為了探(tan)究倒刺(ci)角度、個數(shù)和(he)層數(shù)對(dui)于微針穿刺(ci)力和拔出力(li)的影響(xiang)，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備模擬(ni)微針插入敷料(liao)中的實(shi)驗（見圖3-8），微針被(bei)固定在探頭上(shang)，對準平臺的敷(fu)料模型，以(yi)1 mm/s 的速度向下移(yi)動直至(zhi)wanquan插入到水凝(ning)膠中，再以同樣(yang)的速度向上(shang)拔出，每次(ci)測試重復(fù)(fu)三次，得到(dao)應(yīng)力與位移(yi)的曲(qu)線關(guān)(guan)系。為了探究(jiu)出zuiyou的微針(zhen)結(jié)構(gòu)，我(wo)們對不同倒刺(ci)角度的微針(zhen)進行了(le)該機械性(xing)能測試。其中(zhong)，敷料模型(xing)采用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝膠制(zhi)作，其具有一定(ding)的硬度(du)、彈性模量等(deng)特性，適合模擬(ni)一些(xie)常用敷料的機(ji)械響應(yīng)，此外(wai)，透明性的水凝(ning)膠也便于觀(guan)察穿(chuan)刺的過程(cheng)和結(jié)(jie)果，是微針研究(jiu)中常用的測(ce)試模(mo)型。

圖3-8 機械性能實(shi)驗示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度微(wei)針的應(yīng)(ying)力測試

探究了不同(tong)倒刺角度微針(zhen)的穿(chuan)刺力和(he)拔出(chu)力，得(de)到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)(guan)系的曲(qu)線圖。為(wei)了體現(xiàn)出(chu)倒刺的黏附(fu)力特性(xing)，計算了(le)二者之間的(de)差值，結(jié)果如(ru)下圖(tu)所示(shi)。

圖3-9 不同(tong)倒刺角度(du)的應(yīng)力-位移(yi)曲線(xian)圖以及(ji)差值。(a)不同(tong)倒刺角(jiao)度刺入(ru)力-位移曲(qu)線；(b)不同(tong)倒刺角(jiao)度的(de)拔出力-位(wei)移曲線；(c)拔出力(li)與刺入力的差(cha)值

由3-9(a)(b)可(ke)以看出， 隨(sui)著倒刺角度(du)的增加，穿(chuan)刺力(li)和拔出力(li)都隨之增(zeng)大，呈(cheng)現(xiàn)出明(ming)顯的正相(xiang)關(guān)。當?shù)勾探嵌?du)為30°時(shi)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約為0.071 N；45°時(shi)，穿刺力為1.7±002 N，拔(ba)出力為1.98±003N，差值(zhi)約為(wei)0.28 N；當角度為60°時(shi)，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出力(li)為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將(jiang)每個角(jiao)度的差值(zhi)繪制(zhi)成點線圖可以(yi)看出，向(xiang)下的倒(dao)刺可以提高微(wei)針的黏附(fu)力，但(dan)隨著(zhe)角度的增加，拔(ba)出力與刺入力(li)的差值(zhi)會呈現(xiàn)先增(zeng)大后減小的(de)趨勢(shi)，考慮到因為角(jiao)度過大時，倒刺(ci)幾乎(hu)成水(shui)平角度，更難(nan)刺入。在45°時(shi)，其差值比(bi)30°和60°分別提(ti)高了(le)3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我們(men)最終選取(qu)了45°的倒(dao)刺微(wei)針作(zuo)為后續(xù)的研究(jiu)。

3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微針的應(yīng)(ying)力測試

我們(men)設(shè)計了(le)無倒(dao)刺、1 個(ge)倒刺、3 個倒(dao)刺和6 個倒刺的(de)微針，倒刺角度(du)均為45°，并(bing)同樣采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(ce)試其拉(la)應(yīng)力和(he)拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示。

圖3-10 不(bu)同個數(shù)倒刺微(wei)針的機械性能(neng)測試。(a)不同倒刺(ci)個數(shù)微針模(mo)型； (b)不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

對于普通錐形(xing)微針(zhen)而言，其(qi)拔出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺的拔(ba)出力(li)約為0.80 N，3 個(ge)倒刺的拔(ba)出力(li)約為(wei)1.23N，而具有6 個倒(dao)刺的微(wei)針拔出力(li)達到了1.37 N?？?ke)以看出，隨(sui)著倒刺個數(shù)(shu)的增加，不斷(duan)提高了微針的(de)黏附力的(de)特性(xing)，6 個倒刺對(dui)比1 個(ge)倒刺(ci)拔出力提高(gao)了約2.6 倍。同(tong)時從圖中(zhong)可以看(kan)出，刺入力也(ye)有了相(xiang)應(yīng)的增加(jia)，也證明了多(duo)個倒(dao)刺提升了微針(zhen)的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微針的應(yīng)(ying)力測試

為了探究不(bu)同層數(shù)對于(yu)微針應(yīng)力的(de)影響，我們(men)用軟(ruan)件分別設(shè)計(ji)了一層倒(dao)刺和兩層倒(dao)刺的微針(zhen)，由于(yu)在上個實驗中(zhong)已經(jīng)(jing)得到了6 個(ge)倒刺具有(you)最佳(jia)的性(xing)能，因此在(zai)本次實驗中每(mei)層也設(shè)(she)計了(le)6 個倒刺，分別測(ce)試其穿(chuan)刺力和拔(ba)出力，結(jié)果如圖(tu)3-11 所示。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微(wei)針機械(xie)性能測試(shi)。(a)不同倒(dao)刺層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同(tong)倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層(ceng)倒刺的(de)拔出力為(wei)1.37 N，二層(ceng)倒刺(ci)的拔出(chu)力為1.98 N，提(ti)升了(le)0.71 N?？梢?yi)看出，隨(sui)著倒(dao)刺層數(shù)的增加(jia)，同樣也提高(gao)了微針的黏附(fu)力，兩層的倒刺(ci)能夠幫助微針(zhen)更好地與傷口(kou)敷料貼合，增加(jia)了監(jiān)測的(de)穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻：付(fu)欣雨：3D 打印微針(zhen)電極(ji)及其(qi)生物傳感應(yīng)(ying)用研究(jiu)。碩士學(xué)位(wei)論文，2025年