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    01 - Estucturaycomposicitejidosmineralizados09 01 - Estucturaycomposicitejidosmineralizados09 Presentation Transcript

    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sólidos TEJIDOS MINERALIZADOS Isotrópicos Anisotrópicos Cristalinos Amorfos
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sólidos Cristalinos Sólidos Iónicos Cristales Iónicos Cristales Metálicos Cristales Moleculares Cristales Covalentes Cristales Iónicos LiF NaCl AgCl ZnO Energía de Enlace (Kcal/mol) 246.7 186.2 216.0 964.0
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Cristales Covalentes C (diamante) Si SiO 2 Energía de Enlace (Kcal/mol) 170 105 433 Cristales Moleculares Ar Xe Cl 2 CO 2 CH 4 Energía de Enlace (Kcal/mol) 1.56 3.02 4.88 6.03 1.96 Cristales Metálicos Li Ca Al Fe W Energía de Enlace (Kcal/mol) 38 42 77 99 200
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Propiedades Sólidos Rigidez Incompresibilidad Características Geométricas Tamaño Cristal Sólidos Cristalinos Red Cristalográfica Recristalización Velocidad de Formación Centros de Nucleación
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
      • En toda formación de cristales hay que considerar dos etapas:
      • Nucleación : formación de los primeros cristales a partir de los iones o moléculas que se encuentran en el seno de la disolución. Puede ser que estos primeros cristales que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la nucleación.
      • Crecimiento : formación de la estructura cristalina.
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sistemas Cristalinos Redes de Bravais Simple De caras centradas Sistema Cúbico De cuerpo centrado a a a
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sistema Ortorrómbico De extremo centrado De cara centrada Simple c a b De cuerpo centrado Simple De cuerpo centrado Sistema Tetragonal a a c c a b Simple De extremo centrado Sistema Monoclínico
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sistema Tríclinico c a a Sistema Hexagonal Sistema Romboidal
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Polimorfismo o Alotropía Metal Tº Ambiente Otras Tº Co Hexagonal FCC ( T>427ºC ) Fe BCC FCC ( 912-1394ºC ) BCC ( T>1394ºC ) Ti Hexagonal BCC ( T>883ºC ) Cristales de cloruro de sodio
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ 111 111 _ 111 __ 111 _ 110 101 011 011 _ 110 _ 101 _ 110 101 011 011 _ 110 _ 101 _ 100 001 010 111 111 __ 111 _ 111 _
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Defectos Cristalinos Vacancia Autointersticial Impureza Intersticial Impureza Sustitucional e Defecto de Schottky Defecto de Frenkel Centro F
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Impurezas Sustituciones Isomórficas Sustituciones Anisomórficas Modificaciones props. fco.-qcas. del cristal
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Esquema de un Diente Diente Esmalte Dentina Cemento Dentina Esmalte Cemento Características Unicas Características Similares Hueso
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
      • Mineralización Biológica mediada por matriz
      Mineralización biológica mediada por matriz extracelular. Este proceso se caracteriza por la nucleación fuera de la célula. A.) Los cationes por transporte activo atraviesan la membrana celular y por difusión pasiva a través del líquido extracelular llegan al sitio de la mineralización. B.) Los cationes se concentran intracelular como iones acuosos en una vesícula que se secreta posteriormente. El rompimiento de esta en el sitio de la mineralización libera los cationes para la formación del biomineral. Matriz extracelular
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Especie Densidad Inorgánico Orgánico Agua % Peso %Vol. %Peso %Vol. %Peso %Vol. Esmalte 2.9 - 3.0 95 87 1 2 3.0 11.0 Dentina 2.05 - 2.35 70 47 20 33 10 21 Cemento 2.02 - 2.05 Hueso 2.1 - 2.2 65 36 24 26 15 28 Tabla I Composición Diente
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Principales Componentes y Características de los Tejidos Duros Esmalte Hueso Dentina En Desarrollo Maduro % p/p % p/p % p/p % p/v % p/p % p/v Inorgánico 37 16 96 88 70 72 Orgánico 19 20 0.1 0.3 22 20 Agua 44 64 3.9 11.7 8 8 Componente Amelogenina Enamelina Colágeno Colágeno Orgánico Componente Hidroxiapatita Hidroxiapatita Inorgánico Densidad 1.45 2.9 - 3.0 2.01-2.05 2.00-2.30 Tamaño Hexágonos de 30nm x 0.1  x 5  Hexágonos, aguja, Cristales lámina o mezcla. 50 x 20 x 20 nm. 40 nm 160 nm 25 nm Cristal de esmalte 3 nm 60 nm Cristal de hueso y/o dentina
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Propiedades y Composición del Esmalte y Hueso Maduros Esmalte Hueso Densidad (g/ml) 2.9 - 3.0 2.1 - 2.2 Contenido Mineral (%p/p) 96 72 Tamaño Cristal Aº Longitud 1000-10000 300-500 Ancho 300-600 100-300 Altura 100-400 25-50
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Patron de difracción de rayos x de apatitas Angulo de difracción 25 30 25 Hidroxiapatita sintética hueso Dentina Esmalte Hidroxiapatita mineral
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Material Orgánico del Esmalte ( 1% p/p ; 2% p/v ) Proteínas % Lípidos% Otros Elementos% 58 40 2 Cambios Químicos durante la Mineralización Matriz del Esmalte Esmalte Maduro 5 % Calcio 90 %
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Formación Transicional Maduración Etapas de Maduración del Esmalte Agua Orgánico Mineral Mineral 100 96 95 1 0 Superficie Externa Interfase Esmalte-Dentina Distribución de Componentes en el Esmalte Fosfato de Calcio Mineral Total Proteína Total Enamelina Amelogenina Proteínas
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Componentes de Dentina y Hueso Constituyente Dentina Hueso ( % p/p ) ( % p/p) Orgánico Colágeno 17.5-18.5 21.2 Proteína 0.2 0.24 Citrato 0.86-0.89 0.8-0.9 Lactato 0.15 Lípidos 0.044-0.36 0.10 Sulfato de Condroitina 0.2-0.6 0.19 Sialoproteína 0.19-0.28 Glucoproteína 0.074-0.105 Inorgánico Agua 5.0 3.0-4.0 Sustancias Inorgánicas 74.5-75.4 74.0
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Macrocomponentes del Esmalte Ion Esmalte Hidroxiapatita Fluorapatita Ca 33.6 - 39.4 39.9 39.7 P 16.1 - 18.0 18.5 18.4 CO 3 1.95 - 3.66 Mg 0.25 - 0.56 Na 0.25 - 0.90 K 0.05 - 0.30 Cl 0.19 F 0.006 - 0.3 Ca / P 1.48 - 1.67 1.67 1.67
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Constituyentes Menores del Esmalte Constituyente Portes por Millón F 50 - 5000 Fe 8 - 218 Zn 152 -227 Sr 50 -400 Cu 10 - 100 Mn 0 - 18 Ag 0 - 10 Relación Ca / P 1.92 - 2.17 ( en peso )
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Elementos Traza del Esmalte Componente Esmalte (ppm) Dentina (ppm) Al 5-700 10-100 Sb 0.02-0.34 0.7 S 130 - 530 Ba 0.08 - 500 10 - 130 B 0.5 - 39 1 - 10 Br 0.03 - 35 114 Cd 0.03 - 10 Co <0.1 - 100 1 - 100 Cu 0.1 - 130 0.2 - 100 Cr <0.1 - 100 1 - 100 Sn 0.03 - 0.9 Sr 26 - 1000 90 - 1000 Fe 0.08 - 200 90 - 1000 Componente Esmalte (ppm) Dentina (ppm) Y 0.01 - 0.2 Li 0.23 - 3.40 Mn 0.08 - 20.0 0.6 - 1000 Mo 0.7 - 39.0 1 - 10 Ni 10 - 100 10 - 100 Au 0.02 - 0.10 0.07 Ag 0.005 - 1.3 2.2 Rb 0.2 - 10 1 - 10 Se 0.1 - 10 10 - 100 Ti <0.1 - 100 10 - 100 V 0.01 - 0.03 1 - 10 Zn 60 - 1800 10 - 1000 Zr <0.02 - 0.6
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ 60° 120° Representación tridimensional de la celda unitaria del cristal de hidroxiapatita 9.42 A a 9.42 A b 6.88 A c Ion Hidroxilo
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Triángulo de Calcio Ion Calcio
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Distribución de iones hidroxilo, calcio y fosfato en un corte de la celda unitaria de hidroxiapatita Fósforo Oxígeno Calcio Hidroxilo
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ CELDA UNITARIA CELDAS APILADAS CRISTAL HEXAGONAL CRISTALITOS CRISTAL Estructura cristalina de las apatitas
    • IYL Utilizando la microscopia electrónica se copia la estructura del cristal. A través de un modelo de NMR se muestra la interacción de la amelogenina con el cristal de OHA que permite la construcción del esmalte modelado por una proteína. Un aminoácido marcado de la proteína permite seguir el crecimiento y el modelo de cristal en formación. Mineralización esmalte
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Orientación de los cristales de hidroxiapatita en forma de ojo de cerradura
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Niveles Estructurales del Esmalte Dental Esmalte Primer Nivel Prismas Conjunto denso, empaquetado de prismas, desde la unión amelo-dentinaria hacia la superficie exterior. 10 000 Aº. Segundo Nivel Cristales Conjunto de millares de cristalitos alargados: Prisma. 1 000 Aº. Tercer Nivel Celda Unitaria Cristalito: millares de subunidades llamadas celdas unitarias. Disposición: ladrillos de construcción. 10 Aº. Prismas 10 000 Aº Cristalitos 1 000 Aº Celda Unitaria 10 Aº
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Estequiometría de las Apatitas
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Solubilidad Apatitas
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Factores que afectan la solubilidad de las apatitas Disolución Cristales Cristales Apatita Ca 2+ PO 4 3- Impureza Defectos Cristalinos Velocidad de Difusión de Iones Tamaño del Cristal
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Representación Esquemática de un Cristal de Hidroxiapatita Cristal Interior Superficie del Cristal Iones Adsorbidos Cáscara de Hidratación
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Iones Presentes en los Tejidos Duros Fase Amorfa Unidos a la Superficie Ca 2+ Ca 2+ PO 4 3- PO 4 3- HCO 3 - HCO 3 - CO 3 -2 CO 3 -2 Mg 2+ Mg 2+ H 2 O H 2 O HPO 4 2- K + Citrato Sustituciones en la Red Cristalina de la Hidroxiapatita Sitios Ca 2+ : Na + ; Sr 2+ Sitios PO 4 3- : HPO 4 2- ; HCO 3 - ; CO 3 2- Sitios OH - : Cl - ; F - ; CO 3 2- ; H 2 O
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ F Zn Pb Fe Sn H 2 O CO 3 2- Mg Na Variación de la Concentración de los Componentes del Esmalte Superficie Esmalte Interfase Esmalte-Dentina
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Variación de la concentración de fluoruro en el esmalte en función del contenido de fluoruro en el agua potable 4000 3000 2000 1000 [ F - ] (ppm) 5.0 ppm 1.0ppm 0.2ppm Capa externa Capa interna Flúor en Esmalte / [ Flúor ] en Agua Potable
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Sustituciones en OHA por Fluoruro Fluorapatita 38 000 ppm de Fluoruro Sustitución OH - / F - 100% Esmalte Superficial (10 mcm) 2000 - 4000 ppm de Fluoruro Sustitución OH - / F - max. 10% Triángulo de Calcio Triángulo de Calcio OH - F -
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Efecto del Ión Fluoruro sobre los Iones Hidroxilos Calcio Fluoruro Hidroxilo
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Efecto del ión fluoruro sobre el cristal de hidroxiapatita Fluoruro Celda Unitaria más Compacta Aumenta la Cristalinidad Aumenta la Dureza Esmalte Superficial tipo Fluorapatita Disminuye la Solubilidad
    • ISMAEL YEVENES LOPEZ Efecto del ión carbonato sobre el cristal de hidroxiapatita Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Ca 10 (PO 4 ) 6-x (OH) 2-y (CO 3 ) x+y Celda Unitaria Expandida Presencia de Impurezas Sustitucionales y Vacancias y/o Impurezas Intersticiales. Disminución de la Cristalinidad Disminución de la Dureza Apatita menos Estable (Carbonato Lábil) Apatita más Soluble CO 3 2-