為了(le)探究倒刺角(jiao)度、個數(shù)和層(ceng)數(shù)對于(yu)微針穿(chuan)刺力和拔出(chu)力的影響，我們(men)采用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備模擬(ni)微針(zhen)插入(ru)敷料中的實(shí)驗(yàn)(yan)（見圖3-8），微(wei)針被固定在(zai)探頭(tou)上，對(dui)準(zhǔn)平臺的敷(fu)料模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的速度向下(xia)移動(dong)直至wanquan插入(ru)到水凝(ning)膠中，再(zai)以同樣(yang)的速(su)度向上拔(ba)出，每次測試(shi)重復(fù)(fu)三次，得到應(yīng)(ying)力與(yu)位移的曲(qu)線關(guān)系(xi)。為了探(tan)究出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對不(bu)同倒刺角度(du)的微(wei)針進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能測(ce)試。其中，敷料(liao)模型采用(yong)了5%的瓊脂(zhi)糖水(shui)凝膠制(zhi)作，其(qi)具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模(mo)量等特性，適合(he)模擬一些(xie)常用敷料(liao)的機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此外(wai)，透明性的水(shui)凝膠(jiao)也便(bian)于觀察穿(chuan)刺的過程和(he)結(jié)果，是微(wei)針研究中(zhong)常用的(de)測試模型。

圖3-8 機(jī)(ji)械性能實(shí)驗(yàn)示(shi)意圖

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的應(yīng)(ying)力測試

探究了不同(tong)倒刺角度微針(zhen)的穿刺(ci)力和(he)拔出力(li)，得到(dao)了應(yīng)力與(yu)位移關(guān)系(xi)的曲線(xian)圖。為了(le)體現(xiàn)出倒刺(ci)的黏附力特性(xing)，計(jì)算了二者之(zhi)間的(de)差值(zhi)，結(jié)果如(ru)下圖所(suo)示。

圖3-9 不同(tong)倒刺角度的應(yīng)(ying)力-位移(yi)曲線圖以及差(cha)值。(a)不同倒刺(ci)角度刺(ci)入力-位移(yi)曲線(xian)；(b)不同倒刺(ci)角度的拔(ba)出力-位(wei)移曲線；(c)拔(ba)出力(li)與刺入(ru)力的差值

由3-9(a)(b)可(ke)以看出， 隨著(zhe)倒刺(ci)角度的增加(jia)，穿刺(ci)力和(he)拔出(chu)力都隨之增(zeng)大，呈(cheng)現(xiàn)出(chu)明顯(xian)的正相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度為(wei)30°時，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)角(jiao)度為60°時，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差(cha)值約(yue)為0.03 N。將每個角(jiao)度的差(cha)值繪制成點(diǎn)(dian)線圖可以看出(chu)，向下(xia)的倒(dao)刺可以(yi)提高微針的(de)黏附力，但隨(sui)著角(jiao)度的(de)增加，拔出力與(yu)刺入力的差(cha)值會呈現(xiàn)先增(zeng)大后(hou)減小的趨勢，考(kao)慮到因?yàn)?wei)角度過(guo)大時(shi)，倒刺幾乎(hu)成水平角度(du)，更難刺入(ru)。在45°時(shi)，其差值比30°和(he)60°分別提高(gao)了3.9 倍和(he)9.3 倍左右。根據(jù)(ju)以上(shang)的結(jié)論，我們最(zui)終選取了45°的倒(dao)刺微(wei)針作(zuo)為后續(xù)(xu)的研究(jiu)。

3.2.2.2 不同倒刺個數(shù)(shu)微針(zhen)的應(yīng)力測(ce)試

我們設(shè)計(jì)(ji)了無倒(dao)刺、1 個(ge)倒刺、3 個(ge)倒刺(ci)和6 個倒刺的微(wei)針，倒刺(ci)角度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試其(qi)拉應(yīng)力和拔(ba)出力(li)，結(jié)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不同個(ge)數(shù)倒刺微針的(de)機(jī)械性能測試(shi)。(a)不同倒刺(ci)個數(shù)(shu)微針模型； (b)不(bu)同倒刺個數(shù)的(de)應(yīng)力-位(wei)移曲線(xian)

對于(yu)普通錐(zhui)形微(wei)針而言，其(qi)拔出力約為(wei)0.53 N，1 個倒刺的拔出(chu)力約為(wei)0.80 N，3 個倒刺的(de)拔出力約(yue)為1.23N，而具有6 個(ge)倒刺的(de)微針(zhen)拔出力達(dá)(da)到了1.37 N。可以(yi)看出(chu)，隨著倒刺(ci)個數(shù)(shu)的增加，不斷提(ti)高了微(wei)針的黏附力的(de)特性，6 個(ge)倒刺對比1 個倒(dao)刺拔出力提(ti)高了約2.6 倍。同(tong)時從圖中可以(yi)看出，刺(ci)入力也有(you)了相應(yīng)的(de)增加，也證明(ming)了多個倒(dao)刺提升(sheng)了微針的斷(duan)裂力。

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

為了探究(jiu)不同層數(shù)對(dui)于微針應(yīng)力(li)的影響，我們(men)用軟件(jian)分別設(shè)計(jì)了一(yi)層倒刺和兩層(ceng)倒刺(ci)的微針，由(you)于在上(shang)個實(shí)驗(yàn)(yan)中已經(jīng)得(de)到了6 個倒刺(ci)具有最佳的性(xing)能，因此在(zai)本次實(shí)驗(yàn)中每(mei)層也設(shè)計(jì)了6 個(ge)倒刺(ci)，分別測試(shi)其穿刺力和(he)拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同(tong)層數(shù)倒刺微(wei)針機(jī)(ji)械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)微針模型(xing)；(b)不同倒刺層(ceng)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位(wei)移曲線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的(de)拔出力(li)為1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出(chu)力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N。可以看出(chu)，隨著倒刺層數(shù)(shu)的增加，同樣也(ye)提高了微針(zhen)的黏(nian)附力，兩層的倒(dao)刺能夠幫助微(wei)針更好地與傷(shang)口敷(fu)料貼合，增加(jia)了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨(yu)：3D 打印微(wei)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)