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【应用】直径微米级固体微球的润湿性表征方案

更新时间:2026-09-10       点击次数:31

摘要:


        微机电元件、生物微球、微透镜、医用微载体等微米级微型构件,核心性能高度依赖其表面润湿特性,润湿性直接决定界面吸附、浸润效果与流体适配能力。
      由于该类样品直径通常为几十至数百微米(图1),因此,准确测量微球表面与液滴的静态接触角成为微球表面润湿性表征的主要难点,使用传统微升级注射单元产生的液滴体积过大,测试时容易全部覆盖整个微球曲面,难以获得可靠的接触角结果。
【应用】直径微米级固体微球的润湿性表征方案
1:微米级别超小样品

        德国德飞Dataphysics公司生产的 OCA50 全自动光学接触角测量仪(图2),配套 FDDS 纳升 / 皮升喷射单元(图3),能够解决超微小样品表面微量液滴定点投放的难题。喷射单元精度高、液滴落点准确、液滴体积小至微升或皮升级、结果重复性好,适配直径在微米级小微球的接触角测量。


实验:

1、样品放置与仪器预设

       待测样品为直径约 200μm 的固体微小半球,将其整齐排列于 OCA50 接触角测量仪的样品台上(图4),样品台可软件控制自动X、Y、Z 方向精准定位。搭载 FDDS 纳升弹射单元,配合 USB3.0 高速高清相机,可全自动、软件控制一键式完成接触角测量。全程实时观测或录制纳升级小水滴滴落至微球表面的瞬间与铺展全过程。
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图4:200μm 微小半球样品固定于电动样品台,微升喷射单元实现接触角测量


2、纳升级水滴定点喷射与接触角采集

        DPIMax 专业测试软件精准控制 FDDS 喷射单元,喷射水滴体积为 10nL~30nL,自动将超微小水滴精准喷射至 200μm 直径半球曲面顶端,无偏移、无液滴飞溅、不会淹没微型球面(见图5)。
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图5:纳升水滴精准座于 200μm 直径微小半球表面前与后实拍图片


    水滴喷射期间,全程进行高速录像,捕捉水滴落在微球表面上的瞬间,详见下方视频。

【视频】多样品连续测试过程


     软件内置曲面自动拟合接触角算法,可自动识别球面基线、拟合液滴轮廓,分别计算左右接触角,本次实测微小半球表面与水滴的平均接触角为37.7°(图6)
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图6:微小半球表面与水滴接触角软件拟合计算结果



结果与讨论


1、从实验结果可知,所测200μm直径微球表面与水的平均接触角为 37.7°,说明该微球与水具有良好的润湿性。


2、对于此类直径为微米级微型曲面样品,受常规仪器产生的液滴体积过大影响,难以实现有效接触角测量。德国德飞Dataphysics公司的OCA50接触角测量仪搭配 FDDS 纳升喷射单元,最小可产生20 pL微小液滴、定位准确、电动样品台精度高、软件自动化强,可完成微米级样件表面润湿性能表征,适配微球、微透镜、微流控结构、生物微载体等各类微小试样表面的接触角测量。


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