為了(le)探究倒刺角度(du)、個(gè)數(shù)和層數(shù)(shu)對(duì)于微針(zhen)穿刺力和拔(ba)出力的影(ying)響，我們(men)采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模(mo)擬微針插入(ru)敷料中的(de)實(shí)驗(yàn)（見圖(tu)3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上，對(duì)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的(de)敷料(liao)模型，以1 mm/s 的速度(du)向下移動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠中，再(zai)以同樣的速度(du)向上(shang)拔出，每(mei)次測(ce)試重復(fù)三(san)次，得到(dao)應(yīng)力(li)與位移的曲(qu)線關(guān)(guan)系。為了探(tan)究出zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu)，我們對(duì)(dui)不同倒刺角度(du)的微針進(jìn)行(xing)了該機(jī)械性(xing)能測試。其中(zhong)，敷料模型(xing)采用了(le)5%的瓊脂糖水凝(ning)膠制作(zuo)，其具(ju)有一定的(de)硬度、彈性模(mo)量等特(te)性，適合(he)模擬(ni)一些(xie)常用敷(fu)料的(de)機(jī)械響應(yīng)，此外(wai)，透明性的水凝(ning)膠也(ye)便于(yu)觀察穿刺(ci)的過程和結(jié)果(guo)，是微針研究(jiu)中常用的測(ce)試模(mo)型。

圖3-8 機(jī)械性能(neng)實(shí)驗(yàn)示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針的應(yīng)力(li)測試

探究了不同(tong)倒刺(ci)角度微針的穿(chuan)刺力(li)和拔出力(li)，得到了應(yīng)(ying)力與位(wei)移關(guān)(guan)系的曲線圖。為(wei)了體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏附(fu)力特(te)性，計(jì)算了(le)二者(zhe)之間的差值，結(jié)(jie)果如下(xia)圖所示(shi)。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的應(yīng)力(li)-位移曲(qu)線圖以及差(cha)值。(a)不同倒刺(ci)角度刺入力-位(wei)移曲(qu)線；(b)不同(tong)倒刺(ci)角度的拔出力(li)-位移曲線(xian)；(c)拔出力與(yu)刺入(ru)力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺(ci)角度的(de)增加(jia)，穿刺力和拔(ba)出力(li)都隨之(zhi)增大(da)，呈現(xiàn)出明顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角度為(wei)60°時(shí)，穿(chuan)刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將(jiang)每個(gè)(ge)角度的差(cha)值繪制成(cheng)點(diǎn)線圖可以看(kan)出，向下(xia)的倒(dao)刺可以提(ti)高微針的黏(nian)附力，但(dan)隨著角(jiao)度的(de)增加，拔出力與(yu)刺入力的差值(zhi)會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先增大后減(jian)小的趨勢(shi)，考慮到因(yin)為角(jiao)度過大時(shí)，倒刺(ci)幾乎成水平(ping)角度(du)，更難刺入。在(zai)45°時(shí)，其差值(zhi)比30°和(he)60°分別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上的(de)結(jié)論，我們(men)最終選(xuan)取了45°的倒(dao)刺微(wei)針作為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力(li)測試

我們設(shè)計(jì)了無(wu)倒刺、1 個(gè)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺和(he)6 個(gè)倒刺(ci)的微針，倒(dao)刺角(jiao)度均為45°，并(bing)同樣采用(yong)質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試其拉應(yīng)力(li)和拔出力(li)，結(jié)果如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的機(jī)械(xie)性能測試。(a)不同(tong)倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針模型； (b)不(bu)同倒刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力(li)-位移曲線

對(duì)于普通錐形(xing)微針而(er)言，其(qi)拔出力(li)約為0.53 N，1 個(gè)(ge)倒刺(ci)的拔出力(li)約為(wei)0.80 N，3 個(gè)倒刺的(de)拔出(chu)力約為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔出力(li)達(dá)到了1.37 N?？?ke)以看(kan)出，隨著倒(dao)刺個(gè)數(shù)的增(zeng)加，不(bu)斷提高了(le)微針(zhen)的黏附力的(de)特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒刺拔(ba)出力提高了約(yue)2.6 倍。同時(shí)從圖(tu)中可以看出(chu)，刺入力也有(you)了相應(yīng)(ying)的增(zeng)加，也證(zheng)明了多個(gè)(ge)倒刺(ci)提升了微針(zhen)的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒刺層(ceng)數(shù)微針(zhen)的應(yīng)(ying)力測試(shi)

為了探究不同(tong)層數(shù)(shu)對(duì)于(yu)微針應(yīng)(ying)力的影響(xiang)，我們(men)用軟件分別(bie)設(shè)計(jì)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒(dao)刺的微針，由(you)于在上個(gè)實(shí)驗(yàn)(yan)中已(yi)經(jīng)得(de)到了6 個(gè)倒刺(ci)具有最佳的(de)性能，因此在本(ben)次實(shí)驗(yàn)(yan)中每層也(ye)設(shè)計(jì)了6 個(gè)倒(dao)刺，分別測試其(qi)穿刺力和拔(ba)出力，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微(wei)針機(jī)械(xie)性能測(ce)試。(a)不同倒刺層(ceng)數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線(xian)

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒(dao)刺的拔(ba)出力(li)為1.37 N，二層倒(dao)刺的拔(ba)出力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N?？梢?yi)看出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的增(zeng)加，同樣也(ye)提高了微針的(de)黏附力，兩(liang)層的倒刺能夠(gou)幫助微針(zhen)更好(hao)地與傷口敷料(liao)貼合(he)，增加了監(jiān)測(ce)的穩(wěn)定性。

參考(kao)文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打(da)印微針電極(ji)及其生物傳(chuan)感應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論(lun)文，2025年(nian)