為了探究倒刺(ci)角度(du)、個(gè)數(shù)和(he)層數(shù)對(duì)于(yu)微針(zhen)穿刺力和拔出(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(shí)(shi)驗(yàn)（見(jiàn)(jian)圖3-8），微針被固定(ding)在探頭(tou)上，對(duì)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷(fu)料模型，以(yi)1 mm/s 的速度向下移(yi)動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠中(zhong)，再以同樣的速(su)度向(xiang)上拔出，每次(ci)測(cè)試重復(fù)(fu)三次(ci)，得到應(yīng)力(li)與位(wei)移的曲線關(guān)(guan)系。為了(le)探究出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)行了(le)該機(jī)械(xie)性能測(cè)試(shi)。其中(zhong)，敷料模型(xing)采用了5%的瓊(qiong)脂糖(tang)水凝膠制作，其(qi)具有一定的硬(ying)度、彈性模量(liang)等特(te)性，適合模(mo)擬一些常用(yong)敷料的(de)機(jī)械響應(yīng)，此外(wai)，透明(ming)性的(de)水凝膠也(ye)便于觀察穿刺(ci)的過(guò)程和結(jié)果(guo)，是微針研究中(zhong)常用(yong)的測(cè)試(shi)模型(xing)。

圖3-8 機(jī)械性能(neng)實(shí)驗(yàn)示意圖

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度微針(zhen)的應(yīng)(ying)力測(cè)試(shi)

探究了(le)不同倒刺角(jiao)度微針的(de)穿刺(ci)力和(he)拔出(chu)力，得到了應(yīng)(ying)力與位移(yi)關(guān)系的(de)曲線(xian)圖。為(wei)了體現(xiàn)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性，計(jì)算(suan)了二(er)者之間(jian)的差(cha)值，結(jié)果如下圖(tu)所示(shi)。

圖3-9 不同(tong)倒刺角度的(de)應(yīng)力-位移曲線(xian)圖以及差值。(a)不(bu)同倒刺角(jiao)度刺入力(li)-位移曲線；(b)不(bu)同倒刺角(jiao)度的拔出力(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)可以看出(chu)， 隨著倒刺(ci)角度的(de)增加，穿刺力和(he)拔出(chu)力都隨之(zhi)增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯的正(zheng)相關(guān)。當(dāng)?shù)勾探?jiao)度為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力(li)為1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時(shí)(shi)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差值約為(wei)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。將每個(gè)角(jiao)度的(de)差值繪(hui)制成點(diǎn)(dian)線圖(tu)可以看(kan)出，向下的(de)倒刺可以提高(gao)微針的黏(nian)附力，但隨著(zhe)角度(du)的增加，拔出(chu)力與刺入力(li)的差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)(xian)先增大(da)后減小(xiao)的趨勢(shì)，考慮到(dao)因?yàn)榻嵌?du)過(guò)大時(shí)，倒(dao)刺幾(ji)乎成(cheng)水平角度，更(geng)難刺入。在45°時(shí)，其(qi)差值(zhi)比30°和60°分別(bie)提高了3.9 倍(bei)和9.3 倍左右。根據(jù)(ju)以上的(de)結(jié)論，我(wo)們最終選取(qu)了45°的倒(dao)刺微針作(zuo)為后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測(cè)試

我們?cè)O(shè)計(jì)了(le)無(wú)倒刺、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和6 個(gè)倒(dao)刺的(de)微針，倒刺(ci)角度(du)均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試(shi)其拉應(yīng)力和拔(ba)出力，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微針的(de)機(jī)械性能測(cè)試(shi)。(a)不同倒刺個(gè)數(shù)(shu)微針模型(xing)； (b)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移(yi)曲線

對(duì)于普(pu)通錐(zhui)形微(wei)針而言(yan)，其拔(ba)出力(li)約為0.53 N，1 個(gè)倒刺的(de)拔出(chu)力約為0.80 N，3 個(gè)(ge)倒刺(ci)的拔出(chu)力約為1.23N，而(er)具有(you)6 個(gè)倒刺的(de)微針(zhen)拔出力(li)達(dá)到了(le)1.37 N?？梢?yi)看出(chu)，隨著倒刺(ci)個(gè)數(shù)的增加，不(bu)斷提高了微針(zhen)的黏附力的(de)特性，6 個(gè)倒(dao)刺對(duì)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出力提(ti)高了約2.6 倍。同時(shí)(shi)從圖中可(ke)以看出，刺入力(li)也有(you)了相應(yīng)的增(zeng)加，也證明了多(duo)個(gè)倒刺提(ti)升了微針的(de)斷裂(lie)力。

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

為了探究不同(tong)層數(shù)(shu)對(duì)于微針(zhen)應(yīng)力(li)的影(ying)響，我們用軟件(jian)分別(bie)設(shè)計(jì)了一層倒(dao)刺和兩層(ceng)倒刺的(de)微針，由(you)于在上個(gè)實(shí)驗(yàn)(yan)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)倒刺(ci)具有最(zui)佳的性(xing)能，因此(ci)在本(ben)次實(shí)驗(yàn)中每層(ceng)也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒刺，分(fen)別測(cè)試其穿刺(ci)力和拔(ba)出力，結(jié)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微針機(jī)(ji)械性能測(cè)(ce)試。(a)不(bu)同倒刺層(ceng)數(shù)微針模(mo)型；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

由數(shù)據(jù)可(ke)知，一層倒(dao)刺的拔(ba)出力為1.37 N，二層倒(dao)刺的拔出(chu)力為(wei)1.98 N，提升了(le)0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)(shu)的增加，同樣也(ye)提高了微(wei)針的黏附力(li)，兩層的倒刺能(neng)夠幫助微(wei)針更好地(di)與傷口敷料貼(tie)合，增加了(le)監(jiān)測(cè)的(de)穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打(da)印微針(zhen)電極及其生(sheng)物傳感應(yīng)用(yong)研究(jiu)。碩士學(xué)位論(lun)文，2025年