為了探究倒(dao)刺角度、個(gè)數(shù)(shu)和層數(shù)(shu)對(duì)于微針(zhen)穿刺力和拔(ba)出力的影(ying)響，我們采用Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀設(shè)備模(mo)擬微(wei)針插入敷(fu)料中(zhong)的實(shí)驗(yàn)（見圖(tu)3-8），微針被固定(ding)在探(tan)頭上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷(fu)料模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度(du)向下(xia)移動(dòng)直至wanquan插入(ru)到水凝膠(jiao)中，再以同樣的(de)速度向(xiang)上拔(ba)出，每(mei)次測(cè)試重復(fù)三(san)次，得到應(yīng)力與(yu)位移(yi)的曲(qu)線關(guān)(guan)系。為了探究出(chu)zuiyou的微針結(jié)構(gòu)，我(wo)們對(duì)不(bu)同倒(dao)刺角度的微(wei)針進(jìn)行(xing)了該機(jī)械性(xing)能測(cè)(ce)試。其中(zhong)，敷料模型(xing)采用了5%的瓊脂(zhi)糖水凝膠制(zhi)作，其具(ju)有一定(ding)的硬度、彈(dan)性模量(liang)等特性(xing)，適合模擬一(yi)些常用敷(fu)料的(de)機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此(ci)外，透明性的水(shui)凝膠(jiao)也便于(yu)觀察穿刺(ci)的過程和結(jié)(jie)果，是(shi)微針(zhen)研究中常(chang)用的測(cè)試模型(xing)。

圖3-8 機(jī)械(xie)性能實(shí)驗(yàn)示意(yi)圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針(zhen)的應(yīng)力(li)測(cè)試

探究了(le)不同(tong)倒刺角度微(wei)針的穿刺(ci)力和拔出力，得(de)到了應(yīng)力與位(wei)移關(guān)(guan)系的曲(qu)線圖(tu)。為了(le)體現(xiàn)出(chu)倒刺的黏附力(li)特性，計(jì)(ji)算了二(er)者之間的差(cha)值，結(jié)果如(ru)下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺(ci)角度(du)的應(yīng)力-位(wei)移曲線圖以及(ji)差值(zhi)。(a)不同(tong)倒刺角度刺(ci)入力-位移曲(qu)線；(b)不同(tong)倒刺角度的(de)拔出力-位(wei)移曲線；(c)拔(ba)出力(li)與刺(ci)入力的差值

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著倒刺角(jiao)度的增加(jia)，穿刺力(li)和拔(ba)出力(li)都隨之增大(da)，呈現(xiàn)出明顯(xian)的正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)?dao)刺角(jiao)度為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出力(li)為1.64±0.002 N，差(cha)值約(yue)為0.071 N；45°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.7±002 N，拔(ba)出力為1.98±003N，差(cha)值約為(wei)0.28 N；當(dāng)角度為(wei)60°時(shí)，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角度(du)的差(cha)值繪制(zhi)成點(diǎn)(dian)線圖可以看出(chu)，向下(xia)的倒刺(ci)可以提高微針(zhen)的黏附力，但(dan)隨著角度(du)的增加，拔出(chu)力與(yu)刺入力的(de)差值(zhi)會(huì)呈現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小的趨勢(shì)，考(kao)慮到(dao)因?yàn)榻嵌冗^大(da)時(shí)，倒刺幾乎成(cheng)水平角度，更難(nan)刺入。在45°時(shí)，其(qi)差值比30°和(he)60°分別提高了3.9 倍(bei)和9.3 倍左右。根據(jù)(ju)以上的結(jié)論，我(wo)們最終選取了(le)45°的倒刺微針作(zuo)為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)微針的(de)應(yīng)力測(cè)(ce)試

我們?cè)O(shè)計(jì)了(le)無倒刺(ci)、1 個(gè)倒刺、3 個(gè)倒(dao)刺和(he)6 個(gè)倒刺的(de)微針，倒刺角(jiao)度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試其拉應(yīng)(ying)力和(he)拔出力，結(jié)(jie)果如圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不同個(gè)數(shù)(shu)倒刺微針的機(jī)(ji)械性能測(cè)試(shi)。(a)不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)微針(zhen)模型(xing)； (b)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)(shu)的應(yīng)力-位移曲(qu)線

對(duì)于普通錐形(xing)微針而言(yan)，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約(yue)為1.23N，而具有6 個(gè)倒(dao)刺的微針(zhen)拔出(chu)力達(dá)到了1.37 N?？梢?yi)看出(chu)，隨著倒刺個(gè)數(shù)(shu)的增加，不斷(duan)提高(gao)了微(wei)針的(de)黏附力(li)的特性，6 個(gè)(ge)倒刺對(duì)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出力(li)提高了約2.6 倍。同(tong)時(shí)從圖(tu)中可以(yi)看出(chu)，刺入力也有(you)了相(xiang)應(yīng)的增加，也證(zheng)明了多個(gè)(ge)倒刺提升了(le)微針的斷(duan)裂力。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針的應(yīng)力(li)測(cè)試

為了探究不(bu)同層數(shù)(shu)對(duì)于微針應(yīng)力(li)的影(ying)響，我(wo)們用軟(ruan)件分別設(shè)計(jì)了(le)一層倒刺和兩(liang)層倒刺(ci)的微針，由于(yu)在上個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)(ge)倒刺具有最(zui)佳的(de)性能(neng)，因此在本次實(shí)(shi)驗(yàn)中每層(ceng)也設(shè)(she)計(jì)了6 個(gè)倒(dao)刺，分別測(cè)試(shi)其穿刺力和(he)拔出力，結(jié)(jie)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微針機(jī)(ji)械性(xing)能測(cè)試。(a)不同倒(dao)刺層數(shù)微(wei)針模型；(b)不(bu)同倒刺層(ceng)數(shù)的(de)應(yīng)力-位(wei)移曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒刺(ci)的拔(ba)出力為1.37 N，二層倒(dao)刺的(de)拔出力為1.98 N，提(ti)升了(le)0.71 N?？梢钥闯?，隨著(zhe)倒刺層(ceng)數(shù)的(de)增加，同樣(yang)也提(ti)高了微(wei)針的黏附力(li)，兩層的倒刺(ci)能夠幫助(zhu)微針更(geng)好地與傷(shang)口敷料貼合(he)，增加了監(jiān)測(cè)(ce)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打(da)印微針電極及(ji)其生物(wu)傳感應(yīng)用研(yan)究。碩士學(xué)位(wei)論文，2025年