為了探(tan)究倒(dao)刺角度、個數(shù)(shu)和層數(shù)對于(yu)微針穿刺力(li)和拔(ba)出力(li)的影響(xiang)，我們采用Universal TA質構(gou)儀設備模(mo)擬微針插(cha)入敷料中(zhong)的實驗(yan)（見圖3-8），微針被(bei)固定在探頭(tou)上，對準平(ping)臺的敷料模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度向下(xia)移動直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠(jiao)中，再以同(tong)樣的速度向上(shang)拔出(chu)，每次測試重(zhong)復三次(ci)，得到應力(li)與位(wei)移的曲線(xian)關系(xi)。為了探(tan)究出zuiyou的微(wei)針結構，我們(men)對不(bu)同倒刺角度的(de)微針進(jin)行了(le)該機械(xie)性能(neng)測試。其中，敷(fu)料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模(mo)量等特性(xing)，適合模(mo)擬一些常(chang)用敷料(liao)的機械(xie)響應(ying)，此外，透(tou)明性的水凝(ning)膠也便(bian)于觀察穿刺(ci)的過(guo)程和結果(guo)，是微針研究中(zhong)常用的(de)測試模型。

圖3-8 機械性能(neng)實驗示(shi)意圖

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度(du)微針的應力(li)測試

探究了不(bu)同倒刺角度微(wei)針的穿刺力和(he)拔出力，得到了(le)應力與位移關(guan)系的曲線圖(tu)。為了體(ti)現(xiàn)出倒(dao)刺的黏附(fu)力特性(xing)，計算了(le)二者之(zhi)間的(de)差值，結果如(ru)下圖所(suo)示。

圖3-9 不(bu)同倒刺角度的(de)應力(li)-位移曲線(xian)圖以及差(cha)值。(a)不(bu)同倒刺角度(du)刺入(ru)力-位移(yi)曲線；(b)不同倒(dao)刺角(jiao)度的拔出(chu)力-位移(yi)曲線；(c)拔出力與(yu)刺入力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著(zhe)倒刺角度的(de)增加(jia)，穿刺力和拔(ba)出力都(dou)隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)出明(ming)顯的正相關(guan)。當?shù)勾探嵌葹?wei)30°時，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差(cha)值約(yue)為0.071 N；45°時，穿(chuan)刺力(li)為1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當角度(du)為60°時，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值(zhi)約為(wei)0.03 N。將每個角度(du)的差值繪制成(cheng)點線圖可(ke)以看出，向下的(de)倒刺(ci)可以提高微(wei)針的黏(nian)附力，但隨著角(jiao)度的增(zeng)加，拔出力與(yu)刺入力的(de)差值會呈現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小的趨(qu)勢，考(kao)慮到因為角度(du)過大時，倒刺(ci)幾乎(hu)成水平角(jiao)度，更(geng)難刺入。在45°時(shi)，其差(cha)值比30°和60°分別提(ti)高了3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上的(de)結論，我們最終(zhong)選取了45°的(de)倒刺(ci)微針作為后續(xù)(xu)的研究。

3.2.2.2 不同倒刺個數(shù)(shu)微針的應力測(ce)試

我們設計了無(wu)倒刺、1 個倒刺、3 個(ge)倒刺和(he)6 個倒刺(ci)的微針，倒(dao)刺角(jiao)度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhi)構儀測試(shi)其拉應(ying)力和(he)拔出力，結果如(ru)圖3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)(shu)倒刺微針的(de)機械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微(wei)針模(mo)型； (b)不同(tong)倒刺個數(shù)的(de)應力-位(wei)移曲線

對于(yu)普通錐形微(wei)針而言，其拔(ba)出力約為(wei)0.53 N，1 個倒刺的拔出(chu)力約(yue)為0.80 N，3 個倒刺的拔(ba)出力約為1.23N，而具(ju)有6 個倒(dao)刺的微針拔出(chu)力達到了1.37 N?？梢?yi)看出(chu)，隨著倒刺(ci)個數(shù)的增加(jia)，不斷提高(gao)了微針的黏附(fu)力的(de)特性(xing)，6 個倒刺對比1 個(ge)倒刺拔出(chu)力提(ti)高了約2.6 倍(bei)。同時從(cong)圖中可以看(kan)出，刺入力也有(you)了相應的增(zeng)加，也證明(ming)了多個倒刺提(ti)升了微(wei)針的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數(shù)微(wei)針的應力測(ce)試

為了探究不同(tong)層數(shù)(shu)對于微針(zhen)應力的(de)影響，我們用軟(ruan)件分別設(she)計了一層(ceng)倒刺(ci)和兩層倒刺的(de)微針，由于在上(shang)個實(shi)驗中已經得(de)到了6 個倒刺具(ju)有最(zui)佳的性能，因(yin)此在本次實(shi)驗中每層(ceng)也設計了6 個倒(dao)刺，分別測試其(qi)穿刺(ci)力和拔出(chu)力，結果(guo)如圖(tu)3-11 所示。

圖3-11 不同(tong)層數(shù)(shu)倒刺微針機(ji)械性能(neng)測試(shi)。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)(shu)微針模型(xing)；(b)不同倒(dao)刺層數(shù)的(de)應力(li)-位移曲線(xian)

由數(shù)據(jù)(ju)可知，一層倒(dao)刺的拔出力(li)為1.37 N，二(er)層倒(dao)刺的拔出力(li)為1.98 N，提升了0.71 N?？?ke)以看出，隨著(zhe)倒刺層數(shù)(shu)的增(zeng)加，同樣也(ye)提高(gao)了微(wei)針的黏附力(li)，兩層的倒刺能(neng)夠幫助(zhu)微針更好(hao)地與傷口敷(fu)料貼(tie)合，增加了(le)監(jiān)測的(de)穩(wěn)定(ding)性。

參考文(wen)獻：付欣雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生物傳感(gan)應用(yong)研究。碩士(shi)學位論文(wen)，2025年