為了探究倒刺(ci)角度、個(ge)數(shù)和(he)層數(shù)對于微(wei)針穿刺(ci)力和拔出力的(de)影響，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)備(bei)模擬微針(zhen)插入敷料中(zhong)的實驗（見圖(tu)3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上，對準(zhǔn)平(ping)臺的敷(fu)料模型，以1 mm/s 的速(su)度向下移動(dong)直至(zhi)wanquan插入到(dao)水凝膠中，再(zai)以同樣的速(su)度向上拔(ba)出，每(mei)次測試(shi)重復(fù)三次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的曲線(xian)關(guān)系。為了探究(jiu)出zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu)，我們(men)對不同(tong)倒刺角度的微(wei)針進行(xing)了該(gai)機械性(xing)能測試。其(qi)中，敷料模型采(cai)用了(le)5%的瓊脂糖水(shui)凝膠制作(zuo)，其具有一(yi)定的硬度、彈(dan)性模量(liang)等特(te)性，適合(he)模擬一些常用(yong)敷料的機(ji)械響(xiang)應(yīng)，此外(wai)，透明(ming)性的水(shui)凝膠也便于觀(guan)察穿刺的過(guo)程和結(jié)果，是(shi)微針研究(jiu)中常用的測試(shi)模型。

圖3-8 機械性能(neng)實驗示意圖

3.2.2.1 不同(tong)倒刺(ci)角度(du)微針(zhen)的應(yīng)(ying)力測試

探究了不同(tong)倒刺角(jiao)度微針的穿刺(ci)力和(he)拔出力，得(de)到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)(guan)系的曲線(xian)圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒(dao)刺的黏附力特(te)性，計算了二(er)者之間的差值(zhi)，結(jié)果如下(xia)圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺(ci)角度的應(yīng)力-位(wei)移曲線圖以(yi)及差(cha)值。(a)不同倒刺角(jiao)度刺入力-位移(yi)曲線；(b)不同倒刺(ci)角度的拔出(chu)力-位移曲線；(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(zhe)倒刺角度的(de)增加，穿刺力和(he)拔出力都隨(sui)之增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)?shù)勾?ci)角度(du)為30°時，穿刺(ci)力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為(wei)0.071 N；45°時，穿刺力為1.7±002 N，拔(ba)出力(li)為1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為60°時，穿刺(ci)力為(wei)2.55±004 N，拔出力(li)為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每個角(jiao)度的差值(zhi)繪制(zhi)成點(dian)線圖可以(yi)看出，向下的倒(dao)刺可(ke)以提高微針的(de)黏附(fu)力，但隨(sui)著角度的增(zeng)加，拔出力(li)與刺入力的(de)差值會呈(cheng)現(xiàn)先增大后(hou)減小的趨(qu)勢，考慮(lv)到因為角度(du)過大時，倒(dao)刺幾(ji)乎成水(shui)平角度，更難刺(ci)入。在45°時，其差值(zhi)比30°和60°分別提(ti)高了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右(you)。根據(jù)以(yi)上的結(jié)論(lun)，我們最終(zhong)選取了45°的倒(dao)刺微針作為后(hou)續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測試

我們設(shè)(she)計了無(wu)倒刺、1 個倒刺、3 個(ge)倒刺和6 個倒刺(ci)的微針(zhen)，倒刺角(jiao)度均為45°，并同樣(yang)采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測試其拉應(yīng)(ying)力和拔出(chu)力，結(jié)果如圖3-10 所(suo)示。

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

對于普通錐(zhui)形微針(zhen)而言，其(qi)拔出力(li)約為(wei)0.53 N，1 個倒刺的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個倒(dao)刺的(de)拔出(chu)力約為(wei)1.23N，而具(ju)有6 個倒(dao)刺的微(wei)針拔出力達到(dao)了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著(zhe)倒刺個數(shù)的增(zeng)加，不斷提(ti)高了(le)微針的(de)黏附力的特性(xing)，6 個倒刺(ci)對比1 個倒刺(ci)拔出力(li)提高了約(yue)2.6 倍。同時(shi)從圖(tu)中可以看出(chu)，刺入(ru)力也有了相應(yīng)(ying)的增加(jia)，也證明了多個(ge)倒刺提升了(le)微針的(de)斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的應(yīng)力(li)測試

為了探究不(bu)同層數(shù)(shu)對于微(wei)針應(yīng)力(li)的影(ying)響，我們用軟件(jian)分別設(shè)計了一(yi)層倒刺和兩(liang)層倒刺的(de)微針，由于(yu)在上個(ge)實驗中已經(jīng)(jing)得到了6 個倒刺(ci)具有最佳的性(xing)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)拔出力，結(jié)(jie)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不同層數(shù)(shu)倒刺微(wei)針機械性能測(ce)試。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)微針模(mo)型；(b)不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.37 N，二層倒刺的拔(ba)出力(li)為1.98 N，提升了0.71 N?？梢?yi)看出，隨著(zhe)倒刺層數(shù)的增(zeng)加，同樣也(ye)提高了(le)微針的黏附力(li)，兩層的倒刺能(neng)夠幫(bang)助微針(zhen)更好(hao)地與傷口敷料(liao)貼合，增加(jia)了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考(kao)文獻：付(fu)欣雨：3D 打印(yin)微針電(dian)極及其(qi)生物傳感應(yīng)(ying)用研究。碩士學(xué)(xue)位論文，2025年(nian)