為了探究倒(dao)刺角度(du)、個(gè)數(shù)和(he)層數(shù)對(dui)于微針穿(chuan)刺力(li)和拔(ba)出力的(de)影響(xiang)，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬(ni)微針插入敷(fu)料中的(de)實(shí)驗(yàn)（見圖3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上，對準(zhǔn)(zhun)平臺的(de)敷料模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的速度向下移(yi)動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水(shui)凝膠(jiao)中，再以同(tong)樣的速(su)度向上(shang)拔出，每(mei)次測試重復(fù)三(san)次，得(de)到應(yīng)(ying)力與位移(yi)的曲線關(guān)系。為(wei)了探(tan)究出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們(men)對不同倒(dao)刺角度的微(wei)針進(jìn)行(xing)了該(gai)機(jī)械性能測試(shi)。其中，敷料模型(xing)采用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝(ning)膠制作，其(qi)具有一定的(de)硬度、彈性模量(liang)等特性，適(shi)合模(mo)擬一(yi)些常用敷料的(de)機(jī)械響應(yīng)，此外(wai)，透明性的(de)水凝(ning)膠也(ye)便于觀察穿刺(ci)的過(guo)程和結(jié)(jie)果，是微針研(yan)究中常用的(de)測試模型。

圖3-8 機(jī)械性(xing)能實(shí)(shi)驗(yàn)示意圖(tu)

3.2.2.1 不同(tong)倒刺角度微針(zhen)的應(yīng)(ying)力測試

探究了不同倒(dao)刺角度(du)微針的穿(chuan)刺力和拔出力(li)，得到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)(guan)系的曲線圖。為(wei)了體(ti)現(xiàn)出倒(dao)刺的黏(nian)附力特性(xing)，計(jì)算了(le)二者之間(jian)的差值，結(jié)(jie)果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的應(yīng)力-位(wei)移曲線圖以(yi)及差(cha)值。(a)不(bu)同倒刺角度刺(ci)入力-位移曲(qu)線；(b)不(bu)同倒(dao)刺角(jiao)度的拔出(chu)力-位(wei)移曲(qu)線；(c)拔出力與(yu)刺入力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著(zhe)倒刺角度的增(zeng)加，穿(chuan)刺力和拔(ba)出力都隨之增(zeng)大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的正(zheng)相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)勾?ci)角度為(wei)30°時(shí)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差(cha)值約為0.071 N；45°時(shí)(shi)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度(du)為60°時(shí)，穿刺(ci)力為(wei)2.55±004 N，拔出(chu)力為(wei)2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角度(du)的差(cha)值繪制成點(diǎn)(dian)線圖可以看(kan)出，向下的(de)倒刺可以提(ti)高微(wei)針的黏附力(li)，但隨著角度的(de)增加，拔出力(li)與刺入(ru)力的(de)差值會(huì)呈現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小的趨勢，考(kao)慮到因?yàn)榻?jiao)度過大時(shí)，倒刺(ci)幾乎成水(shui)平角度，更(geng)難刺入(ru)。在45°時(shí)，其差(cha)值比30°和60°分別提(ti)高了3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論(lun)，我們最終選取(qu)了45°的倒刺微針(zhen)作為(wei)后續(xù)的研究(jiu)。

3.2.2.2 不同(tong)倒刺個(gè)(ge)數(shù)微(wei)針的應(yīng)(ying)力測試(shi)

我們設(shè)計(jì)了(le)無倒刺、1 個(gè)倒刺(ci)、3 個(gè)倒刺和6 個(gè)(ge)倒刺的微針(zhen)，倒刺角度(du)均為(wei)45°，并同樣采用(yong)質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試其拉(la)應(yīng)力(li)和拔出力，結(jié)果(guo)如圖3-10 所示。

圖3-10 不同個(gè)(ge)數(shù)倒刺微針的(de)機(jī)械性能測(ce)試。(a)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模(mo)型； (b)不(bu)同倒刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

對于普通錐(zhui)形微針而言(yan)，其拔出力約為(wei)0.53 N，1 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約為(wei)0.80 N，3 個(gè)倒刺的(de)拔出力(li)約為(wei)1.23N，而具有(you)6 個(gè)倒刺的微針(zhen)拔出力達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢钥?kan)出，隨著倒刺個(gè)(ge)數(shù)的(de)增加(jia)，不斷(duan)提高了微針(zhen)的黏附(fu)力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對比(bi)1 個(gè)倒刺(ci)拔出力提高了(le)約2.6 倍。同時(shí)從(cong)圖中(zhong)可以(yi)看出，刺入力也(ye)有了相(xiang)應(yīng)的(de)增加，也證明(ming)了多(duo)個(gè)倒刺(ci)提升了(le)微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測試(shi)

為了探究(jiu)不同層數(shù)對于(yu)微針應(yīng)力(li)的影響，我們(men)用軟件(jian)分別設(shè)計(jì)(ji)了一層倒(dao)刺和兩層(ceng)倒刺(ci)的微針，由于在(zai)上個(gè)實(shí)驗(yàn)(yan)中已經(jīng)(jing)得到(dao)了6 個(gè)倒刺(ci)具有最佳的性(xing)能，因此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)(yan)中每層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒(dao)刺，分別測試(shi)其穿刺力和拔(ba)出力，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示。

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

由數(shù)據(jù)(ju)可知，一層倒(dao)刺的拔出力(li)為1.37 N，二層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N?？?ke)以看(kan)出，隨著倒刺層(ceng)數(shù)的增(zeng)加，同樣也提高(gao)了微針的黏附(fu)力，兩(liang)層的(de)倒刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更好地(di)與傷口敷料(liao)貼合，增(zeng)加了(le)監(jiān)測(ce)的穩(wěn)定性。

參考文(wen)獻(xiàn)：付欣雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生物(wu)傳感(gan)應(yīng)用研(yan)究。碩士學(xué)(xue)位論文，2025年