為了探(tan)究倒刺角度(du)、個數(shù)和(he)層數(shù)(shu)對于(yu)微針穿刺力和(he)拔出力(li)的影(ying)響，我(wo)們采用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備(bei)模擬微針插(cha)入敷(fu)料中的實(shí)驗(yàn)（見(jian)圖3-8），微針被(bei)固定在探頭(tou)上，對準(zhǔn)平臺(tai)的敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速度向(xiang)下移動(dong)直至(zhi)wanquan插入到水凝膠(jiao)中，再(zai)以同樣的速度(du)向上(shang)拔出，每(mei)次測試重復(fù)三(san)次，得到應(yīng)力(li)與位移的(de)曲線(xian)關(guān)系。為了(le)探究(jiu)出zuiyou的微針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對不(bu)同倒(dao)刺角度的微(wei)針進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能測試(shi)。其中，敷料模型(xing)采用了5%的(de)瓊脂糖水凝膠(jiao)制作(zuo)，其具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模量等特(te)性，適合模擬(ni)一些常用(yong)敷料(liao)的機(jī)械(xie)響應(yīng)，此外(wai)，透明性(xing)的水凝膠(jiao)也便(bian)于觀察穿刺的(de)過程和結(jié)果，是(shi)微針(zhen)研究中常用(yong)的測試模型。

圖3-8 機(jī)(ji)械性能實(shí)驗(yàn)(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針的應(yīng)力(li)測試

探究了(le)不同倒刺角(jiao)度微針的(de)穿刺力和拔出(chu)力，得到了應(yīng)(ying)力與位移關(guān)系(xi)的曲線圖。為了(le)體現(xiàn)出倒刺的(de)黏附力特(te)性，計(jì)(ji)算了二者(zhe)之間(jian)的差值，結(jié)果(guo)如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的(de)應(yīng)力-位移曲線(xian)圖以(yi)及差值(zhi)。(a)不同倒刺角(jiao)度刺(ci)入力-位移曲(qu)線；(b)不(bu)同倒刺角度的(de)拔出力-位移(yi)曲線(xian)；(c)拔出力與刺入(ru)力的(de)差值

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺角(jiao)度的增加(jia)，穿刺力和(he)拔出(chu)力都隨之(zhi)增大(da)，呈現(xiàn)出明(ming)顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺角度(du)為30°時(shí)，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)(shi)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為(wei)0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出力為2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將每(mei)個角度的差值(zhi)繪制成點(diǎn)線(xian)圖可以看(kan)出，向下的(de)倒刺可以提(ti)高微(wei)針的黏附力，但(dan)隨著(zhe)角度的(de)增加，拔出(chu)力與(yu)刺入(ru)力的差值(zhi)會呈現(xiàn)(xian)先增大后減(jian)小的(de)趨勢，考慮(lv)到因(yin)為角(jiao)度過大時(shí)，倒(dao)刺幾乎(hu)成水平(ping)角度(du)，更難刺入(ru)。在45°時(shí)，其差(cha)值比30°和(he)60°分別提高(gao)了3.9 倍(bei)和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上的(de)結(jié)論，我們(men)最終選取了(le)45°的倒刺微針(zhen)作為(wei)后續(xù)的研(yan)究。

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

我們設(shè)計(jì)(ji)了無倒刺(ci)、1 個倒刺、3 個倒(dao)刺和6 個(ge)倒刺的微針(zhen)，倒刺角度(du)均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測(ce)試其拉應(yīng)力和(he)拔出力(li)，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)(shu)倒刺微針的機(jī)(ji)械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微針模(mo)型； (b)不同倒刺(ci)個數(shù)的應(yīng)力(li)-位移曲線(xian)

對于普通錐形(xing)微針而言，其拔(ba)出力約為0.53 N，1 個倒(dao)刺的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個(ge)倒刺的拔(ba)出力約為1.23N，而(er)具有6 個倒(dao)刺的微針拔出(chu)力達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著倒刺(ci)個數(shù)(shu)的增加(jia)，不斷(duan)提高了(le)微針的黏(nian)附力的(de)特性，6 個倒刺(ci)對比1 個倒刺拔(ba)出力提高了(le)約2.6 倍。同時(shí)從圖(tu)中可(ke)以看出，刺入(ru)力也有(you)了相(xiang)應(yīng)的增加(jia)，也證明了多(duo)個倒(dao)刺提升了微(wei)針的斷裂力(li)。

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

為了探(tan)究不同層數(shù)(shu)對于微針應(yīng)(ying)力的影響，我(wo)們用軟(ruan)件分別設(shè)計(jì)(ji)了一層倒刺和(he)兩層倒(dao)刺的微針，由于(yu)在上個(ge)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)得(de)到了6 個倒刺(ci)具有最(zui)佳的(de)性能，因此在本(ben)次實(shí)驗(yàn)中每(mei)層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個倒刺，分(fen)別測(ce)試其穿刺力和(he)拔出力，結(jié)(jie)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)(shu)倒刺微針(zhen)機(jī)械(xie)性能測試(shi)。(a)不同倒刺層(ceng)數(shù)微針模(mo)型；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)(ju)可知，一層(ceng)倒刺的拔出(chu)力為1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N。可(ke)以看出，隨著(zhe)倒刺層數(shù)的增(zeng)加，同樣(yang)也提高了(le)微針的(de)黏附力，兩層的(de)倒刺能夠(gou)幫助微針更好(hao)地與傷口敷料(liao)貼合(he)，增加了監(jiān)測的(de)穩(wěn)定(ding)性。

參考文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打(da)印微針電極(ji)及其生物(wu)傳感應(yīng)用研究(jiu)。碩士學(xué)位論文(wen)，2025年