為了探究(jiu)倒刺角度、個(gè)數(shù)(shu)和層數(shù)(shu)對(duì)于(yu)微針穿(chuan)刺力和拔出力(li)的影(ying)響，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)備模(mo)擬微(wei)針插入敷料(liao)中的實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)(jian)圖3-8），微針被(bei)固定在探頭(tou)上，對(duì)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的敷料模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度向(xiang)下移動(dòng)直至wanquan插(cha)入到(dao)水凝(ning)膠中，再以同樣(yang)的速度向上拔(ba)出，每次(ci)測(cè)試重(zhong)復(fù)三次(ci)，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的(de)曲線關(guān)(guan)系。為了(le)探究出zuiyou的(de)微針結(jié)構(gòu)(gou)，我們對(duì)不(bu)同倒(dao)刺角度的微針(zhen)進(jìn)行了該機(jī)械(xie)性能測(cè)試(shi)。其中，敷料模(mo)型采用了5%的瓊(qiong)脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有(you)一定(ding)的硬度、彈性(xing)模量等特性，適(shi)合模擬一些常(chang)用敷料的(de)機(jī)械(xie)響應(yīng)，此外(wai)，透明性的水凝(ning)膠也便(bian)于觀察(cha)穿刺的(de)過(guò)程和(he)結(jié)果(guo)，是微(wei)針研(yan)究中(zhong)常用的測(cè)試模(mo)型。

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

3.2.2.1 不同(tong)倒刺角(jiao)度微(wei)針的應(yīng)(ying)力測(cè)試

探究了不同倒(dao)刺角度微針的(de)穿刺力和拔(ba)出力，得(de)到了應(yīng)力與(yu)位移關(guān)(guan)系的曲(qu)線圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性，計(jì)算(suan)了二者之(zhi)間的差(cha)值，結(jié)(jie)果如下圖(tu)所示。

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

由3-9(a)(b)可以看出(chu)， 隨著倒(dao)刺角度的增加(jia)，穿刺力(li)和拔出力(li)都隨之增大，呈(cheng)現(xiàn)出明顯(xian)的正相(xiang)關(guān)。當(dāng)?shù)勾探嵌?du)為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)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(chuan)刺力為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差(cha)值約(yue)為0.28 N；當(dāng)角度(du)為60°時(shí)，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出力為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)線圖(tu)可以看(kan)出，向(xiang)下的倒(dao)刺可以提高(gao)微針的黏(nian)附力(li)，但隨著(zhe)角度的增加(jia)，拔出力與刺(ci)入力的差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)先增大(da)后減小的趨勢(shì)(shi)，考慮到因?yàn)?wei)角度(du)過(guò)大時(shí)(shi)，倒刺幾(ji)乎成水平角(jiao)度，更難刺入。在(zai)45°時(shí)，其差(cha)值比30°和(he)60°分別(bie)提高了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右(you)。根據(jù)以上的(de)結(jié)論，我們最終(zhong)選取了(le)45°的倒(dao)刺微針作(zuo)為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微(wei)針的應(yīng)(ying)力測(cè)試

我們?cè)O(shè)(she)計(jì)了(le)無(wú)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45°，并(bing)同樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試其(qi)拉應(yīng)力和(he)拔出力(li)，結(jié)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不(bu)同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微(wei)針的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模(mo)型； (b)不同倒(dao)刺個(gè)(ge)數(shù)的(de)應(yīng)力(li)-位移曲線

對(duì)于(yu)普通錐形微針(zhen)而言(yan)，其拔(ba)出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒(dao)刺的拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(gè)倒刺的(de)拔出(chu)力約為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)(ge)倒刺的微針(zhen)拔出力達(dá)到(dao)了1.37 N。可以看出(chu)，隨著倒刺個(gè)(ge)數(shù)的增加，不(bu)斷提高(gao)了微針的黏(nian)附力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒刺(ci)拔出力(li)提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時(shí)從圖(tu)中可以(yi)看出，刺入力(li)也有了相(xiang)應(yīng)的增(zeng)加，也證(zheng)明了多(duo)個(gè)倒刺(ci)提升(sheng)了微(wei)針的斷(duan)裂力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力測(cè)試(shi)

為了探(tan)究不同層(ceng)數(shù)對(duì)于微針應(yīng)(ying)力的(de)影響，我們用(yong)軟件分別設(shè)計(jì)(ji)了一層(ceng)倒刺和(he)兩層倒刺的(de)微針(zhen)，由于在上個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)倒(dao)刺具有最(zui)佳的性能，因此(ci)在本次(ci)實(shí)驗(yàn)(yan)中每層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)(ge)倒刺，分(fen)別測(cè)試其(qi)穿刺力和拔出(chu)力，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)(shu)倒刺微針機(jī)械(xie)性能測(cè)試。(a)不同(tong)倒刺層數(shù)(shu)微針模型(xing)；(b)不同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)(ju)可知，一層(ceng)倒刺的(de)拔出(chu)力為1.37 N，二(er)層倒(dao)刺的拔出(chu)力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著倒刺(ci)層數(shù)的增加，同(tong)樣也提高了微(wei)針的黏附(fu)力，兩層的倒刺(ci)能夠幫(bang)助微(wei)針更好地與(yu)傷口敷(fu)料貼合，增(zeng)加了監(jiān)(jian)測(cè)的(de)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打印微針電(dian)極及(ji)其生物傳(chuan)感應(yīng)用研(yan)究。碩士(shi)學(xué)位(wei)論文，2025年(nian)