為了探究倒刺(ci)角度、個數(shù)和層(ceng)數(shù)對于微針(zhen)穿刺力(li)和拔出力(li)的影響(xiang)，我們采用Universal TA質(zhi)構儀設備模(mo)擬微針插(cha)入敷(fu)料中的實驗(yan)（見圖(tu)3-8），微針被固定(ding)在探頭上，對(dui)準平臺的敷(fu)料模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的速度向(xiang)下移動直至(zhi)wanquan插入(ru)到水凝膠中，再(zai)以同(tong)樣的速度向(xiang)上拔(ba)出，每次測(ce)試重復(fu)三次，得到應(ying)力與位移的(de)曲線關系(xi)。為了(le)探究出zuiyou的微(wei)針結構，我們(men)對不同倒(dao)刺角度的微(wei)針進行了該機(ji)械性能測試。其(qi)中，敷料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝膠(jiao)制作，其具有一(yi)定的硬度、彈性(xing)模量等特性(xing)，適合(he)模擬(ni)一些常(chang)用敷料的(de)機械響(xiang)應，此外，透明性(xing)的水凝膠也便(bian)于觀(guan)察穿刺的(de)過程和結果(guo)，是微(wei)針研(yan)究中常用的(de)測試模型。

圖3-8 機(ji)械性(xing)能實(shi)驗示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角(jiao)度微針的(de)應力測試

探究了不(bu)同倒(dao)刺角(jiao)度微針(zhen)的穿刺力和(he)拔出力，得到(dao)了應力與位移(yi)關系(xi)的曲(qu)線圖。為了體(ti)現(xiàn)出倒刺的(de)黏附力特(te)性，計算(suan)了二者之間的(de)差值，結果如下(xia)圖所示。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的(de)應力-位(wei)移曲線圖(tu)以及差值。(a)不同(tong)倒刺角度(du)刺入力-位(wei)移曲線；(b)不同(tong)倒刺角度的(de)拔出力-位移(yi)曲線；(c)拔出力(li)與刺入力的差(cha)值

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒刺角(jiao)度的(de)增加，穿(chuan)刺力和(he)拔出力都(dou)隨之(zhi)增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯的正(zheng)相關。當?shù)勾?ci)角度為(wei)30°時，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0.071 N；45°時(shi)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差值(zhi)約為0.28 N；當(dang)角度為(wei)60°時，穿刺(ci)力為(wei)2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每(mei)個角度的(de)差值(zhi)繪制成點(dian)線圖可以看出(chu)，向下的(de)倒刺可以提(ti)高微針(zhen)的黏(nian)附力(li)，但隨著角度(du)的增加，拔出(chu)力與(yu)刺入(ru)力的(de)差值會呈(cheng)現(xiàn)先增大后減(jian)小的趨勢(shi)，考慮到因為(wei)角度過(guo)大時(shi)，倒刺幾乎成(cheng)水平角度，更(geng)難刺入。在45°時(shi)，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(shang)的結論(lun)，我們最終選(xuan)取了45°的(de)倒刺微(wei)針作為(wei)后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個數(shù)微針的(de)應力測試(shi)

我們設計了(le)無倒刺、1 個倒刺(ci)、3 個倒刺(ci)和6 個倒刺的微(wei)針，倒(dao)刺角(jiao)度均為45°，并同樣(yang)采用質構儀(yi)測試其拉應力(li)和拔出力，結(jie)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不同(tong)個數(shù)倒刺微(wei)針的(de)機械性(xing)能測(ce)試。(a)不同倒刺(ci)個數(shù)微針模型(xing)； (b)不同倒刺個數(shù)(shu)的應力-位移曲(qu)線

對于普通(tong)錐形微針(zhen)而言，其拔(ba)出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺(ci)的拔出力約(yue)為0.80 N，3 個倒刺的拔(ba)出力(li)約為(wei)1.23N，而具有6 個倒(dao)刺的微針拔出(chu)力達(da)到了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著倒刺(ci)個數(shù)的增(zeng)加，不斷提高了(le)微針的黏附(fu)力的特性，6 個(ge)倒刺對比1 個(ge)倒刺(ci)拔出力提(ti)高了(le)約2.6 倍。同時(shi)從圖中(zhong)可以看出，刺(ci)入力也(ye)有了相(xiang)應的增加，也(ye)證明了多(duo)個倒刺(ci)提升(sheng)了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的應力測(ce)試

為了(le)探究不同層(ceng)數(shù)對于(yu)微針(zhen)應力(li)的影響，我們用(yong)軟件分別設(she)計了一層(ceng)倒刺和兩層(ceng)倒刺(ci)的微針，由于在(zai)上個實(shi)驗中已(yi)經(jīng)得到了(le)6 個倒刺具有最(zui)佳的性能，因此(ci)在本次(ci)實驗(yan)中每層也設計(ji)了6 個倒刺，分(fen)別測試其穿刺(ci)力和拔出力，結(jie)果如圖3-11 所示。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微針機(ji)械性能測(ce)試。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)(shu)微針模(mo)型；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應力-位(wei)移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺(ci)的拔出力為1.37 N，二(er)層倒刺的拔出(chu)力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N。可以看(kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的增加(jia)，同樣也提(ti)高了(le)微針(zhen)的黏附力，兩層(ceng)的倒刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更(geng)好地(di)與傷口敷料貼(tie)合，增加了(le)監(jiān)測(ce)的穩(wěn)定性。

參考文獻：付欣(xin)雨：3D 打印微針電(dian)極及其生(sheng)物傳感應(ying)用研究。碩士學(xue)位論文，2025年