為了探究倒刺(ci)角度、個(gè)(ge)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于微(wei)針穿刺力和(he)拔出力的影(ying)響，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備(bei)模擬微針(zhen)插入(ru)敷料中的(de)實(shí)驗(yàn)（見圖3-8），微(wei)針被(bei)固定在探頭上(shang)，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)的敷(fu)料模型，以(yi)1 mm/s 的速度向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插(cha)入到水(shui)凝膠中，再以(yi)同樣的速度(du)向上拔出，每(mei)次測(cè)試重復(fù)三(san)次，得到(dao)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)構(gòu)(gou)，我們(men)對(duì)不同(tong)倒刺角度(du)的微(wei)針進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能測(cè)試(shi)。其中，敷(fu)料模(mo)型采用了(le)5%的瓊脂(zhi)糖水凝(ning)膠制作，其具(ju)有一定的(de)硬度、彈性模量(liang)等特性，適合(he)模擬一些(xie)常用敷料(liao)的機(jī)械響應(yīng)，此(ci)外，透明性(xing)的水(shui)凝膠也便于觀(guan)察穿刺的過(guo)程和結(jié)果，是微(wei)針研究中(zhong)常用(yong)的測(cè)試(shi)模型。

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

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度微針的應(yīng)(ying)力測(cè)試(shi)

探究了不同倒(dao)刺角(jiao)度微針的穿刺(ci)力和拔出力(li)，得到了(le)應(yīng)力(li)與位移關(guān)系的(de)曲線圖(tu)。為了體現(xiàn)(xian)出倒(dao)刺的(de)黏附力特性(xing)，計(jì)算了(le)二者之間的(de)差值，結(jié)果(guo)如下圖(tu)所示。

圖3-9 不同(tong)倒刺角度的應(yīng)(ying)力-位移曲線圖(tu)以及差值。(a)不同(tong)倒刺角度刺入(ru)力-位移(yi)曲線；(b)不同(tong)倒刺(ci)角度的(de)拔出力(li)-位移曲線；(c)拔(ba)出力與刺(ci)入力的(de)差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨(sui)著倒刺角度(du)的增(zeng)加，穿刺(ci)力和(he)拔出力(li)都隨之增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯(xian)的正相關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺(ci)角度(du)為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差值(zhi)約為(wei)0.28 N；當(dāng)角度為60°時(shí)(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每(mei)個(gè)角度(du)的差值繪(hui)制成(cheng)點(diǎn)線(xian)圖可以看(kan)出，向下的(de)倒刺可以提(ti)高微針(zhen)的黏附力(li)，但隨著角度的(de)增加(jia)，拔出(chu)力與刺(ci)入力的差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)(xian)先增大后(hou)減小(xiao)的趨(qu)勢(shì)，考慮到因(yin)為角度過(guo)大時(shí)(shi)，倒刺幾乎成水(shui)平角度，更難刺(ci)入。在45°時(shí)，其(qi)差值比(bi)30°和60°分別提高(gao)了3.9 倍和(he)9.3 倍左右(you)。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我(wo)們最終(zhong)選取了45°的倒(dao)刺微針作為(wei)后續(xù)的研究(jiu)。

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

我們?cè)O(shè)計(jì)(ji)了無倒刺、1 個(gè)(ge)倒刺、3 個(gè)倒(dao)刺和6 個(gè)(ge)倒刺(ci)的微針，倒刺角(jiao)度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試其(qi)拉應(yīng)力(li)和拔出(chu)力，結(jié)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不同(tong)個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的(de)機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)微針(zhen)模型； (b)不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

對(duì)于普通(tong)錐形微(wei)針而言，其拔出(chu)力約為0.53 N，1 個(gè)(ge)倒刺(ci)的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個(gè)(ge)倒刺的拔出力(li)約為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔出力達(dá)(da)到了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著(zhe)倒刺(ci)個(gè)數(shù)(shu)的增(zeng)加，不斷提高了(le)微針的(de)黏附力的特(te)性，6 個(gè)倒刺對(duì)比(bi)1 個(gè)倒刺拔(ba)出力(li)提高了(le)約2.6 倍。同時(shí)從圖(tu)中可(ke)以看出，刺入力(li)也有了相(xiang)應(yīng)的增(zeng)加，也證明了(le)多個(gè)倒刺提升(sheng)了微針的(de)斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針(zhen)的應(yīng)力測(cè)(ce)試

為了探究不同(tong)層數(shù)對(duì)于(yu)微針應(yīng)力的影(ying)響，我們(men)用軟件分(fen)別設(shè)計(jì)了(le)一層倒(dao)刺和兩(liang)層倒刺的(de)微針(zhen)，由于在上個(gè)(ge)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)倒(dao)刺具有最(zui)佳的性能(neng)，因此在(zai)本次實(shí)驗(yàn)中(zhong)每層也設(shè)(she)計(jì)了6 個(gè)(ge)倒刺，分(fen)別測(cè)試其(qi)穿刺力(li)和拔出力，結(jié)(jie)果如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒刺微(wei)針機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不同(tong)倒刺層(ceng)數(shù)微針模型(xing)；(b)不同倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)(ying)力-位移曲線(xian)

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的拔(ba)出力為(wei)1.37 N，二層倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N。可以(yi)看出(chu)，隨著倒刺層(ceng)數(shù)的增加(jia)，同樣也(ye)提高了微針的(de)黏附力，兩層的(de)倒刺(ci)能夠幫助微針(zhen)更好(hao)地與(yu)傷口敷料貼合(he)，增加了(le)監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定性(xing)。

參考(kao)文獻(xiàn)：付欣雨：3D 打(da)印微針電極(ji)及其生(sheng)物傳感(gan)應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位(wei)論文，2025年(nian)