為了探(tan)究倒(dao)刺角度、個數(shù)和(he)層數(shù)對于(yu)微針穿刺(ci)力和拔出(chu)力的影響，我(wo)們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備模擬微針(zhen)插入(ru)敷料(liao)中的實驗（見(jian)圖3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上(shang)，對準(zhǔn)(zhun)平臺的敷(fu)料模型(xing)，以1 mm/s 的速(su)度向下移動(dong)直至(zhi)wanquan插入到水(shui)凝膠中，再(zai)以同(tong)樣的速度向上(shang)拔出，每次測(ce)試重復(fù)三(san)次，得(de)到應(yīng)(ying)力與位(wei)移的(de)曲線關(guān)系。為了(le)探究出zuiyou的(de)微針(zhen)結(jié)構(gòu)(gou)，我們對不同倒(dao)刺角度的微(wei)針進行(xing)了該機(ji)械性(xing)能測試。其中(zhong)，敷料模(mo)型采用了(le)5%的瓊脂(zhi)糖水(shui)凝膠制作(zuo)，其具有一(yi)定的硬度、彈(dan)性模量等(deng)特性，適合(he)模擬一些常用(yong)敷料的機械(xie)響應(yīng)，此(ci)外，透明(ming)性的水(shui)凝膠也便于(yu)觀察穿(chuan)刺的過程和(he)結(jié)果，是微針(zhen)研究中常用(yong)的測試模(mo)型。

圖3-8 機械性(xing)能實驗示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度(du)微針的應(yīng)力(li)測試

探究了不同倒(dao)刺角度微針(zhen)的穿刺力和(he)拔出力，得到了(le)應(yīng)力與(yu)位移關(guān)系的(de)曲線(xian)圖。為了體(ti)現(xiàn)出倒刺的(de)黏附力特性(xing)，計算了(le)二者之(zhi)間的(de)差值，結(jié)果(guo)如下圖所示(shi)。

圖3-9 不(bu)同倒(dao)刺角(jiao)度的應(yīng)力-位(wei)移曲線圖(tu)以及差(cha)值。(a)不同倒(dao)刺角度刺(ci)入力(li)-位移曲線；(b)不(bu)同倒(dao)刺角度的拔出(chu)力-位(wei)移曲線(xian)；(c)拔出力與刺入(ru)力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可(ke)以看出， 隨著倒(dao)刺角度(du)的增(zeng)加，穿刺力(li)和拔(ba)出力都隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)?shù)勾?ci)角度為(wei)30°時，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔(ba)出力(li)為1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為(wei)60°時，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(ge)角度的差值繪(hui)制成點線圖(tu)可以看出，向(xiang)下的倒刺可以(yi)提高(gao)微針(zhen)的黏附力，但(dan)隨著(zhe)角度的增(zeng)加，拔出力與(yu)刺入(ru)力的差值會(hui)呈現(xiàn)先增大后(hou)減小的趨勢，考(kao)慮到因為角度(du)過大時，倒(dao)刺幾(ji)乎成水(shui)平角度(du)，更難刺(ci)入。在(zai)45°時，其差值比(bi)30°和60°分(fen)別提(ti)高了(le)3.9 倍和(he)9.3 倍左右。根(gen)據(jù)以上的(de)結(jié)論，我們最(zui)終選取了(le)45°的倒刺微(wei)針作為(wei)后續(xù)(xu)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微(wei)針的(de)應(yīng)力測試

我們設(shè)計了無(wu)倒刺、1 個倒刺、3 個(ge)倒刺(ci)和6 個倒(dao)刺的微針，倒(dao)刺角度均為(wei)45°，并同樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測試其(qi)拉應(yīng)力和拔出(chu)力，結(jié)果如(ru)圖3-10 所示。

圖3-10 不同(tong)個數(shù)倒刺微針(zhen)的機(ji)械性能測試。(a)不(bu)同倒刺(ci)個數(shù)微針(zhen)模型(xing)； (b)不同倒刺個數(shù)(shu)的應(yīng)力-位(wei)移曲(qu)線

對于普(pu)通錐形微(wei)針而言(yan)，其拔(ba)出力約為0.53 N，1 個(ge)倒刺的拔出(chu)力約為0.80 N，3 個倒刺(ci)的拔出力(li)約為(wei)1.23N，而具有6 個倒刺(ci)的微(wei)針拔出(chu)力達(dá)(da)到了1.37 N。可(ke)以看出(chu)，隨著倒刺個數(shù)(shu)的增加，不(bu)斷提高了微針(zhen)的黏附力(li)的特性(xing)，6 個倒刺對(dui)比1 個倒刺拔出(chu)力提高了約(yue)2.6 倍。同時(shi)從圖中可以看(kan)出，刺入(ru)力也有(you)了相應(yīng)的增(zeng)加，也證明了(le)多個倒刺(ci)提升了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同(tong)倒刺層數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力測(ce)試

為了探(tan)究不同層(ceng)數(shù)對于(yu)微針應(yīng)力(li)的影響，我(wo)們用(yong)軟件分(fen)別設(shè)計了一層(ceng)倒刺和兩層倒(dao)刺的微(wei)針，由于在上(shang)個實(shi)驗中已(yi)經(jīng)得到了6 個(ge)倒刺具(ju)有最(zui)佳的(de)性能，因此在(zai)本次實驗(yan)中每層(ceng)也設(shè)計(ji)了6 個倒刺，分(fen)別測試其(qi)穿刺力和拔(ba)出力(li)，結(jié)果如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)機械性能測試(shi)。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)(shu)微針(zhen)模型；(b)不同倒(dao)刺層數(shù)的應(yīng)力(li)-位移(yi)曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒刺(ci)的拔出(chu)力為(wei)1.37 N，二層倒刺(ci)的拔(ba)出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著倒刺層(ceng)數(shù)的增加，同樣(yang)也提高了微(wei)針的黏附力，兩(liang)層的(de)倒刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更(geng)好地與傷口敷(fu)料貼合，增加(jia)了監(jiān)(jian)測的穩(wěn)定性。

參考文(wen)獻：付欣(xin)雨：3D 打印微針(zhen)電極(ji)及其生物傳感(gan)應(yīng)用研(yan)究。碩士(shi)學(xué)位(wei)論文，2025年