為了探(tan)究倒刺(ci)角度(du)、個(gè)數(shù)和層數(shù)(shu)對(duì)于(yu)微針(zhen)穿刺力和拔(ba)出力的(de)影響，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)備模(mo)擬微針(zhen)插入敷料中(zhong)的實(shí)驗(yàn)（見圖(tu)3-8），微針被(bei)固定(ding)在探頭上(shang)，對(duì)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速(su)度向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插入到(dao)水凝膠中，再(zai)以同樣的(de)速度向上拔(ba)出，每(mei)次測(cè)試(shi)重復(fù)三次，得(de)到應(yīng)(ying)力與(yu)位移的曲(qu)線關(guān)系。為了探(tan)究出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對(duì)不(bu)同倒刺角度(du)的微針(zhen)進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能測(cè)試(shi)。其中，敷(fu)料模型采用了(le)5%的瓊(qiong)脂糖水(shui)凝膠制作，其(qi)具有一定的(de)硬度、彈性模量(liang)等特性，適合(he)模擬(ni)一些常用敷(fu)料的機(jī)械響應(yīng)(ying)，此外，透(tou)明性(xing)的水(shui)凝膠也(ye)便于觀察穿(chuan)刺的(de)過程和結(jié)果(guo)，是微針研究中(zhong)常用的(de)測(cè)試(shi)模型(xing)。

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

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度(du)微針的應(yīng)力(li)測(cè)試

探究了不同(tong)倒刺角度(du)微針的穿刺(ci)力和拔出力(li)，得到(dao)了應(yīng)(ying)力與位(wei)移關(guān)系的曲線(xian)圖。為(wei)了體現(xiàn)(xian)出倒刺的(de)黏附力特(te)性，計(jì)算了二者(zhe)之間的差(cha)值，結(jié)果如下(xia)圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒(dao)刺角度的應(yīng)力(li)-位移(yi)曲線圖(tu)以及差值(zhi)。(a)不同倒刺角(jiao)度刺入力-位移(yi)曲線；(b)不同倒(dao)刺角(jiao)度的拔出(chu)力-位移曲(qu)線；(c)拔出力(li)與刺入(ru)力的差值

由3-9(a)(b)可(ke)以看(kan)出， 隨(sui)著倒刺角度的(de)增加，穿刺(ci)力和(he)拔出力都隨之(zhi)增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯的(de)正相(xiang)關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺(ci)角度為(wei)30°時(shí)，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿(chuan)刺力為2.55±004 N，拔出力(li)為2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角(jiao)度的差值繪制(zhi)成點(diǎn)線(xian)圖可(ke)以看出(chu)，向下的(de)倒刺可(ke)以提(ti)高微針(zhen)的黏附力(li)，但隨著(zhe)角度的增(zeng)加，拔出力(li)與刺入力(li)的差值會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小的(de)趨勢(shì)，考慮到因(yin)為角度過大時(shí)(shi)，倒刺(ci)幾乎成(cheng)水平角(jiao)度，更難刺入。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(gen)據(jù)以上的結(jié)(jie)論，我(wo)們最(zui)終選(xuan)取了45°的(de)倒刺微針作(zuo)為后續(xù)(xu)的研究。

3.2.2.2 不同倒刺個(gè)數(shù)(shu)微針(zhen)的應(yīng)力測(cè)試

我們?cè)O(shè)計(jì)了(le)無倒刺、1 個(gè)(ge)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺和6 個(gè)(ge)倒刺的微針(zhen)，倒刺角度均(jun)為45°，并同樣采(cai)用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(cè)試(shi)其拉(la)應(yīng)力和拔出力(li)，結(jié)果如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不(bu)同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不(bu)同倒(dao)刺個(gè)數(shù)微(wei)針模型(xing)； (b)不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲(qu)線

對(duì)于普通錐(zhui)形微針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒刺的拔(ba)出力約為(wei)0.80 N，3 個(gè)倒刺的拔出(chu)力約(yue)為1.23N，而具有(you)6 個(gè)倒刺的微針(zhen)拔出力達(dá)到了(le)1.37 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒刺個(gè)(ge)數(shù)的(de)增加，不斷(duan)提高了(le)微針的黏附(fu)力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺(ci)對(duì)比1 個(gè)倒刺(ci)拔出力(li)提高了約2.6 倍。同(tong)時(shí)從(cong)圖中可(ke)以看(kan)出，刺入(ru)力也(ye)有了相(xiang)應(yīng)的增加，也(ye)證明了多個(gè)倒(dao)刺提升了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的(de)應(yīng)力測(cè)試

為了探究(jiu)不同層數(shù)對(duì)(dui)于微針應(yīng)力的(de)影響，我們用(yong)軟件分別設(shè)(she)計(jì)了一層(ceng)倒刺和(he)兩層倒刺的微(wei)針，由于在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中(zhong)已經(jīng)得到了6 個(gè)(ge)倒刺(ci)具有(you)最佳的性能，因(yin)此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)中每層也(ye)設(shè)計(jì)了6 個(gè)倒刺(ci)，分別(bie)測(cè)試其穿刺(ci)力和拔出力(li)，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微針機(jī)(ji)械性能測(cè)試(shi)。(a)不同(tong)倒刺層(ceng)數(shù)微針模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移(yi)曲線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒(dao)刺的拔出(chu)力為(wei)1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出力為(wei)1.98 N，提升(sheng)了0.71 N。可以看(kan)出，隨著(zhe)倒刺(ci)層數(shù)的增加(jia)，同樣(yang)也提高了微(wei)針的黏附力(li)，兩層的(de)倒刺能夠(gou)幫助微針更(geng)好地與傷口敷(fu)料貼合，增加了(le)監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定(ding)性。

參考文(wen)獻(xiàn)：付欣雨(yu)：3D 打印微(wei)針電(dian)極及(ji)其生物傳感應(yīng)(ying)用研究。碩士(shi)學(xué)位論文，2025年