Fotopolimerização em Materiais Dentários

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Fotopolimerização
O que são fotopolimerizadores?
Como ocorre a fotopolimerização
São aparelhos que emitem luz em um determinado comprimento de onda (γ) para excitar 
componentes responsáveis pela iniciação no processo de polimerização de resinas.
As primeiras resinas compostos do mercado apresentavam polimerização química, em que uma 
pasta base e uma pasta catalizadora eram misturadas, contudo, esses materiais apresentavam 
desvantagens quanto à manipulação e quanto aos resultados clínicos. Por isso, a partir da década 
de 70, foram desenvolvidas tecnologias para a criação de resinas fotoativáveis e de aparelhos para 
fotoativação desses materiais.
No processo de fotopolimerização, um grande grupo de moléculas com baixo peso molecular 
(meros) reagem entre si para formar uma molécula grande e com alto peso molecular sem formar 
subproduto.
A fotopolimerização ocorre da seguinte forma:
Ativação = a luz excita uma molécula que está contida na resina (fotoiniciador) e essa 
molécula pode ser, por exemplo, a canforaquinona (que é mais comum na maior parte das 
resinas);
Iniciação = A canforaquinona reage com outra molécula (co-iniciador) que é uma amina 
terciária. Quando isso acontece, a amina fica com um elétron desemparelhado, ou seja, ela 
não está mais neutra e torna-se um radical livre;
Propagação = Os radicais livres criados anteriormente se aproximam de moléculas que podem 
receber esse elétron. Na resina, essas moléculas são os monômeros e isso ocorre porque os 
monômeros apresentam a ligação dupla entre os carbonos do grupamento metacrilato. Essa 
ligação dupla pode receber aquele elétron desemparelhado. Assim, monômero + radical livre 
= um novo radical livre, que vai se ligando à outros monômeros, formando polímeros.
Término = Ocorre quando não há mais radicais livres, quando as cadeias se encontram ou 
quando o polímero está tão denso que as moléculas não conseguem mais se mover, levando 
ao término da polimerização.
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Fatores que interferem na fotopolimerização:
Ou seja, a fotopolimerização é uma polimerização por adição através de radicais livres, que 
quebram as ligações duplas dos carbonos.
É importante entender esse processo porque a maior conversão de ligações duplas entre os 
carbonos em ligações simples entre os carbonos (C=C em C-C) dos grupamentos metacrilato leva à 
melhores propriedades dos polímeros, ou seja, a etapa de fotopolimerização é imprescindível para 
a maior parte dos materiais resinosos que são utilizados na clínica.
Quando os materiais são subpolimerizados, a tendência é que eles absorvam mais água do 
ambiente oral, solubilizem mais e apresentem propriedades mecânicas reduzidas.
Comprimento de onda do fotoativador:
É a distância entre valores repetidos sucessivos num padrão de onda. É medido, por exemplo, 
entre o pico de uma crista e outra, sendo geralmente expresso em nanometros.
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O espectro de ondas eletromagnéticas contém o espectro visível da luz, o qual está entre os 
raios ultra-violetas e os raios infravermelhos. Essa é a região mais utilizada para fotoativar os 
materiais, especialmente entre o final do ultra-violeta e início da luz visível violeta até a luz 
visível na cor azul.
Aparelhos diferentes podem emitir energia eletromagnética em comprimentos de onda 
distintos. Por exemplo, nesse gráfico abaixo podem ser observado o espectro de emissão de 
dois aparelhos distintos, um deles (representado em azul) tem dois picos de emissão e o outro 
(representado em rosa) tem 1 + 2 picos que se somam, formando uma faixa. Essas diferenças 
são indicadas pelo fabricante no próprio aparelho ou em seu manual.
Isso é relevante em função do próximo tópico:
Fotoiniciadores presentes na resina:
Os fotoiniciadores podem ser classificados em:
Tipo I - Não precisa de co-iniciador (amina).
Após a absorção de luz, ocorre a fragmentação da molécula e geração de radicais 
livres.
A maioria desses fotoiniciadores são mais claro que a canforaquinona, o que é uma 
vantagem, pois eles levam a uma menor alteração de cor da resina. Além disso, 
alguns deles são mais reativos que a canforaquinona.
Ex.: Óxido difenil 2, 4, 6-trimetilbenzoil fosfina (Lucirin TPO); 1, 2-fenil-propanodiona 
(PPD); óxido bis-alquil fosfínico (BAPO); Irgacure benzoil germânio (Ivocerin). 
Tipo II - Precisa de co-iniciador (amina).
Após a absorção de luz, a molécula reage com outra molécula para gerar radicais 
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livres.
Ex.: Canforaquinona (CQ).
As resinas podem apresentar fotoiniciadores distintos, os quais absorvem energia 
eletromagnética em comprimentos de onda diferentes, ou seja, os aparelhos para 
fotopolimerização devem emitir comprimento de onda compatível com o comprimento de 
onda que o fotoiniciador absorve para que ele seja excitado. Isso quer dizer que há diferença 
de sensibilidade à luz, por exemplo:
Acima, é possível ver que o pico da CQ é em 468, PPD em 410, TPO em 380 e o Ivocerin em 400. 
Esses são os picos em que o material apresenta maior sensibilidade e reatividade.
Potência do fotoativador:
Definição de potência - energia por tempo gerada pelo aparelho. Ela é expressa em Watts = 
energia/tempo (P → W=J/s).
Uma maior potência gera mais fótons e, por isso, é mais fácil de excitar os fotoiniciadores.
A potência do aparelho está relacionada a outro fator: a exposição radiante (J/cm2), que é a 
energia recebida por unidade de área (às vezes é descrita incorretamente como "densidade de 
energia"), ela é a energia necessária para a polimerização da resina e depende da energia 
absorvida pela resina por um tempo de exposição.
Sabe-se que, de modo geral, as resinas compostas precisam de 16 J/cm3 para uma 
correta polimerização de um incremento de até 2 mm de espessura. Se for fornecida 
energia menor, as resinas podem não polimerizar adequadamente, especialmente na 
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base da restauração.
Esse valor também depende bastante das propriedades ópticas de cada resina. As mais 
translúcidas tendem a permitir mais transmissão de luz pelo incremento - o que auxilia 
na polimerização de todo esse incremento, do topo à base.
Apesar de haver diferenças entre a quantidade de exposição radiante necessária para 
cada tipo de resina, sabe-se que aparelhos de boa qualidade conseguem polimerizar 
resinas compostas de 2mm de espessura, independente das propriedades desse material. 
Portanto o recomendado é que as resinas compostas sejam usadas em incrementos de 
até 2mm de espessura na cavidade dentária e que se faça sempre uso de aparelhos de 
boa qualidade.
Além da qualidade do aparelho, é importante atentar para a qualidade da ponteira por onde o 
feixe de luz será emitido. Ponteiras sujas ou danificadas não permitem a adequada emissão 
de energia, reduzindo a exposição radiante ao material.
Também é preciso atentar para as barreiras utilizadas. Elas são vendidas como sacos plásticos 
para recobrir o aparelho e evitar a contaminação cruzada entre os pacientes, por exemplo. 
Além disso, protege o aparelho de resinas e sujeiras. Eles devem ser de boa qualidade, 
geralmente são vendidos pelo próprio fabricante do aparelho fotopolimerizador. Utilizar 
qualquer plástico, dependendo de qual for, pode reduzir significativamente a emissão de 
energia dele.
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Intensidade de luz X Tamanho da ponteira:
A intensidade de luz é definida como potência por área, ou seja, é o número de fótons por 
segundo (Watts) por unidade de área (cm2). A intensidade de luz depende, portanto, da 
potência do aparelho e do diâmetro da ponteira.
A intensidade do aparelho pode ser medida através de um radiômetro, o qual afere a 
intensidade do aparelho geralmente medindo a intensidade/potência e dividindo pela área da 
ponteira, mas também podem medir a potência do equipamento.
A intensidade de luz X Tamanho da ponteira é um fator importante que pode afetar a 
fotopolimerização dos materiais.
Analisando as informações acima, os aparelhos com maior diâmetro de ponteira mantêm 
maior intensidade a distância. Além disso, ponteiras maiores tendem a cobrir melhor toda 
região a ser polimerizada.
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Tempo de exposição:
Considerando o tempo de exposição da resina à luz, quanto menor o tempo, menos fótons 
são gerados e menos iniciadores serão excitados, levando a menor conversão de ligação dupla 
em ligações simples entre os carbonos dos grupamentos metacrilatos e, consequentemente, 
isso leva a subpolimerização e piores propriedades físico-químicas das resinas.
Por outro lado, quanto maior o tempo de exposição, mais fótons são gerados e maior é a 
possibilidade de excitar os iniciadores, por isso, é importante respeitar o tempo indicado pelo 
fabricante para cada material.
Mas, de modo geral, o que se usa são aparelhos com 800 - 1200 mW/cm² de intensidade, 
durante 20s para fotopolimerizar cada incremento de resina composta de até 2mm de 
espessura.
Ângulo e distância do feixe de luz:
Alguns aparelhos têm uma inclinação que podem fazer com que a restauração não receba luz 
em alguma região, especialmente nas caixas proximais, portanto, é preciso atentar para a 
região que deve ser fotoativada. Se necessário, deve ser realizada mais de uma foto ativação 
em diferentes ângulos.
Além da angulação, a distância entre a ponta do aparelho e o topo da restauração deve ser 
bastante cuidada e se busca manter a ponta do aparelho o mais próxima possível da 
restauração, mas sem tocá-la, pois quando maior for a distância, menor a energia que o 
material resinoso vai receber.
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Assim, observa-se que quanto maior a angulação ou a distância entre a ponta do aparelho 
e o objeto a ser fotoativado, menor é a exposição radiante do objeto (no caso, a resina 
composta). Além disso, maior é o percentual de redução de exposição radiante, ou seja, 
menos energia foi fornecida à resina conforme muda-se a angulação do aparelho ou a 
distancia-se a ponta do aparelho em relação ao topo da restauração.
Acima está um gráfico de exposição radiante em J/cm² no eixo Y por diferentes condições de 
fotoativação no eixo X. As barras azuis representam a energia recebida por um sensor que 
simula o topo da restauração e as barras claras representam o percentual de redução de 
exposição radiante dependendo da condição de fotoativação.
Optimal condition = Ótima. Condição em que a ponteira estaria perfeitamente perpendicular à 
superfície da resina.
Tip = Com distância de 2mm entre a ponteira e o topo da restauração.
Slight angulation = Angulação de cerca de 30º em relação ao topo da resina.
Moderate angulation = Angulação de cerca de 45º em relação ao topo da resina.
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Tipos de aparelhos fotopolimerizadores
Ainda, quanto maior a angulação ou a distância entre a ponta do aparelho e o objeto, menor é 
a conversão de monômeros em polímeros, reduzindo também outras propriedades da resina.
Existem 4 tipos:
Arco de plasma
Laser de Argônio
Lâmpada halógena - Esses aparelhos são compostos por:
Lâmpada com filamento de tungstênio
Filtro para selecionar o comprimento de onda
Sistema de refrigeração
Fibras ópticas
Emissão de luz por incandescência (Seu funcionamento se dá quando uma corrente elétrica 
atravessa o filamento de tungstênio, o qual funciona como uma resistência que é aquecida 
pela corrente elétrica, produzindo radiação eletromagnética na forma de luz visível. Portanto, 
a emissão de luz se dá por incandescência.)
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Diferentes estilos de guias de luz de fibra óptica removíveis usados em aparelhos com 
lâmpada halógena.
Elas emitem energia eletromagnética em amplo comprimento de onda e isso é uma 
vantagem porque o espectro abrange/excita diversos fotoiniciadores.
Contudo, esse amplo comprimento de onda engloba o infravermelho = calor e o 
ultravioleta = danos à saúde. Como a emissão de luz se dá por incandescência e apenas 
0,5% da energia gerada pela lâmpada halógena é empregada na fotopolimerização das 
resinas.
Devido à energia térmica gerada por esses equipamentos, eles são grandes para conter 
um sistema de refrigeração em seu interior, um tipo de ventilador, para não superaquecer 
os tecidos dentários e moles adjacentes à restauração.
Além disso, eles precisam de um filtro para não emitir energia na região ultravioleta.
Vantagens e desvantagens:
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Outra desvantagem é que a eficiência da luz gerada tende a diminuir gradativamente com 
o uso do aparelho em consequência da degradação do filtro e do bulbo, o que 
compromete a polimerização dos materiais.
Diodo emissor de luz (LED) - A partir da década de 1990 surgiram os aparelhos a base de LED, 
que desde então foram se aprimorando e se tornaram a tecnologia mais recente na ativação 
da polimerização dos materiais fotosensíveis.
Eles convertem energia elétrica em luz por meio de semi-condutores (produz mínimo 
aquecimento) e, por isso, não há necessidade de filtro e ventilador dentro do 
equipamento (o que torna os aparelhos menores, mais leves e portáteis).
A cor da luz é variável dependendo do diodo do equipamento;
Um mesmo aparelho pode emitir mais de um comprimento de onda por ter mais de um 
LED;
Por exemplo:
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Vantagens e Desvantagens:
Contudo, sobre o "curto espectro de luz" ser uma desvantagem, isso é variável no sentido 
de que um mesmo equipamento pode ter mais de um tipo de LED, emitindo sim um 
amplo comprimento de onda e assim diminuindo ou eliminando essa desvantagem:
Considerar para análise do gráfico acima: a CQ absorve comprimento de onda mais na 
parte azul e o TPO absorve mais próximo do violeta.
Nesse sentido, é preciso: conferir as propriedades dos aparelhos, se eles estão emitindo a 
intensidade correta e se resina utilizada é compatível com o equipamento. Atualmente o 
fotoiniciador mais utilizado ainda é a CQ, mas isso tem mudado.
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Contração de polimerização
Quando os monômeros de metacrilato reagem para estabelecer uma ligação covalente, a distância 
entre os dois grupos de átomos é reduzida, resultando em redução no volume livre.
A redução de volume é devido, portanto, à contração de polimerização desses materiais.Nesse processo, há geração de tensão de contração de polimerização aplicadas na interface 
dente-material restaurador. Se a força gerada pela contração de polimerização for maior que a 
resistência de união entre dente-material restaurador, pode ocorrer falha nessa 
interface=gap/espaço nessa região.
Essa formação de "gaps" na interface dente-material restaurador pode ser um ponto crítico 
para maior acúmulo de biofilme e degradação polimérica, talvez influenciando na 
longevidade da restauração.
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A contração de polimerização é de cerca de 2 - 4% em volume para as resina compostas 
convencionais com metacrilato.
Muito se discute se o estresse gerado pela contração de polimerização é clinicamente 
relevante e, nesse sentido, a colocação dos autores abaixo é bem pertinente:
Um conceito importante é o de Fator de Configuração Cavitária (Fator C), que é =nº de 
superfícies aderidas÷nº de superfícies livres (ou não aderidas).
Nas imagens acima é possível ver alguns casos. No primeiro há apenas uma única parede 
aderida à resina composta dividida por 5 superfícies livres, portanto o fator C é baixo, apenas 
0,2. Já na última imagem, no preparo cavitário em molar, 5 paredes estão aderidas à resina 
composta, divididas por uma única superfície livre, portanto, o fator C é alto, de 5.
Assim, conclui-se que quanto maior o número de superfícies aderidas, mais tensão é gerada 
na interface durante a contração de polimerização e assim maior é chance de se formarem os 
espaços/gaps. Dessa forma, se utiliza a técnica incremental realizando incrementos de, no 
á i 2 d l i i d l d i i
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Resinas compostas para inserção em grandes incrementos
máximo, 2mm de altura, permitindo que a luz passe por todo o increemento, pois quanto 
maior a espessura da resina composta, menos luz irá chegar na base desse incremento e 
também porque esse tamanho de incremento é mais facilmente acomodado na cavidade para 
estarem em menor contato possível com superfícies.
Há uma nova tendência em resinas compostas no mercado para inserção em grandes incrementos, 
especialmente para restaurações diretas Classe I (só uma superfície livre) e Classe II (cavidade que 
abrange parede proximal).
Restaurações diretas são as feitas diretamente na boca do paciente, ou seja, a resina 
composta é inserida na cavidade e polimerizada na cavidade mesmo. Já as restaurações 
indiretas são as feitas em laboratório e depois cimenta-se essa peça, que pode ser de 
cerâmica, na cavidade, por exemplo. 
A proposta dessas novas resinas (Bulk Fill) é de não precisar realizar a técnica incremental com 
incrementos de até 2mm, podendo fazer esses incrementos maiores, com 4 ou 5mm, dependendo 
da marca. Além disso, esses incrementos podem estar aderidos a um maior número de paredes na 
cavidade. O uso dessas resinas pode economizar tempo durante o atendimento e também reduzir 
as chances de haver incremento de ar durante a realização da técnica.
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Os fabricantes das resinas Bulk Fill dizem que elas possuem contração menor que 2%, enquanto 
que os dimetacrilatos convencionais apresentam contração de 2-4% em volume. Além disso, elas 
possuem de diferente das tradicionais/convencionais mudanças sutis:
Algumas apresentam modificações nos monômeros, com mobilidade de cadeias diferentes 
(permitindo menor contração);
Modificações nos iniciadores;
Cargas com índice de refração diferente;
Algumas com um pouco menos de carga (fazendo com que a luz seja mais facilmente 
transmitida).
Algumas resinas Bulk Fill podem ser esculpidas porque têm mais carga inorgânica e maior 
viscosidade, outras são chamadas de flow porque tem menos carga, menor viscosidade e não 
podem ser esculpidas. 
Bulk Fill Flow = baixa viscosidade (20 a 25% a menos de carga): Indicadas para servirem de 
base em um único incremento porque em função da menor quantidade de carga, têm piores 
propriedades mecânicas e são mais suscetíveis à degradação, precisando ser cobertas por 
outra resina.
Base (maioria até 4mm) + cobertura de resina composta convencional ou bulk fill regular.
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Bulk Fill Regular = maior viscosidade e maior quantidade de partículas inorgânicas.
Pode ser esculpida;
Base ou toda a restauração;
Depende da profundidade da cavidade;
Depende da resina (4-5mm) - marca.
A diferença entre a resina Bulk Fill Flow e a Regular é que a Flow TEM QUE ser recoberta, 
necessitando de, pelo menos, duas etapas de inserção de resina. Já a Bulk Fill Regular não 
necessariamente, dependendo da profundidade da cavidade e da marca da resina Bulk Fill.
Algumas apresentações comerciais:
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A tetric da ivoclar apresenta os mesmos monômeros que a resina composta convencional e 
também tem alta quantidade de carga assim como a resina composta convencional dessa 
marca, mas tem algumas partículas inorgânicas mais arredondadas e mais regulares, as quais 
reduziram a fração de luz durante a fotoativação e aumentaram a translucidez da resina e isso 
fez com que grandes incrementos pudessem ser fotopolimerizados em uma única etapa de 
fotoativação. Essa resina também tem o Ivocerin, que é um fotoiniciador patenteado pela 
Ivoclar, além de haver cerca de 20% de polímero pré-polimerizado e moída que auxilia a 
reduzir um pouco a contração de polimerização.