為了探(tan)究倒刺角度、個(gè)(ge)數(shù)和(he)層數(shù)對(duì)(dui)于微針(zhen)穿刺力(li)和拔(ba)出力的影響(xiang)，我們(men)采用Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀設(shè)備模(mo)擬微針(zhen)插入敷(fu)料中的實(shí)(shi)驗(yàn)（見圖3-8），微針(zhen)被固定在(zai)探頭上，對(duì)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷料(liao)模型，以1 mm/s 的速(su)度向下(xia)移動(dòng)直至wanquan插(cha)入到水(shui)凝膠中，再以(yi)同樣的速度向(xiang)上拔出，每次(ci)測(cè)試(shi)重復(fù)三次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的曲線(xian)關(guān)系。為了探(tan)究出zuiyou的(de)微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對(duì)不(bu)同倒刺角度的(de)微針進(jìn)(jin)行了該機(jī)械(xie)性能測(cè)試(shi)。其中，敷(fu)料模型采用(yong)了5%的瓊脂糖(tang)水凝膠制作，其(qi)具有一(yi)定的硬(ying)度、彈性模量(liang)等特性(xing)，適合模擬一(yi)些常用(yong)敷料的機(jī)(ji)械響應(yīng)，此(ci)外，透明性的水(shui)凝膠也(ye)便于觀察(cha)穿刺(ci)的過(guò)程和結(jié)果(guo)，是微針研究(jiu)中常(chang)用的測(cè)(ce)試模型。

圖3-8 機(jī)械性能實(shí)(shi)驗(yàn)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度(du)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測(cè)試

探究了不(bu)同倒(dao)刺角度(du)微針(zhen)的穿(chuan)刺力(li)和拔出力，得(de)到了應(yīng)力與位(wei)移關(guān)(guan)系的曲(qu)線圖。為(wei)了體現(xiàn)出倒刺(ci)的黏附力(li)特性，計(jì)算了二(er)者之間的差值(zhi)，結(jié)果如下(xia)圖所示。

圖3-9 不(bu)同倒(dao)刺角度(du)的應(yīng)力-位(wei)移曲線(xian)圖以及差值。(a)不(bu)同倒刺角(jiao)度刺入力-位(wei)移曲線；(b)不(bu)同倒刺(ci)角度的(de)拔出力-位移(yi)曲線(xian)；(c)拔出力與刺(ci)入力(li)的差(cha)值

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺(ci)角度的增加，穿(chuan)刺力和拔出力(li)都隨(sui)之增大(da)，呈現(xiàn)出明顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度(du)為30°時(shí)，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為1.64±0.002 N，差(cha)值約為0.071 N；45°時(shí)(shi)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差(cha)值約為(wei)0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿(chuan)刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值(zhi)約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角度(du)的差值繪制成(cheng)點(diǎn)線圖可以(yi)看出，向下的(de)倒刺可以提高(gao)微針的黏(nian)附力，但隨著角(jiao)度的(de)增加(jia)，拔出力(li)與刺入(ru)力的(de)差值會(huì)呈現(xiàn)先(xian)增大(da)后減小的趨勢(shì)(shi)，考慮到因?yàn)?wei)角度(du)過(guò)大時(shí)，倒刺(ci)幾乎(hu)成水平(ping)角度，更難刺入(ru)。在45°時(shí)(shi)，其差值比30°和60°分(fen)別提(ti)高了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我(wo)們最(zui)終選取(qu)了45°的倒(dao)刺微針(zhen)作為(wei)后續(xù)的研(yan)究。

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

我們?cè)O(shè)計(jì)了(le)無(wú)倒刺、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和(he)6 個(gè)倒刺的(de)微針，倒刺(ci)角度(du)均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試其拉應(yīng)力(li)和拔出(chu)力，結(jié)果如(ru)圖3-10 所示。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的機(jī)械性(xing)能測(cè)試。(a)不同(tong)倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

對(duì)于普通錐形(xing)微針而(er)言，其(qi)拔出(chu)力約為0.53 N，1 個(gè)(ge)倒刺的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個(gè)倒(dao)刺的(de)拔出力約(yue)為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺(ci)的微(wei)針拔出力(li)達(dá)到了(le)1.37 N?？梢钥闯觯S著(zhe)倒刺(ci)個(gè)數(shù)的增加(jia)，不斷提高(gao)了微針(zhen)的黏附力的(de)特性，6 個(gè)(ge)倒刺對(duì)比1 個(gè)(ge)倒刺拔出力(li)提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時(shí)從圖中可(ke)以看出，刺(ci)入力也(ye)有了相應(yīng)的增(zeng)加，也證明(ming)了多個(gè)倒刺提(ti)升了微針(zhen)的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒刺層(ceng)數(shù)微針的應(yīng)(ying)力測(cè)試

為了(le)探究不同(tong)層數(shù)對(duì)于(yu)微針應(yīng)力的影(ying)響，我們(men)用軟件分別(bie)設(shè)計(jì)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒刺(ci)的微(wei)針，由于在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中(zhong)已經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒刺具(ju)有最佳的性(xing)能，因此(ci)在本次實(shí)(shi)驗(yàn)中每(mei)層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒刺，分別(bie)測(cè)試其穿刺力(li)和拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-11 所(suo)示。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不(bu)同倒刺層(ceng)數(shù)的(de)應(yīng)力-位移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的拔(ba)出力為(wei)1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出力為1.98 N，提(ti)升了0.71 N?？梢钥闯?chu)，隨著(zhe)倒刺(ci)層數(shù)的增加(jia)，同樣(yang)也提(ti)高了微針(zhen)的黏附力(li)，兩層的倒(dao)刺能夠幫助(zhu)微針更好(hao)地與傷(shang)口敷(fu)料貼合(he)，增加了監(jiān)(jian)測(cè)的(de)穩(wěn)定(ding)性。

參考文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打印微針電(dian)極及其(qi)生物傳(chuan)感應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論文(wen)，2025年