Rafael S. Beolchi^(a), DDS, MSc

Carlos Shimokawa^(b), DDS, MSc, PhD

Bruno Pelissier^(c), MCU-PhD

^(a) Universität São Paulo, Zahnmedizinische Fakultät, São Paulo, São Paulo, Brasilien.

^(b) Universität São Paulo, Zahnmedizinische Fakultät, São Paulo, São Paulo, Brasilien.

^(c) MCU-PH, Dentisterie Restauratrice, Service OCE. UFR d’Odontologie de Montpellier I. 545 Avenue du Pr JL Viala. 34193 Montpellier Cedex 5. Laboratoire EA 4203

Unterschiedliche Photoinitiatoren erfordern unterschiedliche Wellenlängen

Die Kompatibilität von Polymerisationsleuchten und restaurativen lichthärtenden Materialien erzeugt bis heute zahlreiche Missverständnisse und häufig Frustration. Deshalb ist es unerlässlich, auch über die Wellenlänge des emittierten Lichts Bescheid zu wissen.

In den späten 1980er und während der 1990er Jahre gaben viele Zahnärzte den Quarz-Wolfram-Halogenlampen (QTH) als blaue Lichtquelle den Vorzug. Sie wurden zur Sensibilisierung des Campherchinon-Photoinitiatorsystems eingesetzt - eine Materialklasse, welche sichtbares Licht im Bereich von 468 nm absorbiert.¹³ QTH-Lampen verfügen über einen speziellen, Wärme absorbierenden Glasfilter sowie über einen Lichtfilter, der den Durchfluss eines breiten blauen Lichtspektrums zwischen 400 und 550 nm¹⁴ ermöglicht – mehr als genug, um Campherchinon zu aktivieren.

In den späten 1990er Jahren wurden die ersten erfolgreichen Zahnaufhellungen durchgeführt. Daher wurden neue Kompositfarben benötigt – Farben, die den helleren, leuchtstarken Farben der aufgehellten Zähne entsprechen. Die ausschließliche Verwendung von Campherchinon als Photoinitiator war dabei hinderdlich, da dessen hellgelbe Farbe einen erheblichen Einfluss auf die finale Farbe des Komposits hatte.²

Auf der Suche nach Alternativen entstanden Materialien mit einem anderen Lichtabsorptionspeak. Diese Photoinitiatoren gehören zu einer Materialklasse, die sich ohne die Notwendigkeit eines Co-Initiators in zwei Radikale zersetzt. Obwohl sie ebenfalls gelblich sind, haben sie den Vorteil, dass sie nach dem Aushärten aufhellen.¹⁵ Sie wurden in den Anfangsjahren der lichthärtenden Komposits verwendet und benötigten ultraviolettes (UV) Licht (ca. 365 nm).^{16, 17}

In Kombination mit Campherchinon zeigen diese Materialien einen synergetischen Effekt, der eine geringere Campherchinon-Konzentration erlaubt und die verbleibende gelbliche Färbung der Restauration nach der Photoaktivierung reduziert¹⁸. Dennoch wird eine sehr gute, teilweise sogar verbesserte Aushärtung erzielt.¹⁹

Ein weiterer Vorteil der kombinierten Verwendung dieser neuen Photoinitiatoren, wie TPO, APO oder BAPO ist die erhöhte Farbstabilität der Kompositrestaurationen im Vergleich zu anderen, die nur Campherchinon enthalten. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Restauration werden dabei nicht beeinträchtigt.^{20, 21}

Diese neuen Photoinitiatoren sind derzeit nicht nur in Komposits, sondern auch in anderen lichthärtenden Materialien, wie Kunststoffzementen, weit verbreitet. Behandler sollten daher prüfen, ob ihre Polymerisationsleuchte ein Lichtspektrum emittieren kann, das stark und breit genug ist, um alle Kompositarten auszuhärten.

Eine Anekdote hilft bei der Veranschaulichung: Die ersten LED-Leuchten für den zahnmedizinischen Einsatz wurden Anfang der 2000er Jahre auf den Markt gebracht. LEDs sind Chips, die aus einem Halbleitermaterial mit Verunreinigungen hergestellt werden. Dadurch entsteht ein p-n-Übergang, bei dem elektrischer Strom von der Anode (p-Übergang) zur Kathode (n-Übergang) fließt. Die Wellenlänge des emittierten Lichts, und damit seine Farbe, hängt von der Bandlückenenergie der Materialien ab, die den p-n-Übergang bilden.²²

Blaue Emissionen wurden unter Verwendung von Halbleitersubstraten aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) entwickelt.²² Das emittierte Licht ist nicht vollständig monochromatisch wie bei Lasern. Allerdings ist das Bandbreitenspektrum relativ schmal, besonders im Vergleich zu dem breiten Spektrum, das von anderen Leuchten (vor allem von Halogenlampen) emittiert wird. Mit anderen Worten: Das Spektrum des emittierten Lichts stimmte nur mit dem Absorptionspeak von Campherchinon überein. Das genügte nicht, um modernere Komposite und ihre neuen Photoinitiatoren angemessen auszuhärten.²³

Diese Situation änderte sich zu Beginn des 21. Jahrhunderts, als neue Technologien die Herstellung eines einzigen Chips mit mehreren LEDs ermöglichten. Dadurch wurde die Lichtemission stark erhöht und die Herstellung von LED-Chips, die mehr als eine Wellenlänge emittieren konnten, realisierbar. Diese neuen Lampen erzeugten außerdem eine größere Lichtmenge. Dies führte zu kürzeren Aushärtungszeiten für kunstoffbasierte Kompositrestaurationen.²⁴

Eines der ersten Geräte dieser Art war UltraLume 5 (Ultradent Products Inc.) mit einer zentralen blauen 5 W LED (Wellenlänge rund 465 nm) und vier zusätzlichen Leuchtdioden mit geringer Intensität (Wellenlängen von rund 400 nm).

Abbildung 7a zeigt den LED-Chipsatz der VALO^TM LED-Polymerisationsleuchte. Abbildung 7b zeigt dieselben, nun leuchtenden LEDs. Die verschiedenen emittierten Wellenlängen sind deutlich erkennbar. Die beiden identischen LEDs erzeugen blaues Licht im Bereich von 465 nm. Die obere linke LED erzeugt Licht im Bereich von 405 nm und die untere rechte im Bereich von 445 nm. Abbildung 7c zeigt den projizierten Belichtungsbereich.

Abbildung 7a

Abbildung 7b

Abbildung 7c

Abbildung 7: Inaktive (Abbildung 7a) und aktive LEDs der VALO (Abbildung 7b) sowie der, auf eine Wand projizierte, ausgeleuchtete Bereich (Abbildung 7c).

Abbildung 8 zeigt die Spektralanalyse des emittierten VALO Lichts. Neben dem blauen Licht im Bereich von 465 nm erzeugt sie auch Licht mit kürzeren Wellenlängen und kann somit die neuen alternativen Photoinitiatoren sensibilisieren.

Abbildung 8: Spektralanalyse des, von der VALO emittierten, Lichts.

 Fortsetzung folgt...

 Literatur

 ¹ Price, R.B.; McLeod, M. E.; Felix, C. M. Quantifying Light Energy Delivered to a Class I Restoration J Can Dent Assoc 2010; 76:a23

² Price R.B., Felix C.A. Effect of delivering light in specific narrow bandwidths from 394 to 515nm on the microhardness of resin composites Dental Materials 2009 25(7) 899- 908

³ Rueggeberg FA. State-of-the-art: dental lightcuring - a review. Dent Mater. 2011 Jan;27(1):39-52. Review.

⁴ Hyun HK, Christoferson CK, Pfeifer CS, Felix C, Ferracane JL. Effect of shade, opacity and layer thickness on light transmission through a nano-hybrid dental composite during curing. J Esthet Restor Dent. 2017 Sep;29(5):362-367. doi: 10.1111/jerd.12311. Epub 2017 Jun 19.

⁵ Halvorson RH, Erickson RL, Davidson CL. Energy dependent polymerization of resin-based composite. Dent Mater. 2002 Sep;18(6):463-9.

⁶ Koran P, Kürschner R. Effect of sequential versus continuous irradiation of a lightcured resin composite on shrinkage, viscosity, adhesion, and degree of polymerization. Am J Dent 10, 17–22 (1998)

⁷ Fróes-Salgado NR, Francci C, Kawano Y. Influência do modo de fotoativação e da distância de irradiação no grau de conversão de um compósito. Perspect Oral Sci 2009 Ago; 1(1):11-17.

⁸ Kelsey W, Blankenau RJ, Powell GL, Barkmeyer W, Stormberg E. Power and time requirements for using the argon laser to polymerize composite resins. J Clin Laser Med Surg 1992;10:273–8.

⁹ Benetti AR, Asmussen E, Peutzfeldt A. Influence of curing rate of resin composite on the bond strength to dentin. Oper Dent. 2007 Mar-Apr;32(2):144-8.

¹⁰ Pfeifer CS, Ferracane JL, Sakaguchi RL, Braga RR. Photoinitiator content in restorative composites: influence on degree of conversion, reaction kinetics, volumetric shrinkage and polymerization stress. Am J Dent. 2009 Aug;22(4):206-10.

¹¹ Rode KM, Kawano Y, Turbino ML. Evaluation of curing light distance on resin composite microhardness and polymerization. Oper Dent. 2007 Nov-Dec;32(6):571-8.

¹² Beolchi RS, Garófalo JC, Forti W, Palo RM. O seu fotopolimerizador está preparado para os novos materiais? Revista APCD de Estética 2013;v.1(3) p. 240-250.

¹³ Mills RW, Jandt KD, Ashworth SH. Dental composite depth of cure with halogen and blue light emitting diode technology. Br Dent J. 1999 Apr 24;186(8):388-91.

¹⁴ Rueggeberg F. Contemporary issues in lightcuring. Comp Cont Educ Dent 1999;20(Suppl. 25):S4–15

¹⁵ Rutsch W, Dietliker D, Leppard D, Kohler M, Misev L, Kolczak U. Recent developments in photoinitiators. Prog Org Coat 1996;27:227–39.

¹⁶ Lienhard O,inventor. Canrad Precision Industries,Inc., assignee: instrument for transmitting ultra-violet radiation to a limited area. United States Patent 3,712,984; 1973.

¹⁷ Neumann MG, Miranda Jr WG, Schmitt CC, Rueggeberg FA, Correa IC. Molar extinction coefficients and the photon absorption efficiency of dental photoinitiators and light curing units. J Dent 2005;33:525–32.

¹⁸ Park YJ, Chae KH, Rawls HR. Development of a new photoinitiation system for dental light-cure composite resins. Dent Mater 1999;15:120–7.

¹⁹ Palin WM, Leprince JG, Hadis MA Shining a light on high volume photocurable materials. Dent Mater. 2018 May;34(5):695-710.

²⁰ Albuquerque PP, Moreira AD, Moraes RR, Cavalcante LM, Schneider LF. Color stability, conversion, water sorption and solubility of dental composites formulated with different photoinitiator systems. J. Dent. 2012 Dec 8. pii: S0300-5712(12)00322-3.

²¹ Brandt WC, Gomes-Silva C, Frollini E, Souza-Junior, EJ, Sinhoreti, MAC. Dynamic mechanical thermal analysis of composite resins with CQ and PPD as photo-initiators photoactivated by QTH and LED units. J Mech Behav Biomed Mater 24 (2013) 21–29

²² Krames M. Light-emitting diode technology for solid-state lighting. In: National academy of engineering: US frontiers of engineering symposium. 2009.

²³ Uhl A, Sigusch BW, Jandt KD. Second generation LEDs for the polymerization of oral biomaterials. Dent Mater 2004;20:80–7

²⁴ Amaral CM, Peris AR, Ambrosano GM, Pimenta LA. Microleakage and gap formation of resin composite restorations polymerized with different techniques. Am J Dent 2004;17:156–60.

²⁵ Shimokawa CA, Turbino ML, Harlow JE, Price HL, Price RB. Light output from six battery operated dental curing lights. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016 Dec 1;69:1036-42. doi: 10.1016/j.msec.2016.07.033. Epub 2016 Jul 21.

²⁶ Shimokawa CAK, Turbino ML, Giannini M, Braga RR, Price RB. Effect of light curing units on the polymerization of bulk fill resin-based composites Dent Mater. 2018 Aug;34(8):1211-1221. doi: 10.1016/j.dental.2018.05.002. Epub 2018 May 22.