為了探(tan)究倒刺(ci)角度、個數(shù)和(he)層數(shù)對于微(wei)針穿刺力和(he)拔出(chu)力的(de)影響，我(wo)們采用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬微針(zhen)插入敷料中(zhong)的實驗（見(jian)圖3-8），微(wei)針被固定在探(tan)頭上(shang)，對準平臺(tai)的敷料模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度(du)向下移動直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠(jiao)中，再以同(tong)樣的速度向上(shang)拔出，每次(ci)測試重復(fù)(fu)三次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的曲(qu)線關(guān)(guan)系。為了探究(jiu)出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對不(bu)同倒刺角度的(de)微針進行了(le)該機械性能測(ce)試。其(qi)中，敷料模型(xing)采用(yong)了5%的瓊脂(zhi)糖水凝(ning)膠制作(zuo)，其具有一定的(de)硬度、彈性模(mo)量等特性(xing)，適合模(mo)擬一(yi)些常用敷料的(de)機械(xie)響應(yīng)，此外(wai)，透明性的水(shui)凝膠也(ye)便于觀察(cha)穿刺(ci)的過程和結(jié)(jie)果，是微針研究(jiu)中常用的測(ce)試模型(xing)。

圖3-8 機械性能實(shi)驗示意圖

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度微(wei)針的應(yīng)力測試(shi)

探究了不同倒(dao)刺角(jiao)度微針的穿刺(ci)力和(he)拔出力，得到(dao)了應(yīng)(ying)力與(yu)位移(yi)關(guān)系的曲線圖(tu)。為了體(ti)現(xiàn)出(chu)倒刺的黏附力(li)特性，計算了(le)二者之間的(de)差值，結(jié)果如(ru)下圖所示。

圖3-9 不同倒刺(ci)角度的應(yīng)(ying)力-位移曲線(xian)圖以及差值。(a)不(bu)同倒刺(ci)角度刺入力-位(wei)移曲線；(b)不同(tong)倒刺(ci)角度的拔出(chu)力-位移(yi)曲線；(c)拔出力(li)與刺入力(li)的差值

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺角度(du)的增加，穿刺力(li)和拔出力(li)都隨之增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯的(de)正相(xiang)關(guān)。當(dāng)?shù)勾?ci)角度為30°時，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為(wei)1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為60°時(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每(mei)個角度的差(cha)值繪(hui)制成點線(xian)圖可以(yi)看出，向(xiang)下的倒(dao)刺可(ke)以提高微(wei)針的黏附力，但(dan)隨著角度的增(zeng)加，拔(ba)出力(li)與刺入力(li)的差值會呈(cheng)現(xiàn)先增大后(hou)減小的趨勢(shi)，考慮到因(yin)為角度過(guo)大時，倒(dao)刺幾乎(hu)成水平角(jiao)度，更(geng)難刺入(ru)。在45°時(shi)，其差值比30°和60°分(fen)別提高(gao)了3.9 倍和9.3 倍左右(you)。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論(lun)，我們最(zui)終選取(qu)了45°的倒刺(ci)微針作為后續(xù)(xu)的研究。

3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微針的應(yīng)力(li)測試

我們設(shè)(she)計了無倒(dao)刺、1 個倒刺、3 個倒(dao)刺和6 個倒刺的(de)微針，倒刺角度(du)均為45°，并同樣(yang)采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測試其拉應(yīng)力(li)和拔出力(li)，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)(shu)倒刺(ci)微針的機(ji)械性能(neng)測試(shi)。(a)不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)微針模型(xing)； (b)不同倒刺(ci)個數(shù)(shu)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

對于普通(tong)錐形微針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺(ci)的拔出力(li)約為0.80 N，3 個倒(dao)刺的(de)拔出力(li)約為1.23N，而具有(you)6 個倒(dao)刺的微針拔出(chu)力達到了(le)1.37 N?？梢钥闯觯S著(zhe)倒刺(ci)個數(shù)的增加，不(bu)斷提高了微針(zhen)的黏附力(li)的特性(xing)，6 個倒刺對比1 個(ge)倒刺拔出力提(ti)高了約2.6 倍。同(tong)時從圖中可以(yi)看出，刺(ci)入力(li)也有了(le)相應(yīng)的增(zeng)加，也證明了(le)多個倒(dao)刺提升(sheng)了微針的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)的應(yīng)(ying)力測試

為了(le)探究不同(tong)層數(shù)對于微(wei)針應(yīng)力的影(ying)響，我(wo)們用(yong)軟件分別設(shè)計(ji)了一層倒刺和(he)兩層(ceng)倒刺的微針(zhen)，由于在上個(ge)實驗中(zhong)已經(jīng)得到了(le)6 個倒刺具有最(zui)佳的(de)性能，因此在(zai)本次實驗中每(mei)層也設(shè)計了6 個(ge)倒刺，分別測試(shi)其穿刺力和(he)拔出(chu)力，結(jié)果如圖(tu)3-11 所示。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微針機(ji)械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的(de)拔出力為1.37 N，二(er)層倒刺的拔出(chu)力為1.98 N，提(ti)升了0.71 N?？梢钥?kan)出，隨(sui)著倒刺(ci)層數(shù)的(de)增加(jia)，同樣也提(ti)高了微針(zhen)的黏附力，兩層(ceng)的倒刺能夠幫(bang)助微針更好地(di)與傷(shang)口敷料貼(tie)合，增加(jia)了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考(kao)文獻：付(fu)欣雨：3D 打(da)印微針電極(ji)及其生物(wu)傳感應(yīng)(ying)用研究。碩士學(xué)(xue)位論(lun)文，2025年