Radikalbildung. R R Initiator. 2 R Radikal. Kettenstart. Kettenwachstum. Kettenabbruch. Polymerisation Lichthärtung R + C = C R C C.

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1 Polymerisation Lichthärtung K.-H. Kunzelmann Poliklinik für Zahnerhaltung und Parodontologie Ludwig-Maximilians-Universität München R R Initiator R + C = C Radikalbildung Licht Kettenstart 2 R Radikal R C C Polymerisation Netzwerk R C C + C = C Kettenwachstum Kettenabbruch R + R R R R C C C C F [N] t. N Polymerisationskinetik Gel-Punkt innerhalb 1 s erreicht Zeit [s] Gel-Punkt: Chemisch: Zunahme der Viskosität durch Netzwerkbildung Biomechanisch: Zeitpunkt ab dem Spannungen aufgebaut werden Netzwerkbildung (langsam, wenig Radikale) 1

2 Netzwerkbildung (schnell, viele Radikale) Netzwerk Grundprinzip Polymerisationsschrumpfung ist abhängig vom Umsatz an Doppelbindungen, aber auch von Reaktionskinetik Guter Umsatz ist notwendig chemische Stabilität mechanische Eigenschaften Polymerisationsschrumpfung Verdichtung während der Polymerisation richtungsunabhängig Flow = Transport von Masse Deformation durch Spannungen Volumenschrumpf von Kompositen InTenS Heliomolar Z2 Surefil Alert Admira Pyramid Herculite Prodigy Cond Vitalescence Solitaire + 1 sd Mean Folgen der Polymerisationsschrumpfung Schrumpfung verursacht Spannungen (engl. stress) Spannungen führen zu: Randspalten Spannungen im Komposite Risse im Zahn / Komposite postoperative Beschwerden Ferracane 22 2

3 Schrumpfung der Komposite Folgen der Polymerisationsschrumpfung Schrumpfung verursacht Spannungen Spannungen führen zu: Randspalten Spannungen im Komposite Risse im Zahn / Komposite postoperative Beschwerden Korrelation zwischen Randspalt und Kontraktionsspannungen Kl. V Füllungen Stress (MPa) Helio Herc Z1 Leakage Ferracane et al., Am J Dent, in press (IADR 1999) In vitro Stress (MPa) Maximum Stress (MPa) Kontraktionsspannung kommerzieller Komposite vs. Füllkörperanteil Light-cured 6 s w/ Optilux 4; max. stress at 1 min; n = 3 light-cure self-cure R 2 = Filler Volume (%) Condon and Ferracane, JADA 131:497-3, 2 C=1 Strategien zur Reduktion der Polymerisationsschrumpfung Reduktion des Polymerisationsvolumens keine Änderung der Zusammensetzung Inkrementtechnik Inserts / Megafüller Inlays Änderung der Zusammensetzung höherer Füllkörperanteil (verändert andere Eigenschaften z.b. Benetzung, Emodul ) Erhöhen des Fülleranteils condensable composites Einsatz von Präpolymerisaten Tetric Evo Ceram, Sun Medical Strategien zur Reduktion der Polymerisationsschrumpfung Kompensationsmöglichkeit von Spannungen non-bonded microfillers (Ferracane) Luftblasen (Davidson) Stress-breaker: flowable composite als Liner Matrixvariation (beeinflußt andere Eigenschaften: Viskosität, Hydrophilie, optische Eigenschaften ) geringere potentielle Doppelbindungsdichte durch größere Moleküle Bowen-Harz Ormocere Kompensation von Polymerisationsfolgen durch ringöffnende Monomer-Systeme Silorane 3

4 Verringern von negativen Folgen durch Verarbeitung Technische Faktoren Material Verarbeitung Inkrementtechnik / Lichtkeile / Transparentmatrizen günstiger C-Faktor Durchhärttiefe Steuerung der Lichtvektoren - Komposit schrumpft zur Lichtquelle Configuration-Factor Verhältnis: gebundene Oberfäche / freie Oberfläche Ausgleichen von Spannungen Flow Inlay 2 3 > 1 Kleiner C-Faktur = günstig für Spannungsausgleich durch Flow Inkrementtechnik Inkrementtechnik = optimiert C-Faktor und Orientierung der Schrumpfvektoren Literaturübersicht Fülltechnik Inkrementtechnik ist besser als Einschichttechnik (Lutz, Krejci 1986) Kein Unterschied (Farbstoffpenetration) zwischen Inkrement- und Einschichttechnik (Dunn 1998) Durch Einschichttechnik geringere Kontraktionsspannungen (Versluis 1996, Jedrychowski 1997) 4

5 Literaturübersicht Einfluß der Lichtquelle Komposite schrumpfen zur Lichtquelle (Lutz 1986) Schrumpfrichtung abhängig von Richtung der Lichtquelle, Verbund und Materialdicke (Asmussen 1998) Schrumpfrichtung ist unabhängig von Lichtquelle, abhängig von Kavität und Verbund (Versluis 1998, Jedrychowski 1998) Zusammenfassung Verarbeitung Stahl- und Transparentmatrizen vergleichbar zwischen verschiedenen Inkrementtechniken keine eindeutigen Unterschiede Technische Faktoren Lichtintensität Wellenlänge des Lichtes Dynamik der Lichtintensität Belichtungszeit Softstart- versus Plasma-Polymerisation Technik: Neue Lichthärtgeräte Reduzierte Schrumpfung Höhere Intensität= Kürzere Belichtungsdauer Höhere Zuverlässigkeit Konventionelle Halogenlampen Konventionelle Halogenlampen Quartz Wolfram Halogenid Lampen 3 7 W Ausgangsleistung < 1 mw/cm² Empfohlene Belichtungsdauer 4 6 s pro 2 mm Inkrement Beispiele: Optilux 41/Demetron, Elipar II/Espe, Translux/Kulzer, XL 3/3M, Astralis,7/Vivadent etc. [mw/cm²] [s] mw/(cm²nm) Spektrum (nach Filterung)

6 Spannungsentwicklung nach dem Gel-Punkt F [N] [mw/cm²] Stahlrahmen Lastzelle [s] Piezzo Probenhalter Lichtsensor Temperatursensor Kunzelmann CED time [s] 2 Spannungsreduktion durch Verzögerung des Gel-P. = Halogenlampen mit Modulation der Lichtintensität step-cure: anfangs geringe Intensität, anschliessend volle Leistung soft-start/ramping: geringe Anfangsintensität wird allmählich zur vollen Leistung erhöht pulse-delay procedure: kurzer Puls, geringe Intensität, nur für letztes Inkement empfohlen, zweite Belichtung mit voller Leistung [mw/cm^2] [mw/cm^2] [mw/cm^2] Elipar Highlight 2-Step (1997) [s] Elipar Trilight (1998) [s] VIP Pulse-delay cure [s] F [N] Soft-Start = Spannungsausgleich möglich Elipar Trilight standard soft-start (expo.) Kunzelmann et al time [s] [mw/cm²] [s] Stressreduktion durch Softstart-Polymerisation (Mehl et al. J Dent 1997 Ernst et al. Am J Dent 2) Softstart: ca. 2 % weniger Spannungen! (Unterbrink Dental Product Report Europe 22 S. 28) Komposit Tetric ceram, Pertac II Dyract AP, Definite Dyract, Charisma F Softstartpolymerisation (im Vgl. zu Standard) + + kein Unterschied Endhärtung bei Softstart und Standardpolymerisation gleich (Bouschlicher et al. J Esthet Dent 2) + [mw/cm²] Time = Money [s] Lichtintensität = Leistung pro Fläche [mw/cm²] Lichtdosis = Intensität x Zeit [mw/cm² x s = mj/cm²] Äquivalenzdosis: Kürzere Belichtung = höhere Intensität Nomoto et al. 1994, Miyazai et al

7 Intensität > 1 mw/cm² Belichtung 1 1 s Beispiele: PowerPAC/ADT Apollo9/DMD Virtuoso/DenMat Aurys/DegreK Xenon-/Plasmalampen Xenon-Kurz-Lichtbogenlampen hohe Temperatur ionisiert Gas = Plasma PowerPAC Apollo 9E Aurys Einfluss der Lichtintensität je höher, umso die Umsatzrate die physikalischen Eigenschaften größer die Durchhärttiefe versus aber gleichzeitig auch mehr Schrumpf mehr Spannungen höhere Temperaturen Wie kann man gute mechanische Eigenschaften und Randqualität gleichzeitig erreichen? Lower light intensities over longer exposure intervals maintain toothrestoration interface intact. Uno et al Lower light intensity minimizes marginal gap formation Goracci et al. 199 Apollo 9 E Apollo 9 E Duret, F. in Pract Period & Aesthetic Dent (1998): "... The plasma-based curing unit (Apollo 9E) reduces the incidence of contraction as a result of the rapid cure, which inhibits the restructuring of the composite material.... it is possible that the rapid cure facilitates a decreased level of overall tension in the restoration." Marktingaussagen: Belichtungsdauer = 1 3 s Weniger Schrumpf Das Komposit härtet schneller als es schrumpft! LUCKY LUKE [N] ,4 Ergebnisse Max. Kontraktionskraft PAC 2,1 Softstart 22,9 Halogen Apollo 9 E HL 2-step HL konv. HV (.2/4): 32 (2) 43 (2.1) 4 (3) [HV] Durchhärttiefe: 3,9 (.2) 4.6 (.2) 4.9 (.2) [mm] Kunzelmann et al Spannungsentwicklung [N] Apollo 9 E Halogen lampe 3 s nicht ausreichend! 4 x 3 s 1 x 3 s Zeit [s] Kunzelmann et al

8 Einige Komposite härten mit PAC nicht aus rel. Intens. O O φ o C P φ Lucerin o Campherchinone Wellenlänge ( nm ) PAC schmalbandige Filter breitbandige Filter Bewertung Plasmalampen heute akzeptiert, wenn: richtige Material / PAC-Kombination Minimale Belichtungszeit: 1 s Nachteil: Groß und teuer: 3 x mehr als Halogen Beispiele Apollo 9 E Apollo Elite PAC Light Wavelight Arc light II M Power PAC Virtuoso Härtet alle Komposite? nein ja Kommentar teuer teuer Cave:Temperatur! Hochleistungshalogenlampen Typ mw/cm² Kosten Quartz tungsten halogen (QTH) Lampe 8 1 W Ausgangsleistung > 1 mw/cm² Empfohlene Belichtungsdauer 1 2 s Beispiele: Optilux 1/Demetron, Astralis 1 etc. Breites Emissionsspektrum = sicheres Aushärten aller Materialien Nachteile: Hohe Leistung reduziert Lebensdauer der Lampen, höhere Spannungen Astralis Astralis 7 Astralis Höhere Zuverlässigkeit LED Lampen Lange Lebenszeit (> 1 h) z. T. ohne Lüfter Akkubetrieb möglich Enges Lichtspektrum ohne Filter (= Vor- u. Nachteil) Angeblich: vergleichbar zu Halogenlampen IDS 21 Köln Vergleich LED - Halogenlampe Kriterium Hitze Empfindlichkeit (Stoß) Wirkungsgrad Lebensdauer Lichtintensität Initiatoren (Spektrum) Halogen % -1 h (Alterung!) ++ mehrere LED % ca. 1. h ++ bis - (Abstand reduz.!) CQ 8

9 mw/(cm²nm) LED Polymerisationslampen QTH: Elipar Trilight 1 PAC: Apollo 9E 1 LED: Elipar Freelight 1 LED: DMD ApolloeLight* Camphorquinone, S2 High Sensitivity Fiber Optic Spectrometer / Integrating sphere * estimated based on technical data and LED type E 1,,8,6,4,2 rel. Intensity Emissionsspektren von LED Lampen Nova Luxomax GC e light Cool Blue Apollo e light Freelight Wavelength ( nm ) Lampe LED FL EXP LED FL STD QTC TRI EXP QTC TRI STD ASTRALIS ESC LED vs. QTH: Härte MW HV mm 39.7 (2.) 43.8 (3.) 43. (7.3) 4. (.7) 4.9 (7.7) MW HV 2 mm 27.6 (3.2) 34.7 (4.6) 37.8 (6.2) 43. (8.7) 47.1 (2.1) Besser als 8 % der besten Oberflächenhärte Fast 8 % der besten Oberflächenhärte Schlechter als 8 % der besten Oberflächenhärte Neueste Entwicklung: High-power LED 1. Generation LED-Geräte 2. Generation LED-Geräte bluephase Watt LED entspricht ca. 8-1 mw/cm² Halogenlampe 1 8 Lampen mit high-power LED Freelight 2, 3M-Espe Wellenlänge Intensität pro nm Smartlite PS, Dentsply Ultralume, Ultradent The Cure, Spring Health Products LEDemetron, Kerr-Hawe Bluephase, Vivadent MiniLED, Satelec Intensität [µw/cm²/nm] * Konst 1.4E+7 1.2E+7 1.E+7 8.E+6 6.E+6 4.E+6 2.E+6.E Wellenlänge [nm] FL2-St LEDemetron Smartlite MiniLED-Satelec- 7mm 9

10 Wellenlänge Intensität pro nm Materialien, die nicht mit Blue LED (z.b. Freelight, 3M Espe) funktionieren (Angaben Espe) Intensität [µw/cm²/nm]*konst 1.4E+7 1.2E+7 1.E+7 8.E+6 6.E+6 4.E+6 2.E+6.E Wellenlänge [nm] LEDemetron Bluephase-HIP TheCure Definite Panavia EX Hytac Visio Seal Tetric Bleach Geeignet für alle Indikationen? 4 Seasons, ABC Dual Dement, AdheSE, Artemis, Compoglass F, Compoglass Flow, Dual Cement, Excite, Excite DSC, Fermit, Fermit N, Heliobond, Heliomolar, Heliomolar Flow,Heliomolar HB, Helio Progress, Helioseal, Helioseal F, Helioseal Clear, Helioseal Clear Chroma, Heliosit Orthodontic, In Ten-S, Monopaque, Plaque Test, Provilink, Syntac, Systemp. inlay, Systemp.onlay, Tetric, Tetric Ceram, Tetric Ceram HB, Tetric Flow, Tetric Flow Chroma, Variolink II, Variolink Ultra, Vivaglass Liner Adper prompt L-Pop, Calibra opak, Charisma, Clearfil APX, Clearfil SE Bond, Definite, Esthet-X, Filtek Supreme, Filtek Z2, Herculite XRV, I Bond, Optibond Solo (Plus), Panavia F, Point 4 Flow, Prime & Bond NT, Prodigy, RelyX Unicem, RelyX Veneer, Revolution Formula 2, Scotchbond MP, Solitaire, Solitaire 2, TPH Spectrum, Xeno III u.v.m. Kompatibel mit allen Kampherchinon- Kompositen einschließlich der Bleachfarben (Vivadent) Intensität [µw/cm²/nm]*konst 2.E+7 2.E+7 1.E+7 1.E+7.E+6 Wellenlänge Intensität pro nm.e Wellenlänge [nm] Bluephase-HIP TheCure Ultralume Wellenlänge Abstrahleigenschaften Direkt am Lichtaustrittsfenster angeordneten LEDs Lichtleiter Ultralume, Ultradent 1 Hochleistungs-LED 4 Zusatz-LED Lichtstreuung eines LED Gerätes mit konventionellem Lichtleiter Diffuse Lichtstreuung eines LED Gerätes mit direkt am Lichtaustrittsfenster angebrachten LEDs 1

11 Abstrahleigenschaften Abstrahleigenschaften Bluephase-HIP-2mm- Abstand Bluephase-HIP- 11mm-Abstand Bluephase-HIP Ultralume Ultralume -2mm Abstand Ultralume -11mm Abstand Lichtleiter Abstrahleigenschaften 7 mm Gesamtintensität mm MiniLED-Satelec- mm Lichtleiter MiniLED-Satelec- 7mm Lichtleiter Intensität mm = 1.x höher als Intensität 7 mm ~2mm² ~4mm² Intensität [µw/cm²] * Konst. 1.6E+9 1.4E+9 1.2E+9 1.E+9 8.E+8 6.E+8 4.E+8 2.E+8.E Ultralume Bluephase Abstand des Lichtleiters [mm] Energieversorgung: Akkus oder Netzkabel Lampen mit high-power LED Nur Akku Akku oder Kabel Nur Kabel Lichtspektrum nm 11

12 FISCHERSCOPE H1C Polymerisationstiefe Intens / Vivad. GC elight Universal Hardness: Microhardness according to Technical Report ISO TR Elastic modulus, Creep etc. Range of applied load:,4 mn bis 1 mn (, µm/s touch down velocity) HV Depth [mm] GC_Standard GC_Turbo GC_SoftCure GC_Pulse GC_Fast cure Monomerumsatz auf der Oberfläche Monomerumsatz in 2 mm Tiefe Watts 23 Watts 23 Monomerumsatz auf der Oberfläche nach 2 min DC%_2min Tetric Ceram A3 7 Curing Condition Astralis 1 6 Smartlite Ultralume Bluephase Elipar Freelight 2 LEDemetron MiniLED Step-Cure MiniLED Pulse 4 MiniLED FastCure Curing time [s] Polymerisation depth [mm] Einfluß von Farbe und Initiator Polymerisationstiefe (8% Oberflächenhärte) N = Adamant Artemis A3 A6 Tetric C. 3 Tetric C. Bleach Light curing unit Bluephase/Vivad. Astralis/Vivad. LEDemetron/Kerr-Hawe Freelight2/3M-Espe 12

13 Was kommt als nächstes? Multi-Color LED Lampen Bewertung LED rel. Intensity Wavelength ( nm ) Halogen Lamp LED 47 nm LED 42 nm Akku = handlicher Kabel = beständiger wenig Wärme, kein oder leiser Lüfter gleichwertig zu Halogen & PAC richtige Material / LED-Kombination beachten Moore s Gesetz: LED extremes Potential Gesamtenergie Zusammenfassung Lampen Lampen Gesamtenergie 1.E+.E+8 1.E+9 1.E+9 2.E+9 Intensität [µw/cm²] * Konst. Astralis1_HIP Bluephase-HIP Ultralume Elipar Highlight-St TheCure LEDemetron MiniLED-Satelec-7mm Smartlite FL2-St GC-SCA Gute Halogenlampe noch Goldstandard Regelmäßige Kontrolle der Leistung!! Deutliche Verbesserung der PAC Lampen (1 s Bel.) Blaue LED: zuverlässig und handlich, vermutlich Standard der Zukunft! (Cave: Spektrum) Extreme Lichtleistung: EMS SwissMasterLight Intensität pro nm Intensität [µw/cm²/nm]*konst 1.6E+7 1.4E+7 1.2E+7 1.E+7 8.E+6 6.E+6 4.E+6 2.E+6.E Wellenlänge [nm] SML-3 EMS-1 EMS-13 EMS-2 EMS-21 EMS-22 EMS-2 13

14 Verringerung der Belichtungsdauer vs. klinische Zuverlässigkeit Spannungen Erhöhen der Lichtintensität erhöht die Schrumpfspannungen - Gel-Punkt wird früher erreicht Weitere Reduktion der Belichtungszeit erfordert anderen Ansatz - bessere Haftung der DBA - low shrink -Material Der vielversprechendste Ansatz ist ein Material mit wenig Schrumpf 14