Zahnärzte wissen: Für den langfristigen Behandlungserfolg ist die Aushärtung des verwendeten Materials entscheidend. Denn auch heute noch müssen nicht ausreichend ausgehärtete Füllungen ersetzt werden, weil sie Probleme verursachen und den erneuten Befall mit Karies nicht ausreichend verhindern. Deswegen ist die Frage nach der Aushärtung zentral für jeden Dentalmediziner, der ein gutes Behandlungsergebnis anstrebt.
Polymerisierung von Kompositen
Bei der Polymerisierung verursachen Photonen die Bildung von Radikalen, die dann eine Kettenreaktion verursachen. Dafür werden den meisten Kompositen sogenannte Initiatoren beigemischt. Es handelt sich meistens um Diketone, wie Kampferchinon.
Sie läuft in drei Stufen ab:
- Startreaktion (Initiation)
- Wachstumsreaktion (Propagation)
- Abbruchreaktion (Termination)
Damit diese Polymerisation gelingt, muss das Licht eine bestimmte Wellenlänge besitzen. Die meisten Materialien benötigen deswegen eine Wellenlänge von 400 bis 500 nm. Durch das UV-Licht bildet das Diketon mit einem Reduktionsagens einen Komplex, der dann in Radikale zerfällt und die Reaktion dadurch startet. Am Ende der Reaktion bilden Monomermoleküle miteinander stabile Verbindungen und die Reaktion stoppt.
Ein großes Problem bei der vollständigen Aushärtung ist die Schichtstärke einer Füllung. Denn mit zunehmender Schichtstärke nimmt die Lichtmenge exponentiell ab, die den Boden erreicht. Die Polymerisierungsreaktion kommt dann zum Erliegen, weil nicht ausreichend Energie vorhanden ist. Deswegen sollten Zahnärzte bei größeren Restaurationen schichten oder die Lichthärtezeit bei großem Abstand verlängern.
LED vs. Halogen: Welche Technologie ist für Polymerisationslampen besser geeignet?
Lange Zeit war unklar, ob die LED-Technologie die Aushärtungsergebnisse verbessern können wird. Als die Technologie noch in den Kinderschuhen steckte, waren LED-Polymerisationslampen und HP-Polymerisationslampen eindeutig unterlegen.
Doch Halogenlampen haben Nachteile. Sie können Licht nicht gezielt im benötigten Wellenbereich absondern, sondern erzeugen Licht, aus dem dann die „unnötigen“ Spektren herausgefiltert werden müssen. Dadurch gelten sie als energieineffizient, erhitzen stark und sind recht wartungsintensiv. Wegen der starken Hitzeentwicklung mussten sie zudem mit Ventilatoren gekühlt werden, was zu einer hohen Lautstärke, einem schlechteren Handling und einer schwereren Desinfektion führte.
Viele setzten deswegen ihre Hoffnungen auf die LED-Technologie, deren Wellenlänge gezielt erzeugt werden kann, sodass keine anderen Spektren rausgefiltert werden müssen. LED-Lampen gelten als langlebig, energieeffizient und kommen ohne Ventilatoren aus, weil die Wärmeerzeugung geringer ist.
Doch erst mit der Entwicklung von HP-LEDs war ein gleichwertiger Einsatz möglich. Zuvor war die längere Aushärtungszeit ein deutlicher Nachteil, den viele Dentalmediziner nicht in Kauf nehmen wollten.
Studie stellt Halogen und LED gegenüber
Eine Studie, die durch den Dentalprodukte-Hersteller 3M ESPE Dental AG durchgeführt wurde, nahm sich der Frage an, ob aktuelle LED-Technologie der Halogen-Technologie überlegen ist. Sie wurde von Kim M. Wiggins, Martin Hartung, Olaf Althoff, Christine Wastian und Sumita B. Mitra 2004 in der Zeitschrift der American Dental Association veröffentlicht.
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter prüften, ob Highpower-LEDs mit der damals (2004) aktuellen Generation von Halogen-Polymerisationslampen in Bezug auf das Aushärtungsergebnis mithalten können. Außerdem wollten sie wissen, ob die HP-LEDs auch in anderen Belangen überlegen sind.
Für die Studie nutzten sie vier unterschiedliche Polymerisationslampen:
- A: Elipar FreeLight 2 als HP-LED
- B: Elipar FreeLight als LED
- C: Elipar TriLight als konventionelle Halogen-Polymerisationslampe
- D: Optilux 501 von KerrLab als Hochenergie-Polymerisationslampe
Mit diesen vier Modellen prüften sie die folgenden drei Hypothesen:
- Die Aushärtungseffizienz der HP-LED ist gleichwertig zu LED und der konventionellen Halogen-Polymerisationslampe bei halbierter Zeit.
- Die Aushärtungseffizienz der HP-LED ist vergleichbar mit der Hochenergie-Polymerisationslampe.
- Die höchste erreichte Temperatur des auszuhärtenden Materials ist bei den LED-Lampen geringer als bei den Halogen-Lampen.
Getestet wurden die Hypothesen an drei unterschiedlichen Materialien: einem Microfill, einem Hybrid-Komposit und einem Nano-Komposit. Beim Microfill betrug die Aushärtungszeit jeweils 5 Sekunden bei den HP-Modellen und 10 Sekunden bei den herkömmlichen Polymerisationslampen, bei den Kompositen wurde die Zeit jeweils verdoppelt.
Die Ergebnisse stützen die Hypothesen. Die HP-LED-Lampe zeigt sich dabei bei allen Materialien der HP-Halogen-Lampe überlegen. So erzielt sie beim Nano-Komposit 28 MPa, während die Halogen-Lampe 26,8 MPa schaffte. Beim Hybrid-Komposit härtet sie mit 32,5 MPa deutlich besser als die Halogen-Lampe mit 29,3 MPa. Am deutlichsten ist der Unterschied beim Microfill mit 26,9 MPa gegenüber 22,7 MPa. Und auch gegenüber herkömmlichen LED- und Halogen-Lampen schnitt sie bei halbierter Zeit besser ab.
Die erreichten Temperaturen der Materialien sind deutlich geringer: Während die Halogen-Lampen in allen Versuchen mindestens 7,30 Grad Celsius erzeugen, sind es bei den LED-Lampen mit 6,32 Grad Celsius gut ein Grad weniger.
Fazit: LED in vielen Bereichen überlegen
Durch HP-LED-Polymerisationslampen konnte die Aushärtungseffizienz deutlich erhöht werden. Bei kürzerer Zeit härten sie besser aus als Halogen-Polymerisationslampen und erhitzen das Material weniger stark. Zugleich sind sie energieeffizienter.
Spätestens seit dieser Studie ist klar, dass LED-Polymerisationslampen besser geeignet sein könnten als ihre Halogen-Pendants. Notwendig dafür war jedoch die Entwicklung von HP-LEDs, die gegenüber der Vorgängergeneration auch kürzere Aushärtungszeiten ermöglichen.
Quellen:
Hickel R, Pfefferkorn F: Die Lichthärtung – Ein Leitfaden für Praktiker, Konsensus des Symposiums zur Lichthärtung in der Zahnmedizin 2014 an der Dalhousie-Universität in Halifax, Kanada, Quintessenz 2015;66(2):141–143.
Wiggins KM, Hartung M, Althoff O, Wastian C, Mitra SB. Curing performance of a new-generation light-emitting diode dental curing unit. J Am Dent Assoc. 2004 Oct;135(10):1471-9. doi: 10.14219/jada.archive.2004.0059. PMID: 15551990.
Burkard I: Lichthärtung in der Kunststoff-Verblendtechnik, ZWP, abrufbar unter: https://www.zwp-online.info/fachgebiete/zahntechnik/werkstoffe/lichthaertung-der-kunststoff-verblendtechnik, abgerufen am 06.03.2023.
