Lampy polimeryzacyjne stosowane w stomatologii – rodzaje, zastosowanie i mechanizm polimeryzacji
Light curing units used in the dentistry – kinds, application and mechanism of the polymerization
1Specjalizantka z zakresu stomatologii zachowawczej z endodoncją w Zakładzie Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
2Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. n. med. Elżbieta Jodkowska
Wstęp
Wprowadzenie materiałów złożonych do stomatologii, które zapoczątkował w latach sześćdziesiątych Bowen wynalezieniem żywic BIS-GMA było przełomem w odtwarzaniu tkanek zęba. Od tego czasu opracowano i wyprodukowano wiele materiałów, a firmy stale dążą do ciągłego doskonalenia swoich produktów.
Materiały złożone podobnie jak tkanka zęba, w której kryształy apatytu spajane są przez substancję organiczną, składają się z trzech faz:
1. Fazy organicznej (matryca) stanowi 20-30% objętości materiału, składa się z substancji polimerycznej, substancji regulujących proces polimeryzacji (np. inicjatory) i substancji warunkujących efekt estetyczny wypełnienia (np. barwniki).
2. Fazy nieorganicznej (wypełniacze) stanowi 52-88% objętości materiału, składa się z dwutlenku krzemu w postaci krystalicznego kwarcu lub szkła, soli glinkowo-krzemowo-sodowych, borowych lub litowych, tlenków metali ciężkich, strontu, tantalu lub minerałów syntetycznych.
3. Substancji wiążącej, która łączy powyższe fazy – rolę tę pełnią związki krzemowo-organiczne, winylowe i aminowe, np. silan, który łączy się chemicznie przez reakcję estrową z wypełniaczem i przez hydrofobową cząsteczkę zostaje wbudowany w splot polimeru podłoża organicznego. (3)
W zależności od rodzaju, wielkości i objętości cząsteczek wypełniacza, dzieli się materiały złożone na trzy grupy (klasyfikacja wg Lutza i Philipsa):
1. Materiały złożone tradycyjne (z makrowypełniaczem).
2. Materiały złożone z mikrowypełniaczem homogenne i niehomogenne.
3. Materiały złożone hybrydowe (3).
Polimeryzację, czyli wiązanie materiałów na bazie żywicy, osiągano pierwotnie za pomocą reakcji aminy (aktywatora) i nadtlenku (inicjatora) – były to tzw. materiały złożone chemoutwardzalne. (3)
Pierwszymi materiałami stomatologicznymi utwardzanymi za pomocą promieniowania były laki szczelinowe. Nieco później dołączyły do nich materiały kompozytowe przeznaczone do odbudowy twardych tkanek zęba. Materiały te były polimeryzowane urządzeniami emitującymi promieniowanie UV. Nie było to jednak rozwiązanie idealne, niosło za sobą bowiem wiele niedogodności, wśród których należy wymienić, między innymi:
1. szkodliwość dla obsługującego lampę lekarza oraz pacjenta, związaną z narażeniem na promieniowanie UV (głównie oczu i skóry),
2. niedostateczną głębokość polimeryzacji, sięgającą ok. 1,5 mm w głąb materiału,
3. konieczność nagrzewania lampy na ok. 6 min przed rozpoczęciem przez nią efektywnej pracy,
4. szybkie starzenie się żarówki wytwarzającej promienie UV (7).
Pierwszym urządzeniem dostarczającym promieniowania UV, zastosowanym w stomatologii, była zmodyfikowana lampa dermatologiczna Spectroline. (7, 13)
Ze względu na wiele wad lamp polimeryzacyjnych emitujących promieniowanie UV zaczęto poszukiwać nowych, bezpieczniejszych i wydajniejszych źródeł światła, mogących znaleźć zastosowanie do polimeryzacji materiałów do wypełnień. Epoka lamp emitujących ultrafiolet zakończyła się pod koniec lat siedemdziesiątych wraz z wprowadzeniem lamp halogenowych emitujących światło widzialne. Grupa urządzeń emitująca światło widzialne jest ciągle udoskonalana i stała się jednym z ważniejszych źródeł światła używanego do polimeryzacji materiałów stomatologicznych. Pierwsze aparaty emitujące światło widzialne stosowane do polimeryzacji materiałów kompozytowych, które pojawiły się na rynku, były urządzeniami typu „skrzynkowego”. Zarówno żarówka, układy chłodzenia i zasilania, jak i filtry były umieszczone w głównej części urządzenia. Światło z lampy polimeryzacyjnej było przesyłane do pola operacyjnego elastycznym światłowodem. Kruchość i ograniczona długość włókien transmitujących promieniowanie zmuszała do ustawiania lampy w bezpośrednim sąsiedztwie pacjenta, co wiązało się ze zmniejszeniem komfortu pracy lekarza (7).
Urządzenia obecnie stosowane do polimeryzacji materiałów możemy podzielić na następujące grupy:
1. lampy halogenowe,
2. lampy ksenonowe (plazmowe),
3. lampy półprzewodnikowe (LED),
4. lasery argonowe.
Każda z wymienionych grup urządzeń różni się od innych wieloma cechami, między innymi: źródłem światła, skutecznością polimeryzacji, ilością wydzielanej energii cieplnej. (3, 7)
Rodzaje i zastosowanie lamp polimeryzacyjnych
Zgodnie z teorią dualizmu korpuskularnofalowego światło ma dwoisty charakter, tzn., że w pewnych warunkach zachowuje się jak fala, a w innych jak cząstka, czyli foton.
Foton jest elementarnym kwantem światła, skończoną porcją energii, którą oddaje w momencie zderzenia z inną cząstką. Na tym zjawisku opiera się inicjacja procesu polimeryzacji. Prędkość fotonu jest wielkością stałą, równą prędkości światła, a energia fotonu uzależniona jest od jego prędkości i od częstotliwości promieniowania. Aby więc przekazać materiałowi złożonemu odpowiednią ilość energii, światło musi mieć określoną długość fal (częstotliwości). Efektywność polimeryzacji przy różnej częstotliwości światła nie jest jednakowa. Największy procent spolimeryzowanych cząsteczek monomeru powstaje przy długości światła w zakresie 450-490 nm, osiągając maksimum przy długości 468 nm.
Badania nad udoskonalaniem materiałów złożonych generują rozwój urządzeń emitujących światło – lamp polimeryzacyjnych, należących w tej chwili do podstawowego wyposażenia gabinetu stomatologicznego. Produkowane lampy do utwardzania różnią się wieloma cechami, takimi jak: źródło światła, skuteczność polimeryzacji materiału złożonego, ilość wydzielanej energii cieplnej, jakość i rodzaj elementów optycznych oraz obecność układu stabilizującego napięcie (7). Cechy te wpływają na długość fali i intensywność światła emitowanego przez lampy polimeryzacyjne. To natomiast ma decydujące znaczenie dla skuteczności procesu polimeryzacji, a tym samym dla właściwości wypełnień, stąd stałe poszukiwania najlepszych źródeł światła (2, 3, 6, 7, 8).
Najbardziej rozpowszechnionymi obecnie urządzeniami do utwardzania wypełnień są lampy halogenowe i diodowe. Lampy halogenowe stosuje się do polimeryzacji materiałów złożonych od ponad dwudziestu lat. Produkuje się je jako: lampy „pistoletowe” i zestawy „skrzynkowe” z elastycznym światłowodem (obecnie rzadko używane). Mają one wbudowane filtry, które zatrzymują szkodliwe, krótkie fale z zakresu nadfioletu oraz fale wytwarzające ciepło, z zakresu podczerwieni (3, 7, 10). Długość fal promieniowania świetlnego emitowanego przez lampy halogenowe wynosi od ok. 360 nm. do ok. 560 nm, a szczyt jego natężenia przypada na zakres 400-500 nm. (7, 10). Moc obecnie produkowanych lamp halogenowych wynosi 700-800 mW/cm2, chociaż są i takie, których moc przekracza 1500 mW/cm2, np. Virtuoso Phase II (Denmat) – 1600 mW/cm2 czy Swiss Master (EMS) – 3000 mW/cm2. W tego rodzaju urządzeniach zastosowano żarówki o zwiększonej mocy (250 i 340 W) i zmodyfikowane światłowody (10). Najprostsze lampy do utwardzania dają możliwość wyboru tylko czasu ekspozycji, który sygnalizują sygnałem dźwiękowym, przy stałej mocy promieniowania. Najpopularniejsze aparaty to Helilux (Vivadent), Optilux (Demetron), Visilux (3M), Degulux (Degussa), Translux (Kulzer) oraz Helilux DLX (Vivadent) z wbudowaną kontrolką światła (3).
W świetle badań na temat skurczu polimeryzacyjnego materiałów światłoutwardzalnych stwierdzono, że polimeryzacja rodnikowa wykorzystywana do utwardzania wypełnień zachodzi w trzech fazach:
1. faza przed utworzeniem żelu,
2. punkt żelu,
3. faza po utworzeniu żelu.
Im później dany materiał osiąga punkt żelu, tym mniejsze naprężenia powstają w nim po całkowitym utwardzeniu. Taki efekt można uzyskać naświetlając materiał bardzo długo i z małą intensywnością, co klinicznie jest trudne do osiągnięcia. Zaczęto więc poszukiwać technik opóźniających wejście materiału złożonego w fazę żelu, przy jednoczesnym skróceniu czasu polimeryzacji. Doprowadziło to do wyprodukowania lamp z zastosowaniem techniki „miękkiego startu” oraz techniki pulsacyjnej. Obie metody pozwalają na istotne zredukowanie skurczu polimeryzacyjnego (3, 7). System „łagodnego startu” (ang. soft start) polega na rozpoczęciu polimeryzacji światłem o stosunkowo małym natężeniu, które sukcesywnie wzrasta podczas cyklu pracy urządzenia. Tryb ten zastosowano w takich lampach, jak Astralis 7 i 10 firmy Ivoclar-Vivadent oraz Elipar-Trilight firmy ESPE. Dodatkowo lampy Astralis posiadają program „pulse”, który charakteryzuje się oscylacją natężenia światła między dwiema różnymi wartościami (7).
Podstawowym problemem związanym z użyciem lamp halogenowych jest szybkie zużywanie się żarówki i filtra oraz stopniowa degradacja układu optycznego. Konsekwencją tych procesów jest zwiększone wydzielanie ciepła oraz zmniejszenie efektywności polimeryzacji. W wyniku uszkodzenia filtra może dojść do emitowania fali światła w zakresie nadfioletu, szkodliwej dla tkanek miękkich. Jednakże ciągłe udoskonalanie materiałów złożonych (szczególnie dotyczące zmian w stosowanych fotoinicjatorach, które charakteryzują się różnymi wartościami maksymalnej absorpcji energii) sprawiają, że urządzenia oparte na technologii halogenowej nadal są postrzegane jako uniwersalne (3, 9, 10).
Najnowszymi lampami polimeryzacyjnymi są urządzenia oparte na diodach emitujących niebieskie światło (ang. LED-blue light emiting diodes) (7, 18). Lampy te wprowadzono w latach dziewięćdziesiątych XX wieku. Charakteryzują się one wąskim widmem emisyjnym, posiadającym swoje maksimum w zakresie zbliżonym do 468 nm (długość fali światła optymalnie pochłaniana przez chinon kamforowy). Zużywają małą ilość energii oraz nie powodują znacznego wzrostu temperatury tkanek zęba podczas polimeryzacji. Pierwsza generacja tych lamp nie spotkała się jednak z dobrym przyjęciem przez lekarzy dentystów. Lampy nie zawsze zapewniały pełną polimeryzację kompozytu o wymaganej klinicznie grubości warstwy 2-2,5 mm. Problemy te dotyczyły szczególnie utwardzania materiałów złożonych o małej przezierności i dużym nasyceniu barwnika i wynikały ze zbyt małej mocy światła (400 mW/cm2) emitowanego przez te lampy. Na początku XXI wieku wprowadzono drugą generację lamp diodowych. Charakteryzują się one znacznym zwiększeniem wydajności diod elektroluminescencyjnych, co sprawia, że moc emitowanego przez nie monochromatycznego światła przekracza 1000 mW/cm2. Zużywają one, podobnie jak pierwsza generacja, małą ilość energii oraz wykazują bardzo dobrą stabilność intensywności naświetlania (4, 7, 18).
Z opublikowanych prac porównujących właściwości lamp z żarówkami halogenowymi oraz z lampami na bazie LED, wynika, że lampy halogenowe mają czas efektywnej pracy określany na ok. 50 godzin, podczas gdy lampy z LED na ok. 10 000 godzin (3, 4, 7). Poza tym lampy LED mają lepiej dostosowane spektrum do obecnie stosowanych fotoinicjatorów. Większa „selektywność” promieniowania emitowanego przez urządzenia LED pozwoliła na zredukowanie natężenia światła od 40 do 70% w czasie utwardzania materiałów kompozytowych. Fakt ten w połączeniu z brakiem promieniowania podczerwonego i czerwonego ma istotne znaczenie dla ograniczenia wzrostu temperatury tkanek zęba podczas polimeryzacji.
Inna cechą lamp diodowych jest ich małe zapotrzebowanie energetyczne i wynikająca z tego faktu możliwość zaopatrzenia ich w niewielkie akumulatory, a co za tym idzie wyeliminowanie kabla zasilającego, co ma duże znaczenie dla komfortu pracy. Niebagatelną rolę w popularyzacji tego typu urządzeń odgrywa zapewne cena, znacznie niższa, niż w przypadku lamp plazmowych (3, 7). W lampach diodowych podobnie jak w halogenowych istnieje możliwość skorzystania z programu „łagodnego startu” oraz trybu pulsacyjnego. Opisane cechy lamp diodowych mogą sprawić, iż w przyszłości lampy te mogą stać się najchętniej stosowanym źródłem światła polimeryzacyjnego.
Do najnowszych lamp LED należą: Elipar Freelight 2 (3M ESPE), Smartlight PS, Enalux (Micerium), Demi (Kerr), Elipar S 10 (3M ESPE), Demetron A.2 (Kerr) (3, 18).
Mniej popularnymi urządzeniami stosowanymi w stomatologii do polimeryzacji materiałów złożonych są lampy plazmowe i lasery argonowe. Lampy plazmowe posiadają źródło światła w postaci łuku elektrycznego, powstającego pomiędzy elektrodami w zamkniętej kuli ze szkła kwarcowego, wypełnionej sprężonym ksenonem oraz oparami metali. Lampy plazmowe wykazują dużą moc ok. 1320 mW/cm2 (3, 5, 7). Pozwala to na znaczne skrócenie czasu naświetlania, gdyż jak wykazano polimeryzacja materiału złożonego w czasie trzech sekund lampą plazmową jest równie skuteczna, jak halogenową w czasie czterdziestu sekund (3, 5, 7).
Niestety duża intensywność światła może wywoływać silne napięcia skurczowe prowadzące do powstania szczeliny brzeżnej (ryzyko mikroprzecieku) oraz niekorzystny wzrost temperatury miazgi zęba (3, 7). Ponadto niektóre materiały do wypełnień o mniejszej reaktywności monomerów, wymagające dłuższej ekspozycji światła, nie ulegają całkowitej polimeryzacji przy użyciu lampy plazmowej (3).
Niektórzy autorzy proponują, aby używać tego typu lamp głównie w ortodoncji i do zabiegów profilaktycznych, jak np. lakowanie bruzd zębów bocznych (3). Do grupy lamp plazmowych należą: lampy Flipo firmy LOKKI oraz Apollo 95E (3, 7).
Lasery argonowe emitują fale o siedmiu różnych długościach w zakresie od 457,9 do 514 nm. Dla przebiegu procesu polimeryzacji istotne znaczenie ma promieniowanie widzialne o długości fali 476 i 488 nm, które pozwala na aktywację kamforochinonu, będącego katalizatorem reakcji. Używając lasera argonowego można uzyskać podobny efekt polimeryzacji w cztery razy krótszym czasie, niż przy użyciu tradycyjnej lampy halogenowej. Optymalna moc lasera argonowego podczas utwardzania materiału złożonego powinna mieścić się w zakresie 250-350 mW. Materiały polimeryzowane światłem lasera argonowego charakteryzują się co najmniej tak dobrymi parametrami wytrzymałościowymi, jak materiały polimeryzowane lampami halogenowymi. Do wad lasera argonowego, jako źródła światła polimeryzacyjnego możemy zaliczyć gwałtowny przebieg procesu polimeryzacji, mogący powodować pękanie szkliwa oraz wysoką cenę urządzenia (3, 7). Do grupy laserów argonowych używanych do utwardzania materiałów złożonych należy, między innymi, laser Dentcure firmy Korea Medical Industry (7, 12).
W związku z rozwojem nowych technik stomatologicznych materiały światłoutwardzalne, a wraz z nimi urządzenia polimeryzacyjne znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach stomatologii.
W stomatologii zachowawczej używane są do utwardzania:
1. wypełnień z materiałów złożonych, kompomerowych i szklano-jonomerowych modyfikowanych żywicą,
2. wkładów i nakładów kompozytowych,
3. cementów adhezyjnych, fiksujących wkłady standardowe z włókna szklanego,
4. laków do uszczelniania bruzd,
5. koferdamu płynnego lub wypełnienia typu „flow” przy uszczelnianiu tradycyjnego koferdamu
6. systemów wiążących.
W ortodoncji stosuje się je przy zabiegach:
1. mocowanie zamków w aparatach stałych,
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
24 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
59 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
119 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 28 zł
Piśmiennictwo
1. Aluchna M et al.: Badanie przyrostu temperatury wybranych materiałów złożonych w czasie polimeryzacji z użyciem lampy halogenowej diodowej. Magazyn Stomat 2008; 3: 10-13. 2. Jandt KD et al.: Depth of cure and compressive strength of dental composites cured with blue light emitting diodes (LED). Dent. Mater 2000; 16, 1: 41-47. 3. Jaskowska E, Witmanowski H: Przegląd technik utwardzania materiałów złożonych i urządzeń emitujących światło polimeryzacyjne na podstawie piśmiennictwa. Czas Stoma 2005; LVIII, 4: 253-257. 4. Kim JW et al.: Effect of curing method and curing time on the microhardness and wear of pit ant fissure sealants. Dent. Mater 2002; 18, 2: 120-127. 5. Knezevic A et al.: Degree of conversion and temperature rise during polymerization of composite resin samples with blue diodes. J. Oral. Rehabil 2001; 28, 6: 586-591. 6. Kurachi C et al.: Hardness evaluation of a dental composite polymerized with experimental LED-based devices. Dent. Mater 2001; 17, 4: 309-315. 7. Małkiewicz K, Jodkowska E: Współcześnie stosowane lampy polimeryzacyjne – przegląd piśmiennictwa. Stomat. Współczesna, Suplement.2003; 2: 25-30. 8. Mills RW, Jandt KD, Ashworth SH: Dental composite depth of cure with halogen and blue light emitting diode technology. Brit Dent J 1999; 186, 8: 388-391. 9. Miyazaki M et al.: Evaluation of curing units used in private dental offices. Oper Dent 1999; 23, 2: 50-54. 10. Pacyk A, Wagner L: Światłem lamp stomatologicznych w tajemnice procesu polimeryzacji. e-Dentico 2004; 3: 106-111. 11. Piątowska D: Zarys kariologii. Wydawnictwo Medyczne Med Tour Press International 2002; 206-210. 12. Powell G, Kelsey W, Blankenau R: The use of an argon laser for polymerization of composite resin. Esth Dent 1989; 1, 34-7. 13. Rock WP: The use of ultra-violet radiation in dentistry. Brit Dent J 1974; 136, 455-8. 14. Spiechowicz E: Protetyka stomatologiczna. Podręcznik dla studentów. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 544-546. 15. Tomankiewicz M: Materiały kompozytowe i szklanojonomerowe w praktyce stomatologicznej. Wydawnictwo Czelej. Lublin 2002. 16. Wagner L.: Profesjonalne wybielanie zębów. Bestom – Dentonet.pl, 2007, 34-35. 17. Wagner L, Ponto M, Fitak E: Porównawcza ocena efektywności lamp diodowych LED (Light Emiting Diodes). e-Dentico 2005; 2: 68-72. 18. Wybór K, Nowak MS, Surmacz J: Zagrożenia narządu wzroku w pracy stomatologa. e-Dentico 2006; 4: 52-57. 19. Zaborowski P, Żmuda S, Dąbrowski M, Dulski R: Technika termowizyjna w stomatologii. Poradnik Stoma 2007; 7-8: 225-228. 20. Żmuda S, Zaborowski P, Dąbrowski M, Dulski R: Wpływ źródła światła na wzrost temperatury materiałów dentystycznych w procesie polimeryzacji. Magazyn Stomat 2001; 116 (4): 72-4.
