напряжений, внешних сил, сжатия, растяжения и т. д., т.е. факторов, влияющих на кристаллическое строение металлических проводников) и температуры.

    Электрическое сопротивление проводников (сопротивление) зависит от формы, размеров, материала проводника, давления и температуры:


    . (6.21)

    При этом зависимость удельного электрического сопротивления проводников и сопротивления проводников от температуры, как было установлено экспериментально, описывается линейными законами:


    ; (6.22)


    , (6.23)

    где  t и  o , R t и R o - соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при t = 0 o C;


    или

    . (6.24)

    Из формулы (6.23) температурная зависимость сопротивления проводников определяется соотношениями:


    , (6.25)

    где T – термодинамическая температура.

    График зависимости сопротивления проводников от температуры представлен на рисунке 6.2. График зависимости удельного сопротивления металлов от абсолютной температуры T представлен на рисунке 6. 3.

    Согласно классической электронной теории металлов в идеальной кристаллической решетке (идеальном проводнике) электроны движутся, не испытывая электрического сопротивления ( = 0). С точки зрения современных представлений, причинами, вызывающими появление электрического сопротивления в металлах, являются посторонние примеси и дефекты кристаллической решетки, а также тепловое движение атомов металла, амплитуда которых зависит от температуры.

    Правило Матиссена утверждает, что зависимость удельного электрического сопротивления от температуры (T) является сложной функцией, которая состоит из двух независимых слагаемых:


    , (6.26)

    где  ост – остаточное удельное сопротивление;

     ид – идеальное удельное сопротивление металла, которое соответствует сопротивлению абсолютно чистого металла и определяется лишь тепловыми колебаниями атомов.

    На основании формул (6.25) удельное сопротивление идеального металла должно стремиться к нулю, когда T  0 (кривая 1 на рис. 6.3). Однако удельное сопротивление как функция температуры является суммой независимых слагаемых  ид и  ост. Поэтому в связи с наличием примесей и других дефектов кристаллической решетки металла удельное сопротивление (T) при понижении температуры стремится к некоторой постоянной конечной величине  ост (кривая 2 на рис. 6.3). Иногда переходя минимум, несколько повышается при дальнейшем понижении температуры (кривая 3 на рис. 6.3). Величина остаточного удельного сопротивления зависит от наличия дефектов в решетке и содержания примесей, возрастает при увеличении их концентрации. Если количество примесей и дефектов кристаллической решетки свести к минимуму, то остается еще один фактор, влияющий на электрическое удельное сопротивление металлов, - тепловое колебание атомов, которое, как утверждает квантовая механика, не прекращается и при температуре абсолютного нуля. В результате этих колебаний решетка перестает быть идеальной, и в пространстве возникают переменные силы, действие которых приводит к рассеянию электронов, т. е. возникновению сопротивления.

    В последствии было обнаружено, что сопротивление некоторых металлов (Al, Pb, Zn и др.) и их сплавов при низких температурах T (0,1420 К), называемых критическими, характерных для каждого вещества, скачкообразно уменьшается до нуля, т.е. металл становится абсолютным проводником. Впервые это явление, называемое сверхпроводимостью, обнаружено в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом для ртути. Было установлено, что при Т = 4,2 К ртуть, по-видимому, полностью теряет сопротивление электрическому току. Уменьшение сопротивления происходит очень резко в интервале нескольких сотых градуса. В дальнейшем потеря сопротивления наблюдалась и у других чистых веществ и у многих сплавов. Температуры перехода в сверхпроводящее состояние различны, но всегда очень низки.

    Возбудив электрический ток в кольце из сверхпроводящего материала (например, с помощью электромагнитной индукции), можно наблюдать, что его сила в течение нескольких лет не уменьшается. Это позволяет найти верхний предел удельного сопротивления сверхпроводников (менее 10 -25 Омм), что гораздо меньше, чем удельное сопротивление меди при низкой температуре (10 -12 Омм). Поэтому принимается, что электрическое сопротивление сверхпроводников равно нулю. Сопротивление до перехода в сверхпроводящее состояние бывает самым различным. Многие из сверхпроводников при комнатной температуре имеют довольно высокое сопротивление. Переход в сверхпроводящее состояние совершается всегда очень резко. У чистых монокристаллов он занимает интервал температур меньший, чем одна тысячная градуса.

    Сверхпроводимостью среди чистых веществ обладают алюминий, кадмий, цинк, индий, галлий. В процессе исследований оказалось, что структура кристаллической решетки, однородность и чистота материала оказывают значительное влияние на характер перехода в сверхпроводящее состояние. Это видно, например, на рисунке 6.4, на котором приведены экспериментальные кривые перехода в сверхпроводящее состояние олова различной чистоты (кривая 1 – монокристаллическое олово; 2 – поликристаллическое олово; 3 – поликристаллическое олово с примесями).

    В 1914 г. К. Оннес обнаружил, что сверхпроводящее состояние разрушается магнитным полем, когда магнитная индукция B превосходит некоторое критическое значение. Критическое значение индукции зависит от материала сверхпроводника и температуры. Критическое поле, разрушающее сверхпроводимость, может быть создано и самим сверхпроводящим током. Поэтому имеется критическая сила тока, при которой сверхпроводимость разрушается.

    В 1933 г. Мейсснер и Оксенфельд обнаружили, что внутри сверхпроводящего тела полностью отсутствует магнитное поле. При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объема. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении удельного сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объеме должна сохраняться без изменения. Явление вытеснения магнитного поля из объема проводника называется эффектом Мейсснера. Эффект Мейсснера и отсутствие электрического сопротивления являются важнейшими свойствами сверхпроводника.

    Отсутствие магнитного поля в объеме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нем существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри проводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведет себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, поскольку внутри его намагниченность (вектор намагничивания) равна нулю.

    Чистые вещества, у которых наблюдается явление сверхпроводимости, немногочисленны. Чаще сверхпроводимость наблюдается у сплавов. У чистых веществ имеет место только эффект Мейсснера, а у сплавов не происходит полного выталкивания магнитного поля из объема (наблюдается частичный эффект Мейсснера).

    Вещества, в которых наблюдается полный эффект Мейсснера, называются сверхпроводниками первого рода, а частичный – сверхпроводниками второго рода.

    У сверхпроводников второго рода в объеме имеются круговые токи, создающие магнитное поле, которое, однако, заполняет не весь объем, а распределено в нем в виде отдельных нитей. Что же касается сопротивления, то оно равно нулю, как и у сверхпроводников первого рода.

    По своей физической природе сверхпроводимость является сверхтекучестью жидкости, состоящей из электронов. Сверхтекучесть возникает из-за прекращения обмена энергией между сверхтекучей компонентой жидкости и ее другими частями, в результате чего исчезает трение. Существенным при этом является возможность "конденсации" молекул жидкости на низшем энергетическом уровне, отделенном от других уровней достаточно широкой энергетической щелью, которую силы взаимодействия не в состоянии преодолеть. В этом и состоит причина выключения взаимодействия. Для возможности нахождения на низшем уровне многих частиц необходимо, чтобы они подчинялись статистике Бозе-Эйнштейна, т.е. обладали целочисленным спином.

    Электроны подчиняются статистике Ферми-Дирака и поэтому не могут "конденсироваться" на низшем энергетическом уровне и образовывать сверхтекучую электронную жидкость. Силы отталкивания между электронами в значительной степени компенсируются силами притяжения положительных ионов кристаллической решетки. Однако благодаря тепловым колебаниям атомов в узлах кристаллической решетки между электронами может возникнуть сила притяжения, и они тогда объединяются в пары. Пары электронов ведут себя как частицы с целочисленным спином, т.е. подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Они могут конденсироваться и образовывать ток сверхтекучей жидкости электронных пар, который и образует сверхпроводящий электрический ток. Выше низшего энергетического уровня имеется энергетическая щель, которую электронная пара не в состоянии преодолеть за счет энергии взаимодействия с остальными зарядами, т.е. не может изменить своего энергетического состояния. Поэтому электрическое сопротивление отсутствует.

    Возможность образования электронных пар и их сверхтекучести объясняется квантовой теорией.

    Практическое использование сверхпроводящих материалов (в обмотках сверхпроводящих магнитов, в системах памяти ЭВМ и др.) затруднено из-за низких их критических температур. В настоящее время обнаружены и активно исследуются керамические материалы, обладающие сверхпроводимостью при температурах выше 100 К (высокотемпературные сверхпроводники). Явление сверхпроводимости объясняется квантовой теорией.

    Зависимость сопротивления проводников от температуры и давления используется в технике для измерения температуры (термометры сопротивления) и больших быстроизменяющихся давлений (электрические тензометры).

    В системе СИ удельное электрическое сопротивление проводников измеряется в Омм, а сопротивление – в Ом. Один Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течет постоянный ток силой 1А.

    Электрической проводимостью называется величина, определяемая по формуле


    . (6.27)

    В системе СИ единицей проводимости является сименс. Один сименс (1 См) – проводимость участка цепи сопротивлением 1 Ом.

    Сопротивление меди действительно меняется с температурой, но сначала нужно определиться, имеется ли в виду удельное электрическое сопротивление проводников (омическое сопротивление), что важно для питания по Ethernet, использующего постоянный ток, или же речь идет о сигналах в сетях передачи данных, и тогда мы говорим о вносимых потерях при распространении электромагнитной волны в среде витой пары и о зависимости затухания от температуры (и частоты, что не менее важно).

    Удельное сопротивление меди

    В международной системе СИ удельное сопротивление проводников измеряется в Ом∙м. В сфере ИТ чаще используется внесистемная размерность Ом∙мм 2 /м, более удобная для расчетов, поскольку сечения проводников обычно указаны в мм 2 . Величина 1 Ом∙мм 2 /м в миллион раз меньше 1 Ом∙м и характеризует удельное сопротивление вещества, однородный проводник из которого длиной 1 м и с площадью поперечного сечения 1 мм 2 дает сопротивление в 1 Ом.

    Удельное сопротивление чистой электротехнической меди при 20°С составляет 0,0172 Ом∙мм 2 /м . В различных источниках можно встретить значения до 0,018 Ом∙мм 2 /м, что тоже может относиться к электротехнической меди. Значения варьируются в зависимости от обработки, которой подвергнут материал. Например, отжиг после вытягивания («волочения») проволоки уменьшает удельное сопротивление меди на несколько процентов, хотя проводится он в первую очередь ради изменения механических, а не электрических свойств.

    Удельное сопротивление меди имеет непосредственное значение для реализации приложений питания по Ethernet. Лишь часть исходного постоянного тока, поданного в проводник, достигнет дальнего конца проводника – определенные потери по пути неизбежны. Так, например, PoE Type 1 требует, чтобы из 15,4 Вт, поданных источником, до запитываемого устройства на дальнем конце дошло не менее 12,95 Вт.

    Удельное сопротивление меди изменяется с температурой, но для температур, характерных для сферы ИТ, эти изменения невелики. Изменение удельного сопротивления рассчитывается по формулам:

    ΔR = α · R · ΔT

    R 2 = R 1 · (1 + α · (T 2 - T 1))

    где ΔR – изменение удельного сопротивления, R – удельное сопротивление при температуре, принятой в качестве базового уровня (обычно 20°С), ΔT – градиент температур, α – температурный коэффициент удельного сопротивления для данного материала (размерность °С -1). В диапазоне от 0°С до 100°С для меди принят температурный коэффициент 0,004 °С -1 . Рассчитаем удельное сопротивление меди при 60°С.

    R 60°С = R 20°С · (1 + α · (60°С - 20°С)) = 0,0172 · (1 + 0,004 · 40) ≈ 0,02 Ом∙мм 2 /м

    Удельное сопротивление при увеличении температуры на 40°С возросло на 16%. При эксплуатации кабельных систем, разумеется, витая пара не должна находиться при высоких температурах, этого не следует допускать. При правильно спроектированной и установленной системе температура кабелей мало отличается от обычных 20°С, и тогда изменение удельного сопротивления будет невелико. По требованиям телекоммуникационных стандартов сопротивление медного проводника длиной 100 м в витой паре категорий 5e или 6 не должно превышать 9,38 Ом при 20°С. На практике производители с запасом вписываются в это значение, поэтому даже при температурах 25°С ÷ 30°С сопротивление медного проводника не превышает этого значения.

    Затухание сигнала в витой паре / Вносимые потери

    При распространении электромагнитной волны в среде медной витой пары часть ее энергии рассеивается по пути от ближнего конца к дальнему. Чем выше температура кабеля, тем сильнее затухает сигнал. На высоких частотах затухание сильнее, чем на низких, и для более высоких категорий допустимые пределы при тестировании вносимых потерь строже. При этом все предельные значения заданы для температуры 20°С. Если при 20°С исходный сигнал приходил на дальний конец сегмента длиной 100 м с уровнем мощности P, то при повышенных температурах такая мощность сигнала будет наблюдаться на более коротких расстояниях. Если необходимо обеспечить на выходе из сегмента ту же мощность сигнала, то либо придется устанавливать более короткий кабель (что не всегда возможно), либо выбирать марки кабелей с более низким затуханием.

    • Для экранированных кабелей при температурах выше 20°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.2%
    • Для всех типов кабелей и любых частот при температурах до 40°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.4%
    • Для всех типов кабелей и любых частот при температурах от 40°С до 60°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.6%
    • Для кабелей категории 3 может наблюдаться изменение затухания на уровне 1,5% на каждый градус Цельсия

    Уже в начале 2000 гг. стандарт TIA/EIA-568-B.2 рекомендовал уменьшать максимально допустимую длину постоянной линии/канала категории 6, если кабель устанавливался в условиях повышенных температур, и чем выше температура, тем короче должен быть сегмент.

    Если учесть, что потолок частот в категории 6А вдвое выше, чем в категории 6, температурные ограничения для таких систем будут еще жестче.

    На сегодняшний день при реализации приложений PoE речь идет о максимум 1-гигабитных скоростях. Когда же используются 10-гигабитные приложения, питание по Ethernet не применяется, по крайней мере, пока. Так что в зависимости от ваших потребностей при изменении температуры вам нужно учитывать либо изменение удельного сопротивления меди, либо изменение затухания. Разумнее всего и в том, и в другом случае обеспечить кабелям нахождение при температурах, близких к 20°С.

    При нагревании увеличивается в результате увеличения скорости движения атомов в материале проводника с возрастанием температуры. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании, наоборот, уменьшается, так как у этих материалов, кроме увеличения скорости движения атомов и молекул, возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема.

    Некоторые сплавы, обладающие большим , чем составляющие их металлы, почти не меняют удельного сопротивления с нагревом (константан, манганин и др.). Это объясняется неправильной структурой сплавов и малым средним временем свободного пробега электронов.

    Величина, показывающая относительное увеличение сопротивления при нагреве материала на 1° (или уменьшение при охлаждении на 1°), называется .

    Если температурный коэффициент обозначить через α , удельное сопротивление при to =20 о через ρ o , то при нагреве материала до температуры t1 его удельное сопротивление p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 - to))

    и соответственно R1 = Ro (1 + (α (t1 - to))

    Температурный коэффициент а для меди, алюминия, вольфрама равен 0,004 1/град. Поэтому при нагреве на 100° их сопротивление возрастает на 40%. Для железа α = 0,006 1/град, для латуни α = 0,002 1/град, для фехрали α = 0,0001 1/град, для нихрома α = 0,0002 1/град, для константана α = 0,00001 1/град, для манганина α = 0,00004 1/град. Уголь и электролиты имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент для большинства электролитов равен примерно 0,02 1/град.

    Свойство проводников изменять свое сопротивления в зависимости от температуры используется в термометрах сопротивления . Измеряя сопротивление, определяют расчетным путем окружающую температуру.Константан, манганин и другие сплавы, имеющие очень небольшой температурный коэффициент сопротивления применяют для изготовления шунтов и добавочных сопротивлений к измерительным приборам.

    Пример 1. Как изменится сопротивление Ro железной проволоки при нагреве ее на 520°? Температурный коэффициент а железа 0,006 1/град. По формуле R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro , то есть сопротивление железной проволоки при нагреве ее на 520° возрастет в 4 раза.

    Пример 2. Алюминиевые провода при температуре -20° имеют сопротивление 5 ом. Необходимо определить их сопротивление при температуре 30°.

    R2 = R1 - αR1 (t2 - t1) = 5 + 0 ,004 х 5 (30 - (-20)) = 6 ом.

    Свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление при нагреве или охлаждении используется для измерения температур. Так, термосопротивления , представляющие собой проволоку из платины или чистого никеля, вплавленные в кварц, применяются для измерения температур от -200 до +600°. Полупроводниковые термосопротивления с большим отрицательным коэффициентом применяются для точного определения температур в более узких диапазонах.

    Полупроводниковые термосопротивления, применяемые для измерения температур называют термисторами .

    Термисторы имеют высокий отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть при нагреве их сопротивление уменьшается. выполняют из оксидных (подвергнутых окислению) полупроводниковых материалов, состоящих из смеси двух или трех окислов металлов. Наибольшее распространение имеют медно-марганцевые и кобальто-марганцевые термисторы. Последние более чувствительны к температуре.

    в чем измеряется величина, формулы расчета, показатели для железа и алюминия

    Каждое вещество способно проводить ток в разной степени, на эту величину влияет сопротивление материала. Обозначается удельное сопротивление меди, алюминия, стали и любого другого элемента буквой греческого алфавита ρ. Эта величина не зависит от таких характеристик проводника, как размеры, форма и физическое состояние, обычное же электросопротивление учитывает эти параметры. Измеряется удельное сопротивление в Омах, умноженных на мм² и разделенных на метр.

    Категории и их описание

    Любой материал способен проявлять два типа сопротивления в зависимости от подаваемого на него электричества. Ток бывает переменным или постоянным, что значительно влияет на технические показатели вещества. Так, существуют такие сопротивления:

    1. Омическое. Проявляется под воздействием постоянного тока. Характеризует трение, которое создается движением электрически заряженных частиц в проводнике.
    2. Активное. Определяется по такому же принципу, но создается уже под действием переменного тока.

    В связи с этим определений удельной величины тоже два. Для постоянного тока она равна сопротивлению, которое оказывает единица длины проводящего материала единичной фиксированной площади сечения. Потенциальное электрополе воздействует на все проводники, а также полупроводники и растворы, способные проводить ионы. Эта величина определяет проводящие свойства самого материала. Форма проводника и его размеры не учитываются, поэтому ее можно назвать базовой в электротехнике и материаловедении.

    При условии прохождения переменного тока удельная величина рассчитывается с учетом толщины проводящего материала. Здесь уже происходит воздействие не только потенциального, но и вихревого тока, кроме того, принимается во внимание частота электрических полей. Удельное сопротивление этого типа больше, чем при постоянном токе, поскольку здесь идет учет положительной величины сопротивления вихревому полю. Также эта величина зависит от формы и размеров самого проводника. Именно эти параметры и определяют характер вихревого движения заряженных частиц.

    Переменный ток вызывает в проводниках определенные электромагнитные явления. Они очень важны для электротехнических характеристик проводящего материала:

    1. Скин-эффект характеризуется ослаблением электромагнитного поля тем больше, чем дальше оно проникает в среду проводника. Это явление также носит название поверхностного эффекта.
    2. Эффект близости снижает плотность тока благодаря близости соседних проводов и их влиянию.

    Эти эффекты являются очень важными при расчете оптимальной толщины проводника, так как при использовании провода, у которого радиус больше глубины проникновения тока в материал, остальная его масса останется незадействованной, а следовательно, такой подход будет неэффективным. В соответствии с проведенными расчетами эффективный диаметр проводящего материала в некоторых ситуациях будет следующим:

    • для тока в 50 Гц — 2,8 мм;
    • 400 Гц — 1 мм;
    • 40 кГц — 0,1 мм.

    Ввиду этого для высокочастотных токов активно применяется использование плоских многожильных кабелей, состоящих из множества тонких проводов.

    Характеристики металлов

    Удельные показатели металлических проводников содержатся в специальных таблицах. По этим данным можно производить необходимые дальнейшие расчеты. Пример такой таблицы удельных сопротивлений можно увидеть на изображении.

    На таблице видно, что наибольшей проводимостью обладает серебро — это идеальный проводник среди всех существующих металлов и сплавов. Если рассчитать, сколько потребуется провода из этого материала для получения сопротивления в 1 Ом, то выйдет 62,5 м. Проволоки из железа для такой же величины понадобится целых 7,7 м.

    Достоинства меди

    Какими бы замечательными свойствами ни обладало серебро, оно является слишком дорогим материалом для массового использования в электросетях, поэтому широкое применение в быту и промышленности нашла медь. По величине удельного показателя она стоит на втором месте после серебра, а по распространенности и простоте добычи намного лучше его. Медь обладает и другими преимуществами, позволившими ей стать самым распространенным проводником. К ним относятся:

    • высокая стойкость к коррозии;
    • механическая прочность;
    • устойчивость к деформациям;
    • легкость фиксирования путем пайки и сварки;
    • высокая обрабатываемость (благодаря мягкости медь раскатывают в листы любой толщины, а вытягиваемая из нее проволока может быть настолько тонкой, что ее сечение будет иметь значение тысячных миллиметра).

    Для применения в электротехнике используют рафинированную медь, которая после плавки из сульфидной руды проходит процессы обжигания и дутья, а далее обязательно подвергается электролитической очистке. После такой обработки можно получить материал очень высокого качества (марки М1 и М0), который будет содержать от 0,1 до 0,05% примесей. Важным нюансом является присутствие кислорода в крайне малых количествах, так как он негативно влияет на механические характеристики меди.

    Часто этот металл заменяют более дешевыми материалами — алюминием и железом, а также различными бронзами (сплавами с кремнием, бериллием, магнием, оловом, кадмием, хромом и фосфором). Такие составы обладают более высокой прочностью по сравнению с чистой медью, хотя и меньшей проводимостью.

    Преимущества алюминия

    Хоть алюминий обладает большим сопротивлением и более хрупок, его широкое использование объясняется тем, что он не настолько дефицитен, как медь, а следовательно, стоит дешевле. Удельное сопротивление алюминия составляет 0,028, а его низкая плотность обеспечивает ему вес в 3,5 раза меньше, чем медь.

    Для электрических работ применяют очищенный алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Более высокую марку АВ00 используют для изготовления электролитических конденсаторов, электродов и алюминиевой фольги. Содержание примесей в этом алюминии составляет не более 0,03%. Существует и чистый металл АВ0000, включающий не более 0,004% добавок. Имеют значение и сами примеси: никель, кремний и цинк незначительно влияют на проводимость алюминия, а содержание в этом металле меди, серебра и магния дает ощутимый эффект. Наиболее сильно уменьшают проводимость таллий и марганец.

    Алюминий отличается хорошими антикоррозийными свойствами. При контакте с воздухом он покрывается тонкой пленкой окиси, которая и защищает его от дальнейшего разрушения. Для улучшения механических характеристик металл сплавляют с другими элементами.

    Показатели стали и железа

    Удельное сопротивление железа по сравнению с медью и алюминием имеет очень высокие показатели, однако благодаря доступности, прочности и устойчивости к деформациям материал широко используют в электротехническом производстве.

    Хоть железо и сталь, удельное сопротивление которой еще выше, имеют существенные недостатки, изготовители проводникового материала нашли методы их компенсирования. В частности, низкую стойкость к коррозии преодолевают путем покрытия стальной проволоки цинком или медью.

    Свойства натрия

    Металлический натрий также очень перспективен в проводниковом производстве. По показателям сопротивления он значительно превышает медь, однако имеет плотность в 9 раз меньше, чем у неё. Это позволяет использовать материал в изготовлении сверхлёгких проводов.

    Металлический натрий очень мягкий и совершенно неустойчив к любого рода деформационным воздействиям, что делает его использование проблемным — провод из этого металла должен быть покрыт очень прочной оболочкой с крайне малой гибкостью. Оболочка должна быть герметичной, так как натрий проявляет сильную химическую активность в самых нейтральных условиях. Он моментально окисляется на воздухе и демонстрирует бурную реакцию с водой, в том числе и с содержащейся в воздухе.

    Еще одним плюсом использования натрия является его доступность. Его можно получить в процессе электролиза расплавленного хлористого натрия, которого в мире существует неограниченное количество. Другие металлы в этом плане явно проигрывают.

    Чтобы рассчитать показатели конкретного проводника, необходимо произведение удельного числа и длины проволоки разделить на площадь ее сечения. В результате получится значение сопротивления в Омах. Например, чтобы определить, чему равно сопротивление 200 м проволоки из железа с номинальным сечением 5 мм², нужно 0,13 умножить на 200 и разделить полученный результат на 5. Ответ — 5,2 Ом.

    Правила и особенности вычисления

    Для измерения сопротивления металлических сред пользуются микроомметрами. Сегодня их выпускают в цифровом варианте, поэтому проведенные с их помощью измерения отличаются точностью. Объяснить ее можно тем, что металлы обладают высоким уровнем проводимости и имеют крайне маленькое сопротивление. Для примера, нижний порог измерительных приборов имеет значение 10 -7 Ом.

    С помощью микроомметров можно быстро определить, насколько качественен контакт и какое сопротивление проявляют обмотки генераторов, электродвигателей и трансформаторов, а также электрические шины. Можно вычислить присутствие включений другого металла в слитке. Например, вольфрамовый кусок, покрытый позолотой, показывает вдвое меньшую проводимость, чем полностью золотой. Тем же способом можно определить внутренние дефекты и полости в проводнике.

    Чтобы рассчитать параметры провода — его длину, диаметр и сопротивление — потребуется всего лишь знать величину его удельного значения ρ.

    Формула удельного сопротивления выглядит следующим образом: ρ = Ом · мм2. Словами ее можно описать как сопротивление 1 метра проводника, имеющего площадь сечения 1 мм². Температура подразумевается стандартная — 20 °C.

    Влияние температуры на измерение

    Нагревание или охлаждение некоторых проводников оказывает значительное влияние на показатели измерительных приборов. В качестве примера можно привести следующий опыт: необходимо подключить к аккумулятору спирально намотанную проволоку и подключить в цепь амперметр.

    Чем сильнее нагревается проводник, тем меньше становятся показания прибора. Сила тока имеет обратно пропорциональную зависимость от сопротивления. Следовательно, можно сделать вывод, что в результате нагрева проводимость металла уменьшается. В большей или меньшей степени так ведут себя все металлы, однако изменения проводимости у некоторых сплавов практически не наблюдается.

    Примечательно, что жидкие проводники и некоторые твердые неметаллы имеют тенденцию уменьшать свое сопротивление с повышением температуры. Но и эту способность металлов ученые обратили себе на пользу. Зная температурный коэффициент сопротивления (α) при нагреве некоторых материалов, можно определять внешнюю температуру. Например, проволоку из платины, размещенную на каркасе из слюды, помещают в печь, после чего проводят измерение сопротивления. В зависимости от того, насколько оно изменилось, делают вывод о температуре в печи. Такая конструкция называется термометром сопротивления.

    Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления равен

    Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200 °C).

    Медь - Механические свойства меди

    Рассмотрим механические свойства меди

     

    Медь мягкая

    Медь твердая

    Временное сопротивление меди σВ, МПа

    220Д240

    400

    Предел текучести меди σ0,2, МПа

    70

    340

    Относительное удлинение меди δ, %

    50

    8

    Относительное сужение меди ψ, %

    75

    35

    Сопротивление срезу меди τср, МПа

    150

    210

    Твердость меди НВ, МПа.

    450

    1100

    Временное сопротивление литой меди при сжатии σВсж =1540 МПа. Микротвердость электролитической меди (99,95 % Сu) при 20 0С Нμ =760 МПа, а при 300 °С 535Д545 МПа.

    Механические свойства меди (99,95 % Си) при низких температурах:

    Медь

    t, 0С

    σВ, МПа

    σ0,2, МПа

    δ, %

    ψ, %

    Медь электролитическая

    холоднокатаная

    20

    410

    375

    8,4

    51,5

    -78

    423

    408

    12

    56,6

    -183

    455

    420

    11,2

    61,2

    Медь горячекатаная

    20

    212

    50

    55

    70

    -20

    236

    50

    56,2

    70

    -60

    255

    54

    57,3

    67

    -77

    263

    50

    57,2

    68

    Медь закаленная

    20

    271

    175

    37,5

    77

    -253

    310

    214

    60

    75

    Медь отожженная

    (отжиг при 700 °С, 30 мин)

    20

    240

    38

    50,5

    71,4

    -78

    291

    100

    50

    73,6

    -183

    365

    87

    50,5

    83,3

    Медь МО, отожженная

    20

    220

    60

    48

    76

    -10

    224

    62

    40

    78

    -40

    236

    64

    47

    77

    -80

    270

    70

    47

    74

    - 120

    288

    75

    45

    70

    -180

    408

    80

    58

    77

    Медь М2, отожженная

    18

    230

    51

    52

    70

    0

    236

    51

    52

    69

    -30

    237

    54

    48

    69

    -80

    263

    61

    47

    67

    Медь М2, холоднотянутая

    (наклеп 93 %)

    20

    468

     

    1,1

    57

    0

    486

     

    1,8

    56

    -20

    487

     

    1,2

    56

    -30

    493

     

    1,9

    54

    -60

    506

     

    2,0

    58

    Медь М2, холоднотянутая

    (наклеп,73 %)

    20

    411

     

    2,0

    57

    0

    419

     

    2,1

    57

    -20

    429

     

    2,0

    57

    -30

    435

     

    3,0

    57

    -60

    449

     

    4,0

    57

    Медь техническая,

    отожженная и закаленная

    с 800 °С в воде

    -17

    240

     

    29

    70

    -196

    380

     

    41

    72

    -253

    460

     

    48

    74

    Механические свойства медных полуфабрикатов (не менее):

    Вид медного полуфабриката

    Состояние

    σВ, МПа

    δ, %

    гост

    Листы медные:

    Листы медные

    холоднокатаные

    Мягкие

    200

    30

    ГОСТ 495Д70

    Твердые

    300

    3

    ГОСТ 495Д70

    Листы медные

    горячекатаные

    -

    200

    30

    ГОСТ 495Д70

    Лента медная толщиной 0,35 мм

    Мягкая

    200

    30

    ГОСТ 1173Д70

    Трубы медные прессованные из

    меди M1 диаметром

    30Х17 мм

    Мягкие

    210

    35

    ГОСТ 617Д64

    ТУ 48-21-78Д72

    Прутки медные тянутые

    диаметром 5Д40 мм

    Мягкие

    200

    38

    ГОСТ 1535Д71

    Твердые

    270

    6

    ГОСТ 1535Д71

    Прутки медные катаные

    35Х100 мм

    -

    250

    8

    ГОСТ 1535Д71

    Прутки медные прессованные

    14x120 мм

    -

    200

    30

    ГОСТ 1535Д71

    Скорость звуковых волн, м/с: продольных Сl= 4730; поперечных Ct = 2300. Удельное акустическое сопротивление Zs, МПа*с/м. Ударная вязкость меди KCU= 1570Д1765 кДж/м2. Модуль нормальной упругости Е в зависимости от температуры:

    t,°C

    Д180

    0

    100

    200

    300

    600

    800

    900

    Е, ГПа

    138

    132

    128

    124

    118

    96

    78

    70

    Модуль сдвига G=42,400 ГПа.

    Предел ползучести в зависимости от температуры:

    t,°C

    20

    200

    400

    σпл, МПа

    70

    50

    1,4

    Предел выносливости σR при 108 циклов для мягкой меди равен 70 МПа, а для твердой 120 МПа. Установлено, что долговечность меди в вакууме возрастает, причем понижение давления до 1,33*10-2 Па приводит к увеличению долговечности на порядок; при дальнейшем увеличении вакуума до 1,33*10-6 Па долговечность практически не изменяется.

    Типичные механические свойства меди (99,95 % Сu) при комнатной температуре (медные прутки прессованные):

    Состояние

    Е, ГПа

    σВ

    σ0,2

    SK*

    δ10

    ψ

    σвсж

    τср

    НВ

    σR**

    КCU, кДж/м2

    МПа

    %

    МПа

    Мягкие медные прутки (отжиг 700 °С, 30 мин)

    Твердые медные прутки (наклеп 25%)

    110

    120

    240

    400

    80

    350

    60

    -

    50

    6

    75

    35

    1500

    -

    150

    200

    450

    959

    80

    100

    160-180

    -

    * Сопротивление разрушению при растяжении.

    ** Предел выносливости σR определялся на базе 108 циклов.

     

    Удельное сопротивление меди

    В электротехнике одними из главных элементов электрических цепей являются провода. Их задача состоит в том, чтобы с минимальными потерями пропустить электрический ток. Экспериментальным путем уже давно определено, что для минимизации потерь электроэнергии провода лучше всего изготавливать из серебра. Именно этот металл обеспечивает свойства проводника с минимальным сопротивлением в омах. Но поскольку этот благородный металл дорог, в промышленности его применение весьма ограничено.

    А главными металлами для проводов стали алюминий и медь. К сожалению, сопротивление железа как проводника электричества слишком велико для того, чтобы из него получился хороший провод. Несмотря на более низкую стоимость, оно применяется только как несущая основа проводов линий электропередачи.

    Такие разные сопротивления

    Сопротивление измеряется в омах. Но для проводов эта величина получается очень маленькой. Если попытаться провести замер тестером в режиме измерения сопротивления, получить правильный результат будет сложно. Причем, какой бы провод мы ни взяли, результат на табло прибора будет мало отличаться. Но это не значит, что на самом деле электросопротивление этих проводов будет одинаково влиять на потери электроэнергии. Чтобы в этом убедиться, надо проанализировать формулу, по которой делается расчет сопротивления:

    Формула расчет сопротивления

    В этой формуле используются такие величины, как:

    Объяснение

    Получается, что сопротивление определяет сопротивление. Существует сопротивление, вычисляемое по формуле с использованием другого сопротивления. Это удельное электрическое сопротивление ρ (греческая буква ро) как раз и обуславливает преимущество того или иного металла как электрического проводника:

    Формула 2

    Поэтому, если применить медь, железо, серебро или какой-либо иной материал для изготовления одинаковых проводов или проводников специальной конструкции, главную роль в его электротехнических свойствах будет играть именно материал. 

    Величина удельного сопротивления разных веществ

    Но на самом деле ситуация с сопротивлением сложнее, чем просто вычисления по формулам, приведенным выше. Эти формулы не учитывают температуру и форму поперечника проводника. А при увеличении температуры удельное сопротивление меди, как и любого другого металла, становится больше. Весьма наглядным примером этого может быть лампочка накаливания. Можно замерить тестером сопротивление ее спирали. Затем, измерив силу тока в цепи с этой лампой, по закону Ома вычислить ее сопротивление в состоянии свечения. Результат получится значительно больше, нежели при измерении сопротивления тестером.

    Так же и медь не даст ожидаемой эффективности при токе большой силы, если пренебречь формой поперечного сечения проводника. Скин-эффект, который проявляется прямо пропорционально увеличению силы тока, делает неэффективными проводники с круглым поперечным сечением, даже если используется серебро или медь. По этой причине сопротивление круглого медного провода при токе большой силы может оказаться более высоким, чем у плоского провода из алюминия.

    Причем, даже если их площади поперечников одинаковы. При переменном токе скин-эффект также проявляется, увеличиваясь по мере роста частоты тока. Скин-эффект означает стремление тока течь ближе к поверхности проводника. По этой причине в некоторых случаях выгоднее использовать покрытие проводов серебром. Даже незначительное уменьшение удельного сопротивления поверхности посеребренного медного проводника существенно уменьшает потери сигнала.    

    Обобщение представления об удельном сопротивлении

    Как и в любом другом случае, который связан с отображением размерностей, удельное сопротивление выражается в разных системах единиц. В СИ (Международная система единиц) используется ом м, но допустимо использование также и Ом*кВ мм/м (это внесистемная единица измерения удельного сопротивления). Но в реальном проводнике величина удельного сопротивления непостоянна. Поскольку все материалы характеризуются определенной чистотой, которая может изменяться от точки к точке, необходимо было создать соответствующее представление о сопротивлении в реальном материале. Таким проявлением стал закон Ома в дифференциальной форме:

    Формула 3

    Этот закон, скорее всего, не будет применяться для расчетов в быту. Но в ходе проектирования различных электронных компонентов, например, резисторов, кристаллических элементов он непременно используется. Поскольку позволяет выполнить расчеты, исходя из данной точки, для которой существует плотность тока и напряженность электрического поля. И соответствующее удельное сопротивление. Формула применяется для неоднородных изотропных, а также анизотропных веществ (кристаллов, разряда в газе и т.п.).

    Как получают чистую медь

    Для того чтобы максимально уменьшить потери в проводах и жилах кабелей из меди, она должна быть особо чистой. Это достигается специальными технологическими процессами:

    • на основе электронно-лучевой, а так же зонной плавки;
    • многократной электролизной очисткой.
    Как происходит очистка меди

    Электрохимическая очистка позволяет уменьшить содержание примесей до 0,005%. Примеси состоят в основном из мышьяка, свинца, серебра, олова, серы. Но даже такое, казалось бы, малое содержание примесей оказывается нежелательным. Особенно вредна сера. Поэтому путем электрохимического рафинирования удается уменьшить содержание примесей, в том числе и серы, до 0,001%.

    Зонная плавка менее эффективна по качеству очистки, поскольку достигается 0,003% примесей. Но их состав более благоприятен, чем при электрохимическом рафинировании. Каждый из этих методов используется в соответствии с определенными целями. Полученные слитки затем поступают на кабельные заводы. Там их расплавляют. Из расплава способом волочения делается проволока необходимого диаметра. Также проволоку изготавливается из медной катанки. Но технология изготовления медных проводов — это совсем другая история…

    Медная катанка Производство медной катанки Получение проволоки Похожие статьи:

    Удельное сопротивление меди

    Для каждого проводника существует понятие удельного сопротивления. Эта величина состоит из Омов, умножаемых на квадратный миллиметр, далее, делимое на один метр. Иными словами, это сопротивление проводника, длина которого составляет 1 метр, а сечение 1 мм2. То же самое представляет собой и удельное сопротивление меди уникального металла, получившего широкое распространение в электротехнике и энергетике.

    Свойства меди

    Благодаря своим свойствам этот металл одним из первых начал применяться в области электричества. Прежде всего, медь является ковким и пластичным материалом с отличными свойствами электропроводимости. До сих пор в энергетике нет равноценной замены этому проводнику.

    Особенно ценятся свойства специальной электролитической меди, обладающей высокой чистотой. Этот материал позволил выпускать провода с минимальной толщиной в 10 микрон.

    Кроме высокой электропроводности, медь очень хорошо поддается лужению и другим видам обработки.

    Медь и ее удельное сопротивление

    Любой проводник оказывает сопротивление, если через него пропустить электрический ток. Значение сопротивления зависит от длины проводника и его сечения, а также от действия определенных температур. Поэтому, удельное сопротивление проводников зависит не только от самого материала, но и от его определенной длины и площади поперечного сечения. Чем легче материал пропускает через себя заряд, тем ниже его сопротивление. Для меди, показатель удельного сопротивления составляет 0,0171 Ом х 1 мм2/1 м и лишь немного уступает серебру. Однако, использование серебра в промышленных масштабах экономически невыгодно, поэтому, медь является лучшим проводником, используемым в энергетике.

    Удельное сопротивление меди связано и с ее высокой проводимостью. Эти величины прямо противоположны между собой. Свойства меди, как проводника, зависят и от температурного коэффициента сопротивления. Особенно, это касается сопротивление, на которое оказывает влияние температура проводника.

    Таким образом, благодаря своим свойствам, медь получила широкое распространение не только в качестве проводника линий электропередачи. Этот металл используется в большинстве приборов, устройств и агрегатов, функционирование которых связано с электрическим током.

    Температура плавления меди

    6. Температурный коэффициент сопротивления | 11. Физика проводников и диэлектриков | Часть1

    6. Температурный коэффициент сопротивления

    Температурный коэффициент сопротивления

    Как вы могли заметить, значения удельных электрических сопротивлений в таблице из предыдущей статьи даны при температуре 20 ° Цельсия. Если вы предположили, что они могут измениться при изменении температуры, то оказались правы.

    Зависимость сопротивления проводов от температуры, отличной от стандартной (составляющей обычно 20 градусов Цельсия), можно выразить через следующую формулу:

     

     

    Константа "альфа" (α) известна как температурный коэффициент сопротивления, который равен относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу. Так как все материалы обладают определенным удельным сопротивлением (при температуре 20 ° С), их сопротивление  будет изменяться на определенную величину в зависимости от изменения температуры. Для чистых металлов температурный коэффициент сопротивления является положительным числом, что означает увеличение их сопротивления с ростом температуры. Для таких элементов, как углерод, кремний и германий, этот коэффициент является отрицательным числом, что означает уменьшение их сопротивления с ростом температуры. У некоторых металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления очень близок к нулю, что означает крайне малое изменение их сопротивления при изменении температуры. В следующей таблице приведены значения температурных коэффициентов сопротивления нескольких распространенных типов металлов:

     

    Проводник α, на градус Цельсия
    Никель 0,005866
    Железо 0,005671
    Молибден 0,004579
    Вольфрам 0,004403
    Алюминий 0,004308
    Медь 0,004041
    Серебро 0,003819
    Платина 0,003729
    Золото 0,003715
    Цинк 0,003847
    Сталь (сплав) 0,003
    Нихром (сплав) 0,00017
    Нихром V (сплав) 0,00013
    Манганин (сплав) 0,000015
    Константан (сплав) 0,000074

     

    Давайте на примере нижеприведенной схемы посмотрим, как температура может повлиять на сопротивление проводов и ее функционирование в целом:

     

     

    Общее сопротивление проводов этой схемы (провод 1 + провод 2) при стандартной температуре 20 ° С  составляет 30 Ом. Проанализируем схему с помощью таблицы напряжений токов и сопротивлений:

     

     

    При 20 ° С  мы получаем 12,5 В на нагрузке, и в общей сложности 1,5 В (0,75 + 0,75) падения напряжения на сопротивлении проводов. Если температуру поднять до 35 ° С, то при помощи вышеприведенной формулы мы легко сможем рассчитать изменение сопротивления на каждом из проводов. Для медных проводов (α = 0,004041) это изменение составит:

     

     

    Пересчитав значения таблицы, мы можем увидеть к каким последствиям привело изменение температуры:

     

     

    Сравнив эти таблицы можно прийти к выводу, что напряжение на нагрузке при увеличении температуры снизилось (с 12,5 до 12,42 вольт), а падение напряжения на проводах увеличилось (с 0,75 до 0,79 вольт). Изменения на первый взгляд незначительны, но они могут быть существенны для протяженных линий электропередач, связывающих электростанции и подстанции, подстанции и потребителей.

    Сечение, вес и сопротивление провода из меди

    Сечение, вес и сопротивление провода из меди

    Без изоляции

    С изоляцией, эмалью

    Без изоляции

    С изоляцией, эмалью

    Ø мм

    S мм2

    R 1 м

    при

    20° С, ом

    L на 1 ом, м

    Ø мм

    Вес 100 м, г

    Ø мм

    S мм2

    R 1 м

    при

    20° С, ом

    L на 1 ом, м

    Ø мм

    Вес 100 м, г

    0,05

    0,002

    9,29

    0,108

    0,06

    1,8

    0,47

    0,1735

    0,101

    9,9

    0,505

    157

    0,06

    0,0028

    6,44

    0,156

    0,07

    2,6

    0,49

    0,1885

    0,0931

    10,75

    0,525

    171

    0,07

    0,0039

    4,73

    0,212

    0,08

    3,5

    0,51

    0,2043

    0,0859

    11,67

    0,545

    185

    0,08

    0,005

    3,63

    0,276

    0,09

    4,6

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    0,09

    0,0064

    2,86

    0,35

    0,1

    5,8

    0,55

    0,2376

    0,0739

    13,55

    0,59

    215

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    0,59

    0,2734

    0,0643

    15,55

    0,63

    247

    0,1

    0,0079

    2,23

    0,448

    0,115

    7,3

    0,64

    0,3217

    0,0546

    18,32

    0,68

    291

    0,11

    0,0095

    1,85

    0,541

    0,125

    8,8

    0,69

    0,3739

    0,0469

    21,33

    0,73

    342

    0,12

    0,0113

    1,55

    0,445

    0,135

    10,4

    0,74

    0,4301

    0,0408

    24,5

    0,79

    389

    0,13

    0,0133

    1,32

    0,757

    0,145

    12,1

    --

    --

     --

    --

    --

    --

    0,14

    0,0154

    1,14

    0,877

    0,155

    14

    0,8

    0,5027

    0,0349

    28,7

    0,85

    445

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    0,86 

    0,5809

    0,0302

    33,15

    0,91

    524

    0,15

    0,0177

    0,99

    1,01

    0,165

    15,2

    0,93

    0,6793

    0,0258

    38,77

    0,98

    612

    0,16

    0,0201

    0,873

    1,145

    0,175

    18,3

    1

    0,7854

    0,0224

    44,7

    1,05

    707

    0,17

    0,0227

    0,773

    1,295

    0,185

    20,6

    1,08

    0,9161

    0,0192

    52,2

    1,14

    826

    0,18

    0,0255

    0,688

    1,455

    0,195

    23,1

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    0,19

    0,0284

    0,618

    1,62

    0,205

    25,8

    1,16 

    1,0568

    0,0166

    60,25

    1,22

    922

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    1,2

    1,131

    0,0155

    64,5

    1,26

    1022

    0,2

    0,0314

    0,558

    1,795

    0,215

    28,5

    1,25

    1,2272

    0,0143

    70

    1,31

    1105

    0,21

    0,0346

    0,507

    1,975

    0,23

    31,6

    1,35

    1,4314

    0,0122

    22

    1,41

    1288

    0,23

    0,0416

    0,423

    2,36

    0,25

    37,8

    1,45

    1,6513

    0,0106

    94,5

    1,51

    1486

    0,25

    0,0491

    0,357

    2,8

    0,27

    44,5

    --

    -- 

    --

    --

    --

    --

    0,27

    0,0573

    0,306

    3,27

    0,295

    52,1

    1,56

    1,9113

    0,0092

    108,8

    1,62

    1712

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    1,68

    2,2167

    0,0079

    126,6

    1,74

    1992

    0,29

    0,0661

    0,266

    3,76

    0,315

    60,1

    1,81

    2,573

    0,0068

    147,7

    1,87

    2310

    0,31

    0,0755

    0,233

    4,3

    0,34

    68,8

    1,95

    2,9865

    0,0059

    169,5

    2,01

    2680

    0,33

    0,0855

    0,205

    4,88

    0,36

    77,8

    2,02

    3,2047

    0,0055

    182

    2,08

    2875

    0,35

    0,0962

    0,182

    5,5

    0,38

    87,4

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    0,38

    0,1134

    0,155

    6,45

    0,41

    103

    2,1

    3,4637

    0,0051

    186

    2,16

    3110

    --

    --

    --

    --

    --

    --

    2,26

    4,0115

    0,0044

    227,5

    2,32

    3603

    0,41

    0,132

    0,133

    7,53

    0,44

    120

    2,44

    4,6759

    0,0038

    263,2

    2,5

    4210

    0,44

    0,1521

    0,115

    8,7

    0,475

    138

    1

    --

    --

    --

    --

    --

    границ | Сопротивление меди способствует долгосрочному выживанию Cupriavidus Metallidurans при влажном контакте с металлической медью

    Введение

    Историческое использование меди (Cu) для стерилизации питьевой воды и лечения различных заболеваний восходит к третьему тысячелетию до нашей эры. Действительно, древние цивилизации, от египетской и греческой до ацтекских, использовали Cu в различных составах для борьбы с размножением бактерий в различных условиях (Dollwet and Sorenson, 1985).В последнее время широкое использование антибиотиков и сопутствующее развитие механизмов устойчивости к антибиотикам вызвали новый интерес к антимикробным свойствам Cu (Grass et al., 2011).

    Металлическая медь, которая обычно используется для сантехнических работ, может оказывать бактерицидное действие на переносимые водой микроорганизмы за счет выщелачивания ионов Cu. Растворимость Cu в воде зависит от химических параметров, таких как pH, концентрация растворенного кислорода и свободных ионов Cl - (Pehkonen et al., 2002) и присутствие хелатирующих агентов (Karczewska and Milko, 2010). Для многих видов бактерий относительно низкие концентрации ионной Cu достаточны для инактивации, например, Legionella pneumophila в питьевой воде показывает 6-логарифмическое снижение 10 КОЕ / мл в течение 3 часов после добавления 100 мкг / л ( 0,74 мкМ) CuCl 2 (Lin et al., 1996), более 99,9% клеток Pseudomonas aeruginosa в деионизированной воде инактивируются в течение 24 часов путем добавления 1 мкМ (160 мкг / л) CuSO 4 (Dwidjosiswojo и другие., 2011), а больничные изоляты, а также контрольные штаммы показали почти полное уничтожение после 48 часов хранения в сосуде с медью, содержащем физиологический раствор или воду (Cervantes et al., 2013). В дополнение к токсическому действию ионов, присутствующих в среде, прямое взаимодействие бактериальных клеток с поверхностью металла может привести к сильно усиленному эффекту уничтожения (Mathews et al., 2013), названному контактным убийством и недавно рассмотренному Винсентом и др. al. (2018). Эта повышенная токсичность была продемонстрирована путем покрытия поверхности меди инертной полимерной сеткой, которая предотвращала прямое прикрепление бактерий, но не высвобождение ионов Cu в среде, что привело к резкому снижению токсичности.Уровень гибели при контакте зависит, помимо прочего, от содержания меди, температуры и влажности (Faúndez et al., 2004; Michels et al., 2009) и состава среды (Molteni et al., 2010). Механизмы токсичности Cu для бактериальных клеток находятся под все более пристальным вниманием (Lemire et al., 2013; Vincent et al., 2018). Было предложено несколько способов действия, хотя их последовательность и взаимодействие остаются неясными. Производство активных форм кислорода может катализироваться Cu посредством реакции типа Фентона in vitro , но были получены противоположные данные относительно ее роли в деградации ДНК in vivo (Macomber et al., 2007; Тиан и др., 2012; Warnes et al., 2012; Cui et al., 2014; San et al., 2015). Сообщалось об инактивации белков Fe – S за счет конкуренции Cu с Fe кислородно-независимым образом (Macomber, Imlay, 2009; Arguello et al., 2013), а также о повреждении мембран в результате перекисного окисления липидов (Espirito Santo et al. ., 2011; Hong et al., 2012; Santo et al., 2012). Кроме того, во многих исследованиях наблюдалась индукция жизнеспособного, но некультивируемого (VBNC) состояния клеток после воздействия Cu.Это состояние определяется как клетки с низкой метаболической активностью, которые поддерживают целостность мембран и низкий уровень экспрессии генов, но не образуют КОЕ в культуральных средах (Davey, 2011; Schottroff et al., 2018). Считается, что состояние VBNC обеспечивает повышенную устойчивость ко многим стрессам окружающей среды, включая антибиотики (Orman and Brynildsen, 2013), окислительный стресс и металлы, такие как медь (Nowakowska and Oliver, 2013). Многие вопросы по-прежнему окружают состояние VBNC, но ясно, что клетки VBNC все еще могут создавать проблемы, поскольку сообщалось о реанимации и последующей токсичности бактерий из питьевой воды (Lee et al., 2007; Dwidjosiswojo et al., 2011; Ли и др., 2014; Допп и др., 2017; Ye et al., 2020).

    Хотя инактивация бактерий низкими концентрациями Cu может означать отсутствие потребности в Cu для метаболизма и роста бактерий, это явно не так. Фактически, бактерии должны тщательно регулировать внутриклеточные концентрации этого питательного микроэлемента, и у них появилось множество механизмов, посвященных этой задаче. В отличие от экспортных систем, импорт Cu в цитоплазму плохо изучен, и ранние исследования показали важность поринов внешней мембраны в Escherichia coli (Lutkenhaus, 1977).В более поздних исследованиях были идентифицированы предполагаемые роли суперсемейства главных фасилитаторов (Balasubramanian et al., 2011) и TonB-зависимых транспортных систем (Ekici et al., 2012). Свободная Cu в цитоплазме быстро связывается шаперонами и доставляется в экспортные системы, такие как АТФазы типа P IB 1 и системы HME-RND (Arguello et al., 2013). Многократные оксидазы меди с различными функциями обеспечивают дополнительный уровень защиты. Некоторые бактерии обладают множественными механизмами резистентности к меди, которые могут взаимодействовать на высоком уровне сложности и приводить к способности выдерживать миллимолярные концентрации.Ярким примером является вид Cupriavidus Metallidurans , который во многих случаях был изолирован в суровых олиготрофных промышленных условиях, загрязненных металлами. Типовой штамм C. Metallidurans Ch44, который стал модельным штаммом для изучения сопротивления металлов, был выделен в 1978 году из декантационного бассейна на заводе цветной металлургии (Mergeay et al., 1978). Его кластер cop , расположенный на мегаплазмиде pMOL30 и обеспечивающий высокую устойчивость к ионам Cu, состоит из 21 гена, среди которых несколько шаперонов, АТФаза типа P IB 1 , система HME-RND и мультикоппероксидаза.Почти все они активируются после воздействия Cu 2+ (Monchy et al., 2006, 2007). Примечательно, что неоднократно обнаруживалось, что этот вид заражает Международную космическую станцию, в том числе пылью, а также в резервуарах для охлаждающей и питьевой воды (Pierson, 2001; Ott et al., 2004; Mora et al., 2016).

    Важность механизмов сопротивления меди в отношении гибели при контакте мало изучена, особенно в условиях, связанных с обработкой питьевой воды, и в периоды времени, превышающие несколько часов.В сухих и полусухих условиях удаление детерминант устойчивости к меди приводит к несколько более быстрой инактивации E. coli (Espirito Santo et al., 2008), P. aeruginosa (Elguindi et al., 2009), и Enterococcus hirae (Grass et al., 2011). В этом исследовании мы исследовали кинетику инактивации C. Metallidurans Ch44 в контакте с металлической медью в питьевой воде и оценили роль механизмов сопротивления меди.

    Материалы и методы

    Бактериальные штаммы, среды и условия культивирования

    С.Metallidurans Ch44 (Mergeay et al., 1978), AE104 (бесплазмидное производное Ch44) (Mergeay et al., 1985) и Cupriavidus campinensis AE1239 (производное DS185, несущее Cu-чувствительную слияние lux в pMOL90: Tn 4431 ) (Collard et al., 1994) обычно выращивали в трис-буферной минеральной среде (MM284) (Mergeay et al., 1985) с добавлением 2 г / л глюконата на орбитальном шейкере при 180 об / мин в темный при 30 ° C. Планшеты с агаром MM284 получали добавлением 2% агара (Thermo Scientific, Oxoid, Hampshire, United Kingdom) к жидкой среде.Ионную Cu добавляли в среду как CuSO 4 (Sigma-Aldrich, Overijse, Бельгия). Забуференный фосфатом физиологический раствор (PBS) готовили растворением таблетки PBS (Gibco TM ) в воде Milli-Q (Merck Millipore, Бельгия) с достижением конечной концентрации 10 мМ фосфатов натрия (для достижения pH 7,4). 2,68 мМ KCl и 140 мМ NaCl. Раствор стерилизовали автоклавированием при 121 ° C в течение 15 мин.

    Подготовка и постановка экспериментов по выживанию

    Пластины

    из меди (99,99%) и нержавеющей стали (AISI 304) были приготовлены путем их погружения в 70% раствор этанола на 10 мин для инактивации возможных загрязнений и солюбилизации органических компонентов на поверхности пластины.После этого этапа планшеты обрабатывали ультразвуком при 130 кГц в TI-H-5 (Elma Schmidbauer GmbH, Германия) в деионизированной воде в течение 10 минут для удаления загрязнения и растворения любых существующих солей. Затем планшеты стерилизовали при 121 ° C в течение 20 минут для уничтожения оставшихся клеток, сушили при 60 ° C и хранили в стерильных контейнерах при комнатной температуре. Бактериальные культуры C. Metallidurans Ch44 и AE104 выращивали в MM284 в течение 72 часов. В то время как стационарная фаза достигается примерно через 36 часов, клетки культивировали еще 36 часов, чтобы вызвать реакцию голодания.Этот шаг был введен, чтобы отразить естественную среду и уменьшить мешающие эффекты внезапного истощения питательных веществ в основном эксперименте. Такой подход не повлиял на исходное количество КОЕ. Предварительно индуцированные культуры C. Metallidurans Ch44 получали добавлением 300 мкМ CuSO 4 . Культуры дважды промывали стерилизованной фильтром минеральной водой (Ordal, Ranst, Бельгия) и затем ресуспендировали в этой минеральной воде (конечный OD 600 0,1). Подготовленные пластины из Cu и нержавеющей стали отдельно вставляли в коническую центрифужную пробирку объемом 50 мл с вентиляционным колпачком до тех пор, пока они не прилегали к дну конической пробирки.В пробирку для контрольных условий не вставляли планшеты. В каждую пробирку добавляли по 40 мл приготовленной бактериальной суспензии, и все пробирки помещали вертикально на орбитальный шейкер при 150 об / мин в темноте при 30 ° C. Обобщенный обзор этой установки можно найти на дополнительном рисунке 1. В отдельном эксперименте культуры были приготовлены идентично, но вместо вставки чашки Cu было добавлено 10 мкМ CuSO 4 . Эквивалентный объем воды Milli-Q был добавлен к контрольным условиям. Все эксперименты по выживанию проводили в трех биологических повторностях.

    Подсчет количества жизнеспособных клеток и проточная цитометрия

    Образцы для подсчета жизнеспособных клеток и проточной цитометрии были взяты через 0, 1, 3, 5, 24, 48, 72, 96, 144, 168 и 192 часа после начала эксперимента. Для каждого образца было взято 20 мкл бактериальной суспензии из прим. На 1 см ниже уровня воды. Подсчет клеток по общему количеству жизнеспособных клеток выполняли путем распределения 100 мкл серийного 10-кратного разведения в стерильном PBS на агаре MM284 и подсчета колоний через минимум 4 дня при 30 ° C. Подсчет клеток с помощью проточной цитометрии выполняли путем 100- и 1000-кратного разведения 20 мкл бактериальной суспензии в стерилизованных фильтром (0.2 мкм) минеральная вода (Evian). Затем добавляли SYBR Green (Life Technologies) и иодид пропидия (PI, Merck) до конечной концентрации 1Х (начиная с 10,000-кратного коммерческого исходного раствора) и 200 мкМ соответственно. Суспензии инкубировали в темноте при 37 ° C в течение 20 минут для полного связывания красителей. Окрашенные бактериальные суспензии анализировали на Accuri C6 (BD, Erembodegem) с синим (488 нм, 20 мВт) лазером, который был откалиброван в соответствии с рекомендациями производителя. Стандартные оптические фильтры включали FL-1 (530/30) и FL-3 (670 нм LP).SYBR Green был обнаружен с FL-1, PI с FL-3. Образцы анализировали с помощью программного обеспечения BD Accuri C6 версии 1.0.264.21, а стробирование и подсчет событий выполняли с помощью пакета PhenoFlow для R (Props et al., 2016).

    Визуализация биопленки

    После 9 дней инкубации планшеты из меди и нержавеющей стали помещали в 6-луночный планшет и сразу же окрашивали 100 мкл раствора SYBR Green (1X) и пропидия иодида (200 мкМ). Планшеты инкубировали в темноте при 37 ° C в течение 20 мин.Неприкрепленные бактериальные клетки и избыток красителя осторожно смывали с планшетов 1 мл PBS.

    Автоматический инвертированный флуоресцентный микроскоп (TE2000-E; Nikon, Токио, Япония), оснащенный моторизованным XYZ-столиком, колесами фильтров излучения и возбуждения, заслонками и тройным дихроичным зеркалом (436/514/604), использовался для получения изображения поверхность пластин из нержавеющей стали и меди. Изображения были получены с помощью объектива 20X и камеры Andor iXon EMCCD (Andor Technology, Южный Виндзор, Коннектикут, США).Для каждого образца не менее пяти наборов из 25 изображений в сетке 5 × 5, каждый из которых содержал одно поле зрения, были сшиты вместе с помощью вычислений с перекрытием 15% с использованием NIS-элементов AR 5.11.01 (Nikon).

    ICP – MS

    Через 0, 5, 48 и 216 ч после начала эксперимента образцы были взяты для измерения ICP-MS для определения концентраций Cu, Ni и Zn в водной фазе. Два миллилитра центрифугировали при 10000 г в течение 2 минут, и супернатант хранили при -20 ° C до дальнейшей обработки.Образцы подкисляли до конечной концентрации 2% HNO 3 и концентрации металлов измеряли с помощью ICP-MS X-Series II (Thermo Fisher Scientific).

    Эксперименты с биосенсором

    Ответ Cu-биосенсора AE1239 количественно оценивали с использованием многомодового микропланшетного ридера (CLARIOstar ® , BMG Labtech). Сообщается, что этот штамм имеет предел обнаружения 1 мкМ (Kanellis, 2018). Культуры AE1239 получали выращиванием их в MM284 в течение 72 часов при 30 ° C, затем дважды промывали стерилизованной на фильтре минеральной водой (Ordal) и ресуспендировали либо в стерилизованной фильтром минеральной воде, либо в MM284.Отклик на металлических планшетах измеряли путем пипетирования 200 мкл клеточной суспензии на верхнюю часть каждого планшета, помещенного в шестилуночный планшет. Высота фокуса была оптимизирована до 7,5 мм, и было использовано максимальное усиление 4095. Измерения проводили примерно каждые 5 мин без периодического встряхивания планшета. Ответ на ионную Cu измеряли, добавляя 200 мкл в 96-луночный планшет. Высота фокуса была оптимизирована до 11 мм, опять же с максимальным усилением. Для этих экспериментов периодическое встряхивание происходило при 150 об / мин, и дополнительно измеряли оптическую плотность при 600 нм непосредственно перед измерением люминесценции.

    Статистика

    Для статистического анализа использовались пакеты lmerTest и emmeans в R 3.6.1 для подбора линейных смешанных моделей (lmer) с последующим попарным сравнением и процедурой Бонферрони для множественного тестирования [пары (emmeans)]. Скорректированные значения p ниже 0,05 считались статистически значимыми.

    Результаты и обсуждение

    Выживание

    C. Metallidurans Ch44 во влажном контакте с металлической Cu

    В первой установке мы проверили выживаемость C.Metallidurans Ch44 в стерилизованной питьевой воде при контакте с погруженной медной пластиной, пластиной из нержавеющей стали или без пластины. Состояние Cu показало четкое и значительное снижение количества жизнеспособных клеток более чем на 4 log 10 в течение 3 часов после начала эксперимента (рис. 1A). Это снижение количества жизнеспособных организмов было подтверждено, но не усилилось через 5 часов. Между 5 и 48 часами количество жизнеспособных организмов оставалось стабильным, после чего оно значительно увеличивалось с 2,7-log 10 до 144 часов после начала эксперимента.Через 144 часа количество жизнеспособных клеток снова уменьшилось, но этот процесс сопровождался уменьшением, наблюдаемым в нержавеющей стали и контрольных условиях, когда в ходе эксперимента была измерена некоторая потеря жизнеспособности (рис. 1A). Эти результаты вызывают вопрос, связано ли снижение количества жизнеспособных клеток с гибелью клеток, сублетальным повреждением или быстрым переходом в состояние VBNC. Поскольку наша экспериментальная установка не может отличить сублетально поврежденные клетки от клеток VBNC, все клетки с непроницаемой мембраной (анализ проточной цитометрии), которые не образуют КОЕ, считаются клетками VBNC.В случае первоначального уничтожения клеток оставшиеся 0,01% клеток могут использовать дефицитный ассимилируемый органический углерод (AOC) в питьевой воде и содержимое проницаемых клеток для защиты от токсического воздействия Cu, после чего может возобновиться рост. быть возможно. Во втором случае клетки VBNC могут использовать АОС, а также внутриклеточные запасы питательных веществ, такие как полигидроксибутират, для восстановления клеточных повреждений и активации механизмов устойчивости к Cu, после чего достигается постепенное возвращение к культивируемому состоянию без какого-либо изменения количества клеток из-за к отрастанию.Вполне возможно, что оба сценария происходят параллельно.

    Рисунок 1. Количество жизнеспособных клеток (A, C, E) и фракция непроницаемых клеток (B, D, F) из C. Metallidurans Ch44 (A, B) , C Metallidurans AE104, без механизмов сопротивления металлов (C, D) и C. Metallidurans Ch44, предварительно индуцированный 300 мкМ CuSO 4 (E, F) в присутствии металлической Cu (красный), нержавеющая сталь (синий) и контрольное состояние (зеленый).Все эксперименты были независимо выполнены с n = 3.

    В дополнение к данным количества жизнеспособных клеток, жизнеспособность клеток оценивали с помощью окрашивания SYBR Green + PI и проточной цитометрии. SYBR Green использовался для окрашивания всех клеток, поскольку он может проникать в клетки независимо от их физиологического состояния. Общее количество всех событий на мл существенно не варьировалось в зависимости от условий и с течением времени (рис. 2А), что указывает на отсутствие значительной дезинтеграции или оседания клеток и что клетки VBNC могут быть обнаружены методом проточной цитометрии.В течение нескольких дней зарегистрированные события в состоянии Cu показали уменьшение силы сигнала SYBR, в то время как сигнал PI стал сильнее (рисунки 1B, 2B, C и дополнительный рисунок 2). Таким образом, как показано на графиках FL3 и FL1 (дополнительный рисунок 2), события мигрировали из исходной зоны непроницаемых клеток в зону, содержащую проницаемые (вероятно, нежизнеспособные) клетки, что совпало с положительным контролем убитых нагреванием клетки. Последний представляет собой постепенный распад клеточной оболочки, позволяющий большему количеству PI проникать в клетки.В результате количество событий, соответствующих непроницаемым клеткам, уменьшилось на 2-log 10 через 48 часов, после чего они оставались довольно стабильными на уровне около 5 × 10 6 событий на мл (рисунок 2), и эта тенденция была обратно пропорциональной. пропорционально количеству событий, соответствующих проницаемым клеткам. Наконец, клетки VBNC составляли большинство жизнеспособных клеток через 24-48 часов (примерно 99,9 и 99% соответственно) и постепенно уменьшались примерно до 75% через 144 часа.

    Рисунок 2. Концентрация общих событий (A, D, G) , событий, соответствующих непроницаемым ячейкам (B, E, H), и событий, соответствующих проницаемым событиям (C, F, I) , зарегистрированных для C Metallidurans Ch44 (A, B, C) , C. Metallidurans AE104 (D, E, F) и C. Metallidurans Ch44, предварительно индуцированный 300 мкМ CuSO 4 (G, H, I) в присутствии металлической Cu (красный), нержавеющей стали (синий) и контрольных условий (зеленый).Все эксперименты были независимо выполнены с n = 3.

    Расхождения между показателями жизнеспособной и проточной цитометрии заслуживают подробного обсуждения. Задержка в несколько часов между начальным снижением культивируемости клеток и уменьшением событий в непроницаемой зоне может быть связано с чисто физико-химическими процессами, в которых требуется несколько часов, прежде чем клеточная оболочка убитых / поврежденных клеток станет достаточно проницаемой для PI. . Альтернативно, это может быть связано с быстрым преобразованием в состояние VBNC, в котором клетки не проницаемы для PI, поскольку их оболочка все еще не повреждена.Таким образом, культивируемые клетки нельзя отличить от клеток VBNC с помощью нашего анализа проточной цитометрии. Во-вторых, не наблюдалось явного увеличения количества событий, соответствующих непроницаемым клеткам, что указывает на то, что клетки восстанавливаются от метаболического состояния, которое можно измерить только путем культивирования, вместо повторного роста популяции после первоначального уничтожения. Таким образом, мы предполагаем, что в течение 48 часов ок. 5% исходной популяции преобразуется в состояние клеток VBNC, в то время как оставшиеся 95% популяции проницаемы и, таким образом, погибают.Почти 25% этих клеток VBNC восстанавливаются до состояния культивирования через 144 часа. Наконец, хотя ИП является индикатором жизнеспособности клеток и должен окрашивать только клетки с поврежденными или проницаемыми мембранами (Strauber and Muller, 2010), в нескольких исследованиях представлены противоречивые данные относительно использования ИП для окрашивания жизнеспособности, например, при применении на ранних стадиях. экспоненциальная фаза (Shi et al., 2007). Например, якобы проницаемые для PI-проницаемых клеток Shewanella decoluationis S12, предположительно в состоянии VBNC, было обнаружено, что они восстанавливают повреждение мембраны и теряют силу сигнала PI при переключении их дыхательного метаболизма (Yang et al., 2015). Об этой сложной взаимосвязи между окрашиванием PI и наличием промежуточных состояний клеток сообщалось для нескольких других видов бактерий (Berney et al., 2007). Тем не менее, мы выбрали процедуру окрашивания SYBR Green + PI, поскольку она обычно используется при тестировании жизнеспособности. Подводя итог, мы заключаем, что C. Metallidurans Ch44 действительно уничтожается присутствием пластинки Cu, но в гораздо меньшей степени, чем указано в количестве жизнеспособных клеток, поскольку пластина Cu индуцирует состояние клеток VBNC в части популяции. .

    Механизмы сопротивления меди обеспечивают защиту от металлической меди

    Мы выдвинули гипотезу, что индукция механизмов сопротивления меди позволяет либо расти, либо реанимировать клетки, подвергшиеся стрессу медью. Для проверки этой гипотезы было проведено два дополнительных эксперимента. В первом была использована аналогичная установка с штаммом C. Metallidurans AE104. Последний получен из Ch44 путем отверждения его мегаплазмид pMOL28 и pMOL30, которые кодируют большинство функциональных копий его механизмов устойчивости к металлам, включая основные детерминанты сопротивления меди на pMOL30, как подробно описано во введении.Следовательно, его минимальная ингибирующая концентрация (MIC) намного ниже, чем у Ch44 для большинства ионов металлов. Сразу стало очевидным значительное уменьшение количества жизнеспособных клеток на 6 log 10 всего через 1 час в состоянии Cu, которое далее снизилось до предела обнаружения через 3 часа (рис. 1C). Очевидно, что отсутствие механизмов сопротивления металлов на pMOL30 привело к гораздо большей чувствительности к стрессу Cu. Однако через 144 часа количество жизнеспособных организмов снова увеличилось. Это увеличение проявлялось на разных уровнях и только в двух из трех повторов (дополнительный рисунок 3).Возможно, что в этих репликах произошли мутации или геномные перестройки, которые сняли стресс Cu, как это было ранее показано для цинкового стресса (Vandecraen et al., 2016), но это не было дополнительно исследовано с помощью повторного тестирования или секвенирования генома. В присутствии нержавеющей стали наблюдается небольшое, но незначительное уменьшение количества жизнеспособных клеток. Однако это уменьшение гораздо менее резкое, чем в состоянии Cu. В контрольных условиях без планшетов наблюдалось только небольшое снижение количества жизнеспособных клеток в течение эксперимента, что снова можно было приписать голоданию и медленному переходу в состояние VBNC.Мы действительно наблюдали значительные различия между контрольными условиями экспериментов по выживанию с Ch44 и AE104, начиная через 96 часов. Тем не менее, это ясно из различий в количестве жизнеспособных Ch44 в контрольных экспериментах с чашкой Cu и с ионами (см. Влияние ионов Cu на количество жизнеспособных клеток, p <0,05 через 168 часов), которые можно рассматривать как биологические повторения , наблюдается это изменение, не связанное с тестируемыми условиями (Рисунки 1A, 5). Проточная цитометрия показала значительное уменьшение фракции непроницаемых клеток только в присутствии Cu начиная с 24 часов (рис. 1D).Эти результаты были сопоставимы с результатами для штамма Ch44 (Фигуры 1C, D).

    Во втором эксперименте клетки C. Metallidurans Ch44 были предварительно индуцированы нелетальной концентрацией Cu 2+ (300 мкМ). Ранее было показано, что эта концентрация индуцирует выработку клетками механизмов устойчивости к Cu (Monchy et al., 2006). Количество жизнеспособных микроорганизмов вначале показало небольшое снижение после 5 часов пребывания в состоянии Cu (рис. 1E). Интересно, что они полностью выздоровели через 48 часов.Ясно, что начальный стресс, наложенный пластиной Cu на предварительно индуцированную популяцию клеток, оказывает меньшее влияние, чем на неиндуцированную популяцию. Уменьшение количества жизнеспособных клеток для предварительно индуцированных клеток можно предположительно приписать разнице в концентрации Cu, испытываемой бактериальными клетками, в сочетании с разницей в среде от MM284 до минеральной воды и снижением плотности клеток с 10 От 9 КОЕ / мл до 10 8 КОЕ / мл. Хотя ион Cu преимущественно присутствует в форме меди как в MM284, так и в минеральной воде (Cuppett et al., 2006), концентрация большинства анионных лигандов снижена в последнем, что может привести к различию видов Cu-лигандов, очевидных для бактериальных клеток. Хотя первоначальное количество жизнеспособных клеток больше никогда не достигается, предварительно индуцированные клетки C. Metallidurans Ch44 были лучше приспособлены для работы с присутствием Cu-чашки. Интересно, что через 48 часов количество жизнеспособных клеток снова уменьшилось, достигнув в конце эксперимента числа, аналогичного количеству неиндуцированных клеток C. Metallidurans Ch44.Мы предполагаем, что метаболическая нагрузка, вызванная постоянной необходимостью в функциональных механизмах устойчивости к Cu, не может поддерживаться в течение длительного времени ни за счет запаса энергии, ни за счет ограниченных AOC, присутствующих в среде. В условиях из нержавеющей стали и в контрольных условиях заметного снижения не наблюдалось (рис. 1E). Данные проточной цитометрии хорошо соответствовали количеству жизнеспособных клеток, а количество событий в непроницаемой зоне в условиях Cu постоянно и значительно выше, чем в любом из неиндуцированных C.Metallidurans Ch44 или AE104 (Рисунки 1B, D, E; p <0,05 для всех образцов между 48 и 96 часами).

    Формирование биопленки на металлической меди и нержавеющей стали

    В конце эксперимента (216 ч после начала) биопленки визуализировали с помощью флуоресцентной микроскопии. Обширные биопленки были сформированы всеми штаммами на пластинах из нержавеющей стали (рис. 3). Напротив, ни в одном из экспериментов ни с неиндуцированным C. Metallidurans Ch44, AE104, ни с предварительно индуцированным C.Metallidurans Ch44, биопленки можно было обнаружить на пластинах Cu. На поверхности некоторых пластин были обнаружены отдельные клетки, но это могли быть артефакты недостаточной процедуры промывки. Этот результат снова показал высокую токсичность металлической Cu даже для очень стойких к металлам C. Metallidurans . Поскольку токсичность металлической меди также зависит от высвобождения ионов меди с поверхности (Molteni et al., 2010), вполне вероятно, что механизмы сопротивления меди Ch44 играют роль в выживании как в основной жидкой фазе, так и в близком к ней состоянии. близость к металлической поверхности.Наши результаты не опровергают способность Ch44 образовывать биопленки на поверхности меди после длительного периода инкубации и продолжающейся активации его механизмов сопротивления меди. Образование биопленки на медных трубках после длительного периода инкубации уже наблюдалось даже у менее устойчивых к металлам видов бактерий (Lehtola et al., 2004; Yu et al., 2010; Sarandan et al., 2011; Jungfer et al., 2013). ).

    Рисунок 3. Формирование биопленки C. Metallidurans Ch44 (левая колонка), C.Metallidurans AE104 без механизмов сопротивления металлов (средний столбец) и C. Metallidurans Ch44, предварительно индуцированный 300 мкМ CuSO 4 (правый столбец) на меди (верхний ряд) и нержавеющей стали (нижний ряд). Клетки окрашивали SYBR Green и иодидом пропидия и визуализировали с помощью флуоресцентной микроскопии.

    Концентрации Cu в жидкой фазе

    Концентрация меди в жидкой фазе измерялась методом ICP – MS в нескольких временных точках. В условиях меди с Ch44, предварительно индуцированными Ch44 и AE104 концентрация меди постепенно увеличивалась, достигая прибл.400 мкг / л (6,3 мкМ) в конце эксперимента (рис. 4). Кроме того, измерения ICP-MS подтвердили отсутствие остаточной Cu после промывки предварительно индуцированных клеток Ch44 (данные не показаны). Наблюдаемые концентрации Cu были ниже растворимости 1300 мкг / л в минеральной воде при сопоставимом pH (Cuppett et al., 2006) и намного ниже MIC 3 мМ в MM284 (Monsieurs et al., 2011). Однако значения были сопоставимы с теми, которые использовались в ранее упомянутых исследованиях, то есть 1,6 мкМ, где наблюдалось аналогичное быстрое снижение количества жизнеспособных клеток.Таким образом, мы предполагаем, что в наших экспериментах токсические эффекты Cu в жидкой фазе играют важную роль, наряду с возможным вкладом уничтожения контактов, в наблюдаемом снижении количества жизнеспособных организмов. Мы предполагаем, что может иметь место общий транспорт ионов Cu от поверхности металлической пластины к бактериальным клеткам и что, вероятно, существует высокий уровень секвестрации Cu клетками, даже с учетом относительно низких концентраций Cu в жидкой фазе из-за гомогенизация концентрационных пограничных слоев путем непрерывного встряхивания и благоприятная ассоциация между ионами Cu и бактериальными клетками (Santo et al., 2012). Это клеточное связывание Cu может привести к значительному стрессу для бактерий. Концентрация Cu в условиях абиотического контроля (т.е. без добавления бактериальных клеток) в среднем ниже, чем в трех биотических условиях, хотя и не является статистически значимой. Таким образом, заметное усиление высвобождения ионов Cu из медной пластины за счет бактериальных взаимодействий не является статистически обоснованным. Ранее было показано, что присутствие бактерий не приводит к более высокой скорости растворения ионов Cu с металлических поверхностей (Mathews et al., 2013). В условиях нержавеющей стали и отсутствия пластины в среде присутствовало очень мало меди, приближаясь к пределу обнаружения измерительного устройства (2 мкг / л – 0,03 мкМ). Присутствие Cr и Ni, основных компонентов нержавеющей стали, не содержащих железа, не было обнаружено ни в одном из образцов нержавеющей стали.

    Рис. 4. Концентрации меди в жидкой фазе для C. Metallidurans Ch44 (синий), C. Metallidurans AE104, без механизмов сопротивления металлов (красный), C.Metallidurans Ch44 предварительно индуцировали 300 мкМ CuSO4 (зеленый), а абиотический контроль (серый) инкубировали в течение 9 дней в присутствии Cu, нержавеющей стали или без металла (контроль).

    Влияние ионов Cu на количество жизнеспособных клеток

    Затем мы проверили, было ли наблюдаемое снижение количества жизнеспособных клеток в состоянии Cu-пластины из-за токсического действия ионов Cu в жидкой фазе или тесной ассоциации с самой поверхностью Cu-пластинки посредством так называемого «уничтожения контакта». Суспензию Ch44 готовили аналогично первому эксперименту с металлической пластиной, без предварительной индукции механизмов сопротивления Cu.Сульфат меди добавляли в питьевую воду до конечной концентрации 10 мкМ (в диапазоне от концентрации, наблюдаемой в жидкой фазе экспериментов с медной пластиной). Количество жизнеспособных бактерий измеряли в нескольких временных точках в течение 15 дней (рис. 5). Сразу стало очевидным приблизительно 3-логарифмическое уменьшение количества жизнеспособных клеток через 3 часа в условиях Cu, чего нельзя было увидеть в контрольных условиях. К 96 часам количество жизнеспособных клеток в состоянии Cu почти полностью восстановилось до контрольных уровней. В то время как подобное быстрое уменьшение количества жизнеспособных клеток после добавления ионов Cu наблюдается у многих видов бактерий, последующего восстановления или возобновления роста без добавления хелатирующего агента нет (Dwidjosiswojo et al., 2011; Цзян и др., 2016; Кан и др., 2019). При сравнении этих данных с данными экспериментов с медной пластиной кажется, что индукция механизмов сопротивления Cu также играет важную роль в этой установке, позволяя полностью вернуться к контрольным уровням. Напротив, постепенное уменьшение количества жизнеспособных микроорганизмов, наблюдаемое в эксперименте с медной пластиной после 144 часов, здесь не наблюдалось, что указывает на токсический эффект либо через уничтожение контактов, либо на постепенное высвобождение ионов Cu из металлической пластины, когда замкнутая система стремится к химическому воздействию равновесие.

    Рис. 5. Количество жизнеспособных бактерий C. Metallidurans Ch44 в питьевой воде, подаваемой с 10 мкМ CuSO или без нее 4 .

    Влияние состава среды на индукцию механизмов сопротивления меди

    Как показано выше, наличие механизмов устойчивости к Cu играет важную роль в выживании бактериальных клеток при влажном контакте с металлической Cu. Однако, несмотря на индукцию этих механизмов устойчивости, клетки все еще гибнут или инактивируются, как показывают подсчеты жизнеспособных клеток и проточная цитометрия.Таким образом, мы предполагаем, что этой индукции препятствует низкое количество доступных питательных веществ и источников энергии.

    Для проверки этой гипотезы использовали штамм биосенсора Cu C. campinensis AE1239, который тесно связан с C. Metallidurans Ch44. Он излучает биолюминесцентный сигнал при индукции генов устойчивости к Cu. В первом эксперименте мы измерили биолюминесценцию суспензии AE1239 на пластинах из меди и нержавеющей стали (дополнительный рисунок 4).Поскольку ионы Cu растворялись быстро и сильно, когда пластины Cu помещали в среду для выращивания MM284, это нельзя было использовать в качестве положительного контроля. Поэтому сначала была оптимизирована установка на пластине из нержавеющей стали с использованием суспензии клеток в MM284 с добавлением CuSO 4 до конечной концентрации 100 мкМ. Это явно давало индукцию с максимальной интенсивностью, достигаемой примерно через 220 мин после начала индукции. Без CuSO 4 индукция не измерялась. При стирке с.campinensis AE1239 ресуспендировали в стерильной минеральной воде и переносили пипеткой на пластину из нержавеющей стали, индукцию не измеряли с CuSO 4 с концентрациями 0, 10 или 100 мкМ. Когда суспензию клеток в стерильной минеральной воде пипеткой наносили на поверхность Cu-пластины, индукция снова не измерялась в течение 4 часов измерения.

    Во второй установке мы проверили влияние различных концентраций CuSO 4 на индукцию механизмов сопротивления Cu в MM284 и стерильной минеральной воде с добавлением различных уровней глюконата и Na 2 HPO 4 (дополнительный рисунок 5).Четкая реакция на стресс Cu была видна в MM284 с 10 и 100 мкМ CuSO 4 с максимальной индукцией через 150 мин после добавления Cu. Интересно, что независимо от добавления CuSO 4 , глюконата или Na 2 HPO 4 , в минеральной воде индукции не наблюдалось. Похоже, что для создания измеримого ответа на стресс Cu необходимы дополнительные питательные вещества, помимо источника клеточной энергии.

    Заключение

    Мы оценили кинетику инактивации C.Metallidurans Ch44 при контакте с металлической Cu в питьевой воде. Хотя в течение нескольких часов наблюдалось быстрое снижение количества жизнеспособных клеток, это, вероятно, результат перехода в поврежденное состояние или состояние VBNC. Через несколько дней количество жизнеспособных бактерий вернулось к контрольному уровню, чего не было для других видов бактерий. Вероятно, это связано с медленной индукцией механизмов устойчивости к Cu, о чем свидетельствует отсутствие восстановления / повторного роста штамма AE104 (излеченного от большинства детерминант устойчивости к Cu) и быстрого восстановления / повторного роста культуры Ch44 с предварительно индуцированными механизмами устойчивости. .Основываясь на аналогичной кинетике инактивации в установке, дополненной ионной Cu, мы предполагаем, что токсический эффект ионов Cu в жидкой фазе играет более важную роль, чем так называемое «уничтожение контакта». Эти результаты требуют осторожности при интерпретации растущего числа доказательств, подчеркивающих антимикробные свойства металлической Cu, особенно в контексте производства и хранения питьевой воды (Vincent et al., 2016). Металлоустойчивые штаммы бактерий, многие из которых принадлежат к роду Cupriavidus , во многих случаях были изолированы из водных источников (Manaia et al., 1990; Пинди и др., 2013; Berthiaume et al., 2014). Во время космических полетов, в ходе которых оцениваются антимикробные свойства металлической меди для обеспечения долгосрочной инактивации стойкого микробного загрязнения, штаммов C. Metallidurans были выделены из питьевой воды в ходе нескольких кампаний по отбору проб (Pierson, 2001; Baker and Leff, 2004; Отт и др., 2004). Поскольку индукция устойчивости к Cu обеспечивает явное преимущество в выживании на металлической Cu или рядом с ней, возникает вопрос, в какой степени детерминанты устойчивости могут передаваться другим видам бактерий или защищать их.Кроме того, часто сообщается о совместном выборе устойчивости к металлам и устойчивости к антибиотикам (Baker-Austin et al., 2006; Stepanauskas et al., 2006; Dickinson et al., 2019; Nguyen et al., 2019). Одним из способов повышения эффективности уничтожения металлической меди может быть ограничение существующих уровней АОС, необходимых бактериям для синтеза и активации этих детерминант устойчивости. Последний вопрос, требующий дальнейших исследований, как здесь, так и во многих аналогичных публикациях (рассмотренных в Bogosian and Bourneuf, 2001), заключается в том, каким образом реанимация сублетально поврежденных клеток и клеток VBNC отличается от повторного роста небольшой фракции выживших клеток. .

    Заявление о доступности данных

    Все наборы данных, представленные в этом исследовании, включены в статью / дополнительные материалы.

    Авторские взносы

    LM, J-YM и RV внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. LM и IC выполнили экспериментальную работу. LM и JC провели анализ данных. Л. М. написал первый черновик рукописи. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    LM было профинансировано Специальным фондом исследований UNamur.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Мы благодарим Андру Мариссен за выполнение исследовательских экспериментов, которые привели к этой публикации.

    Дополнительные материалы

    Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: //www.frontiersin.org / article / 10.3389 / fmicb.2020.01208 / full # additional-material

    Список литературы

    Бейкер П. У. и Лефф Л. (2004). Влияние симулированной микрогравитации на бактерии с космической станции "мир". Microgravity Sci. Technol. 15, 35–41.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Бейкер-Остин К., Райт М. С., Степанаускас Р. и Макартур Дж. В. (2006). Совместный выбор устойчивости к антибиотикам и металлам. Trends Microbiol. 14, 176–182.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Баласубраманян, Р., Кенни, Г. Э., и Розенцвейг, А. К. (2011). Двойные пути поглощения меди метанотрофными бактериями. J. Biol. Chem. 286, 37313–37319. DOI: 10.1074 / jbc.M111.284984

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Берни М., Хэммс Ф., Босхард Ф., Вайленманн Х. У. и Эгли Т. (2007). Оценка и интерпретация жизнеспособности бактерий с помощью набора LIVE / DEAD BacLight Kit в сочетании с проточной цитометрией. заявл. Environ. Microbiol. 73, 3283–3290.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Berthiaume, C., Gilbert, Y., Fournier-Larente, J., Pluchon, C., Filion, G., Jubinville, E., et al. (2014). Идентификация дихлоруксусной кислоты, разлагающей бактерии Cupriavidus , в модели сети распределения питьевой воды. J. Appl. Microbiol. 116, 208–221. DOI: 10.1111 / jam.12353

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сервантес, Х.И., Альварес, Дж. А., Муньос, Дж. М., Аррегин, В., Москеда, Дж. Л., и Масиас, А. Е. (2013). Антимикробная активность меди против организмов в водном растворе: аргументы в пользу медных водопроводов в больницах? г. J. Infect. Контроль 41, e115 – e118. DOI: 10.1016 / j.ajic.2013.03.309

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Коллард, Дж. М., Корбизье, П., Дильс, Л., Донг, К., Жантон, К., Мергей, М. и др. (1994). Плазмиды на устойчивость к тяжелым металлам в Alcaligenes eutrophus Ch44: механизмы и применения. FEMS Microbiol. Ред. 14, 405–414.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Цуй, З., Ибрагим, М., Янг, К., Фанг, Ю., Аннам, Х., Ли, Б. и др. (2014). Восприимчивость условно-патогенных бактерий Burkholderia glumae к медным поверхностям при контакте с влажными или сухими поверхностями. Молекулы 19, 9975–9985. DOI: 10.3390 / молекулы175

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Куппет, Дж. Д., Дункан, С. Э., и Дитрих, А.М. (2006). Оценка состава меди и факторов качества воды, которые влияют на реакцию на дегустацию водной меди. Chem. Чувства 31, 689–697.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Дикинсон, А. В., Пауэр, А., Хансен, М. Г., Брандт, К. К., Пилипосян, Г., Эпплби, П. и др. (2019). Загрязнение тяжелыми металлами и совместный отбор на устойчивость к антибиотикам: подход микробной палеонтологии. Environ. Int. 132: 105117. DOI: 10.1016 / j.envint.2019.105117

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Dollwet, H.Х. А. и Соренсон Дж. Р. Дж. (1985). Историческое использование соединений меди в медицине. Trace Elem. Med. 2, 80–87.

    Google Scholar

    Допп, Э., Ричард, Дж., Двиджосисвойо, З., Саймон, А., и Вингендер, Дж. (2017). Влияние индуцированного медью жизнеспособного, но не культивируемого состояния на токсичность Pseudomonas aeruginosa по отношению к эпителиальным клеткам бронхов человека in vitro. Внутр. J. Hyg. Environ. Здоровье 220, 1363–1369. DOI: 10.1016 / j.ijheh.2017.09.007

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Dwidjosiswojo, Z., Richard, J., Moritz, M. M., Dopp, E., Flemming, H.C, and Wingender, J. (2011). Влияние ионов меди на жизнеспособность и цитотоксичность Pseudomonas aeruginosa в условиях окружающей среды с питьевой водой. Внутр. J. Hyg. Environ. Здравоохранение 214, 485–492. DOI: 10.1016 / j.ijheh.2011.06.004

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Экичи, С., Янг, Х., Кох, Х. Г., и Далдал, Ф. (2012). Новый транспортер, необходимый для биогенеза cbb 3-типа цитохрома c оксидазы в Rhodobacter capsulatus . мБио 3: e00293-11.

    Google Scholar

    Эльгинди, Дж., Вагнер, Дж., И Ренсинг, К. (2009). Гены, участвующие в устойчивости к меди, влияют на выживание Pseudomonas aeruginosa на медных поверхностях. J. Appl. Microbiol. 106, 1448–1455. DOI: 10.1111 / j.1365-2672.2009.04148.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эспирито Санто, К., Лам, Э. У., Еловски, К. Г., Кваранта, Д., Домай, Д. В., Чанг, К. Дж. И др. (2011). Убивает бактерии сухими металлическими медными поверхностями. заявл. Environ. Microbiol. 77, 794–802. DOI: 10.1128 / AEM.01599-10

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эспириту Санто, К., Таудте, Н., Нис, Д. Х. и Грасс, Г. (2008). Вклад устойчивости к ионам меди в выживаемость Escherichia coli на металлических медных поверхностях. заявл. Environ. Microbiol. 74, 977–986.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Фаундес, Г., Тронкосо, М., Наваретт, П., и Фигероа, Г. (2004). Антимикробная активность медных поверхностей в отношении суспензий Salmonella enterica и Campylobacter jejuni . BMC Microbiol. 4:19. DOI: 10.1186 / 1471-2180-4-19

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хонг, Р., Кан, Т. Ю., Михельс, К.А., Гадура Н. (2012). Перекисное окисление мембранных липидов при контактном уничтожении Escherichia coli , опосредованном медным сплавом. заявл. Environ. Microbiol. 78, 1776–1784. DOI: 10.1128 / AEM.07068-11

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Jiang, N., Lv, Q.Y., Xu, X., Cao, Y. S., Walcott, R.R., Li, J.Q., et al. (2016). Индукция жизнеспособного, но некультивируемого состояния у Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis и in planta реанимация клеток на проростках томатов. Завод Патол. 65, 826–836.

    Google Scholar

    Jungfer, C., Friedrich, F., Varela Villarreal, J., Brandle, K., Gross, H.J, Obst, U., et al. (2013). Биопленки питьевой воды на меди и нержавеющей стали демонстрируют специфические молекулярные отклики на различные режимы дезинфекции на водопроводных станциях. Биообрастание 29, 891–907. DOI: 10.1080 / 084.2013.813936

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кан, Ю., Цзян, Н., Xu, X., Lyu, Q., Gopalakrishnan, V., Walcott, R., et al. (2019). Индукция и реанимация жизнеспособного, но не культивируемого состояния (VBNC) в Acidovorax citrulli , возбудителе бактериальной пятнистости плодов бахчевых культур. Фронт. Microbiol. 10: 1081. DOI: 10.3389 / fmicb.2019.01081

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Karczewska, A., и Milko, K. (2010). Влияние хелатирующих агентов на растворимость меди, свинца и цинка в загрязненных почвах и хвостохранилищах медной промышленности. Ecol. Chem. Англ. 17, 395–403.

    Google Scholar

    Ли, Д.-Г., Пак, С.Дж., и Ким, С.-Дж. (2007). Влияние материалов труб и клеток VBNC на культивируемые бактерии в модельной системе хлорированной питьевой воды. J. Microbiol. Biotechnol. 17, 1558–1562.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Lehtola, M. J., Miettinen, I. T., Keinanen, M. M., Kekki, T. K., Laine, O., Hirvonen, A., et al. (2004). Микробиология, химия и развитие биопленки в пилотной системе распределения питьевой воды с медными и пластиковыми трубами. Water Res. 38, 3769–3779.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Лемир, Дж. А., Харрисон, Дж. Дж., И Тернер, Р. Дж. (2013). Антимикробная активность металлов: механизмы, молекулярные мишени и применения. Нац. Rev. Microbiol. 11, 371–384.

    Google Scholar

    Ли Л., Мендис Н., Тригуи Х., Оливер Дж. Д. и Фаучер С. П. (2014). Важность жизнеспособного, но некультивируемого состояния бактериальных патогенов человека. Фронт.Microbiol. 5: 258. DOI: 10.3389 / fmicb.2014.00258

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лин Ю.-С., Видич Р. Д., Стаут Дж. Э. и Ю. В. Л. (1996). Индивидуальные и комбинированные эффекты ионов меди и серебра на инактивацию Legionella pneumophila . Water Res. 30, 1905–1913.

    Google Scholar

    Lutkenhaus, J. F. (1977). Роль основного белка внешней мембраны в Escherichia coli . J. Bacteriol. 131, 631–637.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Макомбер, Л., Имлай, Дж. А. (2009). Железно-серные кластеры дегидратаз являются первичными внутриклеточными мишенями токсичности меди. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 8344–8349. DOI: 10.1073 / pnas.0812808106

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Macomber, L., Rensing, C., and Imlay, J. A. (2007). Внутриклеточная медь не катализирует образование окислительного повреждения ДНК в Escherichia coli . J. Bacteriol. 189, 1616–1626.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Манайя, К. М., Нуньес, О. К., Мораис, П. В., и Да Коста, М. С. (1990). Подсчет гетеротрофных пластинок и выделение бактерий из минеральных вод на селективных и обогащающих средах. J. Appl. Бактериол. 69, 871–876.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Мэтьюз, С., Ханс, М., Маклич, Ф., и Солиоз, М. (2013). Контактное уничтожение бактерий на меди подавляется, если предотвращается контакт бактерий с металлом, и индуцируется на железе ионами меди. заявл. Environ. Microbiol. 79, 2605–2611. DOI: 10.1128 / AEM.03608-12

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мергей М., Хуба К. и Гериц Дж. (1978). Внехромосомное наследование, контролирующее устойчивость к ионам кобальта, кадмия, меди и цинка: данные лечения на Pseudomonas . Arch. Int. Physiol. Биохим. 86, 440–441.

    Google Scholar

    Мергей, М., Нис, Д. Х., Шлегель, Х. Г., Гериц, Дж., Чарльз, П., и Ван Гийсегем, Ф. (1985). Alcaligenes eutrophus Ch44 - факультативный хемолитотроф с плазмидной резистентностью к тяжелым металлам. J. Bacteriol. 162, 328–334.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Михельс, Х. Т., Нойс, Дж. О., Кивил, К. У. (2009). Влияние температуры и влажности на эффективность метициллин-резистентного Staphylococcus aureus , оспариваемого противомикробными материалами, содержащими серебро и медь. Lett. Прил. Microbiol. 49, 191–195. DOI: 10.1111 / j.1472-765X.2009.02637.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Молтени, К., Абихт, Х. К., и Солиоз, М. (2010). В уничтожении бактерий медными поверхностями участвует растворенная медь. заявл. Environ. Microbiol. 76, 4099–4101. DOI: 10.1128 / AEM.00424-10

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Monchy, S., Benotmane, M. A., Janssen, P., Vallaeys, T., Тагави, С., Ван дер Лели, Д., и др. (2007). Плазмиды pMOL28 и pMOL30 из Cupriavidus Metallidurans специализируются на максимально жизнеспособном ответе на тяжелые металлы. J. Bacteriol. 189, 7417–7425.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Монши, С., Бенотман, М.А., Ваттис, Р., Ван Элст, С., Окье, В., Борреманс, Б. и др. (2006). Транскриптомный и протеомный анализ устойчивости к меди, кодируемой pMOL30, у штамма Ch44 Cupriavidus Metallidurans . Микробиология 152, 1765–1776. DOI: 10.1099 / mic.0.28593-0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Monsieurs, P., Moors, H., Van Houdt, R., Janssen, P.J., Janssen, A., Coninx, I., et al. (2011). Устойчивость к тяжелым металлам у Cupriavidus Metallidurans Ch44 регулируется сложной транскрипционной сетью. Biometals 24, 1133–1151. DOI: 10.1007 / s10534-011-9473-y

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мора, М., Перрас А., Алехова Т.А., Винк Л., Краузе Р., Александрова А. и др. (2016). Устойчивые микроорганизмы в образцах пыли Международной космической станции-выживание специалистов по адаптации. Микробиом 4, 1–21. DOI: 10.1186 / s40168-016-0217-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Нгуен, К. К., Хьюги, К. Н., Киле, М. Л., и Наваб-Данешманд, Т. (2019). Связь между тяжелыми металлами и устойчивыми к антибиотикам патогенами человека в резервуарах окружающей среды: обзор. Фронт. Environ. Sci. Англ. 13:46. DOI: 10.1007 / s11783-019-1129-0

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Новаковска Дж., Оливер Дж. Д. (2013). Устойчивость к стрессам окружающей среды за счет Vibrio vulnificus в жизнеспособном, но некультивируемом состоянии. FEMS Microbiol. Ecol. 84, 213–222. DOI: 10.1111 / 1574-6941.12052

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Орман М. А., Бринилдсен М. П. (2013).Создание метода быстрого анализа метаболизма персистеров бактерий. Антимикробный. Агенты Chemother. 57, 4398–4409. DOI: 10.1128 / AAC.00372-13

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Отт, К. М., Брюс, Р. Дж., И Пирсон, Д. Л. (2004). Микробная характеристика свободно плавающего конденсата на борту космической станции "Мир". Microb. Ecol. 47, 133–136.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Пирсон, Д. Л.(2001). Микробное заражение космических аппаратов. Gravit. Space Biol. Бык. 14, 1–6.

    Google Scholar

    Пинди П. К., Ядав П. Р. и Шанкер А. С. (2013). Выявление условно-патогенных бактерий в пробах питьевой воды в различных сельских медицинских центрах и их клиническое воздействие на человека. Biomed Res. Int. 2013: 348250. DOI: 10.1155 / 2013/348250

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Реквизит, р., Месье, П., Майсара, М., Клемент, Л., и Бун, Н. (2016). Измерение биоразнообразия микробных сообществ с помощью проточной цитометрии. Methods Ecol. Evol. 7, 1376–1385.

    Google Scholar

    Сан, К., Лонг, Дж., Михельс, К. А., и Гадура, Н. (2015). Антимикробные поверхности из медного сплава эффективны против вегетативных, но не спорулированных клеток грамположительных Bacillus subtilis . Microbiologyopen 4, 753–763. DOI: 10.1002 / mbo3.276

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Санто, К.Э., Каранта Д. и Грасс Г. (2012). Антимикробные металлические медные поверхности убивают Staphylococcus haemolyticus через повреждение мембран. Microbiologyopen 1, 46–52. DOI: 10.1002 / mbo3.2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сарандан, М., Морар, А., Сала, К., Скурту, М., Декун, М., и Морвей, А. А. (2011). Образование биопленки на материалах, обычно используемых в бытовых системах питьевой воды. Водоснабжение 11, 252–257.

    Google Scholar

    Шоттроф, Ф., Frohling, A., Zunabovic-Pichler, M., Krottenthaler, A., Schluter, O., and Jager, H. (2018). Сублетальное повреждение и жизнеспособное, но не культивируемое состояние (VBNC) у микроорганизмов во время консервирования пищевых продуктов и биологических материалов нетепловыми процессами. Фронт. Microbiol. 9: 2773. DOI: 10.3389 / fmicb.2018.02773

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ши, Л., Гюнтер, С., Хубшманн, Т., Вик, Л. Ю., Хармс, Х. и Мюллер, С. (2007). Пределы йодида пропидия как индикатора жизнеспособности клеток экологических бактерий. Cytometry A 71, 592–598.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Stepanauskas, R., Glenn, T.C., Jagoe, C.H., Tuckfield, R.C., Lindell, A.H., King, C.J., et al. (2006). Совместная селекция на устойчивость микробов к металлам и антибиотикам в пресноводных микрокосмах. Environ. Microbiol. 8, 1510–1514.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Tian, ​​W. X., Yu, S., Ibrahim, M., Almonaofy, A. W., He, L., Hui, Q., et al. (2012). Медь как противомикробное средство против условно-патогенных бактерий и бактерий с множественной лекарственной устойчивостью Enterobacter . J. Microbiol. 50, 586–593. DOI: 10.1007 / s12275-012-2067-8

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Вандекрэн, Дж., Месье, П., Мержей, М., Лейс, Н., Аэрцен, А., и Ван Хоудт, Р. (2016). Индуцированная цинком транспозиция элементов инсерционной последовательности способствует повышенной адаптивности Cupriavidus Metallidurans . Фронт. Microbiol. 7: 359. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.00359

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Винсент, М., Дюваль, Р. Э., Хартеманн, П., Энгельс-Дойч, М. (2018). Контактные убийственные и антимикробные свойства меди. J. Appl. Microbiol. 124, 1032–1046. DOI: 10.1111 / jam.13681

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Варнес, С. Л., Кейвс, В., Кивил, К. У. (2012). Механизм поверхностной токсичности меди у Escherichia coli O157: H7 и Salmonella включает немедленную деполяризацию мембраны, за которой следует более медленная скорость разрушения ДНК, которая отличается от наблюдаемой для грамположительных бактерий. Environ. Microbiol. 14, 1730–1743. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2011.02677.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Янг Ю., Сян Ю. и Сюй М. (2015). От красного к зеленому: проницаемая для йодида пропидия мембрана Shewanella decolurationis S12 подлежит ремонту. Sci. Отчет 5: 18583. DOI: 10.1038 / srep18583

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Е, К., Линь, Х., Чжан, М., Чен, С., и Ю. X. (2020). Характеристика и потенциальные механизмы VBNC Escherichia coli с высокой толерантностью к антибиотикам, индуцированной низким уровнем хлорирования. Sci. Отчет 10: 1957. DOI: 10.1038 / s41598-020-58106-3

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ю., Дж., Ким, Д., и Ли, Т. (2010). Разнообразие микробов в биопленках на водопроводных трубах из различных материалов. Water Sci. Technol. 61, 163–171. DOI: 10.2166 / июль 2010 г.813

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Медно-никелевый сплав (CuNi) | Катушки, проволока сопротивления, печи, резка пеной | Провод сопротивления

    Сопротивление медно-никелевым сплавам

    Медно-никелевые (CuNi) сплавы - это материалы со средним и низким сопротивлением, которые обычно используются в приложениях с максимальными рабочими температурами до 400 ° C (750 ° F).

    С низкими температурными коэффициентами электрического сопротивления, сопротивления и, следовательно, производительности, независимо от температуры.Сплавы медно-никелевые механически обладают хорошей пластичностью, легко паяются и свариваются, а также обладают выдающейся коррозионной стойкостью. Эти сплавы обычно используются в сильноточных устройствах, требующих высокого уровня точности.

    Hyndman Industrial Products предлагает широкий выбор медно-никелевых сплавов и хранит самые распространенные в наличии.

    294: Общее название: Сплав 294, Купроталь 294, Нико, MWS-294, Купрон, Копель, Сплав 45, Cu-Ni 102, Cu-Ni 44
    Управление двигателем, нагревательные провода и кабели; прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры.
    Лист данных

    A30: Общее название: Сплав 30, MWS-30, Cu-Ni 23, Cuprothal 5, Cu-Ni 23, Сплав 260
    Сплав обладает низким удельным сопротивлением и высоким температурным коэффициентом сопротивления. Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
    Лист данных

    A90: Общее название: Сплав 95, Сплав 90, MWS-90, Cu-Ni 10, Cuprothal 15, Cu-Ni 10, Сплав 320 Сплав
    обладает низким удельным сопротивлением и высоким температурным коэффициентом сопротивления.Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
    Лист данных

    A180: Общее название: Сплав 180, Сплав 180, MWS-180, Cuprothal 30, Midohm, Cu-Ni 23, Никелевый сплав 180 Сплав
    демонстрирует низкое удельное сопротивление и высокий температурный коэффициент сопротивления.Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
    Лист данных

    Все названия сплавов и компаний являются товарными знаками соответствующих владельцев. Их использование не подразумевает аффилированности или одобрения.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку "Назад" и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Снижение устойчивости к противомикробным препаратам с помощью меди

    © iStock / metalhorse

    Устойчивость к противомикробным препаратам - растущая проблема во всем мире, и одна компания решает проблему, связанную с медициной, за счет инновационного использования меди.

    Всемирная организация здравоохранения объявила устойчивость к противомикробным препаратам как одну из самых серьезных угроз для здоровья человека, при этом к 2050 году от лекарственно-устойчивых заболеваний ежегодно умирает до 10 миллионов человек. Это приводит к росту ценового давления на системы здравоохранения, частный сектор, и правительства. Медь, один из наиболее пригодных для вторичной переработки материалов, является потенциально мощным естественным средством, которое может уменьшить внутрибольничные инфекции без использования антибиотиков и связанных с этим рисков устойчивости к антибиотикам.

    Copper Clothing, специализирующаяся на разработке противомикробных препаратов с добавлением меди, провела три клинических испытания совместно с NHS, чтобы проверить эффективность продуктов с добавлением меди в качестве решения проблемы устойчивости к противомикробным препаратам.

    Обращение к цифровому редактору Health Europa Стефани Прайс, генеральный директор Copper Clothing, Рори Доннелли, обсуждает клинические испытания с NHS, влияние COVID-19 на устойчивость к противомикробным препаратам и раскрытие «самого большого дара природы».”

    Исследование эффективности меди

    Медь используется в медицине на протяжении тысячелетий. В коллекции Гиппократа медь рекомендована для лечения язв на ногах, связанных с варикозным расширением вен, а согласно Европейскому медному альянсу, Гиппократ лечил медью открытые раны и раздражения кожи. В ходе клинических испытаний Copper Clothing NHS изучали эффективность использования меди в кесаревом сечении, в чулках и медной одежде по сравнению с обычным серебряным пластырем, а в дальнейших лабораторных исследованиях изучалась его эффективность против MRSA, инфекций Staph и K.pneumoniae, а также сравнивая его использование с противомикробными препаратами, в которых используются серебро и мед.

    Доннелли сказал: «Компания Copper Clothing с 2012 года занимается исследованием и разработкой высокоинновационных средств внедрения силы меди в повседневные товары. Самым большим препятствием, с которым мы все еще сталкиваемся сегодня, является отсутствие доверия и веры в новые, подлинные, трансформирующие инновации. Это потому, что их так редко можно найти.

    «Возможность сотрудничать с NHS для независимого тестирования трех продуктов, содержащих медь, в трех отдельных клинических испытаниях, дала нам возможность подтвердить надежность и необходимость такой технологии, которая использовалась на протяжении всей истории как естественное противодействие. -микробный.Наша главная цель состояла в том, чтобы продемонстрировать способность снижать уровень инфицирования в областях, которые клиницисты, проводящие исследование, определили как наиболее важные. Это были районы с самым высоким уровнем инфицирования, что привело к более высоким затратам на лечение инфекций, которые в первую очередь можно было предотвратить ».

    Двойное слепое рандомизированное контролируемое исследование ран после кесарева сечения, проведенное с помощью NHS, продемонстрировало значительное снижение общей частоты инфицирования области хирургического вмешательства (SSI) на 38,7% и 80%.Уменьшение ИОХВ органа / пространства на 3% с использованием пропитанной медью повязки на рану. Сепсис является основной причиной материнской заболеваемости, поэтому внедрение материалов, пропитанных медью, в акушерстве и гинекологии может оказать значительное влияние на снижение инфекций.

    Медь используется в косметической индустрии из-за ее способности стимулировать выработку коллагена и эластина для более мягкой и здоровой кожи. Одно из клинических испытаний Copper Clothing с использованием компрессионных чулок, которые являются основным средством лечения липодерматосклероза (вторичного по отношению к хроническому заболеванию вен), продемонстрировало положительное влияние меди на это состояние с уменьшением площади поверхности липодерматосклероза.

    «Исследование медных носков, проведенное участником в том же дерматологическом центре с участием 60 здоровых добровольцев, показало, что после 30 дней ношения медных носков в коже их ног было обнаружено на 30% больше эластина по сравнению с контрольной группой. Это исследование было рецензировано и опубликовано в журнале », - добавил Доннелли.

    «Во всех трех рандомизированных контролируемых испытаниях приняли участие около 1000 пациентов. Они подчеркнули, что медь полностью безопасна, и не было никаких побочных реакций на использование продуктов, содержащих медь.Кроме того, был сделан вывод о статистически значимом результате, подчеркивающем роль меди в значительном улучшении качества ухода за пациентами при одновременном снижении затрат, связанных с инфекцией, как для пациента, так и для поставщика медицинских услуг ».

    Медь и устойчивость к антимикробным препаратам

    Текущая пандемия COVID-19 вызывает растущую озабоченность по поводу устойчивости к противомикробным препаратам, поскольку пациентов с тяжелыми случаями вируса лечат различными противовирусными препаратами, антибиотиками и противогрибковыми препаратами, что подчеркивает необходимость альтернативных решений.

    «Медь может играть важную роль в обществе, что становится все более понятным из-за нынешней пандемии COVID-19. Мысль о том, что простой вирус может вызвать столько смертей, вызвать столько страха и остановить экономику во всем мире, подчеркивает, насколько мы чувствительны и уязвимы для природы. Наша цель - естественным образом внедрить нашу технологию в повседневные продукты, чтобы пользователи могли извлечь выгоду из мощности меди », - сказал Доннелли.

    «Основным свойством, которое мы смогли подтвердить не только в клинических испытаниях, но и в ходе обширного лабораторного тестирования in vitro, была эффективность ионов меди, введенных в материалы, против бактерий, грибков и вирусов при контакте.Наше исследование не только подчеркнуло эффективность традиционных методов лечения в клинических условиях, но и показало резкую разницу в эффективности при использовании независимой лаборатории против некоторых ведущих антимикробных повязок, таких как серебро, мед. , и йод сегодня продается по всему миру.

    «В недавнем исследовании всемирно известного дерматологического центра в Великобритании мы смогли независимо подтвердить в ходе испытаний на людях, что наши медные пластыри работают на 90% лучше, чем ведущие мировые бренды серебряных пластырей.”

    Медь - важный микроэлемент, присутствующий во всех живых организмах. Он обладает способностью индуцировать фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), который стимулирует ангиогенез. Ангиогенез играет ключевую роль в продвижении новых кровеносных капилляров, чтобы помочь свежей насыщенной кислородом крови и питательным веществам добраться до места раны и, следовательно, помочь быстрее заживить рану.

    «Наша запатентованная технология использует силу ионов меди за счет олигодинамического действия, более известного как олигодинамический эффект.Это способность небольших количеств определенных металлов оказывать смертельное действие на патогенные клетки. Некоторые металлы более эффективны, чем другие. Мы определили медь как наиболее эффективную и экономичную из-за ее репутации одного из лучших проводников электричества », - сказал Доннелли.

    «Ионы меди вызывают« шизофреническую »реакцию, которая электростатически разрывает и разрушает внешнюю клеточную мембрану любого патогенного микроба, с которым он вступает в контакт. Прокалывая внешнюю клеточную мембрану бактерий или вирусов, ионы меди затем могут разрушить РНК или ДНК, чтобы предотвратить репликацию клетки.Это чрезвычайно важно понимать, поскольку без РНК или ДНК патогенный микроб больше не может реплицироваться и, следовательно, становится устойчивым к меди ».

    Инфекции, приобретенные в больнице, также известные как нозокомиальные инфекции, представляют собой бактериальные, грибковые или вирусные инфекции, приобретенные в больнице, доме престарелых, реабилитационном учреждении, амбулаторной клинике или других медицинских учреждениях. Согласно отчету правительства Великобритании, взрослые, которые заразились ИСМП, остаются в больнице в 2,5 раза дольше, чем пациенты, которые не инфицированы.Они также, вероятно, понесут больничные расходы, которые в 3 раза больше, чем у здоровых пациентов, что, по оценкам, обходится NHS примерно в 1 миллиард фунтов стерлингов в год.

    Доннелли сказал: «Мы совершили« прорыв »еще в 2012 году, когда профессор Билл Кивил из Саутгемптонского университета провел лабораторные испытания нашей запатентованной ткани из меди и бамбука, подчеркнув, что ионы меди убивают MRSA при контакте. Первоначальная скорость уничтожения в течение первых 30-40 минут контакта с медно-нейлоновой тканью была на самом деле выше, чем со 100% металлической медью.С тех пор наша разработка тканей значительно повысила скорость разрушения.

    Еще один независимый лабораторный тест, который мы провели in vitro, показал, что наша технология медной ткани убила 99,99999% MRSA. Другие независимые рецензируемые исследования медной одежды также показали эффективность меди против ВИЧ, чтобы показать степень надежности этой новой волны технологий ».

    Следующие шаги

    Повязки, пропитанные медью, могут предложить эффективное и естественное решение общих проблем со здоровьем и могут дать возможность сэкономить как расходы на здравоохранение, так и жизни.Сейчас компания Copper Clothing стремится создать технологию, которая была бы достаточно рентабельной, чтобы заменить обычную повязку на рану, что сделало бы медь первой линией лечения для предотвращения инфекций.

    «Значение результатов демонстрирует путь к обеспечению более высокого качества лечения пациентов и подчеркивает значительную потенциальную экономию затрат и экологической экономии для органов здравоохранения и правительств во всем мире. В простейшей форме это можно увидеть по стоимости серебра за унцию по сравнению со стоимостью меди за унцию », - сказал Доннелли.

    «Экономия средств не ограничивается только ценой на нашу технологию. Это снижает текущие затраты, связанные с лечением инфекций, начиная с сокращения количества дней, проведенных пациентами, и влияния использования антибиотиков для решения дальнейших проблем, которые можно было бы предотвратить, в первую очередь используя наиболее эффективное лечение. Мы решаем эту проблему и очень рады появлению новых технологий в секторах, в которых мы добиваемся огромного прогресса.

    «Сейчас наша основная цель - продолжить работу, которую мы делаем в медицинском секторе.Мы понимаем важность правил и аккредитации в этой отрасли специально для обеспечения безопасности использования продуктов. В настоящее время мы проходим одобрение FDA и CE. Мы считаем, что, укрепляя доверие, мы укрепим доверие к работе в других секторах.

    «В результате успеха первых трех клинических испытаний NHS мы были приглашены для проведения следующих трех клинических испытаний с участием до 3000 участников, которые, как ожидается, начнутся в конце 2020 года.Только через сотрудничество с другими организациями и глобальными партнерами мы сможем полностью реализовать потенциал этого материала в улучшении жизни. В конечном итоге мы раскрываем самый большой дар природы. Антимикробная сила меди должна быть реализована во всем мире доступным и экономичным способом. Планируется, что однажды это поможет предотвратить проблемы, которые мы видим сегодня, вызванные коронавирусом ».

    Устойчивость к меди необходима для вирулентности Mycobacterium tuberculosis

    Реферат

    Медь (Cu) необходима для многих биологических процессов, но токсична, когда присутствует в чрезмерных количествах.В этом исследовании мы приводим доказательства того, что Cu играет решающую роль в борьбе с туберкулезом. Мутант Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ), лишенный белка канала внешней мембраны Rv1698, накапливал в 100 раз больше Cu и был более восприимчив к токсичности Cu, чем WT Mtb . Сходные фенотипы наблюдались для мутанта M. smegmatis , лишенного гомолога Ms3747, демонстрируя, что эти микобактериальные белки-переносчики меди B (MctB) необходимы для устойчивости к Cu и поддержания низких внутриклеточных уровней Cu.Морские свинки ответили на инфекцию Mtb увеличением концентрации Cu в поражениях легких. Потеря MctB привела к снижению бактериальной нагрузки в легких и лимфатических узлах соответственно в 1000 и 100 раз у морских свинок, инфицированных Mtb . У мышей дефект устойчивости мутанта Mtb mctB усугублялся добавлением Cu в рацион. Эти эксперименты предоставляют доказательства того, что Cu используется млекопитающим-хозяином для борьбы с инфекцией Mtb и что механизмы устойчивости к Cu имеют решающее значение для вирулентности Mtb .Важно отметить, что Mtb гораздо более восприимчив к Cu, чем другие бактерии, и погибает in vitro за счет более низких концентраций Cu, чем те, которые обнаруживаются в фагосомах макрофагов. Следовательно, это исследование показывает ахиллесову пяту Mtb , которая может быть многообещающей мишенью для химиотерапии туберкулеза.

    Одним из наиболее опасных возбудителей заболеваний для человечества является Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ). Ключевым компонентом иммунного ответа на Mtb является IFN-γ-опосредованная активация макрофагов, приводящая к эффективному созреванию фагосом с повышенной способностью убивать внутриклеточные патогены за счет использования ряда гидролитических ферментов, бактерицидных пептидов и реактивного кислорода и промежуточные соединения азота (1).Белки меди (Cu) широко используются в реакциях переноса электрона в присутствии кислорода из-за высокого окислительно-восстановительного потенциала Cu (II) / Cu (I) (2). Следовательно, Cu является важным питательным веществом для многих бактерий, но он также токсичен из-за катализируемого Cu (I) образования гидроксильных радикалов из перекиси водорода или других механизмов (3). Чтобы избежать любых свободных ионов Cu, клетки используют Cu-специфические шапероны, запасные белки и системы оттока (4). Ранние наблюдения показали, что токсичность свободной Cu (I) в присутствии перекиси водорода может использоваться иммунной системой человека для борьбы с бактериальными патогенами (5, 6).Недавние эксперименты in vitro с макрофагами показали, что IFN-γ стимулировал доставку Cu-транспортера ATP7A к пузырькам, которые сливаются с фагосомами, увеличивая их содержание Cu и их бактерицидную активность против Escherichia coli (7). Первым признаком того, что иммунная система может использовать Cu также для контроля роста микобактерий, было обнаружение значительного увеличения концентрации Cu в фагосомном компартменте макрофагов, инфицированных M. avium (8).

    Анализ транскриптома идентифицировал 30 Cu-чувствительных генов в Mtb (9), предполагая, что Mtb сталкивается с критическими концентрациями Cu в течение своего жизненного цикла. Ген ctpV ( rv0969 ) является частью Cu-индуцированного оперона, контролируемого транскрипционным регулятором CsoR (10), и, вероятно, кодирует Cu-специфический насос оттока внутренней мембраны (9, 10). Однако мутант ctpV не обнаружил явного дефекта вирулентности у мышей и морских свинок (11).Кроме того, Mtb продуцирует металлотионин MymT, небольшой белок, который связывает до шести ионов Cu (I) и частично защищает Mtb от токсичности Cu (12). Отсутствие MymT также не снижает вирулентность Mtb у мышей (12). Эти исследования показывают, что механизмы устойчивости к Cu существуют в Mtb . Однако неизвестно, достаточны ли концентрации Cu в фагосомах для уничтожения Mtb in vivo и насколько важны защитные механизмы Cu для вирулентности Mtb .

    Здесь мы представляем доказательства того, что белок канала внешней мембраны Rv1698 (13) является частью механизма устойчивости к Cu, который обеспечивает низкие внутриклеточные уровни Cu в Mtb и защищает бактерии от токсического воздействия избытка Cu. Важно отметить, что мы показываем, что Rv1698 необходим для полной вирулентности Mtb у морских свинок и что морские свинки реагируют на инфекции Mtb увеличением концентрации Cu в поражениях легких. Это исследование предоставляет экспериментальные доказательства того, что устойчивость к Cu имеет решающее значение для выживания Mtb у животных-хозяев, устанавливает Cu в качестве антимикобактериального инструмента, используемого иммунной системой, и определяет механизм устойчивости, с помощью которого избыток ионов Cu ограничивается внутри бактерии.

    Рукописный текст

    Для изучения физиологических функций белка канала внешней мембраны Rv1698 Mtb и его гомолога в M. smegmatis, Ms3747, мы сконструировали M. smegmatis мутант ML77, лишенный экспрессии ms3747. Ген ( SI Приложение , рис. S1 A и B ). Эксперименты вестерн-блоттинга продемонстрировали отсутствие белка Ms3747 в детергентных экстрактах ML77 (фиг. 1 A ).ML77 обнаружил серьезный дефект роста на чашках с агаром Миддлбрук 7h20. Этот фенотип был восстановлен путем экспрессии ms3747 или rv1698 ( SI Приложение , фиг. S2). Удивительно, но ML77 рос аналогично WT M. smegmatis SMR5 в среде Лурия-Бертани (LB), что указывает на то, что ML77 не имеет общего дефекта роста, а скорее может быть более восприимчивым к токсическому соединению, присутствующему в агаре Миддлбрука 7h20. Действительно, ML77, как и M. smegmatis WT , рос на чашках из агара 7h20 без добавления меди (рис.1 B ), но ухудшалось в присутствии 25 мкМ CuSO 4 (рис. 1 B ), демонстрируя, что отсутствие Ms3747 делает M. smegmatis чувствительными к меди. Этот фенотип был отменен экспрессией либо ms3747 , либо rv1698 ( SI Приложение , рис. S2), что указывает на то, что чувствительность ML77 к Cu была исключительно из-за отсутствия Ms3747 и что гомолог Mtb Rv1698 имеет аналогичную функцию.

    Фиг.1.

    MctB необходим для устойчивости к меди и поддержания низкой внутриклеточной концентрации меди у M. smegmatis . ( A ) Экспрессия ms3747 в M. smegmatis . Белки экстрагировали 2% SDS из M. smegmatis WT , мутанта ML77 ms3747 и ML77, дополненного вектором экспрессии pML451 ms3747 . Белки определяли с помощью вестерн-блоттинга с использованием моноклонального антитела 5D1.23. ( B ) Серийные разведения культур M.smegmatis SMR5 (WT), ML77 (Δ mctB ) и ML77, дополненный mctB , были нанесены на чашки с агаром 7h20 без или с CuSO4 в концентрации 25 мкМ. ( C ) M. smegmatis SMR5 (черные столбцы) и Δ ms3747 мутант ML77 (серые столбцы) выращивали в самодельной среде Миддлбрука 7H9 с 0, 6,3 или 25 мкМ CuSO 4 . Образцы отбирали после выращивания в течение 36 ч. Медь определяли путем измерения поглощения комплекса Cu (II) –дитизон при 553 нм.

    Минимальные ингибирующие концентрации 100 и 250 мкг / мл CuSO 4 на чашках с агаром 7h20 были определены для ML77 и WT M. smegmatis , соответственно ( SI Приложение , рис. S3). Концентрации 200 мкМ AgNO 3 также ухудшали рост ML77 по сравнению с WT M. smegmatis , тогда как HgCl 2 и CoCl 2 не оказывали влияния ( SI Приложение , рис. S4). Эти результаты показали, что Ms3747 необходим для нормального роста M.smegmatis в присутствии повышенных концентраций ионов Cu (II) и Ag (I).

    ML77 в жидких культурах Миддлбрука 7H9 образовывал большие скопления, в отличие от родительского штамма WT ( SI Приложение , рис. S5). Подобный фенотип часто вызывается повышенной гидрофобностью клеточной поверхности. Однако полный липидный анализ не выявил каких-либо различий между M. smegmatis WT и ML77. Кроме того, гидрофобность поверхности не изменилась, как определено адсорбцией Конго Ред.Эти результаты предполагают специфический дефект ML77, выращенного в жидкой среде 7H9, в отличие от общего дефекта в архитектуре мембраны или липидных свойствах.

    Чтобы изучить, как Ms3747 способствует устойчивости к Cu M. smegmatis, WT M. smegmatis и мутант ms3747 ML77 выращивали в отсутствие или в присутствии 6,3 или 25 мкМ Cu в самодельной среде 7H9. , а содержание Cu в клеточных лизатах определяли путем измерения Cu (II) -специфических изменений абсорбции дитизона (14).Содержание Cu в M. smegmatis WT не изменялось независимо от внешней концентрации Cu (II). Напротив, содержание Cu в ML77 увеличивалось в 11 раз при 25 мкМ внешней Cu (II) (рис. 1 C ). Эти результаты показывают, что Ms3747 участвует в поддержании низких гомеостатических уровней внутриклеточной меди.

    Комплементация чувствительности Cu мутанта ms3747 rv1698 и ms3747 ( SI Приложение , рис. S2), канальной активности Rv1698 in vitro (13) и того факта, что канал внешней мембраны белки участвуют в транспортных процессах, это указывает на то, что эти белки участвуют в транспорте меди.Отток - известный механизм устойчивости к меди у других бактерий (15). Поэтому мы предлагаем назвать эти белки MctB (микобактериальный транспортный белок B Cu).

    Чтобы изучить функцию mctB в Mtb , мы сконструировали мутант аналогично тому, как это было сделано для M. smegmatis (рис. 2 A ). Немаркированный mctB мутант Mtb ML256 был подтвержден с помощью специфических рестрикционных перевариваний ( SI Приложение , фиг. S6) и секвенирования ПЦР-фрагмента, амплифицированного из хромосомной ДНК.Чтобы получить MctB-специфическое антитело, гибридомы были созданы из В-клеток, собранных от мышей, иммунизированных рекомбинантным белком MctB Mtb , очищенным из E. coli . Моноклональное антитело 5D1.23 было единственным антителом, которое распознало белки MctB как из Mtb , так и из M. smegmatis . Вестерн-блоттинг с использованием антитела 5D1.23 показал, что mctB экспрессируется в Mtb h47Rv, выращенных в среде Миддлбрука 7H9, но отсутствует в ML256 (рис.2 В ). Экспрессия mctB Mtb была восстановлена ​​путем интеграции плазмиды pML955 ( SI, приложение , таблица S2) в сайт attB микобактериофага L5 (фиг. 2 B ). Разницы в росте не наблюдалось для WT Mtb , ML256 (Δ mctB ) и ML257 (Δ mctB , attB L5 :: mctB Mtb ) на чашках с агаром 7h21 со следами Cu ( Рис.2 C ), демонстрируя, что отсутствие mctB не вызывает общего дефекта роста в Mtb .Однако в присутствии 150 мкМ CuSO 4 мутант mctB ML256 показал серьезный дефект роста в отличие от WT Mtb (фиг. 2 C ). Рост ML256 в присутствии CuSO 4 был частично восстановлен экспрессией mctB Mtb (фиг. 2 C ). Этот результат согласуется с шестикратным более низким уровнем белка MctB Mtb по сравнению с WT Mtb , как определено количественной оценкой вестерн-блоттинга белковых экстрактов (рис.2 В ). Ингибирование роста мутанта ML256 mctB под действием Cu было даже более выраженным в жидкой среде. Без Cu все штаммы росли с одинаковой скоростью, тогда как мутант mctB не рос в присутствии 100 мкМ CuSO 4 в отличие от WT Mtb и комплементарного мутанта (рис. 2 D ).

    Рис. 2.

    MctB необходим для устойчивости к меди и поддержания низкой внутриклеточной концентрации меди у M. tuberculosis .( A ) Схематическое изображение хромосомной области rv1698 M. tuberculosis h47Rv (WT). Фрагмент длиной 39 п.н. был заменен сайтом loxP длиной 45 п.н. в 5'-части гена, вводящего стоп-кодоны во всех трех рамках считывания, с целью конструирования мутанта с делецией rv1698 ML256 путем гомологичной рекомбинации. Гены нарисованы в масштабе. ( B ) Экспрессия mctB в Mtb . Белки экстрагировали 2% SDS из WT Mtb и мутанта mctB ML256.ML257 является производным ML256, несущим интегрирующий вектор экспрессии mctB pML955. Белки определяли с помощью вестерн-блоттинга с использованием MctB-специфического моноклонального антитела 5D1.23. ( C ) Восприимчивость к меди. Серийные разведения лог-фазовых культур Mtb h47Rv (WT), ML256 (Δ mctB ) и ML257 ( + mctB ) были нанесены на агаре 7h21 / OADC без или с CuSO 4 в концентрации 150 мкМ. ( D ) Дефект роста Mtb Δ мутант mctB . Mtb WT, Δ mctB мутант ML256 и комплементарный мутант ML257 выращивали в среде 7h20 с добавлением пептона (1 г / л) с или без 100 мкМ CuSO 4 . Оптическую плотность при 600 нм измеряли в указанные моменты времени. ( E ) Mtb (черные столбцы), Δ mctB мутант ML256 (светло-серые столбцы) и дополненный мутант ML257 (темно-серые столбцы) выращивали в минимальной среде с 0,8, 6,3 или 25 мкМ CuSO. 4 .Медь определяли путем измерения поглощения комплекса Cu (II) -дитизон при 553 нм.

    Чтобы точно оценить восприимчивость Mtb к меди, необходимо было избегать содержания в среде альбумина, который, как известно, связывает ионы Cu в больших количествах (3). Действительно, высокая чувствительность к Cu у мутанта ML77 M. smegmatis mctB была полностью преодолена добавлением альбумина или OADC, альбуминсодержащей добавки в среду для Mtb .Таким образом, Mtb выращивали в минимальной среде Хартман-де-Бон (HdB) и высевали на чашки с агаром HdB, содержащие различные концентрации CuSO 4 ( SI Приложение , рис. S7). Все штаммы Mtb нормально росли при 1,5 мкМ CuSO 4 . Рост ≥24 мкМ CuSO 4 не наблюдался, что указывает на то, что Mtb более восприимчив к Cu, чем M. smegmatis , который переносил до 100 мкМ Cu ( SI Приложение , рис. S3). Серийные разведения культур Mtb h47Rv и ML256 (Δ mctB ) на чашках 7h21 / OADC показали, что добавление Cu (I) -хелатирующего дисульфоната батокупроина (BCS) восстанавливает рост WT Mtb и mctB мутант ML256 в присутствии 150 мкМ CuSO 4 ( SI Приложение , рис.S8), что указывает на то, что Cu (I) является токсичным видом Cu для Mtb , что согласуется с предыдущими выводами (12).

    Количество Cu, накопленное WT Mtb , было постоянно низким и не зависело от внешних концентраций CuSO 4 , как определено анализом дитизона (рис. 2 E ). Напротив, содержание Cu в ML256 резко увеличивалось в 100 раз с увеличением концентрации CuSO 4 в среде (рис. 2 E ), демонстрируя существенную роль MctB в поддержании низкой концентрации Cu в Mtb .Этот эффект был дополнен в ML257 экспрессией mctB , что указывает на то, что никакая другая мутация не вызывала чувствительность к Cu мутанта mctB . Однако эта комплементация была лишь частичной, вероятно, из-за более низкой экспрессии интегрированного гена mctB в ML257 в отличие от полной комплементации, когда mctB экспрессировался на более высоком уровне в мутанте M. smegmatis ML77 (рис. . 1 B ).

    Следует отметить, что внутриклеточная концентрация Cu в Mtb была более чем в 10 000 раз ниже, чем измеренная в M.Смегматис . Снижение уровня меди в Mtb может быть связано с его более медленным ростом, который, вероятно, требует гораздо меньше меди по сравнению с M. smegmatis . Взятые вместе, эти результаты демонстрируют, что MctB требуется Mtb и M. smegmatis для устойчивости к Cu и для поддержания низких внутриклеточных уровней Cu.

    Чтобы изучить специфичность MctB, мы протестировали чувствительность мутанта Mtb mctB к другим физиологически значимым переходным металлам, таким как Fe (III), Zn (II), Mn (II) и Ni (II), в аналогичных условиях. условия как для Cu (II).Выбранные концентрации были на уровне или выше концентраций, ранее определенных в содержащих микобактерии фагосомах инфицированных макрофагов (8). За исключением меди, ни один из протестированных ионов металлов не нарушал рост мутанта mctB ( SI Приложение , рис. S9 A ). Напротив, рост мутанта mctB был замедлен Cu (II) на два порядка, демонстрируя, что mctB является Cu-специфичным ( SI Приложение , рис.S9 A ).

    Экспрессия гена mymT , кодирующего медь-связывающий металлотионеин Mtb , индуцировалась в 1000 раз в ответ на медь и оксид азота (12). Таким образом, альтернативное объяснение увеличения чувствительности к Cu у мутанта mctB ML256 может заключаться в том, что недостаток MctB может косвенно снижать экспрессию mymT . Однако дот-блоттинг с MymT-специфическим антителом показал, что экспрессия mymT сильно индуцировалась до аналогичных уровней во всех трех штаммах в присутствии 100 мкМ CuSO 4 ( SI Приложение , рис.S10). Кроме того, эксперименты по разведению агара также показали, что мутант Mtb mctB не был более чувствителен к соединениям, вырабатывающим оксид азота ( SI, приложение , рис. S9, C ), перекись водорода ( SI, приложение , рис. S9). D ) или SDS ( SI Приложение , рис. S9 B ). Взятые вместе, эти эксперименты показали, что делеция mctB не вызывает плейотропного дефекта, который сделал бы Mtb более восприимчивым к реактивным промежуточным соединениям азота и кислорода или активным соединениям клеточной стенки, таким как SDS, но скорее это повышенное накопление, которое делает мутант Mtb mctB более чувствителен к меди.

    Чтобы оценить роль устойчивости к меди в целом и MctB в вирулентности Mtb в частности, мышей BALB / c инфицировали аэрозолями, содержащими Mtb h47Rv, мутант mctB ML256 и комплементарный мутант ML257. . На третьей неделе после заражения было обнаружено в 10 раз меньше бацилл ML256 по сравнению с WT Mtb ( SI Приложение , рис. S11 A ). Однако экспрессия mctB не восстанавливала полную вирулентность в штамме ML257, вероятно, из-за шестикратного снижения уровней MctB в ML257 по сравнению с WT Mtb (рис.2 B ) и / или значительно более низкий начальный посев для мышей, инфицированных ML257. Важно отметить, что выживаемость Mtb mctB мутанта ML256 в легких мышей была серьезно нарушена, что привело к 100-кратному снижению бактериальной нагрузки по сравнению с WT Mtb у мышей, которых кормили CuSO 4 в своем рационе ( SI Приложение , рис. S11 B ). Эти наблюдения показывают, что нарушение выживаемости ML256 является Cu-специфическим эффектом. Дополнительное подтверждение полезного действия Cu на мышей, инфицированных Mtb , было получено с помощью гистопатологии.Срезы легких мышей, инфицированных WT Mtb и ML256, показали значительно меньшее количество лимфоцитарных инфильтратов и меньшее количество общих повреждений, когда мышей кормили дополнительной медью ( SI Приложение , фиг. S12).

    Обнаружение того факта, что гипоксия индуцирует транспорт Cu в макрофаги и, таким образом, увеличивает их бактерицидный потенциал (7, 16), а также тот факт, что гипоксия не существует у мышей, инфицированных Mtb (17), указывает на то, что мыши не могут быть хорошими животная модель для изучения роли MctB в вирулентности Mtb .Напротив, у морских свинок Mtb вызывает образование дискретных гранулематозных поражений с центральным некрозом и дистрофической минерализацией, как у людей. Мы считали образование этих гипоксических гранулем важным для оценки роли Cu в иммунной системе млекопитающих, поскольку было показано, что ограничение кислорода стимулирует доставку Cu к фагосомам, содержащим бактерии (16). Чтобы изучить роль Cu в реакции морских свинок на инфекцию Mtb , мы выделили, микродиссектировали и объединили гранулемы из легких морских свинок, инфицированных WT Mtb h47Rv, и проанализировали следовые количества минералов с помощью пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии, как описано ( 18).Концентрация Cu в изолированных первичных гранулемах, где сконцентрированы бациллы, была значительно увеличена по сравнению с непораженной паренхимой легкого (рис. 3 A ). Эти данные показывают, что Mtb подвергается воздействию повышенных концентраций Cu in vivo в поражениях легких морских свинок, и указывают на то, что морские свинки являются лучшей животной моделью для оценки роли устойчивости к Cu для вирулентности Mtb . Следовательно, морских свинок инфицировали низкими дозами аэрозолей h47Rv дикого типа, изогенным мутантом Δ mctB (ML256) или комплементированным мутантом ML257.Через 30 дней после инфицирования бактериальная нагрузка мутанта ML256 Δ mctB в легких инфицированных морских свинок была снижена более чем в 1000 раз по сравнению с WT Mtb . Низкий уровень экспрессии mctB в ML257 частично дополнял этот дефект вирулентности (фиг. 3 B ). Мутант Δ mctB также имел значительно нарушенную диссеминацию из легких в дренирующие лимфатические узлы по сравнению со штаммами WT и дополненными (ML257) штаммами, но его способность распространяться из легких в селезенку не влияла (рис.3 В ). Несмотря на свой сильный дефект вирулентности, Δ mctB мутант ML256 сохранял способность вызывать характерные воспалительные поражения в легких, лимфатических узлах и селезенках инфицированных морских свинок. Кроме того, микрофотографии типичных легких, лимфатических узлов и селезенки для ML256, ML257 и WT Mtb h47Rv показывают характерные гранулематозные воспалительные очаги с некрозом центрального поражения ( SI Приложение , Рис. S13, Рис. S14 и Рис. S15. ), указывая на то, что ослабление мутанта Δ mctB не повлияло существенно на ответ хозяина по сравнению с WT Mtb .Взятые вместе, эти данные показывают, что потеря MctB вызвала серьезный дефект вирулентности Mtb у морских свинок, что в первую очередь связано с гораздо более низкой бактериальной нагрузкой в ​​легких.

    Рис. 3.

    MctB-опосредованная резистентность к меди необходима для вирулентности M. tuberculosis у морских свинок. ( A ) Концентрации Cu в гранулематозных поражениях морских свинок, инфицированных Mtb h47Rv. Ткань Cu измеряли с помощью атомно-абсорбционной спектроскопии в гомогенатах паренхимы легких пяти неинфицированных морских свинок, и объединенные первичные гранулемы выделяли микродиссекцией из легких пяти инфицированных морских свинок.* P ≤ 0,05. ( B - D ) Морских свинок инфицировали Mtb WT h47Rv (темно-серые столбцы), Δ mctB мутантом ML256 (средние серые столбцы) и комплементарным мутантом ML257 (светло-серые столбцы). ( B ) Бактериальную нагрузку в легких, лимфатическом узле и селезенке определяли на основе гомогенатов тканей морских свинок через 30 дней после инфицирования. * P ≤ 0,05, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001; количество инфицированных животных на точку данных: n = 5.( C ) Поражения легких количественно оценивали по площади общей паренхимы легкого, пораженной гранулематозным воспалением. Данные представляют собой средний процент пораженного легкого для каждой группы лечения или средний процент площади очагов некроза. * P ≤ 0,05, ** P ≤ 0,01; n = 5. ( D ) Поражения лимфатических узлов количественно оценивали по площади общей паренхимы лимфатических узлов, пораженной гранулематозным воспалением. Данные представляют собой средний процент пораженных лимфатических узлов для каждой группы лечения или средний процент площади поражений с некрозом.* P ≤ 0,05, ** P ≤ 0,01; n = 5.

    Обсуждение

    MctB (Rv1698, Ms3747) был обнаружен как белок канала внешней мембраны без гомологов с известной функцией (13). В этом исследовании мы показываем, что MctB необходим для поддержания нетоксичного уровня внутриклеточной Cu в микобактериях, подразумевая, что MctB участвует в оттоке Cu. Подтверждением этой гипотезы является открытие, что мутанты mctB более восприимчивы к меди в отличие от мутантов порина, которые обычно более устойчивы к транспортируемым растворенным веществам (19).Функционально подобные белки известны у грамотрицательных бактерий. Например, система оттока Cus необходима для эффективной устойчивости к Cu E. coli и состоит из внутреннего мембранного насоса CusA, внешнего мембранного канала CusC и слитого белка периплазматической мембраны CusB (20). Наше открытие, что Ms3747 необходим для устойчивости M. smegmatis к Cu (I) и Ag (I), указывает на то, что основным субстратом этой системы оттока являются цитотоксические ионы Cu (I). Взаимодействие MctB с предполагаемым отводящим насосом Cu CtpV (9) могло бы обеспечить ионную специфичность и энергию оттока против градиента концентрации и, следовательно, могло бы объяснить удивительную специфичность поры MctB для Cu (I) и Ag (I). несмотря на большую проводимость одного канала, равную 4.3 нСм (13). Этот принцип демонстрируется трехкомпонентной системой оттока металлов и лекарств у грамотрицательных бактерий (21).

    Минимальная ингибирующая концентрация Cu для Mtb составляет <24 мкМ ( SI Приложение , рис. S7), что намного ниже, чем у E. coli (≈3 мМ) или других бактерий (20 ). Кроме того, Cu, по-видимому, является бактерицидным для Mtb (9) в отличие от M. smegmatis , рост которого сильно замедляется из-за высоких концентраций Cu ( SI Приложение , рис.S3), но со временем восстанавливается, давая колонии нормального размера. Важно отметить, что концентрации Cu в диапазоне минимальной ингибирующей концентрации для Mtb были определены в фагосомах макрофагов, инфицированных M. avium и Mtb , с помощью микрозондовой рентгеновской флуоресценции (8). Таким образом, концентрации Cu, смертельные для Mtb , по-видимому, существуют в фагосоме активированных макрофагов. Эти данные показывают, что макрофаги используют Cu в качестве защитного оружия против Mtb и, возможно, других бактериальных патогенов.Действительно, переносчик Cu ATP7A был необходим для полной бактерицидной активности макрофагов против E. coli (7). Интересно, что как IFN-γ, так и гипоксия стимулируют перенос Cu-транспортера ATP7A от Golgi к фагосомам (7, 16). Гипоксия также увеличивала экспрессию импортера Cu CTR1 (рис.4) и, следовательно, стимулировала поглощение Cu макрофагами, что приводило к увеличению доставки Cu к транспортеру ATP7A Cu, переносу ATP7A в цитоплазматические везикулы и снижению экспрессии Cu-содержащих ферментов (16).Таким образом, при стимуляции IFN-γ и в условиях гипоксии, оба из которых являются критическими ответами иммунной системы на инфекцию Mtb (17, 22), макрофаги увеличивают поглощение Cu и перенаправляют доступную Cu на ATP7A для доставки в фагосомы. (Рис. 4).

    Рис. 4.

    Роль меди в бактерицидной активности макрофагов и модель механизмов резистентности к меди M. tuberculosis . Cu (II) поглощается плазматической мембраной макрофагов высокоаффинным переносчиком Cu Ctr1 (32).Cu-шаперон Atox1 - это цитоплазматический Cu-связывающий и транспортный белок, который взаимодействует с Cu (II) -транспортной АТФазой Atp7A (33). В макрофагах, стимулированных IFN-γ или гипоксией, цитоплазматические везикулы, содержащие Atp7A, сливаются с фагосомами (16). Как следствие, Cu перекачивается в фагосому, что способствует ее бактерицидной активности (7). MctB представляет собой порообразующий белок, расположенный на внешней мембране (OM) Mtb (13) и предотвращает накопление Cu внутри микобактериальной клетки, вероятно, за счет оттока ионов одновалентной меди.Другим важным компонентом гомеостаза Cu в Mtb является цитоплазматический Cu-связывающий металлотионеин MymT (12). Транспортер внутренней мембраны (IM) CtpV может быть белком оттока Cu (9, 11).

    Принимая во внимание убедительные данные in vitro о том, что Cu играет ключевую роль в бактерицидной активности макрофагов, возникает соблазн предположить, что механизмы устойчивости к Cu у Mtb важны для вирулентности бактерий. Однако предыдущие исследования показали лишь незначительное увеличение чувствительности к Cu на уровне Mtb в отсутствие медьсвязывающего металлотионеина MymT (12) и предполагаемого CtpV внутренней мембраны (11), а также при отсутствии или только незначительном дефекте вирулентности у мышей или морских свинок. свиньи.Напротив, выживаемость Δ mctB мутанта ML256 в легких морских свинок была сильно нарушена по сравнению с WT Mtb , что привело к снижению бактериальной нагрузки в легких и лимфатических узлах в 1000 и 100 раз (рис. 3 В ). Эти результаты показывают, что роль MctB в устойчивости к Cu у Mtb менее избыточна, чем у MymT или CtpV. Взятые вместе, увеличение содержания меди в гранулемах морских свинок, содержащих Mtb , и эксперименты с инфекциями в этом исследовании убедительно показывают, что Cu используется иммунной системой млекопитающих для контроля роста Mtb и демонстрирует, что, в свою очередь, Cu механизмы устойчивости имеют решающее значение для вирулентности Mtb .Меньший дефект вирулентности у мутанта Δ mctB у мышей, вероятно, связан с тем, что у мышей не образуются гипоксические гранулемы (17). Поскольку образование гранулемы является признаком иммунного ответа человека на инфекции, вызванные Mtb (22, 23), эти результаты также указывают на то, что Cu может играть решающую роль у людей, инфицированных Mtb .

    Это исследование демонстрирует, что устойчивость к Cu имеет решающее значение для выживания Mtb в организме-хозяине-млекопитающем. Основываясь на результатах этого исследования, мы предлагаем следующую модель того, как иммунная система млекопитающих может контролировать Mtb с помощью Cu-зависимого механизма (рис.4). Макрофаги генерируют окислительный взрыв против внутриклеточных патогенов, который включает высвобождение перекиси водорода (24). Перекись водорода, в отличие от других активных форм кислорода, может хорошо диффундировать через мембраны (25). Иммунная система реагирует на заражение Mtb секрецией IFN-γ CD4 + -T-клетками (26), что, помимо других реакций, стимулирует экспрессию высокоаффинного импортера меди CTR1 в макрофагах (7). . Гипоксические условия, отличительный признак гранулем, образующихся у людей после инфицирования легких Mtb , индуцируют экспрессию CTR1 , а шаперон ATOX1 и переносчик меди ATP7A (16) перенаправляют трафик Cu на фагосому, содержащую Mtb .Более высокие концентрации Cu увеличивают образование токсичных гидроксильных радикалов из перекиси водорода, реакцию, катализируемую Cu (I) (3). Для защиты от токсического действия свободного Cu (I) Mtb использует по крайней мере два механизма устойчивости (рис. 4), которые могут быть частично избыточными, как это наблюдается для E. coli (15): секвестрация Cu металлотионеином. MymT (12) и, вероятно, отток транспортера внутренней мембраны CtpV (11). Канальный белок MctB может взаимодействовать с CtpV, обеспечивая отток Cu через внешнюю мембрану Mtb. Наблюдение за тем, что MctB необходим для вирулентности Mtb у морских свинок, предполагает, что связывающая способность MymT может быть в конечном итоге подавлена ​​в отсутствие MctB.

    Это исследование выявило альтернативную мишень для химиотерапии туберкулеза, при которой MctB может быть инактивирован лекарством и, таким образом, делает Mtb более уязвимыми для ионов Cu, используемых макрофагами для уничтожения Mtb . Такой подход может привести к новому классу противоинфекционных средств, которые могут повышать чувствительность патогенов к иммунным ответам хозяина путем ингибирования бактериальных защитных механизмов, как недавно описали Карл Натан и его коллеги (27).Нацеливание на MctB может быть многообещающей стратегией, потому что поверхностная доступность MctB (28) может позволить предполагаемым ингибиторам напрямую достигать своей цели без необходимости пересекать общеизвестно непроницаемую внешнюю мембрану Mtb , основной детерминант внутренней лекарственной устойчивости (29). .

    Материалы и методы

    Бактериальные штаммы и условия роста.

    Штаммы, использованные в этом исследовании, перечислены в SI Приложение , Таблица S3. Среда и условия роста описаны в приложении SI .

    Конструирование мутантов ΔmctB

    M. smegmatis и Mtb.

    Мутанты mctB из M. smegmatis ( ms3747 ) и Mtb ( rv1698 ) были сконструированы с использованием двухэтапной стратегии отбора, как описано в приложении SI .

    Приготовление и анализ белковых экстрактов.

    Ночная культура M. smegmatis , выращенная в самодельной среде 7H9 (7H9sm), была использована для инокуляции среды 7H9sm с медью или без нее.Белки экстрагировали из M. smegmatis с использованием 2% SDS в PBS при 40 ° C, как описано (13). Белки анализировали с помощью вестерн-блоттинга с использованием специфических антител, индуцированных против MctB (5D1.23), MymT (любезно предоставленного Беном Голдом) и вторичных антител против мыши или кролика, связанных с пероксидазой хрена, как описано (30). Для получения дополнительной информации см. Приложение SI .

    Анализ чувствительности к металлам.

    Для определения чувствительности WT M. smegmatis и ML77 к меди были приготовлены самодельные пластинки 7х20 (7х20см), содержащие различные концентрации CuSO 4 .Штаммы выращивали на среде 7Н9см без Cu в течение ночи. Культуры фильтровали через фильтр 5 мкм для получения суспензий одноклеточных. Планшеты с соответствующими разведениями инкубировали при 37 ° C. Чувствительность M. smegmatis к серебру, ртути и кобальту измеряли на чашках с агаром Мюллера-Хинтона для предотвращения образования нерастворимых в воде солей. Концентрация AgNO 3 , HgCl и CoCl 2 в этих пластинах составляла 1,6, 8, 40 и 200 мкМ. Сульфат меди использовали в качестве контроля. Mtb выращивали в среде 7H9 / OADC в течение 7 дней. Соответствующие разведения наносили на чашки с агаром 7h21, содержащие CuSO 4 , цитрат железа (III) аммония, MnCl 2 , ZnCl 2 и NiCl 2 в указанных концентрациях.

    Накопление меди.

    Прекультуры штаммов M. smegmatis выращивали на среде 7Н9см без меди. Затем по три культуры каждого штамма M. smegmatis инокулировали в среду 7H9sm с 0, 6.3 или 25 мкМ CuSO 4 и встряхивают при 37 ° C. Образцы отбирали через 36 ч после инокуляции. Предварительные культуры каждого штамма Mtb выращивали в среде HdB (30 мл) с 0,8 мкМ CuSO 4 и использовали для инокуляции трех повторностей культур для каждой концентрации Cu с использованием той же среды (25 мл). Все культуры Mtb инкубировали в течение 8 дней при 37 ° C, прежде чем концентрацию CuSO 4 либо поддерживали на уровне 0,8 мкМ, либо доводили до 6,3 или 25 мкМ. Образцы были взяты через 10 дней.Обычно образцы центрифугировали при 3250 × g и дважды промывали в соответствующей среде без добавления Cu. Для Mtb промытые гранулы ресуспендировали в 0,5 мл сверхчистой воды и кипятили в течение 1 часа для инактивации Mtb . Все образцы сушили при 60 ° C в течение ночи под вакуумом. Высушенные гранулы суспендировали в 600 мкл H 2 O и обрабатывали ультразвуком в течение 20 минут в бане для ультразвукового устройства. Содержание Cu в клетках анализировали с помощью опубликованного фотометрического анализа дитизона (14).Подробнее см. Приложение SI .

    Экспериментальные инфекции на мышах.

    Было проведено предварительное исследование толерантности к Cu, в котором трем группам мышей BALB / c (Charles River) давали воду ad libitum, содержащую 118 мг / л, 1180 мг / л или 11,8 г / л пентагидрата сульфата меди (Sigma). За мышами наблюдали в течение 2 недель. Концентрация 118 мг / л пентагидрата сульфата меди не вызвала никаких признаков дистресса у мышей и была выбрана для дальнейших экспериментов.

    Midlog-фазы культур WT Mtb , мутанта mctB ML256 и комплементированного мутанта ML257 разбавляли до OD 600 ≈ 0.08 для имплантации 500–1000 бацилл в легкие мышей с помощью системы ингаляционного воздействия Миддлбрука (Glas-Col). Восемьдесят мышей BALB / c в возрасте от 4 до 6 недель были инфицированы WT , Mtb, h47Rv или ML256, и 40 мышей были инфицированы ML257. Через день после заражения половину инфицированных мышей отделяли и давали воду ad libitum, содержащую 118 мг / л пентагидрата сульфата меди. Четыре мыши из каждой группы были взвешены и умерщвлены на 1, 7, 14, 28, 84 и 112 дни после заражения для определения количества бацилл в легких и селезенке.Органы мыши удаляли в асептических условиях, гомогенизировали и серийно разбавляли. Соответствующие разведения наносили на чашки с агаром Миддлбрук 7h21 для определения колониеобразующих единиц. Для гистологического анализа репрезентативные образцы тканей из каждой группы фиксировали в 10% формальдегиде, заливали паррафином, делали срезы и окрашивали гематоксилином и эозином с использованием стандартных процедур.

    Экспериментальные инфекции морских свинок.

    Морские свинки были инфицированы штаммами M. tuberculosis, h47Rv, ML 256 и ML257 с использованием аэрозольной камеры, определение бактериальной нагрузки и гистологический анализ были выполнены, как описано (31).В каждый момент времени анализировали пять животных. Для получения дополнительной информации см. Приложение SI . Для химического анализа из фиксированных параформальдегидом легких пяти морских свинок, инфицированных Mtb , были выделены явно видимые первичные поражения легких. Легкие помещали в агар с низкой температурой плавления и делали срезы на срезы размером 3 мм. Подмножество срезов было отобрано равномерной случайной выборкой. Из этих срезов отделяли отдельные первичные очаги поражения от легких и объединяли (> 1 грамма на животное).Равные количества образцов, собранных аналогичным образом из легких, фиксированных параформальдегидом, пяти неинфицированных животных, использовали в качестве отрицательного контроля. Объединенные образцы тканей от каждого животного сушили в течение ночи в сушильном шкафу при 85 ° C, взвешивали для определения общего сухого веса образца и озоливали в течение ночи в муфельной печи при 600 ° C. Озоленным образцам давали остыть, а затем растворяли в азотной кислоте. Растворы обрабатывали ультразвуком до полного растворения. Полученный раствор кислоты разбавляли деионизированной водой для анализа на Cu.Концентрации меди определяли методом пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии, как описано (19). Значения для каждого из пяти животных были усреднены, и концентрации в тканях были представлены как части на миллион объединенных образцов на основе сухого веса.

    Благодарности

    Мы благодарим Мамаду Даффе за анализ липидов, Адри Стейн за предоставленные плазмиды pCreSacB1 и pBS346; Бен Голд за предоставление пептида MymT и антител, специфичных к MymT; и Дженнифер Роуленд, Джейсона Хаффа и Урсулы Нидервейс за редактирование рукописи.Программа Целевой группы по исследованию туберкулеза на животных и оценке генов была поддержана Контрактом N01-AI30036 Национальных институтов здравоохранения. Эта работа была поддержана грантом Национального научного фонда «Экспериментальная программа стимулирования конкурентных исследований» 4166 (для S.H.B.) и грантами Национальных институтов здравоохранения AI083856 (для R.J.B.), AI083632 (для M.N.) и AI063432 (для M.N.).

    Сноски

    • 1 Кому следует направлять корреспонденцию. Электронная почта: mnieder {at} uab.edu.
    • Вклад авторов: F.W., G.L., S.H.B., R.J.B. и M.N. спланированное исследование; F.W., D.A., T.B.S., L.H.-D., S.N. и Y.W. проведенное исследование; F.W., D.A., T.B.S., G.L., S.H.B., R.J.B. и M.N. проанализированные данные; и Р.Дж. и М. написал газету.

    • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

    • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org / lookup / suppl / doi: 10.1073 / pnas.10008 / - / DCSupplemental.

    Роль резистентности к меди в патогенезе Mycobacterium tuberculosis

    Abstract

    Несмотря на разработку новых лекарств и социальные меры, туберкулез остается ведущей причиной смертности. Это бремя непропорционально ложится на развивающиеся страны, особенно на те, в которых высока заболеваемость ВИЧ. В Западной Капской провинции, Южная Африка, мы идентифицировали и изолировали два штамма семейства Beijing Mycobacterium tuberculosis , которые, несмотря на небольшие различия на геномном уровне, сильно различаются по тяжести вызванного заболевания, что дает возможность изучить вирулентность этого организма .Целью этого исследования было выявление различий на геномном и транскриптомном уровне, которые могут определить причину различных уровней вирулентности, наблюдаемых у двух изолятов.

    Изоляты сравнивали на уровне транскриптома в четырех различных условиях роста, включая окислительный стресс. При сравнении транскриптома двух изолятов был идентифицирован оперон, содержащий гены, участвующие в продукции кофактора молибдена, которые демонстрировали стабильно более низкие уровни экспрессии в гипервирулентном изоляте.Регулятор транскрипции, воспринимающий медь, был идентифицирован как наиболее вероятный регулятор, и мы обнаружили, что оперон Cso , который, как известно, регулирует, аналогичным образом дифференциально экспрессировался в штаммах.

    Производство кофактора молибдена осуществляется двумя способами по уровням меди. За счет независимого внедрения меди в молибдоптерин (MPT) и дестабилизации кластеров Fe-S. Поскольку MoaA3 содержит кластер Fe-S, который, как известно, дестабилизируется медью, и также обнаружено, что ряд чувствительных к меди генов экспрессируется по-разному, вполне вероятно, что штаммы различаются по уровню устойчивости к меди.

    Таким образом, предполагается, что различия в вирулентности являются результатом разных уровней устойчивости к перегрузке фагосом медью, и описан механизм, с помощью которого уровни меди связаны с производством кофактора молибдена.

    Резюме автора В этой статье мы описываем различия в экспрессии генов двух близкородственных штаммов Mycobacterium tuberculosis , выделенных в Западном мысе Южной Африки, которые различаются по тяжести вызываемого ими заболевания.Мы сравнили штаммы на геномном и транскриптомном уровне и при этом обнаружили набор генов кофактора молибдена, регулируемых фактором транскрипции, воспринимающим медь, который присутствовал во всех наборах данных. Были идентифицированы другие гены, связанные с ответом на медь, что дало больше доказательств того, что разница между двумя штаммами заключалась в том, как они реагировали на стресс, связанный с медью. Известно, что фагоциты используют высокие уровни меди для уничтожения внутриклеточных бактерий, что указывает на важную связь между медью и болезнью.Мы пришли к выводу, что устойчивость к токсичности меди является наиболее вероятной причиной относительного увеличения вирулентности, и описали регуляторную взаимосвязь между уровнями меди и синтезом кофактора молибдена.

    Заявление о конкурирующем интересе

    Авторы заявили об отсутствии конкурирующего интереса.

    The Hendrix Group, Inc.> Архив> Данные о свойствах материалов> Медь и медные сплавы> Данные о коррозионной стойкости меди

    Перепечатано с разрешения Ассоциации производителей меди

    R указывает, что материал устойчив к названному химическому веществу до указанной температуры с учетом ограничений, указанных в сносках.

    X указывает, что материал НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.

    Алюминиевая бронза Латунь (a) Медь Медно-никелевые сплавы 90/10 (б) Gunmetal и бронза (c)
    Температура, по Цельсию 20 ° 60 ° 100 ° 20 ° 60 ° 100 ° 20 ° 60 ° 100 ° 20 ° 60 ° 100 ° 20 ° 60 ° 100 °
    Ацетальдегид R R R R R R R R R R R R R R R
    Уксусная кислота (10%) R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Уксусная кислота (гл./ ань.) R R R Х Х Х R R R R R Х R R R
    Уксусный ангидрид R R R Х Х Х R R R R R R R R Х
    Ацетоуксусный эфир R R R R (82) Х Х R R R R R R R R R
    Ацетон R R R R R R R R R R R R R R R
    Кетоны прочие R R R R R R R R R R R R R R R
    Ацетонитрил р (36) Х Х Х Х Х р (36) Х Х р (36) Х Х р (36) Х Х
    Ацетилен Х Х Х R R R (82) Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Ацетилсалициловая кислота R R R Нет данных Нет данных Нет данных р (36) Х Х R R R R R R
    Кислотные пары р (2) р (2) р (2) Х Х Х р (2) р (2) р (2) р (2) р (2) р (2) Х Х Х
    Спирты (в основном жирные) R R R R R R R R R R R R R R R
    Алифатические сложные эфиры R R R R R R R R R R R R R R R
    Алкилхлориды Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х R R R R R R R R R
    Квасцы R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Хлорид алюминия р (20) р (20) Х Х Х Х R R R R R Х R R R
    Сульфат алюминия R R R р (119) р (119) Х р (119) R (20, 119) R (20, 119) R R R р (119) р (119) р (119)
    Аммиак безводный R R R Х Х Х R R Р (83) R R R R R R
    Водный аммиак Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Хлорид аммония Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Амилацетат R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Анилин Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Треххлористая сурьма Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R Х Х
    Царская водка Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Ароматические растворители R R R R R R R R R R R R R R R
    Аскорбиновая кислота Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Пиво R R R R R R R R R R R R R R R
    Бензальдегид R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Бензол чистый R R R R R R R R R R R R R R R
    Бензойная кислота R R R R R R Х Х Х R R R Х Х Х
    Пероксид бензоила Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
    Борная кислота R R R R R R R R R R R R R R R
    Рассолы насыщенные R R R Х Х Х R R р (20) R R R R R Х
    Раствор бромида (K) R R R Х Х Х R R Х R R R R R Х
    Бром р (20) Х Х Х Х Х Х Х Х р (11) р (11) р (11) Х Х Х
    Бром жидкий, техн. R Х Х R Х Х R Х Х R Х Х R Х Х
    Бромная вода, насыщ. Вод. R Х Х R Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Бутилацетат R R R R R R R R R R R R R R R
    Хлорид кальция R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Дисульфид углерода R Х Х R R R R R R R R Х R R R
    Угольная кислота R R R Х Х Х Х Х Х R R R Х Х Х
    Тетрахлорметан R R R R R R R R R R R R R R R
    Каустическая сода и калий R Х Х Х Х Х R R R R R Х R R R
    Целлюлозная краска R R R R R R R R R R R R R R R
    Хлораты Na, K, Ba R R R Х Х Х R R R R R Х R R R
    Хлор сухой R R R R R R R R R R R R R R R
    Хлор влажный Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Хлориды Na, K, Mg R R R Х Х Х R R р (20) R R R R R R
    Хлоруксусные кислоты Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
    Хлорбензол R R R Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R
    Хлороформ R R R R R R R R R R R R R R R
    Хлорсульфоновая кислота р (20) р (20) р (20) Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х R R R Х Х Х
    Хромовая кислота (80%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Лимонная кислота R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Соли меди (большая часть) R R R Х Х Х Х Х Х R Х Х R R R
    Крезиловые кислоты (50%) R R R Х Х Х R R R R R Х R R R
    Циклогексан R R R R R R R R R R R R R R R
    Моющие средства синтетические Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R R R R
    Эмульгаторы (все конц.) R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R Нет данных Нет данных Нет данных
    Сложные эфиры R R R R R R R R R R R R R R R
    Эфир R R R R R R R R R R R R R R R
    Жирные кислоты (> C6) R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Хлорид железа Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Сульфат железа р (20) р (20) р (20) Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Фторированные хладагенты R R R R R R R R R R R R R R R
    Фтор сухой R R р (11) Х Х Х R R R R R R R R R
    Фтор влажный Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Кремнефтористоводородная кислота Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Формальдегид (40%) R R R R Х Х R R R R R R R R R
    Муравьиная кислота R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Фруктовые соки R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Желатин R R R R R R R R R R R R R R R
    Глицерин R R R R R R R R R R R R R R R
    Гликоли R R R R R R R R R R R R R R R
    Гликоль, этилен R Х Х R Х Х R R R Р (175) Р (175) Р (175) R R R
    Гликолевая кислота р (36) Х Х р (36) Х Х р (36) Х Х р (36) Х Х р (36) Х Х
    Гексаметилендиамин Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Гексамин Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Гидразин Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Бромоводородная кислота (50%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Соляная кислота (10%) R Х Х Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Соляная кислота (конц.) Р (62) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Синильная кислота р (20) р (20) р (20) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Плавиковая кислота (40%) Р (62) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Плавиковая кислота (75%) Р (62) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Пероксид водорода (30%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Пероксид водорода (30-90%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Сероводород р (11) R R р (11) R R р (11) R R р (11) р (11) р (11) р (11) R R
    Гипохлориты R Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Гипохлорит (Na 12-14%) R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Изобутилацетат R R Х Х Х Х R R Х R R R R R R
    Молочная кислота (90%) Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Х Х Х R R Х р (4) р (4) Х
    Ацетат свинца Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R Х Х Х Х
    Перхлорат свинца R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Известь (CaO) Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Малеиновая кислота R Х Х R Х Х р (60) р (60) Х R R Х Нет данных Нет данных Нет данных
    Манганат, горшок (K) R R R Х Х Х Х Х Х Х Х Х р (60) р (60) Х
    Мясные соки Х Х Х Х Х Х Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х
    Хлорид ртути Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Меркурий R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Метанол R R R R (82) R (82) R (82) R R R R R R R R R
    Метиленхлорид R R Х Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Молоко и молочные продукты R R R Х Х Х R R R R R R R R
    Влажный воздух р (30) р (30) р (30) р (30) R Х р (30) R R R R R R R R
    Меласса Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R R р (30) R R
    Моноэтаноламин R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Нафта Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Нафталин Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Х Х Х R R R Нет данных Нет данных Нет данных
    Соли никеля Р (73) Р (73) Р (73) Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Нитраты Na, K, Nh4 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Р (73) Р (73) Х Х Х Х
    Азотная кислота (<25%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Азотная кислота (50%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Азотная кислота (90%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Кислота азотная дымящая R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Нитрит (Na) R R R R R R R R R R R R R R R
    Нитробензин R Х Х R Х Х R Х Х R R R R R R
    Масло дизельное R R R R R R R R R R Х Х R Х Х
    Масла эфирные R R Х R R Х R R Х R R R R R R
    Масла смазочные + ароматические объявления. R R R R R R R R R R R Х R R Х
    Масла минеральные R R R R R R R R R R R R R R R
    Масла растительные и животные R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Щавелевая кислота Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R
    Озон R R R R R R R R R Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
    Парафин Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х R R R R R R
    Хлорная кислота R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Уайт-спирит R R R R R R R R R R R R R R R
    Фенол R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Фосфорная кислота (20%) R R R Х Х Х Х Х Х R R Х Х Х Х
    Фосфорная кислота (50%) R R R Х Х Х Х Х Х R R Х Х Х Х
    Фосфорная кислота (95%) р (11) р (11) р (11) Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Хлориды фосфора Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Пятиокись фосфора R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х
    Фталевая кислота Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Пикриновая кислота Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Пиридин Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х
    Салициловый альдегид R R R Р (62) R R R R R Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
    Морская вода R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Кремниевая кислота R R R R R R R R R Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных
    Силиконовые жидкости Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Нитрат серебра R R р (4) R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Карбонат натрия Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Пероксид натрия R R R R R R R R R R Х Х Х Х Х
    Силикат натрия Х Х Х Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Сульфид натрия р (11) Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Данник хлорид R R Х Нет данных Нет данных Нет данных R R R Х Х Х Х Х Х
    Крахмал R R R R R R R R R R R R R R R
    Сахарная соль, сиропы, джемы Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х Х Х Х R R R R R R
    Сульфаминовая кислота R R R R R R R R R Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х
    Сульфаты (Na, K, Mg, Ca) R R R Х Х Х R R R R R R R R R
    Суфиты Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Х Х Х R R R R R R
    Сульфоновые кислоты Х Х Х Х Х Х Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных
    Сера R R R R R R R R R Х Х Х Х Х Х
    Сернистый газ сухой R R R Х Х Х Х Х Х R R Х R R R
    Диоксид серы влажный R R R Х Х Х р (20) р (20) Х Х Х Х Х Х Х
    Диоксид серы, (96%) р (11) б R R р (11) R R р (11) R R R р (20) Х р (20) р (20) р (20)
    Трехокись серы R R R Х Х Х R R R р (11) R Х р (11) R R
    Серная кислота (<50%) R Р (62) Х Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Серная кислота (70%) Р (62) Х Х Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Серная кислота (95%) Х Х Х Х Х Х Х Х Х R Х Х Х Х Х
    Кислота серная дымящая Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
    Хлориды серы R R R Нет данных Нет данных Нет данных R R R Х Х Х Х Х Х
    Сало R R R R R R R R R R R R Нет данных Нет данных Нет данных
    Дубильная кислота (10%) R R R R R R R R R R R R R R R
    Винная кислота R R R R R R R R R R R R R R R
    Трихлорэтилен R R Х R R Х R R Х R R R R R R
    Мочевина (30%) R R R Х Х Х Х Х Х R R Х R R Нет данных
    Уксус Р (53) R Х Х Х Х Р (53) R Х R R R Х Х Х
    Вода дистиллированная RR R R R R R R R R R R R Р (53) R R
    Вода мягкая R R R R R R R R R R R R R R R
    Вода жесткая R R R R R R R R R R R R R R R
    Смачиватели (до 5%) Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных Нет данных R R R R R R R R R
    Дрожжи R R R Х Х Х Х Х Х Нет данных Нет данных Нет данных R R R
    Хлорид цинка Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х

    Сноски:

    (a) Латунь: некоторые виды латуни имеют меньшую коррозионную стойкость, чем показано на диаграмме, другие - больше, e.грамм. Алюминиевая латунь.
    (b) Медно-никелевые сплавы: на основе поведения Cu / Ni 90/10; 70/30 в целом может быть более устойчивым.
    (c) Пушечная бронза: данные относятся только к пушечной бронзе с высоким содержанием олова.
    (2) В зависимости от кислоты.
    (4) Честное сопротивление.
    (11) Безводные
    (20) Неаэрированные растворы
    (30) В зависимости от состава
    (36) Более 85%.
    (53) При отсутствии растворенных O2 и CO2
    (60) Может изменить цвет жидкости / продукта
    (62) В зависимости от типа.
    (73) Не аммоний.
    (82) Содержит более 70% меди.
    (83) Вода менее 150 частей на миллион.
    (119) Чистый раствор.
    (175) Со стабилизатором

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *