Daniele Toniolo Dias F. Rosa 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 Parque de Vila Velha Camelo “Buraco do Padre” Cachoeira da Mariquinha Antiga estação de trem 187 anos Catedral PONTA GROSSA: 332.060 habitantes localizada no centro do Paraná e a 103 km da capital  Curitiba.

1 – Introdução 2 – Objetivo Principal 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: 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 Pressão  f-1/2 E em que 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.

8 unhas normais  16-53 anos  discos d  5 mm  ls  257 m i – Unha x Idade Figura 8: Preparação. 8 unhas normais  16-53 anos  discos d  5 mm  ls  257 m

Figura 9: Sinal PA típico. Amostra (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  0.9 Figura 9: Sinal PA típico.

  8 (90%) média(144)x 10-4 cm2/s cp(médio)1,68 J/gK Método de Relaxação Térmico (MTR) Figura 11: Calor específico AN Medina e A Steimacher.   8 (90%) média(144)x 10-4 cm2/s Figura 10: Difusividade térmica em função da idade.

Figura 12: Efusividade e condutividade térmica. k  20 (100%) Figura 12: Efusividade e condutividade térmica. 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).  (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  0.8 24.1  0.8 7.2  0.9 10.0  0.9 21.3  0.9 6.7  0.9 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 a) e cp foram medidos por métodos fototérmicos e k e e foram calculadas de ,  e cp,.

Extrapolação idade inicial Inclinação de inflexão Análises da evolução das propriedades térmicas com a idade para unhas humanas usando uma função farmacológica bifásica. 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 19.87 e 7.09 6.54 9.45 17.87 31.60 2.50 11.00 20.59 k 24.32 20.76 40.05 18.00 32.54 2.00 8.90 20.14 d 1.27 cp 1.68 f=20 Hz  20anos (9  1) x 10-4 cm2/s  unha= 38 m

5 esmaltes dentários  dentes normais  17-61 anos 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

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 48 260 0,00523 55 0,843 340 0,00454 61 0,688 238 0,00363 Figura 14: Gráfico linear típico do sinal PA x f1/2.

f=20 Hz  48anos (52  3) x 10-4 cm2/s  dente= 91 m 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

ii.1 – Amostra Recente – Dentina 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 0,00261 (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 Obrigada!!!!! Giese K., Nicolas A., Sennhenn B. and Kolmel K., Can. J. Phys. 64 (1986) 1537. Bowman H. F., Cravalho E. G. and Woods M., Ann. Ver. Of Biophys. & Bioeng. 4 (1975) 43. Sowa M. G., Wang J., Schultz C. P., Ahmed M. K. and Mantsch H. H., Vibrational Spectroscopy 10 (1995) 49. Panas J. A., Preiskorn M., Dabrowski M. and Zmuda S., Infrared Phys. Tech. 49 (2007) 302. Panas A. J., Zmuda S., Terpilowski J. and Preiskorn M., Inter. J. Thermophys. 24 (2003) 837. Braden M, J. Dent. Res. 43 (1964) 315. Perondi L. F. and Miranda L. C. M., J. Appl. Phys. 62 (1987) 2955. Dias D. T., Steimacher A., Bento A. C., Medina A. N. and Baesso M. L., Photochem. Photobiol. 83 (2007) 1144. Obrigada!!!!!