Silver Segregation in Ag/a-C Nanocomposite Coatings for Potential Application as Antibacterial Surfaces

• Main Author: de Sousa Manninen, Noora Kristiina Alves
• Format: Dissertation
• Language: English
• Published: ProQuest Dissertations & Theses 01-01-2015
• Subjects: Analytical chemistry; Chemistry; Medical equipment; Medicine; Optics; Scanning electron microscopy; Spectrum analysis; X-rays
• ISBN: 9798841542292

O desenvolvimento de superfícies antibacterianas representa um desafio atual em diferentes aplicações industriais, nomeadamente, dispositivos médicos, embalagens alimentares, têxteis e sistemas de tratamento de água. A maioria das bactérias existe em biofilmes que aderem fortemente a diferentes tipos de superfícies uma vez que esta adesão representa um mecanismo estratégico de sobrevivência. O fenómeno da adesão e colonização microbiana resulta na falha de diferentes dispositivos e componentes utilizados nas aplicações acima mencionadas, tendo como consequência perdas económicas elevadas e representando também um problema de saúde pública quando se tratam de aplicações como dispositivos médicos ou embalagens alimentares. Neste sentido, ao longo das últimas décadas o desenvolvimento de superfícies antibacterianas tem sido considerada uma estratégia emergente no desenvolvimento de materiais mais eficientes a serem aplicados em diferentes sectores.O objetivo da presente tese consiste no desenvolvimento e caracterização de revestimentos nanocompósitos multifuncionais baseados em revestimentos de carbono amorfo dopado com nanopartículas de prata (Ag/a-C) para potencial aplicação em superfícies antibacterianas. A Ag é atualmente considerada como o agente bactericida mais promissor e eficiente, sendo que as nanopartículas de prata representam o material mais comercializado na área da nanotecnologia. A estratégia de modificação superficial com revestimentos baseados em carbono amorfo (a-C) tem-se tornado popular do ponto de vista industrial essencialmente, devido entre outras propriedades, à sua resistência ao desgaste tribológico excecional, que permite combinar uma elevada dureza com um baixo coeficiente de atrito, elevada estabilidade química, resistência à corrosão e biocompatibilidade em diferentes aplicações biomédicas. Na atualidade os revestimentos de a-C são utilizados em diferentes aplicações industriais nomeadamente dispositivos médicos, lâminas de barbear e diferentes componentes mecânicos sujeitos a elevado desgaste tribológico. Neste sentido, a combinação das propriedades intrínsecas destes materiais pode ser considerada uma abordagem promissora para o desenvolvimento de revestimentos multifuncionais, os quais podem ser aplicados em diferentes produtos, nomeadamente, dispositivos médicos.Na presente tese os revestimentos nanocompósitos de Ag/a-C são depositados por dois métodos distintos: (i) pulverização catódica em magnetrão e (ii) combinação da pulverização catódica em magnetrão para deposição da camada de a-C e condensação em atmosfera inerte para a incorporação simultânea de nanopartículas de Ag na matrix de carbono. Os métodos acima mencionados são comparados em relação à uniformidade dos revestimentos depositados, permitindo efetuar a escolha do método de deposição mais eficaz (pulverização catódica em magnetrão).Os revestimentos nanocompósitos de Ag/a-C são caraterizados relativamente à sua estrutura, estabilidade termodinâmica em condições ambientais e propriedades funcionais (comportamento tribológico e atividade antibacteriana). O trabalho central da tese é focado na caraterização de revestimentos Ag/a-C contendo 20% at. de Ag, com diferentes espessuras e diferentes estruturas em multicamada.Os resultados sugerem que os revestimentos Ag/a-C são instáveis mesmo em condições ambientais, sendo observado que a Ag é forma nanofibras entre as fronteiras das colunas, as quais recobrem a superfície do revestimento poucas semanas após a produção. O processo de formação de nanofibras é promovido pela humidade, sendo que, as partículas crescem através de um processo de coalescência.As propriedades funcionais sugerem que os revestimentos Ag/a-C são promissores do ponto de vista de actividade antibacteriana, a qual está relacionada com a sua ionização. Os testes tribológicos revelam que em ambiente não lubrificado a presença da Ag promove a degradação dos revestimentos a-C, contudo, em meios biológicos que simulam o líquido sinovial, presente nas articulações da anca, o comportamento tribológico é semelhante aos revestimentos a-C.