JPH0774777B2 - Dynamic contact angle measuring device - Google Patents
Dynamic contact angle measuring deviceInfo
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- JPH0774777B2 JPH0774777B2 JP62310898A JP31089887A JPH0774777B2 JP H0774777 B2 JPH0774777 B2 JP H0774777B2 JP 62310898 A JP62310898 A JP 62310898A JP 31089887 A JP31089887 A JP 31089887A JP H0774777 B2 JPH0774777 B2 JP H0774777B2
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- contact angle
- sample
- load cell
- dynamic contact
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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。TECHNICAL 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] On the surface of a polymer material, a polar group portion of the surface is oriented so as to minimize the interfacial free energy with the surrounding environment during molding or film formation. Such a selective orientation is not constant, and the orientation can be changed depending on the external environment only when the micro Brownian motion of the surface segment is allowed. Further, the surface chemical composition of the multiphase polymer material is
It is known that, when the microphase separation is very different from the interior, the hydrophobic groups are rapidly oriented in the air and the hydrophilic groups are oriented in the water in the water, and the response to the environment is extremely short.
したがって、材料の使用目的に応じた表面特性の評価、
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(SPUU)についてみれば、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。Therefore, evaluation of surface characteristics according to the purpose of use of the material,
For example, in the case of segmented polyurethane (SPUU) used in artificial hearts and the like, it is important to evaluate the surface properties of the part in contact with water, which is the main component of the living body.
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 in a liquid,
It is known that the contact angle formed by the liquid surface and the solid sample surface at the position where the liquid surface contacts the solid sample wall is used as an evaluation item for the surface characteristics of the 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 is measured by dropping a droplet of water or the like on a flat plate (cover glass) coated with a polymer material, etc. The angle formed 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-mentioned conventional contact angle measuring 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 it is a visual detection using a microscope, it is not possible to detect the dynamic contact angle which changes moment by moment on the sample surface quickly, easily and with high accuracy.
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、接触角を測定することができない。When a droplet is dropped on a sample surface having a complicated surface shape other than a flat plate, the droplet drops without resting on the sample surface, and the contact angle cannot be measured.
本発明は、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。It is an object of the present invention to measure a dynamic contact angle on the surface of a sample, which changes moment by moment, quickly and with high accuracy regardless of the surface shape.
[問題点を解決するための手段] 本発明は、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
せる昇降駆動部とを有し、容器受台の昇降時における変
位とロードセルの荷重信号から得られた、荷重F−変位
d曲線における浮力傾斜線(S1,S2)と浸漬開始点(d
=0)の交点として求められる張力(FA,FR)により、
動的接触角(θA,θR)を算出するようにしたものであ
る。[Means for Solving Problems] The present invention provides a method for immersing a sample in a liquid or pulling it up.
A dynamic contact angle measuring device for measuring a contact angle between a liquid surface and a sample at a position where the liquid surface is in contact with the sample surface, including a pedestal, a load cell mounted on the pedestal to suspend and support the sample, and a pedestal. A container pedestal that is vertically movable to support the liquid storage container, and an elevating / lowering drive unit that elevates and lowers the container pedestal with respect to the load cell. Buoyancy slope lines (S 1 , S 2 ) in the load F-displacement d curve and immersion start point (d
= 0) The tension (FA, FR) obtained as the intersection point
The dynamic contact angle (θA, θR) is calculated.
[作用] 本発明は、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、ロードセルの荷重信号の変化に基づいて荷
重(F)−変位(d)曲線における浮力傾斜線から張力
FA、FRを決定し、この値を利用して接触角が求められ
る。[Operation] The present invention, when the container pedestal is moved up and down with respect to the load cell and the sample suspended and supported by the load cell is immersed or pulled up in the liquid in the liquid storage container supported by the container pedestal, the load cell The tensions FA and FR are determined from the buoyancy slope line in the load (F) -displacement (d) curve based on the change in the load signal of ## EQU1 ## and the contact angle is obtained using this value.
したがって、本発明によれば、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 present invention, it is possible to automatically measure the dynamic contact angle which changes momentarily on the sample surface, and the contact angle can be detected quickly, easily and with high accuracy.
また、本発明によれば、試料は液体中に浸漬もしくは
引上げられる際の、ロードセルの荷重信号に基づいて、
表面張力が及ぼす張力FA、FRを決定し、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。Further, according to the present invention, when the sample is immersed in the liquid or pulled up, based on the load signal of the load cell,
Since the tensions FA and FR exerted by the surface tension are determined and the contact angle is measured, the contact angle can be measured regardless of the surface shape of the sample.
[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] FIG. 1 is a schematic view showing an example of a dynamic contact angle measuring device, and FIG.
Figure is a block diagram showing the control system of the dynamic contact angle measuring device,
FIG. 3 is a piping diagram showing the temperature control device, FIG. 4 is a schematic diagram showing a load acting on the sample, FIG. 5 is a diagram showing a dynamic contact angle hysteresis loop, and FIG. 6 is an acceleration acting on the sample. Fig. 7 is a schematic diagram showing the influence of the load cell, Fig. 7 is a schematic diagram showing the displacement of the load cell, Fig. 8 is a diagram showing a measurement example of the time dependence of surface tension, and Fig. 9 is a measurement example of a dynamic contact angle hysteresis loop. FIG.
動的接触角測定装置10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10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 10 is configured as shown in FIGS. 1 and 2, and is a position where the liquid surface comes into contact with the sample surface when the sample 11 is immersed in or pulled up from the liquid inside the liquid container 12 Makes it possible to measure the contact angle θ between the liquid surface and the sample surface.
The dynamic contact angle measuring device 10 is configured to include a gantry 13, a load cell 14, a container pedestal 15, an elevation drive unit 16, a temperature control device 17, and a control device 18.
すなわち、動的接触角測定装置10の架台13は、ガイドロ
ッド13Aの上部に固定クロスヘッド19を固定し、この固
定クロスヘッド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、金
属細線、チェ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(張
力)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。That is, the pedestal 13 of the dynamic contact angle measuring device 10 has the fixed crosshead 19 fixed to the upper part of the guide rod 13A, and the fixed crosshead 19 is provided with the load cell 14. In the load cell 14, a chuck 22 is hung from a hook 20 connected to a sensing section of the load cell 14 via a flexible connecting tool 21 made of a thread, a thin metal wire, a chain or the like, and the sample 22 is held by the chuck 22. The load cell 14 measures a load (tension) with a highly sensitive strain gauge. The sample 11 is, for example, a polymer material,
It is thinly coated on a flat cover glass.
また、動的接触測定装置10は、ガイドロッド13Aに沿っ
て昇降可能な容器受台(可動クロスヘッド)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。Further, the dynamic contact measurement device 10 includes a container pedestal (movable crosshead) 15 that can be moved up and down along the guide rod 13A.
A constant temperature bath 23 of a temperature control device 17 is installed on the upper surface of the container support 15, and the constant temperature bath 23 holds the container 12. 24 is a container holder.
また動的接触角測定装置10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26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。Further, the dynamic contact angle measuring device 10 is provided with a pulse motor 25 and a feed screw 26 that constitute the lifting drive unit 16 at the bottom of the pedestal 13, and the feed screw 26 driven by the motor 25 is screwed onto the container pedestal 15. I'm wearing it. The motor 25 includes 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29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。Further, the temperature control device 17 is configured as shown in FIG.
The circulation pipe 28 connected to the constant temperature bath 23 is introduced into the heat exchanger 29 to set the heat medium temperature 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 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、例えばマイクロコンピュータからなり、
第2図に示す如く、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プロッタ、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 includes, for example, a microcomputer,
As shown in FIG. 2, a CPU (central processing unit) 31, a ROM (read only memory) 32, a RAM (read / write memory) 33, an input / output device 34 are provided, a keyboard 35, an XY display unit ( An XY plotter, an XY recorder 36, and a printer 37 are additionally provided. The control device 18 drives and controls the motor 25 on the basis of an operation command given by the keyboard 35.
また、制御装置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18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
液体の特定温度状態下における接触角を演算する。Further, the control device 18 receives the output of the load cell 14 via the amplifier 38 and also receives the output of the encoder 27 to form an arithmetic unit. That is, the control device 18 receives the load detection signal of the load cell 14 when the container pedestal 15 is moved up and down, and the sample 11 is immersed or pulled up in the liquid based on the change of the load detection signal, as described in detail below. At this time, the contact angle of the liquid under the specific temperature condition is calculated.
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, the procedure for measuring the dynamic contact angle by 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 such as a polymer material is thinly coated on the cover glass. This sample 11 has a hook 20 and a flexible connector.
It is hung and supported by the load cell 14 via 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。For example, a container 12 containing pure water (which has been converted into ultrapure water by a pure water manufacturing apparatus after ion exchange) is held in a constant temperature bath 23 installed on a container pedestal 15.
昇降駆動部16のモータ23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。The motor 23 of the lifting drive unit 16 is driven, and the container 12 approaches (raises) or separates (falls) from the sample 11 suspended in 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−変位d曲線として記
憶される。Output of load cell 14 and displacement of container pedestal 15 (encoder
27 outputs) are transferred to the memory of the controller 18 in synchronization with each other and stored as a load F-displacement d curve as shown in FIG.
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θ、試料
11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。When the container pedestal 15 rises and the lower end of the sample 11 touches the water surface of the container 12 to form a meniscus, interfacial tension is observed. At this time, the formation of the meniscus on the water surface of sample 11 and sample 11
The force acting on is shown in FIG. The forces F1, F2, F3 acting on the sample 11 in FIG.
= 2 (t + w), surface tension of water is γ, contact angle is θ, sample
When the mass of 11 is m and the buoyancy acting on the sample 11 is Fb, the following is obtained.
F1=mg ……(1) F2=mg+Pγ cosθ ……(2) F3=mg+Pγ cosθ−Fb ……(3) 上記において、試料11が水面に接触した時生じた張
力FAから前進接触角θAが評価される。F1 = mg (1) F2 = mg + Pγ cosθ (2) F3 = mg + Pγ cosθ-Fb (3) In the above, the advancing contact angle θA is evaluated from the tension FA generated when the sample 11 contacts the water surface. To be done.
cosθA=FA/Pγ ……(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がある一定深さに到達
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。cos θA = FA / Pγ (4) Furthermore, when the sample 11 is immersed in water, the tension decreases as the buoyancy decreases. When the sample 11 reaches a certain depth and the container pedestal 15 begins to descend, the buoyancy decreases and the observed tension increases. At this time, sample from the water surface
The receding contact angle θR is evaluated from the tension FR when 11 is separated.
cosθR=FR/Pγ ……(5) ここで、上記張力FA、FRは、前記にて保管される荷
重F−変位d曲線から、浮力傾斜線(s1、s2)と浸漬開
始点(d=0)の交点として求められる。cos θR = FR / Pγ (5) Here, the tensions FA and FR are the buoyancy slope lines (s1 and s2) and the immersion start point (d = 0) from the load F-displacement d curve stored above. ) Is obtained as the intersection.
なお、第5図に示した如くの荷重F−変位d曲線から浸
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F0から読取る。この張力変化F0はこ
の装置10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 d curve as shown in FIG. 5 by reading the tension change F0 when the sample 11 comes into contact with the liquid surface. The tension change F0 can be set and changed within a range that does not impair the measurement accuracy of the device 10, and the immersion start point can always be read stably with respect to disturbance such as external vibration.
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 described.
上記動的接触角測定装置10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上げられる
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張力FA、FRが求めら
れ、さらにこの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 above-mentioned dynamic contact angle measuring device 10, the container 11 is moved up and down with respect to the load cell 14, and the sample 11 suspended and supported by the load cell 14 is supported by the container 15 as a liquid container. When the liquid is immersed or pulled up in the liquid inside 12, the control device 18 as a calculation unit obtains the tensions FA and FR based on the change of the load detection signal of the load cell 14, and further the contact angle θA based on this tension. , ΘR are obtained. If the surface composition changes during the first immersion process, the tension-displacement curve observed during the second immersion is 1
Different from the first time. In addition, the responsiveness of the molecules on the surface of the sample to the environment can be examined by variously changing the immersion speed of the sample in water. The difference between θA and θR is called the hysteresis of the contact angle, and the mobility of the molecular chains in the surface layer can be evaluated by this value. Moreover, the relaxation time of the molecular motion in the surface layer can be evaluated by changing the ascending or descending speed of the container variously.
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-described embodiment, it is possible to automatically measure the dynamic contact angle that changes momentarily on the sample surface,
The contact angle can be detected quickly, easily and with high accuracy.
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、表面張力が及ぼす張力FA、FRを決定し、接触
角を測定するものから、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。Further, according to the above-described embodiment, the tension FA and FR exerted by the surface tension are determined based on the load detection signal of the load cell 14 when the sample is immersed in the liquid or pulled up, and the contact angle is measured. The contact angle can be measured regardless of the surface shape of the sample.
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。Further, in the above embodiment, the temperature of the liquid in the liquid container can be controlled by using the temperature control device 17 when measuring the contact angle. Therefore, the contact angle can be accurately measured under a specific environmental temperature condition such as the living body 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、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(質量: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T1はT1=mg、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14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(ばね定数:k)
はmα=−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, the load cell
When the load applied to the sample 11 is measured by immersing or pulling up the sample 11 suspended and supported in the liquid 14,
A method of moving the load cell 14 and a method of moving the liquid container 12 can be considered. In the method of (1), when the load cell 14 is accelerated or decelerated, for example, while the lift table supporting the load cell 14 reaches a constant speed from a stopped state (see FIG. 6A), the sample (mass: m ) Receives acceleration α (see FIG. 6 (B)). Load cell when stopped
The load T1 acting on 14 is T1 = mg, and the load T2 acting on the load cell 14 during acceleration is T2 = mg + mα. That is, the load T2 acting on the load cell 14 during acceleration increases (or decreases) by mα under the influence of the acceleration α, and the load cell 14 detects this. When the acceleration α is rapidly applied (or removed) by the method of,
Spring system consisting of load cell 14 and sample 11 (spring constant: k)
Oscillates according to the equation of motion consisting of mα = −kx (see FIG. 6 (C)). On the other hand, in the method, it is possible to eliminate the influence of the acceleration α and the vibration of the sample 11 on the detected load of the load cell 14, and only the load change caused by the surface characteristics of the sample 11 is detected. By this, stable measurement can be performed.
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(r)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 measurement state of the load F due to the spring strain of the load cell 14 used in the dynamic contact angle measuring device 10 is schematically shown in FIG. 7 (A). Load cell 14 and sample
When 11 and 11 are connected by a connector made of a high-rigidity body as shown in FIG. 7 (C), the deflection of the sample 11 causes the displacement (r to r ') of the sensing portion of the load cell 14. The load is greatly changed, and the measurement result by the load cell 14 is greatly changed. In contrast, as in the above embodiment, the load cell
A flexible connector 21 as shown in FIG.
If the sample 11 is swingably connected to the sensing part using a connecting tool consisting of the hook 20 and / or the hook 20,
The deflection of 11 does not significantly change the displacement (r) of the sensing portion of the load cell 14, and the load acting on the sample 11 can be measured with high accuracy.
以下、本発明の具体的実施結果について説明する。Hereinafter, the results of specific implementation of the present invention will be described.
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。The segmented polyurethane (SPUU), which is applied to artificial hearts and has excellent antithrombotic properties and mechanical properties, was evaluated for surface properties when it comes into contact with water, which is the main component of the living body.
Figure and Figure 9 were obtained.
測定例1 すなわち、第8図は各SPUUをコーティングした平板を純
水中に10mm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PEG(1000)EDA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30
00)を含む相分離の完全なPPG(3000)EDA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(700)EDAとPPG(1000)EDA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 SPUU was immersed in pure water for 10 mm. PEG (1000) EDA containing polyethylene glycol (molecular weight 1000) which is a hydrophilic soft segment and polypropylene glycol (molecular weight 30 which is a hydrophobic soft segment)
In the case of completely phase-separated PPG (3000) EDA containing 00), the surface tension changes over a long period of time, and the degree of relaxation corresponding to the rearrangement of the molecular chain aggregation state on the surface is also significantly large. It is considered that this is because a hydrophilic molecular chain is deposited on the surface layer with the immersion in water to stabilize the solid-water interface. On the other hand, soft segment molecular weight 700
In the case of PPG (700) EDA and PPG (1000) EDA containing 1000 and 1000 PPGs, the change in tension over time is small, indicating that the surface chemical structure 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SPUU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。第9図(A)、(B)、(C)にPPG(100
0)EDA、PPG(3000)EDA、およびPEG(1000)EDA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。PPG(1000)EDAの場合、BSA浸漬後
前進および後退接触角は著しく変化し、特に後退接触角
は超親水性の値を示した。これはSPUU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、PPG(3000)EDAの場合、BSA浸
漬後の後退接触角の値はPPG(1000)EDAに比べて高い値
を示した。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(1000)E
DA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PEG(1000)EDA表面がBS
Aをほとんど吸着していないことを示している。Measurement Example 2 The adsorption state of the plasma protein on the material surface was measured by immersing each sample in an aqueous solution of bovine serum albumin (BSA) in a phosphate buffer and measuring the dynamic contact angle hysteresis loop of the SPUU surface. 9 (A), (B), and (C) show the PPG (100
0) EDA, PPG (3000) EDA, and PEG (1000) EDA are soaked in water to reach equilibrium, and further soaked in BSA aqueous solution for 1 hour, until the hysteresis loop of dynamic contact angle reaches a steady state. Figure 4 shows the dynamic contact angle hysteresis loop after rinsing with PBS. In the case of PPG (1000) EDA, the advancing and receding contact angles changed remarkably after immersion in BSA, and the receding contact angle showed superhydrophilic value. This indicates that the BSA adsorption layer was formed on the surface of SPUU. However, the large advancing contact angle indicates that the BSA locally shows segment inversion or the entire BSA has inverted. On the other hand, in the case of PPG (3000) EDA, the receding contact angle value after immersion in BSA was higher than that in PPG (1000) EDA. This suggests that the adsorbed BSA showed some conformational change. PEG (1000) E
In the case of DA, no change was observed in the hysteresis loop even after immersion in the BSA aqueous solution. This is PEG (1000) EDA surface is BS
It shows that A is hardly adsorbed.
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、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、
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 present invention, the dynamic contact angle on the surface of a sample is changed at any time regardless of the surface shape.
It is possible to measure quickly and with high accuracy.
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。 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……制御装置(演算部)。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a dynamic contact angle measuring device, and FIG.
Figure is a block diagram showing the control system of the dynamic contact angle measuring device,
FIG. 3 is a piping diagram showing the temperature control device, FIG. 4 is a schematic diagram showing a load acting on the sample, FIG. 5 is a diagram showing a dynamic contact angle hysteresis loop, and FIG. 6 is an acceleration acting on the sample. Fig. 7 is a schematic diagram showing the influence of the load cell, Fig. 7 is a schematic diagram showing the displacement of the load cell, Fig. 8 is a diagram showing a measurement example of the time dependence of surface tension, and Fig. 9 is a measurement example of a dynamic contact angle hysteresis loop. FIG. 10 …… Dynamic contact angle measuring device, 11 …… Sample, 12 …… Container, 13 …… Stand, 14 …… Load cell, 15 …… Container cradle, 16 …… Lift drive unit, 17 …… Temperature control device , 18 ... Control device (arithmetic unit).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−46232(JP,A) 特開 昭47−31674(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 62-46232 (JP, A) JP 47-31674 (JP, A)
Claims (1)
に、液体表面が試料表面に接する位置で液面と試料との
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を有し、容器受台の昇降時における
変位とロードセルの荷重信号から得られた、荷重F−変
位d曲線における浮力傾斜線(S1,S2)と浸漬開始点
(d=0)の交点として求められる張力(FA,FR)によ
り、動的接触角(θA,θR)を算出することを特徴とす
る動的接触角測定装置。1. A dynamic contact angle measuring device for measuring a contact angle between a liquid surface and a sample at a position where the surface of the liquid is in contact with the surface of the sample when the sample is immersed in or pulled up from the liquid. A load cell disposed on the gantry to suspend and support the sample; a container pedestal erected on the gantry to support the liquid storage container; and an elevating and lowering drive unit for elevating the container pedestal with respect to the load cell. And the intersection of the buoyancy slope line (S 1 , S 2 ) and the immersion start point (d = 0) in the load F-displacement d curve, which is obtained from the displacement of the container pedestal when it is moved up and down and the load cell load signal. A dynamic contact angle measuring device characterized in that the dynamic contact angle (θA, θR) is calculated by the tension (FA, FR) obtained as
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62310898A JPH0774777B2 (en) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | Dynamic contact angle measuring device |
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Publications (2)
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JPH01152339A JPH01152339A (en) | 1989-06-14 |
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Family Applications (1)
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1987
- 1987-12-10 JP JP62310898A patent/JPH0774777B2/en not_active Expired - Lifetime
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