Die Fotoaktivierung (Lichtpolymerisation) startet die Aushärtung des größten Teils der Komposite, Kompo-Ionomere und Dentinhaftvermittler, sowie zunehmend auch der zahntechnischen Kunststoffmaterialien.

Hierbei wird durch sichtbares Licht Energie auf einen Fotoaktivator übertragen. Zusammen mit einem tertiären Amin bildet dieser dann das Startradikal, das die Radikalkettenpolymerisation in Gang setzt. Der am häufigsten verwendete Fotoinitiator ist das Kampherchinon. Es besitzt im Bereich des sichtbaren Lichts die maximale Absorption bei ca. 468 nm (Abb. 1) und weist deshalb eine intensive gelbe Eigenfarbe auf. Einige Hersteller setzen deshalb generell oder bei hellen, transluzenten Farbtönen zusätzliche Fotoinitiatoren ein, die bei Wellenlängen kleiner als 450 nm absorbieren und somit nur eine schwach gelbe Eigenfarbe aufweisen oder sogar völlig farblos sind. Einige dieser Fotoinitiatoren zerfallen unter Licht­einfall direkt in die benötigten Startradikale und bedürfen keines tertiären Amins mehr als Reaktionspartner. Materialien ganz ohne Kampherchinon sind auf dem deutschen Markt kaum vertreten.

Eine möglichst vollständige Polymerisation hat eine große Bedeutung für die Qualität der Kompositrestaurationen, da sie die mechanischen Eigenschaften wie auch den Restmonomergehalt und somit die Biokompatibilität bestimmt. Voraussetzungen der Fotoaktivierung sind die ausreichende Konzentration der beteiligten Reaktionspartner (Fotoaktivator, ggf. Koinitiator), eine ausreichende Zufuhr von Lichtenergie sowie die korrekte Abstimmung zwischen dem Absorptionsbereich der Fotoinitiatoren und dem Emissionsspektrum der Geräte.

Halogenlichtgeräte

Zu den am weitesten verbreiteten technischen Lichtquellen zählen die Glühlampen. Sie erzeugen ein kontinuierliches Spektrum, aus dem durch  Bandpaßfilter ein Wellenlängenbereich zwischen ca. 380 nm und 500 nm ausgefiltert wird. Somit können sowohl Kampferchinon als auch Initiatoren mit Absorption bei kürzeren Wellenlängen als 450 nm angeregt werden. Aufgrund des geringen technischen Aufwandes wurden bis in die jüngste Vergangenheit fast ausschließlich Halogenlichtgeräte verwendet. Ihr größter Nachteil ist die geringe Energieeffizienz. Der größte Teil der eingesetzten Energie wird als Wärme und nur ein kleiner Teil (5%) überhaupt als Licht abgestrahlt, und vom abgestrahlten Wellenlängenbereich ist wiederum nur ein kleiner Teil für die Aktivierung von Fotoinitiatoren nutzbar. Zur Kühlung der Halogenlampen ist in der Regel ein Ventilator erforderlich. Das Problem der Wärmeabfuhr setzt der Entwicklung leistungsstärkerer Geräte Grenzen, die nur durch sehr hohen Aufwand (Wasserkühlung der Halogenlampe) zu überwinden sind. Schließlich konnten sich auf Grund des hohen Energiebedarfs akkubetriebene (kabellose) Geräte nicht durchsetzen.

Plasmalichtgeräte

Plasma- oder Kurzbogenlampen erzeugen ebenfalls ein kontinuierliches Emissionsspektrum, das jedoch im Bereich der für die jeweiligen Füllgase charakteristischen Wellenlängen (z. B. Hg-Linien, Xe-Linien) Intensitätsmaxima aufweist. Bei Argon-Xenon-Kurzbogenlampen fallen die Peaks bei 451 nm, 453 nm, 469 nm und 474 nm in den Absorptionsbereich des Kampferchinon und sind deshalb zur Fotoaktivierung gut nutzbar. Der restliche Spektralbereich wird auch bei diesen Geräten durch Bandpaßfilter (früher schmalbandig: ca. 440 - 500 nm; heute i.d.R. ca. 380 - 500 nm) ausgefiltert. Unter Verwendung von Kurzbogenlampen kann eine höhere Strahlungsflußdichte erzielt werden als dies mit konventionellen Halogenlampen möglich ist. Deshalb sollen nach Herstelleraussagen deutliche kürzere Belichtungszeiten zur Fotoaktivierung ausreichen. Dies konnte durch wissenschaftliche Untersuchungen allerdings häufig nicht oder nur teilweise bestätigt werden. Der technische Aufwand ist höher als bei Halogenpolymerisationsgeräten, so daß auch der Verkaufspreis um ein Mehrfaches höher liegt. Dennoch haben Plasmapolymerisa-   tionsgeräte unter dem Argument der Zeitersparnis durch die kürzere Belichtungsdauer eine gewisse Verbreitung gefunden.

LED-Lichtgeräte

Leuchtdioden bestehen aus Halbleiterdioden und strahlen einen schmalen Wellenlängenbereich ab (Breite bei halber Peakhöhe: 22 - 28 nm), der wiederum von der Wahl der Dotierungselemente bestimmt wird. Eine Filterung der emittierten Strahlung ist deshalb nicht erforderlich. Der große Vorteil der LED ist ihre hohe Energieeffizienz: 15% der eingesetzten Energie wird als Licht abgestrahlt, und durch die schmale Bandbreite ist das gesamte abgestrahlte Licht für die Fotoaktivierung nutzbar. Somit sind der Betrieb mit Akkus sowie der Verzicht auf Ventilatoren möglich. Einige LED-Geräte mit hoher Lichtleistung sind mit schwachen (und entsprechend leisen) Ventilatoren zur Kühlung der LED ausgestattet. Der Spektralbereich der ersten kommerziell verfügbaren LED-Geräte war auf das Absorptionsverhalten von Kampferchinon optimiert. Initiatoren mit Absorption unterhalb von 450 nm konnten mit diesen Geräten kaum aktiviert werden. Zur Aktivierung mehrerer unterschiedlicher Initiatoren wird die Verwendung mehrerer LED unterschiedlicher Farbe, sowie die Ver­­wen- dung einer LED mit Emissionsmaximum zwischen Kampferchinon und den zusätzlichen Initiatoren diskutiert. Ein weiteres Problem der Leuchtdioden liegt in ihrem breiten Abstrahlwinkel: Die größte Lichtmenge wird nicht senkrecht, sondern in einem Winkel von ca. 45° zur Oberfläche abgestrahlt.

Durch optische Elemente wie Linsen und Reflektoren wird das Licht gebündelt und in Lichtleiter eingekoppelt. Einige Hersteller verzichten ganz auf den Lichtleiter und bauen die LED direkt in den Kopf des Lichtpolymerisationsgerätes ein. Es kann dann evt. eine Linse zur Lichtbündelung eingesetzt werden.

Defokussierung

Bei allen Lichtgeräten wird mit zunehmendem Abstand vom Austrittsfenster die belichtete Fläche größer. Hierdurch verteilt sich die Lichtenergie auf eine größere Fläche, und die Strahlungsflußdichte sinkt. In der klinischen Situation kann bei tiefen Seitenzahnkavitäten der Abstand zwischen den Höckerspitzen und dem Kavitätenboden approximal-zervikal leicht sieben Millimeter erreichen oder sogar überschreiten. Generell hängt die Defokussierung stark von der Konstruktion des Lichtgerätes und vom verwendeten Lichtleiter ab. Zur Erhöhung der Lichtintensität wurden fokussierende Lichtleiter, sogenannte „Turbo-Tips“ eingeführt. Bei diesen Lichtleitern ist der innere Durchmesser größer als der äußere. Das innen einfallende Licht wird am Austrittsfenster auf eine kleinere Fläche gebündelt, und durch die höhere Intensität kann die Bestrahlungszeit verkürzt werden. Die Auffächerung des Lichtkegels (Defokussierung) ist um so stärker ausgeprägt, je größer das Verhältnis von innerem zu äußerem Lichtleiterdurchmesser ist. Ein Lichtleiter mit Innen-Durchmessern von 13 mm und Außendurchmesser von 8 mm erzeugt nur bei Abständen von weniger als 4 mm eine höhere Strahlungsflußdichte als ein linearer Lichtleiter. Bei mehr als 4 mm Abstand ist der lineare Lichtleiter dem „Turbo-Tip“ sogar überlegen. Bei geeigneter Konstruktion ist die Defokussierung von LED-Geräten nicht größer als die von Halogenlichtgeräten. LED-Geräte ohne Lichtleiter weisen allerdings eine besonders starke Defokussierung auf. Wenn die klinische Situation eine Belichtung aus kurzem Abstand nicht erlaubt, muß die Belichtungszeit entsprechend verlängert werden.

Thermische Effekte

Die in den Zahn eingestrahlte Lichtenergie wird letztlich in Wärme umgesetzt. Die Erwärmung ist proportional der Strahlungsflußdichte. Nur die ersten kommerziell verfügbaren LED-Lichtgeräte hatten eine so niedrige Flußdichte, daß die Erwärmung der bestrahlten Objekte sehr gering war. Mit aktuellen lichtstarken LED-Geräten tritt dagegen eine deutliche Erwärmung ein. Um eine thermische Schädigung der Pulpa zu vermeiden, sollten die vom Hersteller empfohlenen Belichtungszeiten deshalb nicht überschritten werden!

Autor:
Priv.-Doz. Dr. med. dent. Norbert Hofmann Poliklinik für Zahnerhaltung und
Parodontologie der Bayerischen
Julius-Maximilians-Universität Würzburg Pleicherwall 2
97070 Würzburg

Abstimmung zwischen den Absorptionsspektren der Fotoinitiatoren (farbige Flächen) und den Emissionsspektren unterschiedlicher Lichtgeräte (Linien). Halogenlichtgeräte decken den gesamten Absorptionsbereich des am häufigsten verwendeten Fotoinitiator