為了探究倒刺(ci)角度(du)、個(gè)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于微針(zhen)穿刺(ci)力和拔出力(li)的影響，我(wo)們采用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備模擬(ni)微針插(cha)入敷料中(zhong)的實(shí)驗(yàn)（見圖(tu)3-8），微針被固定(ding)在探頭(tou)上，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷料(liao)模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度向(xiang)下移動(dòng)(dong)直至wanquan插入到水(shui)凝膠中，再(zai)以同樣(yang)的速度(du)向上拔出，每(mei)次測(cè)試(shi)重復(fù)三(san)次，得到(dao)應(yīng)力與位移(yi)的曲線(xian)關(guān)系。為(wei)了探究出(chu)zuiyou的微針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對(duì)不(bu)同倒刺角度的(de)微針進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能測(cè)(ce)試。其中，敷(fu)料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖水(shui)凝膠制(zhi)作，其具有(you)一定的(de)硬度、彈(dan)性模(mo)量等特性，適合(he)模擬(ni)一些常(chang)用敷料的機(jī)械(xie)響應(yīng)，此(ci)外，透明(ming)性的水(shui)凝膠也便(bian)于觀察穿(chuan)刺的過(guò)(guo)程和結(jié)果，是微(wei)針研究(jiu)中常(chang)用的測(cè)試(shi)模型。

圖3-8 機(jī)械性能(neng)實(shí)驗(yàn)示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的(de)應(yīng)力測(cè)試(shi)

探究了不(bu)同倒刺角(jiao)度微(wei)針的穿刺力(li)和拔出(chu)力，得到(dao)了應(yīng)力(li)與位移關(guān)(guan)系的曲線圖。為(wei)了體現(xiàn)出倒刺(ci)的黏(nian)附力特性，計(jì)(ji)算了二者(zhe)之間(jian)的差值(zhi)，結(jié)果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺(ci)角度(du)的應(yīng)力-位移(yi)曲線圖以及差(cha)值。(a)不同倒(dao)刺角度(du)刺入力(li)-位移曲(qu)線；(b)不(bu)同倒刺角度(du)的拔出(chu)力-位移(yi)曲線；(c)拔(ba)出力與刺入力(li)的差(cha)值

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒刺角(jiao)度的增(zeng)加，穿刺力(li)和拔(ba)出力都隨(sui)之增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的(de)正相(xiang)關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺角度為30°時(shí)(shi)，穿刺(ci)力為1.57±0.004 N，拔出力(li)為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔(ba)出力為(wei)1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為60°時(shí)(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每(mei)個(gè)角度(du)的差(cha)值繪制(zhi)成點(diǎn)線圖可以(yi)看出(chu)，向下(xia)的倒(dao)刺可(ke)以提高微(wei)針的黏附(fu)力，但隨著角(jiao)度的增加(jia)，拔出力與(yu)刺入力的(de)差值會(huì)呈現(xiàn)(xian)先增大后減小(xiao)的趨(qu)勢(shì)，考慮到因(yin)為角度過(guò)大(da)時(shí)，倒刺(ci)幾乎(hu)成水平(ping)角度，更難刺入(ru)。在45°時(shí)，其差值比(bi)30°和60°分別(bie)提高(gao)了3.9 倍和(he)9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我們最(zui)終選取了45°的倒(dao)刺微針作為(wei)后續(xù)的(de)研究(jiu)。

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

我們(men)設(shè)計(jì)(ji)了無(wú)倒刺(ci)、1 個(gè)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺(ci)和6 個(gè)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(cè)試其拉應(yīng)(ying)力和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如(ru)圖3-10 所示。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微針(zhen)的機(jī)械(xie)性能測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺個(gè)(ge)數(shù)微針模(mo)型； (b)不(bu)同倒刺(ci)個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力(li)-位移曲線(xian)

對(duì)于普通錐形(xing)微針而言(yan)，其拔(ba)出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒刺的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個(gè)倒(dao)刺的拔出(chu)力約為1.23N，而(er)具有6 個(gè)倒(dao)刺的(de)微針拔(ba)出力達(dá)到了1.37 N?？?ke)以看出，隨(sui)著倒(dao)刺個(gè)數(shù)的增加(jia)，不斷提(ti)高了微(wei)針的黏附(fu)力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒刺(ci)拔出力提高了(le)約2.6 倍。同時(shí)從圖(tu)中可以看(kan)出，刺(ci)入力也有(you)了相應(yīng)的增(zeng)加，也證明(ming)了多個(gè)(ge)倒刺(ci)提升了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺層(ceng)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測(cè)(ce)試

為了探究(jiu)不同層數(shù)(shu)對(duì)于微針應(yīng)力(li)的影(ying)響，我們(men)用軟(ruan)件分別設(shè)(she)計(jì)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒刺的(de)微針，由于在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中已(yi)經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒刺具有(you)最佳的(de)性能，因此(ci)在本次實(shí)驗(yàn)(yan)中每層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒刺，分(fen)別測(cè)試其穿刺(ci)力和拔(ba)出力，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同(tong)層數(shù)倒刺微針(zhen)機(jī)械性能測(cè)試(shi)。(a)不同倒刺(ci)層數(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)可知，一(yi)層倒刺的(de)拔出力為1.37 N，二(er)層倒刺的拔出(chu)力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒(dao)刺層數(shù)(shu)的增加(jia)，同樣也提(ti)高了(le)微針的黏附力(li)，兩層的倒刺能(neng)夠幫助(zhu)微針(zhen)更好地與傷(shang)口敷料貼(tie)合，增加了監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定(ding)性。

參考文獻(xiàn)：付(fu)欣雨：3D 打(da)印微針電(dian)極及其生物傳(chuan)感應(yīng)用研究(jiu)。碩士(shi)學(xué)位(wei)論文，2025年