Uso de MXenes basados en molibdeno como recubrimientos protectores en bio-tribología

Abstract

La bio-tribología, rama de la ciencia que estudia la fricción y resistencia al desgaste en sistemas biológicos y biomateriales, es clave para el desarrollo de soluciones innovadoras en el ámbito bio-médico. En este contexto, los MXenes, compuestos 2D correspondientes a carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición, presentan propiedades prometedoras debido a su alta resistencia a la corrosión y abrasión, junto con su bio-compatibilidad. Este estudio tiene como objetivo estudiar el efecto respecto a la fricción y resistencia al desgaste de recubrimientos protectores de Ti3C2Tx, Mo2TiC2Tx y Mo2Ti2C3Tx en un contexto bio-tribológico bajo diferentes condiciones de lubricación (lubricación sólida y líquida).

Los recubrimientos fueron depositados sobre sustratos de acero inoxidable con concentraciones de 2 y 5 mg/ml usando volúmenes de 2 y 4 ml. Se evaluaron sus propiedades tribológicas mediante pruebas de fricción y desgaste a fuerzas normales de 100, 200 y 400 mN, bajo condiciones de lubricación sólida y líquida utilizando líquido sinovial artificial como medio lubricante.

En lubricación sólida, Mo2TiC2Tx destacó como el material con mejor desempeño tribológico, con los valores más bajos de coeficiente de fricción (COF), en torno a 0.1, y de volumen de desgaste, mientras que Ti3C2Tx mostró los valores más altos. Sin embargo, todos los MXenes evaluados exhibieron un mejor comportamiento tribológico respecto a la referencia, demostrando su capacidad para mitigar ambos parámetros. Bajo lubricación líquida, Mo2TiC2Tx tuvo un comportamiento similar al de la referencia, con COF entre 0.1 y 0.2, mientras que Ti3C2Tx y Mo2Ti2C3Tx mostraron un peor desempeño tribológico. La formación de tribocapas protectoras contribuyó significativamente a reducir el desgaste, actuando como una barrera efectiva entre las superficies en contacto. Este mecanismo, combinado con las configuraciones óptimas, contribuyó a minimizar el volumen de desgaste y confirmó la correlación entre menores valores de COF y menor desgaste, destacando su relevancia en el rendimiento tribológico. Comparando los MXenes bajo la misma fuerza normal, Mo2TiC2Tx demostró el desempeño más eficiente en ambas condiciones de lubricación, seguido de Mo2Ti2C3Tx con un rendimiento intermedio y Ti3C2Tx, que presentó el peor desempeño con mayores fluctuaciones de COF.

Este estudio representa una contribución innovadora al campo de la bio-tribología, al ser pionero en la evaluación de estos MXenes como recubrimientos protectores en condiciones de lubricación sólida y líquida. Los resultados obtenidos identifican configuraciones óptimas que minimizan el desgaste y la fricción y sientan bases importantes para futuras investigaciones. Se recomienda explorar la interacción de estos recubrimientos con líquido sinovial cuyas características sean más similares al natural, así como su desempeño en sustratos representativos del entorno clínico, avanzando hacia aplicaciones prácticas en dispositivos médicos.