RODE - Revista de Operatoria Dental y Endodoncia - Las lámparas de fotopolimerización: estado actual

Rovira M. Lámparas de fotopolimerización: Estado actual. Rev Oper Dent Endod 2006;5:29

Lámparas de fotopolimerización: Estado actual

Marc Rovira**

** Profesor Asociado del Máster de Estética Dental

Universitat Internacional de Catalunya
Barcelona,España

LÁMPARAS DE LUZ HALOGENA

La luz halógena convencional consiste en un filtro de 100 nm de banda que oscila entre los 400 y los 500 nm . El espectro de luz emitido por las lámparas halógenas provoca la reacción del fotoiniciador (camforoquinona). El pico de absorción máxima de este componente es de 465nm. Cuando la camforoquinona es expuesta a la luz en presencia de co-iniciadores (aminas) se forman radicales, que abren los dobles enlaces de los monómeros de resina iniciando la polimerización. Ésta se acelera y continúa durante horas debido a las reacciónes exotérmicas en cadena . La base física de producción de luz se basa en que objetos calentados emiten radiación electromagnética. En el caso de las lámparas de luz halógena la luz se produce cuando una corriente eléctrica fluye a través de un filamento de tungsteno. El filamento actúa como una resistencia y el paso de corriente genera calor. Un filamento calentado aproximadamente a 100 ºC genera calor en forma de radiación infraroja (longitudes de onda ancha). Cuando la temperatura sube hasta 2000-3000 ºC una porción significativa de la radiación se emite en forma de espectro de luz visible (longitudes de onda corta). Estas lámparas producen luz blanca. Para producir luz de una longitud de onda específica, ésta debe ser filtrada. Como resultado, gran parte de esta radiación es desperdiciada. Éste es el problema principal de estos dispositivos, la necesidad de liberar la energía no útil producida. Por lo tanto deben disponer de sistemas de ventilación para compensar la temperatura. El desperdicio de energía en forma de calor hace que la capacidad y durabilidad de los dispositivos se vea reducida. Otro problema que presentan estas lámparas es que el productor de luz, el reflector y el filtro se degradan con el tiempo. El reflector pierde sus propiedades por la pérdida de reflexión del material o por la deposición de impurezas en la superficie. El filtro se degrada, astillándose, esto produce una reducción de la intensidad de luz. Algunos dispositivos cuentan con radiómetro incorporado que permite detectar estas deficiencias. Por otro lado los beneficios son el bajo coste y gran experiencia en el campo de la odontolgía. (fig.1)

Figura 1. Lámpara Astralis 10

LAMPARAS DE ARCO DE PLASMA (Xenon arc lamps, pac)
Estos dispositivos generan un potencial eléctrico extremadamente alto entre dos electrodos de tungsteno situados en una cámara con un gas inerte (xenon) que será ionizado y reflejado en el interior de la mencionada cáma¬ra, de tal modo que se genera un haz de radia¬ción concentrada de una intensidad que puede llegar a los 2.400 mW/cm2 . Estas unidades han sido introducidas con el objetivo de acortar los tiempos de exposición y obtener polimerización a niveles más profundos1. Los fabricantes de este tipo de dispositivos aseguran que los materiales fraguados con estas lámparas tienen propiedades comparables a los producidos por las convencionales lámparas de luz halógena disminuyendo significativamente los tiempos de exposición. La luz de la lámpara de arco de Xenon concentra su longitud de onda entre 460 y 480 nm, similar a la longitud de onda de la energía absorbida por la camforoquinona, de modo que ésta es más eficiente que la luz halógena convencional. El margen de espectro es de 20nm mientras que en la luz halógena es de unos 100nm. Lo que puede ser una ventaja en cuanto a la precisión del fotón emitido, se convierte en defecto cuando encontramos fotoiniciadores distintos a la camforoquinona (con un pico de absorción alejado de los 465nm) en la composición de las resinas. Además de su reducido espectro las lámparas de Xenon proporcionan una intensidad alta (más de 2000 mW/cm2) . Según los fabricantes la profundidad de polimerización es mucho mayor sin que la adaptación marginal sufra ningún tipo de deterioro(2), aunque deben tenerse en cuenta multitud de variables al hacerse esta afirmación. La química de la resina, el grosor de capa y la cantidad de paredes abarcadas en la cavidad son factores que juegan un papel importante cuando polimerizamos a altas intensidades. La polimerización se produce más deprisa con lo que el estrés de polimerización es mayor, provocando una contracción mayor. Sus otras desventajas son el elevado coste y su poca experiencia en el campo de la odontología. Se requieren más estudios para evaluar si las propiedades físico-mecánicas de las resinas se ven alteradas por este tipo de radiación.

LÀSER

La alta intensidad lograda por estos aparatos hace que se reduzca el tiempo de trabajo mejorando el factor de conversión (cantidad de monómero que se convierte en polímero) según los fabricantes (1). El láser de argón posee longitudes de onda que actúan en picos específicos en un rango de ondas de 450-514 nm. Entre los distintos picos de intensidad del láser de argón destacan el 488 y el 514nm, los picos donde la energía es más intensa. El resultado de mayor profundidad de polimerización en el láser de argón se considera el pico 488 nm, muy cercano al pico de absorción de la camforoquinona3. Algunos estudios han demostrado que mejoran las propiedades físicas de los composites fotopolimerizados. Esto se atribuye a la alta especificidad de la longitud de onda de las partículas de energía emitidas (longitud de onda más estrecha de unos 40 nm) respecto al pico de absorción del fotoiniciador, disminuyendo de esta forma la temperatura total del proceso. Debido a la velocidad a la que se produce la polimerización, el grado de contracción aumenta. Los estudios in vitro realizados hasta la fecha indican que el estrés de polimerización en la interfase resina/diente es mayor para láser y arco de plasma comparado con la luz halógena convencional5 y produce mayor microfiltración en restauraciones clase V (4,6).(fig.2)

Figura 2.Longitudes de onda de varias lámparas LED (Light Emiting Diode)

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LED (Light Emiting Diode)

Estos dispositivos generan luz a partir de efectos mecanico-cuánticos. Son una combinación de dos semiconductores diferentes del tipo ( n-estimulado y p-estimulado). Los semiconductores n-estimulados tienen un exceso de electrones mientras que los p-estimulados requieren electrones, resultando en la formación de espacios libres de electrones. Cuando estos dos tipos de semiconductores se combinan con un voltaje, los electrones del semiconductor n-estimulado se conectan con los espacios libres de electrones creados por el semiconductor p-estimulado. Un haz de luz con una longitud de onda característica es formada y emitida por la terminal LED. El color de la luz LED es la característica más importante. Está determinada por la composición química de la combinación de semiconductores. Los semiconductores están a su vez condicionados por su ancho de banda. En los dispositivos LED esta anchura es directamente utilizada para la producción de luz. Cuando los electrones en la combinación de semiconductores se mueven de mayor a menor nivel de energía, la diferencia de energía del ancho de banda se libera en forma de fotones de luz. La luz producida tiene una distribución espectral estrecha. Ésta es la diferencia principal entre la luz producida por las LED y los otros dispositivos utilizados en la fotopolimerización de resinas de composite. Con las LED se pueden producir longitudes de onda deseadas mediante apropiadas energías de amplitud de banda. Se crea por tanto un sistema más eficiente de convertir energía eléctrica en luz. Se demuestra que a intensidades inferiores a las convencionales (100 mW/cm2) la profundidad de fraguado de la resina y su factor de conversión mejoran usando LED comparado con las lámparas de luz halógena convencionales. La calidad de la polimerización depende del estrecho pico de absorción del sistema iniciador, y hace del espectro de emisión un factor clave para la correcta polimerización de las resinas. La banda de absorción de la camforoquinona oscila entre 360 y 520 nm. Su pico máximo es de 465nm. Dentro de este rango, la emisión óptima de la luz debería estar entre 450 y 490nm. En los dispositivos convencionales, la mayoría de fotones son emitidos fuera del espectro óptimo de absorción de la camforoquinona. En contraste el 95 % de los fotones emitidos por el haz azul de luz de las LED se encuentra entre 440 y 500 nm. La mayoría de los fotones emitidos por la LED interaccionan con la camforoquinona, explicando la mayor profundidad de fraguado y el aumento del factor de conversión con respecto a las lámparas de luz halógena, aún funcionando a intensidades de 100 mW/cm2 . En contraste con las LED convencionales, las LED de alta intensidad usan un semiconductor cristalino sustancialmente más largo, lo que incrementa la intensidad de luz y el área iluminada, estableciendo una disminución del 50% de reducción del tiempo de exposición. El calor producido se disipa mediante un dispositivo de aluminio integrado. La alta conductividad de este material asegura una baja temperatura mantenida, durante una operación de bastantes minutos mantenida, protegiendo la longevidad de la lámpara. Cuando la luz se desconecta, el calor temporalmente almacenado se distribuye por el medio. Este mecanismo sólo es posible con un almacenamiento de calor moderado, que se consigue con las LED, ya que reducen a un 5 % el calor producido por una lámpara de luz halógena convencional. La transmisión de luz se produce a través de un reflector cónico situado en la base de la guía de luz. No son compatibles con las LED los materiales dentales que utilizan fotoiniciadores alternativos con un espectro de absorción fuera del rango 430-480 nm. Para los materiales compatibles el tiempo de exposición se reduce en un 50 % al recomendado por el fabricante. Las ventajas que ofrecen este tipo de lámparas es que se trata de un dispositivo que no requiere recambios, no son necesarios filtros, la elevada eficiencia consigue bajas temperaturas y no requiere sistema de ventilación además de un bajo consumo, presenta facilidad de lavado, un largo tiempo de vida y un sistema silencioso.(Figura 3a-3b)

Figura 3a.Elipar FreeLight 2 (LED curing light de 3M ESPE)

Figura3b. Profundidades de polimerización de lámpara LED en comparación con lámparas de luz halógena convencional

TÈCNICAS DE FOTOPOLIMERIZACION

El generalizado uso de las resinas en el campo de la odontología hace imprescindible la evolución de sistemas y técnicas para reducir las deficiencias de este tipo de materiales. Aunque se han introducido mejoras en la química de los composites dentales, (introducción de nuevos monómeros de peso molecular menor en cuanto a componente orgánico o morfología, tamaño y porcentaje en el componente inorgánico) sus desventajas continuan siendo evidentes. La contracción y el bajo factor de conversión son los principales problemas que debemos minimizar. Con el objetivo de reducir estos defectos intrínsecos se han desarrollado nuevas técnicas de polimerización para reducir el estrés inicial disminuyendo la contracción y por consiguiente la microfiltración sin alterar el factor de conversión final de la resina, que oscila entre el 65 y el 70%. El composite contrae libremente hacia la superficie7 debido a la elevada reactividad de la resina en la zona más cercana a la luz. Esta contracción se disipa parcialmente debido a la fluidez y capacidad de reorientación de las moléculas situadas en regiones más profundas debido a la disminución de la intensidad de la luz en estas zonas7. Durante la fase inicial de polimerización el composite es suficientemente fluido para fluir desde las superficies libres hacia las zonas de unión previamente polimerizadas. La habilidad de fluir cuando el composite es polimerizado a intensidades bajas da como resultado una formación más lenta de red polimérica y menor y más lento entrecruzamiento, lo que proporciona condiciones favorables para la adaptación de las moléculas dentro de la cadena de polímero en formación 8,9,7. Una alta intensidad inicial reduce el tiempo de la fase de conversión molecular, resultando en una menor fluidez y mayor contracción de polimerización. Algunos estudios demuestran que elevadas intensidades de luz provocan mayor estrés de contracción en la polimerización, dando lugar a una mayor formación de gaps9,10. Parece que cuando el proceso ocurre más lentamente se produce menos estrés interno, proporcionando fluidez al material que resulta en una menor contracción de polimerización. Hay una relación lineal entre contracción de polimerización y intensidad de luz. Los métodos soft start, pulse delay y ramp cure aparecen para minimizar el estrés de contracción al inicio de la polimerización , cuando éste es mayor, permitiendo a la resina “fluir” reordenándose en un polímero más lineal.

SOFT START (Two-step)

Algunos estudios han mostrado que composites polimerizados a una baja intensidad inicial tienen una mejor adaptación marginal11,12. Una radiación inicial menor puede permitir una mayor fluidez de la resina antes de que esta llegue al punto de gelificación, disminuyendo el estrés de contracción residual en la restauración adherida, lo que resulta en una mejora de la adaptación marginal13. El sistema comienza con una baja intensidad, seguida de una emisión de alta intensidad para asegurar un alto grado de polimerización de la resina, reduciendo la formación de gaps14. A mayor cantidad de resina mayor será la contracción. Por ello estas técnicas ofrecen ventajas en grosores mayores15. Según los estudios realizados el factor de conversión no se ve alterado aunque las propiedades fisico-mecánicas de la resina son algo distintas, debido a que el polímero formado es distinto que a intensidades continuas o altas intensidades16. Se ha demostrado que bajo una exposición de energía total igual (disminuyendo la intensidad compensándolo con una mayor exposición o viceversa) la resistencia física de la resina no se ve afectada. Algunos estudios disminuyeron la intensidad hasta 116 mW/cm2 sin que estas propiedades fueran alteradas17,18. Otros estudios mantienen en cambio que el mínimo de intensidad necesario es de 400 mW/cm2 para la óptima polimerización de la resina de composite19. Este sistema parece mostrar mejoras en la integridad marginal de las restauraciones de resina, sin reducir las propiedades fisico-mecánicas de esta última. Propiedades tales como microdureza, módulo elástico, fuerza de adhesión y grado de conversión han experimentado mejoras con el uso de esta técnica10,20.

RAMPING (Ramp cure)

Esta técnica ha sido diseñada con el mismo objetivo que el soft start, para obtener una lenta y continuada conversión durante la polimerización de las resinas de composite, utilizando un aumento gradual de la intensidad de la luz hasta llegar a los valores convencionales de intensidad de luz21 . A diferencia del soft start el cambio de intensidad es gradual de 100 a 800 mW/cm2 durante los primeros 15-20 segundos seguido de alta intensidad para el resto de fotopolimerización.

PULSE ACTIVATION(Pulse delay)

La técnica es parecida al Soft start, aunque el pulse delay se caracteriza por un intervalo de espera entre la emisión inicial de luz de baja intensidad y la exposición final de alta intensidad. El tiempo de espera es de 2 a 5 segundos. Se ha experimentado con intervalos superiores de 3 a 5 minutos demostrando una disminución de la contracción de la resina polimerizada 113. Además, en las muestras estudiadas el grado de conversión y la fuerza tensil fue superior usando la técnica pulse activation. Reduciendo la velocidad de polimerización controlando la intensidad de luz durante las fases iniciales, mejora la adaptación marginal. Los estudios demuestran que la fuerza tensil y la rigidez de las muestras polimerizadas mediante pulse activation son comparables a los resultados obtenidos usando emisiones de luz continua22 . Alta intensidad Soft Start

Figura 4 .Tipo de fraguado del composite en función de la intensidad de luz

Incrementando la conversión inicial con el aumento de la intensidad de la luz, cada radical generado consume menos grupos vinilo y la cadena disminuye en longitud 23. Disminuir la longitud de la cadena conlleva la disminución del peso molecular de la red polimérica, lo que afecta a su estructura 23. Es concebible que los diferentes procesos de radiación den lugar a estructuras poliméricas distintas, siendo el grado de conversión final el mismo. Por ejemplo, una polimerización más lenta produce menos centros formadores de polímero, lo que resulta en estructuras más lineales con menor entrecruzamiento. En cambio, una intensidad fuerte inicial activará una multitud de centros de polimerización y se formarán polímeros con un alto grado de entrecruzamiento (mayor densidad). Cuanto más tiempo se retrasa el aporte final de luz de alta intensidad, más prevalece la estructura lineal del polímero. Esto puede incrementar la liberación de monómero residual libre119. Parece ser que el polímero formado con Soft start es más fácilmente degradable debido al menor entrecruzamiento de sus cadenas. Este tipo de polimerización favorece la formación de cadenas relativamente lineales. Si la radiación termina antes de que la propagación esté químicamente controlada, la conversión final se reducirá de su máximo. Se refiere que con el objetivo de aumentar la conversión a través de una radiación menos intensa, los tiempos de exposición deben ser aumentados en compensación, manteniendo una energía final total constante24. No debemos reducir demasiado el grado de polimerización, ya que ello podría llevar a una infrapolimerización, disminuyendo las propiedades mecánicas, incrementando la absorción de agua y el contenido de monómero residual en la estructura final.

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