在生物醫(yī)用領域，材料表面親水性對生物支架、細胞藥物載體等的應用效果至關(guān)重要。聚乳酸（PLA）作為常用生物基材料，因表面疏水與細胞親和力低，易引發(fā)炎癥反應限制了其應用。納米TiO?兼具良好親水性與增強特性，PEG則具備增塑和親水優(yōu)勢。本研究通過制備納米TiO?/PLA/PEG 復合材料，結(jié)合光子灣科技的三維輪廓觀測與多維度表征技術(shù)，探究納米 TiO?質(zhì)量比對材料表面形貌及親水性的影響。

實驗材料與制備

實驗選用PLA、PEG及親水親油型納米TiO?（粒徑5–10 nm）為原料。首先確定PLA與PEG的最佳質(zhì)量比為80/20，隨后在此基礎上分別添加0%、1%、2%、3%、5%的納米TiO?，經(jīng)密煉熔融共混、注塑成型制備標準試樣。

實驗測試方法

三維表面輪廓測試：采用共聚焦顯微鏡，獲取表面粗糙度參數(shù)，包括算術(shù)平均高度（Sa）、均方根偏差（Sq）、表面峰度（Sku）、最大峰高（Sp）等。

表面形貌觀察：使用光學顯微鏡對材料表面進行微觀形貌分析。

靜態(tài)水接觸角測試：通過接觸角測量儀，在室溫下滴加蒸餾水，測量材料表面接觸角，每組樣品測三次取平均值。

吸水率測試：將干燥后的樣品浸入蒸餾水24 h，稱量吸水前后質(zhì)量，計算吸水率。

納米復合材料的表面三維輪廓分析

不同組分納米復合材料表面高度分布圖

不同組分納米TiO2/PLA/PEG 復合材料表面三維輪廓圖

共聚焦顯微鏡的三維輪廓測試結(jié)果顯示，隨著納米TiO?添加量的增加，復合材料表面形貌發(fā)生顯著變化，顏色分布逐漸復雜，高度差異增大。當納米TiO?含量從0%增至5%時，表面算術(shù)平均高度Sa從0.986 μm上升至1.661 μm，表面輪廓均方根偏差Sq也從1.224 μm增至2.026 μm，表明表面粗糙度整體提升。尤其在TiO?含量為3%和5%時，表面出現(xiàn)明顯凹凸結(jié)構(gòu)與團聚引起的紋理，這源于納米顆粒在基體中的局部聚集與界面效應。

納米復合材料的表面微觀形貌分析

光學顯微鏡圖像進一步表明，未添加納米TiO?的樣品表面相對平整、光亮；隨著TiO?含量增加，表面逐漸出現(xiàn)顆粒狀紋理與溝壑，顏色由灰白轉(zhuǎn)向深灰，顯示表面粗糙化與光散射增強。表面粗糙度的增加擴展了固-液接觸面積，為水分子鋪展提供更多錨定位點，從而降低接觸角。研究已知，材料親水性受其化學組成與微觀形貌共同影響，納米TiO?本身具備親水基團，其引入與表面拓撲結(jié)構(gòu)的改變協(xié)同提升了表面潤濕性。

納米復合材料的接觸角與吸水性變化

不同組分納米復合材料的水接觸角照片

接觸角測試結(jié)果表明，隨著納米TiO?含量的增加，復合材料表面靜態(tài)水接觸角從56.34°（0% TiO?）持續(xù)下降至20.90°（5% TiO?），親水性顯著增強。與此同時，吸水率測試顯示，樣品吸水率由0.67%逐步提升至1.31%。親水性與吸水率的同步提高，可歸因于以下機制：

不同組分納米復合材料表面水接觸角度

化學親水作用：PEG鏈段中的醚鍵與羥基、納米TiO?表面羥基均可與水分子形成氫鍵。

物理粗糙化效應：粗糙表面通過Wenzel模型作用，增強表面親水趨勢，促進水分浸潤與毛細滲透。

界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化：納米TiO?的添加在一定程度上影響PLA/PEG相態(tài)分布，形成微納復合結(jié)構(gòu)，有利于水分吸附與擴散。

綜上，本研究通過共聚焦顯微鏡的三維輪廓表征、形貌觀察及潤濕性測試，系統(tǒng)探討了納米TiO?對PLA/PEG復合材料表面親水性的影響。結(jié)果表明：

納米TiO?的引入顯著增加復合材料表面粗糙度，且隨其含量提高粗糙度逐步上升；

表面接觸角隨TiO?含量增加而明顯降低，材料由疏水向親水轉(zhuǎn)變；

吸水率與親水趨勢一致，表明表面微觀結(jié)構(gòu)與化學成分共同調(diào)控水分相互作用。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設計

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準把控，成為推動多領域技術(shù)升級的重要光學測量工具。

#共聚焦顯微鏡#三維輪廓分析#3d顯微鏡#表面粗糙度#三維成像

感謝您本次的閱讀光子灣將持續(xù)為您奉上更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，與您共同進步。

*特別聲明：本公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學術(shù)分享和傳遞行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，如涉及版權(quán)問題，敬請聯(lián)系，我們將在第一時間核實并處理。