Estudo do processo de envelhecimento de
unha humana e esmalte dentário humano
através de Técnica Fotoacústica
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Campus Ponta Grossa
Daniele Toniolo Dias F. Rosa
Rio São Jorge
Camelo
PONTA GROSSA: 332.060 habitantes localizada
no centro do Paraná e a 103 km da
capital Curitiba.
Parque de Vila Velha
“Buraco do Padre”
187 anos
Cachoeira da
Mariquinha
Antiga estação de trem
Catedral
“Buraco do Padre”
“Buraco do Padre”
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:
 2 i 
i  

  
1/ 2
   2f
Figura 2: Variação do comprimento de difusão térmico com a freqüência.
5 – Técnica de Célula Fotoacústica Aberta
Figura 3: Detalhamento do microfone.
Para determinada categoria de espessura térmica
E
 1  b
S ~  e
f 
f
em que
b
πl S
αs
Pressão  f-1/2
2
e ls é a espessura da amostra
6 – Montagem Experimental
OPC – Propriedades Térmicas
Figura 5: Preparo da amostra para medida
Figura 4: Experimento OPC
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
13,7
experimental
ajuste
ln (S/) (u.a.)
7,4
5,1
2,7
1,9
1,0
b= -1,02093
2
3
4
5
1/2
f
Figura 9: Sinal PA típico.
Amostra
idade
ls
*
(unha)
(anos)
(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  0.9
l
* s  2
b
2
 1
S    e b
f
f
  8 (90%)
Método de Relaxação Térmico (MTR)
Origin Pharmacology curve Biphasic
A0 + (A1 - A0) / (1 + 10^((x - x1) * h1) + (A2 - A0) / (1 + 10^((x2 - x) * h2)
2,1
20
Unhas
Valor Médio
2,0
-4
Chi^2/DoF
= 0.41177
R^2
= 0.9729
dm
9.48407
±0
d1
11.70827
±0.96778
ds
19.13418
±0.41379
i1
16.78299
±0
t1
2.71121
±0
i2
32.41101
±0
t2
11.30511
±0
12
8
Cp (J/gK)
Model: UnhaBifase
dm +
(d1-dm)/(1+10^((x-i1)/t1)) +
(ds-dm)/(1+10^((i2-x)/t2))
16
2
-1
 (10 cm .s )
1,9
0
8
16
24
32
40
48
56
64
72
Idade (ano)
média(144)x 10-4 cm2/s
Figura 10: Difusividade térmica em
função da idade.
1,8
1,7
1,6
1,5
Valor Médio = 1.68 ± (0.04)
1,4
80
1,3
20
25
30
35
40
45
50
55
Idade (anos)
cp(médio)1,68 J/gK
Figura 11: Calor específico AN Medina
e A Steimacher.
-2
e=k.-1/2
(10-4 cm2.s-1)
(10-4 J.s-1.cm-1.K-1)
(10-4 J.s-1/2 .cm-2 .K-1)
11.3  0.8
24.1  0.8
7.2  0.9
10.0  0.9
21.3  0.9
6.7  0.9
-1
11.6  0.9
24.8  0.9
7.3  0.9
10.0  0.4
21.3  0.5
6.7  0.7
13.0  0.1
27.7  0.2
7.7  0.4
16.3  0.1
34.8  0.2
8.6  0.4
18.1  0.1
38.6  0.2
9.1  0.4
18.9  0.9
40.3  0.9
9.3  0.9
e cp foram medidos por métodos fototérmicos e k
e e foram calculadas de ,  e cp,.
(a) e  kcp
9

1/ 2
8
7
6
e  2 (20%)
5
40
(b) k
36
 cp
Data: Effusuvity
Model: UnhaBifase
Chi^2/DoF
= 0.06377
R^2
= 0.95813
dm
6.54478
±0.28535
d1
7.09796
±0
ds
9.45007
±0
i1
17.87399
±3.43163
t1
2.5
±0
i2
31.60031
±1.79784
t2
11
±0
k  20 (100%)
Conductivity
Model: UnhaBifase
Chi^2/DoF
= 1.72491
R^2
= 0.97508
dm
20.75787
±1.11944
d1
24.32 ±0
ds
40.04933
±0
i1
18
±0
t1
2
±0
i2
31.53672
±0
t2
8.90161
±2.26107
32
28
-4
-1
k(10 J.s .cm .K )
-4
k=cp
-1
e(10 J.s

a)

-1
.cm .K )
10
-1/2
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).
24
20
0
8 16 24 32 40 48 56 64 72 80
Idade (anos)
Figura 12: Efusividade e condutividade
térmica.
Análises da evolução das propriedades térmicas com a idade para unhas
humanas usando uma função farmacológica bifásica.
Propr Extrapolação Mínimo
idade inicial

e
k
d
cp
d1
11.71
7.09
24.32
-
dm
9.48
6.54
20.76
-
Saturação
ds
19.13
9.45
40.05
1.27
1.68
Idades inflexão
i1
16.78
17.87
18.00
-
i2
32.41
31.60
32.54
-
Inclinação de
inflexão
t1
2.71
2.50
2.00
-
t2
11.31
11.00
8.90
-
Idade
no
mínimo
19.87
20.59
20.14
-
(d1  dm)
(ds  dm) 

Ph(age)   dm 

( age i1 t1)
( i 2  age t 2 ) 
1  10
1  10


f=20 Hz  20anos (9  1) x 10-4 cm2/s  unha= 38 m
ii – Amostra – Esmalte Dentário
Figura 13: Esmalte dentário e estrutura do dente.
5 esmaltes dentários  dentes normais  17-61 anos
 discos d  10 mm  ls  200 m
ln(S/)*f (u.a.)
1
0,36788
b= -0,66102
2
3
4
1/2
f
Figura 14: Gráfico linear típico
do sinal PA x f1/2.
 1
S    e b
f
f
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
l 2
* s  2
b
-4
2
Difusividade termica x 10 (cm /s)
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
10
20
30
40
50
60
Idade
média(473)x 10-4 cm2/s
Figura 15: Difusividade térmica x idade.
f=20 Hz  48anos (52  3) x 10-4 cm2/s  dente= 91 m
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
36
2
b
(-)
-4
Idade
(anos)
DIFUSIVIDADE TERMICA x 10 (cm /s)
ii.1 – Amostra Recente – Dentina
55
61
0,741
0,730
220
209
0,00293
0,00261
30
24
18
12
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
IDADE
(média 26 ± 1)x10-4 cm2/s
Figura 16: Difusividade térmica x idade.
f=20 Hz  48anos 32 x 10-4 cm2/s  dente= 71 m
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 =(13,73,6)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.
10 – Bibliografia
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.
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Sowa M. G., Wang J., Schultz C. P., Ahmed M. K. and Mantsch H. H.,
Vibrational Spectroscopy 10 (1995) 49.
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Panas J. A., Preiskorn M., Dabrowski M. and Zmuda S., Infrared Phys. Tech.
49 (2007) 302.
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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.
Obrigada!!!!!