Desarrollo de recubrimientos multicapa de SiO2/Ag fabricados por Magnetron Sputtering para potenciales aplicaciones en implantes removibles

Abstract

RESUMEN : La extracción quirúrgica de implantes temporales para la fijación interna de fracturas óseas es una de las cirugías ortopédicas más frecuentes en el mundo occidental, donde la mayoría de los problemas asociados a la extracción están relacionados con infecciones causadas por la adhesión y proliferación bacteriana. Por esta razón, es necesario desarrollar nuevas alternativas, que busquen disminuir este tipo de problemas. En el presente estudio, fueron obtenidos recubrimientos multicapa biocompatibles y antibacterianos de 10 y 15 bicapas SiO2/Ag sobre la aleación de Ti6Al4V, mediante la técnica de magnetron sputtering. Durante la caracterización de estos recubrimientos, se evaluó su composición química y de fases mediante las técnicas: espectroscopía de energía dispersiva de rayos X, espectroscopía micro-Raman y difracción de rayos X. El estudio estructural, topográfico y morfológico fue realizado por las técnicas: microscopía electrónica de emisión de campo, de barrido y de fuerza atómica. Las propiedades mecánicas y tribológicas fueron determinadas por nanoindentación y por un tribómetro ball on disk respectivamente. Por último, la respuesta biológica in vitro fue evaluada mediante pruebas con células Saos-2: citotoxicidad, y adhesión; y ensayos de inhibición bacteriana con dos cepas de bacterias: Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Mediante el estudio composicional realizado, se comprobó el depósito de SiO2 con relaciones O: Si entre 1,97 y 2,2; vibraciones moleculares relacionadas con el enlace Si-O-Si, así como también, picos de difracción característicos de este compuesto y que evidenciaban el crecimiento preferencia de la Ag en las direcciones (111) y (200). El estudio estructural de los recubrimientos evidenció la obtención de arquitecturas multicapa, con alta correlación a los diseños realizados previo al proceso de depósito de cada sistema. A nivel superficial, se observó una morfología de granos en todos los sistemas, con rugosidades entre 130 ± 7,5 nm y 137 ± 10 nm para el sistema de 15 y 10 bicapas respectivamente, lo que es atractivo la reducción significativa de la fuerza y el tiempo necesarios para retirar el dispositivo quirúrgico tras la implantación in vivo. Además, se obtuvo un aumento en la mojabilidad y la energía libre superficial del Ti6Al4V mediante el depósito de los recubrimientos teniendo estos un carácter hidrofílico. Por otro lado, se obtuvieron valores entre 3,6 ± 0,5 GPa y 1.4 ± 0,3 GPa para la dureza y entre 51 ± 11 GPa y 23 ± 10 GPa para el módulo de elasticidad los recubrimientos multicapa de 10 y 15 bicapas respectivamente, por su parte el coeficiente de fricción de los recubrimientos disminuyo gracias al efecto autolubricante de la plata. Finalmente, las pruebas biológicas in vitro realizadas indicaron un carácter potencialmente no tóxico en los recubrimientos ante la línea celular utilizada. Adicionalmente, se registró un buen efecto bactericida lo que demuestra la obtención de un balance entre biocompatibilidad y propiedades antibacterianas, combinación altamente deseada en el área de implantes.