為了探究倒(dao)刺角度、個數(shu)和層數對于(yu)微針穿(chuan)刺力和拔出力(li)的影(ying)響，我們(men)采用Universal TA質構儀(yi)設備模擬微(wei)針插入敷料(liao)中的(de)實驗（見(jian)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 的速度向下(xia)移動(dong)直至wanquan插入(ru)到水凝膠中，再(zai)以同樣的速度(du)向上拔出，每次(ci)測試重復(fu)三次(ci)，得到應力(li)與位移的(de)曲線關系。為了(le)探究出zuiyou的(de)微針結構，我(wo)們對不同(tong)倒刺(ci)角度的微針進(jin)行了(le)該機械性能(neng)測試(shi)。其中，敷料模(mo)型采用了(le)5%的瓊脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模(mo)量等特(te)性，適合模擬(ni)一些常用敷料(liao)的機械響(xiang)應，此外，透明(ming)性的水凝膠(jiao)也便于(yu)觀察穿刺的過(guo)程和(he)結果(guo)，是微針研究中(zhong)常用(yong)的測(ce)試模型。

圖3-8 機械(xie)性能(neng)實驗(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度微針的應(ying)力測試

探究了(le)不同倒刺角度(du)微針的穿刺(ci)力和拔出力(li)，得到了應(ying)力與(yu)位移關系的曲(qu)線圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏附(fu)力特性，計算(suan)了二者之間的(de)差值，結果如(ru)下圖所(suo)示。

圖3-9 不(bu)同倒刺角度(du)的應力-位移(yi)曲線圖以及差(cha)值。(a)不同倒刺(ci)角度刺入(ru)力-位移曲(qu)線；(b)不同倒刺角(jiao)度的拔出(chu)力-位移曲線；(c)拔(ba)出力(li)與刺(ci)入力的差值

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著(zhe)倒刺(ci)角度的增加(jia)，穿刺力(li)和拔(ba)出力(li)都隨之增大(da)，呈現(xiàn)(xian)出明顯的正(zheng)相關。當倒(dao)刺角度為30°時，穿(chuan)刺力(li)為1.57±0.004 N，拔出力為1.64±0.002 N，差(cha)值約(yue)為0.071 N；45°時，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差值約為(wei)0.28 N；當角度為(wei)60°時，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將每(mei)個角度的差(cha)值繪制成點線(xian)圖可以看(kan)出，向下的倒刺(ci)可以提高微針(zhen)的黏附力，但(dan)隨著角度的增(zeng)加，拔出力(li)與刺(ci)入力的(de)差值會(hui)呈現(xiàn)先增大后(hou)減小的趨勢(shi)，考慮到因為(wei)角度過大時(shi)，倒刺幾(ji)乎成水平角(jiao)度，更難(nan)刺入。在(zai)45°時，其(qi)差值比(bi)30°和60°分別提高了(le)3.9 倍和(he)9.3 倍左右(you)。根據(ju)以上的(de)結論，我們(men)最終選取(qu)了45°的(de)倒刺微針作(zuo)為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒刺個數(shu)微針的應力(li)測試

我們設(she)計了無倒(dao)刺、1 個倒刺、3 個倒(dao)刺和(he)6 個倒刺(ci)的微針(zhen)，倒刺角度均為(wei)45°，并同樣采用(yong)質構儀測(ce)試其拉應(ying)力和(he)拔出力，結果(guo)如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不(bu)同個數(shu)倒刺微針的機(ji)械性(xing)能測試。(a)不(bu)同倒刺個數(shu)微針模型(xing)； (b)不同倒刺個數(shu)的應(ying)力-位移曲線

對于(yu)普通錐(zhui)形微針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺的(de)拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(ge)倒刺的拔出力(li)約為1.23N，而具有(you)6 個倒刺的微(wei)針拔出力(li)達到(dao)了1.37 N?？梢钥闯?chu)，隨著倒刺個(ge)數的增(zeng)加，不斷提高(gao)了微(wei)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)高了約2.6 倍。同(tong)時從圖中(zhong)可以看(kan)出，刺入力(li)也有了相應(ying)的增加，也證明(ming)了多個(ge)倒刺提升了(le)微針的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數微(wei)針的應力測試(shi)

為了探(tan)究不同層(ceng)數對(dui)于微(wei)針應力的(de)影響，我們(men)用軟件分(fen)別設計了(le)一層倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微(wei)針，由于在(zai)上個實驗中(zhong)已經得(de)到了6 個倒刺具(ju)有最佳的性(xing)能，因(yin)此在本次(ci)實驗中每(mei)層也設(she)計了6 個(ge)倒刺，分別測試(shi)其穿刺力和(he)拔出力(li)，結果如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層數(shu)倒刺微針機械(xie)性能測(ce)試。(a)不同倒刺層(ceng)數微針(zhen)模型(xing)；(b)不同倒刺層數(shu)的應(ying)力-位(wei)移曲線

由數據可知(zhi)，一層倒刺的(de)拔出力(li)為1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔出(chu)力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著(zhe)倒刺層數的增(zeng)加，同樣也(ye)提高(gao)了微針(zhen)的黏附力，兩(liang)層的倒(dao)刺能夠(gou)幫助微針(zhen)更好地與傷口(kou)敷料貼合，增(zeng)加了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考文(wen)獻：付欣雨：3D 打(da)印微(wei)針電極及(ji)其生物傳感應(ying)用研究。碩士學(xue)位論文，2025年