Influencia de las nanopartículas de Ag sobre las propiedades mecánicas y tribológicas y en el efecto citotóxico y bactericida de los recubrimientos de TaN(Ag)

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se desarrolló el recubrimiento compuesto de TaN(Ag) con una variación del contenido de plata entre 2,26 y 28,51 %at, mediante la técnica de pulverización catódica asistida por campo magnético desbalanceado. Se eligió el recubrimiento que presentó el mejor balance entre propiedades mecánicas y tribológicas, y se sometió a un ciclo de tratamientos térmicos con temperaturas entre 175 °C y 275 °C para producir la nucleación, el crecimiento y difusión controlada de las nanopartículas de Ag hasta la superficie del recubrimiento. Se verificó el tamaño y densidad de distribución de las nanopartículas en la superficie del recubrimiento, y su influencia en las propiedades mecánicas y tribológicas. Posteriormente se estudió el efecto bactericida frente a la bacteria P. aeruginosa mediante las pruebas de inhibición al crecimiento y de adherencia, así como el comportamiento citotóxico del material frente a osteoblastos humanos utilizando el método MTT. El recubrimiento TaN(Ag)-3 tratado térmicamente a 200 °C durante 4 min, incrementó la microdureza del acero inoxidable AISI 316L de 2,6 GPa a 10,7 GPa, y disminuyó la tasa de desgaste de 1,11x10-3 mm3/N.m a 0,17x10-12 mm3/N.m. Este recubrimiento presentó 100% de viabilidad celular de osteoblastos, y un excelente comportamiento a la inhibición del crecimiento y adherencia de la bacteria P. aeruginosa.

ABSTRACT: Influence of Ag nanoparticles on the mechanical and tribological properties and on the cytotoxic and bactericidal effects of TaN(Ag) coatings. In this work, a TaN(Ag) composite coating with different silver contents between 2.26 and 28.51 %at, were developed by the unbalanced magnetron sputtering technique. The coating with the best balance presented between tribological and mechanical properties was chosen, and it was subjected to thermal treatments cycles with temperatures among 175 °C and 275 °C to allow the nucleation, growth and controlled diffusion of Ag nanoparticles up to the coating surface; the size, distribution and density of nanoparticles on the coating surface and their influence on the mechanical and tribological properties, were verified. The bactericidal effect against P. aeruginosa by growth inhibition and adhesion test was studied, as well as the cytotoxic behavior on osteoblasts by MTT test. The TaN(Ag)-3 coating after thermal treatment at 200 °C during 4 min, increased the micro hardness of AISI 316L stainless steel from 2.6 GPa to 10.7GPa, and decreased the wear rate from 1.11x10-3 mm3/N.m to 0.17x10-12 mm3/N.m. This coating exhibited 100% of osteoblast cell viability, and an excellent performance to the inhibition of growth and adherence of P. aeruginosa.