Spectral determination of dental photoinitiators and light-curing units, effect on degree of conversion of experimental composites containing different photoinitiators

Orientador: Mario Alexandre Coelho SinhoretiDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: O objetivo do presente estudo foi analisar o grau de conversão (GC) de compósitos experimentais contendo diferentes fotoiniciadores quando fotoativados por diferentes fontes de luz. Um compósito experimental contendo uma mistura de BisGMA, UDMA, BisEMA e TEGDMA foi preparado com o uso dos fotoiniciadores CQ (Canforoquinona) e PPD (1-Fenil-1,2-Propanodiona). Os fotoiniciadores foram usados sozinhos ou em associação. O agente redutor usado foi a amina terciária DMAEMA (dimetil amino etil metacrilato). À mistura, foram acrescentados 65% em massa de partículas de carga silanizadas. As fontes de luz utilizadas para a fotoativação dos compósitos foi uma fonte de luz baseada em lâmpada de halogênio-quartzo-tungstênio - QTH (XL 2500-3M/ESPE) e duas fontes de diodo emissor de luz - LED (UltraBlue IS-DMC e UltraLume LED 5-Ultradent). Os diâmetros das pontas das fontes de luz (cm) foram mensurados para o cálculo da área de emissão de luz de cada aparelho fotoativador, e posterior verificação da irradiância (mW/cm²) através do cálculo potência/área. As fontes de luz foram submetidas à análise de potência (mW), estando o diâmetro da ponta ativa dos fotoativadores padronizado ou não. Após, a análise das fontes de luz foi realizada através de um espectrômetro (USB 2000) e os espectros emitidos pelas fontes de luz foram registrados para a aferição da irradiância em determinados comprimentos de onda. Um espectrofotômetro (Varian Cary 5G) foi utilizado para a análise da curva de absorção dos fotoiniciadores. A análise do GC foi realizada através de Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier - FTIR. Os resultados de GC foram submetidos à análise de variância dois fatores (ANOVAtwo way) e teste de Tukey (5%). De acordo com a análise das fontes de luz, o UltraLume 5 apresentou os maiores valores de irradiância (1315 mW/cm²) com pico de emissão de luz em 454nm, enquanto o UltraBlue IS os menores valores (597 mW/cm²) com pico de emissão de luz em 456nm. O aparelho XL 2500 apresentou valores intermediários de irradiância (935 mW/cm²) e pico de emissão de luz em 484nm. A análise da curva de absorção dos fotoiniciadores demonstrou que a CQ possui absorção concentrada na região azul do espectro da luz visível com Absmax em 470nm, enquanto que o PPD inicia a curva na região UV com Absmax em 398nm com término na região visível. Quando os compósitos foram fotoativados pelas fontes de luz LED, não existiu diferença nos valores de GC, independentemente do fotoiniciador usado. Porém, quando a fonte de luz QTH foi utilizada, o compósito contendo PPD mostrou valores de GC estatisticamente menores que os contendo somente CQ. O fotoiniciador PPD mostrou potencial para a iniciação da reação de polimerização de compósitos dentais fotoativados. Um importante fator a ser considerado além da densidade energética total é a correlação entre o espectro de absorção do fotoiniciador e o espectro de emissão da fonte de luzAbstract: The aim of this study was to evaluate the degree of conversion (DC) of experimental resin composites, with different photoinitiators, activated by different light-curing units (LCUs). A blend of BisGMA, UDMA, BisEMA and TEGDMA with camphorquinone (CQ) and/or 1-phenyl-1,2-propanedione (PPD) was prepared. Dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) was used as co-initiator. Each mixture was loaded with 65wt% of silanated filler particles. Quartz-tungstenhalogen â?¿ QTH (XL 2500, 3M ESPE) or light-emitting diode â?¿ LED (UltraBlue ISDMC and UltraLume LED 5-Ultradent) units were used for activation procedures. The diameter of the tip (cm) and the output power (mW) were obtained. The irradiance (mW/cm2) value was calculated by the ratio of the output power by the area of the tip. The light emitted by each unit was analyzed using a spectrometer (USB 2000), and the spectral profile was recorded to assess the irradiance value in different areas of the light spectrum. The absorption curve of each photoinitiator was analyzed using a spectrophotometer (Varian Cary 5G). DC was assessed by Fourier transformed infra-red spectroscopy. Data were submitted to two-way ANOVA and Tukeyâ?¿s test (5%). In the LCUs analysis, UltraLume 5 showed the highest irradiance values (1315 mW/cm²), with peak of emission at 454nm, whereas UltraBlue IS presented the lowest irradiance values (597 mW/cm²), with peak of emission at 456nm. XL 2500 showed intermediary values (935 mW/cm²), with peak of emission at 484nm. The light absorption analysis of dental photoinitiators showed that CQ exhibited an absorption centered in the blue region of the light spectrum, with Absmax at 470nm, while PPD initiates the curve in the UV region, with Absmax at 398nm, your absorption extended to the visible region. For light-activation using the both LED units, no significant difference in DC values was observed, regardless of the photoinitiator agent. However, for activation with the QTH unit, the composite with PPD showed significantly lower DC values than composites with CQ. In summary, PPD showed potential use as initiator agent for polymerization of light-cured dental composites. An important factor which should be considered, besides the radiant exposure, is the correlation between the absorption spectrum of the photoinitiator and the emission spectrum of the LCUMestradoMateriais DentariosMestre em Materiais Dentário

Effect of the photo-initiator on physical, mechanics and thermal properties of experimental composites photo-activated for halogen lamp and LEDs

Orientador: Mário Alexandre Coelho SinhoretiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: O objetivo neste estudo foi analisar diferentes fontes de luz e fotoiniciadores e sua influência nas propriedades físicas e térmicas e na resistência da união (RU) de compósitos odontológicos experimentais contendo diferentes fotoiniciadores. Um compósito experimental contendo uma mistura de BisGMA, UDMA, BisEMA, TEGDMA e 65% em peso de partículas de carga silanizadas foi preparado com o uso dos fotoiniciadores CQ (Canforoquinona) e PPD (1-Fenil-1,2-Propanodiona). O co-iniciador usado foi a amina terciária dimetil amino etil metacrilato (DMAEMA). As fontes de luz utilizadas foram uma lâmpada halógena (XL 2500-3M/ESPE) e duas de diodo emissor de luz - LED (UltraBlue ISDMC e UltraLume LED 5-UltraDent). A mensuração da irradiância e do espectro de luz emitido pelos aparelhos foi realizada por meio de medidor de potência e espectrômetro (USB 2000), respectivamente. A curva de absorção dos fotoiniciadores foi aferida por um espectrofotômetro (Varian Cary 5G). As propriedades físicas e térmicas do material foram analisadas em Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier (FTIR), análise Termogravimétrica (TGA), análise Termo-Dinâmica-Mecânica (DMA), resistência à compressão (RC), resistência à compressão diametral (RCD) e módulo diametral (MD). Para o teste de RU, push-out foi realizado em cavidades cônicas preparadas em noventa incisivos bovinos. Porém, antes da realização do teste push-out, a dureza Knoop (DK) foi mensurada no topo e na base das restaurações. O monitoramento (tempo real) da reação de polimerização foi realizado utilizando FTIR (Prestige21) e o grau de conversão (GC) para cada segundo foi calculado e curvas GC x tempo obtidas. A taxa de conversão (TC) foi avaliada por meio de ajuste das curvas, utilizando regressão não-linear (Hill - 3 parâmetros). Todos os resultados (GC, TGA, DMA, RC, RCD, MD, DK e RU) foram submetidos à análise de variância dois fatores e as médias comparadas pelo teste de Tukey (5%). De acordo com os resultados de FTIR, que avaliou o DC (%), quando os compósitos foram fotoativados pelos LEDs, não existiu diferença nos valores de GC. Porém, quando o XL 2500 foi usado, o compósito com PPD mostrou valores de GC menores que os com CQ. Não existiram diferenças nas propriedades mecânicas (RC, RCD e MD) entre os compósitos quando fotoativados por qualquer fonte de luz. A análise termogravimétrica (TGA), usada para confirmar a quantidade de partículas de carga e a porcentagem de monômero residual, não mostrou nenhuma diferença estatisticamente significante desses dois fatores, independentemente do fotoiniciador ou fonte de luz utilizada. A análise Termo-Dinâmica-Mecânica (DMA) analisou a temperatura de transição vítrea (Tg) e a rigidez do material a 37°C. De acordo com os resultados, o fotoiniciador PPD e a fonte de luz UltraLume LED 5 produziram polímeros com maior densidade de ligações cruzadas, pois apresentaram os maiores valores de Tg. Nenhuma diferença foi encontrada na rigidez a 37°C. A avaliação da cinética e taxa de polimerização mostrou que o PPD produz reação de polimerização mais lenta, levando a maiores valores de RU. Os valores de DK mostraram que XL 2500 produziu os maiores valores tanto no topo como na base das restaurações, exceto para a fotoativação do PPD, que mostrou resultados de DK inferiores no topo das restaurações. Em geral, UltraBlue IS e UltraLume 5 não apresentaram diferenças entre si. Dessa forma, pode-se concluir que o PPD mostrou potencial para a iniciação da reação de polimerização, pois apresentou propriedades semelhantes às da CQ, aumentando a RU entre dente/restauração. Os LEDs, principalmente o UltraLume 5, produziram valores de GC semelhantes para todos os compósitos, enquanto o QTH produziu maior conversão para a CQ, comparado ao PPD.Abstract: The aim of this study was to analyze the spectrum of different lightcuring units (LCUs) and photo-initiators and yours influence in the physical and thermal properties and bond strength (BS) of experimental resin composites with different photo-initiators. A blend with BisGMA, UDMA, BisEMA, TEGDMA and 65 wt% of silanated filler particles was prepared with CQ (Camphorquinone) and PPD (1-phenyl-1,2-propanedione) photo-initiator. Dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) was used as co-initiator. One quartz-tungsten-halogen - QTH (XL 2500, 3M/ESPE) and two light-emitting diode (LED) LCUs (UltraBlue IS, DMC and UltraLume LED 5, Ultradent) were used for photo-activation procedures. Irradiance (mW/cm²) was calculated by the ratio of the output power by the area of the tip, and spectral distribution with a spectrometer (USB 2000). The absorption curve of each photo-initiator was determined using a spectrophotometer (Varian Cary 5G). The physical and thermal properties were analyzed through of Fourier transformed infra-red spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA), compression strength (CS), diametral tensile strength (DTS) and diametral modulus (DM). For BS, push-out test was accomplished in prepared conical cavities in ninety incisive bovine. However, before the accomplishment push-out test, Knoop hardness (KH) was made in the top and botton of the restorations. The real-time polymerization of the experimental resins was evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (Prestige21) and the degree of conversion (DC) for each second was calculated and a curve DC x time obtained. The rate of polymerization (RP) was calculated considering data fitting and Hill's 3 parameter non-linear regressions were used. The all results obtained (DC, TGA, DMA, CS, DTS, DM, KH and BS) were evaluated using a two-way analysis of variance (ANOVA) and Tukey's test (5%). The FTIR results, which analyzed the DC (%), when the resin composites were photo-activated with the LEDs LCUs, there aren't differences in the DC values. However, when XL 2500 was used for photo-activation, the PPD-containing resins showed lower DC values that CQ-containing resins. There are not differences in the mechanical properties (CS, DTS and DM) among the composite resins, regardless LCU used. The TGA, used to confirm the weight percent filler and the lost residual monomer (%) in each composite resin, didn't show any difference, regardless photo-initiator or LCU used. The DMA analyzed the glass transition temperature - Tg (°C) and the storage modulus (E' - MPa) in 37°C. In agreement with the results, the photo-initiator PPD and the UltraLume LED 5 LCU produced polymers with higher cross-link density, because they presented the highest Tg values. No difference was found in the E' in 37°C. The evaluation of the kinetics and rate of polymerization showed that PPD produces a slower reaction of polymerization, taking to highest BS values. The KH values showed that XL 2500 produced the highest values in the top and botton of the restorations, except for PPD, that showed lower KH values in the top of the restorations. In general, UltraBlue IS and UltraLume 5 didn't present differences amongst themselves. In that way, it can be concluded that PPD showed potential for the initiation of the polymerization reaction, because it presented similar properties to CQ; however it increased the BS between tooth/restoration. The LEDs, mainly the UltraLume 5, produced similar DC values for all composite resins, while QTH produced higher conversion for CQ, compared to PPD.DoutoradoMateriais DentariosDoutor em Materiais Dentário

Mechanical performance of experimental acrylic resins modified by nanoparticles after chemical and mechanical degradation

Different materials have been incorporated into the polymethylmethacrylate matrix to improve its performance. The aim of this study was to evaluate the degree of conversion (DC), the flexural strength (FS), the elasticity modulus (EM), and the effect of

Influence of photoinitiator and light-curing source on bond strength of experimental resin cements to dentin

This study evaluated the bond strength (BS) of experimental resin cements formulated with different photoinitiators when activated by two kinds of light-curing units (LCUs) through a ceramic material. Seven resin blends with different camphorquinone (CQ) and/or phenylpropanedione (PPD) concentrations (weight) were prepared: C5: 0.5% CQ; C8: 0.8% CQ; P5: 0.5% PPD; P8: 0.8% PPD; C1P4: 0.1% CQ and 0.4% PPD; C4P1: 0.4% CQ and 0.1% PPD; C4P4: 0.4% CQ and 0.4% PPD. Two LCUs were used: one quartz-tungsten-halogen (QTH - 850 mW/cm²) and one light-emitting diode (LED - 1300 mW/cm²). The microtensile bond strength of each blend was assessed. Data were submitted to two-way ANOVA and Tukey's test (α=0.05). The BS values did not exhibit significant differences for LCUs, regardless of the photoinitiator type. Three cements showed significant differences: P5 and C5 had higher BS with QTH, and C4P1 with LED. For QTH, P5 showed the highest and C1P4 the lowest BS. For the LED, C4P1 showed the highest BS of all the cements. The results indicated that PPD was a viable alternative in the formulation of photocured resin cements, reducing or eliminating CQ that is yellowish without impairing the bond strength. Furthermore, both LED and QTH were effective in curing resin cements that contain PPD or CQ2718389Este estudo avaliou a resistência de união (BS) de cimentos resinosos experimentais formulados com diferentes fotoiniciadores, quando ativados através de cerâmica, por dois tipos de fontes luminosas (LCUs). Foram preparadas sete formulações com diferentes concentrações em peso (wt) de canforquinona (CQ) e/ou fenilpropanodiona (PPD): C5: 0,5%CQ; C8: 0,8%CQ; P5: 0,5%PPD; P8: 0,8%PPD; C1P4: 0,1%CQ e 0.4%PPD; C4P1: 0,4%CQ e 0,1%PPD; C4P4: 0,4%CQ e 0,4%PPD. Duas LCUs foram usadas: uma com luz halógena (QTH - 850 mW/cm²) e uma com diodo emissor de luz (LED - 1300 mW/cm²). A BS foi avaliada por teste de microtração. Os dados foram submetidos a ANOVA a dois fatores e Teste de Tukey (α=0,05). Isolando o tipo de fotoiniciador, não houve diferenças significativas na BS. Três cimentos mostraram diferenças significativas: a BS foi maior para P5 e C5 com QTH; e para C4P1 com LED. Para a QTH, P5 exibiu a maior e C1P4 a menor BS. Para LED, C4P1 exibiu a maior BS de todos os outros cimentos testados. Conclusão: PPD é altamente viável em formulações de cimentos resinosos fotopolimerizáveis, reduzindo ou eliminando a CQ que é amarelada, sem comprometer a resistência de união. Além disso, tanto LED quanto QTH são efetivas para polimerizar os cimentos contendo PPD ou C

Bond strength of self-adhesive resin cement to dentin using different adhesion protocols

The treatment of dentin before the use of self-adhesive cements is still a crucial point to achieve the best bond strength values. The objective of this study was to evaluate the bond strength between dentin and com - posite resin using dif

Resistência à compressão, flexão e tração diametral de cimentos resinosos em tempos diferentes de armazenamento

Objetivos: O objetivo desse estudo foi avaliar a resistência à compressão, tração diametral e flexão de dois cimentos resinosos de presa dual. Métodos: foi utilizado o cimento autoadesivo RelyX U200 (3M ESPE) e o cimento convencional Variolink II (Ivoclar Vivadent). Foram confeccionados corpos de prova cilíndricos com 4mm de diâmetro x 6mm de altura para o teste de compressão, 6mm de diâmetro x 2mm de altura para o teste de tração diametral (ISO 9917-1:2007) e em forma de barra com 25mm de comprimento x 2mm de altura e largura para o teste de flexão três pontos (ISO 4049:2009). As amostras foram armazenadas por 24h (n = 10) e 45 dias (n = 10) em água destilada a 37ºC. Os testes foram realizados em uma máquina universal de ensaios EMIC (DL 2000) com uma célula de carga de 2000 Kgf para o teste de compressão e 200 Kgf para os testes de tração diametral e flexão, à uma velocidade de 0,5 mm/min. Os dados foram submetidos à análise de variância dois critérios (ANOVA) e as médias comparadas pelo teste de Tukey (5%). Resultados: os resultados mostraram valores estatisticamente similares para todas as propriedades mecânicas avaliadas entre todos os cimentos e tempos de armazenamento estudados. Conclusões: A composição química dos cimentos resinosos e o armazenamento em água por 45 dias não foram suficientes para ocasionar alterações nas propriedades mecânicas avaliadas nesse estudo

Evaluation of phenyl-propanedione on yellowing and chemical-mechanical properties of experimental dental resin-based materials

Objective To evaluate the influence of phenyl-propanedione on yellowing and chemical-mechanical properties of experimental resin-based materials photoactivated using different light curing units (LCUs). Material and Methods Experimental resin-based materials with the same organic matrix (60:40 wt% BisGMA:TEGDMA) were mechanically blended using a centrifugal mixing device. To this blend, different photoinitiator systems were added in equimolar concentrations with aliphatic amine doubled by wt%: 0.4 wt% CQ; 0.38 wt% PPD; or 0.2 wt% CQ and 0.19 wt% PPD. The degree of conversion (DC), flexural strength (FS), Young’s modulus (YM), Knoop hardness (KNH), crosslinking density (CLD), and yellowing (Y) were evaluated (n=10). All samples were light cured with the following LCUs: a halogen lamp (XL 2500), a monowave LED (Radii), or a polywave LED (Valo) with 16 J/cm2. The results were analysed by two-way ANOVA and Tukey’s test (α=0.05). Results No statistical differences were found between the different photoinitiator systems to KNH, CLS, FS, and YM properties (p≥0.05). PPD/CQ association showed the higher DC values compared with CQ and PPD isolated systems when photoactivated by a polywave LED (p≤0.05). Y values were highest for the CQ compared with the PPD systems (p≤0.05). Conclusion PPD isolated system promoted similar chemical and mechanical properties and less yellowing compared with the CQ isolated system, regardless of the LCU used

Resistência da união ao microcisalhamento de cimento resinoso e resina fluida à cerâmica de dissilicato de lítio

Objetivos: O objetivo neste estudo foi avaliar a resistência da união ao microcisalhamento de uma resina composta microhíbrida de baixa viscosidade (fluida) e de um cimento resinoso fotopolimerizável aplicados a uma cerâmica de dissilicato de lítio. Métodos: Discos de uma cerâmica de dissilicato de lítio (IPS e.max CAD, Ivoclar Vivadent) foram divididos em 2 grupos (n = 10), de acordo com material utilizado para a cimentação: cimento resinoso (Allcem Veneer, FGM) ou resina composta microhíbrida fluida (Opallis Fluida, FGM). Previamente a aplicação do material para cimentação, todas as cerâmicas receberam tratamento superficial padronizado: condicionamento com ácido fluorídrico a 10% (Condac Porcelana, FGM) por 20 s, lavagem com água por 60 s, secagem com ar por 30s e aplicação de silano (Prosil, FGM). Os materiais foram inseridos em uma matriz elastomérica (0,5 mm x 1,2 mm) sobre o bloco cerâmico. Quatro cilindros por grupo foram construídos e fotoativados por um aparelho de diodo emissor de luz (LED, Valo, Ultradent) por 40 s a uma irradiância de 1200 mW/cm2. O teste de microcisalhamento foi feito utilizando uma máquina de ensaio universal (EMIC) a uma velocidade de 0,5 mm/min. Os dados (MPa) foram submetidos ao teste de normalidade (Kolmogorov-Smirnov) e one-way ANOVA, sendo as médias comparadas pelo teste de Tukey (α=0,05). Resultados: O cimento resinoso apresentou resistência da união ao microcisalhamento estatisticamente superior à resina composta fluida (ρ=0,020). Conclusão: Melhor desempenho na união à cerâmica de dissilicato de lítio foi obtido utilizando cimento resinoso

Polymerization depths of conventional and bulk fill composites photoactivated by different methods

The aim of this study was to evaluate the depth of cure of conventional (Filtek Z350 and Esthet-X HD) and bulk fill resins composites (Filtek bulk fill flow and SDR) using different photoactivation methods. Samples were made using five discshaped matrices (1 mm high and 8 mm central diameter) with interposed polyester strips. The samples were photoactivated using different methods [continuous high-irradiance light (LCA), continuous low-irradiance light (LCB), and soft-start (SS)], maintaining 24 J/cm² radiant exposure. After 24h, Knoop microhardness test was performed at 5 depths (surface, 1 mm, 2 mm, 3 mm and 4 mm). The Knoop microhardness were analyzed by ANOVA two-way and Tukey’s test (5%). Conventional resins presented the highest results up to 2 mm depth, except for Esthet-X photoactived by LCB, which showed significant lower Knoop hardness from 2 mm depth. Bulk fill resins photoactivated with LCA and SS had the highest results in 4 mm depth. The LCA and SS photoactivation methods produce suitable photoactivation in conventional composites up to 2 mm and bulk fill up to 4 mm depth and the bulk fill composites present higher polymerization depth than conventional composites.Keywords: Dental curing lights; hardness test; photoactivation; polymerization; resi