Desarrollo de recubrimientos multicapa de hidroxiapatita (HA)-Ag/TiO2/TiN e HA-Ag/SiO2/TiN obtenidos mediante pulverización catódica magnetrón RF con potencial aplicación en el campo biomédico

Abstract

RESUMEN: Actualmente, la profilaxis antibiótica no es suficiente para el tratamiento de infecciones asociadas con materiales implantables. Por esta razón, es necesario desarrollar nuevas alternativas, complementarias a los métodos farmacéuticos tradicionales. El presente estudio tiene como objetivo responder a esta necesidad para el caso de cirugías de implantes. En él, fueron obtenidos recubrimientos multicapa biocompatibles y antibacteriales de Hidroxiapatita (HA)-Ag/TiO2/TiN e HA-Ag/SiO2/TiN sobre la aleación de Ti-6Al-4V, mediante la técnica de pulverización catódica magnetrón. 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: haz de iones focalizados, microscopía electrónica de barrido, de transmisión y de fuerza atómica. Las propiedades mecánicas fueron determinadas por nano indentación y micro rayado. Por último, la respuesta biológica in vitro fue evaluada mediante pruebas con células madre mesenquimales de ratón: citotoxicidad, adhesión y diferenciación; y ensayos de viabilidad y adhesión de bacterias de la cepa Stapilococcus aureus. Mediante el estudio composicional realizado, se comprobó el depósito de la fase HA, con relaciones Ca/P entre 1.67 y 1.76; vibraciones moleculares relacionadas con los grupos funcionales (PO4)3- e OH-, así como también, picos de difracción característicos de este compuesto. 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 11 + 0.6 nm y 27 + 2.1 nm. Además, se obtuvo un aumento en la mojabilidad y la energía libre superficial del Ti-6Al-4V mediante el depósito de los recubrimientos de HA-Ag. Por otro lado, se obtuvieron valores entre 5.1 + 0.3 GPa y 6.5 + 0.7 GPa para la dureza y entre 110 + 5 GPa y 130 + 7 GPa para el módulo de elasticidad los recubrimientos multicapa desarrollados. Se encontró que el uso de las bicapas intermedias disminuye en aproximadamente un 35 % los esfuerzos residuales de la película de HA-Ag, mejorando su adhesión al sustrato en un 46 % y 84 %, respectivamente para la incorporación respectiva del TiO2/TiN y SiO2/TiN. 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 efecto bactericida a bajas concentraciones de Ag (< 0.25 mg/L), lo que demuestra la obtención de un balance entre biocompatibilidad y propiedades antibacteriales, combinación altamente deseada en superficies de potencial aplicación en el campo biomédico.