MicroDrop®接觸角測量儀應用案例：粉末樣品接觸角測試

2026-05-19

??? 摘要：當不同藥品的接觸角表現出顯著的階梯式差異時，我們往往直覺性地歸咎于物理形貌差異。然而，ISO 2178 形貌參數與動態表面張力的交織數據，卻為我們揭開了隱藏在表象下的另一個真相……

在固體藥物制劑的研發與質量控制中，接觸角（Contact Angle）通常被視為評估材料表面潤濕性、親疏水性及崩解溶出行為的核心指標。

我們最近采用MicroDrop®接觸角測量儀型號SL250（上海梭倫研制）測試了三種不同的粉末材料接觸角。粉末材料采用20MPa壓力壓制，并采用MicroDrop®非接觸式納升噴射系統在樣品表面滴上液滴。

在最新的實驗中，我們對三種同類型藥品制劑（樣品2、樣品3、樣品4）進行了動態水接觸角測試。實驗數據顯示出了極其強烈的行為反差：

樣品4： 展現出極其迅猛的鋪展與吸收行為。在短短 2000 秒內，水接觸角由最初的 45.9° 驟降至 0°，實現親水性潤濕。
樣品2： 初始接觸角約 31.3°，在隨后的 60000 秒（約 16.6 小時）漫長演變中，呈現漸進式下降，最終穩定在 22°~24° 之間。
樣品3： 表現出最高的穩定性，初始接觸角為 43.4°，且在萬秒級的測試中下降極其緩慢，最終依然維持在 39°~41° 的高位。

面對如此懸殊的動態潤濕差異，傳統的常規分析思路通常會立刻做出推斷：“這一定是由于樣品表面的粗糙度不同導致的，微觀形貌的粗糙放大或阻礙了潤濕傾向。"

然而，事實真的如此嗎？

為了驗證形貌假說，我們利用高精度表面形貌技術，對三個樣品的表面進行了符合 ISO 2178 標準 的三維立體形貌表征，提取了關鍵的高度參數：

數據深層剖析：

從形貌參數來看，樣品2的粗糙度實際上是最高的（Sq = 7.659 μm，Sz = 109.4 μm），其表面存在明顯的局部突出尖峰（Sku 高達 25.44）。而樣品3（Sq = 2.978 μm）與樣品4（Sq = 4.343 μm）在形貌級別上都屬于相對較平整的量級，彼此差異極小。

如果“物理粗糙度"是決定潤濕行為的主導機制，那么粗糙度最高的樣品2應當表現出不同的潤濕或鋪展行為。然而實際情況是：形貌參數高度接近的樣品3和樣品4，卻走向了兩個不同的命運（樣品4瞬間清零，樣品3長期維持高接觸角）。

這有力地證明：三維表面微觀結構的微小差異，根本無法解釋如此巨大的接觸角行為鴻溝。

既然物理形貌不是主因，那么真正的“幕后真兇"究竟是誰？

答案在于：藥品內部成分的動態溶出行為，以及溶出物對液滴表面張力的劇烈改性。

這三個樣品均為藥品，內部均含有可溶性成分。當水滴接觸固體表面的瞬間，固體內部的活性成分或輔料開始向液滴內部溶解、擴散。測定表明，這些溶出物對水的表面張力（ $\gamma_$ ）產生了截然不同的削弱能力：

樣品4的魔法：親水性潤濕的超快驅動力
樣品4不僅溶出速度極快，而且其溶出物是強效的表面活性物質，能在極短時間內將水的表面張力從正常的 72 mN/m 斷崖式降低至 25 mN/m！根據經典的楊氏方程：
根據經典的楊氏方程（Young's Equation）：
cos θ = ( γ_SV - γ_SL ) / γ_LV
當液體表面張力（分母 γ_LV）急劇崩塌時，分值迅速趨向于 1 甚至大于 1，從而在極短時間內（2000s內）驅動液滴發生自發鋪展，接觸角歸零。
樣品2的太極：漫長而漸進的遲滯釋放
樣品2的溶出物同樣具有很強的表面活性，最終能將水的表面張力降低至 31 mN/m。但是，其組分的溶解與擴散釋放速度較慢。這解釋了為什么它的接觸角在長達 60000 秒的跨度里呈現出緩慢、漸進式的下降——這本質上是溶出物濃度在液滴中緩慢累積、表面張力不斷被被動削弱的動態過程。
樣品3的頑固：缺乏活性的平淡表現
樣品3的溶出物對水表面張力的改變能力最弱，僅能勉強改變至 62 mN/m（仍接近純水）。由于液體表面張力始終維持在高位，缺乏降低接觸角的核心化學驅動力，因此在長時間的測試中，其接觸角依然頑固地懸浮在 40° 左右。

通過這次對“形貌數據"與“化學溶出"的跨界聯調，我們得到了三點關鍵啟示：

切勿盲目偏信靜態指標： 在含有表面活性輔料或可溶性化學組分的藥物制劑中，傳統的瞬時/靜態接觸角的欺騙性。
形貌往往只是“背景噪音"： 符合 ISO 2178 的物理形貌參數在此類樣品中往往不決定大局，而“溶解-釋放-表面張力改性"的化學連鎖反應才是真正的控制核心。
精準調控藥物動力學： 深入理解這一機理，有助于研發人員通過調控輔料的溶出速率，精準設計藥物在體內的崩解時滯與潤濕行為，從而大幅提升制劑的生物利用度。

界面化學，見微知著。 想了解更多關于制藥領域高精度動態接觸角及表面形貌分析的前沿技術，歡迎關注我們并留言討論！