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(de)影響，我(wo)們采用Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬(ni)微針(zhen)插入敷料中的(de)實(shí)驗(yàn)（見圖3-8），微(wei)針被(bei)固定(ding)在探頭上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷(fu)料模型，以1 mm/s 的(de)速度向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插入到(dao)水凝(ning)膠中，再(zai)以同樣的(de)速度向上拔(ba)出，每(mei)次測試重(zhong)復(fù)三次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的(de)曲線關(guān)(guan)系。為了探(tan)究出zuiyou的微針(zhen)結(jié)構(gòu)，我(wo)們對(duì)不同(tong)倒刺角度的微(wei)針進(jìn)行了該機(jī)(ji)械性(xing)能測試。其中，敷(fu)料模(mo)型采用了5%的(de)瓊脂糖水凝(ning)膠制作，其具有(you)一定(ding)的硬度、彈性(xing)模量等(deng)特性，適(shi)合模擬一些(xie)常用敷料(liao)的機(jī)械響應(yīng)，此(ci)外，透明性的水(shui)凝膠也便于觀(guan)察穿刺的過程(cheng)和結(jié)(jie)果，是微(wei)針研(yan)究中常(chang)用的(de)測試模(mo)型。

圖3-8 機(jī)械性(xing)能實(shí)驗(yàn)(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針的應(yīng)力測(ce)試

探究了不(bu)同倒刺角度微(wei)針的穿刺力和(he)拔出力，得(de)到了應(yīng)力與(yu)位移關(guān)系的(de)曲線圖。為(wei)了體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏附(fu)力特性，計(jì)算(suan)了二者(zhe)之間的差值(zhi)，結(jié)果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不(bu)同倒刺角度(du)的應(yīng)力-位(wei)移曲(qu)線圖以及差(cha)值。(a)不同倒刺(ci)角度刺入力-位(wei)移曲(qu)線；(b)不(bu)同倒刺角度的(de)拔出力-位移(yi)曲線；(c)拔出力與(yu)刺入力的(de)差值

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒刺(ci)角度(du)的增加，穿(chuan)刺力(li)和拔出(chu)力都(dou)隨之增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯(xian)的正相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度為(wei)30°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角(jiao)度為60°時(shí)，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出力為(wei)2.58±003 N，差值(zhi)約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角度(du)的差值(zhi)繪制成(cheng)點(diǎn)線圖可以(yi)看出，向(xiang)下的倒刺(ci)可以提高微針(zhen)的黏附力(li)，但隨著角度的(de)增加，拔(ba)出力與刺入(ru)力的差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)先增(zeng)大后減小的(de)趨勢(shi)，考慮(lv)到因?yàn)榻嵌冗^(guo)大時(shí)，倒刺幾(ji)乎成水平角(jiao)度，更難刺入(ru)。在45°時(shí)，其差值比(bi)30°和60°分別提高(gao)了3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根(gen)據(jù)以上的結(jié)(jie)論，我們最終選(xuan)取了45°的(de)倒刺微針作(zuo)為后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測試

我們設(shè)計(jì)(ji)了無(wu)倒刺、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和(he)6 個(gè)倒刺的微(wei)針，倒刺角(jiao)度均為45°，并同樣(yang)采用質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試其拉應(yīng)力和(he)拔出力(li)，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示。

圖3-10 不同(tong)個(gè)數(shù)倒刺微(wei)針的機(jī)(ji)械性能測(ce)試。(a)不(bu)同倒刺個(gè)數(shù)(shu)微針模型； (b)不(bu)同倒刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移(yi)曲線(xian)

對(duì)于普通錐形(xing)微針而言，其(qi)拔出力約為0.53 N，1 個(gè)(ge)倒刺的拔出力(li)約為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約為(wei)1.23N，而具有6 個(gè)倒刺(ci)的微針拔出(chu)力達(dá)到了(le)1.37 N?？梢钥闯?，隨著(zhe)倒刺個(gè)數(shù)的增(zeng)加，不斷提(ti)高了微針(zhen)的黏(nian)附力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)比1 個(gè)(ge)倒刺拔出力提(ti)高了約2.6 倍(bei)。同時(shí)從圖(tu)中可以看出，刺(ci)入力也有(you)了相應(yīng)的增加(jia)，也證明了多個(gè)(ge)倒刺提(ti)升了微(wei)針的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測(ce)試

為了(le)探究(jiu)不同層數(shù)(shu)對(duì)于微(wei)針應(yīng)力的影(ying)響，我們用(yong)軟件分別(bie)設(shè)計(jì)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒(dao)刺的微針(zhen)，由于在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中(zhong)已經(jīng)得(de)到了(le)6 個(gè)倒刺具(ju)有最(zui)佳的性(xing)能，因此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)中每層(ceng)也設(shè)(she)計(jì)了6 個(gè)倒刺，分(fen)別測試(shi)其穿刺(ci)力和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒刺(ci)微針機(jī)械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)的(de)應(yīng)力-位移(yi)曲線(xian)

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒(dao)刺的拔(ba)出力為1.37 N，二(er)層倒刺的(de)拔出力(li)為1.98 N，提(ti)升了0.71 N。可以(yi)看出，隨著倒刺(ci)層數(shù)的增加，同(tong)樣也提高(gao)了微針的(de)黏附(fu)力，兩層(ceng)的倒刺(ci)能夠幫助(zhu)微針更好地(di)與傷口敷(fu)料貼合，增加(jia)了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

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