Recubrimientos de zirconia estabilizada con itria/hidroxiapatita dopada con plata, para aplicaciones biomédicas

Abstract

Esta investigación presenta el desarrollo y caracterización de recubrimientos multicapa [YSZ/HAp-Ag]ₙ depositados mediante pulverización catódica por magnetrón RF, orientados a mejorar la biocompatibilidad, la resistencia a la corrosión y las propiedades antimicrobianas de implantes metálicos. Los sistemas obtenidos exhibieron arquitecturas nanopolicristalinas con interfaces continuas y una distribución homogénea de nanopartículas de plata sin efectos de segregación o coalescencia, lo que aseguró una liberación controlada de iones Ag⁺ sin efectos citotóxicos para osteoblastos. El sistema n30 es la superficie más rugosa e hidrofílica, adicional mostró potenciales de corrosión más positivos y mayores resistencias de polarización. En el ámbito mecánico, el sistema n70 alcanzó la mayor carga crítica (~30 N), mientras que la inclusión de una capa buffer de alúmina redujo las tasas de desgaste. Desde el punto de vista biológico, todos los recubrimientos mantuvieron la viabilidad celular por encima del 70 %, destacando el sistema n30 por su alta actividad de fosfatasa alcalina (≈8.5 nmol/min·µg·cm²) que indica la mineralización. Además, se observó una inhibición total frente a Paenibacillus sp. e inhibición significativa de Penicillium sp., con supresión completa del crecimiento microbiano en los sistemas n1, n10 y n70. En conjunto, los recubrimientos [YSZ/HAp-Ag]ₙ constituyen una estrategia integral y multifuncional para el desarrollo de superficies implantables duraderas, bioactivas y con protección antimicrobiana sostenida. (Texto tomado de la fuente)

This research presents the development and characterization of multilayer coatings [YSZ/HAp-Ag]ₙ deposited by RF magnetron sputtering, aimed at enhancing the biocompatibility, corrosion resistance, and antimicrobial properties of metallic implants. The resulting systems exhibited nanopolycrystalline architectures with continuous interfaces and a homogeneous distribution of silver nanoparticles without segregation or coalescence effects, ensuring a controlled release of Ag⁺ ions without cytotoxic effects on osteoblasts. The n30 system presented the roughest and most hydrophilic surface, as well as more positive corrosion potentials and higher polarization resistance. Mechanically, the n70 configuration reached the highest critical load (~30 N), while the inclusion of an alumina buffer layer reduced wear rates. From a biological standpoint, all coatings-maintained cell viability above 70%, with n30 showing the highest alkaline phosphatase activity (≈8.5 nmol/min·µg·cm²), indicating early mineralization. Moreover, complete inhibition of Paenibacillus sp. and significant suppression of Penicillium sp. were observed, with total microbial growth inhibition in n1, n10, and n70 systems. Overall, the [YSZ/HAp-Ag]ₙ coatings represent an integral and multifunctional strategy for the development of durable, bioactive, and antimicrobial protective implant surfaces.