的透氧率、含水量等指標本質上由納米級自由體積孔洞決定。這些孔洞的尺寸不到頭發絲的萬分之一（2-10埃級），卻像高速公路網一般掌控著氧氣和水分的傳輸效率。正電子湮滅壽命譜學（PALS）的獨到之處在于——它能繪制這些微觀結構的"三維地圖"，而不僅僅是二維表面形貌的展現。

測試原理 

        當放射性同位素（如Na-22）產生的正電子進入材料后材料后，會與材料中的電子發生湮沒，正電子產生到湮沒的時間差稱為正電子湮沒壽命，根據湮沒方式的不同，正電子會有不同的壽命。

        對于聚合物材料，正電子主要有兩種湮沒類型：

        1.正電子直接與材料中的電子發生湮沒；

        2.正電子在孔洞及自由體積內會與電子形成類氫原子的束縛態（類似正電子為原子核的氫原子），稱為電子偶素（positronium），電子與正電子的自旋方向平行為正-電子偶素（ortho-positronium，簡寫為o-Ps），電子與正電子的自旋方向反平行為仲-電子偶素（para-positronium，簡寫為p-Ps）。電子偶素在形成后也會發生湮沒，真空中的湮沒壽命分別為125ps（p-Ps）和142ns（o-Ps）。 在聚合物中，一般會存在三種不同的正電子湮沒壽命：

            ●第yi壽命（200ps附近）：對應于p-Ps湮沒類型 

            ●第二壽命（400ps左右）：對應與正電子與材料中電子的直接湮沒 

            ●第三壽命（1-5ns）：正對應與o-Ps湮沒類型 使用專業軟件對正電子湮沒壽命譜進行解譜可以獲得第三壽命τ3的值，進而計算材料中的自由體積半徑 

        式中R為自由體積半徑，ΔR為經驗修正系數0.166 nm

典型案例 

?? 案例1. 鈣化處理的影響 

        ●鈣化處理的PHEMA鏡片（如Polymacon）中，τ?從1.98 ns減少至1.85 ns，結合EDX檢測到Ca2?沉積，證明鈣離子填充自由體積導致結構致密化。 

?? 案例2. 硅油處理的影響 

        ●未處理PHEMA鏡片中τ?為1.98 ns，自由體積半徑約2.83 ?3；經硅油處理后τ?降至1.88 ns，自由體積縮小至2.73 ?3，表明硅油分子滲入自由體積孔隙并占據空間。 

        ●PHEMA（親水）：經硅油處理后，τ?減小且I?降低，自由體積尺寸與密度均下降，歸因于硅油分子與極性基團相互作用導致的網絡緊縮。 

        ●PMMA（疏水）：硅油僅表面吸附，壽命參數未顯著變化，說明其剛性結構抵抗了硅油滲透。

?? 案例3. 功能化改性（如藍色光吸收劑）的影響 

        ●添加0.05%藍色光吸收劑的SN60AT鏡片（PMMA基）相較于未改性材料，τ?從2.197 ns降至2.169 ns，自由體積半徑從3.1 ?降至3.0 ?，顯示改性使結構更致密。 

        ●藍色光吸收劑改性鏡片的UV-vis-NIR光譜顯示400–500 nm透光率顯著下降，PL結果印證了結構致密化對染料分散均勻性的優化。3 / 4正電子湮滅壽命譜學：給隱形眼鏡做納米級CT.md 2025-03-01 

??案例4. 氧氣滲透性測試 

a. 水凝膠隱形眼鏡（Hydrogel） 

        ●Omafilcon A（Proclear系列）： 

            ○τ?=1.80–1.89 ns，R=0.267–0.275 nm，V?=83–87×10?3? m3。 

            ○氧氣滲透性（Dk/t）：25–42，高含水量（59–62%）抑制自由體積形成。 

        ●Etafilcon A（Acuvue Moist）：

             ○τ?=1.75 ns， R=0.260 nm，f?=46%，氧氣滲透性較低（Dk/t=28）。 

b. 硅水凝膠隱形眼鏡（Silicone-Hydrogel） 

        ●Comfilcon A（Biofinity系列）： 

            ○τ?=3.17–3.29 ns，R=0.375–0.382 nm，V?≈220–233×10?3? m3。 

            ○氧氣滲透性（Dk/t） 高達128，自由體積更大但含水量低（48%）。 

        ●Narafilcon A（Acuvue Trueye）： 

            ○τ?=2.71 ns，R=0.343 nm，自由體積分數較低（f?=55%），反映硅氧烷鏈段的長程有序性提升。 

c. 硬性透氣隱形眼鏡（RGP） 

        ●Fluor-Silicon-Methacrylat-Copolymer： 

            ○τ?=2.72 ns，R=0.347 nm，自由體積介于水凝膠與硅水凝膠之間，氧氣滲透性高（Dk≈100）但含水量極低（≤1%）。 

d. 測試結論 

自由體積與氧氣滲透性正相關：硅水凝膠的V?與f?顯著高于水凝膠（硅氧烷鏈段引入更多空隙），導致其Dk/t值提升3–5倍（如Biofinity的Dk/t=128 vs. Proclear的Dk/t=42）。 

含水量與自由體積的權衡：水凝膠的高含水量（>60%）通過氫鍵填充自由體積，降低氧氣滲透但提高舒適性。 

結構缺陷分析：通過兩態模型（two-state model）發現，硅水凝膠的缺陷捕獲速率（κ?=0.77 ns?1）低于水凝膠（κ?=0.92 ns?1），表明其微觀結構更穩定