為了探究(jiu)倒刺角(jiao)度、個(gè)數(shù)和層數(shù)(shu)對于微針(zhen)穿刺力和(he)拔出力的影響(xiang)，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)(she)備模擬微針(zhen)插入敷(fu)料中的實(shí)驗(yàn)（見(jian)圖3-8），微針被固定(ding)在探(tan)頭上，對準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速度(du)向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插入到(dao)水凝(ning)膠中(zhong)，再以同樣的速(su)度向上拔(ba)出，每次測(ce)試重復(fù)(fu)三次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的(de)曲線關(guān)(guan)系。為了探究出(chu)zuiyou的微針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對(dui)不同倒刺角(jiao)度的微針(zhen)進(jìn)行了該(gai)機(jī)械性能(neng)測試。其中(zhong)，敷料模(mo)型采用了5%的瓊(qiong)脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有一定(ding)的硬度(du)、彈性(xing)模量等特性(xing)，適合模擬(ni)一些常用(yong)敷料(liao)的機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此外(wai)，透明性的水凝(ning)膠也便于(yu)觀察穿刺的過(guo)程和(he)結(jié)果，是微(wei)針研究(jiu)中常用的(de)測試模型。

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

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度微針的應(yīng)(ying)力測試

探究了不同倒(dao)刺角度微(wei)針的(de)穿刺力和拔(ba)出力(li)，得到了(le)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(nian)附力特性，計(jì)(ji)算了二者(zhe)之間的(de)差值，結(jié)果如下(xia)圖所(suo)示。

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

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著倒(dao)刺角度的增(zeng)加，穿刺力和拔(ba)出力都隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯(xian)的正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)勾探嵌葹?wei)30°時(shí)，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)(shi)，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將每個(gè)(ge)角度的差值繪(hui)制成點(diǎn)線(xian)圖可(ke)以看出，向(xiang)下的倒(dao)刺可(ke)以提高微(wei)針的黏附力，但(dan)隨著角(jiao)度的增(zeng)加，拔出力與刺(ci)入力的(de)差值會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先增大后減(jian)小的趨勢(shi)，考慮到因?yàn)榻?jiao)度過大時(shí)(shi)，倒刺幾乎成水(shui)平角度(du)，更難刺入。在(zai)45°時(shí)，其差值(zhi)比30°和(he)60°分別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以(yi)上的結(jié)論，我們(men)最終選取(qu)了45°的(de)倒刺微針(zhen)作為后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)微(wei)針的(de)應(yīng)力測(ce)試

我們設(shè)計(jì)了無(wu)倒刺、1 個(gè)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺和6 個(gè)倒刺(ci)的微針，倒刺(ci)角度均為(wei)45°，并同樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)測試其(qi)拉應(yīng)力和(he)拔出(chu)力，結(jié)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不同個(gè)(ge)數(shù)倒刺微針的(de)機(jī)械性能(neng)測試。(a)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移(yi)曲線(xian)

對于普通錐(zhui)形微針而言，其(qi)拔出力(li)約為0.53 N，1 個(gè)倒刺(ci)的拔出(chu)力約為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約為(wei)1.23N，而具有6 個(gè)倒(dao)刺的微針拔(ba)出力達(dá)到了(le)1.37 N。可以看(kan)出，隨(sui)著倒刺個(gè)(ge)數(shù)的(de)增加，不斷提(ti)高了(le)微針的黏附力(li)的特性，6 個(gè)倒(dao)刺對比1 個(gè)倒(dao)刺拔(ba)出力提高了(le)約2.6 倍。同時(shí)從(cong)圖中可(ke)以看出(chu)，刺入力也(ye)有了相(xiang)應(yīng)的增加，也(ye)證明了多(duo)個(gè)倒刺提升了(le)微針的(de)斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微針的(de)應(yīng)力測試(shi)

為了探究不同(tong)層數(shù)對于微(wei)針應(yīng)力的影(ying)響，我們用軟(ruan)件分別設(shè)計(jì)(ji)了一層倒(dao)刺和兩層倒刺(ci)的微針，由(you)于在上個(gè)實(shí)驗(yàn)(yan)中已經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒刺具有(you)最佳的性能，因(yin)此在本次實(shí)驗(yàn)(yan)中每(mei)層也設(shè)計(jì)了6 個(gè)(ge)倒刺，分別(bie)測試(shi)其穿刺力和(he)拔出力(li)，結(jié)果如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)機(jī)械(xie)性能測(ce)試。(a)不(bu)同倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同倒(dao)刺層數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移(yi)曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒刺的拔(ba)出力為(wei)1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢?yi)看出(chu)，隨著倒刺(ci)層數(shù)的增加，同(tong)樣也提高(gao)了微針的(de)黏附力，兩(liang)層的倒刺能(neng)夠幫助微針(zhen)更好地與傷口(kou)敷料貼合，增(zeng)加了監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考文獻(xiàn)：付(fu)欣雨：3D 打印微(wei)針電極及其(qi)生物傳感應(yīng)(ying)用研究。碩士學(xué)(xue)位論(lun)文，2025年