Síntesis y caracterización de recubrimientos anticorrosivos sobre materiales biomédicos

Abstract

Las aleaciones de magnesio son materiales prometedores para su empleo en aplicaciones biomédicas debido a su biodegradabilidad, biocompatibilidad y a sus excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, estos materiales presentan una baja resistencia a la corrosión en medio fisiológico, lo que limita su empleo para futuras aplicaciones. El objetivo de este trabajo de Tesis fue estudiar la síntesis electroquímica y química de recubrimientos biocompatibles que incrementen la resistencia a la corrosión de la aleación de magnesio AZ91D y que posean propiedades bactericidas. En primer lugar, se realizó la anodización a bajos potenciales de la aleación de magnesio AZ91D en una solución que contenía molibdato, ya que este ion es un efectivo inhibidor de la corrosión. Las películas obtenidas se caracterizaron mediante técnicas de análisis de superficie y electroquímicas. Las películas están compuestas principalmente por óxidos e hidróxidos de magnesio y óxidos de molibdeno. La resistencia a la corrosión del sustrato en solución de Ringer aumentó significativamente con este tratamiento debido a la presencia de especies de molibdeno en la película formada. Por otra parte, se estudió la electrosíntesis de películas de polipirrol (PPy) sobre la aleación de Mg AZ91D empleando una solución electrolítica que contenía salicilato de sodio (NaSa) y pirrol (Py). Se evaluó la influencia de distintas variables intervinientes en el proceso de polimerización (concentración de NaSa, concentración de Py, pH de la solución electrolítica, potencial y tiempo de electropolimerización), tanto sobre la morfología de las películas obtenidas como sobre su performance anticorrosiva en solución de Ringer. La estructura granular típica del polímero se observó cuando la película se obtuvo de manera potenciostática empleando bajas concentraciones de NaSa. Sin embargo, cuando se realizó la electropolimerización del Py a partir de una solución que contenía altas concentraciones de NaSa, se obtuvo una película de PPy con morfología microtubular. La película de PPy con morfología globular presentó un mejor comportamiento anticorrosivo que aquella con morfología microtubular debido a que su estructura es más compacta. Con el objetivo de incrementar la resistencia a la corrosión de esta aleación recubierta con PPy se sintetizaron bicapas. Se generó una película anodizada como capa interna y sobre ésta se electrosintetizó un recubrimiento de PPy de morfología microtubular. Asimismo, sobre la misma película interna se electrosintetizó otro recubrimiento de PPy pero de morfología globular. Posteriormente, las bicapas obtenidas fueron modificadas mediante la incorporación de especies de plata. Estos recubrimientos dobles modificados con especies de Ag presentaron actividad antibacteriana frente a la bacteria Gram negativa Escherichia Coli. Al evaluar la estabilidad de ambas bicapas modificadas con Ag en solución de Ringer, los resultaron indicaron que la bicapa con morfología microtubular es más estable para tiempos prolongados de inmersión. Por último, se generó una película de quitosano sobre la aleación AZ91D previamente anodizada a bajos potenciales en una solución que contenía molibdato. La bicapa disminuyó la velocidad de corrosión del sustrato en solución de Ringer. Además, este recubrimiento doble se modificó incorporando especies de Ag en condiciones alcalinas. La bicapa modificada presentó también actividad antibacteriana frente a la bacteria E. Coli.

Magnesium alloys are promising materials to be used in biomedical applications due to their biodegradability, biocompatibility and their excellent mechanical properties. However, these materials have a low resistance to corrosion in physiological environment, which limits their use for future applications. The aim of this thesis was to study the electrochemical and chemical synthesis of biocompatible coatings that increase both the corrosion resistance of the magnesium alloy AZ91D and have antibacterial properties. Firstly, the alloy was anodized at low potentials in a solution containing molybdate, since this ion is an effective inhibitor of corrosion. The obtained films were characterized by surface analysis and electrochemical techniques. The films were mainly composed of magnesium oxides and hydroxides, and molybdenum oxides. The corrosion resistance of the substrate in Ringer solution increased significantly after the treatment due to the presence of molybdenum species in the formed film. On the other hand, the electrosynthesis of polypyrrole (PPy) films on the AZ91D Mg alloy in an electrolytic solution containing sodium salicylate (NaSa) and pyrrole (Py) was studied. The influence of different intervening variables in the polymerization process (NaSa concentration, Py concentration, pH of the electrolytic solution, potential and time of electropolymerization) on both morphology and anticorrosive properties of the obtained films was evaluated. The typical granular structure of the polymer was observed when the film was obtained under potentiostatic conditions using low concentrations of NaSa. However, when the electropolymerization of Py was carried out in a solution containing high concentrations of NaSa, a PPy film with a microtubular morphology was obtained. The PPy film with globular morphology showed a better anticorrosive behavior due to its more compact structure. In order to improve the corrosion resistance of the AZ91D alloy coated with PPy, a bilayer was synthesized. The inner layer was formed by anodization on the substrate and on this layer, a PPy coating with a microtubular morphology was deposited. Additionally, a coating of PPy with a globular morphology was electrosynthesized on the internal film. Subsequently, the obtained bilayers were modified by the incorporation of silver species. The double coatings modified with Ag species showed antibacterial activity against the Gram negative bacteria Escherichia Coli. The stability of both bilayers modified with Ag in Ringer solution was evaluated and the results indicated that the bilayer with microtubular morphology is more stable for long immersion times. Finally, a chitosan film was generated on a previously anodized AZ91D in a solution containing molybdate. The bilayer decreased the corrosion rate of the substrate in Ringer solution. In addition, this double coating was modified incorporating Ag species in alkaline conditions. The modified bilayer also exhibited antibacterial activity against E. Coli bacteria.