JPH01152339A - Dynamic contact angle measuring apparatus - Google Patents

Dynamic contact angle measuring apparatus

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JPH01152339A
JPH01152339A JP31089887A JP31089887A JPH01152339A JP H01152339 A JPH01152339 A JP H01152339A JP 31089887 A JP31089887 A JP 31089887A JP 31089887 A JP31089887 A JP 31089887A JP H01152339 A JPH01152339 A JP H01152339A
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liquid
load cell
pedestal
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千里 梶山
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小沢 一
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矢作 千秋
Atsushi Takahara
高原 敦
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ORIENTETSUKU KK
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Abstract

PURPOSE:To measure a dynamic contact angle at a high accuracy free from a surface shape, by determining not only a surface tension but also a contact angle with a computing section depending on a change in a load detection signal of a load cell when a sample is dipped into a liquid or pulled out therefrom. CONSTITUTION:A container receiving base 15 is lifted to or lowered from a load cell 14 and a sample 11 supported in suspension on the load cell 14 is dipped into or pulled out from a liquid in a liquid container 12 supported with the container receiving base 15. Here, a controller as computing section determines surface tensions FA and FR based on a change in a load detection signal of the load cell 14 and, furthermore, contact angles thetaA and thetaR are obtained based on the results. In addition, responsiveness to the environment of molecules of the surface of the sample can be studied by varying the speed of dipping the sample into water diversely.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は動的接触角測定装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a dynamic contact angle measuring device.

[従来の技術] 高分子材料の表面は、成形あるいは製膜時に周囲の環境
との界面自由エネルギーを最小とするように表面の極性
基部分を配向する。このような選択配向は恒常的なもの
でなく、表面のセグメントのミクロブラウン運動が許さ
れている時にのみ外部の環境に応じて向きを変えること
ができる。また、多相系高分子材料の表面化学組成は、
内部とは大きく異なりミクロ相分離が良好な場合は、空
気中では疎水基を、水中では親水基を表面に速やかに配
向し、環境に対して極めて短時間で応答することが知ら
れている。
[Prior Art] Polar group portions on the surface of a polymeric material are oriented so as to minimize interfacial free energy with the surrounding environment during molding or film formation. This preferred orientation is not permanent and can only change orientation in response to the external environment if micro-Brownian motion of the surface segments is allowed. In addition, the surface chemical composition of multiphase polymer materials is
It is known that when microphase separation is good, which is significantly different from the inside, hydrophobic groups are quickly oriented on the surface in air and hydrophilic groups are oriented on the surface in water, and it responds to the environment in an extremely short time.

したがって、材料の使用目的に応じた表面特性の評価1
例えば人工心臓等に用いられるセグメント化ポリウレタ
ン(S PUU)についてみれば。
Therefore, evaluation of surface properties according to the intended use of the material 1
For example, consider segmented polyurethane (SPUU) used in artificial hearts.

生体の主成分である水と接した部分の表面特性の評価が
重要である。
It is important to evaluate the surface properties of the parts that come into contact with water, which is the main component of living organisms.

また、固体試料を液体中に浸漬もしくは引上げる際に、
液体表面が固体試料壁に接する位置で液面と固体試料面
とのなす接触角を、材料の表面特性の評価項目として用
いることが知られている。
Also, when immersing or pulling up a solid sample into a liquid,
It is known that the contact angle formed between the liquid surface and the solid sample surface at a position where the liquid surface contacts the solid sample wall is used as an evaluation item for the surface characteristics of a material.

従来、上記接触角の測定方法は、高分子材料等がコーテ
ィングされた平板(カバーグラス)上に水等の液滴を滴
下し、顕微鏡を用いた目視検出によりこの液滴面が平板
面に対してなす角度を接触角として測定している。
Conventionally, the contact angle measurement method described above involves dropping droplets of water or other liquid onto a flat plate (cover glass) coated with a polymeric material, etc., and visually detecting the droplet surface with respect to the flat plate surface using a microscope. The angle of contact is measured as the contact angle.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の接触角測定方法にあっては、
以下の問題点がある。
[Problems to be solved by the invention] However, in the above conventional contact angle measurement method,
There are the following problems.

■顕微鏡を用いた目視検出であるから、試料表面で時々
刻々変化する動的接触角を迅速容易かつ高精度に検出す
ることができない。
■Since visual detection is performed using a microscope, dynamic contact angles that change moment by moment on the sample surface cannot be detected quickly, easily, and with high precision.

@液滴が平板以外の複雑な表面形状の試料面に滴下され
る場合には、液滴が試料面上に静止することなく落下し
てしまい、!触角を測定することができない。
@If a droplet is dropped onto a sample surface with a complex surface shape other than a flat plate, the droplet will fall without coming to rest on the sample surface! Unable to measure antennae.

■特定の環境温度状態下での接触角を正確に測定するこ
とへの考慮がなされていない。
■ No consideration is given to accurately measuring the contact angle under specific environmental temperature conditions.

本発明の第1は、試料表面での時々刻々変化する動的接
触角を、表面形状がいかなる場合にも、迅速かつ高精度
に測定することを目的とする。
A first object of the present invention is to quickly and accurately measure the dynamic contact angle that changes from time to time on the surface of a sample, regardless of the surface shape.

本発明の第2は、試料表面での時々刻々変化する動的接
触角を、表面形状がいかなる場合にも、特定の環境温度
状態下で、迅速かつ高精度に測定することを目的とする
A second object of the present invention is to quickly and accurately measure the dynamic contact angle that changes from time to time on the surface of a sample under specific environmental temperature conditions, regardless of the surface shape.

[問題点を解決するための手段] 本発明の第1は、試料を液体中に浸漬もしくは引上げる
際に、液体表面が試料表面に接する位置で液面と試料面
とのなす接触角を測定する動的接触角測定装置であって
、架台と、架台に配設されて試料を吊り下げ支持するロ
ードセルと、架台に昇降可能に配設されて液体収容容器
を支持する容器受台と、容器受台をロードセルに対して
昇降させる昇降駆動部と、容器受台の昇降時におけるロ
ードセルの荷重検出信号を受け、該荷重検出信号の変化
に基づいて試料が液体中に浸漬もしくは引上げられる際
の表面張力を求め、この表面張力に基づいて接触角を演
算する演算部とを有してなるようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] The first aspect of the present invention is to measure the contact angle between the liquid surface and the sample surface at a position where the liquid surface contacts the sample surface when the sample is immersed in or pulled up from the liquid. A dynamic contact angle measurement device that includes a pedestal, a load cell disposed on the pedestal to suspend and support a sample, a container holder disposed movably on the pedestal to support a liquid container, and a container. A lifting drive unit that raises and lowers the pedestal relative to the load cell, and a surface that receives the load detection signal of the load cell when the container pedestal is raised and lowered, and that the sample is immersed in or pulled up from the liquid based on changes in the load detection signal. The device includes a calculation section that calculates the tension and calculates the contact angle based on the surface tension.

本発明の第2は、試料を液体中に浸漬もしくは引上げる
際に、液体表面が試料表面に接する位置で液面と試料面
とのなす接触角を測定する動的接触角測定装置であって
、架台と、架台に配設されて試料を吊り下げ支持するロ
ードセルと、架台に昇降可能に配設され七液体収容容器
を支持する容器受台と、容器受台をロードセルに対して
昇降させる昇降駆動部と、容器受台に支持される液体収
容容器内の液体温度を制御可能とする温度制御装置と、
容器受台の昇降時におけるロードセルの荷重検出信号を
受け、該荷重検出信号の変化に基づいて試料が液体中に
浸漬もしくは引上げられる際の表面張力を求め、この表
面張力に基づいて特定温度状態下における接触角を演算
する演算部とを有してなるようにしたものである。
The second aspect of the present invention is a dynamic contact angle measuring device that measures the contact angle between the liquid surface and the sample surface at a position where the liquid surface contacts the sample surface when the sample is immersed or pulled up into the liquid. , a pedestal, a load cell disposed on the pedestal to suspend and support a sample, a container pedestal disposed on the pedestal so as to be movable up and down to support seven liquid storage containers, and an elevating mechanism for raising and lowering the container pedestal relative to the load cell. a drive unit; a temperature control device capable of controlling the temperature of the liquid in the liquid storage container supported by the container pedestal;
Receive the load detection signal from the load cell when the container pedestal goes up and down, calculate the surface tension when the sample is immersed or pulled up into the liquid based on the change in the load detection signal, and calculate the surface tension under a specific temperature condition based on this surface tension. and a calculation unit that calculates the contact angle at.

[作用] 本発明の第1および第2にあっては、容器受台をロード
セルに対して昇降し、ロードセルに吊り下げ支持されて
いる試料が容器受台に支持されている液体収容容器内の
液体中に浸漬もしくは引上げられる際、演算部により、
ロードセルの荷重検出信号の変化に基づいて表面張力が
求められ、さらにこの表面張力に基づいて接触角が求め
られる。
[Function] In the first and second aspects of the present invention, the container pedestal is raised and lowered relative to the load cell, and the sample suspended and supported by the load cell is placed inside the liquid storage container supported by the container pedestal. When immersed in liquid or pulled up, the calculation unit
The surface tension is determined based on the change in the load detection signal of the load cell, and the contact angle is determined based on this surface tension.

したがって、本発明の第1および第2によれば、試料表
面で時々刻々変化する動的接触角を自動的に測定できる
こととなり、該接触角を迅速容易かつ高精度に検出でき
る。
Therefore, according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to automatically measure the dynamic contact angle that changes from moment to moment on the sample surface, and the contact angle can be detected quickly, easily, and with high precision.

また、本発明の第1および第2によれば、試料が液体中
に浸漬もしくは引上げられる際の、ロードセルの荷重検
出信号に基づいて、接触角を測定するものであるから、
試料の表面形状がいかなる場合にも接触角の測定ができ
る。
Furthermore, according to the first and second aspects of the present invention, the contact angle is measured based on the load detection signal of the load cell when the sample is immersed in or pulled up from the liquid.
Contact angle can be measured regardless of the surface shape of the sample.

さらに、本発明の第2にあっては、接触角の測定時に、
温度制御装置を用いて液体収容容器内の液体温度を制御
できる。したがって、生体温度等の特定の環境温度状態
下で接触角を正確に測定できることとなる。
Furthermore, in the second aspect of the present invention, when measuring the contact angle,
A temperature control device can be used to control the temperature of the liquid within the liquid container. Therefore, the contact angle can be accurately measured under specific environmental temperature conditions such as biological temperature.

[実施例] 第1図は動的接触角測定装置の一例を示す模式図、第2
図は動的接触角測定装置の制御系統を示すブロック図、
第3図は温度制御装置を示す配管図、第4図は試料に作
用する荷重を示す模式図、第5図は動的接触角ヒステリ
シスループを示す線図、第6図は試料に作用する加速度
の影響を示す模式図、第7図はロードセルの変位を示す
模式図、第8図は表面張力の時間依存性の測定例を示す
線図、第9図は動的接触角ヒステリシスループの測定例
を示す線図である。
[Example] Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a dynamic contact angle measuring device, and Figure 2 is a schematic diagram showing an example of a dynamic contact angle measuring device.
The figure is a block diagram showing the control system of the dynamic contact angle measuring device.
Figure 3 is a piping diagram showing the temperature control device, Figure 4 is a schematic diagram showing the load acting on the sample, Figure 5 is a diagram showing the dynamic contact angle hysteresis loop, and Figure 6 is the acceleration acting on the sample. Fig. 7 is a schematic diagram showing the displacement of the load cell, Fig. 8 is a diagram showing an example of measuring the time dependence of surface tension, and Fig. 9 is an example of measuring the dynamic contact angle hysteresis loop. FIG.

動的接触角測定装置tioは、第1図、第2図に示す如
く構成され、試料11を液体収容容器12の内部の液体
中に浸漬もしくは引上げる際に、液体表面が試料表面に
接する位置で液面と試料面とのなす接触角θを測定可能
とする。動的接触角測定装置lOは、架台13、ロード
セル14、容器受台15、昇降駆動部16、温度制御装
置17、制御装置18を有して構成されている。
The dynamic contact angle measuring device tio is configured as shown in FIGS. 1 and 2, and when the sample 11 is immersed or pulled up into the liquid inside the liquid container 12, the position where the liquid surface contacts the sample surface is measured. The contact angle θ between the liquid surface and the sample surface can be measured. The dynamic contact angle measuring device 10 includes a pedestal 13, a load cell 14, a container pedestal 15, a lifting drive section 16, a temperature control device 17, and a control device 18.

すなわち、動的接触角測定装置lOの架台13は、ガイ
ドロッド13Aの上部に固定クロスへラド19を固定し
、この固定クロスヘツド19にロードセル14を備えて
いる。ロードセル14は、その受感部に連結されるフッ
ク20に、糸。
That is, the pedestal 13 of the dynamic contact angle measuring device 10 has a rad 19 fixed to a fixed cross on the upper part of the guide rod 13A, and the fixed cross head 19 is equipped with a load cell 14. The load cell 14 has a thread attached to a hook 20 connected to its sensing part.

金属細線、チーーン等からなる可撓連結具21を介して
チャック22を吊り下げ、チャック22に試料11を把
持している。ロードセル14は、高感度の歪ゲージにて
荷重を測定する。試料11は、例えば高分子材料であり
平板状のカバーグラスに薄くコーティングされている。
A chuck 22 is suspended via a flexible connector 21 made of thin metal wire, chain, etc., and the sample 11 is held by the chuck 22. The load cell 14 measures load using a highly sensitive strain gauge. The sample 11 is made of, for example, a polymer material and is thinly coated on a flat cover glass.

また、動的接触角測定装置lOは、ガイドロッド13A
に沿って昇降可能な容器受台(可動クロスヘツド)15
を備え、その容器受台15の上面に温度制御装置17の
恒温槽23を設置し、恒温槽23に前記容器12を保持
している。24は容器保持具である。
In addition, the dynamic contact angle measuring device 10 includes a guide rod 13A.
Container holder (movable crosshead) 15 that can be raised and lowered along the
A constant temperature bath 23 of a temperature control device 17 is installed on the top surface of the container holder 15, and the container 12 is held in the constant temperature bath 23. 24 is a container holder.

また、動的接触角測定装置lOは、架台13の下部に、
昇降駆動部16を構成するパルスモータ25および送り
ねじ26を備え、モータ25にて駆動される送りねじ2
6を容器受台15に螺着している。モータ25はエンコ
ーダ27を備えている。
In addition, the dynamic contact angle measuring device IO is located at the bottom of the pedestal 13.
The feed screw 2 includes a pulse motor 25 and a feed screw 26 that constitute the lifting drive unit 16, and is driven by the motor 25.
6 is screwed onto the container holder 15. The motor 25 is equipped with an encoder 27.

また、温度制御装置17は、第3図に示す如く構成され
、前述の恒温槽23に連なる循環配管28を熱交換器2
9に引入れ、恒温槽23の内部の熱媒体温度を所望の温
度状態に設定するようになっている。
The temperature control device 17 is configured as shown in FIG.
9 to set the temperature of the heat medium inside the constant temperature bath 23 to a desired temperature state.

なお、動的接触角測定装置10は、ロードセル14、容
器受台15の周囲を風防カバー30にて覆っている。
In addition, in the dynamic contact angle measuring device 10, the load cell 14 and the container pedestal 15 are covered with a windshield cover 30.

制御装置18は1例えばマイクロコンピュータからなり
、第2図に示す如<、CPU (中央処理装置)31、
ROM(読出専用メモリ)32、RAM(読出書込可能
メモリ)33.入出力装置34を備えるとともに、キー
ボード35、x−y表示部(x−yプロyり、X−Y記
録計)36゜プリンタ37を付帯して備える。制御装置
18は、キーボード35にて加えられる操作指令に基づ
いてモータ25を駆動制御する。
The control device 18 consists of a microcomputer, for example, and includes a CPU (central processing unit) 31, as shown in FIG.
ROM (read-only memory) 32, RAM (read-writable memory) 33. In addition to an input/output device 34, it is also provided with a keyboard 35, an x-y display section (x-y display, X-Y recorder), and a printer 37 at 36 degrees. The control device 18 drives and controls the motor 25 based on operation commands applied via the keyboard 35 .

また、制W装置18は、ロードセル14の出力を増幅器
38を介して受信するとともに、エンコーダ27の出力
を受信して、演算部を構成する。すなわち、制御装置1
Bは、以下に詳述する如く、容器受台15の昇降時にお
けるロードセル14の荷重検出信号を受け、該荷重検出
信号の変化に基づいて試料11が液体中に浸漬もしくは
引上げられる際の表面張力を求め、この表面張力に基づ
いて液体の特定温度状態下における接触角を演算する。
Further, the W control device 18 receives the output of the load cell 14 via the amplifier 38, and also receives the output of the encoder 27, thereby forming a calculation section. That is, the control device 1
As will be described in detail below, B is the surface tension when the sample 11 is immersed or pulled up into the liquid based on the change in the load detection signal received from the load cell 14 when the container pedestal 15 is raised or lowered. The contact angle of the liquid under a specific temperature condition is calculated based on this surface tension.

以下、動的接触角測定装置10による動的接触角の測定
手順について説明する。
Hereinafter, a procedure for measuring a dynamic contact angle using the dynamic contact angle measuring device 10 will be described.

■高分子材料等の試料11がカバーグラス上に薄くコー
ティングされる。この試料11はフック20および可撓
連結具21を介してロードセル14に吊り下げ支持され
る。
■A sample 11 of polymeric material or the like is thinly coated on a cover glass. This sample 11 is suspended and supported by the load cell 14 via a hook 20 and a flexible connector 21.

■例えば純水(イオン交換後、純水製造装置で超純水と
したもの)の入った容器12が、容器受台15に設置さ
れた恒温槽23に保持される。
(2) For example, a container 12 containing pure water (purified into ultrapure water after ion exchange using a water purification device) is held in a constant temperature bath 23 installed on a container pedestal 15.

■昇降駆動部16のモータ25が駆動され、容器12が
ロードセル14に吊り下げられている試料11に対して
一定速度で接近(上昇)あるいは離隔(下降)する。
(2) The motor 25 of the lift drive section 16 is driven, and the container 12 approaches (raises) or separates (descends) from the sample 11 suspended from the load cell 14 at a constant speed.

■ロードセル14の出力と容器受台15の変位(エンコ
ーダ27の出力)が相互に同期して制御装置18のメモ
リに転送され、第5図に示す如くの荷重F−変変位凸曲
線して記憶される。
■The output of the load cell 14 and the displacement of the container pedestal 15 (output of the encoder 27) are transferred to the memory of the control device 18 in synchronization with each other, and stored as a load F-displacement convex curve as shown in FIG. be done.

■容器受台15が上昇し試料11の下端が容器12の水
面に触れメニスカスが形成されると界面張力が観測され
る。この時の試料11の水面上でのメニスカスの形成と
、試料11に作用する力を示せば第4図のとおりとなる
。第4図の試料11に作用する力F1.F2.F3は、
試料11の周囲長をP=2(t +w) 、水の表面張
力をγ、接触角を0、試ネ411の質量をm、試料11
に作用する浮力をFbとする時、以下の如くになる。
(2) When the container pedestal 15 rises and the lower end of the sample 11 touches the water surface of the container 12 and a meniscus is formed, interfacial tension is observed. The formation of a meniscus on the water surface of the sample 11 at this time and the force acting on the sample 11 are shown in FIG. 4. Force F1 acting on sample 11 in FIG. F2. F3 is
The circumference of sample 11 is P = 2 (t + w), the surface tension of water is γ, the contact angle is 0, the mass of sample 411 is m, sample 11
When the buoyant force acting on is Fb, it is as follows.

F1=mg             =+(1)F 
2 = m g +’P y case      ・
(2)F 3 = m g + P y case−p
b    ・(3)(Φ上記(■において、試料11が
水面に接触した時化じた界面張力FAから前進接触角O
Aが評価される。
F1=mg =+(1)F
2 = m g + 'P y case ・
(2) F 3 = m g + P y case-p
b・(3)(ΦIn (■), the advancing contact angle O is calculated from the interfacial tension FA that changes when sample 11 contacts the water surface.
A is evaluated.

case A = FA / P y        
 −(4)さらに、試料11が水中に浸漬すると浮力の
分だけ軽くなるため張力は減少する。試料11がある一
部深さに到達し、容器受台15が下降し始めると、浮力
は減少するため、観測される張力は増加する。この時、
水面から試料11が離れる際の張力FRから後退接触角
θRが評価される。
case A = FA / P y
-(4) Furthermore, when the sample 11 is immersed in water, the tension decreases because it becomes lighter by the amount of buoyancy. When the sample 11 reaches a certain depth and the container pedestal 15 begins to descend, the buoyant force decreases and the observed tension increases. At this time,
The receding contact angle θR is evaluated from the tension FR when the sample 11 separates from the water surface.

caseR= FR/Py       −(5)ここ
で、上記張力FA、FRは、前記■にて保管される荷重
F−変変位凸曲線ら、浮力傾斜線(sl、s2)と浸漬
開始点(d=o)171交点として求められる。
caseR= FR/Py - (5) Here, the above tensions FA and FR are calculated from the load F-displacement convex curve stored in ① above, the buoyancy slope line (sl, s2) and the immersion start point (d= o) Obtained as 171 intersection points.

なお、第5図に示した如くの荷重F−変変位凸曲線ら浸
漬開始点(d=0)を求めるのは、試料11が液面に接
触したときの張力変化FOから読取る。この張力変化F
Oはこの装置lOの測定精度を阻害しない範囲で設定変
更できるようになっており、外部振動等の外乱に対し常
に安定的に浸漬開始点を読取ることができるようになっ
ている。
The immersion start point (d=0) is determined from the load F-displacement convex curve as shown in FIG. 5 by reading the tension change FO when the sample 11 contacts the liquid surface. This tension change F
The setting of O can be changed within a range that does not impede the measurement accuracy of this device IO, so that the immersion starting point can always be read stably against disturbances such as external vibrations.

次に、上記実施例の作用について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained.

上記動的接触角測定装置lOにあっては、容器受台15
をロードセル14に対して昇降し、ロードセル14に吊
り下げ支持されている試料11が容器受台15に支持さ
れている液体収容容器12の内部の液体中に浸漬もしく
は引トげられる際、演算部としての制御装置18により
、ロードセル14の荷重検出信号の変化に基づいて表面
張力FA、FRが求められ、さらにこの表面張力に基づ
いて接触角θA、θRが求められる。なお、1回目の浸
漬過程で表面組成が変化したならば、2回目の浸漬で観
測される張力−変位曲線は1回目と異なる。また試料の
水中への浸漬速度を種々変化させることにより試料表面
の分子の環境に対する応答性も検討できる。θAとθR
の差は接触角のヒステリシスと呼ばれ、この値によって
表面層における分子鎖の運動性が評価できる。また容器
の上昇あるいは下降速度を種々変化させることにより表
面層における分子運動の緩和時間の評価が可能となる。
In the dynamic contact angle measurement device IO, the container pedestal 15
is raised and lowered relative to the load cell 14, and when the sample 11 suspended and supported by the load cell 14 is immersed or pulled into the liquid inside the liquid storage container 12 supported by the container holder 15, the calculation unit The control device 18 determines surface tensions FA and FR based on changes in the load detection signal of the load cell 14, and further determines contact angles θA and θR based on these surface tensions. Note that if the surface composition changes during the first immersion process, the tension-displacement curve observed during the second immersion will be different from the first one. Furthermore, by varying the rate at which the sample is immersed in water, the responsiveness of molecules on the sample surface to the environment can be investigated. θA and θR
The difference in contact angle is called contact angle hysteresis, and this value can be used to evaluate the mobility of molecular chains in the surface layer. Furthermore, by varying the rate of rise or fall of the container, it is possible to evaluate the relaxation time of molecular motion in the surface layer.

したがって、上記実施例によれば、試料表面で時々刻々
変化する動的接触角を自動的に測定できることとなり、
該接触角を迅速容易かつ高精度に検出できる。
Therefore, according to the above embodiment, it is possible to automatically measure the dynamic contact angle that changes from moment to moment on the sample surface.
The contact angle can be detected quickly, easily, and with high precision.

また、上記実施例によれば、試料が液体中−に浸漬もし
くは引上げられる際の、ロードセル14の荷重検出信号
に基づいて、接触角を測定するものであるから、試料の
表面形状がいかなる場合にも接触角の測定ができる。
Furthermore, according to the above embodiment, the contact angle is measured based on the load detection signal of the load cell 14 when the sample is immersed in or pulled up from the liquid. It is also possible to measure the contact angle.

さらに、上記実施例にあっては、接触角の測定時に、温
度制御装置17を用いて液体収容容器内の液体温度を制
御できる。したがって、生体温度等の特定の環境温度状
態下で接触角を正確に測定できることとなる。
Furthermore, in the above embodiment, the temperature of the liquid in the liquid container can be controlled using the temperature control device 17 when measuring the contact angle. Therefore, the contact angle can be accurately measured under specific environmental temperature conditions such as biological temperature.

なお、上記動的接触角測定装置10において、ロードセ
ル14に吊り下げ支持される試料11を液体中に浸漬も
しくは引上げ、該試料11に作用する荷重を測定するに
際し、■ロードセル14を移動させる方法と■液体収容
容器12を移動させる方法とが考えられる。■の方法に
あっては1例えばロードセル14を支持する昇降台が停
止状態(第6図(A)参照)から一定速度に達する間に
おけるようにロードセル14が加減速される際、試料(
質i:m)は加速度αを受ける(第6図(B)参照)、
停止時のロードセル14に作用する荷重TIはTI=m
g、加速時のロードセル14に作用する荷重T2はT2
=mg+mαとなる。すなわち、加速時のロードセル1
4に作用する荷重T2は加速度αの影響を受けてmαだ
け増加(または減少)し、ロードセル14はこれを検出
することになる。また、■の方法で上記加速度αを急激
に加えられた時(または取り除かれた時)、ロードセル
14と試料11とからなるばね系(ばね定ark)はm
α=−kxからなる運動方程式にて振動する(第6図(
C)参照)、これに対し、■の方法にあっては、上記加
速度αおよび試料11の振動がロードセル14の検出荷
重に及ぼす影響を排除することができ、試料11の表面
特性に起因する荷重の変化のみをロードセル14により
安定的に測定することができる。
In the dynamic contact angle measuring device 10, when the sample 11 suspended and supported by the load cell 14 is immersed or pulled up into a liquid and the load acting on the sample 11 is measured, two methods are used: (1) moving the load cell 14; (2) A method of moving the liquid container 12 is considered. In method (1), when the load cell 14 is accelerated or decelerated, for example, while the lifting platform supporting the load cell 14 reaches a constant speed from a stopped state (see FIG. 6(A)), the sample (
quality i:m) is subjected to acceleration α (see Figure 6(B)),
The load TI acting on the load cell 14 when stopped is TI=m
g, the load T2 acting on the load cell 14 during acceleration is T2
=mg+mα. In other words, load cell 1 during acceleration
The load T2 acting on the load T2 increases (or decreases) by mα under the influence of the acceleration α, and the load cell 14 detects this. Furthermore, when the above acceleration α is suddenly applied (or removed) by method (2), the spring system (spring constant ark) consisting of the load cell 14 and the sample 11 is m
It vibrates according to the equation of motion consisting of α=-kx (Fig. 6 (
In contrast, in method (2), the influence of the acceleration α and the vibration of the sample 11 on the load detected by the load cell 14 can be eliminated, and the load caused by the surface characteristics of the sample 11 can be eliminated. Only changes in can be stably measured by the load cell 14.

また、上記動的接触角測定装置10に用いられているロ
ードセル14のばね歪による荷重Fの測定状態を模式的
に示せば第7図(A)のとおりである、ロードセル14
と試料11とが第7図(C)に示す如くの高剛性体から
なる連結具にて連結されている場合には、試料11の振
れがロードセル14の受感部の変位(rないしr/ )
を大きく変化させ、ロードセル14による測定結果に大
きな変動を与える。これに対し、上記実施例におけるよ
うにロードセル14と試料11とが第7図(B)に示す
如くの可撓連結具21およびまたはフック20からなる
連結具を用い、試料11を受感部に対して揺動自在に連
結している場合には、試料11の振れがロードセル14
の受感部の変位(τ)を大きく変化させることがなく、
試料11に作用する荷重を高精度に測定可能とする。
Further, the load cell 14 used in the dynamic contact angle measuring device 10 is schematically shown in FIG.
When the sample 11 and the sample 11 are connected by a connector made of a highly rigid body as shown in FIG. 7(C), the vibration of the sample 11 causes the displacement (r to r/ )
This causes a large change in the measurement result by the load cell 14. On the other hand, as in the above embodiment, the load cell 14 and the sample 11 are connected to the sensing part by using a connector consisting of a flexible connector 21 and/or a hook 20 as shown in FIG. 7(B). If the sample 11 is swingably connected to the load cell 14,
without significantly changing the displacement (τ) of the sensing part of
The load acting on the sample 11 can be measured with high precision.

以下、本発明の具体的実施結果について説明する。Hereinafter, specific implementation results of the present invention will be explained.

人工心臓等に応用され、優れた抗血栓性と、力学的特性
を示すセグメント化ポリウレタン(SPUU)が、生体
の主成分である水と接した場合の表面特性を評価し、第
8図、第9図を得た。
Segmented polyurethane (SPUU), which is used in artificial hearts and other devices and exhibits excellent antithrombotic properties and mechanical properties, was evaluated for its surface properties when it comes into contact with water, which is the main component of living organisms. Figure 9 was obtained.

測定例1 すなわち、第8図は各5PUUをコーティングした平板
を純水中に10層■浸漬した際の張力の時間依存性であ
る。親水性のソフトセグメントであるポリエチレングリ
コール(分子量1000)を含むP E G (100
0)E D Aと疎水性のソフトセグメントであるポリ
プロピレングリコール(分子量3000)を含む相分離
の完全なP P G (3000)E D Aの場合、
表面張力は長時間にわたって変化しており、表面におけ
る分子鎖凝集状態の再編成に対応する緩和の程度も著し
く大きい、これは水中への浸漬にともない表面層に親水
性の分子鎖が析出し、固体−水界面を安定化することに
起因すると考えられる。一方、ソフトセグメント分子量
700と1000のPPGを含むPPG(TOO)ED
AとPPG(1000)E D Aの場合には張力の経
時変化は小さく表面の化学構造が製膜時に規制され安定
化していることを示している。
Measurement Example 1 That is, FIG. 8 shows the time dependence of tension when a flat plate coated with each 5 PUU was immersed in pure water for 10 layers. PE G (100
0) In the case of completely phase-separated PPG (3000)EDA containing EDA and a hydrophobic soft segment polypropylene glycol (molecular weight 3000),
The surface tension changes over a long period of time, and the degree of relaxation corresponding to the reorganization of the molecular chain aggregation state on the surface is also extremely large. This is due to the precipitation of hydrophilic molecular chains on the surface layer as it is immersed in water. This is thought to be due to stabilization of the solid-water interface. On the other hand, PPG(TOO)ED containing PPG with a soft segment molecular weight of 700 and 1000
In the case of A and PPG (1000) E D A, the change in tension over time is small, indicating that the chemical structure of the surface is regulated and stabilized during film formation.

測定例2 血漿タンパクの材料表面への吸着状態を、各試料の牛血
清アルブミン(BSA)のリン酸バッファー水溶液に浸
漬後S PUU表面の動的接触角ヒステリシスループの
測定により行なった。
Measurement Example 2 The adsorption state of plasma proteins on the material surface was determined by measuring the dynamic contact angle hysteresis loop of the SPUU surface after each sample was immersed in an aqueous phosphate buffer solution of bovine serum albumin (BSA).

第9図(A)、(B)、(C)にP P G (100
0)E D A 、 P P G (3000)E D
 A 、およびPEG(1000)E D Aを水中に
浸漬し平衡に達した後とさらにBSA水溶液に1時間浸
漬した後、動的接触角のヒステリシスループが定常状態
に達するまでPBSでリンスした後の動的接触角ヒステ
リシスループを示す、 P P G (1000)E 
D Aの場合、BSAS液浸漬後および後退接触角は著
しく変化し、特に後退接触・角は雌親水性の値を示した
。これは5PUU表面にBSA吸着層が形成されたこと
を示している。しかしながら前進接触角が大きな値を示
しているのはBSAが局所的にセグメントの反転を示し
ているのかBSA全体が反転していることを示唆してい
る。一方、P P G (3000)EDAの場合、B
SA浸漬後の後退接触角の値はP P G (1000
)E D Aに比べて高い値を示した。
In Fig. 9 (A), (B), and (C), P P G (100
0) E D A , P P G (3000) E D
A, and PEG (1000) E D After A was immersed in water to reach equilibrium and further immersed in BSA aqueous solution for 1 h, and after rinsing with PBS until the dynamic contact angle hysteresis loop reached a steady state. P P G (1000)E, showing a dynamic contact angle hysteresis loop
In the case of DA, the receding contact angle changed significantly after immersion in BSAS liquid, and especially the receding contact angle showed a value of female hydrophilicity. This indicates that a BSA adsorption layer was formed on the 5PUU surface. However, the large value of the advancing contact angle suggests that the BSA is showing local segment inversion or that the BSA as a whole is inverted. On the other hand, in the case of P P G (3000) EDA, B
The value of receding contact angle after SA immersion is P P G (1000
) showed a higher value than ED A.

これは吸着したBSAが何らかのコンホーメーション変
化を示したことを示唆している。PEG(100G)E
 D Aの場合BSA水溶液に浸漬後もヒステリシスル
ープに変化が観測されなかった。これはP E G (
1000)E D A表面がBSAをほとんど吸着して
いないことを示している。
This suggests that the adsorbed BSA showed some conformational change. PEG(100G)E
In the case of DA, no change in the hysteresis loop was observed even after immersion in the BSA aqueous solution. This is P E G (
1000) indicates that the EDA surface hardly adsorbs BSA.

[発明の効果] 以上のように、本発明の第1によれば、試料表面での時
々刻々変化する動的接触角を1表面形状がいかなる場合
にも、迅速かつ高精度に測定することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the first aspect of the present invention, the dynamic contact angle that changes from time to time on the sample surface can be measured quickly and with high precision regardless of the surface shape. can.

また1本発明の第2によれば、試料表面での時々刻々変
化する動的接触角を、表面形状がいかなる場合にも、特
定の環境温度状態下で、迅速かつ高精度に測定すること
ができる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to quickly and accurately measure the dynamic contact angle that changes momentarily on the surface of a sample under specific environmental temperature conditions, regardless of the surface shape. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は動的接触角測定装置の一例を示す模式図、第2
図は動的接触角測定装置の制御系統を示すブロック図、
第3図は温度制御装置を示す配管図、第4図は試料に作
用する荷重を示す模式図、第5図は動的接触角ヒステリ
シスループを示す線図、第6図は試料に作用する加速度
の影響を示す模式図、第7図はロードセルの変位を示す
模式図、第8図は表面張力の時間依存性の測定例を示す
線図1、第9図は動的接触角ヒステリシスループの測定
例を示す線図である。 10・・・動的接触角測定装置。 11・・・試料、 12・・・容器、 13・・・架台、 14・・・ロードセル。 15・・・容器受台、 16・・・昇降駆動部、 17・・・温度制御装置。 18・・・制御装W(演算部)。 代理人 弁理士  塩 川 修 治 第1 図 第2 図 第4図 b 徳 5図 ! 31″″゛ 第6図 (A)    (B)     (C)第7 口 第8図 Time/s
Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a dynamic contact angle measurement device, Figure 2
The figure is a block diagram showing the control system of the dynamic contact angle measuring device.
Figure 3 is a piping diagram showing the temperature control device, Figure 4 is a schematic diagram showing the load acting on the sample, Figure 5 is a diagram showing the dynamic contact angle hysteresis loop, and Figure 6 is the acceleration acting on the sample. Fig. 7 is a schematic diagram showing the displacement of the load cell, Fig. 8 is a diagram 1 showing an example of measuring the time dependence of surface tension, and Fig. 9 is a measurement of dynamic contact angle hysteresis loop. FIG. 3 is a diagram illustrating an example. 10...Dynamic contact angle measuring device. 11... Sample, 12... Container, 13... Frame, 14... Load cell. 15... Container pedestal, 16... Lifting drive unit, 17... Temperature control device. 18...Control unit W (calculation unit). Agent Patent Attorney Osamu Shiokawa Figure 1 Figure 2 Figure 4 b Virtue Figure 5! 31''''Figure 6 (A) (B) (C) 7th Figure 8 Time/s

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料を液体中に浸漬もしくは引上げる際に、液体
表面が試料表面に接する位置で液面と試料面とのなす接
触角を測定する動的接触角測定装置であって、架台と、
架台に配設されて試料を吊り下げ支持するロードセルと
、架台に昇降可能に配設されて液体収容容器を支持する
容器受台と、容器受台をロードセルに対して昇降させる
昇降駆動部と、容器受台の昇降時におけるロードセルの
荷重検出信号を受け、該荷重検出信号の変化に基づいて
試料が液体中に浸漬もしくは引上げられる際の表面張力
を求め、この表面張力に基づいて接触角を演算する演算
部とを有してなる動的接触角測定装置。
(1) A dynamic contact angle measurement device that measures the contact angle between the liquid surface and the sample surface at a position where the liquid surface touches the sample surface when the sample is immersed or pulled up into the liquid, and includes a mount;
a load cell disposed on a pedestal to suspend and support a sample; a container pedestal disposed on the pedestal so as to be movable up and down to support a liquid storage container; a lift drive unit for raising and lowering the container pedestal relative to the load cell; Receives the load detection signal from the load cell when the container pedestal goes up and down, determines the surface tension when the sample is immersed or pulled up into the liquid based on the change in the load detection signal, and calculates the contact angle based on this surface tension. A dynamic contact angle measuring device comprising:
(2)試料を液体中に浸漬もしくは引上げる際に、液体
表面が試料表面に接する位置で液面と試料面とのなす接
触角を測定する動的接触角測定装置であって、架台と、
架台に配設されて試料を吊り下げ支持するロードセルと
、架台に昇降可能に配設されて液体収容容器を支持する
容器受台と、容器受台をロードセルに対して昇降させる
昇降駆動部と、容器受台に支持される液体収容容器内の
液体温度を制御可能とする温度制御装置と、容器受台の
昇降時におけるロードセルの荷重検出信号を受け、該荷
重検出信号の変化に基づいて試料が液体中に浸漬もしく
は引上げられる際の表面張力を求め、この表面張力に基
づいて特定温度状態下における接触角を演算する演算部
とを有してなる動的接触角測定装置。
(2) A dynamic contact angle measurement device that measures the contact angle between the liquid surface and the sample surface at a position where the liquid surface contacts the sample surface when the sample is immersed or pulled up in the liquid, the device comprising a mount;
a load cell disposed on a pedestal to suspend and support a sample; a container pedestal disposed on the pedestal so as to be movable up and down to support a liquid storage container; a lift drive unit for raising and lowering the container pedestal relative to the load cell; A temperature control device that can control the temperature of the liquid in a liquid storage container supported by a container pedestal, and a temperature control device that receives a load detection signal from a load cell when the container pedestal is raised and lowered, and controls the temperature of the sample based on changes in the load detection signal. A dynamic contact angle measurement device comprising: a calculation section that determines surface tension when being immersed in or pulled up from a liquid, and calculates a contact angle under a specific temperature condition based on this surface tension.
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