為了探究(jiu)倒刺角度、個(ge)數(shù)和層數(shù)對于(yu)微針(zhen)穿刺力和拔出(chu)力的影(ying)響，我(wo)們采用Universal TA質構儀(yi)設備模擬(ni)微針插入敷料(liao)中的實驗（見圖(tu)3-8），微針被固定在(zai)探頭上(shang)，對準平臺(tai)的敷料(liao)模型，以1 mm/s 的速(su)度向下移動直(zhi)至wanquan插入(ru)到水(shui)凝膠中，再(zai)以同樣的速(su)度向上(shang)拔出，每次測試(shi)重復(fu)三次，得到應力(li)與位移的(de)曲線(xian)關系。為了探(tan)究出zuiyou的微針結(jie)構，我們對不(bu)同倒刺角度的(de)微針進行了該(gai)機械性能(neng)測試。其中，敷(fu)料模型(xing)采用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝(ning)膠制作(zuo)，其具有(you)一定(ding)的硬(ying)度、彈性(xing)模量等特性，適(shi)合模擬一(yi)些常用敷料(liao)的機械響應，此(ci)外，透明性的(de)水凝膠(jiao)也便于(yu)觀察(cha)穿刺(ci)的過(guo)程和結果，是(shi)微針研究中常(chang)用的測試模(mo)型。

圖3-8 機械性能(neng)實驗(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度微(wei)針的(de)應力測試

探究了不(bu)同倒刺角(jiao)度微針的穿(chuan)刺力和拔出力(li)，得到了應力(li)與位移關系的(de)曲線圖。為了體(ti)現(xiàn)出倒(dao)刺的黏(nian)附力特性(xing)，計算了二(er)者之間(jian)的差值(zhi)，結果如(ru)下圖所示(shi)。

圖3-9 不(bu)同倒刺角(jiao)度的(de)應力-位(wei)移曲(qu)線圖以(yi)及差(cha)值。(a)不同倒刺角(jiao)度刺入力-位移(yi)曲線(xian)；(b)不同(tong)倒刺(ci)角度的拔出(chu)力-位移曲線(xian)；(c)拔出力與刺入(ru)力的(de)差值

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著(zhe)倒刺角度的增(zeng)加，穿刺力和(he)拔出力(li)都隨之(zhi)增大(da)，呈現(xiàn)出明顯(xian)的正相(xiang)關。當?shù)勾探嵌?du)為30°時，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時(shi)，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約為(wei)0.28 N；當角度為60°時，穿(chuan)刺力為2.55±004 N，拔(ba)出力為(wei)2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每(mei)個角度的(de)差值繪(hui)制成點線圖(tu)可以看(kan)出，向下的倒刺(ci)可以提高(gao)微針的黏附(fu)力，但隨著(zhe)角度的增加(jia)，拔出(chu)力與刺(ci)入力的差(cha)值會呈現(xiàn)先(xian)增大(da)后減小的趨(qu)勢，考慮到因(yin)為角度過大時(shi)，倒刺幾乎成(cheng)水平角度，更(geng)難刺(ci)入。在(zai)45°時，其差(cha)值比30°和60°分別(bie)提高了3.9 倍和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)(ju)以上(shang)的結論，我們(men)最終選(xuan)取了(le)45°的倒刺微針(zhen)作為后續(xù)(xu)的研究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個數(shù)微針(zhen)的應力測(ce)試

我們設計了無(wu)倒刺、1 個(ge)倒刺(ci)、3 個倒刺和6 個倒(dao)刺的微針，倒刺(ci)角度(du)均為45°，并(bing)同樣采用質構(gou)儀測(ce)試其拉應力(li)和拔(ba)出力，結果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)(shu)倒刺微針(zhen)的機械(xie)性能測試。(a)不同(tong)倒刺(ci)個數(shù)微針模(mo)型； (b)不同倒刺(ci)個數(shù)(shu)的應(ying)力-位移(yi)曲線(xian)

對于(yu)普通錐形微(wei)針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個倒刺(ci)的拔(ba)出力約為0.80 N，3 個(ge)倒刺(ci)的拔(ba)出力約為(wei)1.23N，而具(ju)有6 個倒(dao)刺的微針(zhen)拔出(chu)力達到了1.37 N。可以(yi)看出，隨著(zhe)倒刺個(ge)數(shù)的增加，不斷(duan)提高了微針的(de)黏附力的(de)特性，6 個倒刺(ci)對比1 個倒刺(ci)拔出力提高了(le)約2.6 倍(bei)。同時從圖(tu)中可(ke)以看出，刺(ci)入力(li)也有了相(xiang)應的增加(jia)，也證明了多(duo)個倒刺提升(sheng)了微(wei)針的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微針的(de)應力測(ce)試

為了探究(jiu)不同層數(shù)對于(yu)微針應力的(de)影響，我(wo)們用軟(ruan)件分別設計(ji)了一層倒(dao)刺和兩層(ceng)倒刺的微針，由(you)于在(zai)上個(ge)實驗中已經(jīng)得(de)到了6 個倒刺(ci)具有最(zui)佳的性能，因(yin)此在本次實(shi)驗中每層(ceng)也設(she)計了6 個倒(dao)刺，分別測試(shi)其穿刺力(li)和拔出力，結果(guo)如圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒刺(ci)微針機械性能(neng)測試。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)的(de)應力(li)-位移(yi)曲線(xian)

由數(shù)據(jù)(ju)可知，一層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.37 N，二層倒刺(ci)的拔(ba)出力為1.98 N，提升了(le)0.71 N?？梢钥闯?，隨(sui)著倒(dao)刺層數(shù)的增(zeng)加，同樣也提(ti)高了微針的(de)黏附力(li)，兩層的倒(dao)刺能夠幫助(zhu)微針更(geng)好地(di)與傷口敷料貼(tie)合，增(zeng)加了監(jiān)(jian)測的穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻：付(fu)欣雨：3D 打(da)印微針電(dian)極及(ji)其生(sheng)物傳感應用研(yan)究。碩士學(xue)位論文，2025年(nian)