LED(Light-emitting diodes): a story of success
우리가 미래를 볼 수 있다면, 미래는 단연코 LED의 시대일 것이다. 과거의 LED는 간판이나 배경화면으로 주로 사용되었지만 현재는 건축과 조명디자인에서부터 교통신호등이나 의료기기까지 광범위하게 사용되고 있다. 향후 LED의 적용분야는 무궁무진할 것으로 기대된다. 특히, 기존 할로겐 램프보다 에너지 효율성과 내구성면에서 우수하다.

Requirements of clinicians
치과에서의 LED를 살펴보자. 지난 몇 년간 다양한 광중합기가 소개되었다. 주요 용도는 레진중합이지만 다음과 같은 질문이 제기되곤 했다.

충분한 광 강도(light intensity)는 어느 정도인가?”
레진을 중합하는 데 충분한 시간은?
광중합할 수 있는 재료와 할 수 없는 재료는 어떤 것인가?

그럼 오늘날 치과진료 환경에서 필요한 특성과 요건을 살펴보자.

치료의 주 목적, 충분히 중합하라
중합시 가장 핵심요건은 중합이 충분하게 이루어지는 것이다. 수복재료의 중합이 충분히 이루어져야 장기간의 임상성공이 보장된다. 불충분한 중합은 민감성, 변색, 마진갭 형성 및 마모를 일으킨다. 광중합 레진은 짧은 조사로도 표면이 중합되므로, 실제 중합이 완전히 이루어졌는지는 프로브나 기구를 이용해 살펴보지 않은 한 정확한 상태를 알기 어렵다.

전체 중합된 재료의 물성 역시 관건이다. 즉, 중합 후 강도-특히, 수복물 아랫부분-, 마모도는
물론 굴절강도와 탄성도 등을 포함하고 있다. 제조사별로 다양한 재료의 중합방법에 대한
가이드라인은 중요한 사항이다. 이들 제조사들은 여러 재료를 다양한 두께로 임상시험을 통해
중합시간과 방법에 대한 기준을 설정해오고 있다.

충분한 중합 깊이는 여러가지 요인에 의해 좌우된다. 가장 중요한 요인은 높은 광강도와 사용되는 광중합기제의 활성화, 즉, 사용하는 재료와 중합 광과의 적합여부 등이다.

콤포지트 레진 같은 광중합 물질은 주로 유기 모노머와 무기필러로 구성되어 있다.

 

 

다양한 광 개시제(Photoinitiators)
모노머를 폴리머로 변환하기 위해서는 빛에 쪼였을 때 radicals로 분해되며 모노머의 중합작용을 유발하는 광개시제가 필요하다. 이들 촉진제로 가장 널리 사용하는 것이 캠포퀴논(camphorquinone)이다.

캠포퀴논은 약 390-510nm사이의 파장대에서 빛을 흡수하며 노란색을 띠고 있어, 중합된 수복물의 색조에 영향을 준다. 블리칭 색조의 레진은 미백치아의 색조와 잘 부합되어야 한다. 접착제 등과 같은 다른 재료의 경우에도 좀 더 흰색에 가까운 촉진제인 phenylpropanedion(PPD) 또는 Lucirin TPO등을 사용하며, 이는 380-430nm의 파장대에서 빛을 흡수한다.

따라서 모든 물질을 중합할 수 있는 능력은 빛이 방출하는 파장대에 달려있다고 볼 수 있다. 할로겐 램프의 경우, 방출하는 파장대가 넓기 때문에, 여러 촉진제와 작용하는 데 아무런 문제가 없다. 그러나 종전의 LED는 방출되는 빛의 파장대가 좁아, 모든 재료를 고루 중합하는 데는 적합하지 않았다. 그러나 현재는 LED 광중합기의 파장대가 385-515nm에서 푸른빛을 방출하므로 현재는 모든 광중합용 재료에 사용하는 데도 적합해졌다.

 

 

 

빛의 파장범위(Wavelength range)
LED는 일반적으로 할로겐 램프보다 제한적인 광 스펙트럼을 갖는다. 따라서 캠포퀴논을 광 개시제로 포함하지 않으면 최근 출시된 LED 광중합기를 사용하더라도 레진중합이 문제될 수 있다. 그런 경우, 캠포퀴논이 최대일 때 적합하게 만든 중합기보다 bluephase는 상당한 장점을 제공할 수 있다.

 

파란선은 빛의 방출 스펙트럼을, 노란선은 광개시제가 흡수하는 스펙트럼을 나타내며, 이 두 선이 겹쳐진 하늘색 부분에서 완전한 중합이 이루어진다.

 

치과진료실에서 중합여부를 잘 확인하기위해서는 기존 LED 램프 제조사에서 작성한 사용하기 어려운 재료명을 확인할 필요가 있다(각 제품별 LED 광중합기에 사용하기 어려운 제품명 리스트는 요청시 별도로 제공)

1,000mW/cm2: 이상적인 빛의 세기
일반적인 램프는 치과의료기기용으로는 부적합하다. 일반적으로 직접수복의 경우, 400mW/cm2의
에너지가 필요하다. 그러나 세라믹 수복물이나 치아조직내에서 빛의 방출로 충분한 중합이
이루어지기 위한 이상적인 수치는 1,000mW/cm2로 알려져 있다. 전체 에너지 개념에 따르면,
약 10초내에 레진이 적절하게 중합되기 위해서는 1,000mW/cm2이상의 빛의 세기가 필요하다.
빛의 세기가 약하면, 중합시간이 길어져야 한다.

위의 전제조건에 부합되지 않으면, 레진이나 본딩제는 깊은 내면에서는 잘 굳지 않는다. 따라서
빛의 세기를 정기적으로 측정하는 것이 좋다. 광선조도기가 내장된 경우, 사용이 간편하다. 

빛의 세기
전체 에너지 개념이란…
또는 중합이 성공적으로 잘 이루어지기 위해 필요한 중합시간은?
즉, 빛의 세기와 시간의 함수관계에 따라 필요한 전체 에너지가 계산된다. 예를 들면,
800mW/cm2의 빛의 세기에서 20초간 조사되었다면=20s x 800mW/cm2 = 16,000mWs/cm2이
된다.

필요한 조사량은 레진의 종류, 색조, 투명도에 따라 좌우된다. 일반적으로, 2mm의 레진층을
적절하게 중합하기 위해서는 최대 16,000mWs/cm2이 필요하다. ?어떤 경우에는 그 수치가 낮을
수도 있다. 그러나 전체 에너지 개념으로 필요한 시간을 계산해볼 수 있다.

전체 에너지 개념       
조사량     = 최대 중합시간*                 16,000mWs/cm2             bluephase의 예  
빛의 세기                                   1,200mW/cm2  =15초
 
*최대 중합시간은 기존 콤포지트 레진을 2mm두께로 하며, 수복물 위에 광중합기를 직접 조사하는 경우

출처: Koran P, K?rschner R, Effect of sequential versus continuous irradiation of a lightcured
resin composite on shrinkage, viscosity, adhesion, and degree of polymerization; Am J Dent 10,
17?22 (1998)
 
Light probe에 관한 흥미로운 사실들
만약 광중합기에 라이트 프로브가 없다면, 그리고 LED가 장착된다면, 중합부위에서 일정부분 떨어진 곳에서는 상당량의 빛의 세기가 약해진다. 화이버글래스를 사용하면 이런 산란으로 인한 빛의 세기 약화를 줄여줄 수 있다는 점이 증명되었다. 이들 화이버글래스 봉은 여러 가닥으로 이루어져 있으며, 빛을 투과할 수 있는 보호용 유리케이스에 담겨있다.

그러나 화이버글라스를 사용하더라도 중합할 물체의 거리를 늘리면 중합시간 역시 늘려야 한다. 가장 널리 사용되는 터보 라이트 프로브의 경우, 5mm 거리에서는 50%까지 효과적인 에너지가 감소되었다. 다시 말하면, 전체 에너지 개념에 따르면, 중합시간은 두 배로 해줘야 한다는 의미가 된다.

탁월한 빛 산란 특성을 고려해볼 때, 스탠다드 프로브는 장점이 된다. 겨우 9mm에서도 에너지는 50%로 줄어든다. 다음 호에서는 LED에 대한 오해와 진실을 중심으로 LED 중합기를 선택하는 요령에 대해 살펴본다.

 

 

전면에 LED 설치시          터보 라이트 프로브         스탠다드 라이트 프로브

 

약 2~4mm                 약 5mm                   약 9mm

-다음 호에 계속