為了探究倒刺(ci)角度、個(gè)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于(yu)微針穿刺(ci)力和拔出力的(de)影響，我(wo)們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模(mo)擬微(wei)針插(cha)入敷料中(zhong)的實(shí)(shi)驗(yàn)（見(jiàn)圖(tu)3-8），微針(zhen)被固定在(zai)探頭(tou)上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷料模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的速度(du)向下移動(dòng)直至(zhi)wanquan插入到水凝(ning)膠中，再以(yi)同樣的(de)速度向上拔出(chu)，每次(ci)測(cè)試重復(fù)三(san)次，得到應(yīng)力(li)與位移(yi)的曲(qu)線關(guān)系。為(wei)了探究出zuiyou的(de)微針結(jié)構(gòu)，我(wo)們對(duì)不同倒(dao)刺角度(du)的微針進(jìn)行(xing)了該機(jī)械性(xing)能測(cè)試(shi)。其中，敷(fu)料模型采(cai)用了5%的瓊脂(zhi)糖水(shui)凝膠制(zhi)作，其具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模量等(deng)特性，適合(he)模擬一些(xie)常用敷料的(de)機(jī)械(xie)響應(yīng)(ying)，此外，透明性(xing)的水凝膠也(ye)便于觀(guan)察穿刺的(de)過(guò)程和(he)結(jié)果，是(shi)微針研究(jiu)中常用的(de)測(cè)試模型。

圖3-8 機(jī)械(xie)性能實(shí)驗(yàn)示意(yi)圖

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

探究了不(bu)同倒刺(ci)角度微針的穿(chuan)刺力和拔出力(li)，得到(dao)了應(yīng)力與(yu)位移關(guān)系的曲(qu)線圖(tu)。為了體(ti)現(xiàn)出倒刺的黏(nian)附力特(te)性，計(jì)算了二(er)者之間(jian)的差值，結(jié)果(guo)如下圖所示。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的應(yīng)(ying)力-位移曲線圖(tu)以及差值(zhi)。(a)不同倒刺(ci)角度(du)刺入力-位移(yi)曲線；(b)不(bu)同倒刺角度的(de)拔出力-位移曲(qu)線；(c)拔出力與刺(ci)入力的差值

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著倒刺角(jiao)度的增加，穿(chuan)刺力(li)和拔出力都隨(sui)之增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯的(de)正相(xiang)關(guān)。當(dāng)?shù)勾探嵌?du)為30°時(shí)，穿刺(ci)力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時(shí)，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差值約為(wei)0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將(jiang)每個(gè)(ge)角度(du)的差值(zhi)繪制成點(diǎn)線圖(tu)可以看出，向下(xia)的倒(dao)刺可以提高(gao)微針的黏(nian)附力，但(dan)隨著角度的增(zeng)加，拔出力(li)與刺入力(li)的差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)(xian)先增大(da)后減小的趨(qu)勢(shì)，考慮到因?yàn)?wei)角度(du)過(guò)大時(shí)，倒(dao)刺幾(ji)乎成水(shui)平角(jiao)度，更(geng)難刺(ci)入。在45°時(shí)，其差值(zhi)比30°和60°分別(bie)提高了3.9 倍和(he)9.3 倍左右(you)。根據(jù)(ju)以上的結(jié)論，我(wo)們最終選(xuan)取了45°的(de)倒刺(ci)微針(zhen)作為(wei)后續(xù)的研(yan)究。

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

我們?cè)O(shè)計(jì)(ji)了無(wú)(wu)倒刺(ci)、1 個(gè)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺和6 個(gè)倒(dao)刺的微針，倒(dao)刺角度均為45°，并(bing)同樣采用(yong)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試其(qi)拉應(yīng)力和拔(ba)出力，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不同(tong)倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針模型； (b)不(bu)同倒刺個(gè)(ge)數(shù)的應(yīng)力-位移(yi)曲線

對(duì)于普通(tong)錐形(xing)微針而言(yan)，其拔(ba)出力約為0.53 N，1 個(gè)倒(dao)刺的(de)拔出力(li)約為0.80 N，3 個(gè)倒刺的(de)拔出力約為(wei)1.23N，而具有6 個(gè)倒(dao)刺的微(wei)針拔出力(li)達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒刺個(gè)數(shù)的(de)增加，不斷提(ti)高了微針的黏(nian)附力的特性，6 個(gè)(ge)倒刺對(duì)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出(chu)力提高了約(yue)2.6 倍。同時(shí)從(cong)圖中可以(yi)看出，刺入力也(ye)有了相(xiang)應(yīng)的增加(jia)，也證明(ming)了多個(gè)倒刺(ci)提升了微針的(de)斷裂力。

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

為了(le)探究不同層數(shù)(shu)對(duì)于微(wei)針應(yīng)力的影響(xiang)，我們用軟件分(fen)別設(shè)計(jì)了一層(ceng)倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微針，由于(yu)在上個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒刺具(ju)有最佳的(de)性能，因此在本(ben)次實(shí)驗(yàn)中(zhong)每層也(ye)設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒(dao)刺，分別測(cè)(ce)試其(qi)穿刺力(li)和拔出力(li)，結(jié)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒(dao)刺微(wei)針機(jī)械(xie)性能測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺層數(shù)微(wei)針模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)(shu)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層倒(dao)刺的拔出力(li)為1.37 N，二(er)層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N?？?ke)以看(kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)(shu)的增加(jia)，同樣也提高(gao)了微針的(de)黏附力，兩(liang)層的倒刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更好地與(yu)傷口敷料(liao)貼合(he)，增加了監(jiān)測(cè)的(de)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打印(yin)微針(zhen)電極及(ji)其生物傳(chuan)感應(yīng)(ying)用研(yan)究。碩士(shi)學(xué)位論文，2025年