PROPIEDADES BIOFÍSICAS APLICADAS AL ESTUDIO DE LOS BIOMATERIALES DENTALES
UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE ODONTOLOGÍA
CATEDRA DE MATERIALES DENTALES
PROPIEDADES BIOFÍSICAS APLICADAS AL ESTUDIO DE LOS BIOMATERIALES DENTALES
INTRODUCCIÓN
Ciencia que tiene por objeto el estudio de la materia, la energía, de la leyes que
tienden a modificar su estado y movimiento sin alterar su naturaleza
FISICA
BIOFISICA: Estudio de los fenómenos biológicos y de los organismos de organismos vivos mediante los principios y métodos de la física
PROPIEDADES FÍSICAS Propiedades de manipulación Cambios dimensionales Cohesión Adhesión Densidad Propiedades ópticas Propiedades térmicas Propiedades eléctricas PROPIEDADES MECANICAS
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PROPIEDADES DE MANIPULACIÓN
Tiempo de Endurecimiento
Tiempo de trabajo
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PROPIEDADES DE MANIPULACIÓN
Tiempo de trabajo
Tiempo transcurrido desde que se mezcla un material y es colocado en la boca del paciente
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Tiempo de trabajo
Tiempo de Trabajo
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Tiempo de Trabajo:
Tiempo de TrabajoTiempo de Trabajo
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EndurecimientoConjunto de cambios
físicos y químicos que se producen en un material
hasta que endurece
PolimerizaciónGelificación
CristalizaciónQuelaciónFraguado
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POLIMERIZACIÓN Proceso mediante el cual se forman polímeros a partir de monómeros.
GELIFICACIÓNReacción química o física mediante la cual un
coloide pasa del estado de sol al de gel.
CRISTALIZACIÓN
Proceso mediante el cual las moléculas de un material se disponen en formas geométricas
cuando pasan del estado líquido o gaseoso al estado sólido.
FRAGUADODRAE= Acción y efecto de fraguar (endurecerse)
Fraguar = dicho de la cal, el yeso o de otras masas
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Tiempo de Endurecimiento:
Cantidad de tiempo transcurrido desde que se mezclan dos materiales, hasta que endurece completamente
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CAMBIOS DIMENSIONALES
Son cambios volumétricos que se producen al mezclar los componentes y obtener el
endurecimiento del material
Expansión Contracción
¿El odontólogo puede controlar dichos cambios?
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Es la unión fisicoquímica
De dos materiales por intermedio de un adhesivo
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ADHESION:
unión que se produce desde el punto de vista físico-químico.
Agente de Unión o Enlace
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Cemento: Toda sustancia utilizada para unir dos o más cuerpos entre sí desde el punto de vista mecánico
Adhesivo
De tipo iónicoDe tipo covalente
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CEMENTOS
CementoEspesoUnión micromecánicaLlena el espacio entre la interfaces diente/restauraciónCementar restauraciones indirectas al dienteHay que grabar esmalte y dentina (algunos)
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ADHESIVOS
Adhesivo•Fluido•Unión micromecánica y química•Unión al esmalte y tejido duro y blando de la dentina
Adhesión en Sólidos
• Adherente• Adhesivo
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• Fase• Interfase
Adhesión en Líquidos
Adhesión QuímicaAdhesión Química
Se produce cuando las superficies permanecen unidas, en base a las fuerzas logradas por el
desarrollo de uniones químicas, producida entre ambas superficies.
¿Cuales son los elementos necesarios para producir adhesión química?
• AdhesivoAdhesivo• AdherenteAdherente• InterfaseInterfase
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Adhesivo Un adhesivo es una sustancia capaz de mantener adheridos dos materiales por unión
superficial creando una interfaseinterfase
Adherente Superficie la cual va a estar en contacto con el adhesivo, también se le denomina substrato.
“Cabe aclarar que existe la cohesión caracterizada por la unión de moléculas de la misma naturaleza, pudiéndose
lograr continuidad absoluta en conjunto”
Lo que se busca lograr en la interfase adhesivo adherente es el mecanismo responsable de la cohesión, continuidad
absoluta en conjunto
Lográndose evitar problemas tan graves como la MICROFILTRACIÓN MARGINALMICROFILTRACIÓN MARGINAL
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1. Energía Superficial2. Tensión Superficial3. Humectancia4. Ángulo de contacto
Entender los principios de la adhesión nos permitirán: Entender los principios de la adhesión nos permitirán: aseverar, negar o predecir si existe o se producirá la adhesión aseverar, negar o predecir si existe o se producirá la adhesión
entre dos sustanciasentre dos sustancias
Fenómenos de superficie:
PRINCIPIOS GENERALES DE ADHESIÓN
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1. Energía Superficial1. Energía Superficial
Grado de mayor o menor energía presente en la Grado de mayor o menor energía presente en la superficie de los sólidos que obviamente es mayor que la superficie de los sólidos que obviamente es mayor que la
de su interior.de su interior.
C
B
A
En el interior de una red todos los átomos tienen la misma fuerza de
atracción interatómica, por consiguiente la energía es mínima
ya que existe un equilibrio.
¿Ocurre lo mismo en la superficie del sólido?
A Ordenamiento equilibrado, fuerzas constantes
B CNo están equilibrados con sus vecinos, de tal manera que sus fuerzas no equilibradas generan una energía mayor proyectada hacia la superficie del sólido, lo que permite
una mayor generación de energía de atracción en esta área hasta conseguir el equilibrio, con otros átomos presentes
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2. Tensión Superficial2. Tensión Superficial
la tensión superficial es un fenómeno superficial por el cual la superficie de la tensión superficial es un fenómeno superficial por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como una delgada película elástica.un líquido tiende a comportarse como una delgada película elástica.
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AguaAguaAcetonaAcetonaAceiteAceite
Tensión superficial
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Energía superficial
Tensión superficial
Energía superficial
Liquid
oS
ólid
oPROPIEDADES BIOFÍSICAS APLICADAS AL ESTUDIO DE LOS
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3. Humectancia3. Humectancia
Capacidad que tiene un líquido (Adhesivo) de mojar una superficie (Adherente).
SubstratoSubstrato
LiquidoLiquido
Está directamente relacionado con las características físico químicas de la superficie implicada y es completamente medible
a través del ángulo de contacto
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Mojado o Humectancia
Mojado describe la
habilidad de un liquido de humectar un
material
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Mojado o Humectancia
De que depende ?
1. Viscosidad del adherente
2. Irregularidades del sustrato
3. Angulo de contacto entre ambos
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4. Ángulo de Contacto 4. Ángulo de Contacto
Es el ángulo que se forma en la interfase del adherente y el adhesivo permitiendo medir el grado de humectancia entre
el adhesivo líquido y la superficie, que depende directamente de la mayor o menor energía superficial
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Angulo de Contacto• Se forma entre
superficie de la gota del adhesivo y superficie del adherente sobre la cual descansa
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Nota Algunos factores como la
contaminación puede bajar la
energía de superficie
Angulo de contacto,
mojado o humectancia
En adhesión química, el adhesivo debehumectar o mojar la superficie, establecer
un contacto estrecho entre ambos
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Función del Angulo de Contacto y Mojado
• Esa capacidad del adhesivo para mojar superficie se conoce como” ángulo de contacto”
• Sirve para evaluar la humectancia
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¿Como debe ser el comportamiento ideal en los fenómenos de superficie adaptados a un
sistema adhesivo?
Energía superficial del sólido
Tensión superficial del líquido
Ángulo de Contacto
Grado de humectancia
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Mientras más pequeño el ángulo de contacto, mayor es humectancia
Si es muy grande, la humectanciaserá deficiente y la adherencia
será deficiente
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¿Cuál es el tamaño ideal requerido para un ángulo de contacto?
Clasificación de sólidos de acuerdo con la energía superficial libre
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Blandos
Sólidos orgánicos de bajo punto de fusiónTienen fuerzas intermoleculares débiles Baja energía superficial Ej. proteínas, resinas acrílicas
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Duros
De alto punto de fusiónMateriales inorgánicos con fuerzas intermoleculares fuertesTienen alta energía superficial, Ej. esmalte, porcelana y metales
Clasificación de sólidos de acuerdo con la energía superficial libre
Flúor, reducen la energía superficial y la adhesividad
Agua absorbida generalmente disminuye la energía superficial de muchos sólidos de alta energía, como vidrio, sílice, alúmina y metales
Humedad inherente y exposición constante a humedad en medio bucal es uno de los más grandes problemas de los adhesivos dentales
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Efectos de la constitución de los sólidos sobre el mojado
van der Walls
Enlaces iónicos y
covalentes
Grabado ácido
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Fuerzas físicas de adhesión
Fuerzas químicas de adhesión
Retención mecánica
Fuerzas Físicas de Adhesión
Las fuerzas físicas de adhesión como, las de van der Waals, unión hidrógeno, influyen en el fenómeno de adhesión aumentando la resistencia de unión de los adhesivos
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mantienen unidas a las moléculas en los estados líquido y sólido
Estas fuerzas provienen de dipolos transitorios: como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente. Así se forman dipolos no-permanentes. Estos dipolos producen atracciones electroestáticas muy débiles
Fuerzas físicas de adhesiónFuerzas físicas de adhesión
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Fuerzas Químicas de Adhesión
Iónica Atracción electrostática entre
iones opuestos cargados
Na + Cl●
●
●●●
●Na + Cl+
●●
●●
●●
●●
●●
_
Ión sodio(catión)
Ión cloruro(anión)
●
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Tejidos inorgánicos
Fuerzas Químicas de Adhesión
• Covalente Uniones formadas por compartimiento de
electrones comúnmente encontrados en compuestos orgánicos.
H H H H ó (H – H)● ● ●●
Molécula dehidrogeno
Átomos de hidrogeno
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Las uniones iónicas y covalentes dan una mayor resistencia de
unión que las fuerzas físicas de adhesión
Tejidos orgánicos
Retención Mecánica
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La superficies permanecen en contacto en base a la penetración de una de ellas en las irregularidades e la otra,
es decir, se produce lo que se conoce como traba mecánica.
H3 PO 4
Cohesión
Es la unión que existe entre partes de un mismo material
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Fuerza de atracción entre partículas de la misma clase
Densidad • Es la medida de cuánta masa hay
contenida en una unidad de volumen
• La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen.
• Matemáticamente se define como el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo.
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Medida de Densidad masa densidad = volumen • La unidad de densidad en el sistema
internacional de unidades es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), pero por razones prácticas se utiliza normalmente el gramo por centímetro cúbico (g/cm3).
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IMPORTANCIA ODONTOLÓGICA DE LOS MATERIALES DENSOS
“Densidad de los materiales utilizados como base”“Densidad relacionada con los materiales de obturación directa e indirecta”
Densidad
si la masa es la medida de cuánto material tiene un objeto, entonces la densidad es la medida de cuán compactado está ese material.
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Puesto de manera sencilla
• Una de las formas cotidianas en las que podemos ilustrar la densidad, es a través de la observación de cualquier cosa que flote o se hunda en un líquido determinado, (por ejemplo, agua).
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mientras que un tubo plástico (poca masa en gran volumen), flota y le cuesta hundirse en el agua.
Si un objeto es menos denso que el líquido en donde se encuentra, entonces flotará.
Pero si es más denso, se hundirá
Por eso es que un ancla, la cual es muy densa (con gran cantidad de masa en poco volumen), se hunde tan rápidamente
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La Regla
Este elemento es metal líquido a temperatura ambiente, y es MUY denso. De hecho, es más denso que el plomo, y objetos metálicos como un tenedor, monedas, e inclusive balas, ¡flotarán sobre el líquido!.
La Excepción
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Algunos elementos son muy densos
un objeto menos denso flotando en un líquido más denso
Puede ocurrir que
ocurre cuando los objetos son puestos dentro de un envase con mercurio líquido (Hg).
Densidad de Algunas Substancias Comunes (g/cm3)
• Aire 0.0013• Plumas 0.0025• Madera (Roble)0.6 - 0.9• Hielo 0.92 • Agua 1.00• Ladrillos 1.84• Aluminio 2.70• Acero 7.80• Plata 10.50• Oro19.30
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Propiedades ópticas • Color• Reflexión• Refracción• Claridad• Intensidad• Tono• Matiz• Brillo• Transparencia• Translucidez• Opacidad• Estética• Cosmética
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Color
Es una propiedad que depende del ojo humano y que existe en función no solo del objeto cuyo color queremos evaluar si no
también de la fuente de luz
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El color es un fenómeno físico de la luz, relacionado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del
espectro electromagnético, que perciben las personas y algunos animales a través de los órganos de la visión, como una sensación que nos permite diferenciar los
objetos del espacio con mayor precisión
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Conjunto de ondas electromagnéticas, o más concretamente, a la radiación electromagnética
que emite (espectro de emisión), o absorbe (espectro de absorción) una sustancia
Espectro Electromagnético
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La luz (del latín lux, lucis) es una onda electromagnética capaz de ser percibida por el ojo humano y cuya frecuencia determina su
color.
En física el término frecuencia se utiliza para indicar la velocidad de repetición de
cualquier fenómeno periódico
Velocidad
Nº de oscilaciones, vibraciones u ondas por unidad de tiempo
Fase Relación entre el espacio recorrido y el tiempo empleado en recorrerlo
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REFLEXIÓN
se refiere al fenómeno por el cual un rayo de luz que incide sobre una superficie es reflejado
El ángulo con la normal a esa superficie que
forman los rayos incidente y
reflejado son iguales
Absorción
Perdida de la intensidad de una radiación al atravesar la materia
Al incidir un rayo de luz visible sobre una superficie negra, mate y opaca, es absorbido prácticamente en su
totalidad, transformándose en calor.
Objeto
Luz Calor
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A este fenómeno se le llama refracción.
Refracción Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro
se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de
propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales
Propiedades Térmicas
• Que es calor
• Sensación de calor
• Calor por frotamiento
• Calor y temperatura
• Transmisión del calor
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En física, el calor se define como energía en tránsito
¿Qué es Calor ?
Generalmente, el calor es una forma de energía
asociada al movimiento de los átomos, moléculas y
otras partículas que forman la materia
Producción de calor
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Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, que dictamina que dos cuerpos en
contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibra
El calor puede ser creado por reacciones químicas
Nucleares
Hornos de microondas
Disipación mecánica
Fricción
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Transmisión de Calor
dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibra.
Principio cero de la termodinámica
radiación conducción
convección
Con la comprensión de este principio se pudieron elaborar
instrumentos para medir el calor
pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor
frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas.
La radiación infrarroja o radiación térmica es un tipo de radiación
electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible
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Fusión La conducción de calor es un mecanismo de
transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus
partículas, que tienden a igualar su temperatura o estado de excitación térmica
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Material λ Material λ Material λ
Acero 47-58 Corcho 0,04-0,30 Mercurio 83,7
Agua 0,58 Estaño 64,0 Mica 0,35
Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Níquel 52,3
Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2
Alpaca 29,1 Hierro 1,7 Parafina 0,21
Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-418,7
Amianto 0,04 Ladrillo refractario 0,47-1,05 Plomo 35,0
Bronce 116-186 Latón 81-116 Vidrio 0,6-1,0
Cinc 106-140 Litio 301,2
Cobre 372,1-385,2 Madera 0,13
CAMBIOS DIMENSIONALESCAMBIOS DIMENSIONALES
Los cambios dimensionales en un material pueden producirse por factores
químicos o físicos
Se definen como la variación de dimensiones Largo, ancho y alto de una estructura pudiendo modificar abruptamente la posición de esta en una cavidad
ExpansiónContracción
QuímicosCuando el material posterior a la reacción de endurecimiento experimentada por el cambia en sus dimensiones
Físicos Cuando en la variación dimensional, intervienen factores térmicos o eléctricos
VARIACIÓN DIMENSIONAL TÉRMICAVARIACIÓN DIMENSIONAL TÉRMICA
Debido a los cambios complejos en el movimiento molécular, los materiales expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían
¿Cuáles serían los problemas que se deben entender cuando n ¿Cuáles serían los problemas que se deben entender cuando n paciente ingiere una taza de café a 50ºC sobre un material paciente ingiere una taza de café a 50ºC sobre un material susceptible a los cambios dimensionales por temperatura?susceptible a los cambios dimensionales por temperatura?
““Filtraciones marginales”Filtraciones marginales”
PlásticosPlásticos Coronas plásticasCoronas plásticas
POPIEDADES ELECTRICASPOPIEDADES ELECTRICAS
METALES PLASTICOS
Buenos conductores térmicos y eléctricos Aislantes
CORRIENTES GALVÁNICASCORRIENTES GALVÁNICAS
Metal A Metal B
Metales con diferentes potenciales
CORROSIÓNCORROSIÓN
Sensación de dolor
Microfiltración marginal
Separación existente entre las paredes de la cavidad y la obturación
Zona crítica
Permite la penetración de agua, ácidos,
microorganismos, todos ellos precursores de caries
dental
Microfiltración Amalgama
““Puede ser producida si no se controlan los cambios Puede ser producida si no se controlan los cambios dimensionales del material”dimensionales del material”
La presencia de esta microgrieta, refleja la falta de adhesión del material a la estructura dentaria
Cambios dimensionales
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