為了探究倒(dao)刺角度、個(ge)數(shù)和層數(shù)(shu)對于微針穿(chuan)刺力和拔出(chu)力的(de)影響，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備(bei)模擬微針插入(ru)敷料中的實驗(yan)（見圖3-8），微(wei)針被(bei)固定在(zai)探頭(tou)上，對(dui)準(zhǔn)平臺的敷料(liao)模型，以1 mm/s 的速度(du)向下移動(dong)直至wanquan插入到水(shui)凝膠中(zhong)，再以同樣的(de)速度向上拔(ba)出，每次測(ce)試重復(fù)(fu)三次，得到應(yīng)力(li)與位移的(de)曲線關(guān)系。為了(le)探究(jiu)出zuiyou的(de)微針結(jié)構(gòu)，我們(men)對不(bu)同倒(dao)刺角度(du)的微針進(jin)行了(le)該機械性能測(ce)試。其中，敷料模(mo)型采用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝(ning)膠制作(zuo)，其具(ju)有一定的硬度(du)、彈性模量等(deng)特性，適(shi)合模擬(ni)一些常用敷料(liao)的機械響應(yīng)(ying)，此外，透明性(xing)的水凝膠(jiao)也便于觀察(cha)穿刺(ci)的過(guo)程和結(jié)(jie)果，是微針(zhen)研究中(zhong)常用的(de)測試模型。

圖3-8 機械性能實(shi)驗示意圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度(du)微針的應(yīng)力測(ce)試

探究了不同(tong)倒刺角度微(wei)針的穿刺力(li)和拔出力，得到(dao)了應(yīng)力與位移(yi)關(guān)系的曲線圖(tu)。為了體現(xiàn)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性(xing)，計算了(le)二者(zhe)之間的差值，結(jié)(jie)果如下圖(tu)所示。

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

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒刺角度(du)的增加(jia)，穿刺力(li)和拔出力都(dou)隨之增大(da)，呈現(xiàn)出明顯(xian)的正相關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺角度(du)為30°時，穿刺力(li)為1.57±0.004 N，拔出力(li)為1.64±0.002 N，差(cha)值約為0.071 N；45°時(shi)，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角度為(wei)60°時，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出力(li)為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將每(mei)個角度的差(cha)值繪制成點(dian)線圖可(ke)以看出，向下的(de)倒刺可以提高(gao)微針的黏(nian)附力，但隨著角(jiao)度的增(zeng)加，拔出力與(yu)刺入力的(de)差值會呈現(xiàn)(xian)先增(zeng)大后減小的(de)趨勢，考慮到(dao)因為角度(du)過大(da)時，倒刺幾(ji)乎成水平角(jiao)度，更難刺(ci)入。在45°時(shi)，其差值比30°和(he)60°分別提高了3.9 倍(bei)和9.3 倍左右。根據(jù)(ju)以上的結(jié)論，我(wo)們最終選取了(le)45°的倒刺微針(zhen)作為后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力測試

我們(men)設(shè)計了無倒刺(ci)、1 個倒刺、3 個倒(dao)刺和6 個倒刺(ci)的微針，倒刺角(jiao)度均為(wei)45°，并同樣采用(yong)質(zhì)構(gòu)儀測試(shi)其拉(la)應(yīng)力和拔(ba)出力(li)，結(jié)果如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個數(shù)倒(dao)刺微針的機(ji)械性能測(ce)試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微針(zhen)模型； (b)不同倒(dao)刺個(ge)數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲(qu)線

對于普(pu)通錐(zhui)形微針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺(ci)的拔出力(li)約為0.80 N，3 個倒刺(ci)的拔出力約(yue)為1.23N，而具有6 個倒(dao)刺的微(wei)針拔出(chu)力達(da)到了1.37 N?？梢钥闯?chu)，隨著(zhe)倒刺個(ge)數(shù)的增(zeng)加，不斷提高了(le)微針的黏(nian)附力的特性，6 個(ge)倒刺(ci)對比1 個倒刺(ci)拔出力提高了(le)約2.6 倍。同時從圖(tu)中可以(yi)看出，刺入(ru)力也有了(le)相應(yīng)的(de)增加(jia)，也證明(ming)了多個倒刺(ci)提升了微(wei)針的斷裂力。

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

為了(le)探究不同層數(shù)(shu)對于微(wei)針應(yīng)力的影(ying)響，我們(men)用軟(ruan)件分別(bie)設(shè)計了一(yi)層倒刺和(he)兩層倒刺的微(wei)針，由于在上(shang)個實驗(yan)中已(yi)經(jīng)得到了6 個倒(dao)刺具有最(zui)佳的性能，因此(ci)在本(ben)次實驗中每(mei)層也設(shè)(she)計了6 個倒刺，分(fen)別測試其穿(chuan)刺力和拔(ba)出力(li)，結(jié)果如(ru)圖3-11 所(suo)示。

圖3-11 不同層數(shù)(shu)倒刺微針(zhen)機械(xie)性能測試。(a)不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)(shu)微針模型；(b)不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)(shu)的應(yīng)(ying)力-位移(yi)曲線

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層(ceng)倒刺的拔出力(li)為1.37 N，二(er)層倒刺的(de)拔出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N。可以看出，隨(sui)著倒刺(ci)層數(shù)的增加(jia)，同樣也提高(gao)了微針的黏附(fu)力，兩(liang)層的(de)倒刺能夠幫(bang)助微針更好地(di)與傷口(kou)敷料貼(tie)合，增加(jia)了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考文獻：付(fu)欣雨：3D 打印(yin)微針電(dian)極及其生物傳(chuan)感應(yīng)用研究。碩(shuo)士學(xué)位論文，2025年(nian)