為了探究倒刺(ci)角度、個(gè)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于(yu)微針穿刺力和(he)拔出力的影(ying)響，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬(ni)微針插(cha)入敷料(liao)中的實(shí)(shi)驗(yàn)（見(jiàn)圖3-8），微針被(bei)固定在探(tan)頭上，對(duì)準(zhǔn)(zhun)平臺(tái)的敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速度(du)向下(xia)移動(dòng)直至wanquan插入(ru)到水凝膠(jiao)中，再以同樣的(de)速度向上(shang)拔出，每次測(cè)(ce)試重復(fù)三(san)次，得(de)到應(yīng)力(li)與位移的曲線(xian)關(guān)系。為了探究(jiu)出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們(men)對(duì)不同倒(dao)刺角度的(de)微針進(jìn)行了(le)該機(jī)械(xie)性能測(cè)試(shi)。其中，敷料模(mo)型采用了(le)5%的瓊脂糖(tang)水凝(ning)膠制作，其(qi)具有(you)一定的(de)硬度、彈性(xing)模量等特(te)性，適合模(mo)擬一些(xie)常用敷料的(de)機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此外，透(tou)明性(xing)的水凝膠(jiao)也便于(yu)觀察(cha)穿刺的過(guò)(guo)程和(he)結(jié)果，是(shi)微針研究中常(chang)用的(de)測(cè)試(shi)模型。

圖3-8 機(jī)械性(xing)能實(shí)驗(yàn)示(shi)意圖

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的(de)應(yīng)力測(cè)(ce)試

探究了不(bu)同倒(dao)刺角度微(wei)針的(de)穿刺力和(he)拔出力，得到了(le)應(yīng)力(li)與位(wei)移關(guān)系的曲線(xian)圖。為(wei)了體現(xiàn)(xian)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性，計(jì)算了二(er)者之間(jian)的差(cha)值，結(jié)(jie)果如下圖所示(shi)。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的應(yīng)力-位(wei)移曲線(xian)圖以及差(cha)值。(a)不(bu)同倒(dao)刺角度刺入(ru)力-位移曲(qu)線；(b)不同(tong)倒刺(ci)角度的拔(ba)出力-位移(yi)曲線；(c)拔出力(li)與刺入力的(de)差值

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒(dao)刺角度的增(zeng)加，穿(chuan)刺力和拔(ba)出力都(dou)隨之增(zeng)大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的正相(xiang)關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角(jiao)度為30°時(shí)，穿刺力(li)為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角度為60°時(shí)(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力(li)為2.58±003 N，差值(zhi)約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角度的(de)差值繪制(zhi)成點(diǎn)線圖可以(yi)看出，向下(xia)的倒刺可(ke)以提高(gao)微針的黏附(fu)力，但隨(sui)著角度(du)的增(zeng)加，拔出(chu)力與刺入力的(de)差值會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小的趨(qu)勢(shì)，考慮到(dao)因?yàn)?wei)角度過(guò)大(da)時(shí)，倒刺(ci)幾乎(hu)成水平角(jiao)度，更難刺(ci)入。在45°時(shí)，其差(cha)值比(bi)30°和60°分別提(ti)高了3.9 倍(bei)和9.3 倍(bei)左右(you)。根據(jù)(ju)以上的(de)結(jié)論，我們最終(zhong)選取了45°的(de)倒刺微針作(zuo)為后(hou)續(xù)的研究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個(gè)(ge)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測(cè)(ce)試

我們?cè)O(shè)計(jì)了無(wú)(wu)倒刺(ci)、1 個(gè)倒(dao)刺、3 個(gè)倒(dao)刺和6 個(gè)倒刺的(de)微針(zhen)，倒刺角度(du)均為45°，并同(tong)樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試(shi)其拉應(yīng)(ying)力和拔出力(li)，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同個(gè)(ge)數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺個(gè)數(shù)微(wei)針模(mo)型； (b)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移(yi)曲線

對(duì)于普通(tong)錐形微針(zhen)而言(yan)，其拔出力(li)約為(wei)0.53 N，1 個(gè)倒刺的(de)拔出力(li)約為0.80 N，3 個(gè)倒(dao)刺的拔(ba)出力約(yue)為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔(ba)出力達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒刺(ci)個(gè)數(shù)的增(zeng)加，不斷提高了(le)微針的(de)黏附力(li)的特性，6 個(gè)(ge)倒刺對(duì)比(bi)1 個(gè)倒刺(ci)拔出力提高了(le)約2.6 倍(bei)。同時(shí)從(cong)圖中(zhong)可以看出(chu)，刺入力也(ye)有了相應(yīng)(ying)的增加(jia)，也證明了多(duo)個(gè)倒刺(ci)提升了(le)微針的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)微(wei)針的應(yīng)(ying)力測(cè)試

為了探究(jiu)不同層(ceng)數(shù)對(duì)于微針(zhen)應(yīng)力(li)的影響，我(wo)們用(yong)軟件分別設(shè)(she)計(jì)了一層倒刺(ci)和兩層倒(dao)刺的(de)微針(zhen)，由于在上(shang)個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)得(de)到了6 個(gè)(ge)倒刺具有(you)最佳(jia)的性能，因此在(zai)本次實(shí)(shi)驗(yàn)中每層也設(shè)(she)計(jì)了6 個(gè)倒刺(ci)，分別測(cè)(ce)試其穿刺力(li)和拔出(chu)力，結(jié)果(guo)如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微針機(jī)械(xie)性能測(cè)試(shi)。(a)不同倒刺層(ceng)數(shù)微針模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)的(de)應(yīng)力-位移曲(qu)線

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層(ceng)倒刺的拔出(chu)力為1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔出力(li)為1.98 N，提升了0.71 N?？梢?yi)看出，隨(sui)著倒(dao)刺層數(shù)的(de)增加，同樣也(ye)提高了微針(zhen)的黏附力，兩層(ceng)的倒(dao)刺能夠幫助微(wei)針更好地(di)與傷口(kou)敷料貼合(he)，增加了監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打印微(wei)針電極及(ji)其生物傳(chuan)感應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論文(wen)，2025年