Estudo do processo de envelhecimento de unha humana e esmalte dentário humano
através de Técnica Fotoacústica
Daniele Toniolo Dias F. Rosa
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCampus Ponta Grossa
Antiga estação de trem
187 anos
Catedral
PONTA GROSSA: 332.060 habitantes localizada no centro do Paraná e a 103 km da capital Curitiba.
Rio São Jorge
Parque de Vila Velha
Camelo
“Buraco do Padre”
“Buraco do Padre” “Buraco do Padre”
Cachoeira da Mariquinha
1 – Introdução Os Métodos Fotoacústicos tem se tornado extremamente
útil, em todos os segmentos das ciências, apresentando vantagens sobre a espectroscopia ótica convencional.
O Método de Célula Fotoacústica Aberta permite obter a difusividade térmica () da amostra, um parâmetro térmico de grande interesse na ciência dos materiais biológicos e inorgânicos.
Determinar a difusividade térmica da unha e do esmalte dentário é importante para se compreender o processo de transferência de calor através dos tecidos ungueais e dentais.
O comportamento da difusividade térmica possibilita avaliar envelhecimento e propagação de substâncias no material.
2 – Objetivo Principal Aplicar a técnica de Célula Fotoacústica Aberta (OPC) em
unha humana e esmalte dentário com diferentes idades para sua caracterização térmica.
3 – Histórico
• O efeito fotoacústico foi verificado pela primeira vez em 1880, por Alexander Graham Bell.
• Parker, Rosencwaig e Gersho, na década de 70, propuseram um modelo padrão da célula fotoacústica.
Figura 1: Célula Fotoacústica.
4 – Perfil de Profundidade:• A análise de transmissão periódica de calor é feita pelo
comprimento de difusão térmica:
fii
2
22/1
Figura 2: Variação do comprimento de difusão térmico com a freqüência.
5 – Técnica de Célula Fotoacústica Aberta
s
2S
α
πlb
fbef
1 ~S
Figura 3: Detalhamento do microfone.
Para determinada categoria de espessura térmica Pressão f-1/2
E em que
e ls é a espessura da amostra
6 – Montagem ExperimentalOPC – Propriedades Térmicas
Figura 4: Experimento OPC
Figura 5: Preparo da amostra para medida
7 – Aplicações
• Sistema Biológico:
i – D T Dias, A Steimacher, M L Baesso, A N Medina and A C Bento: Thermal Characterization In Vitro of Human Nail: Photoacoustic Study of the Aging Process, Photochemistry and Photobiology, v. 83, p. 1144-1148 (2007).
Figura 6: Partes da unha.
ii – A P N de Carvalho, D T Dias, V C Bedeschi, O Nakamura, M Q Oliveira: In Vitro Photoacoustic Study of Aging Process in Human Tooth Enamel, XXXIII ENFMC em Águas de Lindóia (2010).
Figura 7: : Esmalte dentário normal.
i – Unha x Idade
Figura 8: Preparação.
8 unhas normais 16-53 anos discos d 5 mm ls 257 m
Amostr
a
(unha)
idade
(anos)
ls
(m)
*
(10-4 cm2.s-1)
1 16 285 11.3 0.8
2 20 135 10.0 0.9
3 22 180 11.6 0.9
4 23 212 10.0 0.4
5 30 290 13.0 0.1
6 35 307 16.3 0.1
7 45 300 18.1 0.1
8 53 344 18.9 0.92 3 4 5
1,01,0
1,9
2,72,7
5,1
7,47,4
13,7
b= -1,02093
ln (
S/
) (u
.a.)
f1/2
experimental ajuste
Figura 9: Sinal PA típico. fbef
1S
2
2
*b
ls
média(144)x 10-4 cm2/s
8 (90%)
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 808
12
16
20
Model: UnhaBifase dm +(d1-dm)/(1+10 ((x-i1)/t1)) + (ds-dm)/(1+10 ((i2-x)/t2)) Chi 2/DoF = 0.41177R 2 = 0.9729dm 9.48407 ±0d1 11.70827 ±0.96778ds 19.13418 ±0.41379i1 16.78299 ±0t1 2.71121 ±0i2 32.41101 ±0t2 11.30511 ±0
Origin Pharmacology curve BiphasicA0 + (A1 - A0) / (1 + 10 ((x - x1) * h1) + (A2 - A0) / (1 + 10 ((x2 - x) * h2)
(1
0-4 c
m2 .s
-1)
Idade (ano)
Figura 10: Difusividade térmica em função da idade.
20 25 30 35 40 45 50 551,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
Unhas Valor Médio
Cp (
J/g
K)
Idade (anos)
Valor Médio = 1.68 ± (0.04)
cp(médio)1,68 J/gK
Método de Relaxação Térmico (MTR)
Figura 11: Calor específico AN Medina e A Steimacher.
(10-4 cm2.s-1)
k=cp
(10-4 J.s-1.cm-1.K-
1)
e=k.-1/2
(10-4 J.s-1/2 .cm-2 .K-1)
11.3
0.824.1 0.8 7.2 0.9
10.0
0.921.3 0.9 6.7 0.9
11.6
0.924.8 0.9 7.3 0.9
10.0
0.421.3 0.5 6.7 0.7
13.0
0.127.7 0.2 7.7 0.4
16.3
0.134.8 0.2 8.6 0.4
18.1
0.138.6 0.2 9.1 0.4
18.9
0.940.3 0.9 9.3 0.9
Propriedades térmicasa) da unha humana onde (média) ~ (1.27 0.01) g.cm-3 e cp(médio) ~ (1.68 0.04) (J.g-1.K-1).
a) e cp foram medidos por métodos fototérmicos e k e e foram calculadas de , e cp,.
pck
2/1pcke
e 2 (20%)
k 20 (100%)
0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 8020
24
28
32
36
405
6
7
8
9
10
ConductivityModel: UnhaBifase Chi 2/DoF = 1.72491R 2 = 0.97508dm 20.75787 ±1.11944d1 24.32 ±0ds 40.04933 ±0i1 18 ±0t1 2 ±0i2 31.53672 ±0t2 8.90161 ±2.26107
k(10
-4 J
.s-1.c
m-1.K
-1)
Idade (anos)
(a)
(b)
Data: EffusuvityModel: UnhaBifase Chi 2/DoF = 0.06377R 2 = 0.95813 dm 6.54478 ±0.28535d1 7.09796 ±0ds 9.45007 ±0i1 17.87399 ±3.43163t1 2.5 ±0i2 31.60031 ±1.79784t2 11 ±0
e(10
-4J.
s-1/2.c
m-2.K
-1)
Figura 12: Efusividade e condutividade térmica.
Propr
Extrapolação idade
inicial
Mínimo
Saturação Idades inflexão Inclinação de inflexão
Idade no
mínimo
d1 dm ds i1 i2 t1 t2 - 11.71 9.48 19.13 16.78 32.41 2.71 11.31 19.87e 7.09 6.54 9.45 17.87 31.60 2.50 11.00 20.59k 24.32 20.76 40.05 18.00 32.54 2.00 8.90 20.14d - - 1.27 - - - - -cp - - 1.68 - - - - -
Análises da evolução das propriedades térmicas com a idade para unhas humanas usando uma função farmacológica bifásica.
101
)(
101
)1()(
)22()11( tageitiage
dmdsdmddmagePh
f=20 Hz 20anos (9 1) x 10-4 cm2/s unha= 38 m
5 esmaltes dentários dentes normais 17-61 anos
discos d 10 mm ls 200 m
Figura 13: Esmalte dentário e estrutura do dente.
ii – Amostra – Esmalte Dentário
2 3 4
0,36788
1
b= -0,66102
ln(S
/)*
f (u
.a.)
f1/2
Figura 14: Gráfico linear típico do sinal PA x f1/2.
Idade(anos)
b(-)
ls
(µm)*média
(cm2/s)
17 0,745 296 0,00470
32 0,661 284 0,00549
48 0,661 260 0,00523
55 0,843 340 0,00454
61 0,688 238 0,00363
fbef
1S
2
2
*b
ls
média(473)x 10-4 cm2/s
f=20 Hz 48anos (52 3) x 10-4 cm2/s dente= 91 m
Figura 15: Difusividade térmica x idade.
10 20 30 40 50 6010
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Difusi
vidad
e te
rmic
a x
10-4(c
m2 /s
)
Idade
Idade(anos
)
b(-)
ls
(µm)*média
(cm2/s)
17 0,688
180 0,00237
19 0,735
184 0,00199
32 0,738
188 0,00209
47 0,691
217 0,00294
48 0,611
187 0,00316
55 0,741
220 0,00293
61 0,730
209 0,00261f=20 Hz 48anos 32 x 10-4 cm2/s dente= 71 m
ii.1 – Amostra Recente – Dentina
(média 26 ± 1)x10-4 cm2/s
Figura 16: Difusividade térmica x idade.
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
12
18
24
30
36
DIF
USIV
IDA
DE T
ER
MIC
A x
10
-4(c
m2/s
)
IDADE
8 – Conclusão
• Considerando a importância de estudos biológicos de partes humanas incluindo unha [1-3], esmalte e dentina [4-6].
• Através da Técnica de Célula Fotoacústica Aberta [7-8] o valor para a difusividade térmica de unha e esmalte dentário foi medida em função da idade.
• o estudo “in vitro” em unhas humanas mostrou um aumento e possível saturação da difusividade térmica com o aumento da idade. O valor médio encontrado foi de =(13,73,6)x10-4 cm2/s.
• O estudo “in vitro” em esmalte dentário mostrou uma possível diminuição da difusividade térmica com o aumento da idade.
• O valor médio foi de (47 3) x 10-4 cm2/s. Na literatura foi encontrado =42 x 10-4 cm2/s [6] usando experimento em termopar. Através de nossos resultados podemos sugerir que este dente deveria ter aproximadamente 57,9 anos.
9 – Perspectivas
• A partir dos resultados expostos pode-se avaliar a
penetração de substâncias químicas, de uso terapêutico e
diagnósticos, através dos tecidos avaliados.
• A técnica torna-se apta para avaliar outros tecidos
humanos em função da idade, por exemplo pele.
Os pesquisadores envolvidos agradecem a FAPESB, CNPq CAPES e FAPEX.
1. Giese K., Nicolas A., Sennhenn B. and Kolmel K., Can. J. Phys. 64 (1986) 1537.
2. Bowman H. F., Cravalho E. G. and Woods M., Ann. Ver. Of Biophys. & Bioeng. 4 (1975) 43.
3. Sowa M. G., Wang J., Schultz C. P., Ahmed M. K. and Mantsch H. H., Vibrational Spectroscopy 10 (1995) 49.
4. Panas J. A., Preiskorn M., Dabrowski M. and Zmuda S., Infrared Phys. Tech.
49 (2007) 302.
5. Panas A. J., Zmuda S., Terpilowski J. and Preiskorn M., Inter. J. Thermophys.
24 (2003) 837.
6. Braden M, J. Dent. Res. 43 (1964) 315.
7. Perondi L. F. and Miranda L. C. M., J. Appl. Phys. 62 (1987) 2955.
8. Dias D. T., Steimacher A., Bento A. C., Medina A. N. and Baesso M. L.,
Photochem. Photobiol. 83 (2007) 1144.
10 – Bibliografia
Obrigada!!!!!