為了(le)探究倒刺角度(du)、個數(shù)和(he)層數(shù)對于微針(zhen)穿刺(ci)力和拔出力(li)的影響，我們(men)采用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設備(bei)模擬微(wei)針插入(ru)敷料(liao)中的(de)實驗（見圖3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上，對(dui)準平臺的(de)敷料模(mo)型，以1 mm/s 的(de)速度(du)向下(xia)移動直至wanquan插(cha)入到(dao)水凝膠(jiao)中，再以同樣(yang)的速度(du)向上拔出(chu)，每次測試(shi)重復(fu)三次(ci)，得到應力(li)與位移的曲(qu)線關系。為(wei)了探究出(chu)zuiyou的微(wei)針結(jié)構(gòu)，我們(men)對不同(tong)倒刺角度的(de)微針進行(xing)了該機械性能(neng)測試。其中(zhong)，敷料模型(xing)采用了5%的(de)瓊脂糖水凝(ning)膠制作，其具(ju)有一(yi)定的硬度(du)、彈性模量(liang)等特(te)性，適合(he)模擬一些常用(yong)敷料的機(ji)械響(xiang)應，此外，透(tou)明性(xing)的水凝膠也(ye)便于(yu)觀察穿刺的過(guo)程和結(jié)果(guo)，是微針研究中(zhong)常用的測試(shi)模型。

圖3-8 機(ji)械性能實驗(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度微(wei)針的應力(li)測試

探究了不同倒(dao)刺角度微針(zhen)的穿刺(ci)力和(he)拔出力，得(de)到了應力(li)與位移關系(xi)的曲線圖。為了(le)體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏(nian)附力特(te)性，計算了二者(zhe)之間(jian)的差值(zhi)，結(jié)果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺角(jiao)度的應力(li)-位移曲線圖以(yi)及差值。(a)不(bu)同倒刺角(jiao)度刺入力-位(wei)移曲線；(b)不(bu)同倒刺角(jiao)度的拔(ba)出力-位移曲(qu)線；(c)拔出力與(yu)刺入力(li)的差值

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著(zhe)倒刺角度的(de)增加，穿(chuan)刺力和(he)拔出力都(dou)隨之增(zeng)大，呈現(xiàn)出明(ming)顯的正相關(guan)。當?shù)勾探?jiao)度為(wei)30°時，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shi)，穿刺力為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差值(zhi)約為0.28 N；當角度(du)為60°時，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔(ba)出力為(wei)2.58±003 N，差值約(yue)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(xiang)下的倒刺(ci)可以提(ti)高微針的(de)黏附力，但隨(sui)著角度的增(zeng)加，拔(ba)出力與刺入力(li)的差值會呈(cheng)現(xiàn)先(xian)增大(da)后減(jian)小的趨勢，考慮(lv)到因為角度(du)過大(da)時，倒(dao)刺幾乎成(cheng)水平(ping)角度(du)，更難刺入(ru)。在45°時(shi)，其差(cha)值比30°和(he)60°分別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍左右。根(gen)據(jù)以(yi)上的(de)結(jié)論，我們最(zui)終選(xuan)取了45°的倒刺(ci)微針作(zuo)為后續(xù)(xu)的研究。

3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微針的應力(li)測試(shi)

我們設(she)計了無(wu)倒刺、1 個倒刺(ci)、3 個倒刺(ci)和6 個(ge)倒刺(ci)的微針，倒(dao)刺角度(du)均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試(shi)其拉應(ying)力和(he)拔出力，結(jié)果如(ru)圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個數(shù)(shu)倒刺微針的(de)機械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺個(ge)數(shù)微針模(mo)型； (b)不同倒(dao)刺個數(shù)的(de)應力-位移(yi)曲線(xian)

對于普通(tong)錐形微針而(er)言，其拔(ba)出力約(yue)為0.53 N，1 個倒(dao)刺的拔出(chu)力約為0.80 N，3 個倒刺(ci)的拔出(chu)力約為1.23N，而具有(you)6 個倒刺的微針(zhen)拔出(chu)力達到了(le)1.37 N?？梢钥闯?chu)，隨著(zhe)倒刺(ci)個數(shù)的增(zeng)加，不斷(duan)提高了微針(zhen)的黏附力的特(te)性，6 個(ge)倒刺對比(bi)1 個倒刺拔(ba)出力提高了(le)約2.6 倍。同(tong)時從圖中可以(yi)看出，刺入力也(ye)有了相應的(de)增加(jia)，也證(zheng)明了多(duo)個倒刺提升(sheng)了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數(shù)微(wei)針的應(ying)力測試

為了探究不同(tong)層數(shù)對于(yu)微針應力的影(ying)響，我們(men)用軟件分(fen)別設計了一層(ceng)倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微針，由于(yu)在上個實(shi)驗中(zhong)已經(jīng)(jing)得到(dao)了6 個倒刺(ci)具有最佳的(de)性能(neng)，因此(ci)在本次實(shi)驗中每(mei)層也設計了(le)6 個倒刺，分別(bie)測試其穿(chuan)刺力和拔出力(li)，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不同(tong)層數(shù)倒刺微(wei)針機械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)(shu)的應力-位移(yi)曲線

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的拔(ba)出力為1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒刺層數(shù)的(de)增加，同樣也提(ti)高了微(wei)針的(de)黏附力，兩(liang)層的倒刺(ci)能夠幫助微針(zhen)更好地(di)與傷(shang)口敷料(liao)貼合(he)，增加了(le)監(jiān)測的穩(wěn)(wen)定性(xing)。

參考文獻：付欣(xin)雨：3D 打印微針電(dian)極及(ji)其生物傳(chuan)感應用研究(jiu)。碩士學(xue)位論文(wen)，2025年