© Borgis - Nowa Stomatologia 4/2000, s. 18-21
Piotr Okoński
Polimeryzacja światłoutwardzalnych materiałów kompozycyjnych – przegląd piśmiennictwa
Polymerisation of light-curing composites – revue of literature
z Katedry Protetyki Stomatologicznej Instytutu Stomatologii Akademii Medycznej w Warszawie
p.o. Kierownika: dr n. med. Elżbieta Mierzwińska-Nastalska
Zastosowanie światła widzialnego do inicjacji procesu polimeryzacji wypełnień kompozycyjnych wpłynęło na poprawę ich jakości i przyczyniło się do skrócenia czasu pracy nad zakładanym wypełnieniem. Dało również możliwość lepszej kontroli polimeryzacji i dzięki wyeliminowaniu procesu mieszania bazy i katalizatora udaje się uniknąć zamykania pęcherzyków powietrza wewnątrz wypełnienia. Z kolei rozwinięcie technologii pośrednich systemów wiążących zredukowało powstawanie mikroprzecieku na granicy między wypełnieniem a tkankami zęba oraz pozwoliło na uzyskanie dobrego połączenia materiału kompozycyjnego ze szkliwem i zębiną.
Pomimo blisko 30 lat doświadczeń problemem wciąż wymagającym rozwiązania jest powstający w trakcie naświetlania wypełnienia skurcz polimeryzacyjny, związany ze zmniejszaniem się objętości materiału kompozycyjnego w trakcie utwardzania. Wielkość skurczu zależy od rodzaju kompozytu i od techniki jego naświetlania. Ogromne znaczenie ma również intensywność i rodzaj źródła światła użytego do polimeryzacji.
Wiele doniesień wskazuje na to, iż kompozyt kurczy się w kierunku emitowanych promieni światła (2, 11, 17, 20). Prace de Gee i wsp.(8) oraz Versiliusa i wsp. (21) wskazują, iż dotychczasowa wiedza na ten temat powinna być zrewidowana. Okazuje się bowiem, że to wolna powierzchnia kompozytu wykazuje większy skurcz polimeryzacyjny niż powierzchnia związana ze ścianą zęba oraz zauważono także, że ta część kompozytu, do której promieniowanie świetlne dociera najpóźniej wykazuje największy skurcz polimeryzacyjny. Wyjaśnia to dlaczego w próbkach kompozytu in vitro większy skurcz jest obserwowany w części materiału położonej najdalej od źródła światła, niż w części materiału położonej bliżej (6, 8, 18). Skurcz polimeryzacyjny powoduje powstawanie w kompozycie dużych naprężeń w okolicy połączenia z powierzchnią zęba. Naprężenia te uzależnione są od wielkości skurczu oraz od wielkości modułu Younga danego kompozytu (3, 9, 11). Relację tę obrazuje prawo Hooka zapisane wzorem (12):
d = eE
Gdzie: d – naprężenie
e – skurcz
E – moduł sprężystości
Zgodnie z tym prawem, jeżeli porównamy dwa kompozyty charakteryzujące się podobnym skurczem polimeryzacyjnym lecz o różnej wartości modułu Younga to zauważymy, że wywierają one różne naprężenia na okolicę połączenia z powierzchnią zęba. Kompozyty o małym module Younga tzn. płynne i półpłynne, pomimo dużego w porównaniu do kompozytów hybrydowych skurczu polimeryzacyjnego, będą wytwarzały mniejsze naprężenia w okolicy połączenia kompozytu z zębem, a zatem będą wykazywały większą szczelność brzeżną (3, 9, 16). Materiały o dużym skurczu polimeryzacyjnym mogą powodować pękanie brzegu szkliwa w okolicy styku z kompozytem, co z kolei doprowadza do szybkiego powstawania próchnicy wtórnej (11, 16).
Proces wiązania żywicy kompozytowej zachodzi dzięki reakcji addycyjnej (2, 20). Monomer zawiera przynajmniej jedną grupę akrylową lub jedną grupę o podwójnym wiązaniu z atomem węgla, które mogą brać udział w reakcji polimeryzacji. Jeśli w strukturze monomeru dostępna jest tylko jedna aktywna grupa, wówczas dojdzie jedynie do polimeryzacji liniowej. Do takiej reakcji dochodzi np. w metakrylacie polimetylu - który jest jedną z częściej stosowanych żywic w materiałach stomatologicznych. Jeżeli zaś w cząsteczce monomeru mamy dostępne dwie lub więcej aktywnych grup, nastąpi polimeryzacja krzyżowa, dzięki której uzyskamy polimer o dużej gęstości, wytrzymałości, z wysokim modułem elastyczności (6-8 GPa). Polimeryzacja krzyżowa zawsze poprzedzona jest polimeryzacją liniową i rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy dojdzie do aktywacji drugiej wolnej grupy w cząsteczce monomeru.
Teoria inicjacji procesu polimeryzacji opiera się na zjawiskach mechaniki kwantowej. Zgodnie z teorią dualizmu korpuskularno-falowego światło jest jednocześnie falą i cząstką materii. Foton jest elementarnym kwantem światła i niesie ze sobą porcję energii i masy, którą w całości może oddać w momencie zderzenia z innymi cząstkami elementarnymi. Energia fotonu uzależniona jest od jego prędkości i od częstości promieniowania z którym biegnie. Prędkość fotonu jest wielkością stałą i równa jest prędkości światła (12). Aby zatem przekazać kompozytowi odpowiednią ilość energii niezbędną do tworzenia wolnych rodników w wyniku reakcji fotonów światła z cząsteczką fotoinicjatora, którym jest kamferochinon, światło musi mieć określoną długość fali (częstotliwość) (4, 12, 13).
Wyniki badań Nomoto i Hrasawy (13) dotyczące efektywności polimeryzacji przy różnej częstotliwości światła, wykazują iż największy procent spolimeryzowanych cząsteczek monomeru powstaje przy długości fali światła w zakresie 450 nm-490 nm a swoje maksimum osiąga przy ok. 468 nm. Jeżeli zatem w spektrum światła lampy stomatologicznej do utwardzania wypełnień nie znajdzie się właściwa częstotliwość ok. 468 nm., wówczas do prawidłowej polimeryzacji nie dojdzie, niezależnie od tego jak jasne i intensywne będzie światło emitowane przez lampę. Idealna lampa powinna zatem emitować światło w zakresie długości fali od 400 nm do 500 nm i dodatkowo powinna posiadać filtr pochłaniający promieniowanie podczerwone i czerwone, które może doprowadzać do przegrzania tkanek zęba. Wydajność źródła światła wyraża ilość fotonów przypadających na jednostkę powierzchni w określonej jednostce czasu i mierzona jest w: Wat x sek/cm² lub J/cm² (12).
Kolejnym elementem mającym wpływ na wielkość skurczu polimeryzacyjnego, jest mechanika reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz kompozytu. Dawidson oraz Sakaguchi (7, 15) zaproponowali teorię według której w trakcie polimeryzacji kompozyt przechodzi od stanu półpłynnego lub płynnego w przypadku niektórych kompozytów, kiedy wszelkie naprężenia rozprowadzane są w nim tak jak w cieczy, do stanu stałego w którym podlega prawom mechaniki ciał stałych. Moment przejścia z jednego stanu do drugiego autorzy określają punktem żelowania. Im później dany kompozyt osiąga w trakcie polimeryzacji punkt żelowania, tym mniejszy skurcz i mniejsze naprężenia powstaną w nim po całkowitym utwardzeniu.
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
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Algera T.J., et al.: The influence of slow – start polymerisation on the shrinkage stress development. 1998 J. Dent. Res. 77. 2. Anusavice K.J.: Philips Science of Dental Materials, 1996 ed 10. Philadelphia, WB Saunders. 3. Bayne S.C., et al.: A characterisation of first generation flowable composites. 1998 J. Am. Dent. Assoc. 129:567-577. 4. Bouschliger M.R., et al.: Effect of composite type, light intensity, configuration factor and laser polymerisation on polymerisation contraction forces. 1997 Am. J. Dent. 10: 88-96. 5. Bouschlicher M. R., Boyer B.D: Effect of ramped/stepped light intensity on polimerization shrinkage forces; 1999 J Dent Res. 6. Brand N., et al.: Reduction of polymerisation forces with soft-start polymerisation – a photo-elastic investigation; 1999 J. Dent. Res. 7. Davidson C.L., Felizer A.J.: Polymerisation shrinkage and polymerisation stress in polymer based restoratives. 1997 J. Dent. 25: 435-440. 8. De Gee A.J., et al.: True linear polymerisation shrinkage of unfilled resins and composites with a linometer. 1993 Dent Mater 9:11-14. 9. Frommator U., et al.; The influence of soft – start polymerisation on marginal integrity of class V fillings. 1999; J. Dent. Res. 10. Hartung M.: Adhesive Dentistry Clinical and Microscopic Aspects. International ESPE Dental Symposium Philadelphia. 2000. 11. Koran P., Kurschner R.: Effect of sequential versus continuous radiation of a light- cured resin composite on shrinkage,viscosity, adhesion and degree of polymerization. 1998 Am. J. Dent. 10:17-22. 12. Kuchling H: Fizyka PWN 1988. 13. Nomoto R., Hrasawa T.:Effects of light wavelength on polymerisation of light-cured resin.1997 J. Dent. Res 76 (IADR Abstracts). 14. Rueggeburg F.A., et al.: Effects of light intensity and exposure duration on cure of resin composite. 1994 Operative Dentistry 19:26. 15. Sakaguchi R.L., Berghe H.X.: Reduced light energy density decreases post-gel contraction while maintaining degree of conversion in composites. 1998 J. Dent. 26: 659-700. 16. Sakaguchi R.L., et al.: Effects of polymerisation contraction in composite restorations. 1992, J. Dent. 20: 178-182. 17. Suh B.I., et al.: Light intensity and exposure time effects on light – cured composites. 1998, J. Dent. Res. 77. Abstract No 73. 18. Tarle Z., et al.: The effect of photo polymerisation method on the quality of composite resin samples. 1998 J. Oral. Rehab. 25: 436-442. 19. Unterbrink G.L., Muessner R.: Influence of light intensity on two restorative systems. 1995 J. Dent. 23(3): 183-189. 20. Van Viack L.H.: Elements of Materials Science and Engineering 1985, ed 5 reading, MA, Addison Wesley. 21. Versilius A.: Do dental composites always shrink towards the light ? 1998, Dent. Res. 77(6):1435-1445.
