Películas antibacterianas de Cu-SnO2 depositadas por Spray-Pyrolysis

Abstract

El diseño y la fabricación de recubrimientos son aspectos de suma importancia en la ciencia de los materiales, ya que permiten optimizar propiedades superficiales sin la necesidad de producir la totalidad de la pieza utilizando materiales o procesos excesivamente costosos. El cobre se destaca como uno de los primeros metales utilizados en la historia, ya que puede encontrarse en la naturaleza en su forma elemental y metálica. Recientemente, ha despertado un renovado interés debido a su uso como material autodesinfectante y su mecanismo antibacteriano conocido como contact killing (Caro-Lara et al., 2022). Por otro lado, el dióxido de estaño (SnO₂) es un semiconductor tipo n con una estructura tetragonal tipo rutilo y un ancho de banda prohibida que oscila entre los 3,6 y 4,0 eV. Los films delgados de dióxido de estaño se destacan por su baja toxicidad, alta transmitancia óptica, buena conductividad eléctrica, estabilidad térmica y principalmente por su bajo costo (Eqbal y Anila, 2021). En este trabajo, las películas delgadas de dióxido de estaño con cobre fueron crecidas mediante la técnica de spray-pyrolysis (SP), un método sencillo y versátil que permite el recubrimiento de superficies complejas (Workie et al., 2023). La combinación de las propiedades de los films delgados de SnO₂, las propiedades antibacterianas del cobre y la aplicación del método SP, tiene potencial para el desarrollo de recubrimientos antibacterianos. El trabajo experimental consistió en la preparación de soluciones de cloruro de estaño(II) de concentraciones de 0,03 y 0,06 mol/L, utilizando etanol absoluto como solvente y ácido acético glacial como estabilizante. Luego, se prepararon soluciones de cobre(II) 0,2 mol/L en etanol absoluto preparadas a partir de nitrato de cobre. Para obtener películas de SnO₂ con diferentes contenidos de Cu(II), se añadieron distintos volúmenes de estas soluciones (0,8; 1,6; 2,4 y 3,2 mL) a la solución de Sn(II). La deposición de las películas se realizó con un aerógrafo Sparmax DH-105 nebulizando la solución sobre sustratos de vidrio de 50 x 50 mm2 a 400 ºC bajo campana de extracción. Las muestras obtenidas se denominaron S03CNxx y S06CNxx, donde "xx" representa el contenido de cobre en la solución, y "S03" y "S06" corresponden a soluciones de estaño de 0,03 M y 0,06 M, respectivamente. Mediante el análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) se observó que el sustrato está completamente cubierto por una película continua de granos de SnO₂ de tamaño medio de 33 nm. Por otro lado, la presencia de cobre en las películas fue verificada por voltametría de 3 electrodos. En la curva correspondiente a la película Cu-SnO₂ se observó un pico en -0,3V vs SCE, asociado a la cupla Cu(II)/Cu(I), lo que confirma la presencia de cobre en los recubrimientos. La actividad antibacteriana se evaluó en el Instituto Nacional de Epidemiología Dr. Juan H. Jara (INE), siguiendo la norma JIS Z 2801:2000 frente a la bacteria gram-negativa Escherichia coli ATCC 8739. Se concluye que las películas Cu-SnO₂ presentan una alternativa efectiva para el desarrollo de recubrimientos antibacterianos que pueden ser utilizados tanto en aplicaciones biomédicas como industriales.