為了(le)探究倒刺角(jiao)度、個(gè)數(shù)(shu)和層數(shù)(shu)對(duì)于微針穿刺(ci)力和拔出力的(de)影響，我們(men)采用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬(ni)微針插入(ru)敷料中的實(shí)驗(yàn)(yan)（見圖(tu)3-8），微針被固定(ding)在探頭上，對(duì)準(zhǔn)(zhun)平臺(tái)的敷(fu)料模型，以(yi)1 mm/s 的速度(du)向下移動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠中，再(zai)以同樣的(de)速度向(xiang)上拔出，每(mei)次測試重復(fù)(fu)三次，得到(dao)應(yīng)力(li)與位移的曲(qu)線關(guān)系。為(wei)了探究出(chu)zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對(duì)不同(tong)倒刺角度(du)的微針(zhen)進(jìn)行了(le)該機(jī)械性能測(ce)試。其中(zhong)，敷料模型采(cai)用了(le)5%的瓊脂糖水(shui)凝膠(jiao)制作，其具有一(yi)定的硬度(du)、彈性模量等(deng)特性，適合(he)模擬一些常用(yong)敷料的機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此外，透明(ming)性的水凝(ning)膠也便于觀(guan)察穿刺的(de)過程和(he)結(jié)果(guo)，是微針研究中(zhong)常用的測(ce)試模型(xing)。

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

3.2.2.1 不同(tong)倒刺角(jiao)度微(wei)針的應(yīng)力(li)測試

探究了不同(tong)倒刺(ci)角度(du)微針的穿刺力(li)和拔出力(li)，得到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)系的(de)曲線圖(tu)。為了(le)體現(xiàn)出倒刺(ci)的黏附(fu)力特性，計(jì)算了(le)二者之間的差(cha)值，結(jié)(jie)果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒(dao)刺角度的應(yīng)力(li)-位移曲線圖(tu)以及(ji)差值。(a)不(bu)同倒刺角度(du)刺入力-位(wei)移曲線；(b)不(bu)同倒刺角度的(de)拔出力-位(wei)移曲(qu)線；(c)拔出(chu)力與刺入力(li)的差值

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺角(jiao)度的增加，穿(chuan)刺力和拔出(chu)力都隨(sui)之增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯的(de)正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)勾探嵌?du)為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每個(gè)角(jiao)度的差值繪(hui)制成點(diǎn)線(xian)圖可以(yi)看出，向下(xia)的倒刺(ci)可以(yi)提高微針(zhen)的黏附力(li)，但隨著(zhe)角度(du)的增加，拔出力(li)與刺(ci)入力(li)的差值會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先增大后(hou)減小的趨勢，考(kao)慮到因?yàn)榻?jiao)度過大時(shí)，倒(dao)刺幾乎成水(shui)平角度，更難刺(ci)入。在(zai)45°時(shí)，其差值比30°和(he)60°分別提高(gao)了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我(wo)們最(zui)終選取了45°的倒(dao)刺微針(zhen)作為后(hou)續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針的(de)應(yīng)力測試

我們設(shè)計(jì)了無(wu)倒刺、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和6 個(gè)倒(dao)刺的(de)微針，倒(dao)刺角度(du)均為45°，并同樣采(cai)用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(ce)試其拉應(yīng)力(li)和拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺(ci)微針的機(jī)械(xie)性能測(ce)試。(a)不同倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針模型； (b)不(bu)同倒(dao)刺個(gè)數(shù)的(de)應(yīng)力-位移曲(qu)線

對(duì)于(yu)普通錐形微針(zhen)而言，其(qi)拔出力約為(wei)0.53 N，1 個(gè)倒刺的(de)拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約(yue)為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔出力(li)達(dá)到了(le)1.37 N?？梢钥闯觯S著(zhe)倒刺個(gè)數(shù)(shu)的增(zeng)加，不斷提高(gao)了微針的(de)黏附(fu)力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)比(bi)1 個(gè)倒刺拔(ba)出力提高(gao)了約2.6 倍。同(tong)時(shí)從圖中(zhong)可以(yi)看出，刺入力也(ye)有了(le)相應(yīng)的增加，也(ye)證明了多(duo)個(gè)倒刺提升了(le)微針的斷裂(lie)力。

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

為了探究不同(tong)層數(shù)對(duì)于微(wei)針應(yīng)力的影(ying)響，我們(men)用軟件分別設(shè)(she)計(jì)了一層倒刺(ci)和兩層(ceng)倒刺的微針(zhen)，由于在上個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)得(de)到了6 個(gè)倒(dao)刺具(ju)有最佳的性(xing)能，因此(ci)在本次實(shí)(shi)驗(yàn)中每層也設(shè)(she)計(jì)了(le)6 個(gè)倒刺，分別測(ce)試其(qi)穿刺力和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層數(shù)(shu)倒刺微(wei)針機(jī)(ji)械性能測試(shi)。(a)不同倒刺層數(shù)(shu)微針模(mo)型；(b)不同(tong)倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒刺的(de)拔出力為(wei)1.37 N，二層倒(dao)刺的拔出(chu)力為1.98 N，提升了0.71 N。可(ke)以看(kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的增加(jia)，同樣也提(ti)高了微針的黏(nian)附力，兩層(ceng)的倒刺(ci)能夠幫助(zhu)微針更好地與(yu)傷口敷(fu)料貼合(he)，增加了(le)監(jiān)測的穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻(xiàn)：付(fu)欣雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生物(wu)傳感應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論文(wen)，2025年