本研究的目的是通过硬度测试来比较三种市售发光二极管（LED）固化灯与石英卤钨灯（QTH）的固化效率。此外，在380纳米-520纳米和450纳米-500纳米的光谱范围内，每个LED灯的功率密度（强度）和光谱发射都与QTH固化灯进行了比较。
实验制备
用一个高2毫米、直径8毫米的聚四氟乙烯模具来准备5个固化深度测试试样，每个试样的暴露时间、复合材料类型和固化灯的组合。24小时后，对试样的每一面进行努氏硬度测量，计算平均值，并确定底部/顶部努氏硬度（B/TKH）百分比。至少80%的值被用来表示满意的聚合。对B/TKH百分比与曝光时间的关系进行了线性回归，得出的方程式被用来预测在测试条件下产生80%的B/TKH百分比所需的曝光时间。使用实验室级别的激光功率计，在全可见光光谱范围（380纳米-780纳米）和光谱范围（450纳米-500纳米之间），使用长波和短波边缘过滤器的组合，测量了LED固化灯和QTH固化灯的功率密度（功率/单位面积）离目标1毫米。
实验结果
LED灯的发射光谱更接近于常用的光引发剂樟脑醌的吸收光谱。具体来说，紫外线照射的95%、LumaCure™的87%、ZAPLED的84%以及ZAP组合LED和QTH的78%的发射光谱落在450和500纳米之间。相比之下，Optilux401™卤素灯的发射光谱只有56%落在这个范围内。然而，卤素灯在450和500纳米之间的功率密度至少是纯LED灯的四倍。因此，基于LED的固化灯需要39至61秒来固化一个2毫米厚的混合树脂复合材料，需要83秒至131秒来充分固化一个微填充树脂复合材料。相比之下，QTH灯分别只需要21秒和42秒来固化混合树脂和微填充树脂复合材料。
临床意义
本研究中的第一代LED固化灯比QTH固化灯需要更长的曝光时间才能充分聚合混合树脂和微填充树脂复合材料。对牙齿美容的需求以及对光固化材料的使用，使得高效、可靠的固化灯成为不可或缺的东西。可见光固化装置通常用于聚合对光敏感的修复材料，如树脂合成物、树脂改性玻璃离子体、聚酸改性树脂合成物以及窝洞和裂隙密封剂。此外，大多数粘结系统、越来越多的基底和衬垫、各种衬垫剂和一些临时修复材料都需要可见光固化单元。这些材料的充分聚合取决于光源强度（辐照度或功率密度）、波长和曝光时间。除非这三个参数都足够，否则材料会不完全聚合，表现出不良的物理特性，可能导致早期失败。
大多数可见光激活的树脂使用二酮类光引发剂，如樟脑醌，以产生自由基，启动聚合过程。据报道，激活樟脑醌的有效波长范围在410纳米和500纳米之间，峰值波长为470纳米。最近的研究表明，将适当的波长进一步限制在450纳米和490纳米之间。卤素牙科固化灯于20世纪70年代末推出，20多年来一直是主流产品。尽管有一些固有的局限性，这些设备仍然为牙科行业提供了极好的服务。例如，这些设备中使用的卤素灯产生的光的波长超出了激活光引发剂的有效光谱，因此，含有一个内部过滤器，将光限制在适当的波长。
事实证明，卤素固化装置发出的光随着使用而减弱，这主要是由于卤素灯泡及其反射器的退化、内部过滤器的起泡和破裂，以及用于将光聚焦到修复材料上的光纤尖端的损坏。所有这些问题都可以很容易地得到纠正，而且费用不高。即便如此，研究表明，大多数正在使用的固化灯都没有得到适当的维护，而且相当多的固化灯提供的功率密度低于充分聚合光固化修复体所需的最低功率密度。
发光二极管(LED)技术已被引入，作为聚合牙科修复材料的替代能源。我们在此描述并评估了LED技术与卤素灯相比的所谓优势。首先，与卤素灯不同，LED装置产生的光的光谱范围很窄。二极管使用氮化镓作为半导体，产生的光的波长在450纳米和490纳米之间，峰值在460纳米。这一能量范围几乎是激活采用樟脑醌作为光活化剂的材料的理想选择。其他的优点也来自于第一个优点：LED装置需要更少的功率来运行，因为它们只在一个狭窄的光谱范围内产生光。这种较低的功率要求可以消除对冷却风扇的需要，因为产生热量的红外波长被消除了。
因此，这些灯有可能用可充电电池供电。这一特点使这些装置有可能是无绳的、便携式的，而且相对较轻。另一个优势是LED的寿命延长。卤素灯泡最多只能持续100小时，而LED可以持续数千小时。此外，与卤素灯泡及其过滤器和反射器不同，LED不会随着时间的推移而退化，也不需要反射器和过滤器，因此它们产生的光线强度是恒定的。最后，LED灯产生的热量较少，所以对牙龈和牙髓的刺激可能性较小。
以前的研究表明，LED技术是有希望的。然而，这些研究使用的是原型的LED装置，而不是商业产品，而且在一些研究中，与LED装置进行比较的卤素灯的强度被降低，以配合LED装置的低功率密度输出。本研究的目的是通过硬度测试来比较三种市售的LED固化灯与石英卤钨灯（QTH）的固化效率。此外，每个LED灯的功率密度（强度）和光谱发射与QTH固化灯在380纳米-520纳米和450纳米-500纳米的光谱范围内进行了比较。
实验材料和方法
本研究对四种光固化装置进行了评估：一种使用QTH光源，一种使用LED和QTH光源的组合，还有两种只使用LED。固化效率的测试用一个高2毫米、直径8毫米的聚四氟乙烯模具来制备5个固化深度测试试样。为了制备每个试样，将模具放在一个透明的玻璃片上（1毫米厚），将树脂复合材料放在模具中。用第二块玻璃片覆盖树脂复合材料，以确保复合材料的暴露表面是平坦的，并与模具的表面平行。使用玻璃载玻片而不是麦拉条，因为试验研究表明，通过玻璃载玻片的功率损失最小（即小于5%），而麦拉条的损失为10%。
此外，1毫米厚的玻璃片标准延长了光源与树脂复合材料之间的距离，为后续的硬度测试提供了一个光滑的、不受空气影响的表面。然后将试样的一面暴露在固化光下。以这种方式制作了一组5个试样，并根据特定的固化灯，以越来越长的曝光时间制作了另外一组5个试样，直到获得了足够的固化深度。混合树脂复合材料和微填充树脂复合材料被用来解决混合树脂填充树脂之间固化程度的差异。
制作完成后，用电子数字卡尺测量试样厚度，确保厚度一致（2.0mm±0.1mm）。在进行努氏硬度测试之前，将试样在防光容器中干燥保存24小时，使用100克的载荷和10秒的停留时间。对于每个试样，在顶面和底面各进行三次硬度测量。计算每个表面的平均硬度值。然后对五个试样的这些值进行平均，以获得顶部和底部表面的平均值。底部值除以顶部值，再乘以100，得到固化深度的百分比。如果该平均值超过80%，试样就被认为是充分聚合了。
对于每一种树脂复合材料和固化灯，数据被绘制出来，并以底部/顶部硬度（B/TKH）百分比为因变量，曝光时间为自变量进行简单的线性回归。由此得出的方程式被用来预测在测试条件下产生B/TKH百分比为80%的试样所需的曝光时间。功率密度测量固化灯的功率密度（功率/单位面积）是用实验室级激光功率计测量的，单位为每平方厘米毫瓦（mW/cm2），灯头距离目标物1毫米。
我们此前经常报告1毫米的功率密度，因为这是临床实践中光尖与被固化的复合材料的平均距离。通常报告说，在380和520纳米之间测量的300至400毫瓦/厘米的功率密度，是充分固化2毫米厚的复合材料试样的必要条件。然而，450至490纳米的光谱范围已被证明在启动聚合过程方面最为有效，并且是衡量光效率的一个更准确的指标。因此，使用长波和短波边缘过滤器的组合，也对450至500纳米（±10纳米）的光谱范围进行了功率密度测定。
450纳米和500纳米之间的功率密度是按照以下方式计算的：在没有边缘过滤器的情况下，使用带有PM10探头的PowerMax500D激光功率计测量距离目标1毫米的功率。在1毫米处，灯的所有光线都落在探测器上。然后在没有滤光片的情况下，在距离目标20毫米处测量功率。在20毫米处，所有的光都没有落在检测器上，因此，两个测量值的比率给出了功率损失的百分比。这个比率乘以20毫米处的功率测量值（当过滤器在位时，光尖离检测器最近的距离），使用边缘过滤器，得到450-500纳米波长的1毫米处的计算功率。
唯一的假设是，有滤光片和没有滤光片的情况下，光线的发散量是一样的。表中报告了两种LED灯、LED-QTH组合灯和卤素灯在生产B/TKH百分比为80%的Z-100和SiluxPlus试样时所需的预测曝光时间。与卤素灯相比，所有的LED灯都需要更长的曝光时间来聚合这两种树脂复合材料。
图中显示了在不同曝光时间下使用四种固化灯的B/TKH百分比数据。图中包括了回归方程和r2。r2值代表了仅由曝光时间就可以解释的B/TKH百分比的总变化比例。如图所示，A时，当曝光时间为34秒时，使用混合树脂复合材料Z-100的Zap固化灯的第一个平均B/TKH百分比值高于80%。分析表明，曝光时间和试样的B/TKH百分比之间存在着统计学上的重大关联（P<.0001，r2=0.91）。根据回归方程，预测产生B/TKH百分比为80%的试样所需的曝光时间为39秒。
对于微填充树脂复合材料SiluxPlus，在曝光时间为85秒时，Zap固化灯产生的第一个平均B/TKH百分比值超过80%。发现曝光时间与B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.76）。回归方程显示，在这些测试条件下，产生一个B/TKH百分比为80%的试样所需的预测曝光时间为83秒。使用Z-100的LumaCureLight测得的第一个平均B/TKH百分比值超过80%是在曝光48秒时记录的。同样，曝光时间与B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.86）。
使用回归方程，预测产生B/TKH百分比为80%的Z-100试样所需的曝光时间为53秒。使用LumaCureLight聚合SiluxPlus发现，108秒的曝光时间是产生第一个平均B/TKH百分比值超过80%的试样的必要条件。发现曝光时间与试样的B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.87）。回归方程显示，在这些测试条件下，产生一个B/TKH百分比为80%的试样所需的预测曝光时间为103秒。E显示，用VersaLux固化灯聚合Z-100时，在曝光时间为60秒的情况下，第一次平均B/TKH百分比值高于80%。曝光时间与Z-100试样的B/TKH百分比明显相关（P<.0001，r2=0.87）。根据回归方程的计算，产生一个B/TKH百分比为80%的试样所需的曝光时间为61秒。
使用SiluxPlus的VersaLux灯产生的第一个平均B/TKH百分比值超过80%是在曝光时间为120秒时观察到的。统计测试发现，曝光时间与B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.82）。从回归方程来看，用这种树脂复合材料获得80%的B/TKH百分比需要131秒的曝光时间。
使用Optilux401灯和Z-100，当曝光时间为20秒时，第一次记录的平均B/TKH百分比值高于80%。曝光时间与B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.81）。根据回归方程，预测产生B/TKH百分比为80%的试样所需的曝光时间为21秒。
使用Optilux401为SiluxPlus测量的第一个平均B/TKH百分比值超过80%是在曝光时间为40秒时记录的。曝光时间被发现与B/TKH百分比明显相关（P<0001，r2=0.91）。回归方程预测，使用SiluxPlus需要42秒的曝光才能产生80%的B/TKH百分比。
功率密度和光谱发射在380至520纳米的发射光谱中，以及在更有效的450至500纳米范围内，对每一种光所测量的功率密度。图中显示了光谱发射图，这些数字表明，LED灯更密切地反映了樟脑醌的吸收光谱。具体来说，Versalux的95%、LumaCure的87%、ZAPLED的84%以及ZAP组合LED和QTH的78%的发射光谱落在450和500纳米之间。
相比之下，Optilux401卤素灯的56%的发射光谱落在这个范围内。然而，如图所示，卤素灯在450和500纳米之间的功率密度至少是纯LED灯的四倍。
实验讨论
由于光活化牙科材料的数量不断增加，可见光固化装置是牙科诊所的常见设备。这些装置的适当性能（即它们提供足够的功率密度的能力）对于优化光活化材料的物理性能至关重要。不充分的聚合与低劣的物理性能、较高的溶解度、保留失败以及由残留的未聚合单体引起的不良牙髓反应有关。如果灯泡、反射器、光纤尖端和过滤器没有得到适当的维护，已知卤素灯的性能会随着时间的推移而减弱。通过标准化组织（ISO）4049固化深度测试，两种灯生产的样品的抗压强度在统计学上是相等的。所有这些研究都使用了具有相对较多的LED和聚光导光头的实验性LED设备，或者减少了卤素灯的输出，以配合LED灯的较低输出，或者两者兼而有之。
本研究中使用的市售LED灯仅具有12个LED阵列，因此本研究的结果是正确的。通过研究结果，人们可以知道，从业人员往往没有意识到这种退化，继续使用性能差的灯，这导致了聚合不足。最近的研究表明，LED，特别是氮化镓蓝光LED，提供了一种聚合光活化材料的有效手段。
同样，证明了21个LED阵列灯的固化深度明显大于卤素固化灯；然而在研究中，卤素灯的输出被调整到300mW/cm2，以与LED灯的输出相吻合（密度为79mW/cm2）。通过比较了用卤素固化灯（755mW/mW/cm2）和带聚光导光板的27个LED阵列灯（350mW/cm2）聚合的树脂复合材料的抗弯强度和抗弯模量。在该研究中，混合树脂复合材料样品在大多数情况下，没有发现物理特性上的明显差异。在一项比较相同光源的平行研究中，研究报告说，卤素灯产生的固化深度明显大于LED灯，但这两种灯都符合国际标准化组织的最低要求。
用LED灯照射20秒、40秒、60秒、120秒和180秒。在这些条件下，暴露在LED灯下40秒的样品的硬度值低于用卤素灯聚合40秒的样品。所有样品，无论厚度如何，都需要在LED灯下照射120秒，才能产生与卤素灯照射40秒所产生的硬度值相当的硬度。与Optilux卤素固化灯相比，本研究中的LED固化灯在樟脑醌的吸收光谱中的输出比例更高。
尽管如此，即使如Nomoto所建议的那样，将输出限制在450和500纳米之间，卤素灯仍然比LED灯提供更大的功率密度。聚合程度基于几个因素，包括固化光的输出和波长、曝光时间和特定的光活化材料。在这项研究中，微硬度测试被用来作为充分聚合的指标。理想情况下，B/TKH百分比为100%；然而，以前的研究将80%作为表明充分聚合所需的最低值。
事实证明，微填充树脂复合材料比混合树脂复合材料需要更多的动力来进行充分的聚合。18-21,28据认为，微填充物表现出的固化深度降低，是因为其小的填充物颗粒会造成光散射，从而降低固化光的有效性。这项研究的结果加强了这一概念，因为微填充树脂复合材料需要大约两倍于混合树脂复合材料（Z-100）的曝光时间来产生相同的固化深度。
结果表明，本研究中使用的市售LED固化灯可望在可接受的时间内（39秒-61秒）有效聚合混合树脂复合材料，但不能聚合微填充树脂复合材料（83秒-131秒）。然而，用于聚合光活化牙科材料的LED技术具有很大的前景。未来的固化装置有更多的LED和功率集中的导光板，应该可以提供必要的功率密度，及时充分地聚合材料。与使用卤素灯泡的设备相比，LED设备有许多优点，这使得这项技术的进一步发展令人振奋和充满希望。
通过硬度测试，将三种市售的LED固化灯的聚合效率与QTH灯的聚合效率进行了比较。此外，在通常报告的380-520纳米范围和更有效的450-500纳米光谱范围内，测量并比较了每种灯的功率密度（强度）。尽管QTH装置的功率密度在重要的450-500纳米的樟脑醌光激活剂吸收范围内的比例较小，但在这个范围内，它仍然比基于LED的装置至少强大四倍。因此，基于LED的装置需要相当长的曝光时间来充分聚合混合和微填充树脂复合材料。
版权声明：本文转载于今日头条，版权归作者所有，如果侵权，请联系本站编辑删除
