為了探究倒(dao)刺角(jiao)度、個(gè)(ge)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于微(wei)針穿刺力(li)和拔出(chu)力的(de)影響，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備(bei)模擬微(wei)針插入(ru)敷料中(zhong)的實(shí)驗(yàn)（見(jian)圖3-8），微(wei)針被(bei)固定在探頭上(shang)，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷料(liao)模型，以1 mm/s 的速(su)度向下移動(dòng)(dong)直至wanquan插入到(dao)水凝膠中，再(zai)以同樣的(de)速度向(xiang)上拔出，每次測(cè)(ce)試重復(fù)三次，得(de)到應(yīng)力與(yu)位移的曲線關(guān)(guan)系。為(wei)了探究出zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對(duì)不同倒(dao)刺角度的(de)微針進(jìn)行了(le)該機(jī)械性能(neng)測(cè)試(shi)。其中，敷料模(mo)型采(cai)用了(le)5%的瓊脂(zhi)糖水凝(ning)膠制作，其具有(you)一定的硬度(du)、彈性(xing)模量等特性(xing)，適合模(mo)擬一些常(chang)用敷料的機(jī)(ji)械響應(yīng)(ying)，此外，透明(ming)性的水(shui)凝膠也便于(yu)觀察穿(chuan)刺的過程(cheng)和結(jié)果(guo)，是微針(zhen)研究中常用的(de)測(cè)試模型(xing)。

圖3-8 機(jī)(ji)械性能實(shí)驗(yàn)(yan)示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的應(yīng)(ying)力測(cè)試

探究了不(bu)同倒刺(ci)角度(du)微針(zhen)的穿刺力和拔(ba)出力，得到了(le)應(yīng)力(li)與位移關(guān)系(xi)的曲線(xian)圖。為了(le)體現(xiàn)出(chu)倒刺的黏附力(li)特性，計(jì)算(suan)了二者之(zhi)間的差(cha)值，結(jié)(jie)果如下圖所示(shi)。

圖3-9 不(bu)同倒(dao)刺角度的應(yīng)力(li)-位移曲線圖(tu)以及差值。(a)不同(tong)倒刺角度刺入(ru)力-位移(yi)曲線；(b)不同倒刺(ci)角度(du)的拔出力(li)-位移(yi)曲線；(c)拔(ba)出力與刺(ci)入力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著倒刺(ci)角度的增加(jia)，穿刺力(li)和拔出(chu)力都(dou)隨之增大(da)，呈現(xiàn)出明顯(xian)的正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)勾探嵌葹?wei)30°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差(cha)值約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)角(jiao)度為60°時(shí)(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將每(mei)個(gè)角度的(de)差值(zhi)繪制成點(diǎn)線(xian)圖可以看(kan)出，向下的(de)倒刺可以提(ti)高微針(zhen)的黏附(fu)力，但隨(sui)著角度(du)的增(zeng)加，拔(ba)出力與刺(ci)入力的差(cha)值會(huì)呈現(xiàn)先增(zeng)大后減小的趨(qu)勢(shì)，考慮到因(yin)為角度過大時(shí)(shi)，倒刺(ci)幾乎成水平(ping)角度(du)，更難刺入。在45°時(shí)(shi)，其差值比(bi)30°和60°分(fen)別提高(gao)了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)(ju)以上(shang)的結(jié)(jie)論，我們最終選(xuan)取了45°的倒(dao)刺微針(zhen)作為(wei)后續(xù)的研究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力(li)測(cè)試

我們?cè)O(shè)計(jì)(ji)了無倒刺(ci)、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和(he)6 個(gè)倒(dao)刺的(de)微針，倒刺角度(du)均為(wei)45°，并同(tong)樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試其拉應(yīng)力(li)和拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)倒(dao)刺微針的機(jī)(ji)械性能測(cè)(ce)試。(a)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)微(wei)針模(mo)型； (b)不同倒刺個(gè)(ge)數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

對(duì)于普通(tong)錐形微針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒刺的(de)拔出力約為0.80 N，3 個(gè)(ge)倒刺的拔出力(li)約為1.23N，而具有6 個(gè)(ge)倒刺的微針拔(ba)出力達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒(dao)刺個(gè)(ge)數(shù)的增加，不斷(duan)提高了微針的(de)黏附力的特性(xing)，6 個(gè)倒(dao)刺對(duì)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出(chu)力提高(gao)了約2.6 倍。同時(shí)從(cong)圖中可(ke)以看出，刺(ci)入力(li)也有了(le)相應(yīng)的(de)增加，也證明了(le)多個(gè)倒刺提(ti)升了微(wei)針的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的應(yīng)力測(cè)(ce)試

為了(le)探究不同(tong)層數(shù)對(duì)(dui)于微針應(yīng)力(li)的影(ying)響，我們用軟件(jian)分別設(shè)計(jì)了(le)一層倒刺和兩(liang)層倒刺(ci)的微(wei)針，由于在上個(gè)(ge)實(shí)驗(yàn)中(zhong)已經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒(dao)刺具有(you)最佳的性(xing)能，因(yin)此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)中(zhong)每層也設(shè)計(jì)了(le)6 個(gè)倒(dao)刺，分別測(cè)試其(qi)穿刺(ci)力和(he)拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-11 所示。

圖3-11 不同(tong)層數(shù)倒(dao)刺微針機(jī)械(xie)性能測(cè)試。(a)不(bu)同倒(dao)刺層數(shù)(shu)微針模型(xing)；(b)不同倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移(yi)曲線(xian)

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的(de)拔出(chu)力為1.37 N，二層倒(dao)刺的(de)拔出力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N。可以看(kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的增加(jia)，同樣(yang)也提(ti)高了微針(zhen)的黏附力，兩(liang)層的倒刺(ci)能夠幫(bang)助微針更(geng)好地與傷口敷(fu)料貼合，增(zeng)加了監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻(xiàn)：付(fu)欣雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生(sheng)物傳感應(yīng)(ying)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論文(wen)，2025年