技術(shù)文章(zhang)
Technical articles為了探(tan)究倒(dao)刺角度、個(ge)數(shù)和層數(shù)(shu)對于微針(zhen)穿刺力和拔出(chu)力的影響(xiang),我們采用Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀設(shè)(she)備模(mo)擬微針插入(ru)敷料中的實驗(yan)(見圖3-8),微針(zhen)被固(gu)定在探(tan)頭上,對準(zhǔn)平臺(tai)的敷料模型,以(yi)1 mm/s 的速度向(xiang)下移動(dong)直至wanquan插入到水(shui)凝膠中,再以同(tong)樣的速度向上(shang)拔出,每次測(ce)試重復(fù)三(san)次,得到應(yīng)力(li)與位移的曲線(xian)關(guān)系(xi)。為了探究(jiu)出zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu),我(wo)們對不同倒(dao)刺角度的(de)微針進行(xing)了該機械性能(neng)測試(shi)。其中(zhong),敷料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝膠(jiao)制作(zuo),其具有一定(ding)的硬(ying)度、彈(dan)性模量等特(te)性,適合模擬一(yi)些常用敷料(liao)的機械響應(yīng)(ying),此外,透明性的(de)水凝膠也(ye)便于觀察(cha)穿刺(ci)的過程(cheng)和結(jié)果,是(shi)微針研究中常(chang)用的測(ce)試模型(xing)。
圖3-8 機械性能(neng)實驗示意圖(tu)
3.2.2.1 不同(tong)倒刺角(jiao)度微針的應(yīng)力(li)測試
探究了(le)不同倒(dao)刺角度微針的(de)穿刺力(li)和拔出力,得到(dao)了應(yīng)力與位(wei)移關(guān)系的曲(qu)線圖。為了體(ti)現(xiàn)出倒刺的黏(nian)附力特性,計(ji)算了二者之間(jian)的差值(zhi),結(jié)果(guo)如下圖所示(shi)。
圖3-9 不同(tong)倒刺角度的(de)應(yīng)力(li)-位移曲線圖以(yi)及差值。(a)不同(tong)倒刺角度刺(ci)入力-位移曲線(xian);(b)不同倒刺(ci)角度的拔出(chu)力-位移曲線;(c)拔(ba)出力與刺入力(li)的差值
由3-9(a)(b)可以看出(chu), 隨著(zhe)倒刺角(jiao)度的(de)增加,穿刺力(li)和拔(ba)出力都(dou)隨之增大(da),呈現(xiàn)出(chu)明顯(xian)的正(zheng)相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度(du)為30°時,穿刺(ci)力為1.57±0.004 N,拔出力為(wei)1.64±0.002 N,差值約為0.071 N;45°時(shi),穿刺力為(wei)1.7±002 N,拔出力為(wei)1.98±003N,差值(zhi)約為0.28 N;當(dāng)角度為(wei)60°時,穿刺力為(wei)2.55±004 N,拔出力為2.58±003 N,差(cha)值約(yue)為0.03 N。將每個角(jiao)度的差值繪制(zhi)成點線圖可(ke)以看出,向(xiang)下的倒刺(ci)可以提高(gao)微針的(de)黏附力,但隨著(zhe)角度(du)的增加,拔出力(li)與刺入(ru)力的(de)差值會呈現(xiàn)(xian)先增大后(hou)減小的趨(qu)勢,考慮到因(yin)為角度過大時(shi),倒刺幾乎成(cheng)水平角(jiao)度,更(geng)難刺入。在45°時(shi),其差值比(bi)30°和60°分(fen)別提高了3.9 倍和(he)9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論,我們最(zui)終選取了(le)45°的倒刺(ci)微針作(zuo)為后續(xù)的研(yan)究。
3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力(li)測試
我們設(shè)計了無(wu)倒刺、1 個(ge)倒刺、3 個(ge)倒刺(ci)和6 個倒刺的微(wei)針,倒刺(ci)角度(du)均為45°,并(bing)同樣采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測試(shi)其拉應(yīng)力和拔(ba)出力,結(jié)果如(ru)圖3-10 所(suo)示。
圖3-10 不(bu)同個數(shù)倒(dao)刺微針的機械(xie)性能測(ce)試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微(wei)針模型(xing); (b)不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)的應(yīng)力(li)-位移(yi)曲線(xian)
對于普通(tong)錐形(xing)微針而(er)言,其(qi)拔出(chu)力約為(wei)0.53 N,1 個倒(dao)刺的拔(ba)出力約為(wei)0.80 N,3 個倒(dao)刺的拔(ba)出力(li)約為1.23N,而具有(you)6 個倒刺的微針(zhen)拔出力達到了(le)1.37 N??梢?yi)看出,隨(sui)著倒刺(ci)個數(shù)(shu)的增加,不(bu)斷提(ti)高了微針的(de)黏附力的(de)特性,6 個倒刺(ci)對比1 個倒刺(ci)拔出力提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時從(cong)圖中可以(yi)看出,刺(ci)入力也有了(le)相應(yīng)的(de)增加,也證明(ming)了多個倒刺(ci)提升了微(wei)針的斷裂力。
3.2.2.3 不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測試
為了探究不(bu)同層(ceng)數(shù)對(dui)于微針應(yīng)力(li)的影響(xiang),我們用軟件(jian)分別(bie)設(shè)計(ji)了一層倒刺和(he)兩層倒刺的(de)微針,由于(yu)在上個實驗(yan)中已(yi)經(jīng)得到(dao)了6 個倒刺具有(you)最佳(jia)的性能(neng),因此(ci)在本次實驗(yan)中每層也設(shè)(she)計了6 個倒(dao)刺,分別測試(shi)其穿(chuan)刺力和(he)拔出力(li),結(jié)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。
圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒刺微(wei)針機械性能(neng)測試。(a)不同(tong)倒刺層(ceng)數(shù)微針模型(xing);(b)不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線
由數(shù)據(jù)可知,一(yi)層倒刺(ci)的拔出力為(wei)1.37 N,二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N,提升(sheng)了0.71 N??梢?yi)看出,隨著倒刺(ci)層數(shù)的(de)增加(jia),同樣(yang)也提高了微針(zhen)的黏附力,兩(liang)層的倒刺(ci)能夠幫(bang)助微針更好(hao)地與傷口敷料(liao)貼合,增(zeng)加了監(jiān)(jian)測的穩(wěn)定(ding)性。
參考文(wen)獻:付欣雨(yu):3D 打印微針電極(ji)及其生物傳感(gan)應(yīng)用研究。碩士(shi)學(xué)位論文,2025年(nian)