為了探(tan)究倒刺(ci)角度、個數(shù)和(he)層數(shù)對于(yu)微針穿刺力和(he)拔出力的影(ying)響，我(wo)們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬微針(zhen)插入(ru)敷料(liao)中的實驗（見圖(tu)3-8），微針被固(gu)定在探頭上，對(dui)準(zhǔn)平臺的(de)敷料模型(xing)，以1 mm/s 的速度向下(xia)移動直至(zhi)wanquan插入到水凝膠(jiao)中，再以同樣(yang)的速度(du)向上拔出，每次(ci)測試重復(fù)(fu)三次，得到應(yīng)力(li)與位移的(de)曲線關(guān)系(xi)。為了探(tan)究出zuiyou的(de)微針結(jié)構(gòu)(gou)，我們(men)對不同(tong)倒刺角(jiao)度的(de)微針(zhen)進行了該機(ji)械性(xing)能測試(shi)。其中，敷料(liao)模型采(cai)用了(le)5%的瓊脂糖水凝(ning)膠制作，其具(ju)有一定的硬(ying)度、彈性模(mo)量等特性(xing)，適合模(mo)擬一些(xie)常用敷(fu)料的機械響(xiang)應(yīng)，此外，透(tou)明性的(de)水凝膠也便于(yu)觀察(cha)穿刺的過程和(he)結(jié)果，是微針(zhen)研究中常用的(de)測試模(mo)型。

圖3-8 機械(xie)性能實驗(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的(de)應(yīng)力(li)測試

探究了(le)不同倒刺角(jiao)度微針(zhen)的穿刺力和拔(ba)出力，得到了(le)應(yīng)力與位(wei)移關(guān)(guan)系的曲線圖。為(wei)了體現(xiàn)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性，計算了二(er)者之(zhi)間的差值，結(jié)(jie)果如下圖所示(shi)。

圖3-9 不同倒(dao)刺角度(du)的應(yīng)(ying)力-位移曲線(xian)圖以及(ji)差值。(a)不同倒(dao)刺角度刺入力(li)-位移曲(qu)線；(b)不同(tong)倒刺角度的拔(ba)出力-位(wei)移曲線(xian)；(c)拔出力與(yu)刺入力(li)的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以(yi)看出(chu)， 隨著倒刺角度(du)的增加，穿刺(ci)力和拔出力都(dou)隨之增(zeng)大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的正(zheng)相關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺角度(du)為30°時，穿刺(ci)力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時，穿刺(ci)力為(wei)1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差值(zhi)約為0.28 N；當(dāng)角度為(wei)60°時，穿刺(ci)力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將(jiang)每個角度(du)的差(cha)值繪制成(cheng)點線(xian)圖可以(yi)看出，向下(xia)的倒(dao)刺可以提高(gao)微針的(de)黏附(fu)力，但隨(sui)著角度(du)的增加(jia)，拔出力與(yu)刺入(ru)力的(de)差值會呈現(xiàn)(xian)先增(zeng)大后減小(xiao)的趨勢(shi)，考慮到因(yin)為角度(du)過大時，倒刺幾(ji)乎成水(shui)平角度，更難(nan)刺入。在45°時(shi)，其差值比30°和60°分(fen)別提高(gao)了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)(ju)以上(shang)的結(jié)論，我們(men)最終(zhong)選取了(le)45°的倒刺微針作(zuo)為后續(xù)的研究(jiu)。

3.2.2.2 不同倒刺個數(shù)(shu)微針(zhen)的應(yīng)力測(ce)試

我們設(shè)(she)計了無倒刺(ci)、1 個倒刺、3 個倒(dao)刺和6 個(ge)倒刺的(de)微針，倒刺角(jiao)度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測試其拉(la)應(yīng)力和(he)拔出(chu)力，結(jié)(jie)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)的機(ji)械性能(neng)測試。(a)不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)微針(zhen)模型； (b)不同倒刺(ci)個數(shù)的應(yīng)力(li)-位移曲(qu)線

對于普通(tong)錐形微針(zhen)而言，其拔出力(li)約為0.53 N，1 個倒刺(ci)的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個倒(dao)刺的拔出力(li)約為1.23N，而具有6 個(ge)倒刺(ci)的微(wei)針拔(ba)出力達到了1.37 N。可(ke)以看出，隨(sui)著倒(dao)刺個數(shù)的(de)增加(jia)，不斷提高了微(wei)針的黏附力的(de)特性，6 個(ge)倒刺對(dui)比1 個倒(dao)刺拔出力提高(gao)了約2.6 倍。同時(shi)從圖(tu)中可以看(kan)出，刺入力也有(you)了相應(yīng)的增(zeng)加，也(ye)證明了多個(ge)倒刺提升(sheng)了微針的斷裂(lie)力。

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

為了探究不同(tong)層數(shù)對(dui)于微針(zhen)應(yīng)力的(de)影響，我(wo)們用軟件(jian)分別(bie)設(shè)計了一層倒(dao)刺和兩(liang)層倒刺的微針(zhen)，由于在上個實(shi)驗中已經(jīng)得(de)到了6 個倒刺(ci)具有最佳(jia)的性能(neng)，因此在本次(ci)實驗(yan)中每(mei)層也設(shè)計(ji)了6 個倒刺，分(fen)別測試其(qi)穿刺力和拔出(chu)力，結(jié)果如(ru)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)微(wei)針模型；(b)不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)的應(yīng)力-位移(yi)曲線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.37 N，二層倒刺的拔(ba)出力(li)為1.98 N，提升了0.71 N?？?ke)以看出，隨(sui)著倒刺層(ceng)數(shù)的(de)增加，同樣(yang)也提高了(le)微針(zhen)的黏附力，兩層(ceng)的倒刺能夠幫(bang)助微(wei)針更(geng)好地與傷(shang)口敷料貼(tie)合，增加了監(jiān)測(ce)的穩(wěn)定性。

參考(kao)文獻(xian)：付欣雨(yu)：3D 打印微針電極(ji)及其生物傳感(gan)應(yīng)用研究。碩士(shi)學(xué)位論文(wen)，2025年