Evaluación de recubrimientos de nanopartículas de plata electrodepositadas sobre aleaciones Ti-6AL-4V ELI: Caracterización fisicoquímica, resistencia a la corrosión y actividad antimicrobiana

Abstract

Antimicrobial resistance has emerged as one of the most critical threats to public health and the environment in the 21st century, with projections of up to 10 million annual deaths by 2050 if innovative solutions are not implemented (WHO, 2020). In implantology, 10–25% of prosthetic failures are attributed to infections caused by bacterial biofilms, particularly Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, and Enterococcus faecalis (Hickok & Shapiro, 2017). To address this issue, titanium alloys—especially Ti6Al4V ELI—have become reference biomaterials due to their biocompatibility, mechanical strength, and corrosion resistance; however, they lack intrinsic antimicrobial properties (Geetha et al., 2009). This study investigates the surface modification of Ti6Al4V ELI through electrodeposition of silver nanoparticles (AgNPs) to impart bactericidal activity. Electrodeposition was selected for its efficiency, cost-effectiveness, and ability to control morphology and nucleation density, in contrast to more complex methods such as CVD or PVD. The treated samples were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), and X-ray Diffraction (XRD), confirming the preservation of the α+β biphasic microstructure and the formation of cubic silver phases without secondary oxides. Electrochemical tests revealed that the coatings did not compromise corrosion resistance, while microbiological assays demonstrated significant bacterial inhibition on treated surfaces, especially at higher silver nitrate concentrations (0.1 M AgNO₃). These findings validate the hypothesis that electrodeposited AgNPs on Ti6Al4V ELI provide an effective bacteriostatic effect against clinically relevant pathogens, reducing the risk of implant-associated infections.

La resistencia antimicrobiana se ha consolidado como una de las amenazas más críticas para la salud pública y el medio ambiente en el siglo XXI, con estimaciones de hasta 10 millones de muertes anuales hacia 2050 si no se implementan nuevas soluciones (WHO, 2020). En implantología, entre el 10 % y el 25 % de los fracasos protésicos se atribuyen a infecciones derivadas de biofilms bacterianos, particularmente de Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa y Enterococcus faecalis (Hickok & Shapiro, 2017). Ante esta problemática, las aleaciones de titanio, en especial Ti6Al4V ELI, representan materiales de referencia por su biocompatibilidad, resistencia mecánica y a la corrosión; sin embargo, carecen de propiedades antimicrobianas intrínsecas (Geetha et al., 2009). El presente trabajo aborda la modificación superficial de Ti6Al4V ELI mediante electrodeposición de nanopartículas de plata (AgNPs), buscando dotar al material de actividad bactericida. La electrodeposición se seleccionó por su eficiencia, bajo costo y control sobre la morfología y densidad de nucleación, en contraste con técnicas más complejas como CVD o PVD. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de dispersión de energía (EDS) y difracción de rayos X (DRX), confirmándose la preservación de la microestructura bifásica α+β y la formación de fases cúbicas de plata metálica sin óxidos asociados. Los ensayos electroquímicos mostraron que los recubrimientos no comprometen la resistencia a la corrosión, mientras que las pruebas microbiológicas demostraron una inhibición significativa del crecimiento bacteriano en las superficies tratadas, especialmente a mayor concentración del electrolito de plata (0.1 M AgNO₃). Estos resultados validan la hipótesis de que la electrodeposición de AgNPs sobre Ti6Al4V ELI confiere un efecto bacteriostático eficaz frente a bacterias clínicas de relevancia, reduciendo el riesgo de rechazo por infecciones asociadas a implantes.