為了探究倒刺(ci)角度、個數(shù)(shu)和層數(shù)對于(yu)微針穿(chuan)刺力和拔出(chu)力的(de)影響，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀設(shè)備模(mo)擬微針插(cha)入敷(fu)料中(zhong)的實(shí)驗(yàn)（見圖3-8），微(wei)針被固定在探(tan)頭上，對準(zhǔn)平臺(tai)的敷料模型，以(yi)1 mm/s 的速度向下(xia)移動直至wanquan插入(ru)到水凝膠中，再(zai)以同(tong)樣的速度(du)向上(shang)拔出，每次(ci)測試重復(fù)三次(ci)，得到(dao)應(yīng)力與(yu)位移(yi)的曲線(xian)關(guān)系(xi)。為了探究出zuiyou的(de)微針(zhen)結(jié)構(gòu)(gou)，我們對不同(tong)倒刺角度的微(wei)針進(jìn)(jin)行了該機(jī)械性(xing)能測試。其中，敷(fu)料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有(you)一定的硬度(du)、彈性模(mo)量等特(te)性，適合(he)模擬(ni)一些常用(yong)敷料的機(jī)械(xie)響應(yīng)，此外，透明(ming)性的水凝膠(jiao)也便于觀(guan)察穿刺的(de)過程(cheng)和結(jié)果(guo)，是微針(zhen)研究中常(chang)用的(de)測試模型(xing)。

圖3-8 機(jī)械性能實(shí)(shi)驗(yàn)示(shi)意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒(dao)刺角度微針的(de)應(yīng)力測試

探究了(le)不同(tong)倒刺角度(du)微針(zhen)的穿刺(ci)力和拔(ba)出力，得(de)到了應(yīng)力與位(wei)移關(guān)系的曲線(xian)圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒刺的(de)黏附(fu)力特性，計(jì)算了(le)二者(zhe)之間的差值(zhi)，結(jié)果如(ru)下圖所示(shi)。

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

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(chu)力都隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的(de)正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)勾探嵌?du)為30°時，穿刺(ci)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(ci)力為1.7±002 N，拔(ba)出力(li)為1.98±003N，差值(zhi)約為0.28 N；當(dāng)角度為(wei)60°時，穿刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每個(ge)角度的差值繪(hui)制成點(diǎn)(dian)線圖可以(yi)看出，向下的倒(dao)刺可以(yi)提高微(wei)針的黏(nian)附力(li)，但隨著(zhe)角度的增(zeng)加，拔出力(li)與刺(ci)入力(li)的差值會呈現(xiàn)(xian)先增大(da)后減小(xiao)的趨勢，考(kao)慮到因?yàn)?wei)角度過大(da)時，倒刺幾(ji)乎成水平角(jiao)度，更難刺(ci)入。在45°時，其差值(zhi)比30°和60°分(fen)別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)以上(shang)的結(jié)論，我們(men)最終選取(qu)了45°的(de)倒刺(ci)微針作為后(hou)續(xù)的研究(jiu)。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個數(shù)微針的(de)應(yīng)力測(ce)試

我們設(shè)(she)計(jì)了無(wu)倒刺、1 個(ge)倒刺、3 個(ge)倒刺和6 個(ge)倒刺(ci)的微針(zhen)，倒刺角度(du)均為(wei)45°，并同樣(yang)采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(ce)試其(qi)拉應(yīng)力和拔出(chu)力，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)倒(dao)刺微針的機(jī)(ji)械性能測(ce)試。(a)不同倒(dao)刺個(ge)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同(tong)倒刺個數(shù)的(de)應(yīng)力(li)-位移曲線(xian)

對于普通(tong)錐形(xing)微針而言，其拔(ba)出力約為(wei)0.53 N，1 個倒刺的拔出(chu)力約為0.80 N，3 個(ge)倒刺的拔出力(li)約為(wei)1.23N，而具有6 個倒(dao)刺的微針拔出(chu)力達(dá)到了(le)1.37 N?？梢?yi)看出，隨(sui)著倒(dao)刺個數(shù)(shu)的增加(jia)，不斷提高了微(wei)針的黏附力(li)的特性，6 個(ge)倒刺對比1 個(ge)倒刺拔(ba)出力(li)提高了約2.6 倍。同(tong)時從(cong)圖中(zhong)可以看出(chu)，刺入(ru)力也(ye)有了相應(yīng)的(de)增加，也證明(ming)了多個倒刺提(ti)升了微針(zhen)的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的(de)應(yīng)力測試

為了(le)探究不(bu)同層(ceng)數(shù)對于微針(zhen)應(yīng)力的影(ying)響，我們用軟(ruan)件分別(bie)設(shè)計(jì)了(le)一層(ceng)倒刺(ci)和兩(liang)層倒刺的(de)微針(zhen)，由于(yu)在上(shang)個實(shí)驗(yàn)中(zhong)已經(jīng)得到了6 個(ge)倒刺具有(you)最佳的性能，因(yin)此在本(ben)次實(shí)(shi)驗(yàn)中每層也設(shè)(she)計(jì)了6 個倒刺，分(fen)別測試(shi)其穿刺力和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒(dao)刺微(wei)針機(jī)(ji)械性能測(ce)試。(a)不同倒(dao)刺層數(shù)微針模(mo)型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)的(de)應(yīng)力-位移曲(qu)線

由數(shù)據(jù)可(ke)知，一層倒刺的(de)拔出(chu)力為1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出(chu)力為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？梢钥闯?chu)，隨著(zhe)倒刺層數(shù)(shu)的增(zeng)加，同樣也提(ti)高了(le)微針的黏附力(li)，兩層的倒(dao)刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更(geng)好地(di)與傷口敷(fu)料貼合，增加了(le)監(jiān)測的穩(wěn)定(ding)性。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打印微(wei)針電極及其生(sheng)物傳感應(yīng)(ying)用研究。碩士學(xué)(xue)位論文，2025年(nian)