Estudio de las propiedades bio-tribológicas de TI3C2Tx Y MO2TIC2Tx usado como aditivo en líquido sinovial artificial a distintas concentraciones

Abstract

La bio-tribología estudia la fricción, lubricación y desgaste en sistemas biológicos, como las articulaciones del cuerpo humano. Cuando el cartílago de la articulación se daña, puede requerir ser reemplazado por una prótesis. Para prolongar la vida útil de estos dispositivos, es crucial mejorar su rendimiento tribológico. En este contexto, los MXenes, correspondientes a carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición, han demostrado excelentes propiedades mecánicas/tribológicas así como biológicas. El objetivo es estudiar el efecto respecto a la fricción y resistencia al desgaste de distintas concentraciones de Ti3C2Tx y Mo2TiC2Tx, usados como aditivos en líquido sinovial artificial (LS). Los objetivos específicos son: Estudiar experimentalmente la dispersión de diferentes concentraciones de Ti3C2Tx y Mo2TiC2Tx en LS, estudiar el ángulo de contacto y tensión superficial del LS con y sin aditivos de Ti3C2Tx y Mo2TiC2Tx, analizar la interacción y afinidad del LS con el sustrato correspondiente una aleación de cobalto-cromo dependiendo de concentración de los MXenes, estudiar las propiedades bio-tribológicas para determinar la resistencia al desgaste, caracterizar y analizar los mecanismos de desgaste, encontrar las concentraciones óptimas de cada tipo de MXene, tal que minimice la fricción (COF) y volumen de desgaste. Esta investigación representa un trabajo novedoso, no existiendo en la literatura estudios que vinculen el Ti3C2Tx o Mo2TiC2Tx con el líquido sinovial. El proceso consta de la preparación del sustrato y de las soluciones a 0,5, 2, 5 y 20 [mg/mL], realización de ensayos de dispersión y caracterización, ensayos bio-tribológicos a 0,5 [N] y 1 [N], y determinación del desgaste. Se obtuvo que ambos MXene en suspensión no decantan, el ángulo de contacto aumenta con la concentración y la tensión superficial del Ti3C2Tx tienden a disminuir a medida que aumenta la concentración, mientras que las de Mo2TiC2Tx se mantienen constantes. Se concluye que ambos MXene presentan buena estabilidad de dispersión y que la interacción solución-sustrato es hidrofílica. Los ensayos de fricción a 0,5 [N], muestran que solo Mo2TiC2Tx logra un efecto beneficioso, siendo 5 [mg/mL] la concentración óptima con una reducción del 15 %. Para 1 [N], Ti3C2Tx solo logra una reducción a 20 [mg/mL], con un valor de 4,76 %. Todas las concentraciones de Mo2TiC2Tx logran una reducción, en general, del 14,29 %. Esto sugiere que el Mxene Mo2TiC2Tx es más efectivo que el Ti3C2Tx referente a la reducción de la fricción. Los análisis de desgaste a 0,5 [N], muestran que todas las concentraciones de Ti3C2Tx logran reducir el volumen de desgaste, siendo 5 [mg/mL] la concentración óptima con una reducción del 77,2 %. En contraste, Mo2TiC2Tx solo muestra una reducción del 25,4 % a una concentración de 0,5 [mg/mL]. Se concluye que el Ti3C2Tx es más efectivo que el Mo2TiC2Tx en la resistencia al desgaste. Para 1 [N], ningún MXene logra disminuir el volumen de desgaste, por lo que hay un efecto no deseado del nanomaterial en esta condición de carga. Este trabajo sienta las bases para futuras investigaciones y sugiere mejoras en la metodología, ya que podría ofrecer una visión más completa de las posibilidades y limitaciones de los MXenes en este campo.